方博文，張 賀，葉日勝，王 巖，陳福坤

(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 地球和空間科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230026)

南秦嶺老城花崗巖成因：鋯石U-Pb年齡和Sr-Nd同位素的制約

方博文，張 賀，葉日勝，王 巖，陳福坤

(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 地球和空間科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230026)

老城巖體出露于南秦嶺寧陜地區(qū)，屬于五龍巖體群的重要組成部分。巖體的不同巖性單元均含有大量暗色微粒包體。鋯石U-Pb年齡分析結(jié)果顯示，寄主巖石形成年齡為213～219 Ma，其包體的鋯石結(jié)晶年齡為211 Ma，屬于早中生代五龍巖體群巖漿作用中期產(chǎn)物。巖石地球化學(xué)分析顯示：寄主巖石的主體為花崗閃長巖和石英二長巖，具有低Si、弱過鋁質(zhì)、富堿和高M(jìn)g#值(52～67)的地球化學(xué)特征，屬于高鉀鈣堿性系列Ⅰ型花崗巖；暗色包體主要為閃長質(zhì)成分，具有低SiO2(53.64%～62.40%)、富堿和高M(jìn)g#值(63～72)的地球化學(xué)特征，屬于鉀玄巖巖石系列。暗色包體與其對應(yīng)的寄主巖石相比具有相對較低的初始N(87Sr)/N(86Sr)值(0.704 66～0.705 82)、較高的εNd(t)值(-4.3～-1.6)和高M(jìn)g#值，顯示形成包體的原始巖漿可能源于幔源玄武質(zhì)巖漿。Sr-Nd同位素地球化學(xué)特征顯示，寄主巖石和包體之間發(fā)生過明顯的成分交換，使這些成分在二者中大體達(dá)到平衡。對比南秦嶺基底巖石的初始Sr-Nd同位素比值，推測老城花崗巖巖漿源區(qū)主要是新元古代基性下地殼物質(zhì)。包體和寄主巖石的關(guān)系顯示，巖漿混合可能為基性巖漿注入到已經(jīng)開始結(jié)晶的酸性巖漿，兩種巖漿發(fā)生不完全混熔，形成了寄主巖石和暗色基性包體。

地球化學(xué)；花崗巖；寄主巖石；包體；早中生代；鋯石U-Pb年齡；Sr-Nd同位素；南秦嶺

0 引 言

秦嶺造山帶是中國大陸中部中央造山帶的重要組成部分，多期造山旋回使該區(qū)巖漿巖出露廣泛，同時(shí)也形成了多期成礦作用，因此，備受中外地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注。秦嶺造山帶是由揚(yáng)子地塊與華北克拉通及其之間的中小塊體經(jīng)過元古代至中生代的長期裂解和拼合作用而形成，由北向南依次分為華北陸塊南緣、北秦嶺以及南秦嶺3個(gè)地體[1]。區(qū)內(nèi)花崗巖類分布廣泛，主要由新元古代(710～980 Ma)、古生代(400～510 Ma)和中生代(100～250 Ma)花崗巖體組成[2]。其中，早中生代花崗巖體在南秦嶺地區(qū)有大面積出露，而這些花崗巖體的形成與三疊紀(jì)揚(yáng)子板塊、南秦嶺板塊的碰撞拼貼作用相關(guān)[3-5]。盡管對南秦嶺早中生代花崗巖體的研究眾多，但是在有關(guān)早中生代花崗巖體的成因以及晚三疊世南秦嶺深部動力學(xué)背景的認(rèn)識上仍存在很大爭議，主要觀點(diǎn)包括：勉略洋殼向南秦嶺俯沖過程中形成弧形巖漿巖類[6-7]；揚(yáng)子板塊與南秦嶺地塊碰撞拼貼之后，巖石圈拆沉導(dǎo)致下地殼部分熔融[8-10]；與勉略洋俯沖階段，幔源巖漿發(fā)生底侵，導(dǎo)致增厚下地殼發(fā)生大規(guī)模部分熔融有關(guān)[11-12]。

老城巖體是出露于南秦嶺峰腰部位五龍巖體群的重要組成部分，東側(cè)緊鄰胭脂壩巖體，出露面積達(dá)520 km2。盡管部分學(xué)者對該巖體的年代學(xué)和成因進(jìn)行了相關(guān)研究[13-17]，但是在老城巖體的結(jié)晶年齡、巖石成因以及相關(guān)的深部動力學(xué)背景認(rèn)識上仍存在較大爭議。首先，關(guān)于老城巖體的成巖時(shí)代問題，一些學(xué)者基于不同的同位素體系以及定年方法對老城巖體的成巖年齡提出了不同觀點(diǎn)：基于黑云母Ar-Ar等時(shí)線定年，將巖體年齡定位為149 Ma，屬于燕山期[13]；根據(jù)礦物Rb-Sr等時(shí)線年齡將巖體形成時(shí)代定位為172 Ma，屬于燕山期[14]；基于SHRIMP鋯石U-Pb定年，將巖體形成時(shí)代限定為217.6 Ma[15]；根據(jù)LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，將老城花崗巖巖漿作用分為兩期，早期為花崗閃長巖侵入，結(jié)晶年齡為216～221 Ma，晚期為二長花崗巖，結(jié)晶年齡為210 Ma[16]。另外，對于老城巖體的物質(zhì)來源以及成巖構(gòu)造背景問題也存在不同的認(rèn)識：張宏飛等認(rèn)為整個(gè)五龍巖體群(包括光頭山、留壩、西壩、華陽、五龍、東河臺子、老城和胭脂壩巖體)的巖漿物質(zhì)來源主要為南秦嶺地塊的深部地殼物質(zhì)，并且表現(xiàn)出從東部到西部古老地殼物質(zhì)的參與比例逐漸升高的趨勢[17]；Yang等通過對老城巖體詳細(xì)的鋯石Hf同位素及U-Pb年代學(xué)研究，將老城花崗巖劃分為兩期巖漿活動，第一期216～221 Ma巖漿巖主要來自中新元古代古老下地殼物質(zhì)的熔體和虧損地幔來源巖漿的混合，其形成與勉略洋殼閉合有關(guān)，第二期約210 Ma巖漿巖的形成與從擠壓向伸展轉(zhuǎn)換的同碰撞造山構(gòu)造環(huán)境有關(guān)[16]；Jiang等通過對秦嶺造山帶晚三疊世花崗巖(包括翠華山、曹坪、東江口、老城、胭脂壩花崗巖)的系統(tǒng)研究，認(rèn)為老城花崗巖主要由俯沖的勉略洋殼部分熔融所形成的弧形巖漿與部分熔融的下地殼物質(zhì)混合形成的[15]。盡管前人對老城巖體進(jìn)行了不同程度的研究，并獲得了一系列同位素證據(jù)，然而對于該巖體出露的一些中酸性侵入體及其暗色包體的研究較為匱乏?；谇叭藢铣菐r體的研究和認(rèn)識，本文對該巖體進(jìn)行了詳盡的野外調(diào)查和采樣，通過對老城巖體中出露的暗色包體及其寄主巖石進(jìn)行鋯石U-Pb定年以及全巖主量、微量元素和Sr-Nd同位素地球化學(xué)分析研究，系統(tǒng)討論了老城巖體出露的暗色包體及其寄主巖石的成巖年齡、巖石成因類型和源區(qū)性質(zhì)，以期揭示老城巖體成巖構(gòu)造背景以及南秦嶺地塊晚三疊世的深部地球動力學(xué)機(jī)制。

圖件引自文獻(xiàn)[16]，有所修改圖1 秦嶺造山帶以及老城巖體地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological Sketch Maps of Qinling Orogenic Belt and Laocheng Pluton

1 地質(zhì)背景和巖相學(xué)特征

秦嶺造山帶基本構(gòu)造單元的劃分可以稱為“三塊兩帶”結(jié)構(gòu)，“三塊”包括華北板塊、秦嶺板塊和揚(yáng)子板塊，“兩帶”指商丹縫合帶和勉略縫合帶，其中秦嶺板塊被洛南—欒川斷裂和商丹縫合帶分為華北陸塊南緣、北秦嶺和南秦嶺3個(gè)小型地塊(圖1)[1,6]。南秦嶺地塊北部以商丹縫合帶為界，南部以勉略縫合帶為界，區(qū)內(nèi)具有雙層前寒武紀(jì)基底，即早前寒武紀(jì)魚洞子群、陡嶺群、佛坪雜巖等古老結(jié)晶基底和中晚前寒武紀(jì)等過渡性變質(zhì)變形基底，沉積蓋層主要包括震旦系以來的海相碳酸鹽層以及海陸交互相的碎屑巖碳酸鹽互層[1,5]。魚洞子群是南秦嶺報(bào)道的最古老巖群，出露于勉略縫合帶南側(cè)，主要由斜長角閃巖、磁鐵石英巖以及變粒巖等巖石類型組成，一些學(xué)者對該巖群中的斜長角閃巖以及磁鐵石英巖的定年結(jié)果指示魚洞子群為晚太古代(2.6～2.7 Ga)巖群[18-19]；陡嶺群為一套角閃巖相的變質(zhì)雜巖，主要由斜長角閃巖、花崗片麻巖以及變沉積巖組成，出露于河南西峽地區(qū)一帶，有關(guān)陡嶺群斜長角閃巖和片麻巖的年代學(xué)研究指示其原巖形成于古元古代(2.5 Ga)，并經(jīng)歷了多期變質(zhì)作用的疊加[20-21]。前寒武紀(jì)過渡性基底主要包括武當(dāng)群和耀嶺河群。武當(dāng)群出露于鄂西北一帶，主要為一套變火山巖、變沉積巖以及一些基性巖墻，而針對武當(dāng)群變沉積巖和變火山巖的定年和地球化學(xué)研究指示其形成年齡主要為新元古代[22-24]，而湖北武當(dāng)?shù)貐^(qū)基性侵入體可能具有多個(gè)期次，主要包括新元古代、古生代以及中生代[25-26]；耀嶺河群主要由一套變火山巖和變沉積巖組成，前人對變火山巖和變沉積巖的研究指示耀嶺河群可能存在約850 Ma以及630～690 Ma兩個(gè)巖石構(gòu)造單元[27]。

圖2 野外和鏡下顯微特征Fig.2 Field and Microscopic Features

南秦嶺地區(qū)發(fā)育了眾多的中生代花崗巖體，主要侵位于新元古代到古生代地層中，沿勉略縫合帶北側(cè)構(gòu)成了一條呈EW向展布的印支期花崗巖帶[圖1(a)]，由西向東依次包括光頭山巖體群、五龍巖體群和東江口巖體群，形成時(shí)代主要集中于210～225 Ma[28-29]。五龍巖體群是佛坪熱穹窿的主體，主要由華陽、西壩、五龍、老城和胭脂壩等花崗巖體組成，老城巖體出露于五龍巖體群的東端(陜西寧陜地區(qū)西北部)，侵入到中泥盆統(tǒng)上古道嶺組的條帶狀灰?guī)r及上奧陶統(tǒng)—志留系千枚巖中[圖1(b)]，近似呈長橢圓形，主體為巖基，包括兩個(gè)主要巖石組合，即花崗閃長巖組合及二長花崗巖組合[30]，野外調(diào)查可見大量閃長質(zhì)脈體侵入到石英閃長巖、花崗閃長巖及似斑狀黑云母花崗巖中，及在這些巖石中都發(fā)育大量暗色包體。

據(jù)野外及鏡下薄片觀察，發(fā)育有大量閃長質(zhì)暗色包體的寄主巖石類型為石英閃長巖、花崗閃長巖及似斑狀二長花崗巖，各類巖石中均含有較多獨(dú)立的或者成群分布的暗色閃長質(zhì)包體，這些包體呈橢圓狀、不規(guī)則狀、柳葉狀、透鏡狀、細(xì)條狀等[圖2(a)]，長軸為2～80 cm，包體與寄主巖石界線清晰，少數(shù)透鏡狀及細(xì)條狀包體與寄主巖石呈漸變過渡接觸，包體內(nèi)可見角閃石及斜長石斑晶(圖2)。石英閃長巖呈深灰色—暗灰色，表現(xiàn)為明顯的條帶狀構(gòu)造，主要礦物組合為斜長石(體積分?jǐn)?shù)約為45%)、鉀長石(約為15%)、石英(約為15%)、黑云母(約為10%)和普通角閃石(約為15%)。花崗閃長巖表現(xiàn)為灰色—灰白色，具塊狀構(gòu)造，暗色礦物含量較高(體積分?jǐn)?shù)高于15%)，主要礦物組合為斜長石(約為45%)、鉀長石(約為10%)、石英(約為25%)、黑云母(約為15%)和普通角閃石(約為5%)。似斑狀二長花崗巖呈灰白色或灰紅色，具似斑狀結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造，斑晶為斜長石或鉀長石，主要礦物組合為斜長石(體積分?jǐn)?shù)為45%～55%)、鉀長石(25%～35%)、石英(20%～30%)、黑云母(5%～15%)和普通角閃石(不高于5%)。副礦物主要有赤鐵礦、磁鐵礦、磷灰石、鋯石和少量榍石等。暗色閃長質(zhì)包體呈灰黑色，具細(xì)粒—中細(xì)粒結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造。包體中可見堿性長石斑晶，主要礦物組合為斜長石(體積分?jǐn)?shù)為50%～60%)、角閃石(10%～20%)、黑云母(10%～15%)及少量堿性長石和石英。副礦物為針狀磷灰石、榍石及鈦鐵氧化物(圖2)。磷灰石是包體中最常見的副礦物，呈細(xì)長柱狀、針狀，長寬比為10∶1～20∶1，這種磷灰石屬淬冷成因，指示暗色包體是在較大溫度梯度下快速淬火結(jié)晶而成[31]。

2 分析方法

巖石樣品主量元素分析在澳實(shí)分析檢測(廣州)有限公司實(shí)驗(yàn)室完成，氧化物含量分析采用偏硼酸鋰熔融，使用X射線熒光光譜法，相對誤差一般小于5%。微量元素分析在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國科學(xué)院殼幔物質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室ICP-MS實(shí)驗(yàn)室完成。

全巖Rb-Sr-Sm-Nd同位素化學(xué)分離在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)放射性成因同位素地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成，并應(yīng)用熱電離質(zhì)譜(MAT262)測試完成。測試過程中分別采用N(86Sr)/N(88Sr)= 0.119 4和N(146Nd)/N(144Nd)= 0.721 9校正Sr和Nd同位素質(zhì)量分餾效應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)溶液NBS987的重復(fù)測量結(jié)果為N(87Sr)/N(86Sr)= 0.710 248±0.000 012(誤差類型為2σ，樣品數(shù)為38個(gè))，標(biāo)準(zhǔn)溶液La Jolla的重復(fù)測量結(jié)果為N(143Nd)/N(144Nd)= 0.512 108±0.000 006 (誤差類型為2σ, 樣品數(shù)為25個(gè))。Sr和Nd同位素比值測量精度優(yōu)于0.003%。詳細(xì)的同位素分析流程見文獻(xiàn)[32]和[33]。

鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室完成，鋯石U-Pb同位素組成分析在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)上完成。分析測試過程中，鋯石樣品與標(biāo)樣按4∶1比例交替輪換測定，測試過程中根據(jù)所打鋯石顆粒點(diǎn)的大小選擇單點(diǎn)激光剝蝕的束斑直徑(32 μm)，同位素比值外部標(biāo)準(zhǔn)校正采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500，元素含量采用外標(biāo)NITS SRM610、內(nèi)標(biāo)29Si進(jìn)行計(jì)算。詳細(xì)的儀器參數(shù)與分析流程見文獻(xiàn)[34]～[38]。

3 結(jié)果分析

3.1 鋯石U-Pb年齡

選取4個(gè)代表性中酸性巖漿巖樣品及1個(gè)暗色閃長質(zhì)包體樣品進(jìn)行鋯石U-Pb同位素分析，分析結(jié)果見表1。根據(jù)顯微鏡觀察，老城巖體鋯石顆粒大都無色透明，晶形較好，大多數(shù)呈自形長柱狀、單錐或雙錐狀，部分樣品顆粒呈渾圓狀，顆粒粒度多為100～300 μm。陰極發(fā)光圖像顯示，鋯石具有明顯的震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，顯示典型的巖漿鋯石特征(圖3、4)。

石英閃長巖樣品LC1502(33°24′53″N，108°23′52″E)共挑選16個(gè)有效分析點(diǎn)，所有分析點(diǎn)的n(206Pb)/n(238U)年齡都較為集中，為215～222 Ma，加權(quán)平均年齡為(218.5±2.2)Ma(平均標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重偏差(MSWD)為0.2，樣品數(shù)為16個(gè))。似斑狀二長花崗巖(斑晶為斜長石)樣品LC1508(33°23′35″N，108°22′09″E)共挑選23個(gè)有效分析點(diǎn)，所有分析點(diǎn)的n(206Pb)/n(238U)年齡都較為集中，為210～222 Ma，加權(quán)平均年齡為(215.2±1.5)Ma(MSWD值為1.7，樣品數(shù)為23個(gè))。似斑狀二長花崗巖(斑晶為鉀長石)樣品LC1509(33°23′35″N，108°22′09″E)共挑選35個(gè)有效分析點(diǎn)，除了其中4顆鋯石具有較老的n(206Pb)/n(238U)年齡(227～235 Ma)外，其余31個(gè)分析點(diǎn)的n(206Pb)/n(238U)年齡都較為集中，為207～221 Ma，加權(quán)平均年齡為(213.4±1.5)Ma(MSWD值為1.4，樣品數(shù)為31個(gè))?；◢忛W長巖樣品LC1513(33°23′25″N，108°21′57″E)共挑選23個(gè)有效分析點(diǎn)，所有分析點(diǎn)的n(206Pb)/n(238U)年齡都較為集中，為212～221 Ma，加權(quán)平均年齡為(216.7±1.1)Ma(MSWD值為1.3，樣品數(shù)為23個(gè))。暗色包體樣品LC1511(33°23′35″N，108°22′09″E)共挑選27個(gè)有效分析點(diǎn)，所有分析點(diǎn)的n(206Pb)/n(238U)年齡都較為集中，為205～218 Ma，加權(quán)平均年齡為(210.8±1.3)Ma(MSWD值為0.69，樣品數(shù)為27個(gè))(圖3)。

3.2 地球化學(xué)組成

沿著巖體邊部到核部采集的8個(gè)老城巖體全巖樣品的主量元素和微量元素分析結(jié)果見表2。其中5個(gè)寄主花崗質(zhì)巖樣品的SiO2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)為60.41%～65.56%，TiO2含量為0.08%～0.13%，Al2O3含量為16.40%～19.36%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.88～1.04，Na2O含量為3.64%～4.96%，K2O含量為2.63%～3.76%，w(K2O)/w(Na2O)值為0.53～1.03，w(Na2O)+w(K2O)值為 7.06%～7.80%，里特曼指數(shù)為2.57～3.22(低于3.3)。MgO含量為1.46%～4.14%，Mg#值偏高(52～67，平均為57)。這5個(gè)樣品總體上具有低SiO2含量、弱過鋁質(zhì)、富堿等特征。在K2O-SiO2圖解[圖5(b)]中，8個(gè)樣品落入高鉀鈣堿性系列；在A/CNK-A/NK圖解[圖5(h)]中，落入準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)巖石系列范圍內(nèi)。

續(xù)表1

續(xù)表1

注：分析點(diǎn)以LC1502開頭的為石英閃長巖樣品LC1502；分析點(diǎn)以LC1508開頭的為二長花崗巖樣品LC1508；分析點(diǎn)以LC1509開頭的為二長花崗巖樣品LC1509；分析點(diǎn)以LC1511開頭的為暗色包體樣品LC1511；分析點(diǎn)以LC1513開頭的為花崗閃長巖樣品LC1513；w(·)為元素或化合物含量;N(·)/N(·)為同一元素同位素比值，N(·)為該元素的原子豐度；n(·)/n(·)為不同元素同位素比值，n(·)為元素的物質(zhì)的量。

圖3 鋯石U-Pb年齡諧和曲線和年齡分布Fig.3 Zircon U-Pb Concordia Diagrams and Distributions of Ages

注：wtotal為主量元素總含量；w(·)N為元素含量球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的值。

圖4 鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.4 CL Images of Zircons

寄主花崗巖樣品顯示相似的稀土元素配分模式，整體呈明顯右傾，輕、重稀土元素分餾明顯。w(Sr)/w(Y)值為34.22～53.92，Sr含量為(646～929)×10-6，Y含量為(15.52～20.62)×10-6，Yb含量為(0.85～1.53)×10-6，w(La)N/w(Yb)N值為17.85～22.43，w(La)N/w(Sm)N值較高(4.24～4.72)，w(Gd)N/w(Yb)N值為2.70～3.33，表明輕稀土元素之間的分餾相對明顯，而重稀土元素之間存在一定的分餾；Eu異常為0.79～0.87，呈弱的負(fù)異常。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上，老城巖體均顯示富集大離子親石元素(LILE)、Zr和Hf，虧損Nb、P、Ti等高場強(qiáng)元素(圖6)。

3個(gè)暗色包體樣品(樣品LC1501、LC1511、LC1512)的SiO2含量為53.64%～62.40%，鋁飽和指數(shù)為1.01～1.02，在K2O-SiO2圖解中落入鉀玄巖系列；樣品具有較高的Mg#值(63～72)，MgO含量為2.96%～7.91%，TiO2含量為0.66%～0.96%，總體上具有富K、富堿和高M(jìn)g#的中性巖漿巖組分特征。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式中，這3個(gè)樣品整體呈明顯右傾，輕、重稀土元素分餾明顯。w(Sr)/w(Y)值為26.88～30.34，Sr含量為(594～853)×10-6, Y含量為(20.23～28.11)×10-6，Yb含量為(1.10～2.19)×10-6，w(La)N/w(Yb)N值為13.27～21.32，w(La)N/w(Sm)N值較高(3.33～5.41)，w(Gd)N/w(Yb)N值為2.65～3.58，表明輕、重稀土元素之間的分餾相對明顯；Eu異常為0.65～0.90，呈弱的負(fù)異常。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中，閃長質(zhì)暗色包體樣品具有與寄主花崗巖樣品相似的特征，均顯示富集大離子親石元素、Zr和Hf，Nb、P、Ti等高場強(qiáng)元素明顯負(fù)異常(圖7)。

老城巖體Sr-Nd同位素分析結(jié)果見表3。寄主巖石全巖n(87Rb)/n(86Sr)值及N(87Sr)/N(86Sr) 值分別為0.268 069～0.531 343和0.705 639～0.706 681；n(147Sm)/n(144Nd)值及N(143Nd)/N(144Nd)值分別為0.106 60～0.113 97和0.512 299～0.512 386；當(dāng)校正到巖漿結(jié)晶年齡為215 Ma時(shí)，初始N(87Sr)/N(86Sr)值和初始εNd值(εNd(0))分別為0.704 82～0.705 51和-4.3～-2.5；所有樣品的虧損地幔Nd兩階段模式年齡(TDM2)為1.21～1.35 Ga。暗色包體n(87Rb)/n(86Sr)值及N(87Sr)/N(86Sr) 值分別為0.201 906～0.594 516和0.705 267～0.707 451；n(147Sm)/n(144Nd)值及N(143Nd)/N(144Nd)值分別為0.103 07～0.117 30和0.512 307～0.512 446；當(dāng)校正到包體結(jié)晶年齡為211 Ma時(shí)，初始n(87Rb)/n(86Sr)值和初始εNd值分別為0.704 66～0.705 82和-4.3～-1.6；虧損地幔Nd兩階段模式年齡為1.12～1.34 Ga。

4 討 論

4.1 暗色包體的形成時(shí)代和成因

南秦嶺老城巖體的暗色包體具有典型的巖漿包體巖相學(xué)特征，含有角閃石、斜長石等巖漿結(jié)晶礦物。老城花崗巖體及其暗色包體鋯石U-Pb年代學(xué)分析數(shù)據(jù)表明，其寄主巖石鋯石U-Pb同位素年齡為213～219 Ma，而包體結(jié)晶年齡為211 Ma，略晚于寄主巖石的結(jié)晶年齡。鋯石陰極發(fā)光圖像顯示，這些鋯石均具有明顯的震蕩生長環(huán)帶，都屬于巖漿鋯石。

關(guān)于花崗質(zhì)巖石中的暗色包體成因機(jī)制，目前主要存在4種不同觀點(diǎn)[39-41]：①源巖殘留體，指地殼巖石發(fā)生深熔作用后殘留下來的難熔殘余物，常見于與混合巖伴生的S型花崗巖中，表明深熔作用產(chǎn)生的花崗巖地殼成因；②圍巖捕虜體，指巖漿上升侵位過程中捕獲的外來巖石碎塊，這些碎塊常常來源于巖漿侵入的圍巖，常發(fā)現(xiàn)于巖體邊部，與寄主巖石界線截然，較易識別；③早期巖漿結(jié)晶產(chǎn)物，又稱析離體或同源包體，具有巖漿結(jié)構(gòu)，包體大小變化較大，多為橢球狀，常見長石斑晶；④幔源鐵鎂質(zhì)巖漿結(jié)晶產(chǎn)物，多發(fā)生于長英質(zhì)巖漿與幔源巖漿混合時(shí)未被完全消化的產(chǎn)物，成因復(fù)雜，是學(xué)術(shù)界主要的爭論點(diǎn)之一，即這類包體能否作為巖漿混合的證據(jù)存在爭議。

老城巖體中的暗色包體屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)巖石，未見富鋁難熔礦物，野外及鏡下均未發(fā)現(xiàn)變晶結(jié)構(gòu)和片理構(gòu)造等，包體多呈橢圓狀或透鏡狀塑性變形特征，單個(gè)包體與寄主巖石的界線清晰，部分包體發(fā)育巖漿淬冷作用下形成的冷凝邊。包體與寄主巖石具有不連續(xù)的化學(xué)成分(二者之間缺少SiO2含量(54%～60%)，是中性巖石類型)；相對寄主巖石，包體具有更低的SiO2含量,以及更高的MgO、TiO2、Cr、Ni含量(圖4)，富集大離子親石元素和輕稀土元素，表明其可能來自于富集地幔源區(qū)。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式表明，它們應(yīng)該來源于地幔物質(zhì)的部分熔融作用產(chǎn)生的中基性巖漿，巖石為鉀玄巖系列，配分模式中可見包體與寄主巖石具有相似的曲線特征；但在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中可見暗色包體較寄主巖石更富集大離子親石元素、更虧損高場強(qiáng)元素的特征(圖6)。巖漿演化方式表明，形成包體的巖漿和形成寄主巖石的巖漿是不同源的，包體沒有按照玄武巖漿的結(jié)晶分異趨勢進(jìn)行演化，而是和寄主巖石一樣位于幔源巖漿和殼源巖漿混合曲線附近，并顯示出良好的線性關(guān)系[46]。包體靠近基性端元，寄主巖石分布在殼源端元，這種特征顯示包體是幔源巖漿受到殼源巖漿不同程度混染形成的[46，49-51]。此外，圖6中還顯示包體在冷卻過程中并沒有發(fā)生明顯的結(jié)晶分異作用。另一方面，包體與寄主巖石相比具有明顯高的w(Nb)/w(Ta)值(17.5～22.9)，而Nb與Ta都是高場強(qiáng)穩(wěn)定元素，離子半徑和地球化學(xué)性質(zhì)極為相近，在沒有外來物質(zhì)加入的前提下，以及不含有金紅石等富集Nb、Ta的副礦物結(jié)晶分離情況下，巖漿演化的結(jié)晶分異過程中w(Nb)/w(Ta)值可以保持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍，而包體的w(Nb)/w(Ta)值明顯高于寄主巖石，也表明包體與寄主巖石分別起源于不同源區(qū)，因此，寄主巖石與包體可能為兩種不同端元的混合產(chǎn)物。主量元素氧化物與SiO2圖解顯示包體和寄主巖石中的主要氧化物含量呈明顯線性關(guān)系(圖5)。兩種巖漿在混合過程中，酸性巖漿組分向基性巖漿中擴(kuò)散，致使基性巖漿在擴(kuò)散過程中或之前結(jié)晶出的鐵鎂礦物處于不平衡狀態(tài)；隨著巖漿的混合，基性巖漿結(jié)晶出的礦物逐漸被酸性礦物替代，同時(shí)原始酸性巖漿的成分也受到包體基性巖漿的改造而出現(xiàn)較多的鐵鎂礦物以及相對正常花崗巖漿更低的SiO2含量，因此，包體巖漿及寄主巖石巖漿的成分并不能完全代表原始巖漿的成分。

圖件引自文獻(xiàn)[42]和[43]，有所修改圖5 主量元素相關(guān)圖解Fig.5 Correlation Diagrams of Major Elements

ws為樣品含量；wc為球粒隕石含量；wp為地幔原始含量；原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值引自文獻(xiàn)[44];球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值引自文獻(xiàn)[45]； 同一圖中相同線條對應(yīng)不同樣品圖6 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.6 Chondrite-normalized REE Pattern and Primitive Mantle-normalized Trace Element Spider Diagram

圖件引自文獻(xiàn)[46]～[48]，有所修改圖7 FeO-MgO圖解及Mg#-SiO2圖解Fig.7 Diagrams of FeO-MgO and Mg# -SiO2

樣品編號巖石類型w(Rb)/10-6w(Sr)/10-6n(87Rb)/n(86Sr)N(87Sr)/N(86Sr)初始N(87Sr)/N(86Sr)w(Sm)/10-6w(Nd)/10-6n(147Sm)/n(144Nd)N(143Nd)/N(144Nd)εNd(t)TDM2/GaLC1502石英閃長巖1118370.3842930.7066810.705516.032.30.112970.512299-4.31.35LC1508二長花崗巖1076740.4587560.7063190.704924.324.70.106600.512339-3.41.28LC1509二長花崗巖869290.2680690.7056390.704825.530.60.108660.512386-2.51.21LC1510二長花崗巖716460.3196670.7061280.705155.329.70.108390.512299-4.21.35LC1513花崗閃長巖1106010.5313430.7065520.704934.625.10.110470.512350-3.31.27LC1501暗色包體1367100.5537970.7074510.705768.342.70.116800.512307-4.31.34LC1511暗色包體608530.2019060.7052670.704669.046.50.117300.512446-1.61.12LC1512暗色包體1225940.5945160.7066420.704825.733.20.103070.512351-3.01.26

注：εNd(t)為年齡t對應(yīng)的εNd值。

魚洞子群數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[18]；陡嶺群數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[55]；碧口群數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[56]；武當(dāng)群數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[57]～[59]； 耀嶺河群數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[27]和[58]；t=215 Ma圖8 初始Sr-Nd同位素圖解Fig.8 Diagrams of Initial Sr-Nd Isotope

另外，同位素特征也指示了上述結(jié)果。南秦嶺老城巖體中暗色包體的初始N(87Sr)/N(86Sr)值和εNd值與寄主巖石差別不大，二者應(yīng)該發(fā)生過同位素均一化，這種現(xiàn)象可能是由于在巖漿混合過程中同位素比主量、微量元素具有更快的交換速率，更容易混合均一[52-54]。然而，除了樣品LC1501與寄主巖石具有極其相似的同位素組成外，其余包體的初始N(87Sr)/N(86Sr)值略低于寄主巖石，而初始εNd值則略高于寄主巖石，這個(gè)特征顯示包體更偏向于幔源基性巖漿的特征。同時(shí)，從趨勢上可以看出，暗色包體與寄主巖石的初始N(87Sr)/N(86Sr)值和εNd(t)值呈現(xiàn)一定的線性相關(guān)關(guān)系，進(jìn)一步表明兩種巖漿經(jīng)歷了巖漿混合的過程(圖8)。

結(jié)合年代學(xué)資料，南秦嶺老城巖體中的暗色包體形成時(shí)代(211 Ma)略晚于寄主巖石(213～219 Ma)，進(jìn)一步證明老城巖體經(jīng)歷的巖漿混合方式可能為以包體為代表的高溫基性巖漿注入到已經(jīng)開始結(jié)晶的酸性巖漿的混合過程，并導(dǎo)致寄主巖石巖漿溫度異常升高，從而形成似斑狀結(jié)構(gòu)。

4.2 寄主巖石的形成時(shí)代及巖漿源區(qū)

南秦嶺部分中生代花崗巖具有高M(jìn)g#值，較高的初始εNd值、正εHf值等特征，富含巖漿暗色包體，且包體發(fā)育巖漿淬冷作用下形成的冷凝邊?；谶@些地球化學(xué)、同位素以及巖石學(xué)證據(jù)，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為南秦嶺地區(qū)花崗巖為地殼物質(zhì)與幔源巖漿混合作用的結(jié)果[9,28,60]。

南秦嶺老城巖體寄主巖石的巖石類型從巖體核部到邊部主要有石英二長巖、似斑狀石英二長巖、花崗閃長巖及似斑狀二長花崗巖，各種巖石類型中均發(fā)育有形態(tài)各異的暗色微粒包體，靠近核部的巖石類型多發(fā)育有成群分布的暗色包體，包體多呈橢圓狀、不規(guī)則狀、透鏡狀分布，而靠近巖體邊部的巖石多含有較多獨(dú)立的暗色包體，呈橢圓狀分布。寄主巖石的形成時(shí)代在213～219 Ma之間，在誤差范圍內(nèi)可認(rèn)為是同一階段巖漿作用形成的產(chǎn)物。不同巖石類型的寄主巖石具有相似的地球化學(xué)特征，均屬于高鉀鈣堿性系列I型花崗巖。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究表明，由玄武質(zhì)巖石及花崗質(zhì)巖石部分熔融形成的巖漿具有低Mg#值(小于40)特征，而如在巖漿形成過程中混合了幔源巖漿，則其Mg#值可大于40。本文研究的寄主巖石及其包體的Mg#值大于52，暗示了老城巖體在上升侵位過程中或者冷卻結(jié)晶過程中與幔源巖漿發(fā)生了交代反應(yīng)(圖6)。這個(gè)結(jié)論與上述包體成因研究的結(jié)論相符。

另一方面，由于Sr-Nd同位素在巖漿演化過程中可以保持相對穩(wěn)定，所以通過與南秦嶺地塊的基底進(jìn)行Sr-Nd同位素對比可以有效判別老城巖體的巖漿源區(qū)(圖7)。

古老結(jié)晶基底(魚洞子群、佛坪群及陡嶺群)的Sr-Nd同位素特征說明它們不可能是老城巖體的主要物質(zhì)來源。而新元古代武當(dāng)群、耀嶺河群、碧口群等過渡性基底的Sr-Nd同位素分布范圍較大，涵蓋了老城花崗巖的分布范圍，極有可能是老城巖體的主要巖漿源區(qū)(圖7)。結(jié)合前人對老城巖體的繼承鋯石U-Pb定年結(jié)果[61]及筆者新獲得的一些繼承鋯石U-Pb定年數(shù)據(jù)(未報(bào)道數(shù)據(jù))，顯示老城巖體中的繼承鋯石多分布在新元古代(600～850 Ma)。而前人對南秦嶺結(jié)晶基底的研究顯示，武當(dāng)群(640～780 Ma)[22-24]、耀嶺河群(630～850 Ma)[27]、碧口群(745～910 Ma)[62]的形成時(shí)代與繼承鋯石的年齡吻合，這一現(xiàn)象進(jìn)一步支持了上述Sr-Nd同位素研究的推論，表明新元古代過渡性基底(武當(dāng)群、耀嶺河群、碧口群)極有可能為老城巖體的巖漿源區(qū)提供了主要的物質(zhì)來源，然而如果新元古代過渡性基底直接部分熔融形成的巖漿巖不可能具有這么低SiO2含量的老城花崗巖，結(jié)合老城巖體包體及其寄主巖石的混合成因模型，推測新元古代基底可能為老城巖體提供了主要物質(zhì)成分，在巖漿上升侵位過程中加入了地幔物質(zhì)，從而形成了與耀嶺河群變火成巖Sr-Nd同位素特征如此接近的老城巖體。

4.3 成巖動力學(xué)背景

南秦嶺早中生代老城巖體具有弧型巖漿巖特征，屬于高鉀鈣堿性系列I型花崗巖。這些巖體中發(fā)育的基性巖漿暗色包體則具有明顯的幔源巖漿特征，而兩者形成的年代接近，表明在酸性巖漿上升侵位冷卻結(jié)晶過程中，該區(qū)也伴隨著基性巖漿的活動。而基性巖漿可能是以底侵的方式侵入到地殼，促使基性下地殼部分熔融形成老城花崗質(zhì)巖漿。老城巖體暗色包體及花崗巖的鋯石U-Pb年齡在211～219 Ma之間，這個(gè)時(shí)間內(nèi)陜西寧陜地區(qū)的構(gòu)造背景歸屬問題尚存在較多爭議[4-12,15-16,28,61]。Dong等認(rèn)為三疊紀(jì)早期約250 Ma勉略洋殼向南秦嶺地塊俯沖，于210～220 Ma勉略洋殼逐漸閉合，南秦嶺地塊與華南板塊發(fā)生碰撞拼合，在此過程中形成了大量俯沖及碰撞成因的花崗巖類[4-5]。Jiang等提出約227 Ma勉略洋殼以低角度俯沖到達(dá)北秦嶺地塊之下，俯沖洋殼部分熔融形成翠華山巖體[15]；俯沖板片后撤部分熔融形成南秦嶺較年輕的曹坪、東江口、老城弧形花崗巖類，并在約211 Ma南秦嶺地塊和華南板塊碰撞再度引發(fā)淺部地殼的部分熔融形成胭脂壩巖體[15]。劉樹文等認(rèn)為南秦嶺印支期花崗巖成巖動力學(xué)背景有：216～248 Ma形成的花崗巖，為勉略洋殼向北俯沖到閉合階段形成的巖漿作用產(chǎn)物；201～215 Ma形成的花崗巖，為南秦嶺地塊與華南板塊同碰撞階段到碰撞后垮塌階段形成的[61]。Jiang等提出：216 Ma至約248 Ma，勉略洋殼向南秦嶺地塊俯沖形成南秦嶺地塊中老城花崗閃長巖體等弧形巖漿巖類； 210～215 Ma，揚(yáng)子板塊與南秦嶺地塊發(fā)展為同碰撞擠壓造山階段，形成老城二長花崗巖等碰撞造山成因的花崗巖；約210 Ma，由擠壓過渡到伸展階段，形成懶板凳、姜家坪等花崗巖體；190～200 Ma為造山后碰撞伸展階段，形成光頭山巖體群[15,30]。Zhang等從構(gòu)造地質(zhì)學(xué)角度認(rèn)為該區(qū)域在221 Ma有因擠壓而形成的區(qū)域褶皺，而在221 Ma不可能為后碰撞構(gòu)造背景[63]。由此可見，大多數(shù)研究表明210～220 Ma，南秦嶺地塊應(yīng)處于從俯沖到碰撞拼合的構(gòu)造轉(zhuǎn)換階段，表明形成老城巖體及其暗色包體的成巖動力學(xué)背景可能為在勉略洋殼俯沖至閉合階段，幔源巖漿發(fā)生底侵，導(dǎo)致下地殼發(fā)生大規(guī)模部分熔融。因此，南秦嶺老城巖體及其暗色包體的形成過程可概括為：隨著勉略洋殼持續(xù)向北俯沖至閉合，受到交代的地幔楔部分熔融形成的巖漿上涌底侵，誘發(fā)下地殼物質(zhì)部分熔融；在花崗質(zhì)巖漿上升侵位冷凝結(jié)晶的過程中，形成包體的幔源基性巖漿注入到下地殼部分熔融形成的殼源酸性巖漿中，兩者發(fā)生不同程度的混合，由于兩種巖漿成分和溫度相差較大，為了達(dá)到平衡，必然會發(fā)生成分和能量的交換，而不完全的巖漿混合導(dǎo)致寄主巖石中發(fā)育暗色閃長質(zhì)包體。

5 結(jié) 語

(1)南秦嶺老城巖體中寄主巖石和暗色包體樣品的鋯石U-Pb測年結(jié)果顯示，寄主巖石結(jié)晶年齡為213～219 Ma，包體結(jié)晶年齡為211 Ma，包體略晚于寄主巖石。

(2)南秦嶺老城巖體中的暗色巖漿包體具有巖漿混合的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征，暗色巖漿包體相對寄主巖石具有更低的SiO2含量(53%～62%)，更高的Mg#值(63～72)，活動性組分、高場強(qiáng)元素和輕稀土元素在寄主巖石和包體形成過程中發(fā)生過明顯的交換。結(jié)合年代學(xué)數(shù)據(jù)，老城巖體中暗色巖漿包體成因應(yīng)為交代的富集地幔熔融形成的高溫基性巖漿注入到已經(jīng)開始結(jié)晶的酸性巖漿，二者發(fā)生不完全巖漿混合而形成混合成因包體。

(3)繼承鋯石年齡以及Sr-Nd同位素?cái)?shù)據(jù)表明，老城巖體主要是新元古代變中—基性火山巖組成的下地殼部分重熔形成的，并在其形成過程中有地幔物質(zhì)的加入。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)侯振輝、李雙慶、胡蓉、肖平和王巖在分析測試中提供了幫助，在此一并致謝。

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PetrogenesisofLaochengGraniteinSouthQinlingConstraintsfromZirconU-PbAgeandSr-NdIsotopicComposition

FANG Bo-wen, ZHANG He, YE Ri-sheng, WANG Yan, CHEN Fu-kun

(School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, Anhui, China)

Laocheng pluton exposed in Ningshan area of South Qinling, together with Wulong pluton, consist of an important part of Early Mesozoic granitoid magmatism in central South Qinling. Abundant mafic enclaves can be found in different units of Laocheng pluton. Analysis results of zircon U-Pb ages show that the host rock from Laocheng pluton is emplaced in 213-219 Ma, and its mafic enclaves are crystallized in 211 Ma, which are more or less simultaneous with the formation of Wulong pluton. Geochemical data show that the host rock from Laocheng pluton is granodiorite and quartz monzonite in composition with the characteristics of low Si, rich alkali, weak peraluminous and high Mg#(52-67), and belongs to high-K calc-alkaline I-type series; mafic enclaves are mainly dioritic, having the characteristics of low SiO2(52.6%-62.4%), rich alkali and high Mg#(63-72), belonging to shoshonite series. Compared with the host rock, the mafic enclaves have lower initialN(87Sr)/N(86Sr) (0.704 66-0.705 82), highεNd(t) (-4.3--1.6) and higher Mg#, suggesting that the primary magma of the enclaves might have originated from a basaltic magma. Sr-Nd isotope geochemistry suggests that the host rock and mafic enclaves have exchanged prior to the formation of Laocheng pluton, and an equilibrium has been reached. Compared with Sr-Nd isotope ratio of basement rocks exposed in South Qinling, it is suggested that the magma of Laocheng granite originates from Neoproterozoic mafic crustal material. Relationship between host rock and mafic enclaves indicates that a magma mixing between the crystallizing acid magma and the basic magma slightly later injects into the magma chamber; these two magmas are not completely miscible during the mixing process.

geochemistry; granite; host rock; enclave; Early Mesozoic; zircon U-Pb age; Sr-Nd isotope; South Qinling

P588.12+1;P597

A

2017-05-09

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372072)

方博文(1992-)，男，廣東佛山人，理學(xué)碩士研究生，E-mail:bobfang@126.com。

張 賀(1986-)，男，河北滄州人，助理研究員，理學(xué)博士，E-mail:zhanghe56@163.com。

1672-6561(2017)05-0633-19