冀北赤城花岗岩的岩石学、地球化学与锆石SHRIMP年代学

摘要

冀北赤城花岗岩主要出露于赤城县城以北的马营、云州水库、独石口和镇宁堡等地，包括马营的红墩梁、云洲水库的舍身崖、独石口的冰山梁和镇宁堡的东沟楼等四个岩体。这些花岗岩体均呈岩珠状产出，为中深成至深成侵入岩，它们主要侵位于晚古生代―红旗营子群‖的黑云斜长片麻岩之中，局部侵位于样墩片麻岩，部分岩体则为侏罗系火山岩所覆盖而呈沉积接触关系。其中，红墩梁、舍身崖和东沟楼等岩体的出露面积大小不等，为黑云二长花岗岩，具典型的花岗结构和块状构造，主要矿物成分有斜长石、钾长石、石英，次要矿物为黑云母。黑云二长花岗岩的地球化学特征显示其具较高的SiO2 含量(73.93％～76.44％)以及相对较低的Al2O3(11.56％—12.95％)、Na2O(3.88％ —4.38％)和K2O含量(4.37％—5.06％)，ΣREE 相对较低(92.51 ppm—240.53 ppm)，(La/Yb)N 介于6.66 与18.27之间，具明显的负Eu 异常(δEu=0.15—0.38)，Ce异常不明显。其fSm/Nd和εNd(t)分别为-0.31—-0.53和-13.25—-15.80，为起源于陆壳环境的钙碱性系列花岗岩类。冰山梁岩体的矿物成分有斜长石（40％—45％）、钾长石（30％—35％）、石英（10％—15％）和少量黑云母，在地球化学特征上，具有较低的SiO2 含量(66.31％)以及相对较高的Al2O3(15.13％)、Na2O(4.40％)和K2O含量(5.51％)，ΣREE 相对较高(373.95ppm)，(La/Yb)N 为30.77，具不太明显的负Eu 异常(δEu=0.78)，Ce 异常相对较明显(δCe=0.70)。
　　 其fSm/Nd和εNd(t)分别为-0.50和-12.18，为起源于陆壳环境的花岗闪长岩类。对于二长花岗岩类，马营的红墩梁岩体中的锆石具有明显的岩浆成因环带，Th/U 比值为0.50～1.45，锆石SHRIMP U-Pb 同位素数据表明其206Pb/238U 平均年龄为143.9±2.2 Ma；东沟楼黑云二长花岗岩体中的锆石具有明显的岩浆成因环带，Th/U 比值为0.61～0.96，锆石颗粒的SHRIMP U-Pb 同位素分析数据表明其206Pb/238U 平均年龄为138.0±2.2 Ma；云州水库的舍身崖岩体，Th/U 比值为2.19，数据显示该岩体的年龄在136.0±3.3Ma 左右。对于花岗闪长岩类，冰山梁岩体中的锆石也具明显的岩浆成因环带，Th/U 比值较高，为1.18～2.73，锆石SHRIMP U-Pb 同位素测年分析数据表明其206Pb/238U 平均年龄为228.0±3.1 Ma。
　　 根据获得的锆石SHRIMP年龄资料来看，以冰山粱岩体为代表的花岗闪长岩体的锆石SHRIMP U-Pb年龄为228 Ma，形成于印支期，而红墩粱、舍身崖和东沟楼等黑云二长花岗岩体的锆石SHRIMP年龄介于136Ma 与144 Ma之间，平均值为143 Ma，明显形成于燕山期，这与前人认为该地区花岗岩体是海西期明显不同。
　　 冀北赤城地区两期花岗岩体的存在，一方面暗示该地区先后经历了印支期和燕山期两次岩浆热事件，这对该地区的岩石—构造单元的大地构造属性等相关研究提供了岩石学和年代学的依据；一方面限定了冀北红旗营子群整体推覆的最晚时间应该是在228Ma之前；另一方面结合华北克拉通中生代遭受的破坏，赤城地区花岗岩的存在和年代学的研究，结合对赤城花岗岩Sm-Nd 同位素的研究，不仅说明了在中生代华北克拉通北缘中段地区的岩石圈减薄作用，还为华北克拉通中生代的破坏的具体时间提供了岩石学证据，从而限定了华北克拉通的破坏始于印支期，而在燕山期达到了高潮。