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1 19 年 2 月, 第 25 卷, 第 1 期, 页 February 19,Vol. 25,No.1, pp 高校地质学报 Geological Journal of China Universities DOI: /j.issn 引用格式 : 薛颖瑜, 张贺, 陈福坤. 19. 秦岭造山带中部两河口岩体花岗岩锆石 U-Pb 年代学 地球化学及地质意义 [J]. 高校地质学报,25 (1): 秦岭造山带中部两河口岩体花岗岩锆石 U-Pb 年代学 地球化学及地质意义 薛颖瑜, 张 贺 *, 陈福坤 中国科学技术大学地球和空间科学学院, 合肥 0026 摘要 : 北秦岭两河口岩体位于太白地区, 侵位于秦岭群杂岩中, 主要岩性为眼球状花岗岩 片麻状花岗岩和二长花岗岩 本文研究的眼球状花岗岩和片麻状花岗岩的结晶年龄分别为 928±19 Ma 和 940±12 Ma, 岩石中还保留古元古代至中元古代的继承锆石 眼球状花岗岩含有富铝矿物石榴子石和白云母 岩石的 A/CNK 多大于 1.1, 具有高 Si 富铝的特征, 属于高钾钙碱性系列 岩石轻 重稀土分馏明显, 具有中等负 Eu 异常 岩石富集大离子亲石元素 (Rb, Ba, K 等 ) 亏损高场强元素 (Nb, Ta, Ti 等 ), 具有明显的 Ba, P, Sr 负异常 矿物学和地球化学特征显示眼球状花岗岩和片麻状花岗岩为 S 型花岗岩 两河口岩体初始 Sr 同位素组成变化大, Sr/ 86 Sr(t)= ~ , 具有较低的 ε Nd(t)=-5.7~-3.3, 两阶段 Nd 模式年龄为 T DM2= 1.9~2.1 Ga 样品具有高的放射成因 Pb 同位素组成, 指示两河口岩体是壳源成因岩石, 其源岩可能为秦岭群斜长角闪岩和片麻岩 结合区域地质背景, 认为两河口岩体源于新元古代陆壳碰撞晚期的构造转换阶段古老中下地壳的熔融作用, 是对 Rodinia 超大陆汇聚事件的响应 关键词 : 两河口岩体 ; 锆石 U-Pb 年龄 ; 同位素地球化学 ; 北秦岭中图分类号 :P588.12; P597.3 文献标识码 :A 文章编号 : (19) Zircon U-Pb Age, Geochemistry, and Geological Significance of Granites from Lianghekou Pluton, Central Qinling Orogenic Belt XUE Yingyu,ZHANG He *,CHEN Fukun School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 0026, China Abstract: The Lianghekou pluton is located in Taibai area of North Qinling terrane and was emplaced into Qinling Group complex. The pluton is mainly composed of augen granite, gneissic granite and monzogranite. In this study, crystallized ages of 928±19 Ma and 940±12 Ma with the inherited zircons grains ranging from Paleoproterozoic to Mesoproterozoic are obtained from augen granite and gneissic granite, respectively. Augen granite contains aluminum minerals of garnet and muscovite. Most granites show the characteristics of A/ CNK>1.1, high silica and aluminum content as well as high-k calc-alkaline series. Chondrite-normalized REE patterns show a rightward inclination with medium negative Eu anomalies. The trace element geochemistry is characterized by enrichment in LILEs (such as Rb, Ba, K, et al.), depletion in HFSEs (such as Nb, Ta, Ti, et al.) and obviously negative anomalies of Ba, P, Sr. Mineralogical and geological characteristics indicate that the gneissic granites and augen granites of Lianghekou pluton are typical S-type granites. Lianghekou granites show large range of initial Sr/ 86 Sr(t) ratios of , lower ε Nd(t) values varied from -5.7 to -3.3 with 收稿日期 : ; 修回日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金 (41372) 作者简介 : 薛颖瑜, 女,1988 年生, 博士研究生, 地质学专业 ; xueyy@mail.ustc.edu.cn * 通讯作者 : 张贺, 男,1986 年生, 博士后研究员, 主要从事同位素地球化学相关工作 ; zhanghe56@163.com

2 2 高校地质学报 2 5 卷 1 期 two-stage Nd modal ages of T DM2= Ga and highly radiogenic Pb composition, indicating a crustal magmatic origin and the source rocks may be amphibolite and gneiss of Qinling Group. Combined with the regional geological background, we conclude that granites of Lianghekou pluton originated from melting of ancient middle-lower crust under tectonic transition stage of late continental crust collision during Neoproterozoic in response to the assembly of Rodinia supercontinent. Key words: Lianghekou pluton; zircon U-Pb age; isotopic geochemistry; North Qinling terrane. Corresponding author: ZHANG He, Postdoctoral Fellow; zhanghe56@163.com 1 引言 秦岭造山带横贯中国中部, 是一个经历了新元古代 中生代构造岩浆热事件的复合型大陆造山带 (Meng and Zhang, 1999; 张国伟等, 01) 前人对秦岭造山带的形成与演化进行了大量研究并提出了不同的造山带演化模型 (Meng and Zhang, 00; Dong et al., 11a; Wu and Zheng,13) 对新元古代秦岭造山带的构造演化仍存在争议, 目前主流观点认为新元古时期秦岭造山带新元古代岩浆作用及变形事件与新元古代大陆汇聚及裂解有关, 但具体发生碰撞裂解的板块不同学者有不同见解 张国伟等 (1997) 认为中 新元古代秦岭处于大陆扩张裂谷环境下, 并打开多个小洋盆, 到新元古代板块构造体制发生转换, 进入板块构造演化阶段, 发生区内小块体的拼合碰撞, 即由扩张垂向加积增生为主向侧向增生为主转换 郭进京等 (1999) 认为在新元古代 1000~800 Ma, 秦岭造山带有一次重要的地壳增生再造事件, 即由晋宁运动导致华北板块与扬子地块的碰撞拼合 张本仁等 (1998) 和张本仁 (01) 认为古元古代 新元古代秦岭下部有地幔柱活动, 地幔柱活动是造成秦岭岩石圈多次破裂的热动力因素, 导致新元古代商丹洋盆的形成及该地区新元古代 早古生代迭次的洋陆相互作用, 秦岭造山带发展动力学特征表现为扬子的裂解和华北的增生 陆松年等 (04) 认为 1.25~ 0.84 Ga 这一期次的热 构造事件反映了扬子板块边缘曾经历过一次威尔逊构造旋回, 表明该区存在中 新元古代造山带的地质记录, 且这次造山作用是曾属于扬子板块边缘的北秦岭变质地体与其南部的扬子板块的一次汇聚过程 张成立等 (04) 则认为新元古代早期北秦岭强烈的碰撞挤压造山作用已基本结束, 并进入到由挤压向伸 展转变的后碰撞造山阶段, 而后进入更广泛的伸展裂解阶段 Dong 等 (11b) 则认为 OIB 型辉长岩暗示了地幔柱的存在, 表明在 ~900 Ma 华南板块从新元古代 Rodinia 超大陆裂解出来, 而俯冲相关的镁铁质侵入体则表明在 840~750 Ma 扬子板块西部或北部存在俯冲过程, 裂解后的俯冲这一体系指示扬子板块位于 Rodinia 超大陆的边缘位置或者 Rodinia 超大陆的裂解并不是在所有地区同时发生的 秦岭造山带至今未发现有新元古代缝合带, 新元古代花岗岩在南秦岭 北秦岭地块均有出露 (Wang et al.,15) 近年来, 随着分析技术的发展和应用, 众多学者获得了大量的秦岭造山带新元古代花岗岩类年代学和地球化学数据 ( 王涛等,05; 丁仨平等,06; 陈隽璐等,07; 刘成军等,12; 刘丙祥等,13;Zhu et al., 14;Hu et al.,16;zhang et al.,16) 早期的同碰撞花岗岩集中分布在北秦岭的秦岭群中, 且该期岩体几乎都经历了强烈的变质变形作用 ; 中期花岗岩多分布在南秦岭内, 多为裂解成因 目前, 已从北秦岭基底内识别出十几个花岗片麻岩体, 但这些花岗岩类的时空演变 岩石组合和成因物源分析仍不明朗, 部分岩体仍缺乏可靠的年代学 同位素地球化学资料 这限制了我们进一步了解秦岭造山带新元古代花岗岩的时空分布 源区特征及岩浆演化过程 因此, 系统地研究秦岭新元古代岩浆作用可以为解析秦岭造山带构造演化提供制约 本文对出露于北秦岭西段秦岭杂岩中的两河口岩体 ( 图 1) 进行了系统的锆石 LA-ICP-MS 定年 元素地球化学和 Sr-Nd-Pb 同位素地球化学分析, 探讨其形成时代 岩石成因 形成构造环境及构造属性, 进而为新元古代北秦岭构造演化及碰撞造山作用过程提供制约

3 1 期 薛颖瑜等 : 秦岭造山带中部两河口岩体花岗岩锆石 U-Pb 年代学 地球化学及地质意义 3 Fig. 1 图 1 (a) 秦岭花岗岩分布图 ;(b) 两河口岩体地质图 ( 修改自陈隽璐等,07) Distribution map of the granitic plutons in Qinling orogeny (a) and simplified geological map of Lianghekou pluton (b) 2 区域地质背景及岩体地质特征 秦岭造山带位于中国大陆中部, 夹持于华北板块与华南板块之间, 西与祁连昆仑相连, 东与大别苏鲁相接 (Dong et al., 11a; Wu and Zheng,13) 由北向南, 以商丹缝合带 勉略缝合带及一系列断裂为界, 秦岭造山带被划分华北地块南缘 北秦岭 南秦岭和扬子地块北缘 ( 图 1) 北秦岭是一个狭长地体, 南北最宽约 150 km, 该地体内出露地层单元由北向南依次为宽坪群 二郎坪群 秦岭群和丹凤群 ( 图 1a) 其中, 宽坪群主要由一套变基性火山岩 碎屑岩及大理岩组成, 原岩主要为基性火山岩 陆源碎屑岩和碳酸盐岩 ( 张国伟等,01) 二郎坪群主要由蛇绿岩单元 碎屑岩和沉积岩组成, 对二郎坪群的变火山岩及侵入其中的花岗岩研究表明, 二郎坪的形成时代为早古生代 ( 祝禧艳等,10; 杨士杰等,15) 秦岭群被认为是北秦岭最古老的岩石基底, 为一套变质杂岩, 以陆源碎屑岩和碳酸 盐沉积建造为主, 夹杂有少量火山岩, 主要由片麻岩 斜长角闪岩和大理岩构成 此外, 在秦岭群南部呈透镜状产出一套基性 超基性镁铁质杂岩 ( 松树沟蛇绿岩 ), 其形成时代尚无定论 对松树沟蛇绿岩中的榴辉岩 麻粒岩等变质岩的研究显示松树沟杂岩经历了早古生代变质作用 ( 李晔等,12; 钱加慧等,13) 丹凤群主体为一套变质火山 碎屑沉积岩系, 闫全人等 (07) 对丹凤群内古生物及相关岩石的测年结果指示丹凤群的形成时代为早中生代 秦岭造山带中广泛发育花岗质岩浆活动, 主要由新元古代 古生代 早中生代和晚中生代四个期次 ( 王晓霞等,15) 其中新元古代花岗岩主要分布在北秦岭秦岭杂岩和南秦岭中, 多呈透镜状不规则分布 新元古代花岗岩的成岩年龄和物质组成均不相同, 由早期强变形的 S- 型花岗岩过渡为弱变形的 I- 型花岗岩, 晚期则为弱 / 无变形的 I- 型花岗岩和 A 型花岗岩, 主要岩石类型为二长花岗岩, 晚期则发育花岗闪长岩和碱性花岗岩

4 4 高 校 地 质 学 报 Wang et al. 13 刘丙祥 14 25卷 1期 体 长度可达 2 cm 矿物组成主要有斜长石 30% 两河口岩体位于商丹断裂带北侧 出露在北 ~40% 石英 25%~30% 钾长石 %~25% 秦岭西段陕西省太白 凤县一带 以两河口出露 黑云母 10%~15% 白云母 5%~10% 以及少 面积最大 面积约 km 平面上呈多个大小不等 量石榴子石 ~2% 副矿物有榍石 锆石 磷灰 的透镜状 椭圆状 长轴方向近东西向 图 1b 石 磁铁矿等 镜下可见钾长石具格子双晶 斜 该岩体主要由眼球状二长花岗岩 片麻状二长花 长石具聚片双晶且有绢云母化现象 黑云母鳞片 岗岩和细粒二长花岗岩组成 岩体东西边界大多 断续分布形成片麻理且具有绿帘石化特征 图 呈脉状侵入到秦岭群中 南北边界与围岩多为混 2 片麻状花岗岩样品 LHK14-2 具片麻理 眼球 合过渡 局部表现为侵入接触关系 该岩体糜棱 状构造不完全发育 主要矿物组有斜长石 35%~ 面理 动力塑性流变褶皱及片麻理构造发育 片 45% 石英 30%~35% 钾长石 %~25% 麻理产状与区域构造线方向大致平行 早期学者 和黑云母 ~10% 副矿物有榍石 磷灰石 锆 认为两河口岩体属于秦岭岩群的重要组成部分 石 磁铁矿等 2 肖思云等 1988 在 1: 25 万 宝鸡市幅 区域 地质填图工作中 陈隽璐等 04 认为眼球状 3 样品采集与分析方法 花岗岩 片麻状花岗岩是以花岗质片麻岩形式赋 岩石样品采用常规方法破碎后 锆石分选采 存在秦岭杂岩系中的古老花岗质岩体 因而将该 用标准重液和磁选方法 在双目镜下挑选出晶形 岩石组合从秦岭群中解体出来 命名为两河口岩 完好 无明显裂隙且矿物包裹体较少的锆石 将 体 两河口花岗岩呈浅肉红色 浅灰色 粗粒结 挑选出的锆石制作环氧树脂靶 抛光至暴露锆石 构 粒度 5~10 mm 具片麻状和眼球状构造 局部 内部结构 然后进行锆石显微反射光和透射光照 具有糜棱构造 细粒二长花岗含有角闪石矿物 相 阴极发光 CL 显微图像分析 以便检查锆 陈隽璐等 石的内部结构并选择合适的测试点位 锆石 CL 图 本文中样品采样点位于太白县东南方向约 像采集在中国科学院壳幔物质与环境重点实验室 10 km 处 E N 其中 扫描电镜实验室完成 锆石 U-Pb 定年及微量元素 眼球状花岗岩样品 LHK14-1 具有斜长石眼球 分析在中国科学院壳幔物质与环境重点实验室激 Bt 黑云母 Qz 石英 Kf 钾长石 Grt 石榴石 Mag 磁铁矿 (a) 眼球状花岗岩镜下特征 可见黑云母定向排列 (b)眼球状碎斑发生绢云母化 (c)单偏光下的石榴子石 (d)正交偏光下石榴子石全消光 图2 Fig. 2 两河口岩体眼球状花岗岩镜下照片 Photomicrographs of augen granites from Lianghekou pluton

5 1 期 薛颖瑜等 : 秦岭造山带中部两河口岩体花岗岩锆石 U-Pb 年代学 地球化学及地质意义 5 光剥蚀电感耦合等离子体质谱 (LA-ICP-MS) 实验 室 Agilent 7700E ICP-MS 上完成, 关于分析方法和 过程详见 Liu 等 (07) 锆石元素含量和 U-Pb 同 位素数据的离线评估 背景和分析信号的集成, 以及时间漂移校正和定量校准处理使用 EXCEL 程 序 LaDating@Zrn 和 LaTEcalc 完成 普通 Pb 校正使 用 EXCEL 程序 ComPbCorr#3_18 完成 (Andersen, 02) 锆石 U-Pb 年龄结果处理采用 ISOPLOT4.15 软件完成 (Ludwig,09) 岩石粉末样品的主量元素含量测试在广州澳 实矿物化学实验室完成 新鲜岩石样品经常规方 法破碎后, 被研磨成约 0 目的粉末 将约 5 g 的 粉末样品熔制成玻璃, 采用 X 射线荧光光谱仪进 行分析, 分析精度优于 1% 另外, 采用电子天平 重量分析对烧失量 (LOI) 进行测定 稀土和微量 元素含量测试在中国科学技术大学中国科学院壳 幔物质与环境重点实验室 ICP-MS 实验室完成 将 50 mg 粉末样品在 Teflon 溶样罐中加酸至完全溶解 后转移至 PE 瓶中并加入 1ml Rh 内标定容到 g 待测, 然后用电感耦合等离子体质谱 (Elan 6100 DRC ICP-MS) 采用溶液 ICP-MS 法测定, 对于大部 分元素分析精度优于 5%, 具体的仪器工作参数和 详细分析方法参照侯振辉和王晨香 (07) 全岩样品的 Sr-Nd-Pb 元素分离纯化采用传统 的离子交换法进行, 在中国科学技术大学中国科 学院壳幔物质与环境重点实验室的放射成因同位 素地球化学净化实验室完成, 详细的分析流程见 Chen 等 (00,07) Sr-Nd-Pb 同位素比值测 定在壳幔物质与环境重点实验室稳定同位素实验 室的 MC-ICP-MS 上完成 Sr 和 Nd 同位素比值测定 86 分别采用 Sr/ 88 1 Sr= 和 Nd/ 1 Nd=0.79 进行 质量分馏校正 在数据采集过程中,Sr 标准样品 NBS Nd 标准样品 JNdi-1 测量值分别为 Nd/ 1 Nd= ± (2σ, n=27) 和 Sr/ 86 Sr= ± (2σ,n=37), Pb 标准样品 NBS981 的测量值 为 Pb/ 4 Pb= , Pb/ 4 Pb= , 8 Pb/ 4 Pb= (2σ, n= 30) 此外, 在分析测试过程中, 我们使用 AGV-2 BHVO-2 和 BCR-2 作为参照物, 其测量值分别为 Sr/ 86 Sr= ± 和 ±16, 143 Nd/ 1 Nd= ±9 和 ±9, 在分析误差 内与前人所给参照值一致 (Weis et al.,06) 单阶 143 段 Nd 模式年龄计算过程中现今亏损地幔的 Nd/ 1 Nd= , 47 Sm/ 1 Nd=0.37(DePaolo,12) 147 二阶段 Nd 模式年龄计算中平均陆壳 Sm/ 1 Nd 值为 0.118(Jahn and Condie,1995) 4 分析结果 4.1 锆石 U-Pb 年龄及稀土元素 两河口岩体锆石多为无色透明, 呈长柱状, 少数颗粒呈圆形 大部分锆石颗粒长度为 80~ 150 um, 长宽比为 2:1~3:1,CL 图像上可见振荡环 带 ( 图 3a) 部分锆石呈短柱状或近似浑圆, 具有 核边结构 锆石 Th 含量为 ~ ,U 含量为 ~ , Th/U 介于 到 0.47, 绝大多数大于 0.1 对 10 颗锆石进行了稀土 元素含量分析, 在球粒陨石标准化配分图上, 锆 石均表现为正 Ce 异常和负 Eu 异常, 轻稀土相对亏 损, 重稀土强烈富集 ( 图 3b) 以上锆石内部结构 以及微量元素特征表明它们为岩浆成因锆石 根据对样品 LHK14-1 中 37 颗锆石的 U-Pb 同位 素分析, 锆石表面年龄从 807 Ma 至 1472 Ma, 部分 锆石的 Pb/ Pb 的表面年龄为中元古代的年龄, 其中 颗锆石获得的平均加权年龄为 Pb/ 8 U= 928 ± 19 Ma (n=, MSWD=4.0)( 图 3c) 样品 LHK14-2 的 36 个锆石分析点获得表面年龄 817~ 1799 Ma, 部分继承锆石的 Pb/ Pb 表面年龄为古 元古代至中元古代, 其中 颗锆石的加权平均年 龄为 940±12 Ma (n=,mswd=1.5)( 图 3d) 具 体锆石 U-Pb 同位素测试结果见表 全岩地球化学 两河口岩体主 微量元素地球化学特征见表 2,3, 具有富 Si, Al 的特征 样品具有较高的 SiO 2 含量,SiO 2 为 68.48~73.41 wt%, 在全岩 TAS 图解 上, 样品落入花岗岩和花岗闪长岩区域 ( 图 4) 样品的 K 2O 含量 (3.30~4.80 wt%) 高于 Na 2O 含量 (2.05~3.32 wt%), K 2O/Na 2O 大于 1 (1.28~2.), 以富 K 为主, 为高钾钙碱性系列岩石 在 SiO 2-K 2O 关系图上, 样品落入高钾钙碱性系列 ( 图 5a) 岩 石具有较高的 Al 2O 3 含量, 为 13.36~14.55 wt%, 铝 饱和指数 (ASI) 为 0.95~1.31, 在 A/NK-A/CNK 图 解中, 大部分样品落入过铝质岩石系列, 部分样 品为准铝质到弱过铝质 ( 图 5b) CaO 含量为 1.27~ 2.76 wt%,mgo 含量为 0.43~1.49 wt% 两河口岩体 微量元素含量变化较小, 稀土总量偏低, 为

6 6 高校地质学报 2 5 卷 1 期 (a) 锆石阴极发光图像 ; (b) 锆石稀土元素球粒陨石标准化图解, 标准化值据 Sun and McDonough (1989); (c) 眼球状花岗岩样品 U-Pb 年龄协和图 ; (d) 片麻状花岗岩样品 U-Pb 年龄协和图 Fig. 3 图 3 两河口岩体花岗岩锆石 U-Pb 年龄谐和图和锆石阴极发光图像 U-Pb concordia diagrams of zircons from Lianghekou granites and cathodeluminescence images of zircon grains Table 1 表 1 两河口花岗岩锆石 U-Pb 同位素数据 U-Pb isotopic data of zircons from Lianghekou granites 样品点号 LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK14-1- LHK14-1- LHK14-1- LHK14-1- LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK Pb*/ Th/ U/ Th/U Pb/ Pb 同位素比值 Pb/ 5 U Pb/ 8 U Pb/ Pb 表面年龄 /Ma Pb/ 5 U Pb/ 8 U

7 薛颖瑜等 : 秦岭造山带中部两河口岩体花岗岩锆石 U-Pb 年代学 地球化学及地质意义 1 期续表 1 元素 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 T FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 LOI Total K2O/Na2O Mg # A/CNK 刚玉 (C) 分异指数 DI LHK LHK D2538/ D2538/ D D D D T 表 2 两河口岩体全岩主量元素含量 (wt%) Table 2 Major element contents of whole rock of Lianghekou pluton (wt%) Mg # = 100*Mg 2+ /(Mg 2+ + Fe 2+ ), 摩尔比 ;A/CNK = Al2O3/(CaO+Na2O+K2O), 摩尔比样品点号 LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK14-2- LHK14-2- LHK14-2- LHK14-2- LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK LHK Pb*/ Th/ U/ Th/U 同位素比值 Pb/ Pb Pb/ 5 U Pb/ 8 U 表面年龄 /Ma Pb/ Pb Pb/ 5 U Pb/ 8 U

8 8 高校地质学报 2 5 卷 1 期 表 3 两河口岩体全岩微量元素含量 Table 3 Trace element contents of whole rocks of Lianghekou pluton 元素 Sc V Cr Co Ni Cu Zn Ga Rb Sr Y Zr Nb Cs Ba La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta Th U (La/Yb)N Ce/Ce* Eu/Eu* LHK LHK D2538/ D2538/ D D D D T N: 球粒陨石标准化 ;Ce/Ce *= CeN/(LaN PrN) 1/2 ;Eu/Eu*=EuN/(SmN GdN) 1/2 分类界线据 Le Maitre 等, 1989; 引用数据来自陆松年等, 03; 陈隽璐等, 07; Chen et al., 06, 下同 Fig. 4 图 4 两河口岩体全岩 TAS 图解 TAS diagram of granites from Lianghekou pluton ~ , 轻重稀土分馏明显,LREE/ HREE=11.7~.0,(La/Yb) N 为 5.43~11.52 在球粒 陨石标准化稀土元素配分图上显示为富集轻稀土 的右倾模式, 且具有明显的 Eu 负异常 (Eu/Eu*= 0.42~0.62)( 图 6a) 在原始地幔标准化微量元素 分布图中, 样品表现为富集大离子亲石元素 (LI- LEs: Rb, Ba, Th, K 等 ), 亏损高场强元素 (HFSE: Nb, Ta,Ti 等 ) 的特征 ( 图 6b) 4.3 全岩 Sr-Nd-Pb 同位素 两河口岩体的全岩 Sr-Nd-Pb 同位素组成见表 4, 5 对于其初始同位素组成, 分别取对应样品的 锆石 U-Pb 年龄进行计算, 对前人样品采用 SHRIMP 锆石 U-Pb 年龄 T=930 Ma 进行计算 (Chen et al.,06) 两河口岩体 Sr 同位素组成具有较大的变化范 围, Rb/ 86 Sr=3.6~6.4, Sr/ 86 Sr 较高 ~ , 其初始 Sr 同位素 Sr/ 86 Sr(t) 变化范围为 ~ ( 图 7) 两河口岩体 Nd 同位素 变化范围较小, 143 Nd/ 1 Nd 介于 ~

9 1 期 薛颖瑜等 : 秦岭造山带中部两河口岩体花岗岩锆石 U-Pb 年代学 地球化学及地质意义 9 图 5 (a) 两河口岩体 K 2O-SiO 2 关系图 ;(b) A/NK-A/CNK 图解,A/CNK=molar Al 2O 3/ (CaO+Na 2O+K 2O), A/NK=molar Al 2O 3/ (Na 2O+K 2O) Fig. 5 K 2O vs. SiO 2plot of granites from Lianghekou pluton (after Peccerillo and Taylor, 1976; Middlemost, 1994); (b) Diagram of A/ NK-A/CNK, A/CNK=molar Al 2O 3/(CaO+Na 2O+ K 2O), A/NK=molar Al 2O 3/(Na 2O+K 2O) (The base map is after Maniar and Piccoli, 1989) 5 讨论 下地壳和全地壳数据据 Rudnick and Gao, 03, 球粒陨石和原始地幔标准化值据 Sun and McDonough, 1989 和 McDonough and Sun, 1995 图 6 两河口岩体稀土元素球粒陨石标准化配分图 (a) 和微量元素原始地幔标准化蛛网图 (b) Fig. 6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized spider diagrams of trace elements (b) for granites from Lianghekou pluton 之间,ε Nd(t)=-5.7~-3.3, 其两阶段 Nd 模式年龄集 中在 1.9~2.1 Ga 全岩样品 Pb/ 4 Pb= ~ , Pb/ 4 Pb=15.59~ , 8 Pb/ 4 Pb= ~39.49, 经过时间校正后, 其对应的初 始 Pb 同位素组成为 Pb/ 4 Pb= ~ , Pb/ 4 Pb= ~15.65, 8 Pb/ 4 Pb=36.75~ 两河口岩体花岗岩的形成时代及起源对于两河口岩体, 陈隽璐等 (04) 采用 TIMS 法对眼球状花岗岩进行了锆石 U-Pb 年龄测定, 得到不一致上交点年龄 863±17 Ma 和表面加权平均年龄 851±1.9 Ma Chen 等 (06) 使用 ID-TIMS 锆石 U-Pb 测年得到片麻状二长花岗岩锆石 U-Pb 不一致上交点年龄 863±17 Ma, 对同一样品进行了锆石 SHRIMP 定年, 得到 929±16 Ma 和 7±17 Ma 两组表面加权平均年龄 对两个花岗岩样品进行的锆石 U-Pb 定年所得结果与 Chen 等 (06) 使用 SHRIMP 所得数据基本一致, 因此, 笔者认为两河口岩体的形成时代在大约 930 Ma 到 940 Ma, 代表了新元古代早期秦岭造山带岩浆活动 前人所得 850 Ma 到 880 Ma 的年龄可能是由于锆石同位素体系受到后期变质变形事件的影响而发生了重置 花岗岩的形成大部分与地壳的部分熔融有关, 实验岩石学证明基性岩的部分熔融不可能形成大量的过铝质花岗岩, 只有泥质 砂质类沉积岩部分熔融才有可能产生强过铝质花岗岩 (Chappell and White,1974;Harris and Inger,1992;Collins, 1996; Patiño Douce and Harris, 1998; Castro et al.,1999) 大部分两河口岩体中的花岗岩属于高钾钙碱性弱过铝质 过铝质岩石,CIPW 计算中出现刚玉分子且含量大于 1% (1.13%~5.83%), Rb/ Sr 介于 1.16~2.15, 高于地壳的 Rb/Sr 比, 指示原岩可能有地壳中的泥质岩 两河口花岗岩具有较低

10 10 高校地质学报 2 5 卷 1 期 Table 4 表 4 两河口岩体全岩 Sr-Nd 同位素组成 Sr-Nd isotopic composition of whole rocks of Lianghekou pluton 样品 LHK14-1 LHK14-2 D06-1 D06-2 D06-3 D06-4 D145-1 年龄 / (Ma) Rb/ Sr/ Rb/ 86 Sr Sr/ 86 Sr Sr/ 86 Sr(t) Sm Nd Sm/ 1 Nd Nd/ 1 Nd Nd/ 1 Nd(t) εnd(t) TDM2/ Ma Table 5 表 5 两河口岩体全岩 Pb 同位素组成 Pb isotopic composition of whole rock from Lianghekou pluton 样品 年龄 / Ma Pb/ U/ Th/ Pb/ 4 Pb 测定比值 Pb/ 4 Pb 8 Pb/ 4 Pb Pb/ 4 Pb 初始比值 Pb/ 4 Pb 8 Pb/ 4 Pb LHK14-1 LHK14-2 D06-1 D06-2 D06-3 D06-4 D 修改自刘丙祥等,13;Qin et al., 15 图 7 两河口岩体 ε Nd(t)- Sr/ 86 Sr(t) 同位素图解 Fig. 7 Isotopic diagram of the initial ε Nd(t)- Sr/ 86 Sr(t) for Lianghekou pluton 的 Mg # 值 ~45 ( 平均 34), MgO 含量与 Mg # 明显低 于地幔原生玄武质岩浆 (Sun and McDonough, 1989;White and Klein,14) 表现为较高程度 的岩浆分异 ( 分异指数 DI=74.51~89.98), 且 DI 与 SiO 2 呈正相关, 说明岩浆分异程度增强 演化向着 富 SiO 2 的方向进行 Nb,Ta 含量分别为 ~ , ~ , 对应 Nb/Ta 为 7.34~17., 与壳源岩石以及陆 陆同碰撞花岗岩 的 Nb-Ta 特征相似 (Pearce et al., 1984), 其全岩微 量元素配分也与全岩地壳相似 ( 图 6,Barth et al., 00;Rudnick and Gao, 03), 暗示这些岩石可能来源于壳源岩石的部分熔融 样品的主量元素与 SiO 2 没有明显的相关性, 在原始地幔标准化蛛网图中, 样品具有明显的 Ba, Sr, P 负异常, 说明斜长石作为残留相或分离结晶相存在 ( 图 6b) 岩石初始 Sr 同位素比值变化大, 具有较低的 ε Nd(t) 及较高的放射成因 Pb 同位素组成 结合含有富铝矿物石榴子石和白云母, 这些地球化学和矿物学特征综合指示两河口岩体属于 S 型花岗岩, 可能是古老地壳部分熔融形成的 (Barbarin,1999;Chappell,1999) 个别样品含角闪石且 A/CNK 较低, 表现出 I 型花岗岩的特征 (Chappell,1999; 陈隽璐等,07) 在 A/MF-CMF 与 A/MFT-AMFT 图解中, 本文中两河口岩体花岗岩落入变杂砂岩部分熔融区域, 参考数据落入变基性岩部分熔融区域, 说明其岩浆来源于中下地壳 ( 图 8) 初始同位素组成与秦岭群片麻岩 (940 Ma) 及斜长角闪岩 (940 Ma) 具有很好的亲缘性 ( 图 7), 两阶段 Nd 模式年龄与 1.9~2.1 Ga 与秦岭群年龄接近 ( 张宗清等,06), 继承锆石 U-Pb 年龄与前人所得秦岭群变质岩原岩年龄 1.2~1.9 Ga 接近 ( 陈能松等, 1991; 陆松年等, 06; 杨力等, 10) 因此, 两河口岩体花岗岩可能是在碰撞过

11 1 期 薛颖瑜等 : 秦岭造山带中部两河口岩体花岗岩锆石 U-Pb 年代学 地球化学及地质意义 11 图 8 (a) 两河口岩体 molaral 2O 3/ (MgO+FeO T) -molarcao/ (MgO+FeO T) 图解 ; (b) 两河口岩体 Al 2O 3/(TiO 2+MgO+FeO T)-Al 2O 3+TiO 2+MgO+FeO T 图解 Fig. 8 (a) Diagram of molar Al 2O 3/(MgO+FeO T) vs. molar CaO/ (MgO+FeO T) (after Altherr et al., 00); (b) Al 2O 3/ (TiO 2+MgO+FeO T) vs. Al 2O 3+TiO 2+MgO+ FeO T (after Patiño Douce, 1999) 程中, 秦岭群基底岩石发生部分熔融形成的 5.2 地质意义新元古代时期, 秦岭造山带经历了不同陆块间的汇聚和裂解, 形成了新元古代花岗岩, 早期新元古代花岗岩的主要侵位时代为 960 Ma 到 900 Ma, 与造山过程相关的区域变质事件时代一致 (Wang et al.,03; 陆松年等,04,05; 张成立等, 04), 杨力等 (10) 发现丹凤 西峡地区秦岭岩群片麻岩中有大量的岩浆锆石记录了 950~850 Ma 的岩浆事件, 也说明北秦岭地体发育有新元古代早期岩浆作用 ( 杨力等,10) 花岗岩类的成因与构造环境有着密切的联系, 在北秦岭造山带, 新元古代花岗岩由早期的强变形 S 型花岗岩过渡到弱 / 无变形 I 型花岗岩, 晚期则主要为 A 型花岗岩 ( 王涛等 05; 裴先治等,07;Wang et al., 13,15; 刘丙祥等,13) 王涛等 (05) 对北秦岭造山带内牛角山岩体花岗岩进行研究时, 发现弱变形花岗岩 (~929 Ma) 侵入到强变形花岗岩中 (~959 Ma), 表明强烈的区域变形事件发生于 955~930 Ma, 并导致原来的花岗岩侵入体变形为片麻状花岗岩, 并认为含白云母高压变质相的牛角山岩体是陆壳深俯冲过程中陆壳重熔的产物 ( 王涛等,05) 张成立等 (04) 认为蔡凹岩体 (889±10 Ma) 形成于碰撞造山过程中地壳增厚背景下, 是后碰撞拉张阶段由卷入消减带物质的下地壳部分熔融所形成的, 并指示了秦岭造山带在 ~890 Ma 已进入由碰撞挤压向后碰撞伸展演化的阶段 ( 张成立等,04) 之后, 秦岭南部大范围出现大陆溢流玄武岩, 或陆 内裂谷岩浆活动, 并伴生有大量 ~800 Ma 的 A 型花岗岩, 反映秦岭造山带这一时期处于更大范围伸展裂解阶段 ( 陆松年等,04,05; 张宗清等, 06; 刘成军等, 12;Zhang et al.,16) 前人曾对发育在秦岭造山带的新元古代花岗岩做过统计, 将新元古代花岗岩分为三个期次 : 早期同碰撞花岗岩 (980~910 Ma) 主要出露于北秦岭, 经历了强烈的变质变形作用 ; 后碰撞花岗岩 (900~810 Ma) 主要分布在北秦岭具有弱的变形或无变形 ; 晚期板内非造山型花岗岩 (760~710 Ma) 在南北秦岭均有出露 ( 刘丙祥等,13;Wang et al.,15) 总体来说, 北秦岭新元古代花岗岩具有造山过程连续演化的特点, 这种演化特点可能对应由同碰撞挤压 后碰撞伸展 板内非造山拉张转换的造山过程 刘丙祥等 (13) 认为碰撞造山过程发生在 1000~900 Ma, 主碰撞及峰期变形可能发生在 1000~929 Ma 两河口岩体与牛角山岩体 蔡凹岩体 寨根岩体 德河岩体等由西向东展布于商丹断裂带北侧秦岭群中, 构成北秦岭新元古代岩浆带, 代表新元古时期北秦岭存在碰撞造山带 两河口岩体侵位时代与第一阶段同碰撞花岗岩基本一致, 两河口岩体既发育有眼球状和片麻状花岗岩, 同时也发育有未变形的二长花岗岩, 反映出该岩体遭受了多期复杂的深层次变质变形改造, 可能为一变形向未变形过渡的岩体 两河口岩体片麻状花岗岩的侵位时代应早于其变形时代, 说明秦岭造山带变形时间应晚于 940 Ma 结合前人研究, 秦岭造山带碰撞时限可能为 940~929 Ma, 晚于 Rodinia 超大陆汇聚及 Grenville 碰撞造山时间

12 12 高校地质学报 2 5 卷 1 期 (1300~1000 Ma)( 陆松年,01) 新元古代构造岩浆事件在华南板块 塔里木地块及阿拉善地块均有发生, 并被认为是大陆汇聚裂解的产物 ( 陆松年等,03; 胡霭琴等,10; 张传林,12; Zhang and Zheng,13;Zheng et al.,13) 北秦岭造山带新元古代岩浆事件与祁连地块 阿拉善地块等很相似, 很有可能是对 Rodinia 超大陆汇聚和裂解事件的响应 6 结论 通过对两河口岩体片麻状花岗岩元素及同位素地球化学和锆石年代学的研究, 得出如下结论 (1) 两河口岩体主要岩性为眼球状花岗岩 片麻状花岗岩和二长花岗岩, 具有高 SiO 2 高 K 2O/ Na 2O 富铝的特征, 矿物组合和地球化学特征显示眼球状花岗岩 片麻状花岗岩为 S 型花岗岩 (2) 两河口岩体年代学 地球化学及 Sr-Nd-Pb 同位素特征表明其主要为地壳部分熔融形成的, 源岩可能为秦岭群斜长角闪岩及片麻岩 (3) 两河口岩岩体形成时代为 940~930 Ma, 为新元古代早期, 且经历了变形作用, 说明北秦岭造山带存在新元古代挤压碰撞岩浆事件, 表明其与 Rodinia 超大陆的聚合密切相关 致谢 : 感谢聂虎 王岩等在野外地质观察及采样过程中的帮助, 感谢贺剑锋老师 肖平老师 李双庆在样品分析和测试工作中的指导 参考文献 (References): 陈隽璐, 王宗起, 徐学义, 等. 07. 北秦岭两河口岩体的地球化学特征及其成因 [J]. 岩石学报,(5): 陈隽璐, 张占武, 李海平, 等. 04. 秦岭杂岩中变质侵入体特征 [J]. 西北地质,37(1): 陈能松, 韩郁菁, 游振东, 等 豫西东秦岭造山带核部杂岩全岩 Sm-Nd, Rb-Sr 和单晶锆石 Pb- Pb 计时及其地壳演化 [J]. 地球化学,3: 9-8. 丁仨平, 裴先治, 刘会彬, 等. 06. 西秦岭天水地区新阳新元古代花岗质片麻岩的锆石 LA-ICP-MS 定年及其地质意义 [J]. 中国地质, 33(6): 郭进京, 张国伟, 陆松年, 等 中国新元古代大陆拼合与 Rodinia 超大陆 [J]. 高校地质学报,5(2): 侯振辉, 王晨香. 07. 电感耦合等离子体质谱法测定地质样品中 35 种微量元素 [J]. 中国科学技术大学学报,37(8): 胡霭琴, 韦刚健, 江博明, 等. 10. 天山 0.9 Ga 新元古代花岗岩 SHRIMP 锆石 U-Pb 年龄及其构造意义 [J]. 地球化学,39(3): 李晔, 周汉文, 钟增球, 等. 12. 北秦岭早古生代两期变质作用 : 来自松树沟基性岩岩石学及锆石 U-Pb 年代学的记录 [J]. 地球科学 : 中国地质大学学报,(S1): 刘丙祥. 14. 北秦岭地体东段岩浆作用与地壳演化 [D]. 合肥 : 中国科 学技术大学. 刘丙祥, 聂虎, 齐玥, 等. 13. 豫西南地区北秦岭地体新元古代花岗岩类岩石成因及其地质意义 [J]. 岩石学报,29(7): 刘成军, 裴先治, 李佐臣, 等. 12. 西秦岭北缘天水地区新元古代花岗质片麻岩地球化学特征及其形成环境 [J]. 地质通报,31(10): 陆松年. 01. 从罗迪尼亚到冈瓦纳超大陆 对新元古代超大陆研究几个问题的思考 [J]. 地学前缘,4(10): 1-8. 陆松年, 陈志宏, 相振群, 等. 06. 秦岭岩群副变质岩碎屑锆石年龄谱及其地质意义探讨 [J]. 地学前缘,6: 陆松年, 陈志宏, 李怀坤, 等. 05. 秦岭造山带中两条新元古代岩浆岩带 [J]. 地质学报,79(2): 陆松年, 陈志宏, 李怀坤, 等. 04. 秦岭造山带中 新元古代 ( 早期 ) 地质演化 [J]. 地质通报,(2): 陆松年, 李怀坤, 陈志宏, 等. 03. 秦岭中 新元古代地质演化及对 Rodinia 超级大陆事件的响应 [M]. 北京 : 地质出版社. 裴先治, 丁仨平, 张国伟, 等. 07. 西秦岭北缘新元古代花岗质片麻岩的 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄及其地质意义 [J]. 地质学报,81 (6): 钱加慧, 杨秀清, 刘良, 等. 13. 北秦岭松树沟榴闪岩锆石 U-Pb 定年, 矿物包裹体和 Lu-Hf 同位素特征及其地质意义 [J]. 岩石学报, 29(9): 王涛, 张宗清, 王晓霞, 等. 05. 秦岭造山带核部新元古代碰撞变形及其时代 强变形同碰撞花岗岩与弱变形脉体锆石 SHRIMP 年龄限定 [J]. 地质学报,79(2): 2-1. 王晓霞, 王涛, 张成. 15. 秦岭造山带花岗质岩浆作用与造山带演化 [J]. 中国科学 (D 辑 ),45(8): 肖思云, 张维吉, 宋子季 北秦岭变质地层 [M]. 西安 : 西安交通大学出版社. 闫全人, 王宗起, 陈隽璐, 等. 07. 北秦岭斜峪关群和草滩沟群火山岩成因的地球化学和同位素约束,SHRIMP 年代及其意义 [J]. 地质学报,81(4): 杨力, 陈福坤, 杨一增, 等. 10. 丹凤地区秦岭岩群片麻岩锆石 U-Pb 年龄 : 北秦岭地体中 新元古代岩浆作用和早古生代变质作用的记录 [J]. 岩石学报,(5): 杨士杰, 陈丹玲, 宫相宽, 等. 15. 北秦岭东段二郎坪群基性火山岩中浅色岩体的地球化学, 年代学及其地质意义 [J]. 岩石学报,31 (7): 09-. 张本仁. 01. 秦岭地幔柱源岩浆活动及其动力学意义 [J]. 地学前缘,8 (3): 张本仁, 韩吟文, 许继锋, 等 北秦岭新元古代前属于扬子板块的地球化学证据 [J]. 高校地质学报,4(4): 张成立, 刘良, 张国伟, 等. 04. 北秦岭新元古代后碰撞花岗岩的确定及其构造意义 [J]. 地学前缘,11(3): 张传林, 李怀坤, 王洪燕. 12. 塔里木地块前寒武纪地质研究进展评述 [J]. 地质论评,58(5): 张国伟, 董云鹏, 姚安平 秦岭造山带基本组成与结构及其构造演化 [J]. 陕西地质,15(2): 张国伟, 张本仁, 袁学诚, 等. 01. 秦岭造山带与大陆动力学 [M]. 北京 : 科学出版社. 张宗清, 张国伟, 刘敦一, 等. 06. 秦岭造山带蛇绿岩 花岗岩和碎屑沉积岩同位素年代学和地球化学 [M]. 北京 : 地质出版社. 祝禧艳, 陈福坤, 杨一增, 等. 10. 微区 微量样品 Rb-Sr 同位素分析技术及其应用前景 [J]. 岩石学报,(1): Altherr R, Holl A, Hegner, et al. 00. High-potassium, calc-alkaline I-type plutonism in the European Variscides: northern Vosges (France) and northern Schwarzwald (Germany) [J]. Lithos, 50(1): Andersen T. 02. Correction of common lead in U-Pb analyses that do not report Pb-4 [J]. Chemical Geology, 192(1-2): Barbarin B A review of the relationships between granitoid types, their

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