苏鲁造山带乳山地区岩浆岩物质归属及起源—对岩石圈演化的启示

【摘要】：大别-苏鲁造山带居于华北板块和华南板块之间,广泛发育了不同时代的岩浆岩,记录了造山带岩石圈热力学演化和地球化学演化,包含着俯冲大陆地球动力学的重要信息,是研究中国东部构造演化的理想实验室。乳山地区位于苏鲁造山带北部,本文以乳山地区新元古代及中生代岩浆岩为研究对象,通过系统的岩相学,锆石U-Pb年代学,主微量元素及Lu-Hf同位素分析,系统解析乳山地区岩浆岩的成因机制和源区来源,揭示胶东半岛岩石圈演化,并尝试界定华南陆块和华北陆块缝合线边界的地理位置。新元古代花岗岩采自乳山地区东石桥村,全岩主量元素显示新元古代花岗岩为过铝质,钙碱性系列岩石。微量元素地球化学特征表明新元古代花岗岩富集LREE,亏损HREE,具有Eu负异常,表明形成时源区有斜长石残留。根据实验岩石学表明,其是由26～33 km的地壳物质部分熔融形成。锆石Lu-Hf同位素分析表明ε_(Hf)(t)值为-8.0～-17.4,二阶段模式年龄为2.7～2.2 Ga,主要集中在～2.3 Ga,表明乳山地区新元古代花岗岩为华南板块古元古代陆壳重熔的产物。中生代花岗岩采自乳山地区北部出露的晚侏罗世花岗岩和早白垩世花岗岩,锆石U-Pb定年表明这些花岗岩的形成时代为158.1±1.5～154.9±1.7 Ma和118.5±2.7～114.9±2.9 Ma,主量元素表明它们都属于过铝质,高钾钙碱性系列岩石。这些花岗岩大多数具有相似的地球化学特征,富集LREE和LILE,亏损HREE和HFSE,具有右倾陡斜的稀土配分模式特征,这些花岗岩高的Sr含量、低的Yb和Y含量,以及无Eu异常或Eu异常不明显,表明其具有埃达克质岩石特征,形成机制为加厚陆壳(50 km)的部分熔融。中-基性岩墙大多侵入中生代花岗岩中,主微量元素表明它们属准铝质,钾玄岩系列岩石,富集LREE和LILE,亏损HREE和HFSE,具有弧形地壳微量元素分配特征。具有较高的Mg O、Cr、Ni含量和Mg~#,表明其来源于岩石圈地幔并与地壳物质发生相互作用。对研究区中生代花岗岩进行Lu-Hf同位素分析,晚侏罗世花岗岩ε_(Hf)(t)值为-15.9～-51.6,大部分集中在-24～-27之间,早白垩世花岗岩ε_(Hf)(t)值为-15.1～-27.7,大部分集中在-25～-27之间,它们的二阶段模式年龄峰值集中在2.9～2.7 Ga,Hf同位素数据表明乳山地区中生代花岗岩来源于华北太古宙陆壳重熔,与华南板块古元古代陆壳生长和新元古代岩浆活动有所不同。此外,乳山地区变基性岩捕虏体变质时代为1839±27 Ma,ε_(Hf)(t)值为0.5～5.1,对应的一阶段模式年龄(T_(DM1))主要集中在～2.1～2.0 Ga,表明捕虏体(变基性岩)属华北板块,其模式年龄与其U-Pb年龄相近,可能解释为源区来源于亏损地幔。早白垩世花岗岩虽然不具备拆沉岩浆岩的特点,并不能说明拆沉没有发生。本文认为软流圈地幔通过加热先将岩石圈地幔软化,在此过程中,下地壳经过热传导发生部分熔融,形成了较低的Mg O、Ni、Cr含量和Mg~#的埃达克质熔体,发生岩石圈拆沉。中-基性岩墙可能是随着岩石圈地幔不断被加热产出的熔体,在上升过程中与地壳物质发生反应。此外,早白垩世花岗岩捕虏体(变基性岩)的出现可能为岩石圈拆沉后,岩浆上涌形成的新生地壳物质在短时间内携裹的产物。综上所述,苏鲁造山带乳山地区新元古代花岗岩是扬子板块古元古代陆壳重熔的产物。中生代花岗岩是华北太古宙陆壳重熔的产物,且在加厚陆壳背景下形成的具有埃达克特征的岩石。早白垩世花岗岩及高镁中-基性岩墙的出现与苏鲁造山带早白垩岩石圈拆沉作用相耦合。此外,根据增生杂岩的底界应作为苏鲁造山带的缝合带,乳山地区混杂有华北和华南物质的岩石,属于构造杂岩带,缝合带应在研究区域南部构造杂岩带与华南板块之间。