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华北南缘早白垩世花岗质岩石的Sr-Nd-Hf-O同位素组成：对岩石成因和构造意义的启示

2、地球化学 > 专题12：岩石地球化学

华北克拉通南缘花岗质岩浆作用记录了晚中生代构造演化及华北克拉通岩石圈减薄的深部作用过程。华北南缘伏牛山花岗岩出露面积较大，属于多期侵位的复式岩体，以往研究仅限于局部地区，缺乏系统的整体研究，并且对其研究多集中于与成矿作用有关的花岗岩的成因与物质源区。因此，本文对伏牛山花岗岩体中部、东部分别开展研究工作，通过锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学、岩石地球化学、全岩Sr-Nd同位素以及锆石Hf-O同位素的系统研究，确定伏牛山花岗岩的形成时代和源区性质，探讨其岩石成因和构造演化过程，进而为华北克拉通南缘早白垩世深部作用过程的研究提供依据。
结果表明，伏牛山岩体经历两阶段：140 Ma和131~125 Ma。第一阶段属于埃达克质岩，第二阶段部分属于高分异花岗岩。前者具高SiO2 (70.49 ~ 76.32 %) 含量、高Sr (332 ~ 566×10-6) 含量、高 Sr/Y (53 ~ 138) 以及低MgO (0.15 ~ 0.40 %) 含量；富集LREEs 和LILEs、亏损HREEs和HFSEs，其 (La/Yb)N = 28.78 ~ 52.03。具相对低的 (87Sr/86Sr)i比值 (0.7051, 0.7052)，相对高的εNd(t)值 (-5.89, -5.69) 和δ18O值 (5.34 ~ 7.48 ‰)，锆石的εHf(t) 值介于 -20.93 ~ -0.64。伏牛山花岗岩第一阶段属高Sr、低Yb含量的埃达克质花岗岩，形成于加厚下地壳的部分熔融，且受到了幔源物质的混染。第二阶段花岗岩具有相对高的SiO2 (65.01 ~ 75.28 %)、TiO2 (0.14 ~ 0.59 %) 和MgO (0.19 ~ 0.91 %) 含量。它们整体表现为LREEs相对富集， HREEs相对亏损的右倾型特征，富集LILEs (Cs、Rb和Ba)，亏损HFSEs (Nb、Ta和Ti) 等特征，明显Eu负异常 (δEu = 0.43 ~ 0.72)。它们的 (87Sr/86Sr)i比值为0.7074 ~ 0.7083，εNd(t)值为–13.34 ~ –11.90，εHf(t)值介于–23.66 ~ –6.70之间，δ18O值为4.81 ~ 6.55 ‰。这些特征表明其物质来源以古元古代陆壳物质为主，且受到低程度的幔源物质改造。第二阶段高分异型花岗岩整体具有较高SiO2 (75.37 ~ 76.32 %) 含量、高的 Na2O/K2O比值 (1.02 ~ 1.17), 低的MgO (0.05 ~ 0.08 %) 含量以及低的Zr/Hf 比值(16.13 ~ 16.89)。轻重稀土元素显示弱的四分组效应特征，具明显的Eu负异常，富集LILEs (Cs和Rb)，亏损HFSEs (Nb、Ta、和Ti) 等特征，明显具Ba的负异常和Pb的正异常。它们的εHf(t)值介于–9.61 ~ –7.92之间，δ18O值为5.22 ~ 6.72 ‰。这些特征表明高分异花岗岩应起源于古老地壳部分的熔融，且受到明显地幔物质的混染，而后在岩浆就位过程中发生强烈分离结晶。伏牛山花岗岩形成于扬子与华北克拉通碰撞后，幔源岩浆底侵加热下地壳发生部分熔融。从第一阶段到第二阶段地壳从挤压加厚向伸展减薄的属性转变。