花岗质岩石的特征对比及其构造意义

吉-辽-鲁岛弧带内存在多种不同类型的花岗质岩石，还有（石英）闪长岩、（角闪）辉长岩存在。根据岛弧岩浆杂岩带的形成发展，可把它们划分为中基性侵入岩、岛弧花岗岩和碰撞花岗岩等三种不同类型的岩石组合。中基性侵入岩包括（石英）闪长岩、（角闪）辉长岩，岛弧花岗岩包括大多数TTG花岗质岩石，碰撞花岗岩主要包括二长花岗岩和钾质花岗岩。它们在许多方面都不相同，反映了华北陆块和胶辽陆块在太古宙末期相互拼合碰撞的历史过程。

中基性侵入岩在吉-辽-鲁岛弧带内出露较少，但意义重大。主要有辽北的狍子沟岩体、冀东的界岭口闪长岩和鲁西的大众桥、马刨泉石英闪长岩等，以及鲁西地区的麻塔角闪石岩、桃科辉长岩和金牛山角闪辉长岩等。空间上它们与岛弧花岗岩共生，时间上与岛弧花岗岩大致同时形成或形成更早。（石英）闪长岩低SiO2，高TFeO、MgO、CaO，总稀土含量通常较低，轻重稀土分离程度也不高，但具有大离子亲石元素相对富集、高场强元素（特别是Nb、Ta）相对亏损的组成特征。它们的成因方式与岛弧花岗岩类似，即形成于洋壳板块及上覆沉积物的俯冲熔融（讨论见下），但熔融程度显然更高。与之不同，（角闪）辉长岩是地幔物质的熔融产物。它们与表壳岩系中的玄武质岩石化学组成上的类似性表明两者可能具有类似的成因，只是产出状态不同而已。

岛弧花岗岩和碰撞花岗岩在吉-辽-鲁岛弧带占有绝对优势。下面将从组成特征、物质来源、时空分布、成因模型等不同方面对它们作重点讨论。

一、组成特征

以TTG花岗质岩石为主的岛弧花岗岩在吉-辽-鲁岛弧带不同地区都有存在，在辽北和鲁西地区出露更为广泛。它们通常遭受强烈变形，具片麻理构造。岩石外貌虽局部可显示出较大的变化，但总体上仍相当均一。组成矿物主要为斜长石、石英、黑云母等，可含少量的钾长石（微斜长石），常有绿帘石存在。在辽北地区，许多英云闪长岩都含有一定数量的角闪岩。岩石低SiO2、K2O，高MgO、TFeO、CaO,Na2O＞K2O，在An—Ab—Or图上，它们主要分布于英云闪长岩区和花岗闪长岩区，少部分位于奥长花岗岩区甚至二长花岗岩区（TGG点的花岗岩区一侧）。岩石轻重稀土强烈分离，一般不存在负铕异常。高场强元素Nb（和Ta）相对亏损。

碰撞花岗岩主要包括二长花岗岩和钾质花岗岩，也有少量壳源成因的TTG花岗岩。二长花岗岩在岛弧带内不同地区都有存在，但鲁西地区更为常见，类型也更多。这类岩石的片麻理发育程度在不同地区有较大变化，与后期改造有关。与岛弧花岗岩比较，它们明显的相对高SiO2、K2O，低MgO、TFeO、CaO,Na2O和K2O含量相近。在An—Ab—Or图上分布于花岗岩区靠上的位置。存在三种不同形式的稀土模式。1）轻重稀土分离不强，重稀土部分呈平坦型，存在明显的负铕异常，如鲁西的傲徕山二长花岗岩。2）轻重稀土强烈分离，重稀土亏损，但出现明显的负铕异常，如鲁西新泰城东的二长花岗岩。3）轻重稀土强烈分离、重稀土强烈亏损、不存在明显负铕异常，有时还存在一定的正铕异常，如辽北的柏家二长花岗岩、冀东绥中二长花岗岩、安子岭杂岩体中的二长花岗岩和鲁西的青云山、雌山等二长花岗岩。三种类型花岗质岩石在常量和其他微量元素组成上也有一定的差异。

钾质花岗岩是另一重要类型的碰撞花岗岩。根据化学组成，可把其划分为两类。类型1钾质花岗岩：它们以较大规模产出，如鞍本地区的齐大山花岗岩、冀东的山海关花岗岩、鲁西东北部的钾质花岗岩等。变形通常很弱，呈块状构造，空间上岩石组成无大的变化。主要由钾长石、钠质斜长石和石英组成，暗色矿物黑云母含量很低，常有钾长石斑晶存在。钾质花岗岩高硅富钾，低铁、镁、钙，K2O＞Na2O，具轻重稀土分离不强，重稀土部分呈平坦型、出现强烈负铕异常的稀土模式，高场强元素Nb、Ta、P、Ti强烈亏损，大离子亲石元素Ba相对于Rb、Th出现明显亏损，在Rb、Ba、Th部分呈V字型。类型2钾质花岗岩：它们以较小规模零星分布，如辽北的红石砬子花岗岩、绥中-锦西地区的钾质花岗岩，鲁西的四海山钾质花岗岩。它们虽在高硅富钾方面与前类钾质花岗岩十分相似，但稀土和微量元素组成上却有较大区别。这类钾质花岗岩以重稀土相对亏损，负铕异常不明显为特征。在Pearce图上，它们高场强元素也有亏损，但亏损程度一般较低，特别是大离子亲石元素Ba相对于Rb、Th不出现明显的亏损，在Rb、Ba、Th部分呈反V字型或一向右倾斜的斜线。这与类型1钾质花岗岩明显不同，可以作为分辨这两种不同类型钾质花岗岩的重要判别标志。元素Rb—Ba—Th关系的变化在其他类型岩石中也有存在。对比同一岩类和不同岩类之间岩石Rb—Ba—Th关系的异同及变化，对了解它们之间的成因联系显然具有重要的意义，值得进一步的深入研究。

二、物质来源

根据地球化学组成特征，岛弧花岗岩的形成主要与玄武质岩石的部分熔融有关。从物源上讲，其母岩可以是同时代表壳岩系中的斜长角闪岩、下部地壳变玄武质岩石或洋壳板块。由于岛弧带内同时代表壳岩系中的斜长角闪岩大都具有亏损型、平坦型或轻稀土略富集型的稀土模式，由它们在相对低压条件下的部分熔融难以形成轻重稀土强烈分离的岛弧花岗岩。另外，这类花岗质岩石Ba相对于Rb（和Th？）一般都无明显的相对亏损，而同时代表壳岩系中的斜长角闪岩Ba相对于Rb常出现较明显的相对亏损，两者存在较大的区别。所有这些都说明它们之间不存在物源上的成因联系，岛弧花岗岩不能由同时代表壳岩系中的斜长角闪岩部分熔融形成。下部地壳变玄武质岩石作为熔融母岩，同样难以解释岛弧花岗岩的组成特征及时空分布。相比之下，洋壳板块俯冲熔融的成因模型更为合理，具体讨论见后。

与之不同，作为碰撞花岗岩的大多数二长花岗岩是成熟度较高的陆壳物质部分熔融的产物，它们的稀土模式的不同主要反映了源区组成存在差异。其中第三类二长花岗岩轻重稀土强烈分离，与典型的TTG花岗岩十分类似，一些可能是由岛弧花岗岩（TTG花岗质岩石）进一步结晶分异演化形成。但大多数看来是由变英安质火山沉积岩（黑云变粒岩）部分熔融形成。冀东安子岭花岗杂岩体具有原地或半原地的地质特征，二长花岗岩的产出状态清楚地表明了它们的陆壳成因特点。在鲁西地区，这类二长花岗岩具有异地的特点，空间上它们与黑云变粒岩共生（如雌山地区）。鲁西地区这类二长花岗岩形成规模较大，可能与该区作为熔融母岩的黑云变粒岩存在较多有关。这类二长花岗岩轻重稀土强烈分离的稀土模式在很大程度上继承了其母岩的组成特征，而不是石榴石在熔融源区大规模残余的结果。根据岩石的组成特征，TTG花岗质岩石也可能是这类二长花岗岩的熔融母岩。它们既可是前一岩浆构造旋回的作用产物，也可是同一岩浆构造旋回早期阶段的作用产物，同位素示踪对此可以作出判别。

钾质花岗岩的另一重要类型——碰撞花岗岩，显然也是陆壳物质部分熔融的产物。存在两种类型钾质花岗岩，主要与源区物质变化有关。类型1钾质花岗岩常量元素组成上具有低共结点的成分特征，稀土模式与许多经受过外生作用强烈改造的变质沉积岩的十分类似，同样存在高场强元素强烈相对亏损、大离子亲石元素Ba对Rb和Th相对亏损的组成特点。这类钾质花岗岩的形成很可能与变质沉积岩的深融作用有关，熔融过程中体系基本达到平衡，其化学组成在很大程度上继承了原岩的特点，同时受到熔融过程中元素分配行为的制约。类型2钾质花岗岩组成上与许多轻重稀土强烈分离的TTG花岗质岩石和二长花岗岩十分类似，它们之间很可能有物源上的成因联系，由后者部分熔融形成，部分可能是其进一步结晶分异的产物。

并非所有的TTG花岗质岩石的形成都与玄武质岩石有关。根据地质特征，冀东地区的一些TTG花岗质岩石很可能形成于以陆壳为主的部分熔融，尽管它们同样具有轻重稀土强烈分离的稀土模式。鲁西地区富山奥长花岗岩的组成特征表明它们很可能形成于早期陆壳物质的部分熔融。这类来自于陆壳物质的TTG花岗质岩石在成因方式上与二长和钾质花岗岩类似，应划归为碰撞花岗岩。

三、时空分布

所有花岗质岩石都形成于表壳岩系之后。不同类型花岗质岩石在地质演化的时间坐标上存在明显的有序变化。根据野外穿插关系和同位素年代测定，各个地区毫不例外几乎都是岛弧花岗岩形成在前（2.7～2.55Ga），壳源成因的碰撞花岗岩形成在后（2.55～2.4Ga），其中成熟度最高的钾质花岗岩最后形成。后者与钾交代作用最晚发生的现象相吻合。不同类型的花岗质岩石在形成时间上存在有序变化是一全球性现象，无疑具有十分重要的地质意义。从不同类型花岗质岩石的源区组成和形成条件判断，这种有序变化显然与壳幔相互作用，地幔热流向上不断迁移的演化进程有关。花岗质岩石化学组成存在有序变化不但表现在同一岩浆构造旋回期间，而且也反映在整个地质演化进程之中。这点在前面有关鞍本地区的研究中已作说明。太古宙之后“幔源”成因的TTG花岗质岩石比例减小，壳源成因的二长和钾质花岗岩比例明显增高进一步说明了这点。两种不同类型花岗质岩石的有序变化，虽都与热演化有关，但其具体原因并不相同。

需要说明的是，吉-辽-鲁岛弧带内不同地区花岗质岩石的形成时间总的来说大致相同，但其起止延续的时间范围仍有区别。例如，据现有资料，辽北地区新太古代形成最早的TTG花岗质岩石年龄不大于2.6Ga，形成最晚的钾质花岗岩年龄尚未获得，但在鞍本地区为2.5Ga左右。而鲁西地区形成最早的TTG花岗质岩石年龄高达2.7Ga，形成最晚的钾质花岗岩年龄小于2.4Ga，岩浆作用延续时间明显较长。这种差异是资料不全之故或反映了其本身的特征，目前还不清楚。另外，吉-辽-鲁岛弧带内钾质花岗岩的形成时间通常都小于2.5Ga，在国内外普遍认可的太古—元古界限之后。由于这些钾质花岗岩与其它花岗质岩石显然都为同一构造岩浆旋回的产物，所以如何重新认识和确定太古—元古的界限看来仍是一需要继续探讨的问题。

空间上，吉-辽-鲁岛弧带内不同类型的花岗质岩石存在明显的分带现象。闪长岩、辉长岩等不同类型的中基性侵入岩以及岛弧花岗岩主要分布于胶辽陆块的西缘外侧，而碰撞花岗岩主要分布于胶辽陆块的西缘内侧，构成不同的岩浆成分带。这种现象在鲁西地区表现得特别明显，从西南向东北，以TTG为主的岛弧花岗岩、以二长花岗岩为主的碰撞花岗岩和以钾质花岗岩为主的成熟度更高的碰撞花岗岩呈明显的带状分布。在冀东双山子至秦皇岛一带，也同样存在从闪长岩→TTG→钾质花岗岩的有序变化。不同类型花岗质岩石的这种空间分带显然具有十分重要的地质意义。

四、花岗质岩石成因的构造模型

如上所述，吉-辽-鲁岛弧带内不同类型花岗质岩石在化学组成、物质来源、时空分布等方面都存在明显的变化规律。从西向东由早期的岛弧花岗岩转变为晚期的碰撞花岗岩，岩浆形成的熔融物质由玄武质岩石变为不同成熟度的陆壳物质，熔融温度不断降低，熔融压力不断下降，显示出地幔热流及熔融源区由下向上的迁移过程。这种现象可用华北陆块及豫皖陆块同胶辽陆块之间相隔的洋壳，在太古宙晚期发生向胶辽陆块之下的消减，直至陆块的相互拼合碰撞的构造模型来得到合理解释。

在陆块拼合的前期阶段为洋壳俯冲，在胶辽陆块的边缘不断形成岛弧火山岩和岛弧花岗岩。俯冲的洋壳板块当到达一定深度，并进入石榴石稳定的温压区间时，由于太古宙地热梯度高，岩石在未脱水之前就发生了部分熔融，重稀土富集的石榴石和角闪石在源区残余，形成轻重稀土强烈分离的岛弧花岗岩（TTG花岗质岩石）（Martin,1995）。一些岩石化学组成存在较大变化与岩浆发生后期结晶分异有关。岛弧花岗岩大离子亲石元素相对富集，除表明它们在岩浆作用过程中不相容性很强外，还可能与洋底陆源碎屑沉积物的参与有关。由于高水压条件，富含高场强元素Ti、Nb（和Ta）的副矿物相稳定而残余于源区，引起它们在熔融岩浆中发生相对亏损。在熔融源区出现高温热异常时，则形成闪长岩和辉长岩等不同类型的中基性侵入岩。它们的化学组成虽与岛弧花岗岩不同，但其形成过程同样也与洋壳俯冲有密切的关系，只是熔融温度和源区组成不同而已。

当洋壳俯冲结束，西部陆块向东不断迁移并发生陆-陆碰撞。由于陆壳增厚，地热梯度增高，引起胶辽陆块中成熟度较高的泥沙质变质沉积岩发生部分熔融，形成了以钾质花岗岩为主，部分为二长花岗岩的碰撞型花岗岩带，主要分布于岛弧花岗岩带靠大陆一侧。陆壳基底能提供大量物质来源表明中太古时胶辽陆块陆壳物质成熟度已有了明显的增高，其范围也有了相当的规模。此外，在岛弧花岗岩带内也有钾质花岗岩的分布。但如前所述，它们是以不大的规模零星出现的。在地质产状、化学组成等许多方面与大范围分布于碰撞花岗岩带中的1型钾质花岗岩存在很大区别。它们虽形成最晚，也是陆陆碰撞作用的产物，但在物源和成因上却不尽相同。

与岛弧花岗岩相比，碰撞花岗岩的化学组成表现出更明显的变化。这主要与后者源区物质变化更大有关。岛弧花岗岩的源区物质为俯冲洋壳，较为单一。它们为典型的I型花岗岩，但它们并非直接形成于幔源玄武质岩浆的结晶分异，而是两阶段或多阶段演化的产物。组成洋壳的玄武质岩浆来自于地幔源区，只有在这一意义上可把它们理解为幔源花岗岩。碰撞花岗岩的源区物质为不同类型的陆壳物质，既可能是组成早期陆壳的不同成因的花岗质岩石或英安质火山岩，也可能是成熟度不同的各种变质沉积岩。英安质火山沉积岩形成过程中虽大都经受过外生作用的叠加，但化学组成并没有明显的变化，由它们部分熔融形成的二长花岗岩和部分TTG花岗岩仍可称之为I型花岗岩。由成熟度高的早期花岗质岩石和变泥沙质岩石部分熔融形成的二长花岗岩和钾质花岗岩为典型的S型花岗岩。它们都为壳源成因。

碰撞花岗岩化学组成变化大的另一原因是，形成条件变化更大和副矿物相起了重要作用。二长花岗岩与钾质花岗岩相比，通常形成于更高的温压条件。关于副矿物对花岗质岩石稀土组成的影响，除前面有关章节提到的外，还可以鲁西九山—蒋峪地区的二长花岗岩为例。该区大范围出露的二长花岗岩具有轻重稀土强烈分离的稀土模式，它们的Nb、P、Zr等元素的含量也低。但遭受陆壳物质混合混染的岩石样品（SD9411）重稀土含量明显增高，同时Nb、P、Zr等元素含量也有增高（图4—21）。表明参与混合混染的陆壳物质锆石、磷灰石等副矿物含量高是岩石重稀土增高的主要原因。副矿物相对许多壳源型碰撞花岗岩的稀土组成起了重要的控制作用，显然与它们在成熟度高的花岗质岩石及陆源碎屑沉积岩中含量高有关，所以归根结底还是源区物质不同的缘故。副矿物对岩石稀土组成的影响，在一些演化程度高的年青花岗质岩石中有较深入的研究，但对太古宙花岗质岩石研究还十分不够。有必要进一步加强这方面的工作。值得注意的是，尽管碰撞花岗岩和岛弧花岗岩在多方面存在很大区别，但两者在高场强元素Nb、Ta出现相对亏损方面却十分类似。这种继承的特点最终可归结于壳幔相互分离过程中Nb、Ta元素地球化学行为的变化，它们以副矿物形式残余于地幔源区。正是由于这个原因，高场强元素Nb、Ta相对亏损才成为陆壳物质的基本组成特征之一。

图4—21　鲁西九山地区二长花岗岩的地球化学图解

A稀土模式；B—Pearce图解；样品DS9410和DS9414为大范围分布的花岗质岩石；SD9411为受陆壳物质混合混染的花岗质岩石，注意重稀土与Nb、P、Zr之间的对应关系

吉-辽-鲁岛弧带岛弧花岗岩和碰撞花岗岩形成于2.7～2.4Ga期间，大致为东西陆块拼合、碰撞的时间范围。前面提到，吉-辽-鲁岛弧带不同地区花岗质岩浆作用延续的时间范围并不完全相同，有可能表明不同地区发生碰撞拼合的时间进程有所不同。

与岛弧花岗岩一样，现已变质成为黑云变粒岩的英安质火山沉积岩在表壳岩系中广泛存在，也是洋壳板块俯冲熔融的产物。所以从发展演化的观点来对比它们之间的异同具有重要的意义。作为表壳岩系的重要组成部分，英安质火山沉积岩形成在前，为火山作用的产物。岛弧花岗岩形成在后，以侵入体形式产出。在地球化学上，英安质火山沉积岩和岛弧花岗岩的总体组成十分类似，都有轻重稀土强烈分离，高场强元素Nb（Ta）发生相对亏损，Ba对Rb（Th?）未出现明显的相对亏损。两者的主要差异是，岛弧花岗岩在常量元素组成上通常更偏酸性一些，稀土总量和大离子亲石元素的含量也更高，而相容元素（如Cr）含量更低，可能是由于部分熔融程度相对较低的缘故。另一方面，岛弧花岗岩与英安质火山沉积岩都有轻重稀土强烈分离的稀土模式，但前者的分离程度通常更高。如果它们都形成于组成类似的洋壳板块物质的部分熔融，并且轻重稀土的分离都与石榴石的源区残余有关，那么，它们轻重稀土分离程度的差异应反映发生熔融时压力条件的不同。岛弧花岗岩形成于更大的深度。在陆块拼合的早期阶段，洋壳俯冲到达一定深度发生部分熔融，上覆陆壳厚度相对较小，岩浆以火山形式产出，形成英安质火山岩。俯冲洋壳如只发生脱水淋滤，上覆亏损地幔楔遭受交代熔融形成岛弧拉斑玄武岩。玄武质和英安质岩浆的形成要求俯冲带及附近具有较高的地热梯度。随着俯冲作用的进行，岛弧带陆壳厚度不断增大，压力增高，壳幔相互作用减弱，俯冲洋壳在新的温压条件下发生较低程度的部分熔融，形成岛弧花岗岩。由于上覆陆壳厚度大，岩浆以侵入体形式产出。与英安质火山岩相比，岛弧花岗岩通常有更广泛的结晶分异作用发生，可能也与上覆陆壳厚度大，形成条件更为稳定有关。