東秦嶺丹鳳地區(qū)分水嶺蛇綠巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡、巖石地球化學特征及其構造意義

趙如意, 姜常義, 李衛(wèi)紅, 王江波, 汪幫耀, 惠爭卜

1)長安大學地球科學與資源學院, 陜西西安 710054; 2)核工業(yè)二〇三研究所, 陜西咸陽 712000; 3)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室, 陜西西安 710054

東秦嶺丹鳳地區(qū)分水嶺蛇綠巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡、巖石地球化學特征及其構造意義

趙如意1, 2), 姜常義1, 3)*, 李衛(wèi)紅2), 王江波2), 汪幫耀1, 3), 惠爭卜2)

1)長安大學地球科學與資源學院, 陜西西安 710054; 2)核工業(yè)二〇三研究所, 陜西咸陽 712000; 3)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室, 陜西西安 710054

蛇綠巖是造山帶研究的關鍵問題之一, 文章在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎上, 通過巖石學、同位素年代學、地球化學等綜合研究, 認為東秦嶺丹鳳地區(qū)分水嶺蛇綠巖是與俯沖帶相關的SSZ型蛇綠巖。其中的變玄武巖是產(chǎn)于弧前構造環(huán)境的玻玄巖, 它具有較玻安巖稍低的SiO2含量, 同時具有高MgO(9.24%～18.74%) 和Mg#(74～85)、低TiO2(0.15%～0.38%)和球粒隕石標準化稀土元素配分曲線呈“U”型及相容元素Ni、Cr豐度較高, 高場強元素(HFSE)Y、V、Zr、Yb豐度較低等地球化學特征。變輝長巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡表明分水嶺蛇綠巖形成于(499.7±6.1) Ma, 玻玄巖的存在暗示著此時的古商丹洋強烈向北俯沖, 在洋內(nèi)俯沖帶和北秦嶺南緣之間形成了與俯沖帶相關的SSZ型蛇綠巖, 進一步補充完善了秦嶺造山帶的地質(zhì)演化歷史。

蛇綠巖; 玻玄巖; 弧前; 東秦嶺

Key words:ophiolite; hyalobasalt; fore-arc; Eastern Qinling Mountains

商丹構造帶是華北板塊(北秦嶺地塊)與中秦嶺微板塊的縫合帶(張國偉等, 2001), 對其進行研究具有十分重要的地質(zhì)意義。根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局《秦嶺成礦帶地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查》計劃項目的需要, 2011—2013年度在陜西丹鳳地區(qū)部署了“陜西1:5萬龍駒寨、巒莊街幅區(qū)調(diào)”項目, 筆者有幸參加該項目工作。在前人取得成果的基礎上, 通過系統(tǒng)的剖面測量、路線地質(zhì)調(diào)查、地球化學分析、同位素測年和綜合研究, 認為商丹構造帶是蛇綠構造混雜巖帶。前人對該混雜巖帶也進行過較為詳細的研究, 取得的認識不盡相同, 已經(jīng)識別出的變基性火山巖主要有以下幾種: (1)產(chǎn)于島弧環(huán)境的鈣堿性變質(zhì)基性火山巖(裴先治等, 2001); (2)形成于成熟大洋的, 就位于俯沖帶內(nèi)具有N-MORB特征的變質(zhì)玄武巖(裴先治等, 2007; Dong et al, 2011b); (3)形成于洋內(nèi)島弧環(huán)境的變玄武巖(張成立等, 1994; 張旗等, 1995); (4)形成于俯沖帶, 具有E-MORB特征高Ti變質(zhì)玄武巖(李源等, 2012)。除此之外, 本次調(diào)查在靠近分水嶺斷裂一帶還是識別出一套具有特殊地球化學特征的變質(zhì)玄武巖, 它們與蛇紋石化橄欖巖、變輝長巖、變枕狀玄武巖緊密共生, 且其中侵入有脈狀斜長花崗巖, 具有蛇綠巖的巖石組合特征。本文在巖石學研究的基礎上, 通過對變輝長巖中的鋯石利用陰極發(fā)光(CL)和激光剝蝕等離子質(zhì)譜(LA-ICP-MS)單顆粒鋯石原位分析法進行U-Pb年代學研究, 同時對變玄武巖地球化學特征和形成構造環(huán)境進行研討,希望對該區(qū)構造格架和地質(zhì)演化研究有所裨益。

圖1 東秦嶺丹鳳地區(qū)地質(zhì)圖(a)、大地構造位置圖(b)及分水嶺蛇綠巖剖面圖(c)Fig. 1 Geological map (a), geotectonic map (b) of Danfeng area in Eastern Qinling Mountains and the Fenshuiling ophiolite section (c)

“三塊夾兩帶”是秦嶺造山帶的經(jīng)典構造格局(張國偉等, 2001): 三塊包括北秦嶺地塊(及華北板塊南緣)、中秦嶺微地塊和揚子板塊, 兩帶是指商丹和勉略兩個縫合帶。以商丹大斷裂和分水嶺斷裂為界, 自南向北依次為中秦嶺微地塊、商丹縫合帶和北秦嶺地塊(圖1), 丹鳳地區(qū)位于這三個地質(zhì)單元的結合部位。研究區(qū)北秦嶺地塊出露秦嶺巖群形成于古元古代(王濤等, 1997; 張本仁等, 2002; 張正偉等, 2003; 張宗清等, 2006; 王宗起等, 2009), 是沉積于大陸邊緣的碎屑巖、碳酸鹽巖經(jīng)角閃巖相-高角閃巖相變質(zhì)而來, 巖性主要為(條帶狀)黑云斜長(二長)片麻巖、含石墨大理巖、矽線石榴片巖。中秦嶺微地塊出露池溝組是一套弱變質(zhì)強變形的微晶二云母片巖、石英片巖、變粒巖巖石組合。羅漢寺巖群為一套變質(zhì)變形較強的石英片巖、云母片巖、大理巖夾變質(zhì)基性火山巖組合。商丹縫合帶是蛇綠構造混雜巖帶, 主要是丹鳳巖群的巖塊與基底巖石和蛇綠巖等塊體, 再經(jīng)強烈變質(zhì)變形的片麻巖、片巖、糜棱巖等基質(zhì)焊接而成。丹鳳巖群b巖段主要是由變枕狀玄武巖、變基性火山熔巖夾少量變英安巖組成, a巖段主要為二云母片巖、大理巖和少量變粒巖夾變基性火山熔巖組成。蛇綠巖呈塊體分布于丹鳳巖群a巖段北側靠近分水嶺斷裂一帶。自商南向北西在丹鳳、商州、周至、黑河等地均有蛇綠巖斷續(xù)出露, 巖石組合為蛇紋石化方輝橄欖巖+變鎂鐵質(zhì)火山巖+變鎂鐵質(zhì)侵入巖(輝長巖或輝綠巖)+變放射蟲硅質(zhì)巖等(裴先治等, 2007; 李王曄等, 2007; 陳雋璐等, 2008; 董云鵬等, 2008; Dong et al., 2011b), 各地出露的蛇綠巖組成單元齊全程度不一, 均經(jīng)歷了綠片巖相-綠簾角閃巖相變質(zhì)作用和強烈的變形作用。

1 樣品采集及分析

樣品分析是在剖面測量的基礎上, 對各基本填圖單元進行系統(tǒng)劃分、采集, 結合顯微鏡觀察進行選取的。其中同位素年齡樣品1件, 鋯石挑選工作由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成, 同位素年齡測試是由激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)原位U-Pb定年在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。實驗采用的ICP-MS為美國Agilent公司生產(chǎn)的Agilent7500a, 激光剝蝕系統(tǒng)為德國microlas公司生產(chǎn)的Geolas200M, 該系統(tǒng)由德國Lambda Physik公司的Compex102ArF準分子激光器(波長193 nm), 與Microlas公司的光學系統(tǒng)組成。

進行地球化學分析的樣品有蛇紋石化方輝橄欖巖2件、變玄武巖8件、變輝長巖2件, 分析測試由核工業(yè)二〇三研究所分析測試中心完成。主量元素檢測使用的是荷蘭帕納科公司制造的Axios X射線光譜儀, 分析數(shù)據(jù)中燒失量0.58%～1.73%, 分析總量介于99.44%～100.07%之間, 滿足GB/T14506.28-2010、GB/T14506-2010和GB/T3257.21-1987要求。微量元素和稀土元素檢測使用的是荷蘭帕納科公司制造的Axios X射線光譜儀和Thermo Flsher公司制造的Xseries2型ICP-MS, 分析數(shù)據(jù)滿足GB/T14506.28-2010、DZ/T0223-2001要求。

2 巖石學特征

本次工作識別出的東秦嶺丹鳳地區(qū)蛇綠巖以分水嶺附近出露的剖面PM7-2最為典型(圖1), 其北以分水嶺斷裂與秦嶺巖群的黑云斜長片麻巖相接,南被早古生代寬坪巖體所侵, 其出露寬度幾十米至數(shù)百米, 在冠山溝、瓦房村和酒架溝等地也有較好出露。分水嶺剖面(PM7-2)出露的蛇綠巖組成單元主要有蛇紋石化方輝橄欖巖、糜棱巖化變輝長巖、和變質(zhì)玄武巖; 魚嶺水庫一帶出露有強變形變質(zhì)枕狀玄武巖、變玄武巖; 瓦房村剖面則以變玄武巖為主,各組成單元以構造相接觸。多數(shù)巖石經(jīng)歷了綠簾角閃巖相變質(zhì)作用和較強變形或糜棱巖化作用, 在變質(zhì)玄武巖和輝長巖之中, 常有斜長花崗巖脈侵入。

2.1 蛇紋石化方輝橄欖巖

蛇紋石化方輝橄欖巖呈黑色塊狀產(chǎn)出(圖2a),與圍巖以構造平行接觸, 巖石蝕變十分發(fā)育, 原生礦物已經(jīng)徹底被次生礦物所取代, 僅保留了半自形粒狀結構及橄欖石和斜方輝石的形態(tài)(圖2b)。橄欖石含量約80%, 呈粒狀, 粒徑3 mm左右, 已完全蛇紋石化, 發(fā)育網(wǎng)狀結構, 沿網(wǎng)線的裂隙充填了蛇紋石化過程中析出的粉塵狀磁鐵礦, 蛇紋石呈纖維狀平行分布在網(wǎng)眼中。斜方輝石含量約15%, 蝕變斜方輝石形成的蛇紋石略帶多色性, 完全保留了原礦物假象, 呈它形充填于橄欖石間隙之中, 另外含有少量的透閃石和方解石, 還有一些方解石呈細脈狀產(chǎn)出。

2.2 糜棱巖化變輝長巖

巖石整體呈深灰色, 與圍巖呈構造平行接觸。露頭上(圖2c)可以看到自形-半自形的斜長石因糜棱巖化而呈定向排列, 且具有韻律狀變化的特征。鏡下可以看到斜長石含量約占50%～60%, 呈拉長的粒狀, 長軸平行排列, 發(fā)育有絹云母化、簾石化,少量僅保留了粒狀假象(圖2d)。角閃石含量約35%～40%, 呈變斑狀集合體產(chǎn)出, 長軸也呈平行排列, 應為輝石變質(zhì)之后的產(chǎn)物。另含有少量的黑云母, 發(fā)育有綠泥石化和綠簾石化。

2.3 變玄武巖(斜長角閃片巖)

露頭上的變質(zhì)玄武巖與變枕狀玄武巖共生, 整體呈黑綠色-黑色, 片狀-塊狀構造, 靠近分水嶺斷裂者糜棱巖化較為發(fā)育(圖2e)。鏡下觀察主要由角閃石50%～75%、斜長石15%～45%、綠簾石5%左右及少量石英和黑云母組成。糜化作用發(fā)育時礦物定向排列明顯, 且斜長石呈“層狀”產(chǎn)出(圖2f), 有的層中斜長石幾乎全部變成絹云母, 而個別層中斜長石較為新鮮, 可以看到清晰的雙晶。由于露頭上與變枕狀玄武巖緊密共生, 因此將其恢復為變玄武巖。

2.4 變枕狀玄武巖(斜長角閃片巖)

圖2 東秦嶺丹鳳地區(qū)分水嶺蛇綠巖露頭及鏡下照片F(xiàn)ig. 2 Outcrops and microphotographs of Fenshuiling ophiolite in Danfeng area, Eastern Qinling Mountains

從露頭上看, 與變質(zhì)玄武巖相似, 蛇綠巖組分的變枕狀玄武巖變形也較強烈, 其枕狀構造被拉伸成10:1～15:1的長柱狀、竿狀, 甚至線狀構造(圖2g)。鏡下看(圖2h)礦物定向排列特征明顯, 其中的礦物主要由普通角閃石55%～60%、斜長石35%～40%、綠簾石1%～3%及1%左右的黑云母組成。普通角閃石具典型的角閃石節(jié)理特征, 呈柱狀—長柱狀, 大小為0.4～0.8 mm, 長/寬一般3～10, 黃綠-藍綠色多色性明顯。斜長石分布于角閃石間隙之中, 呈粒狀-透鏡狀產(chǎn)出, 雙晶不發(fā)育。黑云母呈片狀, 長約0.3 mm, 深褐綠色-淺黃綠色多色性明顯。蛇綠巖組分的變枕狀玄武巖出露較少, 僅在魚嶺水庫下見有少量出露, 與變玄武巖緊密共生。

3 鋯石U-Pb同位素年齡

同位素年齡樣品Pm7-2-6, 取自蛇綠巖下部單元的糜棱巖化變質(zhì)輝長巖。制靶時選取淡黃色-無色透明的鋯石, 晶形為短柱狀、半截錐狀、不規(guī)則狀, 長度為80～120 μm。CL圖像顯示多數(shù)較大的鋯石呈不規(guī)則狀, 且發(fā)育的震蕩環(huán)帶較寬, 而短柱狀和半截錐狀鋯石較小, 發(fā)育的震蕩環(huán)帶較為細密。這可能是由于高溫條件下元素擴散速度較快, 巖漿結晶早期形成的鋯石較大且環(huán)帶較寬, 而晚期溫度降低形成的鋯石顆粒小且具有細密環(huán)帶(吳元保等, 2004)。鋯石中232Th的含量變化較大, 介于159×10-6～2702×10-6之間, 與232Th相對應,238U的含量也有較大的變化, 介于232×10-6～3448×10-6之間。通常巖漿鋯石的Th和U含量較高, Th/U的值為＞0.4, 且比較接近1(吳元保等, 2004)。所測試鋯石的Th/U的值為0.35～1.08, 具有較好的正相關性。對比CL(圖3)圖像可以看出, 震蕩環(huán)帶較寬大的高溫鋯石其Th/U的值更接近1, 而震蕩環(huán)帶細密的相對低溫鋯石Th/U的值為0.4附近, 這是由于Th和U在巖漿中的含量及它們在鋯石與巖漿之間的分配系數(shù)所導致的(吳元保等, 2004)。因此, 樣品所取的鋯石具有典型巖漿鋯石的特征。鋯石U-Pb分析測試數(shù)據(jù)共測試了18個點, 所有測點的206Pb/238U-207Pb/235U均分布在諧和線上(圖4a), 且相對較為集中地分布在(488.3±6.5)～(510.9±6.1) Ma之間, 它們的加權平均年齡為(499.7±6.1) Ma,MSWD=0.14, 95%置信度(圖4b)。

圖3 東秦嶺丹鳳地區(qū)分水嶺蛇綠巖變輝長巖鋯石CL圖像和年齡Fig. 3 CL images and ages of representative zircons from metagabbro in Fenshuiling ophiolite of Danfeng aera, Eatern Qinling Mountains

圖4 東秦嶺丹鳳地區(qū)分水嶺蛇綠巖變輝長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖(a)和直方圖(b)Fig. 4 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams (a)and weighted average ages histograms (b) of metagabbro in Fenshuiling ophiolite of Danfeng area, Eatern Qinling Mountains

4 地球化學特征

4.1 主量元素特征

分水嶺蛇綠巖的地球化學分析結果是經(jīng)過扣除H2O2+和CO2-歸一化后重新結算的結果。蛇紋石化方輝橄欖巖樣品2件, 由于發(fā)育蛇紋石化和碳酸鹽化, 其燒失量較高, 按照CO2的含量反算CaCO3,去除碳酸鹽化帶來的CaO后進行計算。其中SiO2的含量為45.66%和45.33%, TFe2O3的含量為9.67% 和8.68%, MgO的含量分別為40.32%和42.86%。TiO2、Al2O3、CaO、Na2O、K2O、P2O5等含量均較低, Mg#分別為93和94, 具有虧損地幔的特征。2件變輝長巖和8件變玄武巖樣品中, 除MgO和Al2O3含量有較大差異外, 其余主量元素含量較為相近。變輝長巖的MgO含量較高, 分別為23.05% 和20.63%, Mg#值為87和91。而變玄武巖較一般玄武巖的MgO含量也偏高, 其含量為9.24%～18.74%, Mg#值為74～85。變輝長巖中Al2O3的含量為2.51% 和1.75%, 而變玄武巖中Al2O3的含量則為10.24%～15.47%。變輝長巖的SiO2含量為52.47%和52.82%, 變玄武巖的SiO2含量為47.96%～51.98%。二者TiO2含量較低, 為0.15%～0.38%。TFe2O3為7.43%～10.77%, MnO含量為0.12%～0.21%, CaO含量為6.34%～13.82%, Na2O的含量為0.06%～3.54%, K2O的含量為0.06%～0.94%, P2O5的含量僅為0.01%～0.06%。這種地球化學特征與TAS圖解(圖5a)和FAM圖解(圖5b)所顯示的特征一致表明它們的原巖為亞堿性系列拉斑玄武巖。

4.2 稀土元素特征

蛇紋石化方輝橄欖巖的ΣREE值為6.82×10-6和10.46×10-6, ΣLREE/ΣHREE的值為6.21和6.51。在球粒隕石標準化配分曲線圖上(圖6a)具有輕稀土元素略富集, 發(fā)育弱的“Eu谷”且重稀土元素與球粒隕石含量相當?shù)奶攸c。變輝長巖的ΣREE值為7.25×10-6和27.93×10-6, ΣLREE/ΣHREE的值為7.92 和11.32。在球粒隕石標準化配分曲線圖上(圖6a),兩個樣品的曲線特征相似, 具有輕稀土元素略富集,發(fā)育低的“Eu峰”且重稀土元素分餾不明顯的特征。

變玄武巖的ΣREE的值為15.55×10-6～30.92×10-6, ΣLREE/ΣHREE的值為1.82～4.40。在球粒隕石標準化配分曲線圖(圖7a)上, MREE的分布較LREE和HREE下凹, 整體呈“U”型的分布曲線。

圖5 東秦嶺丹鳳地區(qū)分水嶺蛇綠巖TAS圖解(a)和FAM圖解(b)Fig. 5 TAS (a) and FAM (b) diagram of Fenshuiling ophiolite in Danfeng area, Eastern Qinling Mountains

圖6 秦嶺丹鳳地區(qū)分水嶺蛇綠巖(變輝長巖和蛇紋石化橄欖巖)球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖和原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖Fig. 6 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace elements spidergrams of Fenshuiling ophiolite in Danfeng area, Eastern Qinling Mountains

4.3 微量元素特征

從原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(圖6b, 7b)上可以看出, 蛇紋石化方輝橄欖巖的大離子親石元素(LILE)Rb、Ba、K相對虧損, 高場強元素(HFSE)Ta、Nb相對虧損, Th、U相對富集, 而虧損Zr、Hf、Sm、Eu、Ti、Gd、Tb、Y、Yb等元素, 其中Ti虧損強烈。變輝長巖的曲線趨勢顯示大離子親石元素(LILE)Rb、Ba相對富集, 高場強元素(HFSE)Th、U相對富集且Ta、Nb異常不明顯, 除Sr、Zr明顯富集外, 其余元素呈右傾曲線的特征。變玄武巖的大離子親石元素(LILE)Rb、Ba、K相對富集, 高場強元素(HFSE)Ta、Nb異常不明顯, 整體曲線右傾, 但是Th、U相對富集強烈, Sr相對富集, 同時相對虧損P和Ti。

5 討論

5.1 玻玄巖

圖7 秦嶺丹鳳地區(qū)分水嶺蛇綠巖(變玄武巖)球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖(a)和原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements spidergrams (meta-basalt) (b) of Fenshuiling ophiolite in Danfeng area, Eastern Qinling Mountains

圖8 東秦嶺丹鳳地區(qū)分水嶺蛇綠巖變玄武巖Zr/Y-Zr(a)和V-Ti/1000(b)構造環(huán)境判別圖Fig. 8 Zr/Y-Z r(a) and V-Ti/1000 (b) tectonic setting discrimination diagram of meta-basalt of Fenshuiling ophiolite in Danfeng area, Eastern Qinling Mounains

前人對商丹蛇綠構造混雜巖帶進行研究時, 在李子園(裴先治等, 2006)和太白區(qū)鸚鴿嘴地區(qū)(李源等, 2012)發(fā)現(xiàn)一類地球化學特征較為特殊的火山熔巖, 與東秦嶺丹鳳地區(qū)分水嶺蛇綠巖的變基性熔巖較為相似, 它們都具有玻安巖的特征。玻安巖因最早發(fā)現(xiàn)于bonin群島而得名, 由于玻安巖分布較為稀少, 前人主要是依據(jù)其地球化學特征進行定義。國際地科聯(lián)將其定義為SiO2＞53%, MgO＞8%, 且TiO2＜0.5%的一類巖石; HICKEY等(1982)定義玻安巖為SiO2含量52%～60%, MgO含量9%～25%, TiO2平均含量為0.2%, Mg#值55～83, 同時還具有Ni、Cr(Ni=300×10-6～900×10-6, Cr=100×10-6～450×10-6)含量高和高場強元素Y、V、Zr和HREE豐度低的特點; Crawford等(1989)定義其為SiO2＞53%, 同時Mg#＞60的巖石, 或是具有這些地球化學特征的母巖漿形成的一類火山巖; PIERCEY等(2001)總結前人資料認為玻安巖應該具如下地球化學特征(裴先治等, 2006): (1)有高的MgO含量和Mg#值, 相容元素含量(Ni、Cr、Co等)含量較高; (2)低的TiO2含量; (3)中等含量的SiO2(＞53%); (4)具有U型稀土元素配分模式; (5)強烈虧損高場強元素(HFSE); (6)通常(但非總是)相對于中稀土元素Zr和Hf富集。張旗等(2008)認為玻安巖還應該具有貧Al, 極端貧Ti、P和HFSE(TiO2＜0.4%、Ti/Zr＜76、Yb＜1×10-6), LREE可以是虧損或是富集, 但是具有特征的U型稀土元素配分曲線特征。

東秦嶺丹鳳地區(qū)分水嶺蛇綠巖中變玄武巖有以下主要地球化學特征: (1)SiO2含量為47.96% ～51.98%, TiO2為0.15%～0.38%, 全部＜0.4%; MgO含量也較高, 其含量為9.24%～18.74%, Mg#值為74～85, 樣品MgO含量＞9%, Mg#值全部＞60; (2)LREE略微富集, 在球粒隕石標準化配分曲線圖(圖8a)上, MREE的分布較LREE和HREE下凹, 整體呈“U”型的分布曲線; (3)相容元素Ni、Cr的豐度較高, Ni含量為399×10-6～1554×10-6, Cr含量為110×10-6～343×10-6; 高場強元素(HFSE) 豐度較低,尤其是Y、V、Zr、Yb表現(xiàn)更明顯; Ti/Zr的值25～78, Yb的含量0.67×10-6～1.58×10-6。在Zr/Y-Zr圖解(圖8a)和V-TiO2×10000圖解(圖8b)中, 變玄武巖全部落入玻安巖區(qū)域。以上地球化學特征表明, 分水嶺蛇綠巖的變玄武巖具有玻安巖特征, 由于樣品SiO2含量＜53%, 張旗(1990)建議稱之為玻玄巖(Boni-basalt)。

5.2 構造意義

玻玄巖與玻安巖是玻安巖系的兩個亞類(張旗, 1990), 幾乎所有的玻安巖都產(chǎn)于弧前環(huán)境并與洋內(nèi)消減作用有關(Crawford et al., 1989; 張旗, 1990; Piercey et al., 2001; 裴先治等, 2006; 張旗等, 2008; Yildrim, 2011; Dilek et al., 2011)。Sun和Nesbitt(1978)最早提出兩組分混合模式來解釋西太平洋玻安巖的成因, 也就是一個不相容元素極端虧損的源巖, 由于加入了LREE富集而Ti虧損的物質(zhì), 才使得其REE曲線呈U型分布。Flower(1987)通過礦物相平衡實驗證明玻安巖是由已經(jīng)分熔了玄武巖的虧損地幔源(方輝橄欖巖)在一定的開放水壓環(huán)境下部分熔融形成的。目前認為玻安巖是在弧前低壓高溫環(huán)境下, 由俯沖板片脫水作用形成流體交代虧損的地幔楔而形成(張旗, 1990; 張旗等, 2008; Pierecey et al., 2001; 裴先治等, 2006; 張旗等, 2008)。H2O的飽和度越高其所形成的熔體SiO2的含量越高(Hickey et al., 1982), 當熔融之前加入的H2O有限時, 便會形成SiO2含量偏低的玻玄巖(張旗, 1990)。因此, 分水嶺蛇綠巖中玻玄巖是在(499.7±6.1) Ma前后, 由古商丹洋板片向北俯沖時脫水產(chǎn)生的含H2O較少的流體上升至地幔楔, 交代其中的虧損地幔(方輝橄欖巖)而形成。

北秦嶺南側古商丹洋的存在時間證據(jù)可以推至534 Ma(Dong et al., 2011a, b)甚至更早。郭家溝、涌峪、關子鎮(zhèn)、小王澗、黑河、鸚鴿嘴等N-MORB蛇綠巖的發(fā)現(xiàn), 表明了500 Ma以前, 古商丹洋已經(jīng)存在廣闊的洋盆, 且已經(jīng)發(fā)育出頗具規(guī)模的洋中脊。在清油河至武關河之間, 秦嶺巖群郭莊巖組中存在大量與含榴黑云斜長片麻巖構造接觸的含石榴子石斜長角閃巖。雖然多數(shù)薄片鑒定的結果不支持其是榴輝巖的結論, 但是在個別石榴子石中確實存在有綠輝石的殘晶(Cheng et al., 2011), 其峰期變質(zhì)年齡為(490±6) Ma。寨根北榴輝巖和西峽北榴閃巖的峰期變質(zhì)年齡分別為(495±2) Ma和(503±5) Ma(劉良等, 2013)。這些發(fā)現(xiàn)表明, 在500 Ma左右, 古商丹洋洋殼在洋內(nèi)形成了自南向北的強力俯沖。洋殼及沉積物在俯沖過程中不斷脫水形成含H2O較少的流體, 流體向上運移至相對較淺的深度(約25 km)交代了地幔楔中的虧損地幔, 由于流體中H2O飽和程度較低, 形成了具有特殊地球化學特征的玻玄巖。脫水后繼續(xù)向下俯沖的板片, 在俯沖帶的更深部發(fā)生超高壓變質(zhì)作用, 形成榴輝巖。與此同時, 在俯沖帶和北秦嶺南緣之間弧前地帶形成了與俯沖帶相關的SSZ型蛇綠巖。隨著古商丹洋不斷向北俯沖, 俯沖帶附近逐漸發(fā)育出從初始—成熟的島弧, 所噴發(fā)的火山巖也由島弧拉斑系列過渡為成熟度較高的島弧鈣堿性系列(裴先治等, 2001)。在450～430 Ma, 灰 池子(Wang et al, 2000; 王濤等，2009)、棗園(胡能高, 1990)、寬坪等同碰撞花崗巖的廣泛發(fā)育, 暗示著古商丹洋在東秦嶺一帶閉合并發(fā)生了強烈的碰撞。418～426 Ma, 碰撞進入頂峰階段, 區(qū)內(nèi)發(fā)生了具有“巴羅式”變質(zhì)作用特點的角閃巖相區(qū)域變質(zhì)作用(張建新等, 2011)。415 Ma前后,黃龍廟(趙如意等, 2014)、騾子坪、桃坪、大毛溝等后碰撞含榴二長花崗巖的產(chǎn)出表明東秦嶺地質(zhì)演化進入后碰撞階段。

6 結論

1)東秦嶺丹鳳地區(qū)分水嶺蛇綠巖中的變玄武巖原巖是變玻玄巖, 它具有較玻安巖稍低的SiO2含量,同時具有高MgO(9.24%～18.74%)和Mg#(74～85)、低TiO2(0.15%～0.38%)、球粒隕石標準化稀土元素配分曲線呈“U”型、相容元素Ni、Cr、的豐度較高, 高場強元素(HFSE) Y、V、Zr、Yb豐度較低等地球化學特征。

2)變輝長巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡表明是分水嶺蛇綠巖形成于(499.7±6.1) Ma, 玻玄巖的存在暗示著此時的古商丹洋強烈向北俯沖, 在俯沖帶與北秦嶺南緣之間的弧前構造環(huán)境形成了SSZ型蛇綠巖, 補充完善了秦嶺造山帶的地質(zhì)演化歷史。

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LA-ICP-MS Zircon U-Pb Dating, Petro-geochemical Characteristics and Geological Significance of Fenshuiling Ophiolite in Danfeng Area of Eastern Qinling Mountains

ZHAO Ru-yi1, 2), JIANG Chang-yi1, 3)*, LI Wei-hong2), WANG Jiang-bo2), WANG Bang-yao1, 3), XI Zheng-bu2)
1) Earth Science and Resources College ,Chang’an University, Xi’an, Shannxi 710054; 2) No.203 Research Institute of Nuclear Industry, Xianyang, Shaanxi 712000; 3) Key laboratory of Western China’s Mineral Resources and Geological Engineering, Ministry of Education, Xi’an, Shaanxi 710054

Ophiolite is one of the key topics in orogenic belt research. In this paper, based on field survey, the authors studied petrology, isotopic age and geochemistry comprehensively, and reached the conclusion that Fenshuiling ophiolite in Danfeng area of Eastern Qinling Mountains is SSZ type ophiolite related to the subduction zone. Metabasalt of ophiolite is a kind of hyalobasalt formed in the fore-arc setting and possesses the following geochemical features in comparison with bonite: its SiO2content is a little lower, MgO (9.24%～18.74%) and Mg#(74～85) values are higher, and TiO2(0.15%～0.38%) values are much lower. Its chondrite-normalized REE patterns are of “U” type, compatible elements Ni, Cr are higher, and HFSE Y, V, Zr, Yb values are relatively lower. The LA-ICP-MS zircon U-Pb age of metagabbro ndicates that Fenshuiling ophiolite was formed at (499.7±6.1) Ma or so. The existence of hyalobasalt suggests that the paleo-Shangdan oceanic crust subducted northwards strongly, and SSZ type ophiolite was formed in the fore-arc setting between the subduction zone and the southern edge of the Northern Qinling block. The results achieved by the authors further complete the understanding of the evolution of the Qinling orogenic belt.

P542.4; P597.1

A

10.3975/cagsb.2015.04.10

本文由中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目(編號: 1212011120567; 1212011220375)資助。

2014-12-20; 改回日期: 2015-03-16。責任編輯: 閆立娟。

趙如意, 男, 1982年生。博士研究生, 工程師。主要從事鈾礦勘查及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作。E-mail: 93236749@qq.com。

*通訊作者: 姜常義, 男, 1951年生。教授。主要從事礦物學、巖石學、礦床學專業(yè)研究及教學。E-mail: jiangchangyi001@163.com。