華北東部薛家石梁-黑村寨巖漿雜巖體的成因及其成因

華北東部薛家石梁-黑村寨巖漿雜巖體的成因及其成因

0網(wǎng)絡(luò)雜巖的成因云夢(mèng)山變質(zhì)核武巖形成于早白堊世中葉，是典型的科迪拉變質(zhì)核武巖（daetal.2001），這被認(rèn)為是燕山造山帶地殼擴(kuò)張引起的重力崩塌的直觀構(gòu)造表現(xiàn)形式（daetal.，2001；da，2003）。一個(gè)有趣的事實(shí)是:位于現(xiàn)今出露的河防口拆離斷層下盤(pán)的云蒙山巖基的侵位時(shí)代為侏羅紀(jì)末-白堊紀(jì)初(~143Ma)(Davisetal.,2001),與變質(zhì)核雜巖的形成無(wú)關(guān)(Davisetal.,1996)。因此,出露面積約200km2的云蒙山巖基并非造山崩塌過(guò)程的產(chǎn)物。云蒙山變質(zhì)核雜巖的下盤(pán)發(fā)育多個(gè)規(guī)模較小的早白堊世巖體,它們與燕山帶造山崩塌階段的伸展拆離運(yùn)動(dòng)有密切聯(lián)系,出露于北京市昌平區(qū)東部的薛家石梁-黑山寨巖漿雜巖體是其中的典型代表。前人對(duì)薛家石梁-黑山寨雜巖體的成因認(rèn)識(shí)不一,主要觀點(diǎn)包括:(1)雜巖體中的中酸性巖屬于C型埃達(dá)克巖,是加厚下地殼部分熔融的產(chǎn)物(王焰和張旗,2001;Suetal.,2007);(2)基性巖來(lái)自富集的古老巖石圈地幔,高Ba-Sr的中酸性巖是基性巖漿分離結(jié)晶的產(chǎn)物,而低Ba-Sr花崗巖可能為地殼重熔形成(錢(qián)青等,2002);(3)雜巖體中的中酸性巖是基性巖漿經(jīng)歷AFC過(guò)程的產(chǎn)物(汪洋,2007)。本文作者注意到,上述研究?jī)H僅是基于巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)推論,缺乏對(duì)于薛家石梁-黑山寨雜巖體內(nèi)部不同巖性之間野外關(guān)系的觀察和鑒別。例如:錢(qián)青等(2002)將侵位年代早于薛家石梁-黑山寨雜巖體的對(duì)臼峪花崗巖和鐵爐子花崗巖的分析數(shù)據(jù)一并歸于其劃分的高Ba-Sr中酸性巖,并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行基性巖漿分離結(jié)晶形成高Ba-Sr中酸性巖的模擬計(jì)算。顯然,這個(gè)失誤降低了其成因模式的可信度(汪洋,2007)。本文在新獲得的薛家石梁-黑山寨雜巖體地球化學(xué)和Sr-Nd-Pb同位素?cái)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合野外觀察和利用角閃石全鋁壓力計(jì)對(duì)雜巖體侵位深度的估算結(jié)果,對(duì)其巖石成因及地球動(dòng)力學(xué)意義進(jìn)行討論。1巖石地球化學(xué)特征薛家石梁-黑山寨雜巖體出露于北京市昌平區(qū)東部燕山南麓,在大地構(gòu)造上位于燕山中生代褶皺-逆沖推覆帶的西段。雜巖體平面上呈NW-SE向展布的卵圓狀;由上莊輝長(zhǎng)巖,薛家石梁閃長(zhǎng)巖,黑山寨石英二長(zhǎng)巖、湖門(mén)二長(zhǎng)巖和黑熊山花崗巖組成,其中偏基性的端元出露于東南端,偏酸性端元出露在西北部(圖1)。雜巖體中的閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖與二長(zhǎng)巖之間為過(guò)渡(涌動(dòng))接觸關(guān)系,黑熊山花崗巖與其他巖性之間呈截然的(脈動(dòng))侵入接觸關(guān)系(圖1)。高精度鋯石U-Pb年齡顯示:薛家石梁閃長(zhǎng)巖的侵位年齡為125±2Ma,湖門(mén)二長(zhǎng)巖為124±2Ma,黑熊山花崗巖為124±1Ma(Davisetal.,2001;Suetal.,2007)。因此,野外地質(zhì)證據(jù)和同位素測(cè)年數(shù)據(jù)均指示,薛家石梁-黑山寨雜巖體不同巖性均屬于同一期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。根據(jù)我們的野外觀察和前人資料(白志民等,1991;郁建華等,1994;錢(qián)青等,2002;Suetal.,2007),歸納薛家石梁-黑山寨雜巖體的野外地質(zhì)和巖石學(xué)特征如下:薛家石梁-黑山寨雜巖體中的輝長(zhǎng)巖出露于東南部,由5個(gè)小巖塊組成,斷續(xù)出露于上莊村到百合村一帶,其中上莊村東北側(cè)者最大,為含釩鈦磁鐵礦礦體。上莊輝長(zhǎng)巖是一巖盆狀地質(zhì)體,輝長(zhǎng)巖占據(jù)中-上部;堆晶成因的含礦輝長(zhǎng)巖分布在下部,平面上出露在東部,且其東側(cè)地表邊界呈弧形,向下呈簸箕狀朝北西方向傾覆延伸。釩鈦磁鐵礦體呈似層狀、扁豆?fàn)罘植计渲?。輝長(zhǎng)巖由斜長(zhǎng)石(~60%)、單斜輝石(20%)、角閃石(15%)、黑云母(~2%)和不透明礦物組成。含礦輝長(zhǎng)巖中的斜長(zhǎng)石定向-半定向排列,其間隙被磁鐵礦、黑云母等充填,形成嵌晶狀補(bǔ)堆晶結(jié)構(gòu),磁鐵礦含量約15%,分布均勻,其中有綠色尖晶石。薛家石梁閃長(zhǎng)巖位于東南部的南半部,包裹了上莊輝長(zhǎng)巖。該閃長(zhǎng)巖的東部和東南部呈向南東方向凸出的弧形,其西北部與黑山寨石英二長(zhǎng)巖的邊界在剖面上則顯示過(guò)渡的涌動(dòng)接觸關(guān)系,在平面上非常不規(guī)則,呈現(xiàn)犬牙交錯(cuò)的形態(tài)(圖1)。閃長(zhǎng)巖由斜長(zhǎng)石(~55%)、角閃石(~30%)、黑云母(~10%)以及少量石英、堿性長(zhǎng)石與不透明礦物組成。作者的野外觀察表明,薛家石梁閃長(zhǎng)巖實(shí)際上包含兩種巖性,一種是灰色中-粗粒閃長(zhǎng)巖,另一種為灰黑色閃長(zhǎng)巖,后者呈巖脈或包體產(chǎn)于前者之中,兩者之間的界線(xiàn)犬牙交錯(cuò),很難在小比例尺地圖中表示出來(lái)?；液谏W長(zhǎng)巖因其顏色暗,在野外時(shí)常被定為輝長(zhǎng)巖,但鏡下觀察顯示,其中的斜長(zhǎng)石牌號(hào)多數(shù)小于50,仍然是閃長(zhǎng)巖(LeMaitre,2002)。巖石地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)顯示,灰色中-粗粒閃長(zhǎng)巖TiO2含量相對(duì)較低,灰黑色閃長(zhǎng)巖TiO2含量高,因此本文稱(chēng)前者為低Ti閃長(zhǎng)巖、后者為高Ti閃長(zhǎng)巖(見(jiàn)本文第3節(jié))。黑山寨石英二長(zhǎng)巖位于雜巖體的北半部,其西、北側(cè)被湖門(mén)二長(zhǎng)巖所環(huán)繞,東、南側(cè)與薛家石梁閃長(zhǎng)巖呈涌動(dòng)式接觸,該巖體中部被黑熊山花崗巖侵入(圖1)。石英二長(zhǎng)巖由斜長(zhǎng)石(~40%)、堿性長(zhǎng)石(~35%)、黑云母(~8%)、角閃石(~5%)、石英(~7%)以及榍石、不透明礦物組成。湖門(mén)二長(zhǎng)巖出露于雜巖體的北西部邊緣,呈半環(huán)狀分布,與黑山寨石英二長(zhǎng)巖之間為漸變過(guò)渡關(guān)系。二長(zhǎng)巖由堿性長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、黑云母、角閃石、石英以及不透明礦物組成。黑熊山花崗巖占據(jù)雜巖體中心偏西北的位置,平面形態(tài)類(lèi)似半個(gè)蘑菇,主體侵入黑山寨石英二長(zhǎng)巖,在東南端向南東走向延伸出一細(xì)長(zhǎng)條,與薛家石梁-黑山寨雜巖體中的其他巖體之間為脈動(dòng)式接觸關(guān)系(圖1)?；◢弾r由石英(~33%)、堿性長(zhǎng)石(~30%)、斜長(zhǎng)石(~35%)和少量黑云母組成。前人研究(HammarstromandZen,1986;Hollisteretal.,1987;Schmidt,1992)表明:結(jié)晶壓力大于0.2GPa時(shí),鈣堿性侵入巖固相線(xiàn)溫度變化不大,在近固相線(xiàn)條件下結(jié)晶的角閃石的全鋁含量受壓力制約,而與巖漿的形成溫度(即液相線(xiàn)溫度)無(wú)關(guān),可以利用Schmidt(1992)標(biāo)定的角閃石全鋁壓力計(jì)公式估計(jì)其侵位深度。本文作者的鏡下觀察表明,薛家石梁-黑山寨雜巖體以及其周邊的的幾個(gè)晚中生代鈣堿性花崗巖體的礦物組合以及角閃石產(chǎn)出特征符合應(yīng)用角閃石全鋁壓力計(jì)的物理化學(xué)條件(汪洋,2014)。應(yīng)用Schmidt(1992)標(biāo)定的角閃石全鋁壓力計(jì)公式對(duì)這些巖體的侵位深度進(jìn)行估算(表1)。結(jié)果表明:雜巖體東南部的薛家石梁閃長(zhǎng)巖的結(jié)晶壓力是0.63GPa、侵位深度約23km;雜巖體西北部的黑山寨石英二長(zhǎng)巖的結(jié)晶壓力是0.17GPa、侵位深度約6km。同時(shí),在薛家石梁-黑山寨雜巖體以東,晚侏羅世(~152Ma)侵位的長(zhǎng)園閃長(zhǎng)巖的結(jié)晶壓力是0.65GPa、侵位深度約23km;雜巖體西北方向出露的早白堊世早期(~133Ma)鐵爐子二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的結(jié)晶壓力是0.38GPa、侵位深度約12km。因此,薛家石梁-黑山寨雜巖體在巖漿固結(jié)之后經(jīng)歷了南東-北西向掀斜,導(dǎo)致其原始的底部出露于東南部,而原始的頂部出露于西北部。結(jié)合薛家石梁-黑山寨雜巖體的地質(zhì)產(chǎn)狀、各類(lèi)巖性的空間分布和接觸關(guān)系以及侵位深度的估算結(jié)果,我們認(rèn)為該雜巖體是一個(gè)被剝露出來(lái)的掀斜巖漿房,巖漿房的原始底部在目前的南東端,依次分布堆晶的含礦輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖;其原始的頂部在目前的北西端,分布石英二長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖;其整體的原始三維形態(tài)呈現(xiàn)長(zhǎng)軸直立的“瓶狀(bottle-like)”特征(ZellmerandAnnen,2008)。黑熊山花崗巖侵入到該瓶狀巖漿房中,其南端發(fā)育的NW-SE走向的同成分“巖枝”是該花崗巖漿在薛家石梁-黑山寨巖漿房中原始運(yùn)移通道的遺跡。2稀羧酸性質(zhì)成分分析樣品在無(wú)污染環(huán)境下碎至200目,用于分析。所有樣品的主量元素、微量元素和Sr-Nd-Pb同位素的分析測(cè)試都在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素采用ICP-AES方法進(jìn)行分析,測(cè)試儀器為JY38S型電感耦合等離子體光譜儀,主要氧化物的分析誤差一般小于2%。FeO含量由南京大學(xué)地球科學(xué)系實(shí)驗(yàn)室濕化學(xué)法分析測(cè)定。微量元素(包括REE)采用ICP-MS進(jìn)行分析,測(cè)試儀器為高分辨率電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(FinniganELEMENTIIHR-ICP-MS)。樣品使用1mol/LHF+0.5mol/LHNO3在190℃溶解48h,以保證樣品完全溶解;在測(cè)試過(guò)程中采用F-基體匹配分析技術(shù)(高劍峰等,2003),有效解決了Nb、Ta、Zr、Hf等元素在稀硝酸介質(zhì)中的不穩(wěn)定性問(wèn)題。對(duì)USGS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)樣品(BHVO-2)的測(cè)定結(jié)果表明,樣品測(cè)定值和推薦值的相對(duì)誤差均小于10%,且大多數(shù)微量元素的分析誤差在5%以?xún)?nèi)。詳細(xì)的樣品制備、分析流程及對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)高劍峰等(2003)。Sr、Nd同位素的分析測(cè)試流程如下:取100mg粉末樣品用HNO3+HF混合液完全溶解。使用HIBA作為淋洗劑在陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱中分離Nd和Sm,詳細(xì)流程見(jiàn)濮巍等(2005)。使用DCTA和嘧啶的混合溶液作為淋洗劑分離Rb和Sr(YoshikawaandNakamura,1993;濮巍等,2005)。使用1μL的1N濃度HCl溶解Nd樣品,再使用H3PO4溶液將其裝入TIMS的Re雙絲。使用1μL的1N濃度HCl溶解Sr樣品,再使用TaF5溶液將其裝入TIMS的W絲。Nd、Sr同位素測(cè)試采用TritonTI熱離子質(zhì)譜儀(TIMS)分析(濮巍等,2004)。分別采用146Nd/144Nd=0.7219和86Sr/88Sr=0.1194對(duì)Sr、Nd同位素進(jìn)行校正。Nd同位素以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)JNDi-Nd進(jìn)行監(jiān)控。Sr同位素以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)NBS987進(jìn)行監(jiān)控。詳細(xì)的分析流程見(jiàn)濮巍等(2004,2005)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)JNDi-Nd的143Nd/144Nd比值和NBS987的87Sr/86Sr比值分別為0.512112±5(n=5,2σ)和0.710260±6(n=5,2σ)。Pb同位素的分析測(cè)試流程如下:取100mg粉末樣品用HNO3+HF混合液完全溶解。蒸干后用HBr再次溶樣,而后再蒸干,如此反復(fù)3次,使殘余物完全溶解。之后將50μL的溶解液置于AG1-X8陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱內(nèi)分離;萃取出的Pb再通過(guò)交換樹(shù)脂柱進(jìn)行二次提純。采用硅膠-H3PO4技術(shù)(GerstenbergerandHaase,1997)將約100ngPb裝入TIMS的Re絲。分析儀器是FinniganMATTritonTI熱離子質(zhì)譜儀(TIMS)。質(zhì)量校正采用Todtetal.(1996)給出的NBS-981標(biāo)準(zhǔn)。3sio2-mali常用巖石薛家石梁-黑山寨雜巖體代表性巖石樣品的主量、微量和稀土元素含量見(jiàn)表2,Sr-Nd-Pb同位素?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)表3。由于薛家石梁-黑山寨雜巖體高Ti閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖與二長(zhǎng)巖的K2O和全堿含量較高,在TAS圖解中落在二長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖和正長(zhǎng)巖的區(qū)域。但需要指出的是,侵入巖的命名應(yīng)依據(jù)其實(shí)際礦物含量在QAP三角圖投圖決定,而非TAS圖解(LeMaitre,2002),因此本文以實(shí)際礦物含量為依據(jù)對(duì)薛家石梁-黑山寨雜巖體的不同巖石類(lèi)型進(jìn)行命名。為了有關(guān)巖石特征、成因探討方面描述的方便和簡(jiǎn)潔,本文根據(jù)巖石學(xué)特征和地球化學(xué)分析結(jié)果將雜巖體的巖石歸為5大類(lèi):(1)堆晶成因的含釩鈦磁鐵礦輝長(zhǎng)巖;(2)低Ti輝長(zhǎng)巖;(3)高Ti閃長(zhǎng)巖;(4)高Sr低Y中酸性巖(包括:低Ti閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖)和(5)黑熊山鐵質(zhì)花崗巖。在TAS圖解中,薛家石梁-黑山寨雜巖體中的上莊低Ti輝長(zhǎng)巖落在亞堿性系列區(qū)域,薛家石梁高Ti閃長(zhǎng)巖和低Ti閃長(zhǎng)巖、黑山寨石英二長(zhǎng)巖和湖門(mén)二長(zhǎng)巖的樣品落入堿性系列區(qū)域(圖2)。在AFM圖解中,這些巖石均顯示鈣堿性系列的演化趨勢(shì)(圖3a)。在SiO2-K2O圖解中,低Ti輝長(zhǎng)巖落在鈣堿性系列區(qū)域,而高Ti閃長(zhǎng)巖、低Ti閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖成分點(diǎn)多數(shù)落在鉀玄巖系列區(qū)域,其他落在高鉀鈣堿性系列區(qū)域(圖3b)。綜合起來(lái),低Ti輝長(zhǎng)巖是典型的鈣堿性系列巖石,而高Ti閃長(zhǎng)巖、低Ti閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖屬于鉀玄巖系列與高鉀鈣堿性系列之間的過(guò)渡類(lèi)型。低Ti輝長(zhǎng)巖的TiO2含量小于2%,具有較低的K2O(<1%)和全堿含量。在雜巖體的中基性巖中,低Ti輝長(zhǎng)巖的REE和微量元素含量相對(duì)最低;REE配分曲線(xiàn)顯示LREE的適度富集,具有正的Eu異常(圖4a);原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖顯示Ba、Sr、Pb的正異常,高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta和Zr、Hf的相對(duì)虧損,Th、U相對(duì)于LREE的虧損(圖5a)。高Ti閃長(zhǎng)巖的SiO2含量與低Ti輝長(zhǎng)巖相當(dāng)(<50%),但具有較高的TiO2(>2%)、K2O(>1.4%)和全堿含量。在雜巖體的中基性巖中,高Ti閃長(zhǎng)巖的REE含量相對(duì)最高;REE分配曲線(xiàn)顯示LREE的適度富集,不顯示Eu異常(圖4a);原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖顯示Ba的正異常,高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta和Zr、Hf的相對(duì)虧損,Sr、Pb不顯示異常,明顯虧損Th、U(圖5a)。雜巖體中的高Sr低Y中酸性巖(SiO2=50%~70%)在Frostetal.(2001)提出的SiO2-TFeO/(TFeO+MgO)圖解中,屬于鎂質(zhì)花崗巖類(lèi)(圖6a)。按SiO2-MALI圖解,成分點(diǎn)主體落在Peacock意義上的堿性區(qū)域內(nèi)(圖6b)。這些巖石的REE含量介于低Ti輝長(zhǎng)巖和高Ti閃長(zhǎng)巖之間,輕重稀土分餾特征與低Ti輝長(zhǎng)巖和高Ti閃長(zhǎng)巖相似(圖4a),其中二長(zhǎng)巖具有十分明顯的Eu正異常。微量元素蛛網(wǎng)圖顯示Ba、Sr、Pb的正異常,高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta和Zr、Hf的相對(duì)虧損,Th、U相對(duì)于LREE的虧損(圖4b)。黑熊山花崗巖具有很高的SiO2含量(>75%)。在Frostetal.(2001)提出的SiO2-TFeO/(TFeO+MgO)圖解中,屬于鐵質(zhì)花崗巖類(lèi)(圖6a),而與雜巖體的其他巖類(lèi)明顯不同。其具有右傾的“海鷗型”配分曲線(xiàn)和明顯的負(fù)Eu異常(圖4b)。微量元素蛛網(wǎng)圖顯示其虧損Ba、Sr、Ti,具有明顯的Pb、K的正異常,Th、U、Nb、Ta和Zr、Hf相對(duì)于REE均不虧損(圖5b)。薛家石梁-黑山寨雜巖體顯示相對(duì)富集的Nd同位素特征,其εNd(t)值在-7.3到-16.3之間變化,以-8到-13者為多(表3)。樣品的87Sr/86Sr(i)值均小于0.706(表3)。在87Sr/86Sr(i)-εNd(t)圖解中,樣品落在原始地幔和EMI型富集地幔源區(qū)之間(圖7),表明其源巖和/或成巖過(guò)程中有EMI型富集源區(qū)的參與。薛家石梁-黑山寨雜巖體的不同巖性都表現(xiàn)出放射性Pb同位素明顯虧損的特征:206Pb/204Pb(t)小于16.5,207Pb/204Pb(t)小于15.3,208Pb/204Pb(t)小于36.4(表3)。在207Pb/204Pb(t)-206Pb/204Pb(t)和208Pb/204Pb(t)-206Pb/204Pb(t)圖解中(圖8),雜巖體的成分點(diǎn)落在華北克拉通巖石圈地幔和下地殼Pb同位素比值分布區(qū)之間,表明其源巖是長(zhǎng)期虧損Th、U的古老巖石圈地幔和下地殼。4巖石成因與地球動(dòng)力學(xué)的重要性4.1構(gòu)造巖石學(xué)特征結(jié)果如上節(jié)所述,薛家石梁-黑山寨雜巖體的巖石類(lèi)型可分為5組:(1)堆晶成因的輝長(zhǎng)巖;(2)低Ti輝長(zhǎng)巖;(3)高Ti閃長(zhǎng)巖;(4)高Sr低Y中酸性巖;(5)黑熊山鐵質(zhì)花崗巖。這些巖石在空間上的分布規(guī)律以及相互間的接觸關(guān)系暗示,分離結(jié)晶作用在基性巖和高Sr低Y中酸性巖形成過(guò)程中扮演了重要角色。高Ti閃長(zhǎng)巖和低Ti輝長(zhǎng)巖的MgO、Ni、Cr含量較低,不屬于原始巖漿,但在該雜巖體出露的所有巖性中最接近原始幔源巖漿。高Ti閃長(zhǎng)巖與低Ti輝長(zhǎng)巖相比,具有高的稀土元素和強(qiáng)不相容元素含量,在微量元素蛛網(wǎng)圖上顯示U、Th相對(duì)于Nb、Ta虧損,K相對(duì)于LREE虧損的特征;同時(shí),高Ti閃長(zhǎng)巖具有比低Ti輝長(zhǎng)巖更高的εNd(t)值(表3,圖7)。兩類(lèi)基性巖相近的SiO2含量以及REE、不相容元素豐度和Nd同位素的顯著差異暗示兩者之間不存在演化關(guān)系。它們分別源于相對(duì)獨(dú)立的兩種原始幔源巖漿。低Ti輝長(zhǎng)巖的微量元素蛛網(wǎng)圖顯示明顯的Pb正異常,表明其成巖過(guò)程中受到地殼物質(zhì)的混染。高Ti閃長(zhǎng)巖則不具有Pb正異常,反映其沒(méi)有受到地殼物質(zhì)的混染。如第1節(jié)所述,薛家石梁-黑山寨雜巖體中的高Sr低Y中酸性巖,即低Ti閃長(zhǎng)巖(SiO2>50%)、石英二長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖在空間上位于原始巖漿房中、上部,相互之間為過(guò)渡關(guān)系。這些中酸性巖的稀土配分模式、不相容元素標(biāo)準(zhǔn)化模式與低Ti輝長(zhǎng)巖相近,且相應(yīng)微量元素含量隨演化程度增高(SiO2含量增加)而增高(圖5,圖9)。這些特征指示,兩者不是獨(dú)立起源的巖漿,而是具有演化關(guān)系,同為原始幔源巖漿的分異產(chǎn)物。該雜巖體的低Ti閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖均屬于Frostetal.(2001)定義的鎂質(zhì)花崗巖類(lèi)(圖6),加之堆晶巖的磁鐵礦礦化現(xiàn)象,這些事實(shí)指示其原始巖漿的分異演化是在相對(duì)氧化條件下進(jìn)行。據(jù)此,我們歸納該雜巖體主體的成巖過(guò)程是:原始幔源巖漿在巖漿房?jī)?nèi)分異,其早期離結(jié)晶的輝石、斜長(zhǎng)石和磁鐵礦等下沉形成上莊堆晶含釩鈦磁鐵礦輝長(zhǎng)巖,殘余巖漿繼續(xù)演化形成低Ti輝長(zhǎng)巖、低Ti閃長(zhǎng)巖(SiO2>50%)、石英二長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖;其中湖門(mén)二長(zhǎng)巖包含了大量巖漿結(jié)晶過(guò)程中上浮堆積的長(zhǎng)石,顯示了明顯Eu的正異常(圖4a)。其后,高Ti閃長(zhǎng)巖漿注入巖漿房,包裹堆晶含釩鈦磁鐵礦輝長(zhǎng)巖和低Ti輝長(zhǎng)巖;同時(shí)與巖漿房?jī)?nèi)未固結(jié)的中性巖漿發(fā)生同位素的交換,導(dǎo)致Nd同位素組成的相對(duì)均一化。除高Ti閃長(zhǎng)巖以外的薛家石梁-黑山寨雜巖體各巖性在微量元素蛛網(wǎng)圖上所顯示的Pb正異常表明,它們?cè)诔蓭r過(guò)程中受到地殼物質(zhì)的(不均勻)混染,這必然導(dǎo)致Sr、Nd同位素比值的變化。所以,薛家石梁-黑山寨雜巖體的成巖過(guò)程屬于廣義的AFC過(guò)程(汪洋,2007),而非錢(qián)青等(2002)所認(rèn)為的單純分離結(jié)晶演化機(jī)制。反之,雜巖體各巖性之間Sr、Nd同位素比值的波動(dòng)也不構(gòu)成否定分離結(jié)晶作用的證據(jù)。黑熊山花崗巖與薛家石梁-黑山寨雜巖體內(nèi)其它巖性之間侵入接觸關(guān)系截然,其巖石地球化學(xué)特征明顯不同于基性巖和高Sr低Y中酸性巖(圖4~6),具有A型花崗巖的特征,屬于FrostandFrost(2011)定義的鐵質(zhì)花崗巖(即:A型花崗巖)(圖6a)。基于此,我們認(rèn)為黑熊山花崗巖是獨(dú)立的殼源巖漿侵位于薛家石梁-黑山寨巖漿房中固結(jié)的產(chǎn)物。黑熊山鐵質(zhì)花崗巖體的形態(tài)表明,其侵位時(shí)巖漿呈熱柱(thermalplume)形式注入薛家石梁-黑山寨巖漿房尚未固結(jié)的上部,然后水平擴(kuò)展形成碗碟狀形態(tài),而在巖漿房下部保留了原始運(yùn)移通道——細(xì)長(zhǎng)的熱柱尾部(plumetail)。相對(duì)于雜巖體中的基性巖和其他中酸性巖,黑熊山鐵質(zhì)花崗巖相對(duì)更虧損Nd、Pb同位素組成,其Th、U相對(duì)于Nb、Ta和LREE富集,具明顯的Eu負(fù)異常并且相對(duì)虧損中稀土元素(圖7~8,圖4~5)。這些巖石地球化學(xué)特征指示其源巖接近上地殼的成分,且部分熔融殘留相組合中含角閃石。黑熊山鐵質(zhì)花崗巖漿的起源深度應(yīng)大于23km(0.63GPa)——薛家石梁-黑山寨巖漿房下部的原始深度,而小于50km(1.5GPa)——斜長(zhǎng)石在中酸巖漿體系中的穩(wěn)定壓力范圍上限所對(duì)應(yīng)的深度。正常情況下上地殼厚度小于15km。因此,黑熊山鐵質(zhì)花崗巖漿是具有上地殼成分組成的源巖在中、下地殼深度的壓力范圍內(nèi)發(fā)生黑云母失水部分熔融的產(chǎn)物。4.2構(gòu)造及地殼薛家石梁-黑山寨雜巖體出露于云蒙山變質(zhì)核雜巖河防口拆離斷層的下盤(pán)(西側(cè)),其形成時(shí)代與云蒙山變質(zhì)核雜巖的活動(dòng)起始時(shí)代一致(~125Ma)(Davisetal.,2001)。野外觀察和巖漿侵位深度的估算結(jié)果表明,該雜巖體在固結(jié)成巖后經(jīng)歷了南東-北西向的掀斜,是變質(zhì)核雜巖下盤(pán)在拆離運(yùn)動(dòng)中發(fā)生背形穹彎變形的結(jié)果(程素華和汪洋,2011)。因此,薛家石梁-黑山寨雜巖體是燕山西段地區(qū)造山崩塌開(kāi)始階段巖漿活動(dòng)的典型代表。根據(jù)該雜巖體的巖體地質(zhì)、巖石學(xué)、地球化學(xué)和侵位深度信息,可以歸納燕山西段地區(qū)造山崩塌階段的巖漿作用特點(diǎn)如下:(1)幔源基性巖漿可以在地殼中部通過(guò)分離結(jié)晶過(guò)程形成硅飽和的高鉀鈣堿性中酸性巖,后者具有高Sr低Y的特征;(2)與基性-中性巖漿活動(dòng)伴生的鐵質(zhì)花崗巖(即:A型花崗巖)不一定是幔源基性巖漿分離結(jié)晶的直接產(chǎn)物,而更有可能是殼源巖石部分熔融的產(chǎn)物,其起源深度位于地殼中下部;(3)基性-中性巖漿與鐵質(zhì)花崗巖兩類(lèi)巖漿形成的時(shí)間間隔在地質(zhì)意義上很短暫;鐵質(zhì)花崗巖漿可以在基性-中性巖漿發(fā)生分異演化的巖漿房尚未完全固結(jié)時(shí)侵入其中。這暗示在造山崩塌階段幔源巖漿加熱中、下地殼導(dǎo)致其發(fā)生部分熔融所需時(shí)間短暫。所以,造山崩塌階段可以形成從基性巖、中性巖到酸性巖的寬譜系火成巖組合,而且其頻數(shù)分布不一定是雙模式(bi-modal)類(lèi)型。這些火成巖幾乎同時(shí)形成并侵位,構(gòu)成基性巖-高Sr低Y中酸性巖-鐵質(zhì)花崗巖共生組合。具有放射性Pb同位素強(qiáng)烈虧損同時(shí)又不具備Pb異常的薛家石梁高Ti閃長(zhǎng)巖的出露表明,至少在早白堊世中期(~125Ma)燕山西段仍然存在虧損放射性Pb同位素的巖石圈地幔,這一事實(shí)不支持部分學(xué)者提出的下地殼與巖石圈地幔整體發(fā)生拆沉的動(dòng)力學(xué)模式。具有類(lèi)似埃達(dá)克巖地球化學(xué)性質(zhì)的高Sr低Y中酸性巖(薛家石梁的低Ti閃長(zhǎng)巖、黑山寨石英二長(zhǎng)巖、湖門(mén)二長(zhǎng)巖)可以由基性巖漿通過(guò)分離結(jié)晶形成。因此,僅僅依據(jù)地球化學(xué)特征厘定的“C型埃達(dá)克巖”并非全部形成于加厚下地殼的部分熔融過(guò)程。同樣,不能簡(jiǎn)單地依據(jù)“C型埃達(dá)克巖”的出現(xiàn)來(lái)論證是否存在加厚的地殼。造山崩塌階段的鐵質(zhì)花崗巖(即:A型花崗巖)并不一定形成于低壓條件(地殼淺部),黑熊山鐵質(zhì)花崗巖的起源深度應(yīng)該在23km以下。黑熊山鐵質(zhì)花崗巖的源巖具有上地殼的地球化學(xué)特征,暗示在變質(zhì)核雜巖形成之前地殼上部曾經(jīng)顯著增厚,與構(gòu)造地質(zhì)的研究結(jié)果吻合(Davisetal.,2001)。如前所述,以上莊輝長(zhǎng)巖和薛家石梁高Ti閃長(zhǎng)巖為代表的幔源巖漿活動(dòng)與黑熊山鐵質(zhì)花崗巖代表的地殼部分熔融事件的時(shí)間間隔很短。這一事實(shí)表明,在幔源巖漿和變質(zhì)核雜巖形成時(shí)地殼的溫度較高,底侵或內(nèi)侵的幔源巖漿結(jié)晶釋放的能量很快就能使得圍巖的溫度超過(guò)其固相線(xiàn)溫度,從而引發(fā)殼源巖石部分熔融作用的發(fā)生。這也就表明,在云蒙山變質(zhì)核雜巖形成之前,燕山