1. 引言
华北克拉通(NCC)东部胶北地体在晚侏罗世发生了大规模的岩浆活动，地壳中发育大量花岗岩侵入体 [1]。但晚侏罗世花岗岩具体的岩浆物质来源一直是目前争论的焦点。一些研究认为岩浆来源于华北克拉通新太古代下地壳的部分熔融 [2]，一些研究认为花岗岩主要来源于俯冲扬子板块的部分熔融 [3]。
胶东半岛位于华北克拉通东南边缘，其西北部的胶北地体发育了丰富的晚侏罗世–白垩世花岗岩和大量金矿床(图1(a)) [4]，区内主要赋矿的岩石为玲珑和栾家河单元(图1) [3]。花岗岩是大陆壳的重要组成，可以保留有关大陆岩石圈甚至推测软流圈深部岩浆过程的大量信息 [5]。锆石是花岗岩中常见的副矿物，因为其对U、Th、Pb元素具有良好的保存性，多用于U-Pb定年 [6]。前人研究认为晚侏罗世玲珑和栾家河单元多为属钙碱性–碱钙性的酸性岩类 [2]，明显富集大离子亲石元素，富钠、高Sr低Yb及强烈亏损重稀土元素的特征 [2] [3]，锆石U-Pb定年表明其形成时间多集中于160~150 Ma [3]。
本研究对胶西北地区晚侏罗世花岗岩开展了岩石学、全岩地球化学、锆石U-Pb年龄和O同位素研究，有望为晚侏罗世玲珑和栾家河花岗岩的岩浆来源和演化以及花岗岩成因提供了新的约束。
2. 区域地质背景
胶西北地区地处华北克拉通东南缘胶北地体，北临渤海、西靠郯庐断裂带，属多构造单元复合部位 [7]。胶北地体以五莲–烟台断层为界与杨子克拉通苏鲁造山带相隔(图1(a)) [4] [8]。前寒武纪变质岩构成了胶北地体的基底，包括太古宙胶东群(斜长角闪岩、黑云变粒岩、片麻岩–闪长岩(TTG))、古元古界荆山群/粉子山群和新元古界蓬莱群 [9]。胶东群的原岩是由一系列岩浆事件中形成的，包括约2.9和2.7 Ga的地壳增厚事件和约2.5 Ga的俯冲事件 [10]。上覆的荆山群和粉子山群与胶东群有不一致的接触，主要岩性包括片岩、片麻岩、大理岩和闪长岩，其年龄为1.8~2.5 Ga [11]。蓬莱组的主要岩性包括大理岩、板岩、石英岩、辉绿岩和页岩等低级变质岩。
中生代岩浆作用主要形成了晚侏罗世(160~146 Ma) [3] 和早白垩世花岗岩(130~120 Ma) [12]。晚三叠世花岗岩(225~205 Ma) [11] 仅出现在胶东半岛东部，而晚侏罗世和早白垩世花岗岩则发育较为广泛(图1(a))。苏鲁造山带的晚三叠世同生花岗岩和造山后的高碱性正长岩是在NCC与长江克拉通南北向的碰撞中形成的 [13]。晚侏罗世岩浆作用是胶东半岛最广泛的事件，包括玲珑和栾家河花岗岩 [2] [11]。这些晚侏罗世花岗岩侵入了胶北地层和苏禄造山带的变质基岩 [11]。玲珑花岗岩和栾家河花岗岩以带状形式出现在胶东半岛西北部的NE向断裂上(图1(a))，被早白垩世郭家岭型和艾山型花岗岩侵入 [2]。早白垩世的郭家岭和伟德山花岗岩(130~120 Ma) [12] 则被认为是由来自地壳和地幔混合的岩浆结晶形成的，该时期胶东半岛发育许多NNE-NE走向的基性岩脉 [4] [14]。
Figure 1. (a) Simplified geological map of the Jiaodong Peninsula, modified from literature [11] [14]; (b) geological map of the Linglong ore district and sampling locations
图1. (a) 胶东半岛区域地质图，据文献 [11] [14]；(b) 玲珑矿区的地质图以及采样位置
3. 采样与分析测试
本文作者在胶西北地区采集了10个玲珑花岗岩样品和8个栾家河花岗岩样品，采样位置如图1(b)所示。
3.1. 全岩主量和微量元素分析
对岩石的全岩地球化学分析分别采用XRF (X射线荧光光谱仪)分析主量元素，采用ICP-MS (电感耦合等离子体质谱仪)分析微量元素，检验单位为澳实分析检测(广州)有限公司。岩石样品在低温条件下被粉碎至200目。用硼酸锂和硝酸锂溶解后，在XRF下测定主量元素的组成。在硼酸锂溶解后，用ICP-MS检测微量成分。标准物质OREAS-120和OREAS-100a被用作为标定物。就分析精度而言，主量元素一般优于3%，而微量元素则优于10%。
3.2. 锆石U-Pb定年
锆石U-Pb定年分析采用Teledyne Photon Machines Analyte He Excimer 193 nm激光烧蚀系统测量，该系统与Analytik Jena Plasma Quant MS Ellite等离子质谱仪相连，测试单位为湖南省长沙市中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室。样品被放入激光器的HelEx II倒角中，后被放置在一个密封的烧蚀池中，受高纯度氩、氦气混合物冲洗。测试环境光斑为50 μm，激光频率为5 Hz。U、Th和Pb浓度通过使用29Si和NIST SRM610作为内标和外标进行校准。年龄校准使用标准锆石91500作为外标。使用GLITTER软件 [15] 对数据处理，使用Isoplot [16] 软件计算和绘制协和图和加权平均图。
3.3. 锆石氧同位素分析
锆石的氧同位素分析是在广州地球化学研究所的同位素地球化学实验室使用CAMECA IMS 1280-HR SIMS (二次离子质谱仪)进行的。测试方法参照文献 [17]。采用的主离子流是133Cs，强度约为2 nA，经10 Kv的加速电压打击直径约10 μm大小光斑。二次离子信号是通过在样品表面以光栅扫描模式扫描一个大约20 μm直径大小的区域来收集的。蓬莱锆石标准(δ18O = 5.31‰ ± 0.10‰) [18] 被用来校准仪器的质量分数。测量的δ18O/16O比率使用维也纳标准平均海洋水(VSMOW)成分(δ18O/16O = 0.0020052)进行调整，误差为2σ。
4. 结果分析
4.1. 岩石学特征
栾家河岩体侵入胶东群变质岩和玲珑岩体，在野外可以观察到玲珑和栾家河柱状体之间明显的侵入接触关系(图2(a))。玲珑花岗岩主要为细粒花岗结构，局部可见片麻构造，手标本为灰白色(图2(b))。玲珑花岗岩的主要矿物组合包括石英(20%~30%)、钾长石(30%~40%)、斜长石(25%~30%)、黑云母(6%~10%)和角闪石(3%~5%)，还有少量的锆石、榍石、石榴石和磷灰石(图2(d)~(f))。栾家河花岗岩具有中等至粗粒的质地，手标本呈肉红色(图2(c))。栾家河花岗岩的主要矿物组合包括石英(25%~40%)、钾长石(35%~45%)和斜长石(30%~45%)，还有少量的锆石、石榴石和磷灰石(图2(g)~(i))。与玲珑花岗岩相比，栾家河花岗岩含有更多的石英和斜长石，黑云母较少(约2%)且不发育角闪石。
4.2. 年代学特征
本研究选择了来自玲珑岩体的199ZK1-10样品和栾家河岩体的LJHZK1-01样品，用LA-ICP-MS测试方法进行锆石U-Pb测定。CL (阴极发光)图像可以有效显示锆石内部结构特征(图3)，锆石的U-Pb定年数据列于附表1中。
从玲珑花岗岩和栾家河花岗岩中分离出来的锆石是白灰色透明的，半自形或它形晶体，大多数晶粒呈短柱状和浑圆状的，长度约为50~200 μm，长宽比为3:1~3:2 (图3)，但少数晶粒可以有较大的尺寸(>300~400 μm)。
Figure 2. Field photograph, hand-specimen photographs, and thin-section microphotographs of the Linglong and Luanjiahe granites (a) the Luanjiahe pluton intrude into Linglong pluton, from literature [19]; (b) hand-specimen of Linglong fine-grained biotite granite; (c) hand-specimen of Luanjiahe medium- to coarse-grained granite; (d) Quartz, K-feldspar, plagioclase, and biotite assemblages, K-feldspar minerals show the carlsbad twin law; (e) biotiteis polychromatic Amphibole, biotite, and titanite occurrence in the Linglong granite; (f) hornblende and biotite are euhedral, titanite and apatite are also occur; (g) weak sericitization develop on plagioclase surface; (h) feldspar minerals up to 1 cm in diameter; (i) Quartz, K-feldspar and plagioclase assemblages. Abbreviations: Amp—amphibole; Ap—apatite; Bt—biotite; Kfs—K-feldspar; Pl—plagioclase; Qz—quartz; Ttn—titanite
图2. 玲珑花岗岩和栾家河花岗岩的野外、手标本和薄片显微照片(a) 栾家河岩体侵入玲珑岩体，来自文献 [19]；(b) 玲珑细粒黑云母花岗岩；(c) 栾家河中粗粒花岗岩；(d) 石英、K-长石、斜长石矿物组合，钾长石可见卡式双晶发育；(e) 可见黑云母多色性；(f)角闪石和黑云石呈自形（单偏光），发育榍石、磷灰石副矿物；(g) 斜长石表面弱的绢云母化；(h) 长石类矿物直径可达1 cm；(i) 石英、K-长石、斜长石矿物组合，矿物达中–粗粒度。缩写：Amp——闪石；Ap——磷灰石；Bt——生物石；Kfs——K-长石；Pl——斜长石；Qz——石英；Ttn——榍石
Figure 3. Cathodoluminescence (CL) images of representative zircons from Linglong (a) and Luanjiahe (b) granites, with the ages and δ18O values given nearby. The scale bar is 200 μm
图3. 玲珑(a)和栾家河(b)花岗岩代表性锆石阴极发光(CL)图像，标注出U-Pb定年和O同位素值。图中比例尺为200 µm
对玲珑199ZK1-10样品14个测点进行了分析，年龄值(206Pb/238U(Ma))介于181~152 Ma之间，其中确定的最小年龄组(即成岩年龄)：计算出的协和年龄为157.5 ± 3.5 Ma (MSWD = 0.36, n = 11)、加权平均年龄为158.2 ± 3.2 Ma (MSWD = 0.35；图4(a))。在LJHZK1-01样品的晶粒上分析了15个斑点，年龄值介于181~145 Ma之间，确定了一个最小年龄组(即成岩年龄)为：151.7 ± 3.0 Ma (MSWD = 0.56, n = 13)，加权平均年龄为150.2 ± 2.4 Ma (MSWD = 1.50；图4(b))。
Figure 4. Zircon U-Pb concordia diagrams for the Linglong (a) and Luanjiahe (b) granites
图4. 玲珑(a)和栾家河(b)花岗岩中锆石U-Pb年龄协和图
4.3. 全岩地球化学特征
玲珑花岗岩和栾家河花岗岩的主量和微量元素数据列于附表2。
玲珑花岗岩样品的SiO2含量为61.65~73.66 wt%，Al2O3含量为14.57~15.07 wt%，MgO含量为0.16~3.53 wt%，总碱(K2O + Na2O)浓度为5.66~8.32 wt%。Na2O含量相对较高，为3.27~5.11 wt%，Na2O/K2O比率为0.84~2.80。在化学性质上属于(K2O + Na2O)/(SiO2) (TAS)图中的亚碱性系列(图5(a))。它们的Mg# (Mg# = 100Mg2+/(Mg2+ + Fe2+))值较低，在18~59之间(ave. 37)。玲珑花岗岩是偏铝性到弱过铝性，铝的饱和指数为0.95~1.05 (图5(b))。在原始地幔归一化的微量元素蜘蛛图上，所有样品都显示出大离子亲岩元素(LILE；如Rb、Th、K和U)的富集和高场强元素(HFSE；如Nb、Ta、Zr和Ti)的亏损(图6(a))。玲珑花岗岩较高的Ba (1013~3920 ug/g)、Sr (707~1380 ug/g)含量在蜘蛛图上显出明显的富集(图6(a))。玲珑花岗岩的REE含量变化很大(42~892 ug/g, ave. 214 ug/g)，在球粒陨石标准化REE图中，显示出LREE的富集和HREE的相对亏损((La/Yb)N = 22.8~260.3)，并表现出轻微的负到正Eu异常(Eu/Eu* = EuN/(SmN × GdN)0.5；Eu/Eu* = 0.53~1.70；图6(b))。
栾家河花岗岩样品的SiO2含量为72.16~74.89 wt%，Al2O3含量为13.68~14.74 wt%，MgO含量为0.11~0.24 wt%。相对较高的碱含量(Na2O + K2O = 7.98~8.29 wt%)，TAS图解表现为亚碱性系列(图5(a))。栾家河花岗岩Mg#值很低，在14~22之间(ave. 37)，且为弱过铝性的，铝饱和指数为1.04~1.09 (图5(b))。栾家河花岗岩在原始地幔归一化的微量元素蜘蛛图上显示出Rb、Th、K和U等大离子亲石元素的富集和Nb、Ta、Zr、Hf和Ti等高场强元素的亏损(图6(a))。相较于同属形成于晚侏罗世的玲珑花岗岩，栾家河花岗岩具有相对较低的Sr (479~665 ug/g)和Ba (1150~2150 ug/g)含量。栾家河花岗岩的REE浓度较低(ΣREE 90~156 ug/g, ave. 130 ug/g)，在球粒陨石标准化REE图中，表现出LREE的富集和HREE的相对亏损((La/Yb)N = 28.9~76.3)，也表现出轻微的负Eu异常(Eu/Eu* = 0.62~1.03；图6(b))。
Figure 5. Major element diagrams of Linglong and Luanjiahe granites
图5. 玲珑、栾家河花岗岩主量元素图解
Figure 6. Primitive mantle-normalized trace element spidergrams (a) and chondrite-normalized REE pattern of zircon (b) from Linglong and Luanjiahe granites (normaliztion values after literature [20])
图6. (a) 玲珑和栾家河花岗岩原始地幔标准化微量元素蛛网图和(b)球粒陨石标准化稀土元素配分图。标准化值据文献 [20]
4.4. 锆石O同位素特征
锆石O同位素数据列于附表3。晚侏罗世玲珑样品的δ18O值在7.23‰~9.06‰之间(附表3)，加权平均值为8.01‰ ± 0.22‰ (2σ; n = 14)。同时代栾家河的样品δ18O值范围为6.96‰~8.80‰ (附表3)，加权平均值为7.65‰ ± 0.24‰ (2σ; n = 15)。
5. 岩石成因探讨
如Harker图解所示，玲珑和栾家河花岗岩中P2O5、Fe2O3、TiO2随SiO2的增加而明显减少(图7)，说明岩浆演化过程中有磷灰石、钛铁矿或榍石等富磷和富钛矿物的分离结晶。花岗岩的SiO2与CaO、Sr具有一定的负相关(图7)，在SiO2与Eu/Eu*上玲珑表现出一定的正相关，而栾家河则相关性不明显(图7)，这表明岩浆演化过程中斜长石的分离结晶对玲珑岩浆的影响较大，对栾家河岩浆的影响较小。此外，整体来说栾家河的SiO2较高，加之其矿物粒度较大，这可能表明栾家河花岗岩具较高岩浆演化程度。
全岩地球化学特征表明晚侏罗世玲珑和栾家河花岗岩花岗岩皆具有高SiO2含量，高Sr/Y，低Y含量、Mg#、Rb/Sr值、高(La/Yb)N和Sr/Y比率、缺乏明显的Eu异常、偏铝质到轻度过铝质等特征(图5(b))，与常见的埃达克质岩石的特征相似(图8(a)) [21]。两者高SiO2、低MgO的特征(图9(a))在SiO2-MgO图解表明花岗岩岩浆可能来自于加厚下地壳部分熔融(图8(b))。
Figure 7. Harker diagrams of Linglong and Luanjiahe granites
图7. 玲珑和栾家河花岗岩Harker图解
Figure 8. Plots of Y vs. Sr/Y (a, base map after literature [22]) and SiO2-MgO (b, base map after literature [23]) for Linglong and Luanjiahe granites
图8. (a) 玲珑和栾家河花岗岩的Y-Sr/Y图解(底图修改自文献 [22])和(b) SiO2-MgO图解(底图修改自文献 [23])
εHf(t)和δ18O值的特征表明(Hf同位素数据来自文献 [3])，玲珑花岗岩和栾家河花岗岩的岩浆是由古大陆地壳熔化形成的(图9)。玲珑、栾家河花岗岩的δ18O值较高，反映出岩浆源中含有来自NCC的下地壳成分(4.7‰~8.9‰) [25]。晚侏罗世玲珑和栾家河花岗岩富集Sr，亏损Y元素(<15 ug/g)，表现出埃达克质岩的特征(图9(a))，加之玲珑与栾家河岩体中石榴石矿物的存在，而石榴石稳定深度(压力)一般在70~100 km (高压)，共同表明胶东地区晚侏罗世花岗岩是古老的太古宙加厚下地壳的熔融形成。综上所述，晚侏罗世岩浆是由古老的下层大陆地壳部分熔化形成的，在形成过程中没有明显的地幔衍生物质的参与，这也解释了其埃达克质岩石特征的成因 [26]。
Figure 9. Zircon εHf(t) vs. δ18O diagram and related box diagrams for the Linglong and Luanjiahe granites (base map after literature [24]). The Hf isotopic data are from literature [3]
图9. 玲珑和栾家河花岗岩的锆石εHf(t)-δ18O图解及相关箱图。Hf同位素数据来自文献 [3]。底图据文献 [24]
Figure 10. (a) Histogram of magmatic/metamorphic zircon ages of Sulu basement, Jiaobei basement and HP/UHP metamorphic ages, data from the literature [27]; (b) the U-Pb ages of zircon from the Linglong granites, data from this study, literature [12] [28]; (c) the U-Pb ages of zircon from the Luanjiahe granites, data from this study, literature [12] [29]
图10. (a) 胶北基底、苏鲁基底和苏鲁造山带的岩浆/变质锆石年龄的统计直方图，数据来自文献 [27]；(b) 玲珑花岗岩锆石的U-Pb年龄。数据来自本研究、文献 [12] [28]；(c) 栾家河花岗岩的锆石的U-Pb年龄。数据来自本研究、文献 [12] [29]
锆石的继承年龄可以用来进一步确定岩浆来源。通过收集前人发表的继承锆石U-Pb测年数据所绘制的统计直方图显示，玲珑和栾家河的新古代和古近代继承锆石的年龄(例如~1800 Ma，~1920 Ma，~2270 Ma，~2480 Ma)与胶北基底继承锆石的年龄(即华北克拉通；~1.9 Ga、~2.5 Ga、2.7~2.9 Ga；图10) [12] [27]、杨子克拉通继承锆石的年龄(例如280~610 Ma，~780 Ma)与苏禄造山带的变质年龄(~200 Ma；图10) [27] 相吻合。这些证据揭示了NCC对玲珑和栾家河岩浆源的贡献，并证实了在岩浆上升过程中有对苏鲁高压/超高压变质带中三叠纪岩石的混染作用。新远古代继承锆石的发现(600~800 Ma)可以识别出杨子克拉通对晚侏罗世岩浆源的贡献。
综上所述，胶西北的晚侏罗世花岗岩岩浆来自于加厚的古老下地壳的部分熔融，并识别出华北克拉通下地壳和杨子克拉通板块的岩浆物质来源。
6. 结论
1) 前人多认为晚侏罗世玲珑花岗岩和栾家河花岗岩为同期形成，但本研究表明玲珑花岗岩锆石U-Pb定年为157.5 ± 3.5 Ma，栾家河花岗岩锆石U-Pb定年为151.7 ± 3.0 Ma，且与栾家河岩体侵入玲珑花岗岩体的野外接触特征一致。
2) 玲珑相较于栾家河花岗岩具有较多的暗色矿物(如黑云母、角闪石)，但栾家河花岗岩暗色矿物较少且矿物粒度较大，加之其较高的SiO2，反映其岩浆演化程度较高。全岩地球化学特征表明，玲珑和栾家河花岗岩，同属亚碱性岩石，具有高Sr，Sr/Y值，低Y的埃达克质岩石特征。
3) εHf(t)和δ18O值的特征表明，玲珑花岗岩和栾家河花岗岩的岩浆是由古大陆地壳熔化形成的。玲珑、栾家河花岗岩的δ18O值较高(约7‰~9‰)，反映出岩浆源中含有来自NCC的下地壳成分。
4) 通过锆石的继承年龄对比，查明了玲珑和栾家河花岗岩岩浆主要为华北克拉通下地壳和杨子下地壳部分熔融，解答了前人关于源区物质来源的争议。
基金项目
本研究受中南大学科研创新项目(编号：2020zzts644)、湖南省研究生科研创新项目(编号：CX20200112)和国家重点研发计划课题(编号：2017YFC0601503)的共同资助。
附录A
Supplementary Table 1. LA-ICP-MS zircon U-Pb data of the Linglong and Luanjiahe granites
附表1. 玲珑和栾家河花岗岩锆石U-Pb定年数据
Supplementary Table 2. Major (wt%) and trace elements (ug/g) of the Linglong and Luanjiahe granites
附表2. 玲珑和栾家河花岗岩主量(wt%)与微量(ug/g)数据
Supplementary Table 3. In situ SMIS O isotope (‰) of zircon from the Linglong and Luanjiahe granites
附表3. 玲珑和栾家河锆石原位SMIS O同位素(‰)数据