南秦嶺構造帶內早古生代堿基性巖漿活動：古特提斯洋裂解的證據(jù)

陳虹，田蜜，武國利，胡健民

1)中國地質科學院地質力學研究所，北京，100081； 2) 國土資源部古地磁與古構造重建重點實驗室，北京，100081； 3)中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質研究所，江蘇無錫，214126；4) 中國科學院地質與地球物理研究所，北京，100029

內容提要: 位于南秦嶺構造帶南緣的勉略(勉縣—略陽)洋是東古特提斯洋的北側分支洋盆，在勉縣—略陽地區(qū)發(fā)育有典型的蛇綠巖組合。然而，由于中三疊世晚期開始的碰撞造山作用以及之后陸內變形作用的改造，對于勉略洋盆在構造帶東段的裂解和演化過程并不清晰。本文對發(fā)育于東南秦嶺構造帶內的基性巖墻群進行了巖石學、巖石地球化學、同位素年代學等方面的研究。結果表明，基性巖脈以輝長巖、輝綠巖等基性巖為主，其SiO2含量為41.89%～49.75%，屬基性—超基性巖類，并具有富鈉、高鈦的堿性巖特征。巖石的稀土、微量元素和Sr—Nd同位素特征與板內洋島玄武巖(OIB)特征一致，巖漿源于具有地殼混染的板內洋島玄武巖型地幔源區(qū)。該類基性巖脈順層侵入到早古生代早期地層中，通過基性巖脈中的鋯石SHRIMP測年獲得巖脈順層侵位的時代為晚志留世早期(約422 Ma)。這種巖漿作用很可能與古特提斯洋初始裂解有關，并導致南秦嶺構造帶內地殼伸展、基性巖漿侵位，該過程與南秦嶺構造帶北緣的商丹(商南—丹鳳)原特提斯洋的消減和陸內俯沖可能相關。

秦嶺造山帶是一條分隔中國南北大陸的復合型碰撞造山帶，經歷了原特提斯洋和古特提斯洋打開—閉合的演化過程，發(fā)育有兩條重要的縫合帶，即北部的商丹縫合帶(商南—丹鳳縫合帶)(胡能高等， 1989；于在平等, 1991； 任升蓮等， 2011; 李加好等, 2011)和南部的勉略縫合帶(勉縣—略陽縫合帶)(杜遠生等，1999；李亞林等, 1999; 賴紹聰?shù)? 1999；Meng Qingren et al.，2000；馮益民等，2004；閆全人等， 2007; Dong Yunpeng et al.，2011)。商丹縫合帶是華北與揚子地塊之間發(fā)育的古元古代—早古生代原特提斯洋盆閉合形成，該洋盆自早古生代末期進入俯沖碰撞階段，并在晚古生代時期進入陸內變形階段(Ratschbacher et al.，2003；Dong Yunpeng et al.，2011)。勉略縫合帶則是晚古生代時期秦嶺地塊從揚子北緣分離形成的古特提斯洋分支洋盆(張國偉等，1995，2003；賴紹聰?shù)龋?998，2003)，該縫合帶在勉縣、略陽地區(qū)發(fā)育最為完整(張國偉等，1995)，向東沿巴山弧至湖北花山一帶(賴紹聰?shù)龋?997；董云鵬等，1999)，向西經文縣與松潘—甘孜古洋盆相連(陳亮等，2000；李亞林等，2001)，并遭受了中三疊世晚期以后開始的碰撞造山作用以及之后陸內變形作用的改造(Dong Shuwen et al.，2008；董云鵬等，2008；張忠義等，2009；張岳橋等，2010；Hu Jianmin et al.，2012；Shi Wei et al.，2012) 。

圖1 南秦嶺構造帶中段區(qū)域構造圖Fig. 1 Tectonic and Geological map in the central segment of the Southern Qinling beltSDS—商丹(商南—丹鳳)縫合帶；MLS—勉略(勉縣—略陽)縫合帶；LCF—欒川斷裂；SZF—商州斷裂；SYF—山陽斷裂；NSF—寧陜斷裂；SHYF—十堰斷裂；AKF—安康斷裂；HWF—漢旺斷裂；WFDF—瓦房店斷裂；ZBF—鎮(zhèn)巴斷裂；Pt—元古宇；Pt3—Pz1—新元古界—下古生界；Pt—Pz—元古宇—古生界；Pz1—下古生界；D—C—泥盆系—石炭系；P—二疊系；T—三疊系；J—侏羅系；K—白堊系；γPt—元古宙花崗巖；γT—三疊紀花崗巖；γPz—古生代花崗巖；βPz—古生代基性巖脈；δPz—古生代閃長巖脈；φ—鈉長巖脈；∑—基性—超基性巖；DBS268—采樣點；422 Ma—年代學測試結果；SHRIMP—測試方法SDS—Shangdan (Shangnan—Danfeng) Suture；MLS—Mianlüe (Mianxian—Lüeyang) Suture；LCF—Luanchuan Fault；SZF—Shangzhou Fault；SYF—Shanyang Fault；NSF—Ningshan Fault；SHYF—Shiyan Fault；AKF—Ankang Fault；HWF—Hanwang Fault；WFDF—Wafangdian Fault；ZBF—Zhenba Fault；Pt—Proterozoic；Pt3—Pz1—Neoproterozoic—Lower Paleozoic；Pt—Pz—Proterozoic—Paleozoic；Pz1—Lower Paleozoic；D—C—Devonian—Carboniferous；P—Permian；T—Triassic；J—Jurassic；K—Cretaceous；γPt—Proterozoic granite；γT—Triassic granite；γPz—Paleozoic granite；βPz—Paleozoic mafic dike；δPz—Paleozoic dioritic dike；φ—albitite；∑—mafic—ultramafic rocks；DBS268—sampling location；422 Ma—dating result；SHRIMP—dating method

南秦嶺構造帶南部地區(qū)在早古生代普遍發(fā)育一套呈北西西向延伸的堿性—基性巖墻群和火山巖(夏祖春等，1992；夏林圻等，1994)，這些巖墻群和火山巖具有明顯雙峰式火山巖特征(黃月華等，1992；邱家驤等，1998；張成立等，2002，2007)，巖漿來源與大洋地殼俯沖消減和陸緣物質再循環(huán)密切相關(張成立等，2007)。上述堿性—基性巖脈的存在表明南秦嶺地區(qū)在早古生代晚期存在強烈的地殼擴張事件，但是對于其形成的構造背景和特征仍存在爭議，有學者認為代表了早古生代晚期的地幔柱活動相關的拉張裂谷事件(徐學義等，2001；張成立等，2002)，也有學者認為與南秦嶺北緣的俯沖碰撞形成的后緣伸展有關(胡健民等，2002)。對于上述認識的差異可能與其空間侵位特征和構造關系受中生代強烈構造疊加有關(董云鵬等，2008；胡健民等，2009；董樹文等，2010； Shi Wei et al.，2012 )，也可能與該套火山巖的空間局限性有關(Xu Xueyi et al., 1999)。

本文通過南秦嶺構造帶南緣堿基性巖墻群和火山巖的巖石學、地球化學和年代學等方面的研究，進一步限定了該期構造巖漿活動代表了古特提斯洋盆的初始裂解，并且可能與原特提斯洋的俯沖消減相關。

1 地質背景

南秦嶺構造帶位于商丹縫合帶和勉略—巴山弧形斷裂帶之間，并以寧陜斷裂劃分為北西-南秦嶺和南東-南秦嶺構造帶，兩者在基底地層和中生代巖漿活動等方面的差異非常明顯(胡健民等，2011)(圖1)。位于寧陜斷裂東側的南東-南秦嶺構造帶內，發(fā)育有武當、平利、鳳凰山等新元古界基底隆起和一系列北西走向斷裂系，并以安康斷裂為界可劃分為北部的晚古生代裂陷帶和南部的大巴山弧形逆沖推覆構造帶或隆起帶(張國偉等，2001)。

整個南東-南秦嶺構造帶以中—新元古代(Pt2-3)過渡性變質變形地層為基底，并具有新元古代—早古生代和晚古生代兩層構造蓋層組合。新元古代—早古生代下部蓋層為被動大陸邊緣和陸緣裂谷盆地沉積。其中震旦系(埃迪卡拉系)陡山沱組和燈影組臺地相與淺海陸棚相碎屑巖沉積和統(tǒng)一陸表海碳酸鹽巖沉積廣泛分布于構造帶南部地區(qū)，與揚子板塊內部沉積一致。寒武系—下奧陶統(tǒng)則繼承了早期的擴張裂陷，沉積了硅質巖、碳硅質巖、碳質泥巖等外陸棚—半深海盆地相陸緣裂谷盆地沉積。中奧陶世—志留紀，在安康—平利一線的裂谷盆 地持續(xù)擴大 ，接受了深水復理石、碳硅質巖沉積。晚志留世時期，該盆地開始轉為收縮階段，主要沉積了雜色石英砂巖、粉砂巖及頁巖等。晚古生代上部蓋層為另一階段擴張裂陷環(huán)境下的裂谷盆地沉積，在泥盆紀初期，一套河流相礫巖、砂礫巖沉積不整合上覆于寒武系—志留系地層之上，往上逐漸變細，到中泥盆世開始廣泛的陸表海碳酸鹽巖沉積，直至中疊世沉積盆地盆緣相砂巖、粉砂巖及礫巖楔(張國偉等，2001)。

南東-南秦嶺構造帶內巖漿活動主要包括新元古代和早古生代晚期兩期。其中，新元古代巖漿活動以鳳凰山地區(qū)和商南—丹鳳地區(qū)的花崗巖為主(李建華等，2012；Wang Xiaoxia et al.，2013)，而早古生代晚期巖漿活動則以堿基性巖墻和火山巖為特征(夏祖春等，1992；夏林圻等，1994；胡健民等，2002；張成立等，2002)，另外在構造帶北緣還發(fā)育有一系列沿斷裂展布的鈉長巖脈(李勇等，1999)(圖1)。

2 南秦嶺構造帶火成巖組合

南東-南秦嶺構造帶內巖漿活動主要出露于構造帶南緣地區(qū)，廣泛發(fā)育一套基性巖墻群、堿性巖脈與堿性火山巖的組合(張成立等，2002)，主體分布于武當?shù)貕K和北大巴山等地區(qū)(圖2)。

2.1 基性侵入巖脈

在南秦嶺構造帶內發(fā)育有一系列基性巖脈群，這些巖脈群主要分布于寒武系—志留系地層中(圖2)。巖脈群的巖石組成主要包括輝長輝綠巖、閃長巖、正長巖等，不同巖性脈體的巖石學、空間分布及圍巖特征都具有一定的規(guī)律性。

輝長輝綠巖具輝綠結構、輝長結構和似斑狀結構(圖3 a、b), 礦物成分主要為斜長石(30～60%)和單斜輝石(40～60%)，以及少量角閃石和黑云母, 斑晶多為單斜輝石,少數(shù)樣品出現(xiàn)綠泥石、絹云母化等蝕變礦物。閃長巖具半自形粒狀結構，礦物成分主要由斜長石(65%～75%)和角閃石(15%～25%)，并含少量輝石和黑云母。斜長石和角閃石晶形均較好，呈板、柱狀。正長巖具有等粒結構，主要由長石(～95%)和黑云母組成。長石中堿性長石(主要為正長石、微斜長石、條紋長石)約占70%以上(圖3 c)。長石呈自形等粒長柱狀，粒徑約1mm，黑云母生長于長石顆粒之間，粒徑約200～300μm。

不同巖性脈體的分布特征與平利隆起密切相關。其中，輝長輝綠巖和閃長巖脈均位于平利隆起西南部，而且主要出露于瓦房店斷裂以南地區(qū)(圖2)；正長巖脈主要分布于平利隆起的北緣(圖2)。同時，圍巖地層也與侵入體的巖性密切相關(圖2)。其中，輝長輝綠巖在寒武系和奧陶系地層中均有出露，但以奧陶系地層中更為發(fā)育，尤其以嵐皋南部地區(qū)奧陶系地層中巖脈分布特征明顯；閃長巖脈主要侵入奧陶系地層，僅有少量侵入寒武系；正長巖脈僅分布于下志留統(tǒng)地層中。

南秦嶺構造帶內基性侵入巖基本上呈等厚板狀脈體的幾何特征產出，脈體厚度幾米—幾百米不等，最窄可達0.1m，最寬可達500m。在露頭尺度下這些基性侵入巖脈往往呈直立的墻狀(圖3 d)，局部也可見低角度近水平和中等角度(圖3 e)產出。而且在靠近脈體邊界的圍巖地層中，也可見輝綠巖脈呈透鏡狀順層理面貫入(圖3 f)，而且這些透鏡體內部結構對稱性明顯，礦物粒度具有中間粗、兩側細的特征。

2.2 堿性火山巖

在南秦嶺構造帶中部的嵐皋—平利一帶，分布有一套以角礫狀輝石玢巖、粗面巖和碳酸巖為主的堿性火山巖(圖2)。該套堿性火山巖主要分布于平利隆起的東緣和南緣，圍巖地層均為早—中志留世地層。位于平利隆起南緣的火山巖主要分布于紫陽—嵐皋一帶，整體呈近東西向透鏡狀條帶，東西長約60km，最寬處約6 km，多數(shù)地方寬約3km左右。平利隆起東緣火山巖則分布于竹溪—鎮(zhèn)坪一帶，并呈近南北向的層狀產出。

圖4 堿性火山巖野外產狀和顯微結構特征Fig. 4 Field occurrence and micro structural characteristics of the volcano rocks(a)層狀火山角礫巖；(b)火山巖中流動構造；(c)粗面巖顯微結構特征；(d)粗面巖與圍巖平行(a)layered volcanic breccia；(b)the flow structure in the volcanic rocks；(c)microstructure characteristics of the trachyte；(d)trachyte parallel to the surrounding rock

圖3 南東-南秦嶺構造帶內基性巖脈巖石顯微結構與侵位特征Fig. 3 The micro fabric and intruded characteristics of the basic dykes in SE-southern Qinling belt(a)輝長結構；(b)輝綠結構；(c)正長巖礦物組成；(d)輝綠巖脈侵入砂巖；(e)輝綠巖脈侵入粉砂巖；(f)圍巖中的輝綠巖透鏡體；黃色線條代表巖脈侵入邊界(a)gabbro structure；(b)ophitic texture；(c)mineral composition of the syenite；(d)diabase intruded in the sandstone；(e)diabase intruded in the siltstone；(f)diabase lens in the boundary rock；the yellow lines represent the intrusive dikes boundary

角礫狀輝石玢巖在平利隆起南緣和東緣均有分布，以成層狀的集塊狀或角礫狀火山角礫巖為特征(圖4 a)，其火山角礫成分以輝石巖、輝石玢巖、玄武巖和碳酸巖等為主。該套火山巖的主要巖石組成包括角礫狀輝石巖和輝石玢巖、角礫狀鈉長玄武巖、火山角礫巖、變火山碎屑巖以及具火山特征的不同粒級的沉積巖。該套角礫狀火山巖總體位于志留系底部，與上部志留系地層整合接觸，在火山角礫內部也可見成分分異形成的流動面構造(圖4 b)，總體反應了淺部潛火山巖特征。

粗面巖僅出露于平利隆起的東部，以粗面巖、粗面斑巖和角礫狀粗面質熔巖為特征(圖4 c)。該套火山巖位于角礫狀輝石巖上部，與上下層志留系粉砂巖均呈整合接觸，而且粗面巖中的沉積層理也與圍巖層理一致(圖4 d)。

3 基性巖脈巖石地球化學特征

本文選擇了11件基性巖脈樣品進行巖石地球化學和Sr—Nd同位素研究，包括大竹鎮(zhèn)8件輝綠巖樣品(DBS680)，兩河口鎮(zhèn)3件輝長巖樣品(DBS256、 DBS257、 DBS268)。樣品點位分別為DBS680(N：32°21′7.1″ E：108°16′25.7″)，DBS256(N:32°44′19.1″ E:108°06′32.9″)，DBS257(N:32°44′40.8″ E:108°07′32.8″)，DBS268(N:32°47′23.3″ E:108°11′35.8″)，具體位置見圖2。主量元素分析是在中國科學院地質與地球物理研究所主量元素分析實驗室完成的，樣品測試采用了X熒光光譜分析(XRF)；微量元素和稀土元素分析在西北大學教育部大陸動力學重點實驗室完成，樣品測試采用PE公司的ELAN6100DRC等離子質譜儀進行，并經BHVO-2、AGV-1、BCR-2和G-2四份標樣監(jiān)控；Sr—Nd同位素測試在中國科學院地質與地球物理研究所固體同位素地球化學實驗室完成，測量儀器為德國Finnigan公司MAT-262型熱電離質譜計。所有樣品的分析結果見表1。

表1 南秦嶺構造帶基性巖脈的主量(%)、微量元素(×10-6)、稀土元素(×10-6)及Sr—Nd同位素測定結果表Table 1 The main(%), trace elements(×10-6), rare elements(×10-6) and Sr—Nd isotope result of the mafic rocks in the Southern Qinling Belt

大竹鎮(zhèn)輝綠巖脈兩河口鎮(zhèn)輝長巖脈680-1680-2680-3680-4680-5680-6680-7680-8256-1257-1268-1Rb36.3 15.2 38.2 25.3 49.9 37.1 13.1 27.1 7.5 20.8 10.9 Sr319.2 444.1 402.7 392.0 293.6 689.5 438.8 540.7 191.5 544.3 617.2 n(87Rb)n(86Sr)0.3293 0.0993 0.2747 0.1870 0.4924 0.1556 0.0863 0.1449 0.1126 0.1106 0.0509 n(87Sr)n(86Sr)的測值0.7089710.7055790.7067140.7058010.7079500.7060180.7068500.7063170.7064470.7056790.704694n(87Sr)n(86Sr) 的 2σ0.0000090.0000110.0000110.0000110.0000130.0000120.0000090.000010.0000110.0000140.00001n(87Sr)n(86Sr)[]i0.706992 0.704983 0.705063 0.704677 0.704991 0.705083 0.706331 0.705446 0.705770 0.705014 0.704388 Sm8.6987.4848.6178.84413.9457.1418.7618.0125.2329.5526.150Nd39.91833.10040.38239.91266.05433.43540.57437.42220.98444.40028.011n(147Sm)n(144Nd)0.1317 0.1367 0.1290 0.1340 0.1276 0.1291 0.1305 0.1294 0.1506 0.1302 0.1327 n(143Nd)n(144Nd)[] 的測值0.5126270.5126390.5126200.5126280.5126130.5126100.5126340.5126120.5125220.5125900.512661n(143Nd)n(144Nd)[] 的2σ0.0000120.0000150.0000110.0000150.0000120.0000140.0000120.0000150.0000140.0000120.000013n(143Nd)n(144Nd)[]t0.5122630.5122610.5122630.5122580.5122610.5122530.5122740.5122550.5121060.5122300.512294εNd(422Ma)3.2935583.2545123.2951853.1969653.2447683.0953673.4987963.1272780.2208232.6570003.905564

3.1 地球化學特征

3.1.1 主量元素

圖5 基性巖脈巖石地球化學與同位素特征分析圖解Fig. 5 Geochemistry and isotope characteristic analysis diagram of the mafic dykes(a)硅堿圖解；(b)球粒隕石標準化稀土分布模式；(c)原始地幔標準化微量元素蛛網圖；(d)Sr—Nd同位素圖解(a)Alkali—silica diagram；(b)Chondrite-normalized REE distribution patterns；(c)plots of primitive mantle-normalized trace elements pattern；(d)Sr—Nd isotopic diagram

大竹鎮(zhèn)輝綠巖和兩河口鎮(zhèn)輝長巖的主量元素特征基本一致，其SiO2含量為41.89%～49.75%，而且大部分小于45%，屬基性—超基性巖類。但是巖石的礦物組成以長石和輝石為主，總體顯示了基性巖的特征。在硅堿圖中(圖4 a)，除一件樣品(DBS256-1)外所有樣品均落入堿性巖區(qū)，而且SiO2含量大于43%的樣品的里特曼指數(shù)(σ)為10.68～25.86(表1)，具有明顯堿性巖的特征。其Na2O+K2O=2.47%～6.64%，而且K2O/Na2O=0.18～0.75，TiO2=1.78%～5.62%，TFe2O3=13.03%～17.54%，Al2O3=11.85%～14.43%，MgO=3.86%～7.8%，表明該套巖石具有明顯的富鈉、高鈦的堿性巖特征。而且所有巖石的鎂值較低，指示它們?yōu)閹r漿高度演化后的產物。

3.1.2稀土、微量元素

上述11件樣品的稀土總量變化較大，輕重稀土分餾強，并且具有Eu正異常(或微弱負異常)的右傾譜型(圖5 b)。所有基性巖脈樣品的稀土總量較高(∑REE=104.25～312.56ppm)、輕稀土富集明顯(LaN/SmN=1.91～2.43、LaN/LuN=8.97～26.56)，其中兩件輝長巖具有弱的Eu負異常(δEu= 0.86～0.98)，而輝綠巖脈正異常明顯(δEu=1.16～1.38)。所有基性巖樣品的稀土元素型式與洋島玄武巖(OIB)的元素組成特征基本相同，說明其來源于與洋島玄武巖相同的富集地幔源區(qū)，并經歷了相同的巖漿演化過程(圖5 b)。

除樣品DBS256-1外，其他基性巖脈樣品的微量元素原始地幔標準化蛛網圖為Ba、Nb、Ta相對富集成峰，K、Sr、Zr、Hf虧損成谷的不相容元素相對富集隆起的圖譜，與洋島玄武巖特征相一致(圖5 c)。而相對于E型洋脊玄武巖(E-MORB)和N型洋脊玄武巖( N-MORB)則明顯富集輕稀土和不相容元素，并虧損重稀土和相容元素。盡管OIB以不相容元素富集為特征，但不相容元素含量的明顯變化常指示源區(qū)成分的差異。本區(qū)的輝綠巖和輝長巖的不相容元素的含量仍存在一定的區(qū)別，表明它們的源區(qū)存在一定差異，但它們的譜型均與OIB譜型相類似，表明它們均主要來自與OIB相同的富集地幔源。而其不相容元素Ba的強烈富集和Rb的虧損與大陸下地殼特征類似，暗示其可能存在一定的下地殼物質的混染。而輝長巖樣品DBS256-1的微量元素譜型與E-MORB相似，但是明顯虧損Nb和Ta等不相容元素，并富集Ba、Th等相容元素，也可能與大陸地殼的混染有關。

表2 南秦嶺構造帶內基性巖脈中鋯石SHRIMP測年結果表Table 2 Single grain zircon SHRIMP dating results of the mafic rock in the Southern Qinling Belt

注：表中測點號前省去了“DBS2571-”。

3.1.3 Sr—Nd同位素

通過對上述樣品進行Sr、Nd同位素分析，獲得了上述樣品的Rb-Sr和Sm-Nd同位素的含量和比值，其結果見表1。其中8件輝綠巖脈樣品的n(143Nd)/n(144Nd) = 0.512610～0.512639，n(87Sr)/n(86Sr) =0.705579～0.708971；3件輝長巖脈樣品的n(143Nd)/n(144Nd) = 0.512522～0.512661，n(87Sr)/n(86Sr) =0.704694～0.706447；共同顯示了中等偏低的n(143Nd)/n(144Nd)和87Sr/86Sr 同位素特征。為了計算樣品的初始釹(εNd)和初始鍶([n(87Sr)/n(86Sr)]i)值，我們利用最新獲得的基性巖脈的鋯石SHRIMP年齡(422Ma，見下文)進行計算。計算結果顯示，大竹輝綠巖脈樣品的εNd值很集中，εNd(422Ma)=3.10～3.50，平均值為3.25；而兩河口輝長巖的εNd值較分散，其中DBS256-1樣品最低為0.22，而DBS268-1樣品最高為3.91。11件樣品的初始鍶比值較統(tǒng)一，[n(87Sr)/n(86Sr)]i=0.704694～0.708971，平均值為0.705340。在Sr—Nd協(xié)變圖解中(圖5 d)，所有基性巖脈樣品投點均落入洋島玄武巖區(qū)，從而表明南秦嶺地區(qū)基性巖脈的巖漿主要來源于相對富集的地幔源區(qū)。

3.2 鋯石SHRIMP測年

進行鋯石測年的基性巖脈樣品巖性為輝長巖(DBS257/1)其采樣位置為石泉縣兩河口鎮(zhèn)，采樣點的經緯度為N32°44′40.8″，E108°07′32.8″。

鋯石SHRIMP測年是在中國地質科學院離子探針中心完成的(表2)，詳細的分析流程及試驗參數(shù)參見文獻(宋彪等，2002；Black et al.，2003；劉敦一等，2003)。所有樣品測試的原始數(shù)據(jù)處理均采用Isoplot程序(Ludwig, 2003)。

圖6 兩河口輝長巖鋯石陰極發(fā)光圖像(a)、諧和年齡圖(b)和平均年齡圖解(c)Fig. 6 Cathode luminescence image of zircon(a), concordia age(b)and average age (c)of the Lianghekou gabbro

該樣品中的鋯石多呈規(guī)則的長柱狀，粒度多為100～150μm(圖6 a)。在陰極發(fā)光圖像中，鋯石顆粒呈深灰色，而且未見明顯的韻律環(huán)帶(圖6 a)，僅在鋯石顆粒核部見規(guī)則的暗灰色楔形體，表明結晶環(huán)境相對比較穩(wěn)定。而少量捕獲的殘留鋯石則呈不規(guī)則的灰白色，鋯石內部可見比較明顯的振蕩環(huán)帶。對該樣品中的15粒鋯石進行了測定，其中1個測點為具環(huán)帶結構的鋯石，其測試結果顯示非常低的Th、U含量及Th/U比值，具有明顯的捕獲鋯石特點。剩余的14個測點為具有統(tǒng)一結構特征的深灰色鋯石，其測試結果顯示具有高的Th、U含量及Th/U比值，其結果分別為458×10-6～2031×10-6、360×10-6～954×10-6和1.31～3.12，具有明顯巖漿鋯石特點。14個測點均位于U-Pb諧和線上或附近，選擇其中最集中的12點計算其206Pb/238U的加權平均年齡為422.1±4.7 Ma，MSWD=1.4(圖6 b、c)。該年齡與諧和圖上的結果基本一致，表明兩河口輝長巖的侵入時代應為晚志留世早期(422.1±4.7 Ma)。

4 討論

4.1 火成巖組合的構造背景與侵位機制

前人通過基性巖脈的地球化學成分和同位素分析，初步判別了該類型巖石形成的構造背景與深部地幔柱活動有關(張成立等，2002，2007)。本文測試的11件樣品中，除輝長巖樣品DBS256-1外，其余10件樣品的主量—微量元素組合均顯示了明顯的堿性玄武巖特征，并靠近拉斑玄武巖系列，而且主體位于大洋與大陸環(huán)境交匯的范圍內(圖7a)。在Th/Nb—Ta/Nb、Nb/Th—Nb、La/Nb—La等微量元素圖件中，樣品主體均落入了洋島玄武巖區(qū)(圖7 b、c、d)，這與巖石主量、微量和稀土元素的分配特征是吻合的。而在Ti—Zr—Y和Hf—Th—Ta等圖解中，基性巖脈主體位于堿性板內玄武巖區(qū)(圖7 e、f)，這與巖石的主量元素巖石類型劃分也是一致的。上述地球化學特征總體顯示了南秦嶺地區(qū)基性巖脈具有典型板內洋島玄武巖的特征。張成立等(2007)通過基性巖脈與火山巖的Sr—Nd—Pb同位素研究認為，南秦嶺構造帶內基性巖脈是新元古代早期揚子北緣大洋地殼俯沖消減及其攜帶的陸源沉積物再循環(huán)進入虧損軟流圈地幔的結果，但是不同巖石中地球化學元素富集特征的差異，表明其物質來源不可能是循環(huán)洋殼，也不可能是循環(huán)陸殼(牛耀齡，2010)。

雖然該套板內堿性巖的地幔物質來源還沒有獲得統(tǒng)一的認識，構造特征研究表明，南秦嶺構造帶南緣基性巖脈的幾何產狀、侵入面構造和脈體的內部結構等構造特征均體現(xiàn)了順層侵位的特點(圖3)，而堿性巖漿脈體順軟弱層侵位往往與伸展或裂谷構造密切相關(Gudmundsson and Loetveit，2005；Hou Guiting，2012)，從而表明南秦嶺構造帶內基性巖脈體的侵位應是在陸內伸展構造環(huán)境下形成的。

對于南秦嶺造山帶內早古生代巖漿事件的年代，前人主要通過同位素年代學(黃月華等，1992；張成立等，2007)和古生物學研究(雒昆利和端木和順，2001)進行確認，初步確定該區(qū)堿基性巖漿事件的活動時間。本文采用鋯石SHRIMP測年技術對該巖漿事件進行年代學研究，更加準確的限定了該期基性巖墻群侵入事件發(fā)生于早古生代晚期(約422 Ma)，與前人利用其他方法所獲得的堿基性巖漿活動的時代基本一致(黃月華等，1992；張成立等，2007；王存智等， 2009)。另外，通過基性巖脈侵入地層特征表明，基性巖脈僅侵入于寒武—奧陶系地層中，總體也反映了南秦嶺南緣堿基性巖漿活動是在早古生代晚期侵入的。

平利隆起南緣嵐皋地區(qū)的火山巖主要由角礫狀輝石巖組成(圖2)。該套巖石形成于板內穩(wěn)定區(qū)(楊建業(yè)和蘇小鵬，1994)，代表了早古生代晚期南秦嶺地區(qū)的地幔柱作用，同時也是南秦嶺早古生代大陸裂谷—裂解的先兆(Xu Xueyi et al.，1999)。該套火山巖均位于奧陶系與下—中志留統(tǒng)之間，最近有研究者通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年獲得了嵐皋輝石玢巖的時代為早志留世—中志留世(433～413 Ma)(張成立等，2007；王存智等，2009)，表明平利隆起南緣火山巖的時代應為早—中志留世。平利隆起東部地區(qū)的輝石玢巖和粗面質火成巖空間上的層狀特征明顯。其中輝石玢巖多分布于西側，并且位于奧陶系之上；而粗面質巖石多在輝石玢巖東側，并且位于上志留統(tǒng)下部(圖2)。這種分布特征表明輝石玢巖的時代較老，粗面質巖石較新，而且輝石玢巖的“層位”與平利隆起南緣嵐皋地區(qū)火山巖類似，均產于志留紀底部(圖2)。前人研究認為平利隆起東部的堿性火山巖類巖石代表了一次火山巖體，并具有多期爆發(fā)的特點(黃月華和楊建業(yè)，1990)，形成時代為早志留世中—晚期(雒昆利和端木和順，2001)。所以南秦嶺地區(qū)在平利隆起周緣的堿性火山巖形成時代應為早—中志留世，這與基性巖脈的侵入時代基本上是同期的。

南秦嶺南緣堿性火山巖的空間分布特征表明，上述巖漿活動的形成時間集中于早—中志留世，雖然現(xiàn)今不同巖性的出露特征與平利隆起的關系明顯，這可能與瓦房店斷裂在中生代時期的逆沖推覆構造有關(Dong Shuwen et al.，2008；董云鵬等，2008；Hu Jianmin et al.，2012；Shi Wei et al.，2012)。根據(jù)不同巖性火山巖的空間分布特征分析表明，先后噴出的輝石玢巖和粗面巖共同形成了雙模式巖漿活動的特征, 并被證明是早古生代南秦嶺被動大陸邊緣裂谷發(fā)育鼎盛時期巖漿活動的產物(楊建業(yè)和蘇小鵬，1994)。

圖7 基性巖脈巖石主—微量元素構造環(huán)境判別圖解Fig. 7 Tectonic environmental discrimination diagrams of the mafic dikes on the main and trace elements(a)Nb/Y—Zr/(P2O5*104)；(b)Th/Nb—Ta/Nb；(c)Nb/Th—Nb；(d)La/Nb—La；(e)Ti/100—Zr—Y*3；(f)Hf/3—Th—Ta；OCE—大洋環(huán)境；CON—大陸環(huán)境；ALK—堿性系列；THO—拉斑系列；SHO—橄欖粗玄巖；TH—拉斑玄武巖；DM—虧損地幔；CAB—島弧鈣堿性玄武巖；OIB—洋島玄武巖；MORB—洋中脊玄武巖；IAB—島弧玄武巖；WPB—板內玄武巖；LKT—低鉀拉斑玄武巖；IAT—島弧拉斑玄武巖；N-MORB—N型洋中脊玄武巖；E-MORB—E型洋中脊玄武巖；WPA—堿性板內玄武巖(a)Nb/Y—Zr/(P2O5*104)；(b)Th/Nb—Ta/Nb；(c)Nb/Th—Nb；(d)La/Nb—La；(e)Ti/100—Zr—Y*3；(f)Hf/3—Th—Ta；OCE—Ocean；CON—Continent；ALK—Alkaline series；THO—Tholeiitic series；SHO—Olive dolerite；TH—Tholeiitic basalt；DM—Depleted mantle；CAB—Island arc calc-alkaline basalt；OIB—Ocean island basalt；MORB—Mid-ocean ridge basalt；IAB—Island arc basalt；WPB—Within plate basalt；LKT—low-K tholeiite；IAT—Island arc tholeiite；N-MORB—N-Mid-ocean ridge basalt；E-MORB— E-Mid-ocean ridge basalt；WPA—Within plate Alkaline basalt

目前，對于南東-南秦嶺構造帶南緣廣泛分布的堿基性巖墻群和火山巖的形成背景仍有不同的認識，有人認為是地幔柱成因(張成立等，2007)，也有人認為與地殼或巖石圈的裂解有關(黃月華等，1992)。對比世界堿性巖分布的典型地區(qū)，均代表了強烈的地殼伸展構造背景(Gudmundsson and Loetveit，2005; Hou Guiting，2012)。另外，該類具有堿性巖性質的基性巖墻的地球化學特征與洋島的地球化學特征極其相似，而與大陸玄武巖，即典型的大陸溢流玄武巖漿的地球化學和同位素特征具有明顯區(qū)別(Thompson and Gibson，1994)。而在南秦嶺構造帶東部的武當?shù)貕K內部也發(fā)育一系列基性巖脈，可能與古生代時期南秦嶺巖石圈拉伸所導致的深部基性巖漿上侵有關(胡健民等，2000；趙國春等，2003)。不同堿基性巖脈在垂直層位上的分布特征，顯示了由下往上呈輝長輝綠巖—閃長巖—正長巖的演化過程，而火山巖也顯示了由輝石玢巖—粗面巖的演化過程。而且不同的巖脈傾入時代和火山巖的層位能夠對比，從而構成了南秦嶺南緣地區(qū)的雙峰式火山活動特征，其時代為早—中志留世?？傮w也顯示了南秦嶺南緣地區(qū)在早古生代晚期發(fā)生了強烈的地殼伸展擴張事件(張成立等，2002)。從而表明南秦嶺構造帶內堿性、基性巖漿事件很可能是南秦嶺早古生代晚期強烈?guī)r石圈裂解事件的產物。

4.2 古特提斯洋打開

自新元古代中期開始，南秦嶺區(qū)及揚子北緣由總體的匯聚轉向大規(guī)模的伸展裂解，共同反映了全球Rodinia 超大陸裂解事件在中國大陸的響應(張國偉等，2001；張成立等，2007)。這一伸展拉張作用在南秦嶺構造帶內一直持續(xù)到早古生代末，表現(xiàn)為勉略縫合帶和武當?shù)貕K的新元古代中—晚期基性巖墻群(周鼎武等，1997)上又疊加了早古生代鎂鐵質巖脈(胡健民等，2002；趙國春等，2003)。但是早期基性巖脈和火山巖以大陸裂谷火山巖或大陸溢流玄武巖(夏林圻等，1996)或島弧拉張洋盆玄武巖(張宗清等，2005)為特征，而南秦嶺構造帶南緣地區(qū)早古生代基性巖脈以富集性的板內洋島玄武巖為特征。另外，該套基性巖脈是發(fā)育于早古生代揚子北緣被動陸緣上的陸緣裂谷和塌陷盆地內(張國偉等，2001)，而基本同時期含有粗面巖礫石的礫巖沉積表明南秦嶺構造帶內裂陷盆地自晚志留世開始進入收縮階段(張國偉等，2001)，這與基性巖脈形成的伸展環(huán)境明顯不同。從而證明南秦嶺構造帶在早古生代晚期的伸展拉張作用與早期大陸裂谷并不相同，可能與新的構造事件相關。

早古生代晚期，南秦嶺構造帶南北緣處于完全不同的構造環(huán)境體制下。其北緣商丹縫合帶在該時期處于明顯的擠壓碰撞階段，在縫合帶北側的北秦嶺構造帶內形成了大量同碰撞花崗巖及順造山帶的側向擠出(Wang Tao et al.，2005；Dong Yunpeng et al.，2011；Wang Xiaoxia et al.，2013)。我們在南秦嶺構造帶北緣的寧陜斷裂帶內獲得近東西向的左行走滑變形的時代為418.5±3 Ma(另文發(fā)表)，這與商丹帶碰撞后期的順造山帶的側向擠出時代也是一致的(Wang Tao et al.，2005)，而該時期與南秦嶺北緣的原特提斯洋俯沖消減時間正好吻合(Xue Feng et al.，1996；Sun Weidong et al.，2002；Ratschbacher et al.，2003；宋傳中等，2006；何世平等，2007；Dong Yunpeng et al.，2011)。所以，上述走滑變形與華北地塊和南秦嶺地塊向北秦嶺地塊之下的雙向俯沖有關(張國偉等，1997，2001；Dong Yunpeng et al.，2011)，同時也代表了原特提斯洋閉合后的陸內俯沖變形過程(張國偉等，2001)。在南秦嶺構造帶北緣地區(qū)發(fā)育的鈉長巖漿作用也代表了早期原特提斯洋盆閉合后陸內俯沖的產物(李勇等，1999；張國偉等，2001)，我們最新利用SHRIMP鋯石測年技術獲得鈉長巖后期巖漿鋯石的年齡集中于381～415Ma，平均年齡為396.8±9.1 Ma(另文發(fā)表)，與南秦嶺構造帶南緣堿基性巖漿活動基本同期。

南秦嶺構造帶南緣地區(qū)在早古生代晚期的裂解事件與西側勉縣—略陽地區(qū)的古特提斯洋盆發(fā)育時間一致，而且在空間位置上存在連續(xù)性，表明南秦嶺地區(qū)早古生代晚期堿基性雙峰式火山巖活動與勉略古特提斯洋活動可能相關，從而代表了古特提斯洋在該地區(qū)初始裂解的產物(胡健民等，2002)。

由于南秦嶺南緣中生代強烈的逆沖推覆構造，對于該期裂解事件的構造位置并不清晰。平利隆起控制了不同性質的基性巖脈和火山巖的空間分布特征(圖2)，尤其是火山巖均位于平利隆起周緣，而且呈現(xiàn)了往外逐漸變新的特征，從而表明該期裂解事件的位置大致位于平利隆起附近。通過平衡剖面法推測大巴山中生代變形的縮短量可能超過了100km(何建坤等，1997；張岳橋等，2010；Dong Shuwen et al.，2013)，并經歷了后期強烈的走滑變形作用(胡健民等，2008)，所以平利隆起的原始位置應該在現(xiàn)今寧陜斷裂附近，從而表明南秦嶺地區(qū)在早古生代晚期在現(xiàn)今寧陜斷裂位置發(fā)生了大規(guī)模的不完全裂解事件，該期裂解事件在晚志留世結束，并在后期形成了晚古生代臺地邊緣相沉積(張國偉等，2001)。

奧陶紀時期原特提斯洋向北俯沖，并在中古生代形成了商丹縫合帶(張國偉等，1996；Meng Qingren and Zhang Guowei，2000)，而商丹縫合帶內順造山帶的側向擠出表明，東南秦嶺構造帶北緣在晚志留世時期已經處于陸內俯沖碰撞階段(Wang Tao et al.，2005)。同時，在南秦嶺構造帶南緣地區(qū)形成了一系列陸內伸展背景下的堿基性脈體和火山巖，該期巖漿活動代表了南秦嶺構造帶南緣的巖石圈裂解。另外，在南秦嶺構造帶西側的勉縣—略陽地區(qū)，巖石圈裂解形成了古特提斯洋的北支洋盆(Meng Qingren and Zhang Guowei，2000；張國偉等，2003)，其最初的裂解時間是在泥盆紀(張國偉等，1995；Meng Qingren and Zhang Guowei，2000)，與南秦嶺北緣鈉長質巖漿活動的時間是一致的。

南秦嶺構造帶南緣的堿基性巖漿活動與構造帶北緣的陸內俯沖作用同時，而北緣鈉長質巖漿活動則與南緣勉略古洋盆的裂解同期，從而表明東南秦嶺構造帶南緣的構造巖漿活動與北緣的構造作用具有某種內在的聯(lián)系。特提斯演化研究表明，原特提斯的閉合與古特提斯洋的形成存在緊密的構造聯(lián)系，原特提斯洋的閉合往往造成了古特提斯洋的裂解(Sengor，1990)。所以，早古生代晚期的古特提斯洋在南秦嶺構造帶南緣的初始裂解與北緣原特提斯洋的俯沖碰撞可能是相關的，很可能與南秦嶺地塊向北俯沖過程中的后緣伸展有關(胡健民等，2002)。而且南東-南秦嶺構造帶南緣在晚志留世的裂解明顯早于勉略古特提斯洋裂解的時間(張國偉等，2001)，并在勉略古洋盆打開時結束了裂解。

5 結論

(1)南秦嶺構造帶南緣地區(qū)早古生代淺變質地層中侵位的基性巖墻群以輝長巖、輝綠巖等基性巖為主；SiO2含量為41.89%～49.75%，屬基性—超基性巖類；其Na2O、K2O和MgO含量較高，具有富鈉、高鈦的堿性巖特征；稀土、微量元素和Sr—Nd同位素特征與板內洋島玄武巖(OIB)特征一致。

(2)南秦嶺構造帶南緣地區(qū)基性巖脈以順層侵位為特征，具有伸展背景下的堿性巖特征；其巖漿來源于具有地殼混染的板內洋島玄武巖型地幔源區(qū)。

(3)南秦嶺構造帶南緣堿基性巖漿活動順層侵位的時代為晚志留世早期(約422 Ma)，略早于勉略洋盆初始裂解的時代，可能代表了古特提斯洋在南秦嶺構造帶東段的初始裂解，并與構造帶北緣的商丹原特提斯洋的消減和陸內俯沖相關。

致謝：中國科學院地質與地球物理研究所李潮峰研究員在Sr—Nd同位素測試過程中給予了很大的幫助；孟慶任研究員對文稿寫作給予了很多建議；張成立教授、李旭平教授、章雨旭研究員審閱了文稿，并提出了寶貴的修改建議，使論文更加科學、嚴謹; 在此一并表示誠摯的感謝。