辽东石庙沟岩体岩石地球化学特征、锆石U-Pb年龄、Hf同位素及其地质意义

第51卷第2期2021年03月

吉林大学学报(地球科学版）

Journal of Jilin UniversityCEarth Science Edition)

Vol.51 No. 2

Mar. 2021

王世成，杨仲杰，杨菊，等.辽东石庙沟岩体岩石地球化学特征、锆石U-P b年龄、H f同位素及其地质意义.吉林大学学报（地球科学版），2021，51(2):429 -441.〇1〇丨：10.13278/^£：111^〗此86.20190214.

Wang Shicheng, Yang Zhongjie» Yang J u,e t al. Geochemical, Zircon U - Pb A ge, H f Isotope and Geological Significance of Early Cretaceous G ranite-Porphyry in Shimiaogou Area ♦Eastern P art of Liaoning Province. Journal of Jilin U niversity (E arth Science E dition), 2021, 51 (2)：429 -441. doi：10.ki.jjuese.20190214.

辽东石庙沟岩体岩石地球化学特征、锆石U- P b年龄、H f同位素及其地质意义

王世成S杨仲杰2，杨菊3，张璟4，孙守亮4，刘长纯2

1. 核工业二四三大队，内蒙古赤峰024000

2. 辽宁省地质矿产调査院有限责任公司，沈阳110031

3. 河北省区域地质调査院，河北廊坊065000

4. 中国地质调査局沈阳地质调査中心，沈阳110034

摘要：辽东石庙沟地区位于华北陆块东部的辽吉造山/活动带上，该带经历了十分复杂的构造演化过程，记录了多期岩浆-构造-变质事件。石庙沟岩体为花岗斑岩，富SiC)2、N a2()和K2()，贫C a O、M g()及

A1203，亏损高场强元素（N b、T i、T a、P)，富集大离子亲石元素（K、R b、B a、U)，A/C；V K；值大于l，R E E配分

曲线呈“海鸥”式分布，以具有显著的负E u异常为特征，高G a/A l值，与典型A型花岗岩特征一致。花岗

斑岩中锆石的L A-I C P-M S U-P b测年结果表明其成岩年龄为（123.0 士1.6)M a，为早白垩世。锆石H f

同位素分析表明，e Hf(f)值均为负值，介于一15.72----12.85之间，平均值为一14.14，二阶段模式年龄

(T DM2)在 2 164〜1 989 M a之间，平均为2 067 M a，反映源岩以大陆壳成分为主。结合花岗斑岩高SiC)2,

低1^^、(：〇、0、1^，且富集1^^££和1^11^：，亏损^1?5£等特征，表明早白垩世花岗斑岩岩浆应为大陆地壳

物质熔融的产物。根据年代学和岩石地球化学研究认为，早白垩世花岗斑岩是古太平洋板块向欧亚大陆

板块俯冲所形成的活动大陆边缘弧花岗岩。研究区早白垩世花岗斑岩的形成主要受太平洋构造域的影

响，形成环境受板块俯冲造山后伸展作用和下地壳拆沉作用的联合制约，是辽东地区岩石圈减薄的直接证

据。

关键词：早白垩世；花岗斑岩；岩石地球化学；锆石U-P b年龄；H f同位素；辽东石庙沟

doi：10.ki.jjuese.20190214 中图分类号：P588.12; P597 文献标志码：A

Geochemical, Zircon U - Pb Age, Hf Isotope and Geological Significance of Early Cretaceous Granite-Porphyry in Shimiaogou Area,

Eastern Part of Liaoning Province

Wang Shicheng1, Yang Zhongjie2, Yang Ju3 ,Zhang Jing4 ,Sun Shouliang4 ,Liu Changchun2

收稿日期：2019-10-08

作者简介：王世成（1986—），男，高级工程师，主要从事区域地质调査与固体矿产勘査方面的研究，E-m ail: w angshicheng243@

通信作者：杨仲杰（1987 )，男，高级工程师，主要从事区域地质调査与固体矿产勘査方面的研究，E-m ail: ********************

基金项目：中闰地质调查局项目（DD20160049)

Supported by the Project of China Geological Survey(DD20160049)

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1. N o.243 Geological Party t China National N uclear Corporation ^C h ifen g024000 »Inner Mongolia y China

2. Liaoning Survey A cadem y Lim ited Liability Com pany o f Geology and M ineral Resources ^Shenyang110031, China

3. Regional Geological Survey o f Hebei Province, Lang f a n g065000, Hebei ^China

4. Shenyang Center y China Geological Survey ^Shenyang110034, China

Abstract ：The Shimiaogou area in Liaodong is tectonically located in the Liao-Ji orogenic/active belt in the eastern part of the North China block,which has experienced a very complex tectonic evolution with multiple magma-tectono-metamorphic events.The Shimiaogou rock mass is of granite porphyry, rich in Si()2，Na20，and K2()，poor in CaO，M g()，and Al2()3;It lacks high field strength elements (Nb,T i,T a and P)but is rich in large ion lithophile elementsCK,R b»Ba,U)with A/C N K values greater than 1; The REE distribution curve shows‘‘seagull’’type，characterized by significant negative Eu an

omaly,and Ga/Al value is consistent with the typical characteristics of type A granite.The granite-porphyry magmatic zircon LA MC - ICP - MS U - Pb dating results show that its rock age was (123.0+1.6) Ma in the Early Cretaceous.Through Hf isotope analysis，the eH f(，）values are between —15.72 and —12.85 with the average of —14.14 and the two stage model age(T D M2)is between2 164 and 1 989 Ma with an average of 2 067 Ma,reflecting the main continental crust composition of the source rock.Furthermore，combined with the characteristics of high Si()2，low M g，Co，C r，Ni，enrichment of LREE and LILE and loss of H FSE,it is suggested that the Early Cretaceous granite porphyry magma should be the melting product of continental crust material formed under the subduction of the Pacific plate beneath the Eurasian plate in the active continental margin.The Early Cretaceous environment of Liaodong region is affected by the subduction post-tectonic extension and lower crust delamination.The formation of the Early Cretaceous granite porphyry is controlled by Pacific tectonic domain,the dynamic environment formed in the lithosphere stretching is a direct evidence of lithospheric thinning in Liaodong area.

Key words：Early Cretaceous;granite porphyry; rock geochemical; zircon U - Pb age;Hf isotope; Shimiaogou area，the eastern part of Liaoning Province

〇引言

受太平洋板块俯冲作用影响，华北克拉通东部的辽吉造山带上广泛出露大面积的中生代花岗岩。近些年的同位素年代学资料[1]表明，该带上的中生代花岗岩根据形成年龄可划为晚三叠世（230〜200 Ma)、侏罗纪（190〜156 Ma)和早白垩世（141〜110 Ma) 3个世代。而且，大量文献报道的各世代花岗岩的成因和地球动力学背景研究在认识上基本一致。随着后期新一轮区调工作的开展，笔者在前人资料[4_6]的基础上，对已往中生代侵入体进行了新的划分与研究，从中识別出新的花岗斑岩岩体，但对新识别的花岗斑岩的成因及其构造背景尚缺少进一步的研究。本文以辽东石庙沟地区新识别的花岗斑岩岩体为例，通过其岩石地球化学特征、锆石U - Pb 年龄及H f同位素分析结果，探讨早白垩世花岗斑岩的形成时代、成因及其形成时的构造环境等，以期为辽东地区岩石圈减薄提供直接的证据。

1区域地质背景

辽东石庙沟地区位于华北陆块东部的辽吉造山/活动带上（图1)，该带经历了十分复杂的构造演化过程，记录了多期岩浆-构造-变质事件[<]。研究区内岩石、地层及构造均比较发育（图2)。主要出露古元古界变质地层和中生界沉积地层。古元古界主要为辽河岩群，是一套变质的火山_沉积岩系组成的变质地层，包括盖县岩组、大石桥岩组、高家峪岩组和里尔屿岩组；中生界主要为小岭组，是一套陆相火山-沉积碎屑岩组成的沉积地层。侵人岩主要发育古元古代条痕状、片麻状花岗岩及变质基性岩墙和中生代晚三叠世、晚侏罗世及早白垩世花岗岩。区域变质岩主要分布在辽河岩群各岩组中，包括片

第2期王世成，等：辽东石庙沟岩体岩石地球化学特征、锆石U -P b 年龄、H f 同位素及其地质意义431

Pt,#.P t ,^.Pt,g.Pt,/r.K .y j r Jy T y P t x N P tj S M -T W 1f m

第四系

白垩系

盖县岩组

大石桥岩组

高家峪岩组

里尔屿岩组

早白垩世花岗斑岩

侏罗纪花岗岩

三叠纪花岗岩

古元古代基性岩

古元古代花岗岩

采样点及样号

断裂构造

地质界线居民地

123°15T 123o30fE

据文献[5]修编。

图2研究区区域地质简图

Fig.2 Regional geological map of the study area

105°E 110°E 115。E 120。E 125。E 130°R

据文献[4]修编。

图1 研究区大地构造简图

F ig.l Tectonic diagram of the study area

123°15,E 123o30fE

寸N

3o 0

z b e c o 寸z b 3

—

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岩、浅粒岩、变粒岩、片麻岩和大理岩等。火山岩主要为一套以中一酸性为主，局部夹中基性的火山岩组合，包括安山岩、粗安岩、英安岩和流纹岩等。研究区内构造比较发育，主要受控于吕梁期、印支期和燕山期构造作用，形成了以北东向、北西向、近东西向为主的断裂带和较大型的褶皱带[5]。

研究区内中生代侵人岩主要分布在石庙沟、佟家堡子和黄岭子等地区。其中，早白垩世花岗斑岩仅分布在石庙沟一带。本文对该岩体中具有一定代表性的露头进行了重点研究，本次研究的SM - TW1样品采样点坐标为123° 25' 20. 16" E，40°27'54.52"N，具体采样位置如图2所示。

2样品制备与测试方法

2.1样品制备

在辽宁省地质矿产研究院将本次选取的新鲜岩石样品破碎成200目以下粉末，并进行全岩主量元素、稀土元素和微量元素测试。在河北省区域地质调查院矿物分选实验室进行了锆石分选以及C L图像拍摄工作。首先将大约5 k g的锆石分选样品破碎至粒级，清洗、烘干和筛选；然后采用磁选和重液分离技术分选出不同粒级的锆石晶体，并在双目镜下挑选出颗粒相对完整的锆石晶体约150粒，进行锆石制靶；最后进行锆石阴极发光照相（C L)，以观察其内部结构。

2.2测试方法

主量元素测定采用熔片X荧光光谱法（X R F)，所用仪器为岛津X R F- 1800，测试精度为5%。全岩稀土、微量元素测定采用溶样法，利用Agilent 7500C e I C P-M S分析完成。锆石原位微区U-P b 同位素定年工作由北京科荟测试技术有限公司采用 LA - ICP - M S分析方法完成。ICP - M S为 Analytikjena Plasma Quant MS Elite ICP - M S, U-Pb同位素定年激光剥蚀系统为ESI NWR 193 run。激光剥蚀过程中用氩气作为补偿气以调节灵敏度，用氦气作载气，二者在进人IC P之前通过1个Y型接头进行混合。每个时间分辨分析数据包括大约45 s的样品信号和15〜20 s的空白信号。对分析数据的离线处理（包括对空白信号和样品的选择、元素含量、仪器灵敏度漂移校正及U - Pb - T h同位素年龄和比值计算）采用软件ICPMSDataCal[M]完成。U-P b同位素定年采用标准锆石G J-1作外标进行同位素分馏校正，每分析5〜10个测年点分析2次G J-1。对于与分析时间有关的U-P b-T h同位素比值漂移，利用GJ - 1的变化采用线性内插的方式进行校正[6]。所有样品年龄数据的U-P b年龄权重平均计算、年龄谐和图和年龄分布频率图绘制采用Is〇plot4.5程序[8]完成。

在北京科荟测试技术有限公司采用Neptune 多接收器电感藕合等离子体质谱仪（MC - ICP - M S)和NWR 213 n m固体激光取样系统进行锆石H f同位素测试，分析时激光剥蚀时间约26 s，激光束直径为55um。测定时采用标样锆石G J-1作外标，分析中所用的激光脉冲频率为10 Hz，激光束脉冲能量密度为7〜8 J/cm2。本次实验测定过程中，GJ - 1的测定结果为0.282 013±0.000 020，该值与目前用

溶液法获得的值在误差范围内一致[9~]。

3岩石学特征

研究区出露的花岗斑岩岩体形态呈不规则椭圆形岩株，呈北东向展布产出（图2)。空间上，花岗斑岩与古元古代辽吉花岗岩、辽河岩群盖县岩组以及晚三叠世侵人岩均呈侵人接触关系。该类岩石风化面呈黄褐色，新鲜面呈浅肉红色，斑状结构，块状构造（图3a)。该岩体主要由斑晶和基质组成。斑晶主要为斜长石、石英、正长石。斜长石为更长石，呈自形一半自形板状结构，单偏光下无色透明，正交偏光下干涉色一级灰白，发育有聚片双晶，具绢云母化，粒径为1〜2 mm，体积分数为10%左右；石英呈他形粒状结构，具熔蚀现象，单偏光下无色透明，正低突起，正交偏光下干涉色一级黄白，粒径为0.5〜1.0 mm，体积分数为5%左右；正长石呈自形一半自形板状结构，单偏光下无色透明，正交偏光下干涉色一级灰白，具两组近直交解理，具黏土化，粒径为 1.0〜1.5 mm，体积分数为15%左右。基质具显微晶质结构及文象结构，成分主要由石英、长石及少量云母组成，体积分数为70%左右（图3b)。副矿物主要有锆石、磷灰石、石榴子石和磁铁矿等。

4分析结果

4.1岩石地球化学特征

本文选取研究区内3件新鲜样品进行主量、稀土和微量元素全岩地球化学分析，测定结果以及计算所得的相关参数见表1。

第2期王世成，等：辽东石庙沟岩体岩石地球化学特征、锆石U -P b 年龄、H f 同位素及其地质意义433

图3研究区早白垩世花岗斑岩典型岩石宏观（a )及显微构造（b )照片

Fig.3 Typical rock m acroscopic!a) and microscopic structure (b) of Early Cretaceous granite-porphyry in the study area

4.1.1 主量元素特征主量元素分析结果（表1)显示，花岗斑岩 w (Si 02)在 7

5.96% 〜77.28% 之间，w (A 12 03 )在 11.64%〜12.54%之间，具有高Si 02、低A 1203质量分数的特征。w (Na 20)、w (K 20)分别在3.16%〜 3.43%、4.75%〜5. 62%之间，岩石是相对富钾 (K 20/Na 20= 1.40 〜 1.78)的特征。Ti (〕2、MnO 、 Mg ()、CaO 和P 2Os 的质量分数较低，依次为0.08%〜 0.10%、0.04% 〜0.05%、0.05% 〜0.11 %、0.14% 〜 0.20%、0. 02%。样品投人 w ( Na2 () + K 2 O )- w (Si 02)图解（图4a )中，均落人亚碱性系列花岗岩区域内；投人w (K 2())- w(Si(〕2)图（图4b)中，均落在钙碱性系列区；投人w (K 20)- w (Si 02)变异图

(图5)中，均落在高钾岩系列区内。花岗斑岩铝指数A /C N K 集中分布在1.40〜1.46之间，A /N K 在1.42〜1.50之间，属于过铝质岩石。综上表明，研究区内花岗斑岩属于过铝质高钾钙碱性系列岩

石。

4.1.2 稀土和微量元素特征

稀土及微量元素分析结果见表1。表1中显示，早白垩世花岗斑岩的稀土总量（S R E E )较高，质量

分数在（100.13〜191.25)\10—6之间。1.1^£/ H R EE =8.00〜10.24，（La /Y b)N = 6.22 〜8.47，说明轻重稀土分馏程度较高，且重稀土亏损，轻稀土富

1.橄榄辉长岩；2a.碱性辉长岩；2b.亚碱性辉长岩；3.辉长闪长岩；4.闪长岩；5.花岗闪长岩；6.花岗岩i7.硅英岩；8.二长辉长岩；9.二长闪长岩；10.二长岩；11.石英二长岩；1

2.正长岩U

3.副长石辉长岩；1

4.副长石二长闪长岩；1

5.副长石二长正长岩；1

6.副长石正长岩；1

7.副长深成岩；1