東秦嶺南召地區(qū)花崗巖巖石地球化學特征及LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡

李名則, 吳才來, 雷敏, 秦海鵬, 劉春花

中國地質科學院地質研究所，北京，100037

內容提要：板山坪巖體和南召巖體位于北秦嶺構造帶的東部，分別侵入于寬坪群和二郎坪群。通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年，獲得板山坪巖體的年齡分別為496.0±8.1Ma和486.9±9.3Ma，南召巖體的年齡為452.3±6.2Ma。板山坪巖體以石英閃長巖為主，少量的花崗閃長巖，南召巖體以花崗閃長巖為主。地球化學研究表明，板山坪巖體和南召巖體均顯示出I型花崗巖類的地球化學屬性，兩個巖體的稀土元素配分模式具有弱的負Eu異常，微量元素特征顯示其物質來源均以殼源為主，并可能有幔源物質參與。根據(jù)巖體的巖石地球化學和年代學特征，結合區(qū)域地質構造分析，筆者等認為，這兩個巖體的形成與早古生代揚子板塊向華北板塊之下俯沖有關，板山坪巖體侵入時間為板塊碰撞初期階段，而南召巖體侵入于塊體碰撞抬升階段。

秦嶺造山帶是華北板塊與揚子板塊匯聚形成的復合造山帶，經歷了長期、多次不同造山作用，是中國中央造山帶的重要組成部分(Mattauer et al., 1985; Kroner, et al., 1993; Meng Qingren et al., 1999; 張國偉等，2001)。秦嶺造山帶至少經歷了新元古代、古生代和中生代構造—巖漿熱事件和造山作用，區(qū)內廣泛發(fā)育花崗巖，是我國的花崗巖密集區(qū)，也是研究造山帶地質演化的一個重要窗口。大陸殼形成和演化具有重要意義，其中古生代花崗巖在秦嶺巖漿巖中占據(jù)重要地位。秦嶺地區(qū)的古生代花崗巖主要分布于北秦嶺。對于北秦嶺地區(qū)的花崗巖，前人已做了大量研究并取得了許多進展(如張宏飛等，1996；胡建民等，2004，王濤等，2009)，其中王濤等(2009)將北秦嶺古生代花崗巖的演化分為三個階段，并對各階段花崗巖對造山作用的響應作了較為詳細的討論。板山坪巖體和南召巖體是北秦嶺東部早古生代的兩個侵入巖體。田偉等(2005)獲得板山坪巖體U-Pb年齡430±16Ma，而河南省地質礦產局區(qū)域地質調查隊應用K-Ar法獲得的板山坪巖體的年齡為495Ma?，對其形成環(huán)境及物質來源也有不同的認識(盧欣祥，1988；盧書偉，1994)。對南召巖體的研究工作不是很多，河南省地質礦產局區(qū)域地質調查報告認為是燕山晚期侵入的花崗巖類?。因此，本文以板山坪巖體和南召巖體為對象，對其形成時代、巖漿來源及構造環(huán)境等方面進行了討論。

圖1 南召巖體、板山坪巖體地質簡圖及采樣位置(據(jù)西北地質局區(qū)域地質測量大隊 ；張國偉等，2001修改)Fig. 1 Schematic geological map and sampling sites of Nanzhao and Banshanping granitoid (modified from the Regional Geological Measuring Team of Northwestern Geological Bureau; Zhang Guowei et al., 2001)Q—全新統(tǒng)和上新統(tǒng)；E—古近系；(T3—J)b—三疊系—侏羅系砂巖、粉砂巖; (T3—J)a—三疊系—侏羅系碳質頁巖、粉砂巖砂巖、粉砂巖； Pt1k—寬坪組(群)；γ3—加里東期黑云母花崗巖；γδ3—加里東期花崗閃長巖、石英閃長巖；γπ3—加里東期花崗斑巖Q—Holocene and Pliocene; E—Eogene; (T3—J)b—Triassic—Jurassic carbonaceous shale, siltstone; (T3—J)a—Triassic—Jurassic sandstone, siltstone; Pt1k—Kuanping Formation (Group); γ3—Caledonian biotite granite; γδ3—Caledonian granodiorite, quartz diorite; γπ3—granite porphyry

1 地質背景

秦嶺造山帶由三個地塊組成：華北地塊、揚子地塊及華北和揚子地塊間的秦嶺微板塊，此外還有商南—丹鳳和勉縣—略陽兩個主縫合帶(張國偉等，1995，1997)。王宗起等根據(jù)大地構造單元劃分原則并綜合前人研究成果又將秦嶺造山帶劃分為13個主要構造單元，將其中的北秦嶺區(qū)域劃為島弧雜巖帶(王宗起等，2009)。

圖2 板山坪巖體、南召巖體野外及鏡下照片F(xiàn)ig. 2 Field photographs and microphotographs of the Banshanping granitoid and Nanzhao granitoid(a) 板山坪巖體照片；(b) 板山坪巖體樣品鏡下照片；(c) 南召巖體野外照片；(d) 南召巖體樣品鏡下照片(a) field photograph of Banshanping granitoid; (b) microphotograph of Banshanping granitoid;(c) field photograph of Nanzhao granitoid; (d) microphotograph of Nanzhao granitoid

北秦嶺是華北地塊南部活動邊緣，其東部南召地區(qū)自南向北依次為秦嶺群、二郎坪群和寬坪群，朱夏(朱陽關—夏館)斷裂呈北西向分布于二郎坪群和秦嶺群之間(湯清龍等，2010)。南召巖體和板山坪巖體分別侵入于寬坪群和二郎坪群中。寬坪群主要由中低變質的綠片巖、角閃巖及云母石英片巖組成，對于其形成環(huán)境有多種不同的認識(許志琴等，1988；萬渝生等，1990；劉國惠等，1993；張國偉等，1995；陳瑞保等，1999；李靠社等, 2002；董云鵬等，2003)，最近的研究表明，與寬坪群相關的巖群主要由基性火山巖、碳酸鹽巖等深海碎屑巖混雜組成，寬坪群和二郎坪群中的基性火山巖和碳酸鹽巖為海山的巖石組合序列(王宗起等，2009)。寬坪群的形成時代跨度較大，閆全人等(2008)對寬平群變質基性火山巖進行 SHRIMP鋯石U-Pb測年，獲得了611±13Ma的年齡數(shù)據(jù)，而南召縣鐵匠爐寬坪群云母石英片巖的單顆粒鋯石207Pb/206Pb年齡為697±1Ma，兩者年齡相近。據(jù)巖石組合序列和巖石地球化學特征推測寬坪群可能是新元古代晚期—泥盆紀弧后盆地產物。二郎坪群呈透境狀沿北西—南東向展布，處于南側秦嶺群和其北側寬坪群間，以火山巖、碳酸鹽巖組合與細碎屑巖混雜為特征，其主體形成于早古生代—古生代(張二朋等，1992；孫勇等，1996)，其中的火山巖系目前普遍認為是早古生代末期古商丹洋向華北板塊之下俯沖過程中在秦嶺古島弧北側發(fā)育起來的弧后小洋盆(許志琴等，1988；張國偉等，1988；張本仁等，1996；李亞林等，1999)。二郎坪群火山巖具有多源區(qū)、多成因的特點，總體屬于島弧，偏弧后環(huán)境。大多數(shù)基性、中基性熔巖和斜長花崗巖形成于擠壓環(huán)境或板塊匯聚邊界環(huán)境，相當于超級俯沖帶或大洋島弧背景，顯示為活動陸緣環(huán)境(王宗起等，2009)。

2 巖體地質及巖石學特征

2.1 板山坪巖體

沿板山坪-白土崗-南河店一帶呈北西-南東向展布(圖1)，主要由石英閃長巖、花崗閃長巖組成，巖體中穿插大量長英質巖脈，呈白色，細粒結構，沿追蹤張節(jié)理充填，較寬的巖脈中還見到長條狀寄主巖碎塊，說明巖脈是在巖體固結之后沿裂隙充填形成(圖2a)。

表1 板山坪巖體和南召巖體鋯石LA-ICP-MS定年結果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb data of the Banshanping and Nanzhao granitoids

板山坪巖體的主要巖性為閃長巖和石英閃長巖。巖石呈灰色-灰黑色，中粒-中細粒半自形粒狀結構、塊狀構造。主要組成礦物：斜長石(52%～55%)，石英(12%～24%)、角閃石(15%～25%)、鉀長石 (8%～14%)、黑云母(5%～10%)。副礦物主要有榍石、磷灰石、鋯石、磁鐵礦等，含量約3%。斜長石呈半自形長條狀、板狀。鏡下見斜長石發(fā)育卡納復合雙晶(圖2b)，少量發(fā)育環(huán)帶結構；堿性長石主要有微斜長石和條紋長石，自形程度較斜長石差；石英呈他形粒狀分布在長石之間，具明顯波狀消光現(xiàn)象；角閃石在單偏光下呈墨綠色，多數(shù)綠泥石化，橫斷面上兩組菱形解理發(fā)育，多與黑云母相互交生；黑云母呈黃褐色，普遍發(fā)生變形。副礦物鋯石呈金黃色，自形程度較好，金剛光澤。

2.2 南召巖體

分布于南召縣城內及周邊，為一北西—南東向的透境狀小巖體，侵入于中元古界寬坪群，處于中元古界寬坪群與古生界二郎坪群的接觸帶附近，這一接觸帶是較具規(guī)模的一條逆沖推覆韌性剪切帶。巖體中見一條閃長玢巖巖脈，巖脈近垂直，脈寬4～5m，并見角礫，含捕虜晶和捕虜體。巖脈與圍巖接觸過渡部位巖石破碎，見冷凝邊。

南召巖體主要巖性為花崗閃長巖，巖石呈灰色—淺灰色，具有花崗結構，中?！屑毩０胱孕巍孕土罱Y構，塊狀構造(圖2c)。主要組成礦物：斜長石(45%～60%)、石英(15%～25%)、角閃石(5%～15%)鉀長石(10%～20%)、黑云母(5%～10%)。副礦物主要為磷灰石、鋯石、榍石、磁鐵礦等，含量小于5%。堿性長石主要為微斜長石和條紋長石，自形程度較差，石英呈他形粒狀，石英顆粒之間為不規(guī)則接觸邊界。角閃石呈墨綠色，黑云母為片狀，部分發(fā)生綠泥石化。鋯石具金剛光澤，成包裹體狀分布于斜長石中。

3 分析方法

3.1 鋯石U-Pb定年

野外采集每個定年齡樣品約2 kg，破碎至80～120目，用水淘洗粉塵后利用磁鐵除去磁鐵礦等磁性礦物，通過重液選出鋯石，最后在雙目鏡下人工挑出鋯石。鋯石的分選由河北廊坊區(qū)調院完成。將鋯石和標樣一起粘在玻璃板上，用環(huán)氧樹脂澆鑄，制成薄片、拋光，并拍照透反射光照片和陰極發(fā)光照片。鋯石的U、Th、Pb 同位素含量測定在中國科學技術大學(合肥)激光剝蝕電感耦合等離子體質譜 (LA-ICP-MS) 實驗室進行。實驗選擇的標樣為91500，206Pb/238U年齡的加權平均值誤差為±2σ。U/Pb比值數(shù)據(jù)處理使用軟件LaDating@Zrn，校正Pb同位素使用軟件ComPbcorr#3-18(Anderson et al., 2002)，校正后的數(shù)據(jù)使用美國Berkeley地質年代學中心Ludwig (2003) 編制的ISOPLOT和SQUID程序計算年齡。

表2 樣品主量元素分析結果 (%)Table 2 Major elements analysis results (%) of samples from Banshanping and Nanzhao granitoid

*引自河南省地質礦產局區(qū)域地質調查報告數(shù)據(jù)(1988年)

3.2 巖石化學全分析

巖石樣品的破碎和化學全分析分別在河北廊坊區(qū)調院和河北廊坊物化探研究所(實驗室)完成。氧化物用 X 熒光光譜儀3080E測試，按 GB/T14506.28-1993 標準執(zhí)行，H2O+按 GB/T14506.2-1993 標準，CO2按 GB 9835-1988 標準，燒失量(LOI)按 LY/T 1253-1999 標準。分析的相對標準偏差小于2%～8%。稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和微量元素Cu、Pb、Th、U、Hf、Ta、Sc、Cs、V、Co、Ni用等離子質譜(ICP-MS)Excell 測試，執(zhí)行標準為 DZ/T0223-2001；微量元素Sr、Ba、Zn、Rb、Nb、Zr、Ga用X熒光光譜儀2100測試，執(zhí)行JY/T016-1996標準。大多數(shù)元素檢出限可達到10-8，少量元素為10-6(Zr、Ba)和10-7(Hf、Nb)，相對標準偏差小于10%。

4 結果

4.1 鋯石U-Pb定年

采集了板山坪巖體年齡樣品兩個(12CL214，12CL216)，南召巖體年齡樣品一個(12CL222)，定年結果見表1，鋯石陰極發(fā)光圖像見圖3，諧和曲線及加權平均年齡見圖4，定年樣品鋯石特征分述如下：

圖3 南召地區(qū)板山坪巖體、南召巖體鋯石陰極發(fā)光圖像Fig. 3 Cathodoluminescence images of zircons from the Banshanping and Nanzhao granitoid

圖4 板山坪巖體、南召巖體鋯石207Pb/235U—206Pb/238U諧和曲線及加權平均年齡Fig. 4 U-Pb concordia and weighted average diagrams of the Banshanping and Nanzhao granitoid

(1)樣品09CL214，鋯石多數(shù)呈短柱狀，晶形完好，多數(shù)為自形晶，部分鋯石發(fā)育裂紋，少數(shù)鋯石內見包裹體。鋯石長寬比不超過3∶1，多數(shù)為2∶1左右，錐面和柱面較好，部分鋯石具有繼承性核部，發(fā)育特征的巖漿振蕩生長環(huán)帶，結晶環(huán)帶寬度較小，可能說明鋯石形成溫度較低(吳元保等，2004)，并且還可見到扇形分帶結構。鋯石的Th、U含量分別為294.53×10-6～774.13×10-6和376.19×10-6～772.26×10-6，Th/U值(0.77～1.16)接近1。獲得的鋯石206Pb/238U加權平均年齡為486.9±9.3Ma。

(2) 樣品09CL216，鋯石呈短柱狀、長柱狀及粒狀，晶形較好，多數(shù)為自形晶，長寬比3∶2～4∶1，可見巖漿振蕩生長環(huán)帶，但不及樣品09CL214清晰，鋯石錐面及柱面發(fā)育較好，部分鋯石內見包裹體，部分鋯石內可見有裂紋，鋯石Th、U含量分別為18.87×10-6～75.45×10-6和35.11×10-6～182.41×10-6，Th/U值為0.27～0.83，絕大多數(shù)大于0.4(僅兩個比值小于0.4)，為巖漿鋯石。鋯石206Pb/238U加權平均年齡496.0±8.1Ma。

(3) 樣品09CL222，鋯石呈長柱狀、短柱狀及粒狀，部分鋯石晶形完整，一些裂隙較多，部分鋯石具有繼承性核，部分鋯石具有震蕩生長環(huán)帶及扇形分帶。鋯石的長寬比1∶1～3∶1，多數(shù)在2:1左右。鋯石中Th、U含量分別為125.38×10-6～891.28×10-6和141.08×10-6～726.93×10-6。鋯石206Pb/238U的加權平均值為452.3±6.2Ma。

4.2 巖石地球化學特征

板山坪巖體和南召巖體樣品主量元素及微量元素分析結果見表2及表3，TAS分類圖解見圖5。

圖5 板山坪巖體和南召巖體TAS分類圖解(據(jù)Middlemost，1994)Fig. 5 TAS classification of the Banshanping and Nanzhao granitoid▲—本文板山坪巖體樣品，◆—本文南召巖體樣品；△—板山坪巖體樣品，河南省區(qū)域地質調查報告數(shù)據(jù)；◇—南召巖體樣品，河南省區(qū)域地質調查報告數(shù)據(jù)▲—sample from the Banshanping granitoid, this paper; ◆—sample from the Nanzhao granitoid, this paper；△—sample from the Banshanping granitoid, data from report of regional geological survey, Henan Province; ◇—sample from the Nanzhao granitoid, data from report of regional geological survey, Henan Province

4.2.1 板山坪巖體

SiO2含量57.04%～66.55%，全堿含量5.38%～8.00%，Na2O/K2O值為1.10～5.51，Al2O3含量15.86%～19.53%，MgO含量1.87%～3.83%，CaO含量4.14%～7.15%， A/CNK值為0.76～0.97，在A/NK—A/ CNK圖解(圖6)上落入準鋁質區(qū)域，SiO2—K2O圖解(圖7)上落入鈣堿性—高鉀鈣堿性系列區(qū)域，CIPW標準礦物計算中未出現(xiàn)剛玉，反應了巖石鋁不飽和。里特曼指數(shù)σ(43)=1.60～4.16。

該巖體富集大離子親石元素，微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖解(圖8a)中Nb、P、Ti具負異常，Pb具顯著正異常。稀土總量為36.51×10-6～473.25×10-6，輕重稀土比值LREE/HREE為3.95～22.18，反映了較強的輕重稀土分餾。重稀土虧損顯著且大致呈平坦型分布，可能說明了巖漿源區(qū)殘留體聚集了含量較高的富集重稀土元素的礦物石榴子石和角閃石(Chappell et al., 1992)。各樣品稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖(圖8b)相似，多數(shù)樣品具不明顯的Eu負異常，其中一個樣品(09CL218-2)具弱的Eu正異常。分配曲線整體呈右傾型，Ho—Lu段曲線大致近水平，反映了輕—中稀土分異明顯，而重稀土分異不明顯。LaN/YbN為3.34～40.94，δEu值為0.87～1.26。

圖6 板山坪巖體、南召巖體A/CNK—A/NK判別圖解(據(jù)Chappell et al, 1992)Fig. 6 A/NK—A/CNK plot of the Banshanping and Nanzhao granitoid圖中符號代表的樣品同圖5Sample’s symbols are the same to those in Fig. 5

4.2.2 南召巖體

南召巖體主要巖性為花崗閃長巖。SiO2含量67.24%～68.58%，全堿含量6.14%～7.11%，Na2O/K2O比值為0.68～1.74，Al2O3含量15.36%～15.76%，MgO含量0.05%～2.14%，CaO含量1.70%～5.15%，A/CNK值為0.84～1.31，σ(43)=1.51～2.10。CIPW標準礦物計算中出現(xiàn)剛玉。在A/NK—A/ CNK圖解(圖6)上落入過鋁質區(qū)域及邊界，屬準鋁—過鋁質巖石。

表3 板山坪、南召巖體微量元素和稀土元素分析結果(×10-6)Table 3 Trace elements and REE analysis results(×10-6) of samples from the Nanzhao and Banshanping granitoids

巖體富集大離子親石元素，微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖上均出現(xiàn)Ta、Nb、Ti負異常，Y弱負異常，Nb、P、Ti、Y、Yb等高場強元素(HFSE)相對虧損，Pb出現(xiàn)明顯正異常。兩個樣品稀土總量分別為123.87和181.24，輕重稀土比值LREE/HREE為20.25和12.24，(La/Yb)N為29.48和13.50。稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖顯示為右傾型曲線，δEu值為0.67和0.89。輕稀土富集，輕、中稀土分異顯著，重稀土分異則不明顯。其中一個樣品(09CL223-2)Eu負異常較明顯，可能是由巖漿結晶分異期間斜長石結晶將Eu帶出引起，表明了巖漿分異結晶演化的不均一性。

5 討論

5.1 巖體侵位時代

南召地區(qū)板山坪巖體和南召巖體樣品中挑選出的鋯石具有晶形完好、晶棱清晰、長寬比較大、震蕩環(huán)帶發(fā)育的特征，從而保證了測試結果的可靠性。結合鋯石Th、U含量及Th/U比值可以確定鋯石的巖漿成因。根據(jù)LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結果，可以將南召地區(qū)花崗巖類侵入時代分為晚寒武世—早奧陶世階段(496.0±8.1Ma～486.9±9. 3Ma，板山坪巖體)和晚奧陶世(452.3±9.2M南召巖體)兩個階段。

5.1.1第一階段496.0～486.9Ma(板山坪巖體)

該階段的板山坪巖體巖性主要為石英閃長巖，與古生界二郎坪群火神廟組呈侵入接觸。整體上，巖體具有低Si，高Al、Ca、Mg#值，Na/K比值大于1的巖石化學特征，屬于準鋁質，鈣堿性系列(圖6，圖7)。通常，將花崗巖類的A/ CNK=1.1值和Fe2O3/FeO比值(0.4)作為區(qū)分I型和S型花崗巖的標志，I型花崗巖A/CNK<1.1，S型花崗巖則相反(Pitcher, 1983；馬鴻文等，1992；吳元保等，2004)。板山坪石英閃長巖的A/CNK值(0.71～0.97)均小于1，而Fe2O3/FeO比值為0.4～2.7，均屬于I型花崗巖的特征。

圖7 板山坪巖體、南召巖體SiO2—K2O圖解(據(jù)Peccerillo et al., 1976)Fig. 7 K2O—SiO2 plot of Banshanping and Nanzhao granitoid 圖中符號代表的樣品同圖5Sample’s symbols are the same to those in Fig. 5

5.1.2 第二階段 約452.3Ma(南召巖體)

南召巖體侵入于中元古界寬坪群，處于中元古界寬坪群與古生界二郎坪群的接觸帶附近分布于南召縣城內及周邊。巖性為石英閃長巖、花崗閃長巖，主體相為花崗閃長巖。研究發(fā)現(xiàn)，晚奧陶世—中志留世是秦嶺造山帶花崗巖類侵位的主要時代，該時期形成大量I型花崗閃長巖類(王濤等，2009)。南召巖體的A/ CNK為0.84～1.31，F(xiàn)e2O3/FeO比值變化于0.17～1.25，屬于準鋁—過鋁質、鈣堿性—高鉀鈣堿性花崗巖類。整體上，具有低Si，高Al、Ca、K，Na/K比值接近1的巖石化學特征。

圖8 板山坪巖體、南召巖體稀土元素配分模式圖(a)及微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(球粒隕石標準值據(jù)Taylor et al.，1985；原始地幔標準值據(jù)McDonough et al, 1995)Fig. 8 REE pattern and trace element spider diagrams of Banshanping and Nanzhao granitoid (Chondrite values after Taylor et al., 1985; normalizing factors after McDonough, 1995)

5.2 巖石成因

5.2.1 板山坪巖體

巖石地球化學分析結果表明，板山坪巖體富集大離子親石元素，且具有顯著的Pb正異常(圖8b)，可能表明巖體原巖以殼源為主(Roberts et al., 1993; Hofmann, 1997)，Ta、Nb負異常則可能說明巖漿演化過程中有幔源物質參與(王曉霞等，2011)。微量元素蛛網(wǎng)圖還顯示了P、Ti負異常，與秦嶺地區(qū)古生代I型花崗巖類特征類似。從稀土元素特征看，輕稀土富集，LREE/HREE(7.99～22.18)和LaN/YbN(7.36～40.94)比值較大，且多數(shù)樣品不具Eu負異常，少數(shù)樣品具弱Eu負異常，分配曲線為右傾型較平坦，具有板塊匯聚邊緣幔源巖漿的稀土元素特征(姜常義等，1998)。同時，板山坪巖體還具有高Sr低Yb的特點。一般認為，具高Sr低Yb特征的中酸性侵入巖其源區(qū)可能與榴輝巖處于平衡，源區(qū)深度可能超過40km(Winther et al.，1991，張旗等，2006)。

Sr—Nd同位素結果表明，北秦嶺東部晚寒武世—早奧陶世西莊河巖體的巖體εNd較高，ISr值較小，暗示源區(qū)混入大量幔源物質(王濤等，2009)，低Mg#和低Cr含量表明巖石成因與幔源巖漿的分離結晶作用相關，其形成過程不排除有殼源物質混染的可能。因此，同位于北秦嶺東部的板山坪巖體可能也具有此類特征。

綜上，板山坪巖體為準鋁質、鈣堿性系列巖石，推測其源區(qū)以下地殼為主，并混入大量的幔源物質。

圖9 板山坪巖體、南召巖體Nb—10000Ga/Al判別圖解(據(jù)Whalen et al., 1987)Fig. 9 Nb—10000Ga/Al plot of samples from Banshanping and Nanzhao granitoid

5.2.2南召巖體

研究表明，晚奧陶世—中志留世是秦嶺造山帶花崗巖類侵位的主要時代，該時期形成大量地殼深熔為主的I型花崗閃長巖類(王濤等，2009)。Nb—10000Ga/Al判別圖解(圖9，據(jù)Whalen et al., 1987)顯示，南召巖體并不屬于A型花崗巖。整體上，南召巖體微量元素及稀土元素特征與板山坪巖體相似，均表現(xiàn)為富集大離子親石元素，顯著Pb正異常及Ta、Nb、P、Ti負異常(圖6b)，顯示出火山弧花崗巖類的特征。稀土元素Eu負異常特征不明顯，配分曲線為右傾型，輕重稀土元素分流明顯。與板山坪巖體相比，南召巖體的高Sr低Yb(Y)特征不明顯，暗示源區(qū)深度相對較淺。

因此，南召巖體應屬于I型花崗巖類，其成因可能以幔源物質加入的下地殼深熔為主，形成深度較板山坪巖體小。

5.3 花崗巖類形成的構造環(huán)境

Maniar(1989)等將按構造環(huán)境將花崗巖類劃分為7類，其中與造山作用有關的花崗巖有島弧型(IAG)、大陸弧型(CAG)、大陸碰撞型(CCG)和造山期后型(POG)4類。本文樣品在CaO—(TFeO+MgO)圖解和MgO—TFeO圖解(Maniar，1989)中的投點均落入IAG+CAG+CCG區(qū)域(圖10 a、b)。在Yb—Ta和(Yb+Ta)—Rb構造環(huán)境判別圖解(圖10c、d，據(jù)Pearce, 1984)中樣品投點則落于VAG區(qū)域。據(jù)此推測，板山坪巖體和南召巖體均為島弧系列。

目前，對古秦嶺洋的俯沖時限存在不同認識，一種觀點認為，震旦紀至早奧陶世期間，秦嶺地區(qū)為大洋環(huán)境，至中奧陶世揚子板塊沿商丹帶向北俯沖于華北板塊之下(張國偉等，1996)；另一種觀點認為俯沖作用發(fā)生于寒武紀—中奧陶世期間，華北板塊向揚子板塊俯沖，揚子板塊北緣形成島弧系及邊緣盆地，并于弧后形成島弧花崗巖類侵入體(Xue, 1996)。

近年，王濤等(2009)綜合考慮商丹構造帶、二郎坪弧后盆地俯沖的過程及碰撞格局，認為在早古生代時期可能存在雙向俯沖，即以秦嶺雜巖為核部，秦嶺洋(商丹洋)沿商丹帶一線、二郎坪弧后盆地沿朱夏構造帶一線發(fā)生俯沖，并將北秦嶺古生代的造山過程大致分成三個階段：早期(505～470Ma)，以板塊俯沖為主；中期(450～422Ma)，為塊體的聚合碰撞階段；晚期(415～400Ma)，為全面聚合碰撞的晚期。上述研究結果表明，新元古代至早古生代秦嶺群主要發(fā)育兩期島弧型(陸緣弧形)花崗巖類(張本仁等，2002)。LA-ICP-MS 鋯石U-Pb定年結果表明，板山坪巖體侵位時代介于496.0±8.1～486.9±9. 3Ma之間，屬晚寒武世—早奧陶世。考慮到早奧陶世之前為板塊間點接觸碰撞時期而未達到全面碰撞(張國偉等，1997)，為碰撞早期的俯沖階段。此時揚子板塊向北俯沖于華北板塊之間引起地殼熔融，形成的巖漿上升并發(fā)生分離結晶作用，最后上侵至地殼淺部形成板山坪島弧型花崗巖類侵入體，此時期的花崗巖與高壓變質等地質事件一起構成了首先開始于北秦嶺東段的板塊邊緣俯沖造山作用(王濤，2009)。

圖10 板山坪巖體、南召巖體構造環(huán)境判別圖解Fig. 10 Tectonic environment plots of Banshanping and Nanzhao granitoid(a )、(b)中符號代表的樣品同圖5Sample’s symbols in the (a), (b) of the diagram are the same to those in Fig. 5

晚奧陶世—中志留世花崗巖類在北秦嶺廣泛發(fā)育，根據(jù)區(qū)域構造研究，此時期曾發(fā)生塊體碰撞，致使秦嶺雜巖向西擠出抬升，同時花崗巖侵位中心也向東遷移(王濤等，1999；Wang et al, 2005)，而南召巖體位于北秦嶺東部，鋯石U-Pb年齡為452.3±6.2Ma，屬晚奧陶世，該時期的碰撞作用可能使地殼加厚, 在其后的塊體抬升過程中，有幔源物質加入的下地殼熔融形成巖漿并上侵，形成主體為I型花崗巖的南召巖體。

6 結論

(1)板山坪巖體以石英閃長巖為主，巖性相對復雜，SiO2含量相對較低，富集LILE和LREE，HREE相對虧損，地球化學特征顯示為I型鈣堿性花崗巖類；南召巖體巖性主要為花崗閃長巖，地球化學特征顯示其為I型鈣堿性—高鉀鈣堿性花崗巖類。板山坪巖體和南召巖體物質來源可能均以殼源為主，并有幔源物質加入。

(2)板山坪巖體兩個樣品的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為 486.9±9.3Ma和496.0±8.1Ma，形成于晚寒武世至早奧陶世期間，南召巖體年齡為452.3±6.2Ma，形成時代為晚奧陶世。南召地區(qū)的區(qū)域地質調查報告將南召巖體形成時代定為燕山晚期，與本文獲得的年齡相差較大。

(3)板山坪巖體和南召巖體均為島弧型花崗巖類，它們的形成與早古生代板塊俯沖碰撞作用有關。板山坪巖體形成于碰撞初期俯沖階段，南召巖體形成于塊體碰撞抬升階段。

注釋/Notes

? 河南省地質礦產局區(qū)域地質調查隊. 1986. 1∶5萬喬端幅、板山坪幅區(qū)域地質調查報告.

? 河南省地質礦產局區(qū)域地質調查隊. 1989. 1∶5萬南召幅區(qū)域地質調查報告.

? 西北地質局區(qū)域地質測量大隊. 1965. 1∶20萬魯山縣地質圖.

注釋/Notes

陳瑞保，崔霄峰，楊俊峰. 1999. 寬坪巖群斜長角閃巖Sm-Nd同位素年齡. 河南地質, (4): 278～282.

董云鵬，張國偉，趙霞，姚安平. 2003. 北秦嶺元古代構造格架與演化. 大地構造與成礦學, 2: 115～124.

胡建民, 崔建堂, 孟慶任, 趙長纓. 2004. 秦嶺柞水巖體高式U～Pb年齡及其地質意義. 地質論評, 50(3): 323～329.

姜常義，蘇生瑞，趙太平，蘇春乾. 1998. 商丹地區(qū)晉寧期幔源侵入巖與板塊構造體制. 西安工程學院學報, 2:3～8.

李靠社. 2002. 陜西寬坪巖群變基性熔巖鋯石U-Pb年齡. 陜西地質, 1: 72～78.

李亞林，張國偉，王根寶，高鳳泉. 1999. 北秦嶺小寨變質沉積巖系的地質特征及其構造意義. 沉積學報, 17(4): 99～103.

劉國惠，張壽廣，游振東，索書田，張國偉. 1993. 秦嶺造山帶主要變質巖群及變質演化. 北京: 地質出版社, 1～190.

盧欣祥. 1988. 東秦嶺與蛇綠雜巖有關的幔源型(M型)花崗巖的地質地球化學特征. 見：西北大學地質研究所編. 秦嶺造山帶的形成及其演化. 西北大學出版社, 149～162.

盧書煒. 1994. 南召縣板山坪花崗質巖帶地質特征與成因探討. 河南地質, (3): 189～197.

馬鴻文. 1992. 花崗巖成因類型的判別分析. 巖石學報, 8(4): 341～350.

孫勇，張國偉，楊司祥，盧欣詳，韓松. 1996. 北秦嶺早古生代二郎坪蛇綠巖片的組成和地球化學. 中國科學(D輯), 26(增刊): 49～55.

湯清龍，趙志強，吉恒召，楊濤，牛磊. 2010. 東秦嶺二郎坪群地質特征及成礦規(guī)律. 華南地質與礦產, 4: 45～54.

田偉，魏春景. 2005. 北秦嶺造山帶加里東期低Al-TTD系列: 巖石特征、成因模擬及地質意義. 中國科學(D輯), 35 (3): 215～224.

萬渝生，劉國惠，從日祥. 1990. 東秦嶺商洛地區(qū)寬坪群變玄武巖的地球化學特征. 見：秦嶺一大巴山地質論文集(一). 北京: 北京科學技術出版社, 47～59.

王濤，張國偉，王曉霞，李伍平. 1999. 花崗巖生長方式及構造運動學、動力學意義——以秦嶺造山帶核部花崗巖為例. 地質科學, 34(3):326～335.

王濤，王曉霞，田偉，張成立，李伍平，李舢. 2009. 北秦嶺古生代花崗巖組合、巖漿時空演變及其對造山作用的啟示. 中國科學(D輯), 39(7): 949～971.

王曉霞，王濤，齊秋菊，李舢. 2011. 秦嶺晚中生代花崗巖時空分布、成因演變及構造意義. 巖石學報, 27(6): 1573～1593.

王宗起，閆全人，閆臻，王濤，姜春發(fā)，高聯(lián)達，李秋根，陳雋璐，張英利，劉平，謝春林，向忠金. 2009. 秦嶺造山帶主要大地構造單元的新劃分. 地質學報, 83(11): 1527～1546.

吳元保，鄭永飛. 2004. 鋯石成因礦物學研究及其對U-Pb年齡解釋的制約. 科學通報, (16): 1589～1604.

許志琴，盧一倫，湯耀慶，張治堯. 1988. 東秦嶺復合山鏈的形成—變形、演化及板塊動力學. 北京: 中國環(huán)境出版社, 1～193.

閆全人，王宗起，閆臻，王濤，陳雋璐，向忠金，張宗清，姜春發(fā). 2008. 秦嶺造山帶寬坪群中的變鐵鎂質巖的成因、時代及其構造意義. 地質通報,27(9): 1475～1492.

張本仁，高山. 2002. 秦嶺造山帶地球化學. 北京: 科學出版社, 1～188.

張本仁，歐陽建平，韓吟文，匡少平. 1996. 北秦嶺古聚會帶殼幔再循環(huán). 地球科學, 21(5): 15～21.

張二朋，牛道韞，霍有光，李益桂，張?zhí)m芳. 1992. 秦巴地區(qū)主要地質—構造特征梗概. 西北地質科學, 13(2): 31～46.

張國偉，孟慶任，于在平，孫勇，周鼎武，郭安林. 1996. 秦嶺造山帶的造山過程及其動力學特征. 中國科學(D輯), 26(3): 193～200.

張國偉，梅志超，李桃紅. 1988. 秦嶺造山帶的南部古被動大陸邊緣. 秦嶺造山帶的形成及演化, 張國偉, 西安: 西北大學出版社, 86～98.

張國偉，張本仁，袁學誠，肖慶輝. 2001. 秦嶺造山帶與大陸動力學. 北京: 科學出版社, 1～863.

張國偉，孟慶任，賴紹聰. 1995. 秦嶺造山帶的結構構造. 中國科學(B輯), 25(9): 994～1003.

張國偉，董云鵬，姚安平. 1997. 秦嶺造山帶基本組成與結構及其構造演化. 陜西地質, 15(2): 1～14.

張國偉，張宗清，董云鵬. 1995. 秦嶺造山帶主要構造巖石地層單元的構造性質及其大地構造意義. 巖石學報, 11(2): 101～114.

張宏飛，洛庭川，張本仁. 北秦嶺飄池巖體的源區(qū)特征及其形成的構造環(huán)境. 地質論評, 42(3): 209～214.

張旗，王焰，李承東，王元龍，金惟俊，賈秀勤. 2006. 花崗巖的Sr—Yb分類及其地質意義. 巖石學報，22(9):2249～2269.

Anderson T. 2002. Correction of common lead in U-Pb analyses that do not report 204Pb. Chemical Geology, 192(1～2):59～79.

Chappell B W and White A J R. 1992. I- and S-type granites in the Lachlan Fold Belt. Trans. Royal Soc. Edinburgh: Earth Sci., (83): 1～26.

Mattauer M, Matte P, Malavieille J, Tapponnier D, Maluski H, Xu Z Q, Lu L Y, Tang Y Q. 1985. Tectonics of the Qinling belt: build up and evolution of eastern Asia. Nature, 317: 496～500.

Kroner A, Zhang Guowei, Sun Yong. 1993. Granites in the Tongbai area, Qinling belt, China: geochemistry, petrology, single zircon geochronologyand implications for the tectonic evolution of Eastern Asia. Tectonics, 12(1): 245～255.

Hofmann A W. 1997. Mantle geochemistry: The message from oceanic volcanism. Nature. 385: 219～229.

Ludwig K R. 2003. Isoplot 3.00: A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center, Berkeley, CA.

Maniar P D and Piccoli P M. 1989. Tectonic discrimination of granitoids. Geological Society of America Bulletin, 101(5): 635～643.

Meng Qingren and Zhang Guowei. 1999. Timing of collision of the North and South China blocks: controversy and reconciliation. Geology, 27(2): 123～126.

McDonough W F and Sun S S. 1995. The composition of the Earth. Chemical Geology, 120: 23～53.

Middlemost E A K. 1994. Naming materials in the magma/igneous rock system. Earth-Science Reviews, 37(3～4): 215～224.

Pearce J A, W. N B, Tindle A G. 1984. Trace Element Discrimination Diagrams for the Tectonic Interpretation of Granitic Rocks. Journal of Petrtology, 25(4): 956～983.

Peccerillo R and Taylor S R. 1976. Geochemistry of eocene calc-alkaline volcanic rocks from the Kastamonu area, Northern Turkey. Contrib. Mineral Petrol., 58:63～81.

Pitcher W S. 1983. Granite type and tectonic environment, In: K.F.Hsu (editor), Moutain Building Processes, 19～40, London: Academic Press.

Roberts M P and Clemens J D. 1993. Origin of high-potassium, calc-alkaline, I-type granitoids. Geology, 21: 825～828.

Taylor S R and Mclennan S M. 1985. The Continental Crust: its Composition and Evolution. Blackwell, Oxford, 1～312.

Whalen J B, Currie K L, Chappell B W. 1987. A-type granites——geochemical characteristics, discrimination and petrogenesis. Contrib. Mineral Petrol., 95: 407～419.

Wang Tao, Pei Xianzhi, Wang Xiaoxia, Hu Nenggao. 2005. Orogen-parallel westward oblique uplift of the Qinling complex in the core of the Qinling orogen (China): an example of oblique extrusion of deep-seated metamorphic rocks in a convergent orogen. J. Geol., 113: 181～200.

Winther T K and Newton R C. 1991. Experimental melting of hydrous low-K tholeiite: evidence on the origin of Archaean cratons, Bull. Geol. Soc. Den., 39:213～228.

Xue F, Kroner A, Reischmann A, Lerch F. 1996. Palaeozoic pre- and post-collision calc-alkaline magmatism in the Qinling orogenic belt, central China, as documented by zircon ages on granitoid. J. Geol. Soc., London, 153: 409～417.