北祁連構(gòu)造帶東端拼貼過程的探討
——金柳灘韌性剪切帶鋯石U-Pb年齡和Lu-Hf同位素特征

朱子璇，何艷紅，陳亮，徐可心

1)西北大學地質(zhì)學系，西安，710069；2)西北大學大陸動力學國家重點實驗室，西安，710069；3)西安交通大學附屬中學，西安，710043

內(nèi)容提要: 金柳灘韌性剪切帶位于北祁連構(gòu)造帶東端山門鎮(zhèn)，是隴山巖群與葫蘆河巖群拼貼的構(gòu)造邊界。通過隴山巖群的黑云角閃斜長片麻巖和金柳灘韌性剪切帶內(nèi)的花崗質(zhì)糜棱巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年分析發(fā)現(xiàn)：隴山巖群的黑云角閃斜長片麻巖形成于461.9±7.0 Ma；金柳灘韌性剪切帶內(nèi)的花崗質(zhì)糜棱巖獲得了～460 Ma，～420 Ma和～380 Ma三組年齡。其中，～460 Ma的鋯石具清晰的振蕩環(huán)帶、高的Th/U值、左傾型的REE模式和顯著的Ce正異常以及Eu負異常的特征，表明了～460 Ma為原巖的形成年齡；～420 Ma和～380 Ma的鋯石雖然具有類似巖漿成因的REE模式，但是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯示為弱環(huán)帶或者無環(huán)帶的特征，為變質(zhì)成因鋯石的特征?！?20 Ma鋯石的高Th/U值暗示其為超固相線變質(zhì)鋯石，富Th的礦物(如獨居石等)已經(jīng)熔融消失?！?80 Ma鋯石顯示變化的Th含量和穩(wěn)定的U含量，明顯區(qū)別于～420 Ma鋯石，表明其生長過程中有Th富集的礦物(如獨居石)同時晶出。金柳灘韌性剪切帶內(nèi)糜棱巖中發(fā)育條帶狀構(gòu)造，以及淺色糜棱巖發(fā)育條片狀暗色體，記錄了部分熔融作用。因此，～420 Ma和～380 Ma代表了兩期部分熔融的時限。綜合剪切帶南側(cè)葫蘆河巖群～440 Ma的最大沉積年齡，金柳灘韌性剪切帶形成時代限定于440～420 Ma。此外，隴山巖群黑云斜長角閃片麻巖鋯石具有正的εHf(t)值(10.26～15.13)和487～790 Ma的tDM2年齡，記錄了強烈的早古生代陸殼生長事件?；◢徺|(zhì)糜棱巖鋯石εHf(t)值和tDM2年齡分別為-4.02～4.46和1120～1660 Ma，指示其源區(qū)以中元古代或者更加古老的陸殼物質(zhì)為主。因此，北側(cè)隴山巖群和南側(cè)葫蘆河巖群均不可能是花崗質(zhì)糜棱巖的原巖，暗示其在440～420 Ma金柳灘韌性剪切帶形成過程中已被強烈消減，與早古生代碰撞抬升地質(zhì)作用過程一致。

寶雞—天水地區(qū)位于秦嶺與祁連造山帶結(jié)合部位(簡稱秦祁結(jié)合部位)，是我國中央造山帶東西銜接的樞紐地區(qū)。已有研究表明北秦嶺構(gòu)造帶和北祁連構(gòu)造帶均為早古生代大洋盆地，且具有南側(cè)主大洋和北側(cè)弧后盆地的構(gòu)造格架(李王曄等，2007; Dong Yunpeng et al.， 2011; Cheng Hao et al.， 2012; Song Shuguang et al.， 2013; Li Yuan et al.， 2015; 王國強等，2018; 韓奎等，2019)。同時，巖漿巖記錄顯示北秦嶺和北祁連造山帶均經(jīng)歷了～530 Ma的洋盆裂解、510～440 Ma的俯沖消減和440～420 Ma的碰撞拼合階段(Wang Xiaoxia et al.， 2013; 張成立等，2013; Song Shuguang et al.， 2013; Chen Yuxiao et al.， 2014)。綜上，二者具有相似的構(gòu)造格局和演化歷史，很可能構(gòu)成了一個連通的原特提斯洋分支洋盆(徐學義等，2008; Tseng et al.， 2009; 孟祥舒等，2017)。但是，北祁連和北秦嶺造山帶的構(gòu)造線分別以NW和NWW向不同程度斜交于新陽—元龍大型韌性走滑剪切帶(魏博等，2015)，致使兩側(cè)巖石單元的對比存在困難。347.95±2.17 Ma和325.70±1.72 Ma的黑云母40Ar-39Ar坪年齡代表了新陽—元龍韌性剪切帶形成的頂界年齡(丁仨平等，2009)?；◢弾r脈體中鋯石U-Pb年齡(403±3.5 Ma)限定了商丹縫合帶(商南—丹鳳縫合帶)西延的武山韌性剪切帶形成的頂界年齡(Liang Xiao et al.， 2017)。因此，北秦嶺—北祁連構(gòu)造結(jié)合部位的主要韌性剪切帶在早古生代時期已經(jīng)奠定了現(xiàn)今的構(gòu)造格架。但是，北祁連構(gòu)造帶東端內(nèi)斷層形成和活動時限的研究尚未進行，嚴重阻礙了對秦—祁結(jié)合部位俯沖—碰撞造山過程的全面認識。

北祁連構(gòu)造帶東端主要變質(zhì)地層單元間互相以韌性逆沖斷層接觸，記錄了早古生代各個巖石單元的拼貼歷史。金柳灘韌性逆沖剪切帶位于北祁連東端山門鎮(zhèn)，為隴山巖群與葫蘆河巖群的構(gòu)造邊界(1∶25萬天水市幅)。本文在野外踏勘的基礎上，選取了北側(cè)隴山巖群黑云斜長片麻巖和剪切帶內(nèi)糜棱巖樣品，進行了陰極發(fā)光(CL)、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學以及Hf同位素分析測試，旨在厘定金柳灘韌性逆沖剪切帶形成及活動的時限，為北秦嶺—北祁連的俯沖—碰撞造山過程提供限制。

1 地質(zhì)構(gòu)造背景和巖體特征

圖2 北祁連構(gòu)造帶東端金柳灘韌性剪切帶糜棱巖野外照片F(xiàn)ig. 2 Field photographs of granitic mylonite outcrops in Jinliutan ductile shear zone in the eastern North Qilian structural belt

北祁連造山帶東端東北部以固關—八渡斷裂為界與鄂爾多斯地塊相鄰，南部與北秦嶺造山帶以新陽—元龍韌性剪切帶相接，西部被大面積新生代黃土覆蓋。該地區(qū)自北向南依次出露隴山巖群、陳家河巖群、紅土堡基性火山巖和葫蘆河巖群(圖1)。隴山巖群為一套角閃巖相中深變質(zhì)巖系，具有長英質(zhì)片麻巖、斜長角閃巖、富鋁質(zhì)片麻巖和大理巖的巖石組合。LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年顯示長英質(zhì)片麻巖形成于新太古代—古元古代(何艷紅等，2005b)，代表了前寒武紀結(jié)晶基底。陳家河巖群由低綠片巖相變質(zhì)中酸性火山巖和陸源碎屑巖組成。其中中酸性火山巖具有大離子親石元素富集，高場強元素虧損的地球化學特征，指示其形成于島弧環(huán)境(何世平等，2007b)。SHRIMP鋯石U-Pb分析獲得了447.4±8.5 Ma的形成年齡(Li Xiyao et al., 2018)。紅土堡火山巖主體為一套中—低鉀拉斑質(zhì)玄武巖，伴有少量輝長(綠)巖和硅質(zhì)巖。拉斑質(zhì)玄武巖具有不同程度富集的輕稀土(LREE)和大離子親石元素(LILE)，以及相對虧損的高場強元素(HSFE)的地球化學特征，顯示島弧向洋中脊(MORB)過渡的弧間裂谷(或初始弧后盆地)特征(何世平等，2007b; Li Xiyao et al.， 2018)。枕狀玄武巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析給出443.4±1.7 Ma的形成年齡(何世平等，2007c)。葫蘆河巖群為一套低角閃巖相—綠片巖相變質(zhì)碎屑巖系，是一套早志留世447～434 Ma弧后盆地閉合期間的殘余海盆海相復理石沉積組合(裴先治等，2012)。綜上，陳家河群中酸性火山巖、紅土堡組變基性火山巖及葫蘆河群淺變質(zhì)碎屑巖系共同構(gòu)成了北祁連造山帶東端早古生代弧—盆體系。以上各巖石單元呈構(gòu)造透鏡體狀沿NW方向展布，彼此之間以斷層接觸或者被古生代和中生代巖體侵吞。

金柳灘韌性逆沖剪切帶出露于清水縣東山門鎮(zhèn)以南(圖1)，是分隔北側(cè)隴山巖群和南側(cè)葫蘆河巖群的構(gòu)造邊界，呈NW—SE向展布，寬約數(shù)百米至1 km左右，東段被中生代花崗巖侵吞，西段被第四紀黃土覆蓋。北側(cè)隴山巖群主要由黑云斜長片麻巖組成，南側(cè)葫蘆河巖群主要由灰色—深灰色黑云母石英片巖和二云母石英片巖組成。據(jù)1∶25萬天水市幅報道金柳灘韌性逆沖剪切帶糜棱面理產(chǎn)狀為35°～40°∠55°～65°，總體顯示具有自北東向南西方向韌性逆沖剪切特征。韌性剪切帶內(nèi)出露不同類型的糜棱巖。條帶狀糜棱巖中碎斑狀和眼球狀的長石呈條帶狀分布(圖2a)。淺色花崗質(zhì)初糜棱巖中可見到條片狀暗色體，二者之間界限模糊(圖2b)，反映了塑性流動的特征。以上特征指示了不同程度的混合巖化作用。

本文對北側(cè)的隴山巖群黑云角閃斜長片麻巖(16LS02-1)和金柳灘韌性剪切帶糜棱巖(16LS01-1和16LS06-2)分別進行了采樣。16LS02-1為黑云角閃斜長片麻巖，片麻狀構(gòu)造，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物有斜長石(35%～40%)、石英(15%～20%)、角閃石(30%～40%)和黑云母(5%～10%)，副礦物有磷灰石、鋯石和不透明礦物(圖3a、b)。16LS01-1為花崗質(zhì)糜棱巖，糜棱結(jié)構(gòu)，碎斑含量為70%左右，主要是斜長石(70%)和鉀長石(30%)組成。斜長石可見簡單雙晶，絹云母化明顯，邊部可以見到交代蠕英結(jié)構(gòu)，指示了鉀長石對斜長石的交代作用；鉀長石較干凈；微細粒石英、長石和黑云母和綠泥石構(gòu)成了基質(zhì)，含量約為30%。副礦物有磷灰石、榍石、鋯石以及不透明礦物(圖3c、d)。16LS06-2為花崗質(zhì)糜棱巖，糜棱結(jié)構(gòu)。碎斑含量為35%左右，主要有鉀長石(45%)、斜長石(25%)和石英(30%)。鉀長石呈他形粒狀，發(fā)育條紋結(jié)構(gòu)和格子雙晶；斜長石具有核幔結(jié)構(gòu)，發(fā)育變形紋；石英發(fā)育波狀消光，部分呈絲帶狀圍繞著長石碎斑分布，顯示明顯的塑性流動構(gòu)造?；|(zhì)含量為65%，主要為絲帶狀石英、微細粒石英、長石、黑云母和綠泥石的集合體。副礦物有磷灰石、榍石、鋯石以及不透明礦物(圖3e、f)。

圖3 北祁連構(gòu)造帶東端金柳灘韌性剪切帶黑云角閃斜長片麻巖和花崗質(zhì)糜棱巖鏡下照片: (a) 16LS02-1單偏光；(b) 16LS02-1正交偏光；(c) 16LS01-1單偏光；(d) 16LS01-1正交偏光；(e) 16LS06-2單偏光；(f) 16LS06-2正交偏光Fig. 3 Microscopic photographs of biotite amphibole plagiogneiss and granitic mylonite in Jinliutan ductile shear zone in the eastern North Qilian structural belt: (a) 16LS02-1， single-polarized light；(b) 16LS02-1， cross-polarized light；(c) 16LS01-1， single-polarized light；(d) 16LS01-1， cross-polarized light；(e) 16LS06-2， single-polarized light；(f) 16LS06-2， cross-polarized lightAmp—角閃石；Pl—斜長石；Bi—黑云母；Q—石英；Chl—綠泥石；Kfs—鉀長石Amp—amphibole; Pl—plagioclase; Bi—biotite; Q—quartz; Chl—Chlorite; Kfs—K feldspar

圖4 北祁連構(gòu)造帶東端金柳灘韌性剪切帶黑云角閃斜長片麻巖和花崗質(zhì)糜棱巖鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像及測試位置: (a) 樣品16LS02-1; (b) 樣品16LS01-1; (c) 樣品16LS06-2Fig. 4 Cathodoluminescence(CL) images and test positions of zircons from biotite amphibole plagiogneiss and granitic mylonite in Jinliutan ductile shear zone in the eastern North Qilian structural belt: (a) Sample16LS02-1; (b) Sample16LS01-1; (c) Sample16LS06-2

2 分析方法

2.1 鋯石U-Pb同位素分析

本文樣品的鋯石分選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室進行，鋯石陰極發(fā)光(CL)照相和LA-ICP-MS法單顆粒鋯石微區(qū)U-Pb同位素測定在西北大學大陸動力學國家重點實驗室進行。鋯石的CL圖像分析使用Gatan公司生產(chǎn)的MonoCL3陰極熒光探測儀的電子顯微掃描電鏡；微量元素和U-Pb年齡使用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)同時測定，分析儀器為Hewlett Packard公司帶有Shield Torch的Agilient 7500a ICP-MS，激光剝蝕系統(tǒng)由MicroLas公司生產(chǎn)的光學系統(tǒng)所組成的GeoLas 200M以及德國Lambda Physik公司生產(chǎn)的ComPex102Excimer激光器聯(lián)機進行，激光器為193nmArF準分子激光器，單脈沖能量210 mJ，最高重復頻率20 Hz，平均功率4 W。

LA-ICP-MS激光剝蝕采樣方式為單點剝蝕，激光束直徑為30 μm，剝蝕深度為20～40 μm。實驗中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣，用美國國家標準技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質(zhì)NIST SRM610進行儀器最佳化。鋯石年齡采用國際標準鋯石91500作為外標標準物質(zhì)，元素含量采用NIST SRM610作為外標，29Si作為內(nèi)標元素進行主量(P、Ca)、微量(Th、U、Pb)、稀土及高場強元素(Nb、Ta、Hf、Ti)的含量計算和校正。數(shù)據(jù)采集選用跳峰方式，每測定6個未知樣品點后插入1次標樣測定。樣品的同位素比值和元素含量數(shù)據(jù)處理采用法參見文獻(Yuan Honglin et al.， 2004, 2008)。

2.2 鋯石Hf同位素分析

鋯石原位Hf同位素分析在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。采用Nu Plasma HR MC-ICP-MS系統(tǒng)，選取U-Pb年齡諧和度90%～110%的分析點，在相同位置進行了Lu-Hf同位素測定。測試的激光斑束直徑為44 μm，激光的脈沖頻率為8 Hz，每個測點的背景采集時間為30 s，樣品剝蝕時間為50 s，吹掃時間為40 s，剝蝕厚度為20～30 μm。在分析過程中，將標準鋯石樣品91500和Mudtank為監(jiān)控樣品。本文模式年齡的計算以球粒隕石n(176Hf)/n(177Hf)=0.282772，n(176Lu)/n(177Hf)=0.0332(Blichert-Toft and Albarède, 1997)，虧損地幔Hf模式年齡(tDM1)采用n(176Hf)/n(177Hf)=0.28325，n(176Lu)/n(177Hf)=0.0384計算(Griffin et al.， 2000)。εHf(t)計算采用的176Lu的衰變常數(shù)為1.867×10-11a-1(S?derlund et al.， 2004)，二階段Hf模式年齡(tDM2)采用平均大陸殼n(176Lu)/n(177Hf)=0.015計算(Griffin et al.， 2002)。

表2(b) 北祁連構(gòu)造帶東端金柳灘韌性剪切帶花崗質(zhì)糜棱巖(16LS06-2)鋯石微量元素數(shù)據(jù)分析結(jié)果 Table 2(b) Analytical results of trace element data of zircons from granitic mylonite(16LS06-2) in Jinliutan ductile shear zone in the eastern North Qilian structural belt

3 結(jié)果

3.1 樣品16LS02-1

3.2 樣品16LS01-1

圖5 北祁連構(gòu)造帶東端金柳灘韌性剪切帶黑云角閃斜長片麻巖(16LS02-1)LA-ICP-MS鋯石U-Pb測試結(jié)果(a)和鋯石稀土元素配分圖解(b)Fig. 5 LA-ICP-MS U-Pb concordia diagram (a) and REE patterns (b) of the zircons from biotite amphibole plagiogneiss in Jinliutan ductile shear zone in the eastern North Qilian structural belt

圖6 北祁連構(gòu)造帶東端金柳灘韌性剪切帶黑云角閃斜長片麻巖16LS02-1(a)和花崗質(zhì)糜棱巖16LS01-1(b)鋯石εHf(t)—年齡圖解Fig. 6 Illustration of εHf(t)—age of zircons from biotite amphibole plagiogneiss(a) and granitic mylonite(b) in Jinliutan ductile shear zone in the eastern North Qilian structural belt

3.3 樣品16LS06-2

花崗質(zhì)糜棱巖(16LS06-2)的鋯石為無色，半自形—自形長柱狀，長寬比介于1∶1～3∶1之間。CL圖像顯示大部分鋯石發(fā)光較弱，具有模糊的振蕩環(huán)帶核部和不發(fā)光的、無結(jié)構(gòu)的邊部(圖4c)。對該樣品的23個鋯石顆粒進行了24個分析點，分析結(jié)果見表1。因為Pb丟失的影響，本次測試未得到諧和年齡。本文選取諧和度((207Pb/235U)/(206Pb/238U)*100)在100～113范圍左右的16個測試點投Tera-Wasserburg諧和圖。測試點(6、7、24)構(gòu)成一條不一致線，其交點年齡為452±19 Ma(MSWD=0.097)(圖8a)。Th/U值為0.31～0.62。REE球粒隕石標準化配分模式圖顯示為左傾型曲線(圖8b)，具有輕稀土元素虧損、重稀土元素富集和明顯的Eu負異常等特征，與巖漿成因的鋯石特征一致。除點21較為分散外，其余12個測試點構(gòu)成了另外一條不一致線。它們的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為381.1±8.7 Ma(MSWD=0.36)(圖8a)，Th/U值為0.17～1.03。REE模式圖雖然顯示為左傾型配分曲線(圖8c)，明顯的Ce正異常和Eu負異常等特征，但輕稀土含量變化較大，反映了變質(zhì)成因的特征。因此，452±19 Ma和381.1±8.7 Ma應該分別代表了鋯石核部結(jié)晶年齡和邊部變質(zhì)年齡，與花崗質(zhì)糜棱巖16LS01-1巖漿鋯石和變質(zhì)鋯石的年齡在誤差范圍內(nèi)一致，表明～460 Ma和～380 Ma是具有地質(zhì)意義的。

4 討論

4.1 金柳灘韌性剪切帶的形成年齡

韌性剪切帶內(nèi)糜棱巖樣品的鋯石形態(tài)復雜，發(fā)育殘余的巖漿成因核、改造的幔部和變質(zhì)成因的邊部。樣品16LS01-1非常清晰地記錄了～460 Ma、～420 Ma和～380 Ma三組鋯石的U-Pb年齡。～460 Ma鋯石顆粒具有清晰的振蕩環(huán)帶、高的Th/U值、左傾型的REE模式、顯著的Ce正異常和Eu負異常，為典型的巖漿成因鋯石。因此，～460 Ma被解釋為巖漿鋯石的結(jié)晶年齡；樣品16LS06-2的鋯石U-Pb體系雖然已經(jīng)被～380 Ma熱事件強烈重置，但依然保留了452±19 Ma的不一致線年齡。所以，～460

表3 北祁連構(gòu)造帶東端金柳灘韌性剪切帶黑云角閃斜長片麻巖(16LS02-1)和花崗質(zhì)糜棱巖(16LS01-1)鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果Table 3 Zircon Lu-Hf isoplot data of biotite amphibole plagiogneiss and granitic mylonite in Jinliutan ductile shear zone in the eastern North Qilian structural belt

Ma應該代表了花崗質(zhì)糜棱巖原巖的形成年齡。

樣品16LS01-1中～420 Ma鋯石具有弱環(huán)帶或者無環(huán)帶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，清晰地指示本組鋯石的晶格經(jīng)歷了改造作用(Rubatto, 2017)。微量元素分析(表2)顯示其Yb/SmN的值相比～460 Ma巖漿鋯石升高，說明晶格中大半徑的LREE相對小半徑的HREE逐漸被優(yōu)化出晶格(圖10a)，指示了鋯石的重結(jié)晶過程(Hoskin et al.， 2000; Tomaschek et al.， 2003; Nardi et al.， 2013)。其高的Th/U值(0.23～2.23)與超固相線變質(zhì)鋯石一致(Yakymchuk et al.， 2018)。研究區(qū)內(nèi)糜棱巖中發(fā)育的條帶狀構(gòu)造，以及淺色糜棱巖的條片狀暗色體表明了部分熔融作用的發(fā)生。因此，～420 Ma鋯石的高Th/U值很可能是在超固相線變質(zhì)峰期時富Th的礦物(如獨居石等)熔融消失導致熔體Th富集以后的結(jié)果。所以，本研究將～420 Ma解釋為了花崗質(zhì)糜棱巖原巖發(fā)生部分熔融的時限。

圖7 北祁連構(gòu)造帶東端金柳灘韌性剪切帶花崗質(zhì)糜棱巖(16LS01-1)LA-ICP-MS鋯石U-Pb測試結(jié)果(a)和鋯石稀土元素配分圖解:～460 Ma(b); ～420 Ma(c); ～380 Ma(d)Fig. 7 LA-ICP-MS U-Pb concordia diagram (a) and REE patterns of the zircons from granitic mylonite in Jinliutan ductile shear zone in the eastern North Qilian structural belt: ～460 Ma(b); ～420 Ma(c); ～380 Ma(d)

圖8 北祁連構(gòu)造帶東端金柳灘韌性韌性剪切帶花崗質(zhì)糜棱巖(16LS06-2)鋯石Tera-Wasserburg 諧和圖(a)和鋯石稀土元素配分圖解：～460 Ma(b)； ～380 Ma(c)Fig. 8 Tera-Wasserburg concordia diagram (a) and REE patterns for the zircon from granite mylonite in Jinliutan ductile shear zone in the eastern North Qilian structural belt： ～460 Ma(b)； ～380 Ma(c)

～380 Ma鋯石基本無內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為典型的變質(zhì)鋯石結(jié)構(gòu)。其左傾型REE分配模式和高的Th/U值(0.32～2.38)與～420 Ma的變質(zhì)鋯石類似，暗示著二者的相似成因。但是，～380 Ma鋯石顯示相對穩(wěn)定的U含量和變化的Th含量(圖9a)，明顯區(qū)別于～420 Ma鋯石，表明其生長過程中有Th富集的礦物(如獨居石)同時晶出?！?20 Ma無獨居石的結(jié)晶到～380 Ma獨居石的晶出表明～380 Ma深熔巖漿具有較低的溫度(Yakymchuk et al.， 2017)。樣品16LS06-2的～380 Ma鋯石顯示了與樣品16LS01-1中～380 Ma鋯石具有基本一致的微量元素特征，即具有類似巖漿成因的左傾型REE分配模式和高的Th/U值。同樣地，該組鋯石～380 Ma依然顯示相對穩(wěn)定的U含量和顯著變化的Th含量(圖9b)，指示變質(zhì)鋯石生長的同時獨居石已經(jīng)開始晶出。綜上，花崗質(zhì)糜棱巖原巖均形成于～460 Ma，而～420 Ma和～380 Ma為糜棱巖發(fā)生部分熔融的時限。韌性剪切帶北側(cè)461.9±7.0 Ma隴山巖群黑云角閃斜長片麻巖(16LS02-1)和南側(cè)葫蘆河巖群～440 Ma最大沉積年齡(裴先治等，2012; Zhao Shujuan et al.， 2020)限定了金柳灘韌性剪切帶形成于～440 Ma之后。同時，～440 Ma陳家河巖群中酸性島弧巖漿和紅土堡巖群中弧后裂解作用有關的基性火山巖表明北祁連東端早古生代為島弧—弧后體系，中祁連陸塊還未和華北克拉通拼貼碰撞(何世平等，2007b,c; Zhang Hongfu et al.， 2006; 陳雋璐等，2007; Li Xiyao et al.， 2018)。華北克拉通南緣和北祁連構(gòu)造帶東端碎屑鋯石U-Pb譜值對比研究顯示二者于晚奧陶世—早志留世拼貼，形成了一系列碰撞—擠壓的逆沖斷層和緊閉褶皺(Zhao Shujuan et al.， 2020)。糜棱巖中鉀長石、黑云母單礦物40Ar/39Ar同位素測年結(jié)果及與地層和巖漿活動的關系表明北祁連南緣右行韌性走滑剪切帶形成于440～380 Ma(戚學祥等，2004)。412～417 Ma的變質(zhì)年齡峰值指示了北祁連造山帶東段的碰撞造山作用(徐學義等，2008)。418±3.2 Ma閻家店高鍶低釔質(zhì)(adakitic)巖石指示北祁連東端已經(jīng)進入碰撞后伸展階段(孟祥舒等，2017)。此外，北側(cè)隴山巖群和南側(cè)葫蘆河巖群均未見～420 Ma巖漿或者變質(zhì)鋯石的報道，暗示～420 Ma是受金柳灘韌性剪切帶活動誘發(fā)的部分熔融巖漿的記錄。因此，金柳灘韌性剪切帶很可能形成于440～420 Ma北祁連東端俯沖結(jié)束后的碰撞拼合階段。

4.2 金柳灘韌性剪切帶糜棱巖源區(qū)巖石的屬性

花崗質(zhì)糜棱巖16LS01-1樣品中～460 Ma鋯石具有非常一致的n(176Hf)/n(177Hf)值，對應的εHf(t)和tDM2年齡分別為-0.16～0.15和1430～1445 Ma(表3)，指示其來自于中元古代的地殼物質(zhì)。～420 Ma的鋯石具有分散的n(176Hf)/n(177Hf)值，其對應的εHf(t)和tDM2年齡分別變化于-4.02～4.46和1120～1660 Ma之間(圖10b)。這些變化的n(176Hf)/n(177Hf)值既可能是不同程度古老物質(zhì)混合的產(chǎn)物(Kemp et al.， 2007; Yang Jinhui et al.， 2007)，也有可能是均勻源區(qū)深熔或變質(zhì)作用過程中非鋯石Hf參與的結(jié)果(Maki et al.， 2014; Chen Yixiang et al.， 2015)。深熔/變質(zhì)作用過程中新生鋯石不僅會繼承原有鋯石的Hf同位素組成，也會吸收其他礦物分解釋放出的放射性成因Hf。因為鋯石基本不具有放射性成因Hf的積累，所以非鋯石Hf的參與只會造成n(176Hf)/n(177Hf)值的升高。本文數(shù)據(jù)顯示大部分～420 Ma鋯石繼承了～460 Ma巖漿鋯石的Lu-Hf特征，顯示與巖漿鋯石具有一致的n(176Hf)/n(177Hf)值和tDM2年齡。但分析點21具有較高的n(176Hf)/n(177Hf)(0.282659)和較年輕的tDM2年齡(1120 Ma)。結(jié)合其高的MREE含量，εHf(t)的增加以及較年輕的tDM2年齡推測是變質(zhì)作用過程中熔融的角閃石為熔漿提供了非鋯石Hf的結(jié)果，并不指示新生地殼物質(zhì)的添加。低的n(176Hf)/n(177Hf)(0.282404)值和1647～1660 Ma的tDM2年齡既可能繼承自古老的源區(qū)物質(zhì)，也可能是部分熔融階段中元古代或者更加古老的陸殼物質(zhì)卷入深熔巖漿的結(jié)果。無論如何，北祁連東端新太古代—古元古代的結(jié)晶基底(何艷紅等，2005a,b)、紅土堡基性火山巖1782±34 Ma的捕擄鋯石(何世平等，2007b)和1765 Ma±57 Ma長寧驛花崗質(zhì)片麻巖(王銀川等，2012)的存在均為本地區(qū)古老物質(zhì)的混入提供了物質(zhì)基礎。

～380 Ma鋯石n(176Hf)/n(177Hf)值(0.282479～0.282623)與～420 Ma鋯石的比值(0.282404～0.282659)基本一致，表明前者的Hf同位素組成繼承于后者。因此，其具有與～420 Ma鋯石一致的εHf(t)和tDM2年齡。綜上，1120～1660 Ma的tDM2年齡指示花崗質(zhì)糜棱巖主要為中元古代陸殼物質(zhì)或者更加古老的陸殼物質(zhì)在～460 Ma熔融再造的產(chǎn)物。

圖9 北祁連構(gòu)造帶東端金柳灘韌性剪切帶花崗質(zhì)糜棱巖鋯石U—Th圖解: (a) 16LS01-1; (b) 16LS06-2Fig. 9 Diagrams of U—Th of the zircon from granitic mylonite in Jinliutan ductile shear zone in the eastern North Qilian structural belt: (a) 16LS01-1; (b) 16LS06-2

圖10 北祁連構(gòu)造帶東段金柳灘韌性剪切帶花崗質(zhì)糜棱巖鋯石(16LS01-1)Yb/SmN—n(206Pb)/ n(238U)(a)和tDM2—n(206Pb)/ n(238U)(b)圖解Fig. 10 Yb/SmN—n(206Pb)/ n(238U) (a) and tDM2—n(206Pb)/ n(238U) (b) diagrams of the zircons from the granitic mylonite(16LS01-1) in Jinliutan ductile shear zone in the eastern North Qilian structural belt

相比之下，隴山巖群黑云斜長角閃片麻巖(16LS02-1)中～460 Ma鋯石具有正的εHf(t)值(10.26～15.13)，接近于同時期的虧損地幔組成。因此，金柳灘韌性剪切帶內(nèi)花崗質(zhì)糜棱巖和隴山巖群黑云斜長角閃片麻巖來自于不同的巖漿源區(qū)。同時，韌性剪切帶南側(cè)的葫蘆河群最大沉積年齡為～440 Ma(裴先治等，2012; Zhao Shujuan et al.， 2020)，表明葫蘆河群碎屑巖亦不可能是花崗質(zhì)糜棱巖的原巖。所以，～460 Ma花崗質(zhì)糜棱巖的原巖在～440 Ma紅土堡弧后盆地俯沖—碰撞過程中已經(jīng)被破壞消減了(Li Xiyao et al.， 2018)。

4.3 金柳灘韌性剪切帶對北祁連構(gòu)造帶東端早古生代演化歷史的響應

北祁連構(gòu)造帶東端陳家河島弧火山巖—紅土堡弧后火山巖構(gòu)成了早古生代島弧—弧后建造(Li Xiyao et al.， 2018)。454.7±1.7 Ma的王家岔石英閃長巖體、447.7±5.4 Ma的新街花崗質(zhì)片麻巖和～440 Ma的閻家店閃長巖體侵入于新太古代—古元古代結(jié)晶基底巖系隴山巖群中(何艷紅等，2005a; Zhang Hongfu et al.， 2006; 陳雋璐等，2007; 裴先治等，2007; 魏方輝等，2012)，指示北祁連造山帶東端為早古生代大陸邊緣弧。443.4±1.7 Ma的紅土堡基性火山巖和436.0±3.8 Ma的掃帚灘基性巖墻表明北祁連構(gòu)造帶東端從島弧巖漿階段向弧后伸展的構(gòu)造背景轉(zhuǎn)換(陳雋璐等，2006; 何世平等，2007; 李桐等，2017; Li Xiyao et al.， 2018)。434±10 Ma的草川鋪二長花崗巖體具有高Sr、低Y以及富集Nd同位素的特征，指示其為加厚下地殼的部分熔融，暗示了紅土堡弧后盆地的關閉(Zhang Hongfu et al.， 2006)。因此，北祁連構(gòu)造帶東端大量發(fā)育的460～430 Ma巖漿作用詳細地展示了其俯沖—弧后裂解—碰撞的地質(zhì)過程。～418 Ma高Mg高鍶低釔中酸性巖(高鎂 adakite)的發(fā)現(xiàn)指示了加厚地殼開始減薄，北祁連構(gòu)造帶東端開始由碰撞擠壓向造山后伸展轉(zhuǎn)變(孟祥舒等，2017)。但是，晚志留世至早泥盆世的巖漿記錄在秦嶺—祁連結(jié)合部位僅零星分布(徐學義等，2008)，限制了造山后構(gòu)造過程的探討。420～400 Ma HP—UHP巖石的退變質(zhì)年齡和造山后巖漿作用的發(fā)育表明早泥盆世北秦嶺—北祁連構(gòu)造帶已經(jīng)進入碰撞后抬升—伸展的構(gòu)造階段(張成立等，2013; Song Shuguang et al.， 2013; Liu Liang et al.， 2016)。泥盆紀碎屑巖和磨拉石沉積更是明確指示北秦嶺—北祁連構(gòu)造帶已經(jīng)全面碰撞抬升(Song Shuguang et al.， 2013; Dong Yunpeng et al.， 2013, 2016)。武山韌性剪切帶的形成年齡(420～403 Ma)記錄了北秦嶺商丹洋的閉合過程(Dong Yunpeng et al.， 2016; Liang Xiao et al.， 2017)。金柳灘韌性剪切帶形成年齡介于440～420 Ma之間，記錄了隴山巖群與早志留世葫蘆河巖群拼貼的地質(zhì)過程，暗示了北祁連構(gòu)造帶東端紅土堡弧后盆地于早—中志留世已經(jīng)閉合。綜上可知，北祁連構(gòu)造帶東端紅土堡弧后盆地的閉合碰撞時限可能早于北秦嶺商丹洋的閉合。新陽—元龍韌性剪切帶的～350 Ma黑云母40Ar-39Ar坪年齡反映了在早石炭世之前北祁連和北秦嶺構(gòu)造帶已經(jīng)發(fā)生了走滑拼貼作用(丁仨平等，2009)。

5 結(jié)論

(1)北祁連構(gòu)造帶東端清水縣山門鎮(zhèn)地區(qū)的隴山巖群黑云角閃斜長片麻巖(16LS02-1)LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析結(jié)果顯示其形成于461.9±7.0 Ma(MSWD=2.5，n=27)。鋯石Lu-Hf同位素分析顯示其εHf(t)為10.26～15.13，tDM2為487～790 Ma，是新生地殼部分熔融的產(chǎn)物。

(2)北祁連構(gòu)造帶東端金柳灘韌性剪切帶內(nèi)花崗質(zhì)糜棱巖(16LS01-1)LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年得到了3組年齡：462.9±9.4 Ma(MSWD=0.024，n=3)、420.8±4.3 Ma(MSWD=0.23，n=9)和383.4±5.1 Ma(MSWD=0.63，n=15)。REE配分模式、Th/U值和微量元素分析顯示462.9±9.4 Ma為典型的巖漿鋯石結(jié)晶年齡，420.8±4.3 Ma為超固相線獨居石熔融消失條件下變質(zhì)鋯石的年齡，而383.4±5.1 Ma為亞固相線獨居石晶出條件下變質(zhì)鋯石的年齡；鋯石Lu-Hf同位素分析顯示花崗質(zhì)糜棱巖(16LS01-1)的原巖為中元古代的陸殼物質(zhì)。

(3)北祁連構(gòu)造帶東端金柳灘韌性剪切帶內(nèi)花崗質(zhì)糜棱巖(16LS06-2)LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年得到了2組年齡：452±19 Ma(MSWD=0.097，n=3)和381.1±8.7 Ma(MSWD=0.36，n=12)，與樣品16LS01-1的年代學測試結(jié)果基本一致；REE配分模式、Th/U值和微量元素分析表明452±19 Ma代表了原巖的形成年齡，381.1±8.7 Ma代表了獨居石晶出的變質(zhì)作用時間。

(4)北側(cè)圍巖隴山巖群黑云角閃斜長片麻巖和南側(cè)葫蘆河巖群的鋯石年齡限定了金柳灘韌性剪切帶可能形成于440～420 Ma。

(5)金柳灘韌性剪切帶內(nèi)花崗質(zhì)糜棱巖具有～460 Ma形成年齡和低的n(176Hf)/n(177Hf)值(0.282485～0.282493)，暗示隴山巖群與葫蘆河巖群拼貼過程存在物質(zhì)的消減。

注 釋/Note

? 裴先治，李勇，丁仨平，蘇春乾，郭俊鋒，李永軍，陳淑娥，趙欣，張駿，李佐臣，楊家喜. 2005. 天水市幅(I48C002003)1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果報告. 西安： 長安大學地質(zhì)調(diào)查研究院.