Genesis and Rapid Uplift-Erosion Characteristic of Hongshan Syenite Complex in Wuan, Hebei, China
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摘要: 为了解洪山正长岩杂岩体的源区和成因，以及其形成过程中伴随的地表快速隆升-剥蚀现象，在详细野外地质调查的基础上，采用岩石学、地球化学、U-Pb年代学和锆石Lu-Hf同位素研究.获得洪山正长岩杂岩体内粗粒辉石正长岩和粗面岩锆石U-Pb定年结果分别为125.6±1.2 Ma和121.9±2.3 Ma，粗粒正长岩年龄介于二者之间；岩体属于高硅、富碱、富铝、贫镁、Mg#较低的准铝质-过铝质碱性岩，经历了大量地壳流体的改造；粗粒辉石正长岩锆石普遍发育年龄相近的核-边结构，核部εHf（t）为-5.0~-8.4，具有较高的U、Th、Pb含量，边部与同时期的粗面岩锆石特征一致εHf（t）为-11.3~-14.4，U、Th、Pb含量较低，表明锆石结晶初期岩浆具有地壳来源的特征；喷出相的粗面岩直接覆盖在中心相的粗粒正长岩上，这一现象说明洪山正长岩杂岩体形成过程中伴随了地表的快速隆升-剥蚀.洪山正长岩杂岩体的形成过程与拆沉作用关系密切，是华北克拉通减薄作用在地表浅部的响应.Abstract: In order to understand the source and genesis of the Hongshan syenite complex, and the rapid surface uplift-erosion phenomenon accompanying its formation, on the basis of detailed field geological surveys, petrology and geochemistry, U-Pb chronology and zircon Lu-Hf isotope studies were used. The result show that:the U-Pb dating of coarse pyroxene syenite and trachyte zircon in the Hongshan syenite complex yields age of 125.6±1.2 Ma and 121.9±2.3 Ma, respectively. Coarse syenite's age is between 125.6±1.2 Ma and 121.9±2.3 Ma, The rock belongs to high-silicon, alkali-rich, aluminum-rich, magnesium-depleted, and low-Mg# metaluminous-peraluminous alkaline rocks, that have undergone a lot of crustal fluid transformation; coarse pyroxene syenite. Coarse-grained pyroxene syenite zircon has a similar core-edge structure of common developmental age. The core εHf (t) is -5.0 to -8.4, which has a high U, Th, and Pb content. The edges are consistent with the zircon characteristics of the trachyte at the same period, εHf (t)=-11.3 to -14.4, and low content of U, Th, and Pb, which indicates that the magma in the early stage of crystallization of zircon has the characteristics of crustal origin. the coarse-faced rocks of the ejected facies are directly covered on the coarse-grained ortho rocks of the central facies. This phenomenon indicates that the formation process of Hongshan syenite complex was accompanied by rapid uplift and erosion of the surface. The formation process of the Hongshan syenite complex is closely related to demolition, which is the response of the North China Craton thinning in the shallow surface.
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Key words:
- syenite complex /
- Mesozoic /
- zircon U-Pb chronology /
- geochemistry /
- Lu-Hf isotope /
- uplift-erosion /
- craton thinning
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0. 引言
人们普遍认为，华北克拉通东部岩石圈自中生代以来，遭受了大面积的减薄和破坏(Deng et al., 2004; 许文良等, 2009; Gao et al., 2009; Zhu et al., 2012; Zheng et al., 2018; Zhu and Xu, 2019; 徐锡伟等, 2019).通过对华北克拉通东部带早奥陶世含金刚石金伯利岩中地幔捕虏体以及新生代玄武岩中幔源包体的研究，得出岩石圈厚度从约200 km变为约80~120 km的结论，表明华北克拉通东部自早古生代以来，发生了百余千米的岩石圈减薄(Zhu et al., 2012).通过广泛的地球深部样品的直接参数，以及岩石学和地球化学研究，对于减薄过程，不同学者提出了不同的见解：拆沉作用、热-化学/机械侵蚀作用、橄榄岩-熔体相互作用、机械拉张、进入岩石圈的水弱化等模型(Deng et al., 2004; Gao et al., 2009; Xu et al., 2009; Zhu et al., 2012; Niu et al., 2015).不论是何种减薄和破坏机制，都会伴随着地表的隆起现象(Deng et al., 2004; Zhu et al., 2012; Zheng et al., 2018)，除华北克拉通东部广泛的侏罗纪地层缺失外(Xu et al., 2009; Zhu et al., 2012)，较少见其他较为直接的能够反映地壳隆升-剥蚀的直接证据报道.正长岩是典型的富碱性岩浆岩，其在地球上出露较少，具有源区深度大，部分熔融程度低的特征，其产生与伸展环境密切相关(Wu et al., 2002; 张遵忠等, 2006)，是深部地球动力学过程在浅部地壳的记录和表现.位于华北克拉通中部带的邯邢地区发育了大量的中生代岩浆岩，其成因在时空上与华北克拉通减薄具有很好的耦合性(张波等, 2020a, 2002b; 许文良等, 2009; 霍延安等, 2019)，其成因极具代表性，是探寻地球深部的“探针”和“窗口”(莫宣学, 2019).
本文在对邯邢地区东部的洪山正长岩杂岩体进行详细的野外地质调查工作基础上，对其中产出关系密切的粗粒正长岩、粗粒辉石正长岩和粗面岩进行岩石学、地球化学、锆石U-Pb年代学及Lu-Hf同位素等方面的研究，探讨其岩石源区及形成过程，以期获得洪山正长岩杂岩体的形成过程与华北克拉通减薄的内在联系.
1. 地质背景和岩体地质
华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一，Zhao et al. (2005)将华北克拉通前寒武纪结晶基底划分为东部陆块和西部陆块，两者最终在古元古代早期(1.9~1.8 Ga)沿中部造山带碰撞拼合形成统一的华北克拉通结晶基底(Zhao and Zhai, 2013).在新元古代-古生代，华北克拉通处于相对稳定的状态，受到秦岭造山带和中亚造山带的影响，到中生代，华北克拉通东部经历了强烈的中生代构造格局的转变和克拉通的减薄与破坏，在新生代，华北克拉通的东缘属于环太平洋构造带的一部分(Zhao and Zhai, 2013).本文研究区位于华北克拉通中部带(图 1a, 图 2)，区内地层由西向东地层逐渐变新，地势逐渐降低，西部的符山角闪闪长岩杂岩体主要出露于下奥陶统地层、中部的武安二长岩杂岩体主要出露于中下奥陶统-中石炭统地层，而东部的洪山正长岩杂岩体主要出露于永年区洪山沟一带的下二叠统-上三叠统地层(图 1b、图 3b)，呈半圆形岩株状出露，西侧部分受鼓山-紫山断裂切割下降后被第四系覆盖不可见，出露面积约53 km2(张波等, 2020a)，杂岩体主体由东向西依次为边缘相的黑云辉石正长岩、过渡相的辉石正长岩和中心相的正长岩(图 2)，主要表现为由东向西黑云母和辉石含量逐渐降低，矿物颗粒逐渐增大的特征，其次是零星分布于杂岩体南部和中部地势相对低洼处，与正长岩类呈断层接触或角度不整合接触的粗面岩(图 3a、图 3d)，杂岩体边部出露少量辉长岩、闪长玢岩，以及广泛分布的正长斑岩脉、石英脉等(图 1b，图 2)，另外，在岩体内广泛分布着粗面质细晶岩脉，侵入到各类正长岩内(图 3e、图 3f).洪山正长岩杂岩体发育大量的断层(图 2)，各岩性间接触关系不易观察，常呈断层接触或者接触带较为破损不易观察，在洪山沟西侧可观察到辉石正长岩与粗粒正长岩接触关系明显的剖面(图 3a)，粗粒正长岩呈宽脉状侵入到辉石正长岩内.本文研究对象位为粗粒正长岩(HS8-22、HS8-59)、粗粒辉石正长岩(HS8-34、HS8-45、HS8-68)以及粗面岩(HS8-25、HS8-41、HS8-42、HS8-44、HS8-54、HS8-55)，采样位置见图 2.
图 1 华北克拉通基底构造单元划分图(a)和邯邢地区区域地质图(b)1.第四系；2.白垩纪火山岩地层；3.三叠纪沉积地层；4.二叠纪沉积地层；5.石炭纪沉积地层；6.奥陶纪沉积地层；7.前寒武变质地层；8.正长岩；9.二长岩；10.二长闪长岩；11.闪长岩；12.角闪闪长岩；13.橄榄辉长岩；14.辉橄岩；图a据Zhao et al.(2005)；图b据张波等(2020b)Fig. 1. Tectonic subdivision of the North China Craton (a) and geological map of the Handan-Xingtai area(b)
图 3 洪山正长岩杂岩体卫星图像及野外照片a.粗面岩与粗粒正长岩接触关系卫星图像; b.黑云辉石正长岩与围岩地层接触关系; c.粗粒正长岩与辉石正长岩接触关系; d.粗面岩与粗粒正长岩接触关系; e~f.粗面质细晶岩脉与岩体接触关系Fig. 3. Satellite image and field photographs of the Hongshan syenite complex粗粒辉石正长岩为浅肉红色，粗粒半自形粒状结构，块状构造，主要由钾长石(70%)、辉石(10%)、斜长石（10%）、磷灰石(5%)、磁铁矿(3%)组成，含有少量榍石、锆石等，钾长石宽板状，发育卡式双晶，粒径约5 mm，发育绢云母化；辉石一般为透辉石，他形-半自形粒状，与磷灰石和磁铁矿共生，多呈筛状，位于长石晶体间隙，粒径1 mm左右，部分辉石呈捕虏晶形式位于钾长石内，他形，粒径多小于0.2 mm；磷灰石自形-半自形粒状，与辉石共生，粒径0.3~1.0 mm；磁铁矿为立方体，位于辉石矿物颗粒间，粒径小于0.1 mm(图 4a、图 4b).
图 4 洪山正长岩杂岩样品照片和镜下照片a, b.粗粒辉石正长岩；c, d.粗粒正长岩；e, f.粗面岩；Cpx.单斜辉石；Kfs.钾长石；Ap.磷灰石；Mt.磁铁矿；Q.石英Fig. 4. Sample photos and micrograph of the Hongshan syenite complex粗粒正长岩为浅肉红色，粗粒半自形粒状结构，块状构造，主要由钾长石(90%)组成，含有斜长石（5%），少量辉石(2%)、磷灰石(2%)以及榍石、锆石等，钾长石一般为条纹长石，粒径可达5 mm，不发育环带，见卡式双晶，普遍发育绢云母化；辉石一般为透辉石，充填在长石矿物颗粒间，他形，粒径一般小于1 mm；磷灰石多为六方柱形，多与辉石共生，同样充填于长石矿物颗粒间(图 4c、图 4d).粗粒正长岩内广泛发育石英脉，呈网状.
粗面岩为浅灰红色，玻基斑状结构，斑晶主要为钾长石(30%)，及少量黑云母(5%)和磁铁矿(3%)组成，钾长石自形，边部有溶蚀现象，具有一定的定向分布特征，粒径在0.5~4.0 mm之间；基质具有假流动构造(图 4e、图 4f).
2. 分析方法
锆石分选及CL的采集在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成.首先将新鲜无蚀变的样品粉碎至80~100目，并用淘选和电磁选方法进行分离，最后在双目镜下提纯.将分选出的锆石颗粒粘在双面胶上，套上靶环，灌入环氧树脂后冷却，对样品靶抛光露出锆石颗粒表面，再对锆石进行透射光、反射光和阴极发光(CL)图像的采集.锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄分析在北京锆年领航科技有限公司完成.将193 nm的ArF准分子激光与Elan 6100DRC型ICP-MS仪器连接，采用He作为剥蚀物质的载气，U-Pb定年中采用标准锆石91500作为外标进行同位素分馏校正，用硅酸盐玻璃NIST 610作为标准参考物质进行仪器最佳化，详细的实验流程见文献Yuan et al.（2004）.锆石U-Pb谐和图和年龄处理均采用Isoplot /Ex_ver 3.0完成.锆石原位Hf同位素原位分析在内蒙古地调院实验室采用Neptune多接收电感耦合等离子质谱仪LA-MC-ICP-MS测试完成.仪器的运行条件和详细的实验流程参数见Wu et al.（2006）.测定时采用国际标准锆石91500(176Hf/177Hf=0.282 294±0.000 015，176Lu/177Hf=0.000 310)作为外标，激光剥蚀束斑直径为32 μm，频率为10 Hz，能量为100 mJ.
全岩主、微量元素分析在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成.主量元素采用4000/40 Axiosmax X射线荧光光谱仪分析完成，FeO采用50 mL滴定管滴定完成，灼失量采用P124S电子分析天平测定完成；微量元素采用X Serise2电感耦合等离子体质谱仪分析完成，实验流程依据国家标准GB/T14506. X-2010以及DZG20-1 16.20的相关部分.主量元素分析精度和准确度优于5%，微量元素的分析精度和准确度一般优于10%.
3. 分析结果
3.1 锆石U-Pb年代学
本文在洪山正长岩杂岩体不同岩性采集多件样品进行锆石U-Pb年代学工作，采样位置为：粗粒辉石正长岩(HS8-9)：N36°47′24.7″、E114°23′10.8″，粗面岩(HS8-25)：N36°46′20.9″、E114°22′42.8″.需要说明的是，本次工作中所有在粗粒正长岩采集的测年样品(7件)在制靶过程中发现锆石均发育蜕晶化，不具有准确测年意义(李秋立, 2016)，故本文通过野外观察到的接触关系间接获取粗粒正长岩年龄范围.本文锆石U-Pb测年样品代表性锆石CL图像见图 5，U-Pb分析结果见附表1.
图 5 洪山正长岩杂岩体中代表性锆石的CL图像a.粗粒辉石正长岩；b.粗面岩.图中实线圈为U-Pb年龄测试点，虚线圈为Hf同位素测试点，锆石边部上方数值为年龄（Ma），下方数值为εHf(t)值，白线为比例尺，代附表100 μmFig. 5. Representative cathodoluminescence (CL) images of zircon grains from the Hongshan syenite complex从CL图像中可以看出，2件样品中锆石基本均呈自形晶，内部结构清晰，多数锆石振荡生长环带发育.其中粗粒辉石正长岩(HS8-9)样品中几乎所有锆石均发育有核-边结构，有的发育核-幔-边结构(图 5a)，表现为锆石核部年龄略老于边部，结合其具有相对较高的Th/U比值(0.75~2.61)，暗示它们为岩浆成因；而粗面岩(HS8-25)样品有捕获锆石的存在，有的锆石具有继承核，与粗粒辉石正长岩不同的是，该类继承核具有溶蚀现象，界线变得浑圆，锆石同样具有较高的Th/U比值(0.38~1.54)，也反应了它们具有岩浆成因的特征(图 5b).
粗粒辉石正长岩(HS8-9)样品中挑选了26颗锆石进行了31个点的测试分析，除其中7个测试点年龄变化范围较大外，24个测试点所得出的206Pb/238U定年结果介于120.3~131.4 Ma之间，在206Pb/238U-207Pb/235U谐和图上均落在谐和线上或附近(图 6a)，206Pb/238U加权年龄平均值为125.6±1.2 Ma(1σ，MSWD=1.7，n=24)
图 6 洪山正长岩杂岩体锆石U-Pb年龄谐和曲线图a.粗粒辉石正长岩；b.粗面岩Fig. 6. U-Pb concordia diagrams of zircons from the Hongshan syenite complex粗面岩(HS8-25)样品中挑选了25颗锆石进行了25个点的测试分析，6个测试点所得出的206Pb/238U定年结果介于119.7~124.6 Ma之间，在206Pb/238U-207Pb/235U谐和图上均落在谐和线上或附近(图 6b)，206Pb/238U加权年龄平均值为121.9±2.3 Ma(1σ，MSWD=1.9，n=6)；此外，有部分分析点分别得出244.7~259.6 Ma、394.2~427.0 Ma、1 713.9~1 944.5 Ma、2 498.5~2 529.3 Ma，均具有较高的Th/U比值(0.38~1.54)，以及发育明显的振荡环带，表明它们应为岩浆成因，代表本区另外4次岩浆事件的存在，其年龄分别介于244.7~259.6 Ma、394.2~427.0 Ma、1 713.9~1 944.5 Ma、2 498.5~2 529.3 Ma之间.
3.2 主量元素
洪山正长岩杂岩体主量元素分析结果见附表2.整体表现为SiO2含量较高(61.0%~66.4%)，富碱(Na2O=4.2%~9.6%，K2O=2.5%~9.4%，(Na2O+K2O)=11.2%~13.8%)，富铝(16.0%~18.9%)，贫镁(0.1%~1.9%)的特征，Fe2O3T=1.3%~5.5%，Mg#较低，在12.6~40.3之间，比俯冲板片部分熔融形成的典型的埃达克质岩石的Mg#低(许文良等, 2009). TAS图解上，3类岩性化学成分分类均位于正长岩或粗面岩范围内(图 7a)，在AR-SiO2碱度率关系图解中(图 7b)，所有样品均落入碱性区，属于碱性系列岩石.岩石铝饱和指A/CNK比值[摩尔Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)]为0.86~1.06，A/NK比值[摩尔Al2O3/(Na2O+K2O)]为0.95~1.08，在A/CNK-A/NK关系图解中(图 8)，样品位于准铝质-过铝质区域，粗粒辉石正长岩更偏准铝质.
图 7 洪山正长岩杂岩体TAS图解(a)和AR-SiO2碱度率关系图解(b)图a据Bas et al.(1986); 图b据Wright(1969)；AR=w(Al2O3+CaO+K2O)+w(Na2O)/w(Al2O3)+w(CaO- K2O-Na2O)，当1.0 < K2O/Na2O < 2.5时，K2O+Na2O用2 Na2O来代替Fig. 7. TAS diagram (a) and AR-SiO2 diagram of the Hongshan syenite complex
图 8 洪山正长岩杂岩体A/CNK-A/NK关系图解Fig. 8. A/CNK-A/NK diagram of the Hongshan syenite complex3.3 微量元素
根据稀土元素球粒陨石标准化配分曲线显示(图 9a)，所有样品均具有相似的配分型式和相近的稀土元素总量，表现为轻稀土元素(LREE)相对富集，中稀土元素(MREE)相对亏损的右倾斜型，具有无或弱的正Eu异常(δEu=0.94~1.43)，中稀土元素相对亏损和Eu的无或弱正异常可能与角闪石分离有关(周凌和陈斌, 2005). ∑LREE=（52.17~158.93）×10-6，∑HREE=(5.21~15.31)×10-6，∑REE=（57.38~174.24）×10-6(附表2).微量元素原始地幔标准化蛛网图显示(图 9b)，它们具有相类似的微量元素特征，富集K、Rb等大离子亲石元素(LILEs)，亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素(HFSEs)，HS8-9具有P的正异常，可能与之含有较多的磷灰石有关.值得注意的是，样品中Th、U等含量变化较大，总体表现为粗面岩中比正长岩中更加富集Th、U(图 9b)，与陆壳物质相容的元素U的富集，暗示着其岩浆源区具有明显的陆壳物质的参与(许文良等, 2009)；并且除HS8-25外，大离子亲石元素K、Rb、Ba含量较为稳定.
图 9 洪山正长岩杂岩体球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)球粒陨石和原始地幔标准化值来自Sun and McDonough(1989); 华北克拉通上地壳、下地壳稀土和微量数据来自Yang et al.(2008)Fig. 9. Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalize spider diagram (b) of the Hongshan syenite complex3.4 锆石Hf同位素
在锆石U-Pb定年的基础之上，对粗粒辉石正长岩(HS8-9)以及粗面岩(HS8-25)进行了原位Lu-Hf同位素的分析(表 1).结果显示，粗粒辉石正长岩锆石边部与核部年龄相近，但表现了明显不同的Lu-Hf同位素组成，其中边部176Hf/177Hf比值变化于0.282 295~0.282 375之间，结合锆石形成年龄计算εHf(t)值变化于-11.3~-14.1之间，tDM2(Ma)变化于2 174~2 381 Ma之间；而核部176Hf/177Hf比值变化于0.282 462~0.282 557之间，结合锆石形成年龄计算εHf(t)值变化于-5.0~-8.4之间，tDM2(Ma)变化于1 696~1 948 Ma之间.表明锆石在形成过程中，经历了Lu-Hf同位素储库急剧变化的过程(吴福元等, 2007).
表 1 洪山正长岩杂岩体锆石Lu-Hf同位素分析结果Table Supplementary Table Zircon Lu-Hf isotopic compositions of the Hongshan syenite complex点号 年龄(Ma) 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf 2σ εHf(0) εHf(t) tDM1(Ma) tDM2(Ma) fLu/Hf 辉石正长岩(HS8-9) 02边a 120 0.015 350 0.000 534 0.282 322 0.000 025 -15.9 -13.3 1 297 2 318 -0.98 09幔b 126 0.030 764 0.001 100 0.282 357 0.000 034 -14.7 -12.0 1 267 2 218 -0.97 12 128 0.013 302 0.000 464 0.282 295 0.000 026 -16.9 -14.1 1 332 2 381 -0.99 13 126 0.022 695 0.000 805 0.282 375 0.000 029 -14.0 -11.3 1 232 2 174 -0.98 15 126 0.016 351 0.000 574 0.282 317 0.000 026 -16.1 -13.4 1 305 2 326 -0.98 17 125 0.033 420 0.001 185 0.282 368 0.000 032 -14.3 -11.6 1 255 2 190 -0.96 20 127 0.014 098 0.000 490 0.282 355 0.000 031 -14.7 -12.0 1 250 2 227 -0.99 21边c 125 0.058 072 0.001 915 0.282 451 0.000 038 -11.4 -8.8 1 160 1 973 -0.94 26核c 122 0.055 290 0.001 842 0.282 462 0.000 045 -11.0 -8.4 1 142 1 948 -0.94 27核b 117 0.073 324 0.002 435 0.282 477 0.000 034 -10.4 -8.0 1 139 1 909 -0.93 28边d 120 0.019 150 0.000 703 0.282 312 0.000 029 -16.3 -13.7 1 316 2 343 -0.98 29核d 128 0.075 022 0.002 503 0.282 557 0.000 032 -7.6 -5.0 1 024 1 696 -0.92 30幔d 124 0.024 476 0.000 835 0.282 337 0.000 033 -15.4 -12.7 1 286 2 274 -0.97 31核a 130 0.035 815 0.001 217 0.282 430 0.000 030 -12.1 -9.4 1 168 2 027 -0.96 粗面岩(HS8-25) 04 245 0.021 908 0.000 813 0.282 645 0.000 029 -4.5 0.8 855 1 375 -0.98 05 120 0.035 530 0.001 351 0.282 462 0.000 030 -11.0 -8.4 1 127 1 952 -0.96 10 2 498 0.017 085 0.000 641 0.281 372 0.000 026 -49.5 5.5 2 600 2 687 -0.98 11 2 498 0.023 036 0.000 811 0.281 412 0.000 026 -48.1 6.6 2 557 2 607 -0.98 12 260 0.026 863 0.000 990 0.282 581 0.000 025 -6.8 -1.2 949 1 529 -0.97 16 1 854 0.013 062 0.000 454 0.281 661 0.000 024 -39.3 1.5 2 197 2 497 -0.99 17 118 0.025 139 0.000 930 0.282 468 0.000 024 -10.8 -8.2 1 106 1 940 -0.97 21 2 529 0.019 641 0.000 666 0.281 368 0.000 025 -49.7 6.0 2 607 2 674 -0.98 23 121 0.020 208 0.000 818 0.282 379 0.000 038 -13.9 -11.3 1 227 2 168 -0.98 25 120 0.017 713 0.000 711 0.282 293 0.000 031 -16.9 -14.4 1 343 2 392 -0.98 对于粗面岩来说，由于锆石存在不同时期的捕获锆石，因此分为4类，其中年龄为119.7~124.6 Ma之间的锆石，176Hf/177Hf比值变化于0.282 293~0.282 468之间，结合锆石形成年龄计算εHf(t)值变化于-8.2~-14.4之间，tDM2(Ma)变化于1 940~2 392 Ma之间，与粗粒辉石正长岩锆石边部Lu-Hf同位素特征极为相似；其中年龄为约250 Ma的锆石，176Hf/177Hf比值变化于0.282 581~0.282 645之间，结合锆石形成年龄计算εHf(t)值变化于-1.2~+0.8之间，tDM2(Ma)变化于1 375~1 529 Ma之间；其中一颗年龄为1 854 Ma的锆石，其176Hf/177Hf比值为0.281 661，结合锆石形成年龄计算εHf(t)值为+1.5，tDM2(Ma)值为2 497 Ma；其中年龄约为2 498~2 529 Ma的锆石，176Hf/177Hf比值变化于0.281 368~0.281 412之间，结合锆石形成年龄计算εHf(t)值变化于+5.5~+6.6之间，tDM2(Ma)变化于2 607~2 687 Ma之间.
4. 讨论
4.1 杂岩体形成时代
洪山正长岩杂岩体中锆石CL图像显示，锆石发育振荡环带，具有相对较高的Th/U比值，表现出了岩浆锆石的特征，其测定的年龄应该代表了岩浆的结晶年龄.粗粒辉石正长岩与粗面岩的原生锆石206Pb/238U年龄分别为120.3~131.4 Ma、119.7~124.6 Ma，其加权平均年龄分别为125.6±1.2 Ma(MSWD=1.7)、121.9±2.3 Ma(MSWD=1.9)，表明它们的形成时代为早白垩世，侵入岩形成时代略早于喷出岩.洪山正长岩杂岩体形成时代与华北克拉通岩石圈减薄的峰期年龄相一致(Xu et al., 2009; Zhu et al., 2012; Zheng et al., 2018; Zhu and Xu, 2019)，与华北克拉通其他中生代富碱性杂岩体形成时代一致(例如: Zhang et al., 2005; 吴福元等, 2005; 阎国翰等, 2007; Sun et al., 2019).
本文在洪山正长岩杂岩体粗面岩中首次获得了老锆石的存在，年龄在244.7~2 529.3 Ma之间，分别为244.7~259.6 Ma(2颗)、394.2~427.0 Ma(2颗)、1 713.9~2 072.5 Ma(6颗)、2 498.5~2 529.3 Ma(4颗)等4个年龄组，这些锆石可能来自洪山正长岩杂岩体源岩的残留锆石，或者岩浆房停留时捕获的围岩锆石.
4.2 岩石成因及源区
前人对洪山正长岩杂岩体成因及演化过程提出了不同的看法(例如: 黄福生等, 1990; Chen et al., 2004, 2008; Deng et al., 2004; 周凌和陈斌, 2005; Zhang et al., 2005; Sun et al., 2015)，目前主流的观点主要依据全岩Sr-Nd同位素特征及地球化学特征，认为洪山正长岩源自富集的岩石圈地幔，受地壳物质混染程度存在争议(例如: Chen et al., 2004, 2008; Sun et al., 2015).实际上，洪山正长岩杂岩体普遍发育细小暗色微粒包体(张波等, 2020a)，岩体形成过程中可能经历了岩浆混合作用(莫宣学等, 2007)，全岩同位素可能已经完成了交换和混合(Lesher, 1990)，这得到了前人获得变化不大的全岩Sr-Nd同位素值（εNd(t)=-8.2~-11.0）的印证(Chen et al., 2004; Sun et al., 2015)；另外岩体蚀变较强，长石多发育绢云母化，相对于邯邢地区其他岩体，洪山正长岩杂岩体各岩性间全岩地球化学特征相近，辉石普遍发育富钠、富铁的流体改造环带，钾长石多发育钠化边（张波等, 2020b），都说明岩体可能还经历了大量流体的改造.相比全岩同位素而言，锆石结晶较早，可以使得岩浆混合端元的Lu-Hf同位素特征得以保留(吴福元等, 2007)，并不易受后期地质作用的改造，因此，通过锆石Lu-Hf同位素特征可以更准确的指示其源区性质.
粗粒辉石正长岩锆石普遍发育核-边结构，部分粗面岩具有继承核及捕获锆石，通过锆石CL图像以及t-εHf(t)相关图(图 10)，粗粒辉石正长岩核部比边部更加靠近亏损地幔，锆石核部εHf(t)值为-5.0~-8.4，高于富集地幔EMI的εHf(t)值(-9.0±0.7)(Chen et al., 2008)，可能有新生地壳、亏损地幔物质或流体的加入，结合锆石核部比边部含有更高的U、Th、Pb含量(附表1、图 5)，说明锆石结晶早期岩浆房是具有更高U、Th、Pb含量的，更符合壳源物质来源的特征.另外，洪山正长岩杂岩体具有相对较高的SiO2(61.0%~66.4%)，富钾、富铝、贫镁，富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，具有较低的Cr(0.2×10-6~23.8×10-6)、Co(0.6×10-6~12.1×10-6)、Ni(1.2×10-6~14.0×10-6)，Mg#较低(12.6~40.3)等特征，也说明大量新生地壳物质加入的可能性更大，并且高压下地壳物质的部分熔融也是可以形成这样的地球化学特征的(Deng et al., 2004).
图 10 洪山正长岩杂岩体锆石t-εHf(t)图解Fig. 10. Plot of t-εHf(t) of zircons from the Hongshan syenite complex4.3 洪山地区具有快速隆升-剥蚀的特征
通过详细的野外观察，可以发现洪山正长岩杂岩体中部出现粗粒正长岩与出露面积较大的粗面岩直接接触(图 3a).在洪山正长岩杂岩体与围岩地层接触带附近，可见围岩具有明显的变形、避让现象，岩体内矿物呈现与接触面平行的定向排列特征(图 3b)，表明岩体在形成过程中对围岩有明显的挤压作用(张遵忠等, 2006)，并且围岩具有明显的热接触变质现象，与之不同的是粗粒正长岩与粗面岩接触带未见变形、避让以及热接触变质的现象，接触界线起伏较大，没有明显的烘烤边和冷凝边等现象(图 3d)，并且与洪山地区断层接触具有平直接触界面、发育阶步和擦痕的特征也完全不同，粗面岩是喷出相或者超浅成相，而粗粒正长岩是洪山正长岩杂岩体中心相，形成深度较大，二者直接接触的可能性只有当粗粒正长岩暴露地表后，粗面岩喷溢覆盖在其上，另外，在岩体内广泛分布着粗面质细晶岩脉(图 3e、图 3f)，通过锆石U-Pb测年，获得了与粗面岩较一致的最小锆石年龄119.2±2.2 Ma(未发表数据)，可以认为粗面岩与粗面质细晶岩脉为同期产物，通过野外观察可以发现，粗面质细晶岩脉侵入到岩体时，岩体处于冷却状态，形成了粗面质细晶岩脉沿裂隙充填的特征(图 3e、图 3f)，这些现象都说明了粗面岩形成过程中，洪山正长岩杂岩体是已经固结，并处于剥蚀状态的.
通过锆石U-Pb年龄，结合上述认识，粗粒辉石正长岩年龄为126 Ma左右，粗面岩年龄为122 Ma左右，因此，粗粒正长岩年龄应该在126~122 Ma之间，那么，粗粒正长岩与粗面岩之间的年龄差值介于0~4 Ma之间；粗粒正长岩内未发现晚期结晶的可以直接计算压力的矿物，但是可以通过杂岩体与围岩间的关系，间接推算其就位深度.粗粒正长岩为杂岩体中心相，以洪山正长岩杂岩体侵位于二叠系地层计算，当时的侵位深度至少在2 km以上(河北省区域地质矿产调查研究所, 2017; 张波等, 2020b)，按洪山正长岩杂岩体各相带的最窄宽度计算，中心相的粗粒与围岩的距离至少有3 km(图 2)，也就是说，在不到4 Ma的时间内，洪山地区至少抬升了5 km，具有快速隆升-剥蚀的特征，而后粗面岩和下覆的粗粒正长岩在断裂作用下，向下塌陷，减少剥蚀，得以保存至今(图 3a). 霍延安等(2019)在武安地区观察到130~127 Ma期间地壳隆升剥蚀达2~4 km，说明该地区快速隆升-剥蚀是一个连续的过程.
4.4 对华北克拉通中部中生代岩石圈减薄的指示意义
华北克拉通减薄和破坏的机制主要有两种观点：拆沉机制(Deng et al., 2004; Gao et al., 2009)和热侵蚀机制(Xu, 2001)，它们最大的区别在于拆沉作用是一个自上而下的快速过程，热侵蚀模型是一个自下而上的缓慢过程(Zheng et al., 2018).洪山正长岩杂岩体中粗粒辉石正长岩中锆石普遍具有核-边结构，其核与边之间的形成年龄相差较小，但Lu-Hf同位素组成具有明显的区别，核部εHf(t)值明显较高，为-5.0~-8.4，边部εHf(t)值以及粗面岩内同期锆石εHf(t)值明显偏低，为-11.3~-14.4，且较为均一，表明岩浆在结晶的最初阶段同位素特征偏向于新生下地壳，而后在上升过程同化了大量中上地壳物质，使得洪山正长岩杂岩体内部无围岩捕虏体，仅保留了部分下地壳或围岩的锆石颗粒，形成了稳定且较为均一的同位素组成，较为一致的主微量特征，以及具有与上地壳相似的稀土和微量元素特征(图 9)，说明洪山正长岩杂岩体原始岩浆应起源于新生下地壳，而后快速上升到达地表浅部，并伴随了地表的隆升，是一个快速的过程，因此，本文认为洪山正长岩杂岩体形成过程与拆沉作用关系更加密切，是华北克拉通减薄作用在地表浅部的响应.
5. 结论
(1) 洪山正长岩杂岩体粗粒辉石正长岩与粗面岩加权平均年龄分别为125.6±1.2 Ma(1σ，MSWD=1.7，n=24)、121.9±2.3 Ma(1σ，MSWD=1.9，n=6)，粗粒正长岩形成时代介于二者之间，是早白垩世华北克拉通减薄峰期的产物.
(2) 洪山正长岩杂岩体具有高硅、富碱、富铝、贫镁、Mg#较低的特征，富集K、Rb等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素，属于准铝质-过铝质碱性岩.
(3) 洪山正长岩杂岩体中粗粒辉石正长岩锆石具有典型的核-边结构，锆石核部相对于边部U、Th、Pb含量较高，εHf(t)值较高，边部与粗面岩中锆石具有相似的特征，反映了源区可能有大量新生地壳物质加入.
(4) 洪山正长岩杂岩体形成后具有快速隆升-剥蚀的特征，结合锆石核-边具有形成时代间隔不大的特征，说明洪山正长岩杂岩体是在较短时间内形成的，具有拆沉作用的特征.
致谢: 附表1，附表2数据参见本刊官网（www.earth-science.net）. 谨以此文庆贺李廷栋院士九十华诞.在野外工作和成文过程中得到了邓晋福、罗照华、董国臣、李小伟、刘艳宾等老师的指导和帮助，两位评审专家提出了宝贵的修改意见，在此一并表示感谢. -
图 1 华北克拉通基底构造单元划分图(a)和邯邢地区区域地质图(b)
1.第四系；2.白垩纪火山岩地层；3.三叠纪沉积地层；4.二叠纪沉积地层；5.石炭纪沉积地层；6.奥陶纪沉积地层；7.前寒武变质地层；8.正长岩；9.二长岩；10.二长闪长岩；11.闪长岩；12.角闪闪长岩；13.橄榄辉长岩；14.辉橄岩；图a据Zhao et al.(2005)；图b据张波等(2020b)
Fig. 1. Tectonic subdivision of the North China Craton (a) and geological map of the Handan-Xingtai area(b)
图 3 洪山正长岩杂岩体卫星图像及野外照片
a.粗面岩与粗粒正长岩接触关系卫星图像; b.黑云辉石正长岩与围岩地层接触关系; c.粗粒正长岩与辉石正长岩接触关系; d.粗面岩与粗粒正长岩接触关系; e~f.粗面质细晶岩脉与岩体接触关系
Fig. 3. Satellite image and field photographs of the Hongshan syenite complex
图 4 洪山正长岩杂岩样品照片和镜下照片
a, b.粗粒辉石正长岩；c, d.粗粒正长岩；e, f.粗面岩；Cpx.单斜辉石；Kfs.钾长石；Ap.磷灰石；Mt.磁铁矿；Q.石英
Fig. 4. Sample photos and micrograph of the Hongshan syenite complex
图 5 洪山正长岩杂岩体中代表性锆石的CL图像
a.粗粒辉石正长岩；b.粗面岩.图中实线圈为U-Pb年龄测试点，虚线圈为Hf同位素测试点，锆石边部上方数值为年龄（Ma），下方数值为εHf(t)值，白线为比例尺，代附表100 μm
Fig. 5. Representative cathodoluminescence (CL) images of zircon grains from the Hongshan syenite complex
图 6 洪山正长岩杂岩体锆石U-Pb年龄谐和曲线图
a.粗粒辉石正长岩；b.粗面岩
Fig. 6. U-Pb concordia diagrams of zircons from the Hongshan syenite complex
图 7 洪山正长岩杂岩体TAS图解(a)和AR-SiO2碱度率关系图解(b)
图a据Bas et al.(1986); 图b据Wright(1969)；AR=w(Al2O3+CaO+K2O)+w(Na2O)/w(Al2O3)+w(CaO- K2O-Na2O)，当1.0 < K2O/Na2O < 2.5时，K2O+Na2O用2 Na2O来代替
Fig. 7. TAS diagram (a) and AR-SiO2 diagram of the Hongshan syenite complex
图 8 洪山正长岩杂岩体A/CNK-A/NK关系图解
Fig. 8. A/CNK-A/NK diagram of the Hongshan syenite complex
图 9 洪山正长岩杂岩体球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)
球粒陨石和原始地幔标准化值来自Sun and McDonough(1989); 华北克拉通上地壳、下地壳稀土和微量数据来自Yang et al.(2008)
Fig. 9. Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalize spider diagram (b) of the Hongshan syenite complex
图 10 洪山正长岩杂岩体锆石t-εHf(t)图解
Fig. 10. Plot of t-εHf(t) of zircons from the Hongshan syenite complex
表 1 洪山正长岩杂岩体锆石Lu-Hf同位素分析结果
Table 1. Zircon Lu-Hf isotopic compositions of the Hongshan syenite complex
点号 年龄(Ma) 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf 2σ εHf(0) εHf(t) tDM1(Ma) tDM2(Ma) fLu/Hf 辉石正长岩(HS8-9) 02边a 120 0.015 350 0.000 534 0.282 322 0.000 025 -15.9 -13.3 1 297 2 318 -0.98 09幔b 126 0.030 764 0.001 100 0.282 357 0.000 034 -14.7 -12.0 1 267 2 218 -0.97 12 128 0.013 302 0.000 464 0.282 295 0.000 026 -16.9 -14.1 1 332 2 381 -0.99 13 126 0.022 695 0.000 805 0.282 375 0.000 029 -14.0 -11.3 1 232 2 174 -0.98 15 126 0.016 351 0.000 574 0.282 317 0.000 026 -16.1 -13.4 1 305 2 326 -0.98 17 125 0.033 420 0.001 185 0.282 368 0.000 032 -14.3 -11.6 1 255 2 190 -0.96 20 127 0.014 098 0.000 490 0.282 355 0.000 031 -14.7 -12.0 1 250 2 227 -0.99 21边c 125 0.058 072 0.001 915 0.282 451 0.000 038 -11.4 -8.8 1 160 1 973 -0.94 26核c 122 0.055 290 0.001 842 0.282 462 0.000 045 -11.0 -8.4 1 142 1 948 -0.94 27核b 117 0.073 324 0.002 435 0.282 477 0.000 034 -10.4 -8.0 1 139 1 909 -0.93 28边d 120 0.019 150 0.000 703 0.282 312 0.000 029 -16.3 -13.7 1 316 2 343 -0.98 29核d 128 0.075 022 0.002 503 0.282 557 0.000 032 -7.6 -5.0 1 024 1 696 -0.92 30幔d 124 0.024 476 0.000 835 0.282 337 0.000 033 -15.4 -12.7 1 286 2 274 -0.97 31核a 130 0.035 815 0.001 217 0.282 430 0.000 030 -12.1 -9.4 1 168 2 027 -0.96 粗面岩(HS8-25) 04 245 0.021 908 0.000 813 0.282 645 0.000 029 -4.5 0.8 855 1 375 -0.98 05 120 0.035 530 0.001 351 0.282 462 0.000 030 -11.0 -8.4 1 127 1 952 -0.96 10 2 498 0.017 085 0.000 641 0.281 372 0.000 026 -49.5 5.5 2 600 2 687 -0.98 11 2 498 0.023 036 0.000 811 0.281 412 0.000 026 -48.1 6.6 2 557 2 607 -0.98 12 260 0.026 863 0.000 990 0.282 581 0.000 025 -6.8 -1.2 949 1 529 -0.97 16 1 854 0.013 062 0.000 454 0.281 661 0.000 024 -39.3 1.5 2 197 2 497 -0.99 17 118 0.025 139 0.000 930 0.282 468 0.000 024 -10.8 -8.2 1 106 1 940 -0.97 21 2 529 0.019 641 0.000 666 0.281 368 0.000 025 -49.7 6.0 2 607 2 674 -0.98 23 121 0.020 208 0.000 818 0.282 379 0.000 038 -13.9 -11.3 1 227 2 168 -0.98 25 120 0.017 713 0.000 711 0.282 293 0.000 031 -16.9 -14.4 1 343 2 392 -0.98 
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