西伯利亚板块和华北克拉通之间的古亚洲洋最终消减闭合的时间问题一直存在很大的争议,对区域内A型花岗岩的研究可以为该问题的解决提供有效约束.本文详细研究了华北克拉通北缘牛圈银矿区及其外围出露的海西期A型花岗岩和相关的暗色镁铁质微粒包体及辉绿岩脉的地质年代学和地球化学特征,以期解释其岩石成因并讨论构造指示意义.牛圈银矿区的花岗岩主要包括中粗粒黑云母二长花岗岩和细粒钾长花岗岩,锆石U-Pb定年结果表明中粗粒黑云母二长花岗岩和细粒钾长花岗岩分别形成于268.7±3.2Ma和254.2±2.8Ma,基性辉绿岩脉则形成于267.6±3.9Ma,与矿区早期中粗粒黑云母花岗岩几乎同时代或略晚.矿区两期花岗岩都具有弱过铝质特征,属于高钾钙碱性-钾玄岩系列岩石,均以高SiO2、富碱、高FeOT/(FeOT+ MgO)和Ga/Al比值;贫CaO、MgO、TiO2、P2O5;富集Rb、Th、U、Y、F而亏损Ba、Sr、P、Ti、Eu等为特征,结合矿物学特征(半自形石英、他形铁质黑云母、出现条纹长石、缺乏碱性暗色矿物等)表明它们均为铝质A2型花岗岩.这也得到了较高的全岩锆石饱和温度(TZr)的支持,中粗粒黑云母二长花岗岩和细粒钾长花岗岩的岩浆结晶温度分别为784 ～822℃(平均值805℃)和843 ～871℃(平均值856℃).中粗粒黑云母二长花岗岩中广泛发育镁铁质暗色包体.本文认为牛圈中粗粒黑云母二长花岗岩为古元古界红旗营子群基底杂岩中的花岗质片麻岩为主的中下地壳物质部分熔融,并与幔源基性岩浆发生岩浆混合作用形成的.年代学、主微量元素及Sr-Nd同位素数据表明,牛圈细粒钾长花岗岩与中粗粒黑云母二长花岗岩不是同一岩浆房演化的产物,而是代表两期岩浆活动,且晚期细粒钾长花岗岩形成过程中地幔物质添加相对更多.通过对牛圈银矿区两期A型花岗岩的研究,结合前人关于华北克拉通北缘中二叠世碱性岩浆岩带的研究,本文认为华北北缘在中二叠世伊始(～270Ma)就已经发生构造体制转换并进入后造山伸展环境,古亚洲洋的最终闭合可能早于270Ma.从牛圈早期中粗粒黑云母二长花岗岩到晚期细粒钾长花岗岩的相继侵位,伴随着更多的地幔物质的加入,其A型花岗岩特征愈发明显,指示华北北缘被破坏大陆边缘越来越强烈的伸展作用.
华北克拉通北缘 牛圈银矿 A型花岗岩 暗色镁铁质微粒包体 岩浆混合 后碰撞伸展