花岗岩是一类出露十分广泛的侵入岩，能反映深部地壳的演化历史。基性岩来自于幔源岩浆，能制约地幔乃至地球更深部的物理化学过程。对同个地区这两类侵入体的系统的研究有助于更全面地了解岩石圈演化过程。华北克拉通被普遍认为在中生代发生了显著的克拉通破坏，特别是白垩纪的峰期破坏，然而目前关于三叠纪的克拉通演化仍知之甚少，该时期的克拉通的性质影响到人们对克拉通破坏起始的认识，以及空间上克拉通破坏是否具有不均一性。本项目杨进辉研究员团队首次对华北克拉通北缘内蒙古喀喇沁复式岩基和相邻的黑里河基性-超基性侵入体开展了详细的U-Pb年代学和岩石地球化学研究，揭示了该岩基和基性-超基性侵入体可能的源区和复杂的岩浆过程，反映了华北北缘岩石圈在三叠纪被多次岩浆事件所改造的历史。该研究还探讨了华北克拉通稳定之后遭受的数次大规模岩浆事件，认为这些改造事件最终使得克拉通易于被彻底破坏。 

　　喀喇沁岩基由多个不同时代的花岗岩类组成，在野外和岩相学观察中即可认识它们的矿物组成差异，主要包括中细粒黑云母二长花岗岩，正长花岗岩，粗粒二长花岗岩等。锆石U-Pb年代学数据表明，其中三叠纪的花岗岩能清楚地划分出至少5期：~246 Ma, ~234-227 Ma, ~224-221 Ma, ~211 Ma, ~206 Ma。它们的全岩主、微量元素特征均指示了壳源的特点。锆石原位年龄-Hf同位素分析结果进一步表明，这些不同期次的花岗岩具有不同的地球化学特征，源区组成不断变化：最早的246 Ma花岗岩的锆石ε_Hf(t)值范围为-11.1 ~ -8.3，而~234 ~ 221 Ma的构成岩基主体的花岗岩的锆石ε_Hf(t)大多数为0-+5之间的正值，晚期的211 Ma花岗岩的锆石ε_Hf(t)值为-7.8 ~ +3.7，位于前二者之间（图1）。这似乎反映了源区地壳物质的主要组成从古老到较新生，再到古老与新生的混合源区的变化。对于古老壳源物质，考虑到华北的地质背景与一些花岗岩中发现的~2.5 Ga和1.8 Ga的继承锆石，可以确定其参与了花岗岩岩浆的形成；对于新生端元的地壳物质，从模式年龄看它可能单纯是~0.92 Ga的平均地壳组分代表的地壳岩石，但在华北北缘并没有这一时期大规模岩浆的记录，因而也可能是不均一的地壳物质混合作为源岩的结果。结合锆石氧同位素略高于地幔特征值的结果（图2），这里的相对新生的地壳端元有可能来自于华北被交代富集的岩石圈和亏损地幔的混合，在三叠纪发生部分熔融。最晚的~211-206 Ma的花岗岩侵入到了主体花岗岩之中，它们在全岩的一些微量元素特征类似于A型花岗岩，可能反映了更热的形成条件。 

　　黑里河基性-超基性侵入杂岩体由二辉辉石岩-辉长岩-辉长苏长岩-石英闪长岩-淡色闪长岩组成，它们的矿物组成相似，但辉石与长石的矿物比例变化显著且连续，部分岩石具有堆晶特征。结合全岩的微量元素特征，黑里河的这一系列侵入岩经历了显著的岩浆分异。侵入体中最老岩石年龄由辉长苏长岩样品中的锆石、斜锆石经SIMS分别测定，均为~238 Ma，较年轻的石英闪长岩年龄为231 Ma。通过全岩和锆石Hf-O同位素的分析，黑里河基性-超基性岩石系列的同位素特征与花岗岩岩基主体很相似（图2），ε_Hf(t)值为-2.3 ~ +3.6，氧同位素略高于地幔特征范围，因此它们的母岩浆可能源自于前文提到的混合源区，即来自于共同熔融的亏损地幔和富集地幔。利用辉长苏长岩中的普通辉石和顽火辉石的电子探针成分分析，再经过二辉石温压计计算表明，黑里河辉长苏长岩的侵位温度约为1050℃，5kbar，即这一基性-超基性高温侵入体可能曾经侵位到了中地壳附近深度。然而，研究团队在野外并未找到该侵入体与喀喇沁岩基的能指示侵位关系的接触边界，亦未发现大量的基性包体或者岩墙等证据，再考虑到几个Myr的年龄差距，他们认为喀喇沁复式岩基和黑里河基性-超基性侵入体可能不存在直接的岩浆作用，但黑里河侵入体母岩浆对地壳的加热可能是地壳熔融和岩浆侵位的原因。 

　　华北克拉通北缘的喀喇沁复式岩基和三叠纪黑里河侵入体的岩石成因表明了多期岩浆作用对克拉通岩石圈的局部改造。岩基中的主体花岗岩反应了深部地壳断断续续地熔融和新物质的加入，并且三叠纪末期侵入的花岗岩岩浆在地壳较浅位置对较早地壳物质循环，而基性-超基性侵入体直接指示了深部地幔的受改造（岩石圈地幔的富集和新生）、熔融。这些岩浆作用的起源可能与华北北缘在古亚洲洋闭合之后的后碰撞伸展事件有关，即岩石圈的减薄、软流圈上涌。另外，喀喇沁邻区的一些同时期碱性岩的产出（e.g. Yang et al., 2012; Zhang et al., 2012; Zhu et al., 2017）又表明了克拉通岩石圈地幔的稳定存在，因此华北克拉通在三叠纪受到了局部的改造。进一步联系华北克拉通在中元古代以及后续发生的一些岩浆事件，华北克拉通稳定以后经历的这些改造很可能是克拉通岩石圈彻底被破坏的诱因。 

　　  

　　 

　　图1 华北北缘喀喇沁岩基不同年龄花岗岩的锆石Hf同位素组成（横轴相同） 

　　图2 华北北缘喀喇沁岩基和黑里河侵入体的锆石Hf-O同位素组成与源区岩浆混合模拟 

　　  

　　上述研究成果近期发表于国际SCI期刊Lithos上，第一作者李睿是杨进辉研究员课题组的博士研究生（Li, R., Yang, J.-H.*, Wang, H., Zhu, Y.-S., Sun, J.-F, and Xu, L., 2020. Triassic lithospheric modification of the northern North China Craton: Evidences from the composite Kalaqin Batholith and ultramafic-mafic Heilihe Intrusive Complex in Inner Mongolia）。 

　　  

　　参考文献： 

　　[1] Yang, J.H., Sun, J.F., Zhang, M., Wu, F.Y., Wilde, S.A., 2012. Petrogenesis of silica-saturated and silica-undersaturated syenites in the northern North China Craton related to post-collisional and intraplate extension. Chem. Geol. 328, 149-167. 

　　[2] Zhang, S.H., Zhao, Y., Ye, H., Hou, K.J., Li, C.F., 2012. Early Mesozoic alkaline complexes in the northern North China Craton: Implications for cratonic lithospheric destruction. Lithos 155, 1-18. 

　　[3] Zhu, Y.S., Yang, J.H., Sun, J.F., Wang, H., 2017. Zircon Hf-O isotope evidence for recycled oceanic and continental crust in the sources of alkaline rocks. Geology 45, 407-410.