1274 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(6) 带在造山期后华北南缘下地壳基底拆沉的地球动力学过程 岩墙中锆石测年结果多显示为老的继承性锆石的原因可能是中生代时期生长的锆石颗粒较小, 而继承性锆石颗粒较大, 锆石单矿物分选过程中主要挑选出继承性锆石的缘故 关键词

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1 /2008/024(06) ActaPetrologicaSinica 岩石学报 小秦岭 熊耳山地区岩墙锆石 SHRIMP 年代学研究 秦岭造山带岩石圈拆沉的证据 1 王团华 1 毛景文 2 王彦斌 WANGTuanHua 1,MAOJingWen 1 andwangyanbin 2 1. 中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 中国地质科学院地质研究所, 北京 InstituteofMineralResource,ChineseAcademyofGeologySciences,Beijing100037,China 2.InstituteofGeology,ChineseAcademyofGeologySciences,Beijing100037,China 收稿, 改回. WangTH,MaoJW andwangyb.2008.researchonshrimp U PbchronologyinXiaoqinling Xionger shanarea: theevidenceofdelaminationoflithosphereinqinlingorogenicbelt.actapetrologicasinica,24(6): Abstract ChronologyresearchbySHRIMPⅡU Pbdatingonzirconfrom dikesofxiaoqinling Xiong ershanareashowthatthe zirconsindikemagmassourcemainlyareinheritedones,whichmanifestchronologiccharacteristicsofsouthernedgeofnorthchina continentalbasement.thetwodikeswhichhavedefinitegeologicalrelationthatinvadedintograniteofmesozoicepochmaygivethe datingresultsof1843±10maand768±15ma,andmostzirconshowthetimeof1850maforaverylargescalevolcanicactivityevents ofxiong ergroupintheregion,onlyfewofzirconshowthereasonabletimeof128mainmesozoicepoch.toviewthechronologicdata asawhole,thezirconsindikescomprehensivelyrecordtheregionalhistoryoftectonicevolution.theresultsofzircondatingreflected thetectonicandmagmaseventsinnorthchinacratonasfupingmovement(2500~2400ma),volcaniceruptionactivityofxionger groupinsouthernedgeofnorthchinacraton(1850ma),paleo Siniantectonicmovement(850~700Ma)andsuccesioneventsof orogenproces(~200ma)anddikemagmasinvadingevents(~130ma)withyangtzeplatesubductedandmatchedtosouthernedge ofnorthchinacraton.researchontracingofsr,nd,pbofdikesrevealthatthemagmassourceofdikeshavemuchafinitytoyangtze Plate,thefacttestifiedthedynamicprocesofYangtzeplatesubductiontoSouthernedgeofNorthChinacratonfromNeo Priterozoicto Pilo PaleozoictimeanddelaminationofcontinentallowCrustofQinlingorogenicbeltinSouthernedgeofNorthChinainpostoforogen inthelate.thereasonformostofdatingresultsofzirconindikesshowthecharacteristicsofinheritedoneposiblyisthatthezircon graingrowsmalinmesozoicepoch,buttheinheritzirconsgrainarebiggerthanthezirconinmesozoic,sothatmostofinheritzircon wereselectedduringmineralsortingbutmesozoiczirconweredificulttobeselectedout. Keywords Dike;ChronologyofzirconSHRIMPⅡ U Pbdating;Delamination;Xiaoqinling Xiong ershanarea;qinlingorogenic belt;southernofnorthchinacraton 摘要对小秦岭 熊耳山地区岩墙锆石开展了 SHRIMPⅡ U Pb 法年代学研究显示, 岩墙岩浆源区的锆石主要表现为华北南缘陆壳基底中的继承性锆石特征 根据地质关系确定的侵位于中生代花岗岩中的岩墙, 其锆石年龄定年结果主要表现为 1843±10Ma 和 768±15Ma 左右的年龄, 多数锆石表现为该区域熊耳群火山活动事件 1850Ma 左右的年龄, 只有很少的锆石颗粒记录了中生代时期 128Ma 左右的侵位年龄 总体看来, 岩墙中锆石较全面地记录了区域构造演化的历史 锆石测年结果反映出华北陆块阜平运动 (2500~2400Ma) 华北南缘熊耳群火山喷发事件 (1850Ma) 震旦纪构造活动 (850~700Ma) 扬子陆块俯冲拼贴于华北南缘的造山事件 ( 约 200Ma) 和燕山期 ( 约 130Ma) 的岩墙岩浆侵位活动 岩墙的 Sr Nd Pb 同位素示踪揭示了岩墙岩浆源区与扬子陆块的亲缘性, 从而证明新元古代 晚古生代时期扬子陆块向华北陆块南缘俯冲, 以及后来秦岭造山 本研究由国家自然科学基金重点项目 ( 编号 : ) 和中国地质科学院矿产资源研究所科研业务专项资金 ( 编号 :K0734) 资助 第一作者简介 : 王团华, 男,1973 年生, 博士, 主要从事矿床学 地球化学研究工作,E mail:wangtuanhua@hotmail.com

2 1274 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(6) 带在造山期后华北南缘下地壳基底拆沉的地球动力学过程 岩墙中锆石测年结果多显示为老的继承性锆石的原因可能是中生代时期生长的锆石颗粒较小, 而继承性锆石颗粒较大, 锆石单矿物分选过程中主要挑选出继承性锆石的缘故 关键词岩墙 ; 锆石 SHRIMPⅡ U Pb 年代学 ; 拆沉作用 ; 小秦岭 熊耳山地区 ; 秦岭造山带 ; 华北克拉通南缘中图法分类号 P597.3 小秦岭 熊耳山地区位于华北克拉通南缘, 在区域大地构造位置上位于秦岭造山带北缘东段, 是我国重要的以石英脉型产出的岩金生产基地 区内广泛出露中基性岩墙群, 由于岩墙群的浅成侵位活动代表地壳拉张伸展的应力环境 (Halsetal.,1987; 邵济安等,2002), 以及岩墙群可能与金矿的关系 (Rocketal.,1988; 倪师军等,1994), 近年来对该地区岩墙的研究越来越受重视 基性岩墙的侵位年代学研究一直是一个难题 ( 侯贵廷等,2005) 对小秦岭 熊耳山地区等地质演化历史复杂, 构造 岩浆热液活动频繁的地区而言, 中基性岩墙侵位年代同样是一个重要而不易解决的问题 究其原因, 首先由于基性岩浆中 SiO 2 不饱和, 其岩浆过程中不利于锆石 ( 在 ZrSiO 4 ) 的结晶生长, 其二是由于小秦岭 熊耳山地区构造活动历史复杂, 自中元古代以来经历了诸多微小陆块的拼合 裂谷洋盆打开与闭合 陆内俯冲与碰撞造山 造山期后区域岩石圈伸展减薄等演化过程 ( 张本仁等,1996; 张国伟等,1996; 毛景文等,2003;2005) 前人对区内岩墙开展的研究工作较少, 对岩墙侵位年代多采用 K Ar 法 ( 或 Ar Ar 法 ) 或根据地质关系大致推断岩墙侵位年代 ( 栾世伟等,1985; 晁援, 1989; 河南省地质矿产局,1989) 对于秦岭造山带这样的构造历史复杂 岩浆热液活动频繁的地区,K Ar(Ar Ar) 所获得的年龄可能具有不确定性 ( 杨进辉等,2001; 翟明国等, 2004) 利用 SHRIMPⅡ 分析锆石 U Pb 体系测定地质体的年代具有较大的优越性 首先,SHRIMP 的微区分析技术, 可以获得锆石中微区 ( 约 30~50μm) 的 U Pb 体系变化年龄, 可较全面地获取锆石中记录的多期地质事件的年龄 其次,U Pb 同位素体系中 U 衰变为 Pb 的途径 ( 238 U 206 Pb, 235 U 207 Pb) 可以组成测年的一致谐和曲线, 不同衰变体系的测年结果可以相互制约, 从而可以大大提高该体系测年结果的准确性和可信度 其三, 锆石的稳定性强, 即使岩石经历过部分熔融和区域变质作用的影响, 也不会导致锆石中所有年龄信息的丢失 (Peucatetal.,1985;Kober,1987;MezgerandKrogstad, 1997; 刘新秒,1998) 本文对小秦岭 熊耳山地区部分岩墙开展了系统的 SHRIMPU Pb 年代学研究, 基于岩墙的野外地质接触关系 锆石的内部结构和测年数据, 讨论岩墙的侵位年代 区域构造演化过程和地球动力学背景 1 区域地质和样品 小秦岭 熊耳山地区在地质历史演化过程中岩浆活动频 繁, 具有明显的多期次性 奠定区域地质构造格局的构造 岩浆活动至少有三次 : 前寒武纪结晶基底 ( 太华群变质岩系 ) 形成 晚元古代 中三叠世 (Pt 3 -T 2 ) 主造山时期板块构造演化阶段 中新生代后造山期陆内断陷与前陆和后陆盆地沉积以及广泛的花岗岩浆侵位活动 ( 张国伟等,1995) 对小秦岭 熊耳山地区而言, 晚太古代 古元古代时期 ( 阜平运动 ) 以基性 超基性岩浆喷溢活动和岩浆 热变质活动为主, 形成了以片麻岩 斜长角闪岩等变质岩系为主的结晶基底 ( 太华群地层 ), 倪志耀等 (2003) 测得河南洛宁太华群斜长角闪岩锆石的 207 Pb/ 206 Pb 年龄 角闪石 40 Ar- 39 Ar 坪年龄和等时线年龄分别为 2675Ma Ma 和 Ma 中元古代 ( 吕梁运动 ) 主要是熊耳群中基性火山喷发活动 (1.85~ 1.75Ga) 和之后的 A 型花岗岩侵入活动, 形成了广泛分布的熊耳群火山岩系和局部呈侵入相产出的元古代花岗岩, 熊耳群显示未经变质或局部有极低轻微变质, 与其上部的陆源碎屑岩 碳酸盐等沉积岩覆盖于太华群之上构成盖层岩系 ( 赵太平等,2001; 卢欣祥等,2004) 晚元古代 中三叠世, 秦岭地区进入以扬子板块北移向华北板块俯冲 拼贴 碰撞造山的以板块构造运动为特征的演化时期, 最终形成了商丹 勉略两条板块缝合带和华北板块南缘 秦岭微板块 扬子板块北缘卷入的秦岭造山带主体构造之格局 ( 张国伟等,1995, 1996) 中新生代时期, 秦岭造山带主要发生了以下地壳基底拆沉 岩石圈下地幔 ( 软流圈 ) 上涌为动力学特征的造山期后岩石圈伸展, 减薄的演化阶段 ( 高山等,1999), 以及区内发育多种形式的断裂 断陷盆地和广泛的花岗岩浆侵位活动 ( 卢欣祥等,2004), 形成区内较大规模的黑云母二长花岗岩岩体, 如华山岩体 文峪岩体 娘娘山岩体 花山岩体等 Mao 等 (2008) 对小秦岭 熊耳山地区出露的花岗岩体开展了系统的 SHRIMPⅡ U Pb 法定年研究, 获得的谐和年龄分别为 : 华山岩体 146Ma 文峪岩体 138.4Ma 娘娘山岩体 141.7Ma 花山岩体 132Ma, 区内规模较大的花岗岩体侵位年代均为中生代 小秦岭 熊耳山地区中基性岩墙分布和本文岩墙采样位置见图 1 和表 1 岩墙多呈脉状 小岩株 岩枝形态产出, 侵位于太古宙太华群或中生代花岗岩体中 宽度一般 0.5~ 6.0m, 有的宽达 15m, 延长一般较远, 有数十米至数公里 岩墙有四组产出方向 : 近东西向 近南北向 北东向 北西向, 侵角一般为 35 ~85, 多数在 70 ~85 测年岩墙采于小秦岭地区的西乱峪 仓珠峪 枪马峪 白桦峪 樊家岔峪 大湖 娘娘山等地以及熊耳山地区的秦岭金矿 蒿坪沟等地 岩墙中节理 裂隙发育, 手标本下呈黑灰色或灰黄色, 暗色矿物含量较高, 颜色较深 岩石呈块状构造, 可见石英脉贯入其中 镜下观察可见多数岩石中矿物普遍显示强烈蚀

3 王团华等 : 小秦岭 熊耳山地区岩墙锆石 SHRIMP 年代学研究 秦岭造山带岩石圈拆沉的证据 1275 图 1 小秦岭 熊耳山地区地质概略图 ( 据张国伟等,1995; 卢欣祥等,2004 修改 ) Arth 新太古代太华群结晶基底 ;Pt 2 元古代变火山岩地层 ;Q+E 新生代沉积物 ;1 文峪金矿 ;2 东闯金矿 ;3 大西峪金矿 ;4 金洞岔金矿 ;5 枪马金矿 ;6 白桦峪金矿 ;7 肶鑫金矿 ;8 樊岔金矿 ;9 上宫金矿 ;10 祁雨沟金矿 ;11 华山花岗岩 ;12 文峪花岗岩 ;13 娘娘山花岗岩,14 花山花岗岩 Fig.1 GeologicalsketchmapforXiaoqinling Xiong ershanarea(modifiedfromzhangetal.,1995;luetal.,2004) Arth Neo ArcheanmetamorphiccrystalinebasementofTaihuagroup,Pt2 Proterozoicmetamorphicvolcaniccoverrocks,Q+E Cenozoic sediments,1 Wenyugolddeposits,2 Dongchuanggolddeposits,3 Daxiyugolddeposits,4 Jindongchagolddeposits,5 Qiangmayugold deposits,6 Baihuayugolddeposits,7 Yinxingolddeposits,8 Fanchayugolddeposits,9 Shanggonggolddeposits,10 Qiyugougolddeposits, 11 Huashangranite,12 Wenyugranite,13 Niangniangshangranite,14 Huashangranite 变作用, 多数矿物发生绿泥石化 纤闪石化 钠黝帘石化, 原生矿物难以辨认 部分蚀变弱的岩石中可见斜长石 辉石 原生角闪石 黑云母 钾长石 石英等矿物, 副矿物有磷灰石 钛铁矿 磁铁矿等, 部分样品中有碳酸盐矿物 根据矿物的组成和特征, 初步将岩墙分为辉绿岩类和云斜煌岩 斜闪煌岩, 部分岩石中 SiO 2 质量分数较高, 这可能与岩石中普遍有后期石英脉贯入有关 ( 王团华,2008) 对于区内岩墙的侵位年代, 栾世伟 (1985) 总结前人的研究数据认为存在两期岩墙侵位活动, 分别为加里东期 (418Ma) 的辉长辉绿岩墙和早燕山期 ( Ma) 的辉绿岩墙侵位事件 笔者通过野外工作发现, 存在岩墙侵位于文峪和娘娘山花岗岩体内的现象 ( 图 2), 表明在燕山期至少还存在部分中基性岩墙的浅成侵位活动 2 锆石结构和分析方法 岩墙样品粉碎后经过常规重液和磁法分选, 然后在双目 镜下挑出锆石颗粒 将锆石和一定数量的锆石标样 Temora (U PbStandardAge=417Ma, 简写为 TEM) 置于环氧树脂中固结, 细心磨制锆石出露约一半, 使锆石内部暴露后完成制靶 锆石的内部结构 : 阴极发光 (Cathodoluminescence, 简称 CL) 图像清楚地显示了多数锆石的内部结构 ( 图 3 4) 锆石主要有三类, 第一类锆石呈多呈浑圆状, 由核部和壳部组成, 核部颜色较深, 呈深灰色或黑色, 壳部颜色较浅, 多呈浅灰或灰白色 也有部分锆石在中心和壳之间发育幔 ( 如图 3 中 5 WYLSC 中的 4.1,8.1) 部分锆石的中部可见由两片或三片颜色较深核部构成的补丁片状结构 ( 如图 4 中 6 FC1600 中的 2.1), 还有的锆石幔部发育扇面结构, 这些都是变质锆石的典型结构 ( 刘敦一等,2004), 岩墙中此类锆石占绝大多数 第二类锆石相对均匀, 没有特征的内部结构, 主要呈深灰色或灰白色 ( 如图 4 中 10 DH 1 中的 4.1) 上述两类锆石都是经历高级变质作用锆石的最常见结构 (Wiliamset al.,1996; 刘敦一等,2004) 第三类锆石呈现出有韵律的环带结构, 具有岩浆锆石的内部结构特征

4 Ａ Ｐ Ｓ 岩石学报 ２ ８ ２ ４ ６ １２７６ 表 １ 小秦岭 熊耳山地区岩墙的采样位置和岩墙围岩情况表 Ｔ ｂ １ Ｔ ｂ ｆ ｄ ｄ ｄ ｋ ｆｍ ｂ ｄ ｙ ｋ ｋ Ｘ ｑ Ｘ 序号 样号 １ ＢＨＹ１３８ ２ ＣＺＹ１２ ３ 岩石名称 辉绿岩 采样地点 产状 侵位情况 枪马金矿白桦峪矿区 １ ６ 坑 ６１ ８ 脉 ＮＥ３ 倾向 ＮＷ 太华群变质岩中 主巷东延 ９ 脉侧辉绿岩 １３ ８中段 ８ ５ 宽约 ６ ｍ ７ 仓朱峪 １８ 坑 ９ ３ 脉 １２３中段 近Ｓ Ｎ３ ５ ３ ６ 倾向 Ｅ 太华群变质岩中 ５ ９ 宽约 ５ ｍ ８ ３ ＺＮＧ１ 辉绿岩 灵宝市故县秦岭金矿金洞岔 近 ＥＷ 倾向 Ｎ 坐标 １１ ３ ２ ４３ Ｅ ３４ ２６ ２３８ Ｎ 宽约 ４ ｍ ８ 近 ＥＷ２ ６ ５ ２ ７ 倾向 Ｓ ４ ＱＭ１ ３ ２８Ｓ 辉绿岩 枪马金矿 １３２８中段 ５ ＷＹＬＳＣ 斜闪煌岩 文峪金矿乱石岔地表露头 太华群变质岩中 太华群变质岩中 宽约 ３ ｍ ８ 近 ＥＷ２ ６ ５ ２ ７ 倾向 Ｎ 文峪花岗岩中 ５ ７ ５ 宽约 ６ ｍ 约 ３ ６ ＦＣ１６ 辉绿岩 樊岔金矿 １６中段坑口处 ＮＥ７ 倾向 ＮＷ 年代不明花岗岩中 宽约 １ ｍ ８ ７ ＷＹ７７ ８ ＮＮＳ 文峪金矿 ２ 坑斜井下 ７ ７中段 ＮＥ５ ５ ６ 倾向 ＮＷ 文峪花岗岩中 宽约 ６ ｍ ５ ９ ＨＰＧ５４ 云斜煌岩 辉绿岩 灵宝市娘娘山地质公园地表 倾向 ＮＥ ＮＷ３ ３ 坐标 １１ ２ ６ １６３ Ｅ ３４ ３ ５ ７Ｎ ５ ９ 宽约 ６ ｍ ８ 熊耳山区蒿坪沟 ５４中段 ＮＷ３ ３ 倾向 ＮＥ 娘娘山花岗岩中 太华群变质岩中 ５ 宽约 ４ ｍ ８ １ ＤＨ １ 云斜煌岩 熊耳山区大湖金矿 近 ＥＷ２ ６ ５ ２ ７ 倾向 Ｓ ８ ６ 图 ２ 小秦岭 熊耳山地区部分侵位于花岗岩中的岩墙定年结果 Ｆ ２ Ｔ ｐ ｍ ｄｄ ｆｐ ｆｍ ｂ ｄ ｙ ｋ Ｘ ｑ Ｘ 太华群变质岩中

5 王团华等 小秦岭 熊耳山地区岩墙锆石 Ｓ ＨＲＩ ＭＰ年代学研究 秦岭造山带岩石圈拆沉的证据 １２７７ 图 ３ 小秦岭 熊耳山地区岩墙的锆石结构 ＣＬ图像 和 Ｕ Ｐｂ测年选点 Ｆ ３ Ｐ ｆｃ ｄ ｍ ｆ Ｚ ｄ ｄ ｐ ｆｕ Ｐｂｄ Ｘ ｑ Ｘ

6 １２７８ Ａ Ｐ Ｓ 岩石学报 ２ ８ ２ ４ ６ 图 ４ 小秦岭 熊耳山地区岩墙的锆石结构 ＣＬ图像 和 Ｕ Ｐｂ测年选点 Ｆ ４ Ｐ ｆｃ ｄ ｍ ｆ Ｚ ｄ ｄ ｐ ｆｕ Ｐｂｄ Ｘ ｑ Ｘ

7 王团华等 : 小秦岭 熊耳山地区岩墙锆石 SHRIMP 年代学研究 秦岭造山带岩石圈拆沉的证据 1279 锆石测点的选择以锆石颗粒在显微镜反射光 透射光和阴极发光下的内部结构特征为依据, 其基本原则是选择颗粒较大 晶形较好 表面光洁 无裂隙和微小包裹体的锆石颗粒 如果锆石颗粒普遍存在裂隙, 测试时尽量避开裂隙部位 测年选点尽量选择锆石颗粒壳部, 对部分核部和壳部 CL 特征明显不同的锆石颗粒, 对核部和壳部都做了测点 锆石 U Pb 法测年分析在北京离子探针中心 SHRIMPⅡ 上完成, 分析方法 测试参数等见刘敦一等 (2004) 对于测试年龄值小于前寒武纪 ( 约 543Ma) 的样品, 采用 206 Pb/ 238 U 年龄, 对于年龄大于前寒武纪的样品, 采用 207 Pb/ 年龄, 所测试的年龄加权平均值具 95% 的置信度 3 岩墙 SHRIMPU Pb 测年分析结果 对于地质接触关系清楚, 侵位于中生代花岗岩中的岩墙 (WYLSC 和 NNS), 岩墙测年结果表明, 岩墙中绝大多数锆石为继承锆石, 只有少数几颗锆石记录了中生代时期岩墙岩浆侵位活动 (WY770) 对 10 个岩墙样品的 110 个测年结果列于表 2 小秦岭地区侵位于燕山期文峪花岗岩中的岩墙 (WYLSC), 其中获得的锆石年龄主要为中元古代熊耳群 (1850Ma 左右 ) 时期, 还有一部分锆石颗粒给出晚太古代 古元古代时期年龄 侵位于燕山期娘娘山花岗岩中的岩墙 (NNS) 中除了一个锆石颗粒 (NNS 8) 给出了 231.4±8.8Ma 的年龄外, 其他锆石主要给出早震旦纪 (700~800Ma) 的年龄 另一条侵位于文峪花岗岩中的岩墙 (WY770) 的测年结果给出了比较符合地质现象的年龄 其中一颗锆石 (WY770 1) 具有较好的岩浆环带结构和棱角分明的晶形, 显示出了典型的岩浆锆石的特征 其核部年龄 179.1± 6.8Ma, 壳部两点 ( 为验证壳部环带年龄多打 1 点 ) 年龄分别为 126.9±4.8 和 128.6±4.7Ma( 见图 4 中 7), 二者非常一致, 该样品还有一颗锆石获得了 274.2±11.2Ma 的年龄 采于樊家岔峪掘金坑道中的岩墙 (FC1600) 侵位于年代不明的花岗岩中, 其中有两颗锆石 (FC ,1.2 和 12.1, 12.2) 分别给出了早古生代年龄 (502.2Ma 和 536.6Ma) 和中 晚古生代年龄 (354.4Ma 和 262.0Ma), 其他锆石颗粒主要给出了中元古代年龄数据 ( 峰值 1800Ma 左右 ) 和部分晚太古代 古元古代年龄数据 ( 见图 4 中 6 和表 2) 对于侵位于晚太古代太华群中的岩墙, 绝大多数锆石颗粒给出的年龄数据较为一致, 主要给出中元古代 (1800Ma 左右 ) 的年龄数据, 部分岩墙给出了晚太古代 古元古代时期年龄, 很少的锆石颗粒给出了晚元古代 早震旦纪的年龄数据 (880Ma 左右, 如 DH 1 5.1,6.1) 和晚古生代年龄数据 (190.4Ma, 如 ZNG1 4.1) 岩墙测年结果的谐和年龄图 ( 图 5) 显示 :8 个岩墙样品 (BHY1380 CZY1230 FC1600 WYLSC ZNG1 QM1328S NNS WY770) 的年龄数据给出了谐和年龄, 图 5 中 1( 指 图 5 小秦岭 熊耳山地区岩墙锆石 U Pb 一致曲线图 Fig.5 U PbConcordiadiagramofZirconforthemeso basic dykesfromxiaoqinling Xiong ershanarea BHY1380 岩墙样品, 下同 ) 六个岩墙样品给出的谐和年龄较为一致, 在 1813±17~1851±18Ma 之间, 这些岩墙中锆石同时还记录了一些晚太古代 古元古代时期构造 岩浆活动的年代信息 ( 如 DH 1 5.1,6.1, 表 2) 和晚古生代时期岩浆活动信息 ( 如 ZNG1 4.1) 侵位于燕山期娘娘山花岗岩中的岩墙样品 (NNS) 给出了 768±15Ma 的谐和年龄 ( 图 5) 侵位于文峪花岗岩中的岩墙 (WY770), 由于该岩墙样品挑出的锆石颗粒太少, 获得的年龄数据很少, 年龄点落在一致曲线下方, 但十分接近一致曲线,SQUID 程序给出的谐和年龄为 362.5±71.5Ma (N=4), 这可能是上交点的年龄 通常认为, 上交点代表锆

8 1280 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(6) 表 2 小秦岭 熊耳山地区岩墙锆石 SHRIMPU Pb 测年数据 Table2 SHRIMPdataofU PbdatingfromXiaoqinling Xiong ershanarea Spot Name comm 206 Pb (%) U (ppm) Th 232 Th/ 238 U (ppm) 206 Pb/ 238 U corage Er (1σ) 207 Pb/ 206 Pb corage er (1σ) 208 Pb/ 232 Th corage er (1σ) Flags ( 标注 ) NNS NNS NNS High NNS NNS NNS NNS NNS HighTh/U NNS HighU NNS NNS NNS NNS NNS NNS NNS DH DH DH DH DH DH DH DH DH DH QM QM QM QM QM High QM High QM HighTh/U QM QM QM WY WY WY WY WY WY High WY WY HPG HPG HPG HPG HPG ZNG ZNG ZNG HighU ZNG HighU ZNG ZNG HighU ZNG ZNG HighU

9 王团华等 : 小秦岭 熊耳山地区岩墙锆石 SHRIMP 年代学研究 秦岭造山带岩石圈拆沉的证据 1281 Spot Name comm 206 Pb (%) U (ppm) Th 232 Th/ 238 U (ppm) 206 Pb/ 238 U corage Er (1σ) 207 Pb/ 206 Pb corage er (1σ) 208 Pb/ 232 Th corage er (1σ) Flags ( 标注 ) ZNG ZNG ZNG WYLSC WYLSC WYLSC WYLSC WYLSC WYLSC WYLSC WYLSC WYLSC WYLSC HighU WYLSC WYLSC WYLSC WYLSC HighU WYLSC HighU FC FC FC FC FC HighU FC HighU FC FC FC FC FC FC FC FC High FC HighU FC FC HighU FC BHY BHY BHY BHY BHY BHY BHY BHY CZY CZY CZY CZY CZY CZY CZY High CZY SC SC SC SC SC SC SC

10 1282 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(6) 表 3 小秦岭 熊耳山地区中基性岩墙 Sr Nd Pb 同位素组成 Table3 Sr,Nd Pbisotopecompositionformeso basicdikesinxiaoqinling Xiong ershanarea 样号 87 Sr/ 86 Sr 2δ εsr (t) ( 87 Sr)/ 86 Sr) i 143 Nd/ 144 Nd 2δ εnd (t) ( 143 Nd/ 144 Nd) i 206 Pb/ 207 Pb/ 208 Pb/ α β γ μ WY WY WYLSC DC CZY DH QM1485E BHY1380S FC NNS ZNG QL SGM HPG 说明 :Sr Nd Pb 同位素数据分析在中国地质科学院地质研究所完成 Sr Nd 同位素分析者 : 王进辉, 唐索寒,Pb 同位素数据分析者 : 李世珍 ε Sr (t) ε Nd (t) ( 87 Sr)/ 86 Sr) i 和 ( 143 Nd/ 144 Nd) i 值 计算采用 ( 87 Sr)/ 86 Sr)PM=0.7045,( 143 Nd/ 144 Nd)PM= ,PM 指原始地幔的相应同位素比值 ε Sr (t) ε Nd (t) ( 87 Sr)/ 86 Sr) i 和 ( 143 Nd/ 144 Nd) i 值用 t=130ma 计算获得 表中 Δα Δβ Δγ 等参数用 GeoKit 地球化学处理软件 ( 路远发,2005) 计算得出 Δα=[α/α M (t)-1] 1000;Δβ=[β/β M (t)-1] 1000;γ=[γ/γ M (t)-1] 1000 α β γ 分别为样品的 206 Pb/ 207 Pb/ 208 Pb/ 测试值,α M β M γ M 分别为 t 时地幔的 206 Pb/ 207 Pb/ 208 Pb/ 值, 本文参数计算时选用的近似参照年龄为 130Ma

11 王团华等 : 小秦岭 熊耳山地区岩墙锆石 SHRIMP 年代学研究 秦岭造山带岩石圈拆沉的证据 1283 石最初结晶年龄, 下交点代表后期叠加的地质事件的年龄 ( 刘新秒, 1998) 根据该粒锆石的结构, 以及岩墙侵位于中生代文峪花岗岩的事实, 笔者认为该锆石的环带部位的 206 Pb/ 238 U 表面年龄 (128.6Ma) 很可能代表了岩墙侵位的年龄 笔者曾在河南商城县采得一辉绿岩墙样品 (SC217,GPS 坐标 E; N), 其中有 5 颗锆石的 206 Pb/ 238 U 表面年龄在中生代 (117.8±4.7~262.2±9.4, 见表 2), 其中一颗 (SC217 12) 具有同锆石 WY770 1 相似的岩浆环带结构和晶形 ( 见图 4 中 7), 其核部和壳部年龄值分别为 125.3±4.8 和 117.8±4.7Ma 另一颗锆石(SC217 1) 具有非常好的浑圆状生长边 ( 图 4 中 7), 其核部和壳部年龄分别为 216.6±8.0 和 137.1± 5.0Ma) 2 个产出于太华群中的岩墙样品 (HPG540 和 DH 1), 由于其测年数据集中度不好, 锆石测年结果经 SQUID 程序处理未给出一致年 龄 (coherentage group) 但是从 U Pb 体系的一致曲线上看, 测年数据绝大多数分布在一致曲线上或离曲线很近的下方, 说明这些锆石年龄可用, 虽然不能获得谐和年龄, 但它们具有频数统计上的应用价值 小秦岭 熊耳山地区岩墙锆石测年结果分布频数直方图见图 6 图 6 显示锆石年龄主要可分为 4 个年龄段, 从老到新分别为 2098~ 2658Ma(24 个数据, 峰值 2500Ma) 的晚太古代 古元古代时期 ;1727 ~1982Ma(59 个数据, 峰值 1850Ma) 的中元古代时期 ;502.2~ 826.4Ma(18 个数据, 峰值 700Ma) 的早震旦纪时期和 126.9~ 274.2Ma(7 个数据, 峰值 200Ma) 的中生代 这 4 个年龄段数据分别对应我国构造运动和岩浆活动表 ( 见邱家骧主编 岩浆岩岩石学, 2001) 中的阜平运动 (2500~2400Ma) 吕梁运动 (1700Ma 左右 ) 早震旦纪 (Pt1 3 ) 构造运动 (850~700Ma 左右 ) 以及晚古生代构造运动 (230~195Ma) 和燕山期运动 (130Ma 左右 ) 图 6 小秦岭 熊耳山地区岩墙 U Pb 测年数据频数分布直方图 Fig.6 ThehistogramofU Pbdatingformeso basicdykesfromxiaoqinling Xiong ershanarea 4 岩墙 Sr Nd Pb 同位素特征和示踪 小秦岭 熊耳山地区中基性岩墙的 Sr Nd Pb 同位素分析结果见表 3 用 t=130ma 计算的小秦岭 熊耳山地区岩墙的 ε Sr (t) 变化于 ~436.61,ε Nd (t) 变化于 -7.9~-25.57, 多数在 -15~-25 之间 Sr Nd 同位素组成的相关性特征显示为 Sr 同位素比值很高且变化范围很大,Nd 同位素比值很低但变化范围远不如 Sr 同位素大的近水平相关关系 这一方面可能与 Rb Sr 同位素体系活动性较大, 其演化受到的影响因素较多, 而 Sm Nd 同位素体系较为稳定的地球化学性质有关, 而另一方面也可能暗示小秦岭 熊耳山地区岩墙的岩浆 源区受到海水蚀变作用的影响, 与洋壳物质有密切相关性 受到海水蚀变影响的原岩形成的岩浆, 其锶同位素组成将发生明显改变而钕同位素则基本保持不变 ( 朱炳泉,1998) 岩墙的铅同位素组成( 表 3) 显示其范围变化很大且明显富放射性成因铅 : 206 Pb/ 变化于 ~19.815, 平均 , 207 Pb/ 变化于 ~15.754, 平均 , 208 Pb/ 变化于 ~41.625, 平均 , 其铅同位素比值明显高于原始地幔的铅同位素相应比值 ( 分别为 17.51, 15.33,37.63,Zindleretal.,1986), 显示出明显的富放射性成因铅的特征 绝大多数岩墙的 μ 值较为接近于原始地幔的 μ 值 (9.30, Hart,1988), 反映岩石的同位素组成可能主要继承了地幔岩浆源区的同位素特征

12 1284 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(6) 图 7 小秦岭 熊耳山地区中基性岩墙 ε Sr (t) -ε Nd (t) 图 ( 据朱炳泉等,1998) Fig.7 Thediagram ofε Sr (t)-ε Nd (t)formeso basicdike inxiaoqinling Xiong ershanarea(afterzhubingquanetal., 1998) Gertiser 等 (2003) 指出, 如果在源区就发生沉积物混入而形成的岩浆, 主要改变的是岩浆的 Pb Sr 同位素组成 小秦岭 熊耳山地区岩墙的 Sr Nd Pb 同位素组成特征可能与沉积物混入岩浆源区有关 岩墙的 ε Sr (t)-ε Nd (t) 图 ( 图 7) 显示岩浆的 Sr Nd 同位素分散度很大, 表明岩浆物质成分复杂, 岩石的 ε Sr (t) ε Nd (t) 投点落在地壳与沉积物象限范围 (Ⅳ) 内, 而且投点呈 ε Sr (t) 变化很大的近水平分布, 暗示岩墙的岩浆源区可能与海水蚀变作用影响的沉积物有关 对小秦岭 熊耳山地区岩墙铅同位素示踪研究 ( 图 8) 表明, 岩墙的铅同位素组成显示出与张本仁等 (1996) 研究得出的扬子陆块东缘和南秦岭东缘的铅同位素组成更为接近 图 8a 中显示, 岩墙岩石的投点主要落于地幔和造山带演化线之间, 图 8a b 显示多数岩石的投点落于张本仁 (1996) 画出的扬子陆块北缘东段和南秦岭东段的铅同位素范围或其附近, 表明形成岩墙的岩浆源区与扬子陆块北缘东段及其所携持的南秦岭东段具有显著的亲缘性 进一步的示踪研究 ( 图 9) 还显示, 岩墙的铅同位素在 208 Pb/ Pb/ 图中的投点多数落于深海沉积物和 EMⅡ 源区之内或附近, 暗示岩浆源区与壳幔物质再循环 (EMⅡ 型富集地幔特征 ) 作用有关, 而且与深海沉积物具有密切的联系 5 讨论 小秦岭 熊耳山地区岩墙的锆石测年结果显示, 多数岩墙样品的锆石测年数据给出的谐和年龄在中元古代熊耳群 (1850Ma 左右 ) 一些具有确切地质接触关系的侵位于燕山期文峪花岗岩中的岩墙 (WYLSC), 其谐和年龄为 1843±10Ma, 侵位于燕山期娘娘山花岗岩中的岩墙 (NNS) 给出的谐和年龄为 768±15Ma, 表明岩墙中锆石总体上具有继承性锆石的特征 岩墙中也有少量锆石 (WY770) 给出了较为符合地质事实的年龄 (128.6~126.9Ma), 反映出存在中生代时期岩浆活动形成的锆石 部分在野外具有明确地质关系的 侵位于燕山期花岗岩体中的岩墙, 获得的测年结果为中元古代时期, 这可能是由于继承性锆石颗粒较大, 而中生代岩浆活动形成的锆石颗粒较小, 中生代时期开始生长的锆石很少被挑选出来的缘故 图 8 小秦岭 熊耳山地区中基性岩墙与邻近陆块 206 Pb/ Pb/ 和 206 Pb/ Pb/ 示踪图 华北陆块南缘, 扬子北缘东段和南秦岭东段, 北秦岭的圈闭线范围自张本仁等,1996 上地壳 造山带 地幔 下地壳线自 ZartmanandDoe,1981 Fig.8 Corelationdiagram of 206 Pb/ Pb/ and 206 Pb/ Pb/ formeso basicdikesinxiaoqinling Xiong ershanareawithnearbyterain SNC SouthernedgeofNorthChinalandmas,NYCE+SQE Eastern partofnorthernedgeofyangzilandmasandeasternpartofsouth Qinling,NQ NorthQinling,theenclosedlineofSNC,NYCE+SQE, NQwerefromZHANGBenrenetal.,1996 Thelineofuppercrust,orogenicbelt,mantleandlowercrustwere afterzartmananddoe,1981 锆石测年结果主要分为四个组, 从老到新依次为晚太古代 古元古代 (2500Ma 左右 ) 中元古代 (1850Ma 左右 ) 早震旦纪 (700~ 800Ma) 晚古生代 中生代 (126~230Ma) 大量岩墙中锆石的测年结果总体上反映出区域地质演化历史, 与华北南缘的构造 岩浆活动历史具有较好的对应 岩墙岩浆源区所显示的与扬子板块的亲缘性以及岩墙的 Sr Nd Pb 同位素所显示的高 Sr 低 Nd 特征 与深海沉积物和 EMⅡ 源区密切相关性, 一致表明岩墙的岩浆源区可能受到洋底沉积物的混入, 与壳幔物质再循环作用密切有关 综合对岩墙锆石测年数据和岩墙 Sr Nd Pb 同位素示踪研究所显示的信息, 以及前人对秦岭造山带构造单元归属和构造 岩浆活动演化历史的资料 ( 张国伟等,1995,1996; 张本仁等,1994,1996, 2001), 笔者认为小秦岭 熊耳山地区岩墙特征可能反映出扬子板块向北移动与华北板块南缘碰撞拼合, 以及后来的造山期后下地壳岩石圈的去根和拆沉作用的地球动力学演化过程 高山等 (1999) 提供了秦岭 大别造山带下地壳拆沉作用的地质 地球物理 地球化学证据, 认为中 新生代秦岭 大别造山带现今众多地质 地球物理和地球

13 王团华等 : 小秦岭 熊耳山地区岩墙锆石 SHRIMP 年代学研究 秦岭造山带岩石圈拆沉的证据 1285 即使如此, 笔者不能排除区域上发生多期中基性岩墙侵位的可能, 笔者倾向于认为应根据地质接触关系为基本依据来确定岩墙侵位年龄 小秦岭 熊耳山地区, 晚古生代扬子陆块及其所携持的北秦岭微陆块向华北陆块的俯冲造山作用过程, 中生代时期的秦岭造山带下地壳基底的拆沉作用和区域伸展拉张背景下岩墙的侵位机制还有待进一步深入研究 6 结论 图 9 小秦岭 熊耳山地区中基性岩墙的 208 Pb/ Pb/ 图 ( 据 Hart,1988) 208 Pb/ =[( 208 Pb/ )m /c 0-1] 1000,( 208 Pb/ ) m 为测试值,c 0 =37.63; 207 Pb/ =[( 207 Pb/ )m /b 0-1] 1000,( 207 Pb/ )m 为测试值,b 0 =15.33;b 0 和 c 0 的取值据 ZindlerandHart1986 Fig.9 Diagram of 208 Pb/ Pb/ formeso basicdikesinxiaoqinling Xiong ershanarea(afterhart, 1988) 化学特征可较好地用下地壳拆沉作用来解释 小秦岭 熊耳山岩墙中锆石年龄结果可能反映了如下的区域大地构造演化信息 : 在 Pt 3 - T 2 时期, 扬子陆块向华北南缘俯冲 拼合 碰撞造山过程中, 秦岭造山带逐渐完成了造山期板块构造演化阶段 中生代时期, 秦岭造山带及其邻域发生了造山带基性陆壳基底大规模的拆沉作用, 导致小秦岭 熊耳山地区的岩石圈上地幔中加入了成岩年代和物质成分接近于太华群的陆壳基底物质, 拆沉的基底物质中存在太华群锆石和中元古代熊耳群火山喷发事件时期形成的锆石 ( 称之为熊耳群锆石 ), 熊耳群火山活动是华北南缘一次规模巨大, 岩浆活动非常强烈的构造 热事件 可能是因为熊耳群锆石是在改造太华群锆石的基础上形成的, 由于熊耳群火山活动源于地幔热柱 ( 张本仁等,2001), 且非常强烈, 岩浆温度较高, 岩浆活动过程中导致多数太华群锆石晶体的 U Pb 体系完全重置, 改变了太华群锆石的年龄信息, 从而出现了拆沉的基底物质中大量出现熊耳群锆石, 而太华群年龄的锆石反而次之 秦岭造山带下地壳岩石圈基底的拆沉作用, 导致地幔物质上涌, 区域岩石圈拉张 伸展, 中生代时期, 小秦岭 熊耳山地区发生了大规模花岗岩体侵位和中基性岩墙岩浆的侵位活动, 岩墙岩浆主要来自于岩石圈上地幔, 岩浆源区混入了扬子陆块俯冲作用带入的沉积物和扬子板片的物质, 这些物质对岩墙岩浆的 Sr Nd Pb 同位素体系影响很大, 华北南缘下地壳基底物质的拆沉, 导致岩浆岩浆源区主要是继承了基底物质中的锆石, 而中生代时期的岩浆锆石生长的很小, 在锆石分选过程中很难被选出, 导致部分侵位于燕山期花岗岩中的锆石测年数据表现为老的继承性锆石年龄 对于侵位于太华群中的岩墙, 由于其测年结果和地质接触关系都不能对其侵位年代进行很好的约束, 岩石化学研究 ( 王团华,2008) 显示, 这些岩墙与侵位于燕山期花岗岩中的岩墙在岩石化学特征 微量 稀土元素配分型式和 Sr Nd Pb 同位素特征上没有明显的区别 (1) 本文研究显示小秦岭 熊耳山地区岩墙中的锆石多数为继承性锆石, 锆石较全面的记录了该区域构造演化历史 锆石的 SHRIMP 年龄结果可分为四个组, 从老到新依次为晚太古代 古元古代 (2658 ~2098Ma, 峰值 2500Ma); 中元古代 (1982~1727Ma, 峰值 1850Ma); 早震旦纪 (826.4~502.2Ma, 峰值 700Ma); 晚古生代 中生代 (274.2 ~126.9Ma, 峰值 200Ma) 这四个年龄段的测年数据分别对应我国构造运动 岩浆活动期的阜平运动 (2500~2400Ma) 吕梁运动 (1800Ma) 早震旦纪构造运动 (850~700Ma± 中生代印支运动 (195Ma 左右 ) 和燕山期运动 (130Ma 左右 ) 岩墙锆石矿物可能较为全面地记录了华北南缘从晚太古代 中生代以来侧向增生 岩石圈增厚 垂向增生 岩石圈拆沉 拉张减薄的整个演化过程 岩墙测年结果与华北陆块的构造 岩浆活动历史具有较好的对应 (2) 岩墙测年数据和其 Sr Nd Pb 同位素特征反映出部分岩墙的岩浆源区具有与扬子板块的亲缘性, 岩墙形成于造山期后岩石圈下地壳基底去根 拆沉作用过程 拆沉作用导致区域地幔物质上涌 强烈壳幔相互作用 区域岩石圈出现拉张 伸展 减薄的构造环境以及随后的大规模岩浆侵位活动 造成岩石圈拆沉 区域构造 岩浆活动的原动力来自晚元古代 中生代以来扬子板块向华北南缘俯冲 拼合 碰撞作用, 以及后来的造山带岩石圈自我调整的地球动力学过程 岩墙的测年数据和同位素特征证实了扬子板块向华北南缘俯冲 碰撞以及华北南缘陆壳基底拆沉的大陆动力学作用过程 (3) 岩墙中多数锆石反映出熊耳群火山活动 (1850Ma) 的年龄, 可能与熊耳群火山事件是与地幔柱有关的火山活动有关, 熊耳群火山活动较高的温度导致多数锆石 U Pb 同位素体系发生重置 部分侵位于燕山期花岗岩中的岩墙显示出的中元古代熊耳群年龄, 以及极少的锆石表现出的中生代燕山期的年龄, 可能是由于燕山期生长的锆石颗粒较小, 捕获的继承性锆石颗粒大, 矿物分选过程中燕山期锆石很难被选出, 所选出的锆石多数为老锆石的缘故 致谢笔者在锆石 SHRIMP 测试过程中, 得到左力艳博士 刘锋博士 简伟硕士 李建康博士的帮助, 在此深表谢忱! References BureauofGeologyandMineralResourcesinHenanprovince Reportofregionalgeologicalsurveying.Beijing:GeologyPublishing House,1-345(inChinese) ChaoYuan.1989.ThemetalogeneticepochoftheXiaoqinlinggold deposits.geologyofshanxi,7(1):52-56(inchinesewith GaoShan, Jin Zhenmin Delamination and itsgeodynamical significanceforthecrust Mantleevolution.GeologicalScienceand TechnologyInformation,16(1):1-9(inChinesewithEnglish

14 1286 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(6) abstract) Gao Shan, Zhang Benren, Jin Zhenmin, Kern H The delaminationoflowercrustinqinling Dabieorogen.Sciencein China(SeriesD),29(6): (inChinesewithEnglish abstract) HalsHC,FahrigWF.1987.Maficdykeswarms.GeologyAsocCan SpecPaper,34: HartSR.1988.Heterogeneousmantledomains:signatures,genesisand mixingchronologies.earthplanet.sci.let.,90: HouGuiting,LiuYulin,LiJianghai,JinAiwen.2005.TheSHRIMPU Pbchronologyofmaficdykeswarms:AcasestudyofLaiwudiabase dykesinwesternshandong.actapetrologicaetmineralogica,24 (3): (inChinesewith KroberB.1987.SinglezirconevaporationcombinedwithPb+ emiter beddingfor 207 Pb/ 206 Pb ageinvestigationsusingthermalionmas spectrometry, and implications forzirconology. 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