北秦嶺地體東段巖漿作用與地殼演化.pdf

1、北秦嶺地體東段是秦嶺造山帶的重要組成部分，以復(fù)雜多樣的巖石組成、多期次的構(gòu)造巖漿作用、變質(zhì)地體的相互疊置為特點(diǎn)，地體內(nèi)不僅大量產(chǎn)出秦嶺造山帶中最古老的前寒武紀(jì)基底—秦嶺群，而且廣泛出露晉寧期和加里東-海西期的花崗閃長質(zhì)侵入巖類，因而它既是探討中國南北兩大陸塊（華南和華北）碰撞、拼合關(guān)系的關(guān)鍵位置，又是研究秦嶺造山帶地殼的形成和演化、花崗巖類的成因物源及其構(gòu)造屬性的最佳理想場所。為了較好地約束秦嶺群的源區(qū)特征和構(gòu)造背景，揭示北秦嶺地體的巖

2、漿作用和地殼演化規(guī)律，本文運(yùn)用多種測試方法和分析手段，主要包括主、微量元素分析、全巖Rb-Sr和Sm-Nd同位素分析以及鋯石原位U-Pb定年和O-Hf同位素測試等，重點(diǎn)研究了秦嶺群基底片麻巖和角閃巖兩種主要巖石類型、晉寧期和加里東-海西期花崗侵入巖類，尤其詳細(xì)剖析了后者的巖石組合特征、時空分布規(guī)律，并對不同成因類型侵入巖的源區(qū)及巖石成因進(jìn)行了系統(tǒng)討論，最后建立了晉寧期和加里東-海西期巖漿作用的年代學(xué)格架，通過與其鄰區(qū)華北南緣、南秦嶺及揚(yáng)

3、子北緣地體巖漿作用和地殼演化的對比，系統(tǒng)總結(jié)了北秦嶺地體地殼的生長和再造歷史。研究結(jié)果不僅為巖石的成因提供可靠的數(shù)據(jù)支持和地球化學(xué)制約，而且有助于認(rèn)識秦嶺造山帶基底的演化和構(gòu)造的歸屬，對揭示巖漿形成的深部地球動力學(xué)背景和探索大陸碰撞造山過程中地殼的生長、分異和演化具有重要的科學(xué)意義。
　　秦嶺群主要由片麻巖、角閃巖和少量大理巖組成，記錄了北秦嶺地體形成和早期的陸殼演化過程，經(jīng)歷了多期變形和變質(zhì)作用。其中，長英質(zhì)片麻巖富集輕稀土元素

4、和大離子親石元素(Rb、 Ba、Th、K和Pb)，Eu負(fù)異常和虧損高場強(qiáng)元素(Nb，Ta，P，Ti），鋯石δ18O值變化略大且位于6.5～9.3‰之間，全巖初始εNd值-4.6，兩階段Nd模式年齡TDM2=1.99 Ga;斜長角閃巖也富集大離子親石元素和輕稀土元素，且虧損Nb和Ta，鋯石δ18O值均一為5.0～6.0‰，但具有較高的全巖初始εNd值(2.8～3.3)和較年輕的TDM2(1.29～1.24 Ga)。鋯石U-Pb年齡表明長英

5、質(zhì)片麻巖和斜長角閃巖均形成于～960 Ma與火山弧相關(guān)的構(gòu)造背景之中，而非前人所認(rèn)為的裂谷環(huán)境，同時發(fā)現(xiàn)一期早古生代的變質(zhì)熱事件。秦嶺群碎屑鋯石年齡譜顯示其可能為一個獨(dú)立的地質(zhì)單元，并在新元古代早期具有不同于南北兩大陸塊的演化歷史，很可能為格林威爾造山帶的一個殘留體。
　　晉寧早期(～940)的花崗巖侵入體在南秦嶺地體中極為少見，在北秦嶺地體中卻出露相當(dāng)廣泛且?guī)缀醵冀?jīng)歷了明顯的變質(zhì)變形作用，這些巖體記錄了秦嶺造山帶前寒武紀(jì)基底地殼

6、的形成和演化歷史。本文選取方莊和德河兩個巖體為代表。結(jié)果表明，方莊花崗質(zhì)糜棱巖的鋯石結(jié)晶年齡為933.4±9.2 Ma，δ18O值8.3～11.9‰，初始87Sr/86Sr比值0.72455，初始εNd值-6.0，Nd模式年齡2.09 Ga(TDM2);德河黑云斜長片麻巖的鋯石結(jié)晶年齡為939.7±7.6 Ma和948.1±8.9Ma，δ18O值8.6～10.0‰，初始87Sr/86Sr比值變化較大為0.70986～0.72455，初始

7、εNd值-5.3～-4.8，Nd模式年齡2.05～2.00 Ga(TDM2)。結(jié)合已報道的15個新元古代花崗巖類巖體的年齡和地球化學(xué)數(shù)據(jù)，北秦嶺地體新元古代巖漿作用可以劃分為980～870 Ma擠壓碰撞作用和～844 Ma伸展裂解作用兩大階段，包括～940 Ma強(qiáng)烈變形S型同碰撞花崗巖、～880Ma弱-無變形后碰撞I型花崗巖和～844 Ma板內(nèi)A型花崗巖三類花崗巖體。地球化學(xué)組成顯示，這些花崗巖類巖石可能源自不同時期形成的秦嶺群基底雜巖

8、的部分熔融，但在后碰撞階段幔源物質(zhì)或年輕地殼物質(zhì)的加入明顯增加。北秦嶺地體中新元古代巖漿活動與Rodinia超大陸演化基本同時代，可能記錄超大陸形成過程中的地殼響應(yīng)。在新元古代之前，北秦嶺地體或許具有不同于華北陸塊和華南陸塊的演化歷史。
　　加里東-海西期巖漿活動在北秦嶺地體東段廣泛發(fā)育，在其周緣地體中幾乎未見出露。本文對研究區(qū)內(nèi)共10個中酸性侵入體19件樣品和中基性富水雜巖體中的4件樣品進(jìn)行鋯石U-Pb定年分析。結(jié)合近期公開報道

9、的53件鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)，建立和查明北秦嶺地體東段加里東-海西期巖漿活動的年代學(xué)格架和時空分布特征，將該期巖漿活動劃分為3個階段:第一階段(～487 Ma)，主要分布于研究區(qū)東部;第二階段(～450 Ma)，遍布整個研究區(qū);第三階段(～417 Ma)，分布于研究區(qū)中部。
　　第一階段(～487 Ma):I型花崗巖以板山坪、西莊河及麻池河鄉(xiāng)等巖體為代表，具有類似于俯沖洋殼成因埃達(dá)克質(zhì)巖石的地球化學(xué)特征，具有較高的初始εNd值(0

10、.19～3.17)、較低的初始87Sr/86Sr比值(0.70257～0.70524)、較高的初始εHf值(2.51～13.97)、TDM2(Nd)=0.92～1.21 Ga和TDM2(Hf)=0.56～1.28 Ga及相對低的全巖δ18O值(7.03～7.60‰)，這些特征指示該階段I型花崗巖可能源自俯沖洋殼板片的部分熔融。結(jié)合空間上與之共生的島弧成因的富水雜巖的產(chǎn)出，兩種巖漿作用類型共同證實了研究區(qū)內(nèi)早古生代板塊俯沖-消減事件的存在

11、。S型花崗巖以漂池和蠻子營巖體為代表，具有高硅、鉀，低鈦、鎂的特征，屬高鉀鈣堿性過鋁質(zhì)系列，其初始εNd值=-7.98～-10.05、初始87Sr/86Sr比值=0.70352～0.72737、初始εHf值=-13.75～-0.78、TDM2(Nd)=1.89～2.06 Ga、TDM2(Hf)=1.46～2.33 Ga、鋯石δ18O值較高位于7.88～8.65‰之間，略低于全巖δ180值10.9～11.7‰，這些特征共同指示該S型花崗巖

12、具有板塊俯沖過程中誘發(fā)活動陸緣陸殼物質(zhì)熔融成因特征。
　　第二階段(～450 Ma):～460 Ma I型花崗巖以灰池子巖體最為典型，具有加厚下地殼成因埃達(dá)克巖的地球化學(xué)特征，具有中等的初始εNd值(-0.51～1.54，多數(shù)大于0），較低的初始87Sr/86Sr比值(0.70463～0.70612)，變化較大的初始εHf值(-10.89～12.80)，TDM2(Nd)=1.08～1.25 Ga和TDM2(Hf)=0.61～1.7

13、0 Ga，全巖δ18O值相對較高為7.60～9.08‰，這些特征結(jié)合繼承鋯石的大量出現(xiàn)和在巖體內(nèi)部未見中基性暗色包體的地質(zhì)事實共同指示該階段I型花崗巖可能是新生的加厚下地殼部分熔融的產(chǎn)物，其源巖物質(zhì)與第一階段I型花崗巖基本類似，其形成背景與古生代期間商丹洋殼的俯沖-匯聚-碰撞，進(jìn)而導(dǎo)致新生下地殼的縮短-疊置-加厚有關(guān);～450 Ma I-S型花崗巖，以五垛山、寬坪、棗園、黃柏岔及桃坪巖體為代表，巖體巖石兼具碰撞型和俯沖型巖石的成因特點(diǎn)，

14、總體顯示其成因及物源與～460 MaI型花崗巖相似，不同之處較前者富集Nd同位素和具有較高的全巖δ18O值(9.96～10.34‰)，可能暗示了幔源物質(zhì)的貢獻(xiàn)相對早期較少;～440 Ma I型花崗巖以沿商丹縫合帶分布的武關(guān)及小王澗巖體為代表，它們可能是造山過程中滯后的消減源區(qū)發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物。S型花崗巖以安吉坪和土橋崗巖體為代表，具有類似于第一階段中S型花崗巖的高鉀鈣堿性過鋁質(zhì)系列巖石的特征，其初始εNd值=-7.64～-8.20、高

15、初始87Sr/86Sr比值=0.71025～0.71263、TDM2(Nd)=1.81～1.88 Ga、鋯石δ18O值較高位于9.60～13.30‰之間，總體呈現(xiàn)擠壓碰撞成因的巖石地球化學(xué)特點(diǎn)。
　　第三階段(～417 Ma):I型花崗巖以侵入于二郎坪群的張家莊巖體為代表。該巖體巖石具有低鉀(Na2O/K2O=3.30～28.83)拉斑玄武巖系列過鋁質(zhì)的特點(diǎn)，其高初始εNd值=3.19～～5.07、低初始87Sr/86Sr比值=0

16、.70331～0.70471以及TDM2(Nd)=0.74～0.89 Ga，這些地球化學(xué)和同位素特征可能是新元古代期間形成的新生底侵基性巖漿或早期就位于造山帶根部的早期基性巖漿混染了較少量的古老殼源物質(zhì)熔融所致;物源方面與形成于新元古代的北秦嶺第一類基性火山巖有較好的親緣關(guān)系，暗示新元古代晚期存在又一期新生地殼的生長事件。S型花崗巖以丹鳳巖體為代表，總體顯示高硅和鉀、富堿、低鎂等特點(diǎn)，稀土和微量元素顯示陸殼重熔S型花崗巖的特征。

17、　　總體上，三個階段中的I型花崗巖，其物源基本與南秦嶺火山巖或北秦嶺第一類基性火山巖有很好的親緣性，與華北物質(zhì)基本無關(guān);而S型花崗巖的物源則主要來自秦嶺群片麻巖、寬坪群變沉積巖以及北秦嶺第二類基性火山巖，華北基底物質(zhì)對其也無貢獻(xiàn)。
　　北秦嶺地體東段地殼生長以幕式增生為主，主要形成于古-中元古代及新元古代。在～2300 Ma和～2000 Ma主要表現(xiàn)為古老地殼物質(zhì)的再造，在～1600Ma、1000～630Ma及～500Ma以地殼的

18、增生為主，同時兼具古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)。通過與鄰區(qū)地殼演化過程對比發(fā)現(xiàn)，華北南緣發(fā)生顯著地殼增生時代為中太古代(～2700 Ma);北秦嶺地體在中元古代以后才開始發(fā)生大規(guī)模的地殼生長;南秦嶺地殼增生事件可能主要發(fā)生在新元古代;揚(yáng)子北緣主要在太古代和中元古代發(fā)生大規(guī)模的地殼生長或再造。在這四個構(gòu)造地體中，僅有北秦嶺地體缺少太古宙時期地殼的生長或改造事件。因此，元古代之前(＞2000Ma)，北秦嶺地體可能為一個獨(dú)立的地質(zhì)體，具有不同于華北南