南秦嶺陡嶺地塊甘溝巖體年代學(xué)、地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

李承東， 趙利剛， 許雅雯， 孫烜燁,2

(1.天津地質(zhì)調(diào)查中心,天津 300170; 2.中鋼集團(tuán) 天津地質(zhì)研究院有限公司,天津 300179)

秦嶺造山帶是華北陸塊與揚(yáng)子陸塊對(duì)接碰撞而成的造山帶。秦嶺造山帶基本框架是“三個(gè)板塊兩個(gè)縫合帶”,即華北板塊、秦嶺微板塊和揚(yáng)子板塊,并沿商丹及勉略縫合帶向北俯沖消減,于晚海西—印支期最終陸—陸斜向穿時(shí)碰撞造山,最后又經(jīng)陸內(nèi)造山改造和急劇隆升形成今日秦嶺[1-4]。秦嶺微板塊以商丹縫合帶為界又可分為南、北秦嶺造山帶,北秦嶺指商丹縫合帶與洛南—欒川—方城之間區(qū)域,南秦嶺指商丹縫合帶與勉略帶之間的區(qū)域。秦嶺造山帶及揚(yáng)子陸塊在晉寧期發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿熱事件,南、北秦嶺、揚(yáng)子陸塊皆有大量巖漿作用的記錄。然而,對(duì)新元古代巖漿作用的構(gòu)造背景一直存在爭(zhēng)論。一部分學(xué)者認(rèn)為其與Rodinia超大陸的聚合和裂解相關(guān)[5-6],形成于陸內(nèi)裂谷環(huán)境[7-9]；另外的學(xué)者則認(rèn)為形成于與俯沖作用相關(guān)的構(gòu)造環(huán)境,在新元古代早期俯沖作用(>800 Ma)就已經(jīng)存在[10-17],在漢南及米倉(cāng)山地區(qū)可以延續(xù)到706 Ma[18]；還有部分學(xué)者提出,在新元古代早期存在俯沖作用,之后轉(zhuǎn)變成裂谷環(huán)境[11,13,19-21]。侵入商丹俯沖帶南側(cè)陡嶺雜巖的花崗巖體記錄了新元古代造山作用和構(gòu)造演化的重要信息,也是南秦嶺新元古代巖漿作用的重要代表之一,前人對(duì)其做過(guò)不同程度的研究[16-17,22],其成因及構(gòu)造背景的形成仍然存在爭(zhēng)論。本文對(duì)其中的甘溝雜巖體進(jìn)行了巖石學(xué)、年代學(xué)、巖石地球化學(xué)及鋯石原位Lu-Hf同位素的綜合研究,以期揭示其成因及南秦嶺新元古代巖漿作用的構(gòu)造屬性,為探討南秦嶺造山帶構(gòu)造演化過(guò)程提供新的證據(jù)和制約。

1 地質(zhì)背景與樣品

研究區(qū)位于陡嶺地塊,其北界為木家埡斷裂,南界為小陡嶺—田關(guān)斷裂。木家埡斷裂與商丹斷裂之間,分布有泥盆系(南灣組)、早古生代周進(jìn)溝組,它們被晚期白堊系—第四系覆蓋。陡嶺地塊由陡嶺巖群和侵入其中的新元古代侵入體構(gòu)成,前者往往呈殘留體產(chǎn)于新元古代變質(zhì)侵入體中。

陡嶺地塊最老的地層為陡嶺巖群,主要為一套黑云斜長(zhǎng)片麻巖、石墨片巖及斜長(zhǎng)角閃片(麻)巖、透輝變粒巖和含石墨大理巖組合,經(jīng)歷角閃巖相的變質(zhì)作用,其變質(zhì)時(shí)代為840～780 Ma[23]。傳統(tǒng)認(rèn)為陡嶺巖群形成于古元古代,新的研究成果表明其可能形成于中—新元古代[23-25]；其中正片麻巖,為新太古代TTG巖類(lèi)[23,25]。

小陡嶺—田關(guān)斷裂之南,北西向分布新元古代姚營(yíng)寨組、耀嶺河組,震旦系—石炭系。姚營(yíng)寨組為一套變質(zhì)沉積—中酸性火山巖組合,糜棱巖化流紋巖為(745.8±1.5) Ma[26],有學(xué)者認(rèn)為它屬于耀嶺河群的酸性火山巖的一部分[27]。耀嶺河組以中—基性火山巖—火山碎屑巖系為主,局部具高壓變質(zhì)特征(藍(lán)片巖),西峽—淅川一帶的基性火山巖TIMS法鋯石U-Pb同位素測(cè)年結(jié)果為(808±6) Ma。震旦系主要為一套變質(zhì)碳酸鹽巖及碎屑巖沉積,與周?chē)鸀閿鄬咏佑|。在其南側(cè)分布有寒武系—石炭系,為一套穩(wěn)定的蓋層沉積(圖1)。

圖1 南秦嶺陡嶺地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖[28]
Fig.1 Geological sketch map of Douling area in the south Qingling

1.白堊系—第四系；2.南灣組；3.周進(jìn)溝組；4.龜山巖組；5.姚營(yíng)寨組；6.耀嶺河組；7.秦嶺巖群；8.陡嶺巖群；9.震旦紀(jì)；10.寒武系—石炭系；11.鈉長(zhǎng)斑巖；12.二長(zhǎng)花崗巖；13.花崗閃長(zhǎng)巖；14.石英閃長(zhǎng)巖；15.閃長(zhǎng)玢巖；16.輝長(zhǎng)巖；17.超鎂鐵質(zhì)巖；18.斷裂帶；19.取樣位置。

陡嶺地塊的新元古代侵入巖呈北西向分布,侵入陡嶺巖群、耀嶺河組等地層中。巖體受后期變形作用改造,發(fā)育不均勻片麻狀構(gòu)造。主要巖體有甘溝巖體、封子山巖體和三坪溝巖體等。

本次研究的甘溝巖體為一個(gè)雜巖體,主要由閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖及二長(zhǎng)花崗巖組成,主體為石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖。巖體中含有一定量的閃長(zhǎng)質(zhì)和輝長(zhǎng)質(zhì)暗色包體,包體大小不一,多呈球狀或橢球狀,具典型的巖漿結(jié)構(gòu)。

11YX154—11YX159樣品取自甘溝巖體,均為石英閃長(zhǎng)巖,具有中粒花崗結(jié)構(gòu),塊狀,局部弱片麻狀構(gòu)造。由蝕變斜長(zhǎng)石(50%～55%)、石英(15%±)、角閃石(25%～30%)和黑云母(<5%)組成。礦物粒徑0.2～2 mm，以細(xì)粒居多,2～3.25 mm中粒次之。斜長(zhǎng)石為奧長(zhǎng)石,呈半自形板狀,具較強(qiáng)絹云母和簾石化；石英呈他形、齒形粒狀,粒內(nèi)具波狀消光和亞顆粒；角閃石呈綠色柱狀,有的被綠泥石和綠簾石交代；黑云母已全部被綠泥石、綠簾石取代,僅呈其假象(圖2)。

11YX160—11YX162地球化學(xué)樣品取自甘溝巖體南部,巖性為中細(xì)粒花崗閃長(zhǎng)巖,具有中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。主要礦物為蝕變斜長(zhǎng)石(45%)、石英(20%±)、鉀長(zhǎng)石(15%±)、角閃石(10%±)和黑云母(10%±)組成。礦物粒徑2～4 mm為主。斜長(zhǎng)石主要為中長(zhǎng)石,呈半自形板狀,少量具有環(huán)帶,具絹云母化；石英呈他形粒狀；角閃石呈綠色柱狀,有的被綠泥石交代；黑云母已經(jīng)全部綠泥石化。

2 分析方法

鋯石樣品在河北省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室挑選,將樣品粉碎到80目,經(jīng)過(guò)分選之后在顯微鏡下挑選出鋯石,然后制靶。鋯石U-Pb分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,激光剝蝕系統(tǒng)是Geolas2005,ICP-MS為7 500a。激光剝蝕過(guò)程中采用氦氣作載氣、氬氣為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度,二者在進(jìn)入ICP之前通過(guò)一個(gè)T型接頭混合。在等離子體中心氣流(Ar+He)中加入少量氮?dú)?以提高儀器靈敏度、降低檢出限和改善分析精密度[29]。每個(gè)時(shí)間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約20～30 s的空白信號(hào)和50 s的樣品信號(hào)。激光束斑直徑為32 μm,以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)。U-Th-Pb同位素比值和年齡計(jì)算采用軟件ICPMSDataCal[30-31]完成,詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法同參考文獻(xiàn)[30-32]。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均計(jì)算均采用Isoplot/Ex_ver3[33]完成。

圖2 甘溝巖體侵入巖野外及鏡下特征
Fig.2 Petrology features of Gangou intrusive body from Douling block in the south Qingling

a、b.11YX154石英閃長(zhǎng)巖宏觀及鏡下特征；c、d.11YX157石英閃長(zhǎng)巖宏觀及鏡下特征;Hb.角閃石;Q.石英;Bi.黑云母;Pl.斜長(zhǎng)石。

鋯石原位微區(qū)Hf同位素分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實(shí)驗(yàn)室利用激光剝蝕多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICPMS)完成,在鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年的基礎(chǔ)上,根據(jù)鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像,在原年齡測(cè)定點(diǎn)附近進(jìn)行。激光剝蝕束斑直徑為50 μm,剝蝕時(shí)間為30 s,采用GJ-1作為外標(biāo)計(jì)算Hf同位素比值,具體儀器配置和實(shí)驗(yàn)流程參見(jiàn)耿建珍等[34]。Hf同位素?cái)?shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal 9.2程序[31]。

全巖地球化學(xué)元素測(cè)試在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素在樣品制成熔片后通過(guò)X射線熒光光譜法(XRF)測(cè)試,X射線工作電壓為50 kV,電流為50 mA,相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定值,相對(duì)誤差在元素豐度>1.0%時(shí)為±1%,元素豐度<1.0%時(shí)為±10%,FeO采用氫氟酸、硫酸溶樣、重鉻酸鉀滴定容量法,分析精度優(yōu)于2%,微量元素使用ICP-MS測(cè)試,樣品測(cè)定值和推薦值的相對(duì)誤差<10%,且絕大多數(shù)值在5%以?xún)?nèi)。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

通過(guò)對(duì)鋯石透反射光、陰極發(fā)光圖像研究[35],對(duì)11YX154和11YX157樣品選擇較好的鋯石進(jìn)行了ICP-MS U-Pb同位素測(cè)年[36],其分析結(jié)果見(jiàn)表1,樣品代表性鋯石陰極發(fā)光特征見(jiàn)圖3,鋯石分析的U-Pb諧和圖見(jiàn)圖4。

11YX154樣品的鋯石為長(zhǎng)柱狀,長(zhǎng)寬比大約為3∶1,均具有較好的晶形,發(fā)育較好的環(huán)形振蕩環(huán)帶,232Th/238U為0.63～1.26,均>0.1,為巖漿鋯石(圖3)。對(duì)11YX154樣品25個(gè)鋯石進(jìn)行測(cè)年,年齡在733～829 Ma之間,其中13個(gè)測(cè)點(diǎn)(1～5,7～9,16～17,19～20,25)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(736.2±4.5) Ma,代表其形成時(shí)代(圖4)；其余12個(gè)鋯石年齡在755～829 Ma之間,為繼承鋯石。

11YX157樣品的鋯石,多數(shù)為細(xì)長(zhǎng)柱狀,少數(shù)為柱狀,鋯石多發(fā)育帶狀的震蕩環(huán)帶,232Th/238U為0.32～2.64,均>0.1,顯示巖漿鋯石的特征(圖3)。對(duì)11YX157樣品22個(gè)鋯石進(jìn)行測(cè)年,除去一個(gè)鋯石年齡為640 Ma不具有代表性外(未采用),21個(gè)鋯石的年齡在743～843 Ma之間,其中15個(gè)測(cè)點(diǎn)(1,3～5,8,10,13,15～22)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(766.2±5.2) Ma,代表其形成時(shí)代(圖4)，其余6個(gè)鋯石年齡在839～842 Ma之間,為繼承鋯石，所以甘溝巖體形成時(shí)代為新元古代。

圖3 甘溝巖體代表性鋯石CL圖像及測(cè)點(diǎn)位置
Fig.3 CL images and dating spots of representative zircon of Gangou intrusive body from Douling block

實(shí)線圓為鋯石U-Pb測(cè)點(diǎn)；虛線圈為鋯石Hf同位素測(cè)點(diǎn)。

表1 甘溝巖體LA-ICP-MS鋯石U-Th-Pb同位素分析結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS U-Th-Pb isotope analytical results of zircon from Gangou intrusive body

圖4 甘溝巖體鋯石U-Pb諧和圖
Fig.4 U-Pb concordia diagram of the zircon of Gangou intrusive body from Douling block

3.2 地球化學(xué)特征

甘溝石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖巖石化學(xué)分析數(shù)據(jù)列于表2。巖石SiO2在54.39%～66.61%之間,Al2O3為15.89%～17.95%,K2O+Na2O含量高,在4.98%～6.78%之間,平均5.76%,富鈉,K2O

圖5 甘溝巖體石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖SiO2-K2O圖解[37]
Fig.5 Diagram of SiO2-K2O of Gangou intrusive body from Douling block

圖6 甘溝巖體石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖山德指數(shù)圖解[38]
Fig.6 Shande index diagram of quartz diorite and granodiorite in Gangou intrusive body from Douling block

甘溝石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖稀土及微量元素分析見(jiàn)表2。石英閃長(zhǎng)巖類(lèi)與花崗閃長(zhǎng)巖類(lèi)的稀土總量ΣREE變化范圍在275.90×10-6～470.97×10-6之間,Eu異常不明顯,Eu*在0.86～1.15之間；各類(lèi)巖石稀土模式基本相同,均表現(xiàn)出曲線右傾,為輕稀土富集、重稀土明顯虧損的配分模式(圖7)。微量元素蛛網(wǎng)圖上,明顯富集Rb、Ba、Th、U、K、Sr、Hf,虧損Nb、Ta、P、Ti等元素。

圖7 甘溝巖體石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖稀土配分及微量元素蛛網(wǎng)圖 (球粒隕石及原始地幔數(shù)據(jù)[39])
Fig.7 The REE pattern and trace element cobweb map of quartz diorite and granodiorite in Gangou intrusive body from Douling block

表2 甘溝巖體石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖主元素(%)、微量元素和稀土元素(μg/g)含量Table 2 Contents of major(%),REE and trace(μg/g) elements of granitoids from Gangou intrusive body

3.3 鋯石Hf同位素

在U-Pb定年的基礎(chǔ)上對(duì)石英閃長(zhǎng)巖鋯石樣品進(jìn)行原位Hf同位素組成測(cè)定,表3列出了測(cè)試結(jié)果及根據(jù)年齡計(jì)算的有關(guān)參數(shù)。由表中數(shù)據(jù)可看出11YX154樣品,t=733～782 Ma,鋯石的(176Hf/177Hf)i變化于0.280 000～0.282 557之間,相應(yīng)的εHf(t)值為+1.1～+8.6；單階段模式年齡變化范圍為971～1 313 Ma,二階段Hf模式年齡TDM2(Hf)=1 102～1 617 Ma。整體來(lái)看樣品εHf(t)值均為正值,且變化范圍較小,二階段模式年齡遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其結(jié)晶年齡。而t=801～829 Ma(繼承鋯石),鋯石的(176Hf/177Hf)i變化于0.280 000～0.282 488之間,相應(yīng)的εHf(t)值為+3.8～+7.7；二階段Hf模式年齡TDM2(Hf)=1 203～1 452 Ma,與t=733～782 Ma的二階段年齡相近。

11YX157樣品,t=743～774 Ma,鋯石的(176Hf/177Hf)i變化于0.282 591～0.282 281之間,相應(yīng)的εHf(t)值為-0.3～+10.6；單階段模式年齡變化范圍為926～1 446 Ma,二階段Hf模式年齡TDM2(Hf)=1 003～1 692 Ma。整體來(lái)看樣品εHf(t)值均為正值,且變化范圍較小,二階段模式年齡遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其結(jié)晶年齡。而t=839～843 Ma(繼承鋯石),鋯石的(176Hf/177Hf)i變化于0.282 276～0.282 323之間,相應(yīng)的εHf(t)值為+1.0～+2.7；二階段Hf模式年齡TDM2(Hf)=1 558～1 660 Ma,與t=743～774 Ma的二階段年齡相近。

表3 甘溝巖體鋯石Hf同位素分析結(jié)果Table 3 Zircon Hf isotopic compositions of the Gangou intrusive body from Douling block

圖8 w(MgO)-w(SiO2)和FeO*/MgO-w(SiO2)圖解[41] Fig.8 w(MgO)-w(SiO2)and FeO*/MgO- w(SiO2) diagram for Mg diorites[41]

HAM.高鎂安山巖/閃長(zhǎng)巖;MA.鎂安山巖/閃長(zhǎng)巖;LF-CA.低鐵鈣堿性系列;CA.鈣堿性系列;TH.拉斑玄武質(zhì)系列。

4 討論

4.1 甘溝巖體形成時(shí)代

甘溝巖體分布在陡嶺地塊中,位于南秦嶺北緣,它是一個(gè)雜巖體,主要由閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖及二長(zhǎng)花崗巖組成,主體為石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖。前人曾對(duì)該巖體年代學(xué)進(jìn)行研究。張成立等[17]獲得花崗閃長(zhǎng)巖(700.6±9.3) Ma的年齡(LA-ICPMS);Zhang等[22]也獲得甘溝巖體花崗閃長(zhǎng)巖(699±5) Ma、(699±4) Ma,石英閃長(zhǎng)巖(697±4) Ma的年齡,相比本文獲得的石英閃長(zhǎng)巖(736.2±4.5) Ma,(766.2±5.2) Ma年齡偏小。該巖體為一個(gè)雜巖體,本文采樣的侵入體與前兩者并不在一個(gè)位置,且相距較遠(yuǎn),很可能為不同期次巖漿侵入體,所以其形成時(shí)限可能在699～766 Ma之間。此外,與甘溝巖體相伴侵入陡嶺巖群的還有封子山巖體、三坪溝巖體,其形成時(shí)代在685～760 Ma之間[17,23,40]。這三個(gè)巖體形成時(shí)代相近,均形成于新元古代。

4.2 巖石成因討論

甘溝巖體的石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖,為中鉀—高鉀鈣堿性系列,偏鋁質(zhì)。其SiO2在54.39%～66.61%之間,主要為中性巖類(lèi)。比較明顯的特征是它們的Mg#較高,在44～59范圍內(nèi)(表2,一個(gè)樣品為44)。根據(jù)鄧晉福等[41]判別標(biāo)準(zhǔn),將其成分投在FeO*/MgO 與SiO2圖解(圖8右),除去兩個(gè)點(diǎn)外,其他6個(gè)點(diǎn)均投在LFe-CA范圍內(nèi),與鎂閃長(zhǎng)巖范圍一致；在MgO-SiO2圖解(圖8左)有6個(gè)樣品點(diǎn)投入在鎂安山巖或者鎂閃長(zhǎng)巖(包括實(shí)驗(yàn))范圍,其他2個(gè)落入正常玄武巖局部熔融范圍。也就是說(shuō),甘溝巖體至少有部分巖石為鎂閃長(zhǎng)巖類(lèi)。鎂安山巖/閃長(zhǎng)巖類(lèi)和普通閃長(zhǎng)巖類(lèi)成因通常認(rèn)為有5種：①富集地幔部分熔融的產(chǎn)物,富集組分或者來(lái)自消減帶的流體[42-43],或者來(lái)自榴輝巖穩(wěn)定范圍內(nèi)由含水的玄武巖部分熔融形成的“板片熔體”；②拆沉的下地殼部分熔融產(chǎn)生的熔體與地幔橄欖巖相互作用形成[44],它們形成于板內(nèi)環(huán)境,與俯沖無(wú)關(guān)[45];③基性巖漿與酸性巖漿的混合[46-47]；④幔源巖漿的結(jié)晶分異[48-49]；⑤鎂鐵質(zhì)下地殼的部分熔融[50-51]。

本文測(cè)定的石英閃長(zhǎng)巖中鋯石(年齡在736～766 Ma)εHf(t)值為-0.3～+10.6,繼承鋯石(t=801～843 Ma)的εHf(t)值(+1～+7.7)均為正值,變化范圍不大。但前人取自同一個(gè)巖體的Hf同位素特征確表現(xiàn)出很大不同,其石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖的εHf(t)值為-7.1～+12.6,εHf(t)值的范圍比較大(圖9)。這種大范圍變化的Hf同位素特征,說(shuō)明其鋯石并不是單一來(lái)自虧損地幔或者地殼,可能存在巖漿混合或者地殼混染,或者來(lái)源于不均一富集地幔(被俯沖流體交代的)。由于它們中有一部分屬于鎂閃長(zhǎng)巖類(lèi),且其Mg#多在44～59范圍內(nèi)(表2,只有一個(gè)樣品為44),根據(jù)實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)數(shù)據(jù),來(lái)自變質(zhì)玄武巖、斜長(zhǎng)角閃巖或榴輝巖部分熔融的巖石,其Mg#一般<45[52-54],所以,其巖漿來(lái)源不能用下地殼的部分熔融進(jìn)行解釋,也暗示地殼混染的可能性很小,更不可能由基性下地殼部分熔融的巖漿與酸性巖漿混合形成。假設(shè)巖石圈拆沉,與地幔發(fā)生反應(yīng),可以形成鎂質(zhì)安山巖,但是巖石雖然含有較高的Sr(490.3×10-6～639.5×10-6),但是它們并不是埃達(dá)克巖(圖10),即不是加厚地殼拆沉的產(chǎn)物,這就排除了拆沉的成因。而最有可能的是,它們來(lái)自于不均勻的富集地幔,這種富集可能來(lái)自于俯沖板片流體或者溶體交代。同時(shí)代南秦嶺武當(dāng)基性巖脈也具有相似的εHf(t)值-11～+10，支持不均勻地幔來(lái)源的認(rèn)識(shí)[55]。石英閃長(zhǎng)巖與花崗閃長(zhǎng)巖鋯石二階段年齡及武當(dāng)基性巖脈Hf同位素特征，暗示與俯沖相關(guān)的物質(zhì)成分可能來(lái)自于古—中元古代的地殼。

將不同的氧化物與二氧化硅進(jìn)行相關(guān)性投圖(圖11),筆者可以看出SiO2與TiO2、MgO、CaO、TFe2O3、Al2O3、MnO成很好負(fù)相關(guān),而與Na2O、K2O等成正相關(guān),但成分點(diǎn)比較分散，表明巖漿在上升過(guò)程中發(fā)生了結(jié)晶分異。

利用Na2O-K2O投圖(未附圖)均落入Ⅰ型花崗巖區(qū)域,表明為I型花崗巖類(lèi)。其稀土為右傾的曲線,富集輕稀土,虧損重稀土,微量元素均表現(xiàn)出富集大離子親石元素,明顯虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Ti、P、Zr、Nb和Ta),均表現(xiàn)出島弧巖石特征(圖7)。這可能是其源區(qū)俯沖帶的印記。

圖9 甘溝巖體石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖Hf同位素特征Fig.9 Hf isotopic compositions of quartz diorite and granodiorite

圖10 甘溝巖體石英閃長(zhǎng)巖與花崗閃長(zhǎng)巖埃達(dá)克巖圖解Fig.10 Adakite of quartz diorite and granodiorite from Gangou intrusive

圖11 甘溝巖體石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖哈克圖解
Fig.11 Harker diagrams of major elements for the studied samples

綜上所述,根據(jù)其地球化學(xué)、Hf同位素特征,甘溝石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖的巖漿來(lái)源于被俯沖帶流體或者溶體交代了的不均勻富集地幔,而后又經(jīng)歷了結(jié)晶分異作用,最終演化形成甘溝巖體不同的巖石類(lèi)型。

4.3 形成構(gòu)造環(huán)境討論

南秦嶺巖漿作用構(gòu)造背景爭(zhēng)論的焦點(diǎn)主要是對(duì)<800 Ma這個(gè)時(shí)期形成的巖漿巖,其形成的構(gòu)造背景是與俯沖有關(guān),還是與裂谷有關(guān)。從區(qū)域上看,新元古代巖漿事件在整個(gè)南秦嶺均有廣泛的分布,不同學(xué)者對(duì)其構(gòu)造環(huán)境有不同的認(rèn)識(shí)。如Zhang等[56]通過(guò)對(duì)柞水等地侵入巖研究,認(rèn)為南秦嶺造山帶,1 000～956 Ma時(shí)期發(fā)育大洋,950～833 Ma為俯沖與碰撞時(shí)期,833～680 Ma為裂解背景。Li等[57]認(rèn)為830～745 Ma巖漿作用構(gòu)造背景為與地幔柱有關(guān)的裂解環(huán)境。Zhu等[58]根據(jù)750 Ma耀嶺河群堿性玄武巖的出現(xiàn),將750 Ma視為俯沖背景終結(jié)和伸展裂谷的開(kāi)始時(shí)間點(diǎn)。Zhang等在基于南秦嶺火山巖與侵入巖可信的年代學(xué)研究成果,將南秦嶺巖漿演化階段分為三期：早期800～900 Ma,峰期在860 Ma左右,與俯沖作用相關(guān),已經(jīng)獲得眾多學(xué)者的認(rèn)可[10-16]；中期為670～800 Ma,峰期在750 Ma,為俯沖與伸展的過(guò)渡時(shí)期；晚期在630 Ma左右,為與裂谷有關(guān)的構(gòu)造環(huán)境,典型巖石組合是武當(dāng)巖群及耀嶺河群的雙峰式火山巖。并根據(jù)南秦嶺新元古代巖漿巖的εHf(t)值從以負(fù)值為主,變化為以正值為主,推測(cè)大約750 Ma左右由俯沖為主轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺弓h(huán)境。但是俯沖結(jié)束與伸展開(kāi)始的具體時(shí)限仍在爭(zhēng)論之中。

前人根據(jù)陡嶺地塊新元古代侵入巖具有島弧特征,將其歸屬為俯沖作用的產(chǎn)物[17,59-60],但是并沒(méi)有與之匹配的蛇綠巖等相關(guān)巖石記錄。實(shí)際上,花崗巖地球化學(xué)屬性受控于源區(qū),嚴(yán)格說(shuō)并不能判斷形成的構(gòu)造環(huán)境,但根據(jù)巖石組合可以推斷形成構(gòu)造背景[61]。在陡嶺地塊的東南側(cè)40 km處,發(fā)育吐霧山堿性(A型)花崗巖,其形成時(shí)代為711 Ma[62],屬于非造山伸展的產(chǎn)物。在其南側(cè),分布具有雙峰式火山巖組合的耀嶺河群和武當(dāng)群,前者形成時(shí)代在847～632 Ma,后者形成時(shí)代在782～650 Ma,同樣為伸展產(chǎn)物[26,58,63-67]。在陡嶺—小茅嶺隆起西段發(fā)育雙峰式侵入巖組合,形成時(shí)代743～680 Ma,其中堿性花崗巖形成時(shí)代為686 Ma[68]。本文研究的甘溝巖體(699～766 Ma)與這些典型伸展環(huán)境的巖石在空間上緊密伴生,形成時(shí)代上為同期,所以,本文認(rèn)為甘溝巖體其形成于伸展的構(gòu)造環(huán)境,是Rodinia超大陸裂解事件在該地區(qū)作用的響應(yīng)。

5 結(jié)論

(1) 侵入陡嶺巖群的甘溝巖體為一個(gè)雜巖體,其中石英閃長(zhǎng)巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡為(736.2±4.5) Ma,(766.2±5.2) Ma。結(jié)合前人資料,甘溝雜巖體形成時(shí)代在699～766 Ma。

(2) 甘溝石英閃長(zhǎng)巖與花崗閃長(zhǎng)巖富集大離子親石元素,虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素,具有島弧地球化學(xué)特征,其εHf(t)值為-7.1～+12.6,巖漿來(lái)源于受俯沖流體或者溶體改造的不均勻富集地幔。該巖體與堿性花崗巖、雙峰式火山巖共生,形成于伸展的構(gòu)造背景,是Rodinia超大陸裂解事件在該地區(qū)作用的響應(yīng)。

致謝：感謝中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)實(shí)驗(yàn)室在鋯石定年中的大力支持與幫助；感謝湖北省地質(zhì)調(diào)查院陳超博士的討論。