北苏鲁威海地区伟晶岩的形成过程及其与超高压岩石深熔作用的成因关系

在北苏鲁超高压变质带的威海地区,普遍发育与含黑云母正片麻岩深熔作用存在密切成因关系的伟晶岩,它们主要以规模不一的脉体、无根不规则的透镜体赋存于超高压的含黑云母正片麻岩中。锆石中矿物包体的激光拉曼鉴定、锆石阴极发光图像分析、不同性质锆石微区U-Pb定年以及锆石原位微量元素和Lu-Hf同位素测试等综合研究结果表明,伟晶岩(WH19)中的锆石成因相对复杂,可划分为两种类型:第一类具有强发光效应(白色)的继承性岩浆结晶锆石的核(Ic)、强发光效应(灰白色)新生岩浆结晶锆石的幔(m)和相对弱发光效应(黑色)的岩浆结晶锆石的边(r);第二类具有强发光效应(灰白色)新生岩浆结晶锆石的核(c)和相对弱发光效应(黑色)的岩浆结晶锆石的边(r)。其中继承性岩浆结晶锆石核部(Ic)的矿物包体为Qtz+Kfs+Pl+Ap,与围岩含黑云母正片麻岩的基质矿物组合十分相似。继承性岩浆结晶锆石核部(Ic)记录的206Pb/238U年龄为769～228Ma,所组成的不一致线的上交点年龄为788±21Ma,下交点年龄为225±20Ma,这两组年龄分别与围岩含黑云母正片麻岩的原岩形成时代和超高压变质时代完全一致,表明该类继承性岩浆锆石来源于围岩含黑云母正片麻岩。新生岩浆结晶锆石的核部(c)和幔部(m)的矿物包体为Qtz+Kfs+Ap,与伟晶岩的基质矿物组合相似,记录的206Pb/238U年龄为223～217Ma,谐和年龄为219.5±1.4Ma,应代表伟晶质岩浆的形成年龄或新生岩浆的初始结晶年龄。这组年龄比含黑云母正片麻岩的超高压年龄偏新,表明深熔作用应滞后于苏鲁地体超高压变质时代,更有可能发生于构造折返麻粒岩相升温减压退变质阶段。新生岩浆结晶锆石的边部(r)矿物包体相对较少,记录的206Pb/238U年龄为217～211Ma,谐和年龄为214.6±1.7Ma,应代表伟晶质岩浆结晶结束的时代。继承性岩浆结晶锆石(Ic)的176Lu/177Hf=0.00031～0.00360,176Hf/177Hf(t)=0.282051～0.282348,εHf(t)=-8.3～2.4,TDM2=1.43～2.02Ga,与围岩含黑云母正片麻岩中岩浆结晶锆石的Lu-Hf同位素特征完全一致,这进一步充分证明了新元古代含黑云母正片麻岩是深熔作用形成的伟晶质岩浆的母岩。麻粒岩相退变质阶段形成的新的岩浆结晶锆石的核部(c)和幔部(m)与继承性岩浆结晶锆石的Hf同位素特征存在明显差异,176Lu/177Hf=0.00031～0.00099,176Hf/177Hf(t)=0.282175～0.282225,εHf(t)=-16.7～-14.9,TDM2=1.91～2.0Ga,表明在麻粒岩相退变质阶段,围岩含黑云母花岗岩的深熔作用是在开放体系条件下进行的。与新生岩浆结晶锆石核部(c)和幔部(m)对比,新生岩浆结晶锆石的边部(r)具有偏低的176Hf/177Hf(t)、εHf(t)和更加离散的176Lu/177Hf(t)值,176Lu/177Hf(t)=0.00059～0.00288,176Hf/177Hf(t)=0.282110～0.282168,εHf(t)=-20.6～-17.3,TDM2=2.03～2.21Ma,表明伟晶质岩浆在临近结晶结束时仍然处在一个相对开放的体系条件。

北苏鲁超高压变质带中斜长角闪岩的成因

在北苏鲁超高压变质带的成海地区的正片麻岩中,存在大量规模不一的含石榴石斜长角闪岩的透镜体或不规则团块。锆石中矿物包体的激光拉曼测试、阴极发光图像分析、稀土元素和微量元素以及Lu-Hf同位素的LA-(MC)-ICP-MS测试等综合研究结果表明,含石榴石斜长角闪岩(WH17)只存在一种成因类型的锆石,即变质锆石。该类锆石自核部到边部均保存了典型的超高压包体矿物组合:柯石英(Coe)+石榴石(Grt)+绿辉石(Omp)+多硅白云母(Phe)+金红石(Rt)+磷灰石(Ap),相应的阴极发光图像自核部到边部十分均匀,具有典型变质锆石的特点。锆石核部和边部的稀土元素含量特征和配分模式也十分相似,主要表现为轻稀土元素相对亏损,而重稀土元素相对平坦,无Eu异常(Eu/Eu~*=0.94～1.04),具较明显的正Ce异常(Ce/Ce~*=83.4～111.0),低的Th/U(<0.02)和Lu/Hf(<0.00010)比值以及极低的Th(1×10^(-6)～4×10^(-6))含量。锆石核部到边缘的重稀土元素亏损与石榴石稳定有关,而无Eu异常则与斜长石分解关系密切。上述特征表明,含石榴石斜长角闪岩中的锆石均是在超高压变质阶段形成的变质锆石,而研究样品中继承性岩浆结晶锆石的缺乏,是由于含石榴石斜长角闪岩在原岩形成时Zr的成分明显匮乏所致。SHRIMP U-Pb定年结果表明,含柯石英锆石自核部到边部记录了十分一致的^(206)Pb/^(238)U年龄,变化于240.2±3.3Ma到220.2±2.8Ma之间,加权平均年龄为229.8±2.0Ma,这组年龄与前人对苏鲁超高压变质带中榴辉岩、正片麻岩、副片麻岩和大理岩等含柯石英锆石微区记录的年龄完全吻合,应代表苏鲁地体超高压变质时代。Lu-Hf同位素研究结果表明,含石榴石斜长角闪岩中变质锆石的Hf同位素特征与苏鲁超高压变质带中榴辉岩的继承性岩浆锆石和变质锆石均存在本质差别,其中^(176)Lu/^(177)Hf=0.00001～0.00003,^(176)Hf/^(177)Hf_((t))=0.282052～0.282107,相应的ε_(Hf)(t)=-21.1～-18.8,模式年龄t_(DM2)=2.14～2.24Ca,这些Lu-Hf同位素特征与围岩正片麻岩含柯石英锆石微区的Hf同位素性质十分相似,充分表明了北苏鲁舍石榴石斜长角闪岩在超高压变质阶段形成的变质锆石所必须的Zr和Hf成分不是来自体系本身,而是来源于围岩正片麻岩。