張成立1,2，劉良1，張國偉1，王濤3，陳丹玲1，袁洪林1，柳小明1，晏云翔1
(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)教育部重點實驗室，陜西西安，710069;
2.南京大學(xué)內(nèi)生礦床國家重點實驗室，江蘇南京210093; 3.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京100037)
摘要:應(yīng)用LA-ICPMS獲得北秦嶺蔡凹花崗巖體錯石U-Pb年齡(889士10) Ma，代表巖體的形成時代。該巖體富集LILE、貧化HFSE，顯示活動陸緣俯沖帶I型花崗巖體地球化學(xué)特征。同時巖體又具有富鋁、高鉀和銘、明顯虧損Nb,Ti,P等元素的大陸造山帶后碰撞演化階段花崗巖特征。根據(jù)區(qū)域構(gòu)造資料并結(jié)合巖體的變形特征分析，蔡凹巖體為碰撞造山過程地殼增厚背景下，在后碰撞拉張階段由卷入有消減帶物質(zhì)的下部地殼部分熔融所形成，指示了秦嶺在該時期已進入由主碰撞擠壓轉(zhuǎn)向后碰撞伸展演化階段，為進一步精細確定北秦嶺新元古代陸塊匯聚碰撞造山過程提供了新的依據(jù)。
關(guān)鍵詞:后碰撞花崗巖;LA-ICPMS;錯石U-Pb定年;地球化學(xué);北秦嶺
中圖分類號:P591十.l; P541文獻標識碼:A文章編號:1005一2321(2004)03一0033一10
秦嶺是一個在中、新元古代造山之后又經(jīng)歷了古生代俯沖碰撞，中生代最終強烈碰撞形成的復(fù)合型大陸造山帶。其內(nèi)部被北部商丹縫合帶和南部勉略縫合帶分割為北部北秦嶺構(gòu)造帶、中部南秦嶺構(gòu)造帶和南部揚子地塊北緣帶。其中，北秦嶺構(gòu)造帶主要由深變質(zhì)古元古代秦嶺群、中元古代寬坪群以及新元古代一早古生代的丹鳳巖群和二郎坪巖群構(gòu)成，是一個經(jīng)歷了多期復(fù)雜構(gòu)造演化的構(gòu)造塊體，不同程度地保存了秦嶺早期造山作用的一些痕跡。對此，前人己有大量研究，并對這一多期復(fù)雜造山作用的早期地質(zhì)演化及其構(gòu)造歸屬給出了多種解釋和討論[1-3[。近年來隨著研究的深入，在該構(gòu)造塊體中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了很多中、新元古代碰撞造山的遺跡[4-6]，從而又有了北秦嶺是中元古代早期由揚子地塊裂離出并向北拼貼于華北地塊南緣的構(gòu)造塊體的新認識[7-9]，同時根據(jù)構(gòu)造巖漿活動提出由同碰撞、晚碰撞到碰撞后伸展的造山演化模式川。本文通過侵入于北秦嶺構(gòu)造帶內(nèi)的蔡凹花崗巖體定年和元素地球化學(xué)研究，對北秦嶺新元古代后碰撞花崗巖的確定和碰撞造山演化過程提供新的約束條件。
1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖體地質(zhì)簡況
北秦嶺構(gòu)造帶主要由北西西向展布的秦嶺巖群、寬坪巖群、二郎坪巖群以及丹鳳巖群等巖石地層單元構(gòu)成。其中的秦嶺巖群形成于古元古代（2 000～2200Ma），主要由片麻巖、斜長角閃巖和大理巖組成，變質(zhì)程度達角閃巖相，局部可達麻粒巖相，代表秦嶺造山帶的古老結(jié)晶基底，并受到新元古代(1 000～ 800 Ma)和古生代造山作用的強烈改造[11，12]。目前己在該古老構(gòu)造塊體中發(fā)現(xiàn)多個新元古代時期形成的花崗巖體[6，13-15]，由東向西依次出露有寨根、德河、牛角山、石槽溝、黃柏岔和蔡凹等巖體(圖1)。
與其他巖體明顯不同，蔡凹花崗巖體出露于該構(gòu)造塊體最西部，呈一近似橢圓狀出露在陜西丹鳳縣以北的蔡凹以東地帶。巖體無明顯變形，基本不發(fā)育類似片麻理的定向構(gòu)造，其與秦嶺群變質(zhì)巖的侵入關(guān)系仍清晰可見。巖石具中粗粒塊狀構(gòu)造，由花崗閃長巖和二長花崗巖構(gòu)成，主要礦物組成為：石英20%士、鉀長石20%～30％、斜長石45%～55％、角閃石8％～10％，黑云母3％～5％；副礦物以磷灰石、鋯石、榍石及磁鐵礦組合為特征。
2 樣品采集及分析
選擇4件代表性樣品在西北大學(xué)大陸動力學(xué)教育部重點實驗室進行了主量和微量元素分析。除FeO和燒失量(LOI>采用標準濕化學(xué)法分析外，其他主量元素用制成的堿熔玻璃片在日本理光RIX2100 XRF儀上測定，并經(jīng)BCR一2和GBW07105標樣監(jiān)控，元素分析誤差<5％。微量元素在美國Perkin Elmer公司Elan 6100DRC ICP-MS上分析測定，測試過程經(jīng)AVG-1, BCR-1和BHVO-1國際標樣監(jiān)控，同時作空白樣進行質(zhì)量監(jiān)控，詳細的分析方法見Gao S等[16]。Co, Ni, Zn,Ga,Rb,Y,Zr,Nb, Hf,Ta和REE(除Hf和Lu)等元素分析精度優(yōu)于5％，其他低濃度元素的分析精度介于5％-10％。
錯石U-Pb定年樣品與地球化學(xué)1號樣品采集地相同，樣品重8～10 kg，先在實驗室將樣品粉碎至80～100目經(jīng)常規(guī)浮選和磁選方法分選后，在雙目鏡下選擇出晶型完好無色透明的長柱狀錯石顆粒。錯石樣靶的制作與SHRIMP樣品靶制作過程[17]基本相同，但拋光后的樣靶無需鍍金。鋯石U-Pb同位素分析在西北大學(xué)大陸動力學(xué)教育部重點實
驗室利用GeoLas200M激光剝蝕系統(tǒng)與EIAN6100 DRC ICP-MS連接測定。儀器的性能、工作參數(shù)及測試條件見袁洪林等[]18]。測試中采用人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質(zhì)NIST SRM610進行儀器最佳化。采樣方式為單點剝蝕，數(shù)據(jù)采集選用一個質(zhì)量峰一點的跳峰方式(peak jumping)。鋯石U-Pb年齡測定用國際標準鋯石91500作外標校正，每測定4～5個分析點后插入一次標樣測定，以確保標準和樣品的儀器條件完全一致。此外，在所測鋯石樣品分析點前后各測2次NIST SRM610，同時以29Si作內(nèi)標測定鋯石的U、Th和Pb的含量。
3 結(jié)果
3.1LA-ICPMS鋯石U-Pb定年
3.1.1鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)及微量元素
用以定年的鋯石均為長柱狀、無色透明自形晶，顆粒長寬比介于2 ：1～4 ：1。鋯石的陰極發(fā)光圖像顯示巖漿結(jié)晶成分環(huán)帶特征，個別鋯石晶體內(nèi)有不規(guī)則狀殘留鋯石出現(xiàn)。其中，具巖漿環(huán)帶鋯石的稀土含量高((435. 91～1 300. 67) X 10-6), HREE強烈富集，Ce正異常和Eu負異常明顯，呈現(xiàn)輕稀土虧損重稀土強烈富集的左傾譜型(圖2)。這些鋯石的P, Y,Hf,Th及U豐度高、變化范圍寬，并有很高的Th/U比值(>0.1)（表1）。因此，所選用的鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及微量元素特征一致反映它們?yōu)閹r漿成因鋯石[19~23]。
3.1.2鋯石的年齡
采用GLITTER (ver4. 0, Macquarie Universi-ty)程序?qū)︿喪耐凰乇戎导霸睾窟M行計算，并按照Andersen Tom的方法[24]，用LAM-ICPMSCommon Lead Correction (ver3. 15)對其進行了普通鉛校正，年齡計算及諧和圖采用Isoplot/Ex(ver2. 94)[25]完成。校正后的錯石顆粒樣品數(shù)據(jù)點基本落于諧和線上或其附近(圖2)。鑒于鋯石的207 Pb和235U含量較低，儀器檢出限以及207 Pb的計數(shù)會對測試結(jié)果產(chǎn)生影響，且鋯石207 Pb /206 Pb年齡受普通鉛的影響很大，因此采用206 Pb/238 U的年齡值作為巖體定年結(jié)果(表2)。由此得到的12顆鋯石樣品206 Pb/238 U年齡十分一致，獲得的平均加權(quán)年齡為(889士10) Ma(2a)(2σ)，代表了該巖體的形成年齡。
3.2元素地球化學(xué)
3. 2. 1主量元素
4個代表性樣品的ω(SiO2)變化于70. 12%～72. 54%，ω (K, O+Na2 O)=7. 2%～8. 3％，ω(CaO) = 1. 9 2％ ～ 2. 47 ％(表3)，在P-Q分類圖中落在花崗閃長巖和二長花崗巖區(qū)(圖3a)。巖石總體顯示了高硅(ω(SiO2)>70％),鋁(ω(A1203 ) >14％，ACNK＝1.00～1.03，ASI＝1.80～2.92)和高堿(MALI = 4. 75 ～ 6. 40)的特征，鉀略高于鈉(ω(K, O)/ ω(Na, 0)=0. 7～1. 1)，在相關(guān)花崗巖判別圖中屬中到高鉀的過鋁質(zhì)鈣堿性花崗巖(圖3b，c，d)。
3.2.2稀土及微量元索
蔡凹巖體稀土總量較高（ω（ΣREE）=（171. 52～256. 72) X 10-6 ），輕重稀土強烈分異（LaN/YbN＝45. 50～60. 86 ），,弱或中等鉑負異常（δEu=0.50～0.74），顯示中等負鉑異常的右傾稀土譜型（圖3a ）。巖體相對富集大離子不相容元索（LILE）、貧化.高場強元索（H FSE）。低Y（ω（Y）＝（7. 56～13. 1）×10-6）和Yb（（0.53～0.94）×10-6），Sr/Y（ω（Sr）/ω（Y）＝32.21～58.27），Rb/Sr（ω（Rb）/ω（Sr）＝0.30～0.39）和Ba/La（ω（Ba）/ω（La）＝7.25～16.69）比值高。在原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖中呈現(xiàn)Rb、Ba、Th、K相對于LREE富集、其它HFSE向右逐漸降低并有Ba、Nb、P、Ti明顯負異常的譜型（圖4b）。
4 討論
本文獲得的樣品測試結(jié)果與張宏飛等[13]所得測試結(jié)果基本一致，反映蔡凹花崗巖相對高鋁（ω（Al2O3））＝14. 52%～15. 10%)、堿（ω（K2O+Na2O）＝7. 2%～8. 3）和Sr（ω（Sr）＝（417～465）×10-6），富集輕稀土元索和大離子親石元索、虧損高場強元索，總體具消減帶巖漿生成物相對富集LILE、貧化HFSE及虧損Nb、Ta的特征[21-32]根據(jù)張宏飛等測得的該巖體的Sr、Nd[13]，經(jīng)過889Ma年齡重新計算，獲得該巖體Ni（87Sr）/Ni（86Sr）＝0.7036，ε（Nd，t）＝5.62，指示巖漿源區(qū)與虧損幔源物質(zhì)相關(guān)。這表明，蔡凹花崗巖體的巖漿源區(qū)與虧損慢源物質(zhì)參與的消減帶組分存在密切相關(guān)。另一方面，該巖體又有非常低的Y（（7. 56～13. 1）×10-6）和Yb（（0. 53～0. 94）×10-6）以及高LaN /YbN （45. 5～60. 86），Sr/Y （32. 21～58. 27），Rb/Sr（0. 30～0. 39）和Ba/La（7. 25～16. 96）比值，具有地殼增厚條件下底侵玄武巖質(zhì)下地殼熔融形成的埃達克巖的高Sr、 Sr/Y、 La/Yb和低Y、Yb特征[33-35]。根據(jù)試驗巖石學(xué)研究，凡造成富Al，高Sr、低Y和Yb巖石的巖漿源區(qū)熔融殘留體中將有大量石榴石殘留礦物相的存在，其形成壓力在1. 0 ～1. 2 GPa以以上[36.37]。因此，.蔡凹花崗巖體所具有富集LREE、 高度虧損HREE指示其巖漿源區(qū)殘留相有富集重稀土組成的石榴石礦物相的出現(xiàn)，其形成深度在50km以上。前人所確定的新元古代旱期北秦嶺地區(qū)高壓變質(zhì)作用[38-40]的出現(xiàn)也證明，在蔡凹花崗巖體形成之前該區(qū)確曾發(fā)生有快速短暫的地殼物質(zhì)俯沖理深并導(dǎo)致地殼縮短增厚作用。
通常在多數(shù)情況下，高壓造山帶（如阿爾卑斯和喜馬拉雅造山帶）地殼增厚背景下規(guī)模不大的小花崗巖體的形成主要為下地殼物質(zhì)的K、Th、U等放射性生熱元素產(chǎn)生的熱量作用下減壓熔融形成，且當(dāng)花崗巖的ω（Al2O3）/ω（TiO2）<100時，其形成溫度>875℃以上[42]。蔡凹花崗巖體富Sr（（417～465）×10-6）、低Y和Yb，ω（Al2O3）/ω（TiO2）<100（32. 83～54. 74），指示該巖體的形成可能是由于碰撞過程導(dǎo)致地殼快速縮短增厚背景下，于碰撞后期相對“松弛階段”，由于地慢上隆致使卷入有碰撞之前形成的消減帶組分的下地殼物質(zhì)溫度升高而發(fā)生部分熔融所致，這與后碰撞階段形成的花崗巖體源區(qū)除有新生地殼的加入外還有早期消減帶形成物質(zhì)的參與相一致[43]。該巖體與板塊主碰撞之后應(yīng)力相對松弛的后碰撞階段形成的高鉀鈣堿性花崗巖（KCG）礦物組合[44]相一致，以斜長石、石英、鉀長石、角閃石和黑云母為主，副礦物有鋯石、磷灰石、榍石和磁鐵礦。原始地慢蛛網(wǎng)圖具富集LILE，貧化HFSE、Nb、P、Ti明顯虧損的后碰撞高鉀鈣堿性花崗巖圖譜特征（圖3b），也顯示后碰撞高鉀鈣堿性I型花崗巖的特征[45.46]。所有證據(jù)表明，蔡凹巖體是秦嶺新元古代碰撞造山強烈擠壓之后后碰撞階段巖漿作用的產(chǎn)物。張宏飛等[13]曾經(jīng)獲得600～650 Ma的Rb-Sr年齡，并認為其形成與俯沖作用有關(guān)。鑒于北秦嶺歷經(jīng)長期復(fù)雜演化并發(fā)生多期構(gòu)造熱事件，Rb-Sr年齡所代表的意義還有待進一步探討。囚此，蔡凹巖體形成的構(gòu)造環(huán)境和意義應(yīng)進行重新認識。本文對蔡凹巖體獲得所鋯石U-Pb年齡（889士10） Ma，應(yīng)該代表其形成年齡。
目前，在北秦嶺構(gòu)造帶秦嶺巖群和寬坪巖群等不同地層單元中均已獲得大量1 000 Ma左右的變質(zhì)年齡[10.47],。它們與新元古代早期在北秦嶺構(gòu)造帶發(fā)生的一次廣泛角閃巖相區(qū)域變質(zhì)作用時限相同[49]。最近，又在北秦嶺構(gòu)造帶發(fā)現(xiàn)丁新元古代早期形成的北北西向強烈區(qū)域變形作用的遺跡[5]。該期強烈的變形作用造成于959～900Ma時期的牛角山、德河、寨根及石槽溝等花崗巖體發(fā)生強烈變形，以致這些巖體呈線狀產(chǎn)出（圖1），并發(fā)育透入性片麻巖。這些巖體均相對高硅，富堿、鋁，顯示同碰撞S型花崗巖特征[4、5、9、48]。顯然，它們的形成以及強烈的區(qū)域變質(zhì)變形作用代表北秦嶺區(qū)新元古代早期主碰撞造山事件[4～6]。與此相反，蔡凹巖體與早期形成的強烈變形線狀S型花崗巖體不同，其平面形態(tài)呈近似的橢圓狀（圖1），巖體內(nèi)部具塊狀構(gòu)造，無強烈的區(qū)域變形構(gòu)造（如片麻理），直觀表征了巖體變形改造很弱的特征，說明該巖體形成后并末受到這次強烈變形事件的改造。所以，從構(gòu)造特征分析，該巖體是同碰撞強變形時期后的產(chǎn)物，其鋯石U-Pb年齡（889±10）Ma對此也提供了有利的年代學(xué)證據(jù)。因此，結(jié)合巖體的地球化學(xué)特征，從由強變形富鋁S型花崗巖到弱變形高鉀鈣堿性I型花崗巖演化特點綜合分析，蔡凹I型花崗巖應(yīng)形成于主碰撞造山強烈擠壓后的后碰撞構(gòu)造環(huán)境，是后碰撞階段由于地殼增厚致使下部地殼基性物質(zhì)部分熔融后侵入的產(chǎn)物，其形成標志著北秦嶺區(qū)新元古代早期的強烈主碰撞階段已經(jīng)結(jié)束，并在889 Ma期間進入到山擠壓向伸展轉(zhuǎn)變的后碰撞造山階段。
王濤等[4.5]基于北秦嶺區(qū)現(xiàn)今已發(fā)現(xiàn)的大量新元古代花崗巖體的變形及其地球化學(xué)特征，提出了秦嶺新元古代花崗巖山S型－1型－A型花崗巖的成因演化系列，并將這一演化過程與同碰撞（擠壓）－晚碰撞（松弛階段）－后碰撞（拉伸）的構(gòu)造動力學(xué)背景相聯(lián)系。近年，又在陜西西部周至地區(qū)的北秦嶺構(gòu)造帶發(fā)現(xiàn)了類似于東部豫陜交界地區(qū)的同構(gòu)造S型新元古代花崗巖體[9]。然而，有關(guān)該時期這一花崗巖體演化系列中不多的1型花崗巖體在其他地區(qū)還末發(fā)現(xiàn)，豫陜交界地區(qū)所確定的新元古代1型花崗巖體的形成年代還存有爭議[9]。顯然，蔡凹后碰撞花崗巖的確定不但為該成因演化系列1型花崗巖的存在提供了可靠的地質(zhì)證據(jù)，而且這一認識對現(xiàn)有秦嶺新元古代碰撞造山過程的細化也是一個補充。因此，北秦嶺區(qū)蔡凹后碰撞1型花崗巖體的形成標志著北秦嶺新元古代強烈碰撞匯聚事件于889 Ma時期已基木結(jié)束，而后，秦嶺地區(qū)大范圍出現(xiàn)大陸溢流型火山巖[8.49.50]，并伴有大量800 Ma左右代表伸展拉張作用巖漿活動[51.52]以及A型花崗巖[53] 的形成，反映秦嶺地區(qū)一次更大范圍伸展裂解作用的開始，表明秦嶺已進入更為廣泛的伸展裂解階段。這種構(gòu)造環(huán)境的演變不僅揭示了秦嶺地區(qū)新元古代古陸塊匯聚與裂解的過程，同時也為中國古陸塊在新元古代時期的匯聚與裂解乃至全球Rodinia事件在秦嶺地區(qū)的響應(yīng)提供了重要證據(jù)。
5 結(jié)論
北秦嶺地區(qū)的牛角山、德河、寨根、石槽溝、蔡凹等花崗巖體反映該區(qū)新元古代早期一次重要構(gòu)造巖漿熱事件。牛角山、德河、寨根、石槽溝等強變形線狀富鋁同碰撞S型花崗巖（950～900 Ma）的形成代表早期強烈匯聚主碰撞造山階段的產(chǎn)物；形成于889 Ma的蔡凹花崗巖體具后碰撞高鉀鈣堿性花崗巖高鋁、富堿和Sr，富集輕稀土和大離子親石元索、貧化高場強元索和明顯虧損Nb、P、Ti的特征，是主碰撞晚期地殼縮短明顯增厚的下部地殼物質(zhì)熔融的產(chǎn)物。它的形成標志發(fā)生于北秦嶺區(qū)新元古代早期的強烈主碰撞擠壓造山作用已基木結(jié)束，并進入到由擠壓向伸展轉(zhuǎn)變的后碰撞造山階段，反映了北秦嶺在新元古代早期較短時間內(nèi)經(jīng)歷了由強烈擠壓主碰撞到后碰撞伸展造山過程。而后，秦嶺進入了更為廣泛的伸展裂解階段。這一認識對現(xiàn)有秦嶺新元古代碰撞造山過程的細化是一個補充，也對深入探討秦嶺地區(qū)新元古代古陸塊的匯聚與裂解乃至中國大陸對Rodinia事件的響應(yīng)提供了重要依據(jù)。
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