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华北克拉通去克拉通化作用的时间、范围和机制等重要科学问题一直是国内外研究的热点。华北克拉通是目前唯一得到确证的原有巨厚太古宙岩石圈遭受强烈破坏及巨量减薄的克拉通（ 林伟等，2011）。自 1.8 Ga 华北克拉通化之后至早中生代都保持了基本稳定的特征，至晚中生代，华北克拉通动力学体制发生重大转折，主要表现为发生的大规模岩石圈减薄（Menzies et al.，1993; 牛宝贵等，2003; 翟明国等，2004，2015; 李三忠等，2004a，b; 许文良等，2004; 樊祺诚等，2005; 吴福元等，2008; 赵越等，2010; 朱日祥等，2011; 刘杰勋等，2011）。辽东地区作为华北克拉通中生代岩石圈减薄最为强烈和典型的地区之一，发育了大量的中生代岩浆活动，是研究华北克拉通东缘板内构造岩浆活动的经典地区。早期人们认为辽东地区出现的大规模中生代侵入岩主要形成于早中生代印支期，但新的年代学资料显示它们主要形成于晚三叠世（230~200 Ma）、侏罗纪（190~156 Ma）和早白垩世（141~110 Ma），其中以早白垩世岩浆活动最为强烈（吴福元等，2005）。辽东地区发育的早白垩世岩浆岩岩石类型复杂，包括碱性岩、A 型花岗岩和 I 型花岗岩，且广泛伴生中基性岩石（杨进辉等，2021）。前人对辽东地区中生代花岗岩的研究多侧重在单个 A 型或 I 型花岗岩研究，而对中生代 A 型花岗岩与 I 型花岗岩构成的复合岩体花岗岩研究较少。笔者等采用野外地质调查和室内综合研究相结合的方法，通过岩石的主微量元素、U-Pb 同位素和锆石原位微区铪同位素分析对区内 I 型—A 型复合岩体花岗岩的源岩物质、成岩机理和成岩时代进行研究，系统对比了两类花岗岩地质地球化学特征的差异，并探讨了二者的成因联系，以期为研究辽东地区早白垩世岩浆作用及构造演化提供新的线索。
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1 区域地质背景及岩相学特征
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研究区位于华北克拉通北缘东段、辽吉古元古代造山带北缘，行政区划属辽宁省本溪市桓仁县管辖。辽吉古元古代造山带呈向北凸出的弧形分布，前人研究认为该造山带与北部龙岗地块（翟明国等，2007）以及南部狼林地块均呈构造接触（刘福来等，2015）（图1）。研究区构造较为发育，主要以北东向的大型走滑断裂为主，该断层属于庄河—桓仁岩石圈断裂带的一部分。该断层次级断裂较为发育，在断层两侧有较多平行主断裂的小型断裂，断裂性质以左行平移为主，晚期局部表现为正断层。区内出露的地层有新太古代鞍山群、古元古代辽河群和早白垩世小岭组。新太古代鞍山群石棚子岩组，位于业主沟岩体西北部，岩性以片麻岩、斜长角闪岩、磁铁石英岩为主，被后期中生代花岗岩侵入。古元古代辽河群由高家峪组、大石桥组和盖县组组成，岩性组合以片岩、浅粒岩、变粒岩、大理岩及千枚岩等为主，主要出露在研究区南部。早白垩世小岭组火山岩为一套陆相火山—沉积建造，岩性以安山岩、粗面岩、流纹岩及其相应火山碎屑岩为主。
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图1 辽东桓仁地区早白垩世侵入岩地质略图
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Fig.1 Simplified geological map of Early Cretaceous intrusive rocks in Huanren, Eastern Liaoning
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研究区内的岩浆岩以新太古代花岗岩和中生代花岗岩为主。新太古代花岗岩主要分布在研究区的东北部和南部，以片麻状二长花岗岩和片麻状花岗闪长岩为主，被后期中生代岩体侵入。中生代 I 型—A 型复合花岗岩体位于研究区中部，地表形态呈近椭圆形产出，长轴呈东西向展布，出露面积 14 km2。岩体西侧和南侧被中生代火山岩和第四系掩盖，北侧和南侧侵入新太古代花岗岩和早期变质地层。复合花岗岩体可划分出古城子二长花岗岩和业主沟似斑状碱长花岗岩两种岩石类型，两者界线不明显，野外呈渐变过渡关系，吉林省地质调查院（2003）依据 Rb-Sr 等时线（154 Ma）年龄将其归属于中侏罗世❶。本次对二长花岗岩和似斑状碱长花岗岩进行锆石 U-Pb 测年分别获得了 125. 0±0.6 Ma 和 116.3±0.9 Ma 的岩浆结晶年龄，确定其形成时代应为早白垩世。
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古城子二长花岗岩和业主沟似斑状碱长花岗岩样品均采自公路两边的人工露头，样品新鲜无蚀变。古城子二长花岗岩，岩石新鲜面呈浅肉红色，细粒花岗结构，块状构造。主要矿物组成为石英、斜长石、条纹长石、黑云母，副矿物主要有榍石和锆石。石英他形粒状，粒径 1~3 mm; 斜长石，半自形，粒径为 1~3 mm，发育聚片双晶，含量约 35%，部分绢云母化、黝帘石化; 钾长石，主要见条纹长石，半自形，粒径 1~4 mm，含量约 35%; 普通角闪石，短柱状，粒径为 1~3 mm，含量约 5%。业主沟碱长花岗岩，岩石新鲜面呈浅肉红色，似斑状结构，块状构造。斑晶为条纹长石，浅肉红色，板状，粒度 5~8 mm，含量大于 5%。基质为中细粒花岗结构，块状构造，主要矿物由斜长石、条纹长石、石英及少量黑云母组成。其中斜长石，半自形，粒径为 1~4 mm，发育聚片双晶，含量约 20%; 条纹长石，半自形，粒径 1~4 mm，发育条纹双晶，含量约 60%; 石英，他形粒状，含量约 20%，与条纹长石构成文象交生结构; 黑云母，片状，含量约 5%。岩石副矿物主要有锆石和磷灰石。
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图2 辽东桓仁地区早白垩世二长花岗岩（a）（b）和早白垩世碱长花岗岩（c）（d）野外照片（a）（c）和显微照片（正交偏光）（b）（d）
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Fig.2 Representative field photographs (a) (c) and microphotographs (cross-polarized light) (b) (d) of Early Cretaceous monzogranite (a) (b) and alkali feldspar granite (c) (d) in Huanren, Eastern Liaoning
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Qz—石英; Mc—微斜长石; Pl—斜长石; Hb—角闪石
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Qz—quartz; Mc—microcline; Pl—plagioclase; Hb—amphibole
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2 样品分析方法
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样品全岩主量、微量元素分析在国土资源部沈阳矿产资源监督检测中心完成。主量元素使用 X 射线荧光光谱仪（XRF-1500）完成分析测试，其中 FeO 含量通过湿化学方法测定。微量元素、稀土元素分析使用等离子体质谱仪（ ICP-MS）Element Ⅱ 测试完成，当元素质量分数大于 10×10-6 时，相对误差小于 5%，小于 10×10-6 时，相对误差小于 10%。样品的锆石挑选在河北省区域地质矿产调查研究所完成的，制靶及阴极发光（CL）图像的拍摄在南京宏创地质勘查技术服务有限公司完成。首先，将锆石样品粉碎成 80~100 目。经过淘洗后电磁法分离得到较高纯度的矿样，在双目镜下挑选晶形完好，没有裂痕，透明度较高且不含包裹体的锆石进行制靶，然后将它们粘贴在环氧树脂表面，待环氧树脂固化之后对其表面抛光至锆石中心。抛光后将锆石进行透射光、反射光和阴极发光显微照相，通过反射光和 CL 图像研究锆石的晶体形貌和内部结构特征，以选择同位素分析的最佳点。
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LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 原位定年和 Lu-Hf 同位素均在北京燕都中实测试中心完成。锆石 U-Pb 原位定年激光剥蚀系统为 GeoLas Pro，ICP-MS 为 Agilent 7500，激光剥蚀直径为 30 μm。对分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量，及 U—Th—Pb 同位素比值和年龄计算）采用软件 ICPMS Data Cal 完成。锆石样品的 U-Pb 年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用 Isoplot 程序进行处理。锆石原位 Lu— Hf 同位素测年由美国热电 Nepture-plus MC-ICP-MS 与 NewWave UP213 激光烧蚀进样系统完成测试。锆石剥蚀使用频率 8 Hz，能量为 16 J/ cm2 的激光剥蚀 31 s，剥蚀出直径约 30 μm 的剥蚀坑。测试时每个测试点的 n（ 173Yb）/ n（ 172Yb）平均值用于计算 Yb 的分馏系数，然后再扣除176Yb 对176Hf 的同质异位素干扰。 n（ 173Yb）/ n（ 172Yb）值为1.35274。分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、同位素质量分馏校正）采用软件 ICPMS Data Cal 完成。
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图3 辽东桓仁地区早白垩世二长花岗岩（a）和早白垩世碱长花岗岩（b）锆石阴极发光（ CL）图像及测试位置
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Fig.3 Cathodoluminescence (CL) images and test positions of Early Cretaceous monzogranite (a) and alkali feldspar granite (b) in Huanren, Eastern Liaoning
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3 分析结果
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3.1 锆石 U-Pb 年龄
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古城子二长花岗岩锆石呈浅紫色，金刚光泽，透明—半透明，个别半透明—不透明，表面多具裂纹或铁染斑点。锆石阴极发光（CL）图像（图3a）显示锆石呈长柱状、短柱状、不规则状，长约 40~120 μm，长宽比 1.3~2，锆石 Th = 140.2×10-6~2494×10-6，U= 199.9 × 10-6~3637 × 10-6，Th / U = 0.47~1. 07（表1），Th / U 均大于 0.3，锆石均发育有明显的岩浆振荡环带（ 图3a），表明其为岩浆成因锆石（Belousova et al.，2002）。所测得的 26 个锆石206Pb / 238U 表面年龄值介于 124. 0±1.5~128.1± 1.8 Ma（表1），在锆石 U-Pb 年龄谐和图上测试点均落在谐和线上及其附近，谐和线上交点年龄为125. 0 ± 0.3 Ma（ 图4a），26 个测试点给出的206Pb / 238U 加权平均年龄为 125. 0 ± 0.6 Ma（ 图4b）。结合锆石为岩浆成因，获得的锆石加权平均年龄可以代表古城子二长花岗岩的结晶年龄。
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业主沟碱长花岗岩样品采自业主沟村附近，岩石风化面呈浅肉红色，似斑状结构。锆石多浅紫色，金刚光泽，透明—半透明。锆石阴极发光（CL）（图3b）图像显示锆石呈长柱状、短柱状，自形程度较好，长约 60~200 μm，长宽比 1.5~3，锆石 Th = 38.78×10-6~105.8×10-6，U= 59.97×10-6~130.7× 10-6，Th / U= 0.64~1.17，Th / U 均大于 0.3，锆石均发育明显的岩浆振荡环带（图3b），表明其为岩浆成因锆石。所测得的 24 个锆石206Pb / 238U 表面年龄值介于 115.5±2. 0~118.5±2. 0 Ma（表1），在锆石 UPb 年龄谐和图上分析测试点均落在 U-Pb 谐和线及其附近，谐和线上交点年龄为 116.3 ± 0.5 Ma（ 图4a）（图4c），24 个测试点给出的206Pb / 238U 加权平均年龄为 116.3±0.9 Ma（图4d）。结合锆石为岩浆成因，获得的锆石加权平均年龄可以代表业主沟碱长岩体的结晶年龄。
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3.2 锆石 Hf 同位素组成
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古城子二长花岗岩和业主沟碱长花岗岩 Hf 同位素测试结果见表2。所选测试点均在已经做过定年的锆石颗粒之上。二长花岗岩的 15 个测试点 n（ 176Yb）/ n（ 177Hf）= 0. 026929~0.111533，计算 εHf（t）=-22.20~-16. 02，TDM2 = 2197~2584 Ma; 业主沟碱长花岗岩 15 个测试n（ 176Yb）/ n（ 177Hf）= 0. 013072~0. 027972，计算 εHf（ t）=-15.98~-11.42，TDM2 = 1901~2188 Ma。两类花岗岩每颗测试的锆石 TDM1 都大于锆石形成年龄，在 Hf 同位素演化线中，样品点均落在球粒陨石演化线之下，在 1.8 Ga 和 3.0 Ga 地壳演化之间（ 图5）。
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3.3 地球化学特征
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两类花岗岩主、微量元素分析结果见表3。
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古城子二长花岗岩具有较高SiO2（74.02%~75.67%，平均74.96%），Al2O3（12.96%~13.61%，平均13.19%），全碱（8.31%~8.41%，平均8.35%），且相对富K2O（4.25%~4.41%，平均4.32%），较低TiO2（0.11%~0.14%，平均0.13%），FeOT （1.29%~1.68%，平均1.49%），MgO（0.18%~0.72%，平均0.38%），CaO（0.32%~0.91%，平均0.63%），贫P2O5（0.01%~0.02%，平均0.02%）。岩石镁、钙、钛含量较低，贫磷，指示岩石经历了高强度的分异演化作用。业主沟碱长花岗岩相对于古城子二长花岗岩具有较低的SiO2（66.38%~70.36%，平均67.99%），较高的TiO2（0.38%~0.64%，平均0.53%）、TFe2O3（2.90%~4.00%，平均3.45%）、MgO（0.76%~1.15%，平均0.88%）、CaO（0.58%~1.88%，平均1.16%），其他含量相差不大。在SiO2—K2O岩石系列判别图解中（图6a），样品均落入高钾钙碱性系列区域中。在A/CNK—A/NK 判别图解中（图6b），样品均落入准铝质—弱过铝质区域，两类花岗岩均为准铝质到弱过铝质系列岩石。
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古城子二长花岗岩ΣREE为189×10-6~219×10-6，LREE/HREE为7.96~9.33，（La/Yb）N比值为6.92~8.60，轻、重稀土分馏程度较低。在球粒陨石标准化图解上表现为右倾曲线，具有轻稀土元素富集，重稀土亏损特点（图7a），强烈的Eu负异常（δEu为0.16~0.25，平均0.18），表明源区残留大量斜长石。在原始地幔标准化的微量元素蛛网图（图7b）上，样品显示 Rb、Th、U、K 等元素相对富集，Ba、Sr 以及高场强元素 P、Ti 亏损强烈。岩石 Rb / Sr 值较高（Rb / Sr = 2.23~3.38，平均值 2.8）亲铁元素（V、Co）含量低，显示岩体分异程度较高。业主沟碱长花岗岩与古城子二长花岗岩相比稀土总量较高，ΣREE 为 395×10-6~451×10-6，（La / Yb）N 比值为 15.2~19.9，轻、重稀土分馏程度较高，Eu 负异常相对较弱（δEu = 0.36~0.57，平均值 0.45）。在球粒陨石标准化图解上表现为右倾曲线，具有轻稀土元素富集，重稀土亏损特点（图7a）。在原始地幔标准化的微量元素蛛网图上（图7b），Ba、Sr、P、Ti 等元素相对亏损，而 Rb、K、Th 等元素相对富集。
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图4 辽东桓仁地区早白垩世二长花岗岩（a）（b）和早白垩世碱长花岗岩（c）（d）LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄谐和图（a）（c）和加权平均年龄图（b）（d）
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Fig.4 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagram (a) (c) and weighted average age diagram (b) (d) from Early Cretaceous monzogranite (a) (b) and alkali feldspar granite (c) (d) in Huanren, Eastern Liaoning
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图5 辽东桓仁地区早白垩世侵入岩的锆石 Lu—Hf 同位素特征图解
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Fig.5 Lu—Hf diagram of the Early Cretaceous intrusive rocks in Huanren, eastern Liaoning
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图6 辽东桓仁地区早白垩世侵入岩 SiO2—K2O（a）（据 Peccerillo and Taylor，1976）和 A/ CNK—A/ NK 图解（b）（据 Frost et al.，2001）
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Fig.6 SiO2—K2O diagram (a) (after Peccerillo and Taylor, 1976) and A/ CNK—A/ NK diagram (b) (after Frost et al., 2001) of Early Cretaceous intrusive rocks in Huanren, Eastern Liaoning
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注:计算公式如下:
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其中:（ Schere et al.，2001）; （ Blichert-Toft et al.，1997）; （Griffin et al.，2000）;
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由表3 和图7 可看出，古城子二长花岗岩和业主沟碱长花岗岩在稀土元素特征上存在较明显差异。前者稀土总量较低，Eu 负异常非常明显，后者轻重稀土分馏程度较高，LREE / HREE 和（La / Yb）N 比值较大，在一定程度上指示其慢源组分含量更高。微量元素蛛网图上（图7b）两类花岗岩具有相似的地幔岩标准化模型，均富集大离子亲石元素 Rb、K 而相对亏损大离子亲石元素 Ba、Sr 和 P、Ti 等高场强元素。不同的是，碱长花岗岩具有较高的微量元素丰度和更加明显的 Ba、Sr、P、Ti4 个亏损谷。两类花岗岩均具有明显的 Sr 负异常，说明岩体在形成过程中，岩浆发生了强烈的分离结晶作用，同时也反映了岩石形成于相对长期的稳定环境，即非造山环境或造山后环境。在原始地幔标准化的微量元素蛛网图解上两类花岗岩曲线整体形态基本一致，表明二者在成因上具有亲缘关系。
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4 讨论
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4.1 岩石类型
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研究区两类花岗岩锆石大多自形程度较好，内部结构清晰，CL 图像显示具清晰振荡环带的存在（图3），锆石 Th / U 比总体介于 0.19~1.60 之间，反映了岩浆锆石特征。两类花岗岩的岩浆结晶年龄分别为 125. 0±0.6 Ma 和 116.3±0.9 Ma，为早白垩世岩浆活动的产物。两类花岗岩固结指数 SI 变化于 1.79~8.90，分异指 DI 数较高，为 83.53~94.34，平均值 90.12，暗示其可能是表壳岩部分熔融的产物，或是岩浆强烈分异的结果。目前 MISA 是最常用的花岗岩成因分类方案，其中以岩浆源区性质分区的 I、S 型花岗岩分类被大多数学者所接受，加上目前经常讨论的 A 型和较为少见的 M 型。近来研究表明，东北地区花岗岩以 I 型和 A 型花岗岩共生为主，并以高度分异的 I 型为主，有少量 S 型花岗岩分布（吴福元等，2005）。研究区两类花岗岩 A/ CNK 平均值 <1.1，P2O5 含量很低（ 0. 01%~0.18%），Na2O 含量（3.83%~4.33%，平均 4.11）高于高分异 S 型花岗岩（King et a1.，1997），岩石矿物组成中也没有堇青石、白云母、石榴子石等 S 型花岗岩中常见的过铝矿物，结合岩体野外特征和矿物组合特征基本可将其与 S 型花岗岩区分开来。
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图7 辽东桓仁地区早白垩世侵入岩球粒陨石标准化稀土配分模式图（a）及原始地幔标准化微量元素蛛网图（b）（标准化值据 Sun and McDonough，1989）
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Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b) of Early Cretaceous intrusive rocks in Huanren, Eastern Liaoning (normalization values after Sun and McDonough, 1989)
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古城子二长花岗岩具有高硅，全碱，镁、钙、钛含量较低，贫磷，微量元素上出现 Ba、Sr、P、Ti 强烈亏损，4 个元素呈明显的“V” 型谷，Rb、Th、U、K 富集，这些特征显示出 I 型花岗岩特点。岩石具有较高硅、全碱、FeOT / MgO 比值（平均值为 5.30）、较高的分异指数（DI = 91.78~94.34%），较低的稀土元素含量、轻重稀土比值和强烈的 Eu 负异常，表明了它们经历了高程度结晶分异作用（ Miller and Mittlefehldt，1982，1984; Gelman et al.，2014），与华南佛冈高分异Ⅰ型花岗岩（陈璟元和杨进辉，2015）相近。在 104×Ga / Al—（Na2O+K2O）/ CaO 判别图解（图8a）中样品落入 A 型花岗岩区域，岩石 Zr+Nb+ Ce+Y 值为 244×10-6~321×10-6，均小于 A 型花岗岩的下限值 360×10-6，在（Zr+Nb+Ce+Y）—（Na2O+ K2O）/ CaO 判别图解（图8b）中样品落入高分异的 I、S、M 型花岗岩区域。研究表明随着岩浆分异程度的增加，岩浆中的 Ga / Al 比值会逐渐增加，常常会使得一些高分异的 I 型花岗岩落入 A 型花岗岩的范围（Eby，1992）。古城子二长花岗岩中普遍出现 I 型花岗岩的典型矿物学标志角闪石，锆饱和温度计算结果为 747~793℃，平均为 774℃，与世界典型的 I 型花岗岩相当（平均值为 781℃）（King et al.，1997）。综上所述，古城子二长花岗岩应为高分异 I 型花岗岩。
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业主沟碱长花岗岩具有富硅、碱，低钙、镁、钛，微量元素显示 Sr、P、Ti 相对亏损，Th、K、Rb 等元素相对富集，具有较高的 Ga / Al 比值（2.53~3. 08，平均值 2.80）、Nb+Zr+Ce+Y 值（532×10-6~728×10-6，平均值 605×10-6），与 A 型花岗岩地球化学特征表现一致（ Loiselle and Wones，1979; Collins，1982; Whalen et al.，1987）。稀土元素配分曲线呈右倾海鸥型配分模式，轻重稀土分馏明显，具有较明显的 Eu 异常，与 A 型花岗岩具有相类似的稀土元素分配形式。岩石中暗色矿物仅含有少量黑云母，锆饱和温度计算结果为 839~872℃，平均值 855℃，与白垩纪 A 型花岗岩的锆石饱和温度变化范围基本一致（868~928℃）（ 隋振民和陈跃军，2011），在花岗岩成因类型判别图解中（图8），样品均落入 A 型花岗岩区域内。综上所述，业主沟碱长花岗岩应为 A 型花岗岩。
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4.2 成因类型
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对于 A 型花岗岩的物质来源和成因在前人的研究中有着不同的解释和认知，主要有幔源岩浆的分异或部分熔融（Kerr and Fryer，1993）、壳幔物质的混合熔融（Goodenough et al.，2000）、壳源物质的部分熔融（许保良等，1998），而张旗等（2008，2024） 则认为花岗岩都是壳源成因。目前普遍认为 I 型花岗岩是壳幔混源岩浆作用的产物（Clemens，2003）。但对幔源组分参与花岗岩成岩的具体演化方式存在不同认识，一种观点认为幔源组分主要通过与其因底侵或内侵作用诱发地壳物质熔融形成的长英质岩浆发生混合的方式直接参与花岗岩的形成; 另一种观点则认为，幔源岩浆先通过底侵或侵作用形成初生地壳，然后在后期热事件的影响下，由初生地壳物质发生熔融形成花岗岩。由于花岗岩主要是地壳物质部分熔融的产物，因此对于壳幔混源的 I 型花岗岩，多数学者主张后一种模式（ Pitcher et al.，1985）。前人对辽东半岛早白垩世侵入岩体做了较为详细的同位素示踪原岩岩浆源区研究，结果显示辽东地区早白垩世侵入岩成岩物质来源主要来自下地壳或壳幔混合（杨进辉等，2008; 杨佳林等，2018; 孙金凤等，2019）。
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两类花岗岩具有较明显的 Eu 负异常，指示岩浆源区残留相有富钙的斜长石残留，结合岩石具有极低 Mg #值（18.28~43.28），暗示两类花岗岩不可能是由幔源岩浆直接分异而来（吴福元等，2007）。两类花岗岩总体富硅，富碱，属钙碱性准铝铝—弱饱和类型，P 和 Ti 元素有较明显的亏损，Rb、U、Ta、Zr 和 K 元素相对富集，同样指示其不可能由软流圈物质部分熔融直接形成，反映了陆壳为主的源岩深熔作用的特征。古城子二长花岗岩 Nb / Ta 数值范围为 12.3~13.5，低于幔源岩石（~17.5，Hofmann，1988），而略高于陆壳岩石（~11，Taylor and Mclennan，1985）; Zr/ Hf 数值范围为 21.6~25.2，低于壳源岩石。指示可能少量幔源物质参与成岩作用，高 Si 低 Mg 的特征，表明壳源物质占主导。业主沟碱长花岗岩 Nb / Ta 数值范围为 18.1~20.7，略高于幔源岩石; Zr/ Hf 数值范围为 35.8~53.1，均接近或高于幔源岩石。表明碱长花岗岩岩浆演化过程中可能有地幔物质混入。
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锆石 Hf 同位素能够很好地反映岩浆源区性质，岩浆来源于新生地壳的花岗岩锆石ε Hf（ t）>0，接近于当时地幔值，而来源于古老的地壳重熔形成的花岗岩锆石 εHf（t）<0（Amelin et al.，2000）。两类花岗岩岩浆锆石 εHf（ t）值为-11.42~-22.20（ 均 <0），平均值为-16.47，在图5 均落入球粒陨石 Hf 同位素演化线以下，位于 1.8Ga 和 2.5 Ga 的地壳演化线之内（图8），εHf（t）和 εHf（0）均为负值，表明两类花岗岩主要来自老地壳的熔融。二长花岗岩样品的 Hf 二阶段模式年龄 TDM2（2197~2584 Ma，平均值 2384 Ma）均大于单阶段模式年龄 TDM1（1454~1780 Ma），指示其岩浆源区主要是古元古代早期陆壳物质，可能有部分新太古代陆壳物质。业主沟碱长花岗岩样品的 Hf 二阶段模式年龄 TDM2（1901~2188 Ma，平均值 2060 Ma）均大于单阶段模式年龄 TDM1（1224~1403 Ma），指示其岩浆源区主要是古元古代陆壳物质。众多的研究表明，锆石 U-Pb 年龄均一，而其εHf（t）值散布范围大的特点指示其寄主岩应经历不同来源岩浆的混合过程。由表2 中数据可以看出，两类花岗岩锆石 Hf 同位素组成的共同特点是 εHf（t）值散布范围大，二长花岗岩 εHf（ t）变化范围-22.20~-16. 02，碱长花岗岩 εHf（ t）变化范围-15.98~-11.42，εHf（ t）值变化范围较大，指示应有多种组分参与成岩过程。
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图8 辽东桓仁地区早白垩世侵入岩成因类型判别图解（据 Whalen et al.，1987）
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Fig.8 Genetic type discrimination (after Whalen et al., 1987) of Early Cretaceous intrusive rocks in Huanren, Eastern Liaoning
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因此综合分析，古城子二长花岗岩和业主沟碱长花岗岩原岩为自新太古代—古元古代下地壳部分熔融形成，岩浆演化过程中可能有地幔物质混入。
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4.3 两类花岗岩成因联系
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实验模拟和理论计算的结果显示，单个侵入体从岩浆形成到锆石 U-Pb 同位素体系封闭的时间不超 1 Ma（ Petford et al.，2000; Glazner et al.，2004）。古城子二长花岗岩和业主沟碱长花岗岩成岩年龄分别 125. 0±0.6 Ma、116.3±0.9 Ma，两类花岗岩具有明显的成岩时差说明两类花岗岩并不是同批岩浆经结晶分异演化形成，而更可能是从源区上升的不同批次岩浆就位的结果。业主沟 A 型花岗岩较古城子 I 型花岗岩具有高得多的 Zr 含量，且锆石饱和温度也相对较高，A 型花岗岩结晶温度高的特点也不支持其为 I 型花岗岩浆经分异演化形成，因为随着分异演化的进行，岩浆温度会逐渐降低（吴福元等，2007）。从二长花岗岩到碱长花岗岩，岩石 Rb / Sr、Rb / Ba 值降低，K/ Rb 值升高（表2），二长花岗岩具有更显著的 Eu 负异常（图6），上述成分变异趋势与同源岩浆随分异作用而演变的特点相悖，表明二者也并非同源岩浆分异演化的产物。二长花岗岩 Rb / Sr、Rb / Ba 值最高，而 K/ Rb 值最低，表明其经历了高程度的分异演化，而碱长花岗岩的分异指数及 Rb / Sr、Rb / Ba 值最低，K/ Rb 值最高，指示其分异演化程度较低。两类岩石的形成均经历了幔源岩浆与其诱发地壳物质熔融产生的长英质岩浆在地壳深部混合，随后又经不同程度结晶分异的二阶段成岩过程，应为演化程度各异的壳幔混源岩浆叠次侵位复合的产物。
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4.4 构造环境
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华北克拉通中生代岩石圈减薄已成公认的事实，中国东部大陆岩石圈在中生代期间发生了强烈的岩石圈减薄作用和构造格架的重大转折事件。华北板块东部由挤压构造向伸展构造转折始于 140~150 Ma 期间，终于 100~110 Ma 期间，峰期时限为 100~120 Ma，即华北板块东部自 140 Ma 以来处于非造山的伸展构造环境（翟明国等，2004）。辽东地区作为华北克拉通晚中生代破坏与岩石圈减薄最为强烈和典型的地区，在中生代出现大量伸展构造包括:变质核杂岩（辽南万福、栗子房、新房）、拆离断层（大营子）、断陷盆地（通远堡、本溪和丹东）以及与之相伴的岩浆活动（关会梅等，2008; 裴福萍等，2009; 申亮等，2011; 杨佳林等，2018）。研究显示辽东地区的伸展构造组合最大特点是其发育的近乎等时性和运动方向的一致性，总体介于 135~106 Ma（刘俊来等，2011）。就位于辽南变质核杂岩形成时期，属于同变形就位的古道凌河饮马湾山花岗岩体形成于 120~130 Ma 的早白垩世，为我国东部早白垩世岩浆活动形成于伸展构造背景这一认识提供了直接的地质据（郭春丽等，2004）。近些年的年代学研究结果显示，辽东半岛 A 型花岗岩有千山、四平街、阎王鼻子、凤凰山、帽盔山等，邻近区域的吉林通化地区以岗山岩体为代表的 A 型花岗岩有近十几处，燕辽带中目前也已鉴定出山海关、响山、千层背、窟窿甲山等 A 型花岗岩体。上述 A 型花岗岩都是在 120~130 Ma 期间形成于地壳伸展环境，是岩石圈减薄和克拉通破坏的浅部地质响应（Yang Jinhui et al.，2005，2021; 孙金凤和杨进辉，2009; Sun Jinfeng et al.，2010; Pei Fuping et al.，2011）。本次研究结果显示区内两类花岗岩形成时代与区域上 A 型花岗岩的形成时代、伸展构造的发育时限基本相同，碱长花岗岩样品落入 A1 型区内（图9），说明其形成于一种非造山环境，为大陆裂谷或板内背景下的岩浆作用产物（Eby，1992; 吴锁平等，2007; 李金超等，2021）。在 R1—R2 判别图解（图10a）中，二长花岗岩样品落入造山晚期，碱长花岗岩样品位于非造山环境的后部，在 Y+Nb—Rb 判别图解中两类花岗岩样品落入后碰撞花岗岩区域（图10b），指示两类花岗岩形成于一个伸展的地球动力学背景之下。
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大量的年代学和火成岩同位素地球化学显示在早—中侏罗世东北地区已经处于环太平洋构造体系背景，侏罗纪的俯冲作用使华北东部岩石圈受到流体的强烈改造失去高应变性质，从而使早白垩世发生岩石圈拆沉，且这一岩石圈减薄发生在中国东部并与太平洋板块俯冲作用有关（ Maruyama et al.，1995; Isozaki，1997）。在早白垩世时期，太平洋板块漂移方向发生改变，沿平行欧亚大陆边缘走滑，引起大陆岩石圈发生大规模伸展作用，从而引起郯庐断裂发生大幅度左行平移（孙卫东等，2008）。在辽东地区出现的大量伸展构造（变质核杂岩、拆离断层、断陷盆地）就是岩石圈在辽东地区发生大规模伸展作用和减薄的最有利证明。俯冲造成的地壳伸展和岩石圈减薄导致地幔物质上涌（Collins，1994; Costa and Rey，1995; Bonin et al.，1998），在高温条件热流作用下幔源物质诱导下地壳新太古代—古元古代物质部分熔融形成，形成花岗质岩浆，这些花岗质岩浆沿着活化的断裂侵位，形成了晚中生代众多的侵入岩体。
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图10 辽东桓仁地区早白垩世侵入岩 R1—R2 图解（a）（据 Batchelor and Bowden，1985）和（Y+Nb）—Rb 图解（b）（据 Whalen et al.，1987）
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Fig.10 R1—R2 diagram (a) (after Batchelor and Bowden, 1985) and (Y+Nb) —Rb diagram (b) (after Whalen et al., 1987) of Early Cretaceous intrusive rocks in Huanren, eastern Liaoning
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综上所述，我们认为研究区内两类花岗岩的形成可能与早白垩世晚期太平洋板块向欧亚板块的俯冲和后缘拉张导致岩石圈伸展构造背景有关。
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5 结论
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（1）LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年结果显示，古城子二长花岗岩成岩年龄为 125. 0±0.6 Ma，业主沟碱长花岗岩成岩年龄为 116.3±0.9 Ma，二者同为早白垩世岩浆活动的产物。
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（2）岩相学和元素地球化学特征显示，古城子二长花岗岩为高分异 I 型花岗岩，业主沟碱长花岗岩为 A 型花岗岩; 两类花岗岩具有不同的 Hf 同位素组成，I 型花岗岩 εHf（t）=-22.20~-16. 02，A 型花岗岩 εHf（t）=-15.98~-11.42，结合两类花岗岩具有显著的成岩时差和及成分变异趋势，指示它们不可能为同一原始岩浆分异演化的产物，而应为演化程度各异的壳幔混源岩浆叠次侵位复合的结果。
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（3）古城子二长花岗岩和业主沟碱长花岗岩形成于一个伸展的地球动力学背景之下，可能与早白垩世晚期太平洋板块向欧亚板块的俯冲和后缘拉张导致岩石圈伸展构造背景有关。
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注释 / Note
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摘要
笔者等对辽东桓仁地区出露的古城子二长花岗岩、业主沟碱长花岗岩开展岩石学、地球化学、锆石 U-Pb 年代学和 Hf 同位素研究。岩石学与地球化学特征表明古城子二长花岗岩和业主沟碱长花岗岩分别为准铝质— 弱过铝质高分异 I 型花岗岩和准铝质—弱过铝质 A 型花岗岩。 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年结果显示,I 型花岗岩成岩年龄为 125. 0±0. 6 Ma,A 型花岗岩成岩年龄为 116. 3±0. 9 Ma,二者同为早白垩世岩浆活动的产物。两类花岗岩均富 Rb、Th、U、K 和轻稀土,贫 Ba、Sr、P、Ti,但二长花岗岩较碱长花岗岩,岩石 Rb / Sr、Rb / Ba 比值低,K/ Rb 比值高,并表现出更显著的铕负异常,指示两类花岗岩分异演化程度各不相同。两类花岗岩锆石 Hf 同位素组成普遍具有较大的变化范围,二长花岗岩 εHf(t)变化范围-22. 20 ~ -16. 02,碱长花岗岩 εHf(t)变化范围-15. 98 ~ -11. 42, εHf( t)值变化范围较大,指示应有多种组分参与成岩过程。综合分析表明,显著的成岩时差及成分变异趋势指示两类花岗岩不可能为同一原始岩浆,两类花岗岩的形成均经历了幔源岩浆与其诱发地壳物质熔融产生的长英质岩浆在地壳深部混合,随后又经不同程度结晶分异的二阶段成岩过程。结合区域构造演化认为两类花岗岩的形成可能与早白垩世晚期太平洋板块向欧亚板块的俯冲和后缘拉张导致岩石圈伸展构造背景有关。
Abstract
This paper conducted petrological, geochemical, zircon U-Pb chronology and Hf isotope studies on the Guchengzi monzogranite and the Yezhugou alkali-feldspar granite in the Huanren area of eastern Liaoning. The petrological and geochemical characteristics show that the Guchengzi monzogranite and the Yezhugou alkali-feldspar granite are respectively metaluminous—weakly peraluminous highly differentiated I-type granite and metaluminous—weakly peraluminous A-type granite. The zircon U-Pb dating results of LA-ICP-MS show that the age of I-type granite is 125. 0±0. 6 Ma and that of A-type granite is 116. 3±0. 9 Ma, both are the products of Early Cretaceous magmatism. Both granites are enriched in Rb, Th, U, K, and light rare earths, and depleted in Ba, Sr, P, and Ti. However, compared with the alkali-feldspar granite, the monzogranite has lower Rb / Sr and Rb / Ba ratios and a higher K/ Rb ratio, and exhibits a more significant negative Eu anomaly, indicating that the two types of granites have different degrees of differentiation and evolution. The zircon Hf isotope compositions of the two types of granites have a relatively large range of variation, with the εHf(t) variation range of -22. 20 to -16. 02 for diorite granite and -15. 98 to -11. 42 for alkali feldspar granite. The variation range of ε Hf ( t) value is large, indicating that multiple components should be involved in the diagenetic process. The significant differences of diagenetic time and compositions indicate that the two kinds of granites could not have originated from the same primitive magma. The formation of both types of granites has undergone a two-stage diagenetic process in which mantle-derived magma mixed with felsic magma produced by melting crustal material in the deep crust, and followed by different extents of crystallization differentiation. Combined with regional tectonic evolution, the formation of the two types of granites may be related to the extensional tectonic setting of the lithospheric caused by the subduction of the Pacific Plate towards the Eurasian Plate and the extension of the trailing edge in the late Early Cretaceous.
