华北克拉通肖钦岭地块娘娘山花岗岩岩体的地质年代学与地球化学特征：对其岩浆成因、早白垩世岩石圈减薄过程及岩浆流动性的启示

《Journal of Asian Earth Sciences》：Geochronology and geochemistry of the Niangniangshan granite batholith in Xiaoqinling terrane, North China Craton: implications for petrogenesis, Early Cretaceous lithospheric thinning and magma fertility

　　

陈旭|周振菊|齐楠|于杰|陈艳静

北京大学造山与地壳演化重点实验室，北京 100871，中国

摘要

早白垩世花岗岩类岩石广泛分布于华北克拉通（SNCC）的南部边缘，记录了该区域岩石圈演化的地质信息。SNCC小秦岭地块中的娘娘山岩基由三个岩石相组成：(1) 中粒黑云母正长花岗岩，(2) 细至中粒黑云母正长花岗岩，以及 (3) 细粒正长花岗岩。其锆石U-Pb年龄分别为142–139 Ma、135–132 Ma和约123 Ma。第1相和第2相具有富铝至略富铝的特征，并具有高钾钙碱性特征，表现出如高Sr/Y比和无Eu异常等阿达克岩特征；而第3相的SiO₂含量较高，Sr/Y和(La/Yb)_N比值较低，且Eu负异常明显。这些结果结合已发表的数据表明，第1相和第2相形成于仍较厚的 crust 内新生代-古元古代变质基底的部分熔融作用；而第3相则形成于岩石圈减薄过程中同一基底的部分熔融作用。这种逐相对比详细揭示了从地壳增厚到岩石圈减薄的构造-岩浆演化过程，并表明SNCC的地壳增厚持续到了约132 Ma，随后的岩石圈减薄作用形成了约123 Ma时的长英质岩基。构成娘娘山岩基的第2相岩浆相对氧化（log fO₂ = -20.57至-8.61；ΔFMQ = -2.99至6.71），为钼（Mo）的迁移和矿化提供了有利条件。由于该地区在约140–120 Ma期间经历了约7 km的抬升作用，可能导致浅层斑岩型热液系统的严重侵蚀，因此在小秦岭地块寻找斑岩系统的难度较大。

引言

华北克拉通（SNCC）南部边缘的小秦岭地块位于最北部的秦岭造山带（图1A和B；陈和傅，1992）。该地块的一个关键地质特征是晚侏罗世至早白垩世（中燕山期）花岗岩类的广泛分布，这些花岗岩对于约束华北大陆与扬子大陆碰撞后的地质动力学演化具有重要意义（赵等人，2012；赵等人，2012；李，2011；李，2018；陈等人，2020；陈等人，2022）。SNCC开始去克拉通化和岩石圈减薄的时间尚不明确。一些研究基于对该地区部分正长花岗岩的研究推测其始于晚侏罗世（庞等人，2019）。另一些研究则认为始于早白垩世，年龄估计范围从135 Ma（毛等人，2010；毛等人，2010）到130 Ma（侯等人，2007），再到115–112 Ma（刘等人，2011）不等。

燕山期的花岗岩在小秦岭地块经历了重要的成矿事件。娘娘山、文峪和华山等花岗岩岩基与造山型金矿床（例如文峪和东庄矿床，江等人，2009；周等人，2014a）以及岩浆-热液型钼矿床（如泉家峪和车场峪矿床，李等人，2007；赵等人，2015；陈等人，2020）同时形成。然而，与钼矿化相比，金矿化在小秦岭地块中更为重要，这一现象至今仍是一个未解之谜。

以往关于娘娘山及其相关花岗岩的研究报道了锆石U-Pb年龄、Hf同位素数据以及全岩地球化学特征，并将这些花岗岩与SNCC的地壳重加工和岩石圈减薄过程联系起来（例如，高等人，2012；高等人，2012；赵等人，2012；赵等人，2012；徐等人，2021）。然而，大多数研究仅关注了个别侵入相或单独的岩基，因此未能建立起娘娘山复合岩基的统一逐相演化框架。因此，目前尚不清楚早白垩世花岗岩是已经记录了岩石圈减薄过程，还是保留了区域尺度减薄之前的地壳增厚末期熔融状态。

娘娘山岩基是小秦岭地块中一个大型且具有代表性的花岗岩复合体，为追踪单一侵入系统内的构造-岩浆演化提供了理想机会。在本研究中，我们总结了娘娘山岩基不同侵入相的锆石U-Pb地质年代学、Hf同位素以及岩石化学和全岩地球化学数据，以建立统一的演化框架。我们的目标不仅是确定娘娘山花岗岩复合体的侵位年龄、岩浆成因和岩浆成分，还通过逐相地球化学对比区分地壳增厚熔融与减薄相关的浅层地壳熔融过程，从而明确SNCC区域尺度岩石圈减薄开始的时间。

章节摘录

地质背景

秦岭造山带位于华北克拉通与扬子克拉通之间，其北部和南部分别被三宝断层和绵箓断层所界定的（图1）。该地区经历了多期俯冲、增生以及中生代华北克拉通与扬子克拉通之间的大陆碰撞作用。该造山带包括四个主要构造单元，即华雄地块（SNCC）、北秦岭增生带、南秦岭褶皱带和扬子克拉通的北部边缘

娘娘山岩基及样品

娘娘山岩基位于小秦岭地块东部，是一个侵入太华群的巨大复合岩基，出露面积约为33 km²（图1C）。先前的研究已识别出娘娘山岩基内的三个岩石相：(1) 中粒黑云母正长花岗岩，(2) 细/中粒黑云母正长花岗岩，以及 (3) 细粒正长花岗岩（图2）（高等人，2012；高等人，2012；徐等人，2021）。第1相和第2相花岗岩构成了该岩基的主体

分析方法

主要元素和微量元素地球化学

本研究的全岩主要元素和微量元素数据列于表1中，并在图4和图5中展示。已发表的全岩主要元素和微量元素数据详见附录1。第2相花岗岩样品的SiO₂（69.41–72.70 wt%）和Al₂O₃（13.71–15.30 wt%）含量较高，所有样品都属于高钾钙碱性岩石（图4B）。这些样品属于富铝至弱富铝类型（A/CNK = 0.97–1.08）（图4A）。TiO₂、P₂O₅、Fe₂O₃和MgO的含量相对较低

娘娘山岩基岩浆活动的时间

先前的研究报道了娘娘山岩基的Rb-Sr和K-Ar年龄（约178–102 Ma）（李等人，1996；司马等人，1997），但这些结果可能不可靠，因为Rb-Sr和K-Ar同位素体系容易受到后期热事件的影响而发生扰动或重置。毛等人（2010；毛等人，2010）和高等人（2012；高等人，2012）分别报道了该岩基的SHRIMP锆石U-Pb年龄为142 ± 3 Ma（34°26′29″N, 110°47′46″E）和LA-ICP-MS锆石U–Pb年龄为139 ± 4 Ma（34°28′43.9″N, 110°45′40.8″E）

结论

• (1)
  娘娘山岩基主要由黑云母正长花岗岩组成，具有不同的颗粒大小和等粒至斑状结构。根据元素和同位素地球化学特征，该岩基主要由包括太华超群和/或熊儿群在内的地壳部分熔融作用形成。
• 岩浆活动分为三个时期：142–139 Ma、135–132 Ma和约123 Ma。前两个时期（142–132 Ma）形成的岩石具有显著的地质化学差异

未引用参考文献

李等人，2011；齐等人，2021；齐等人，2023；赵等人，2010；周等人，2014；周等人，2014；高等人，2014；高等人，2014；李等人，2013；李等人，2013；李等人，2013；李等人，2013；张等人，2015。

CRediT作者贡献说明

陈旭： 负责初稿撰写、方法学研究、正式数据分析、数据管理。周振菊： 负责审稿与编辑、项目协调、方法学研究、资金申请、正式数据分析、数据管理。齐楠： 负责研究工作、资金申请。于杰： 方法学研究、数据管理。陈艳静： 负责撰写、审稿与编辑、方法学研究、正式数据分析、概念构建。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究属于碰撞造山带矿床工作组（IAGOD）的成果，得到了中国国家自然科学基金（项目编号：U2244206、42202073、42172093和41630313）的联合支持。我们感谢副主编吴春明的专业指导与宝贵意见，以及两位匿名审稿人的详细 constructive comments，这些都显著提高了本文的质量。