北秦嶺蟒嶺花崗巖體巖漿演化及源區(qū)：來自礦物學(xué)和Sr-Nd-Hf同位素證據(jù)

楊 陽，柯昌輝，王曉霞，李金寶，呂星球，聶政融

(1. 長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054; 2. 中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所 自然資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037; 3. 湖南省有色地質(zhì)勘查局二一四隊(duì)，湖南 株洲 412007; 4. 河南新路橋集團(tuán)高速公路管理有限公司，河南 鄭州 450018)

0 引 言

秦嶺造山帶是中國大陸中央造山帶(系)的主要組成部分，主要由2個(gè)主縫合帶(商丹和勉略縫合帶)和3個(gè)塊體(華北地塊南緣及北秦嶺、秦嶺微地塊、揚(yáng)子地塊)組成。東秦嶺地區(qū)隸屬于秦嶺造山帶的東段，晚中生代該地區(qū)巖漿作用比較發(fā)育，形成了大量的花崗巖體。這些花崗巖體主要以兩種產(chǎn)狀產(chǎn)出：一類為小的斑巖體，如金堆城、木龍溝、南泥湖等，它們與鉬多金屬成礦關(guān)系密切，構(gòu)成了著名的東秦嶺鉬成礦帶；另一類為大的巖基，如老牛山、合峪、老君山、牧護(hù)關(guān)、蟒嶺等。前人對(duì)該區(qū)域與金屬礦產(chǎn)有關(guān)的小巖體已開展了大量研究，在花崗巖的時(shí)空分布、物質(zhì)來源與演化以及巖體與成礦作用關(guān)系等方面取得了眾多成果。近年來，隨著東溝、老君山、合峪等大巖基中鉬礦床的發(fā)現(xiàn)，區(qū)域內(nèi)的大巖體也逐漸引起廣泛關(guān)注。

蟒嶺花崗巖體位于北秦嶺黑溝—欒川斷裂(F)和喬端—瓦穴子斷裂(F)之間(圖1)，其西側(cè)發(fā)育與鉬礦有關(guān)的南臺(tái)、桃官坪、西溝、高溝等淺成中酸性小斑巖體，前人對(duì)這些小巖體已開展了詳細(xì)的研究。近年來，隨著分析測(cè)試技術(shù)手段的不斷進(jìn)步，對(duì)蟒嶺花崗巖體的關(guān)注也越來越多，其研究成果主要集中在巖體地質(zhì)、巖石地球化學(xué)、成巖時(shí)代等方面，但對(duì)于該巖體的巖石成因和構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景還有較大爭(zhēng)議。秦海鵬等認(rèn)為蟒嶺花崗巖體具有高Ba含量和高Sr/Yb值的特征，是增厚下地殼部分熔融的產(chǎn)物；張?jiān)氛J(rèn)為該巖體具有較低的SiO含量、較高的Sr/Y值和不明顯的Eu負(fù)異常，其來源于北秦嶺新元古代新生下地殼與古老基底物質(zhì)的混合。為此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，利用礦物學(xué)和Sr-Nd-Hf同位素研究，進(jìn)一步分析蟒嶺花崗巖體的巖漿演化和源區(qū)物質(zhì)來源，為系統(tǒng)總結(jié)北秦嶺構(gòu)造帶的巖漿演化以及可能的成礦作用提供巖石學(xué)方面的信息。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

北秦嶺構(gòu)造帶位于秦嶺造山帶北段，是一個(gè)復(fù)雜拼合結(jié)合帶和多期疊加的復(fù)合構(gòu)造帶，其南、北邊界斷裂分別為商丹斷裂(F)和黑溝—欒川斷裂(圖1)。該構(gòu)造帶主要呈EW向展布，自北向南發(fā)育有4條深大斷裂，分別為黑溝—欒川斷裂、喬端—瓦穴子斷裂、朱陽關(guān)—夏館斷裂(F)和商丹斷裂。

區(qū)域上出露的巖石地層自南向北依次為古元古界秦嶺群、中元古界二郎坪群和中—新元古界寬坪群。秦嶺群為一套深變質(zhì)雜巖系，主體由片麻巖、角閃巖和大理巖組成，變質(zhì)程度主要為角閃巖相，局部可達(dá)麻粒巖相；其形成年齡為2 226～1 987 Ma，經(jīng)歷新元古代(1 000～800 Ma)和早古生代的變質(zhì)變形。二郎坪群主要為一套火山-沉積巖系，化石時(shí)代為奧陶紀(jì)—志留紀(jì)。寬坪群是一套變質(zhì)火山-陸源碎屑沉積巖系：下部主要由綠片巖和斜長(zhǎng)角閃巖組成，是一套以變質(zhì)基性火山巖為主的巖系；中部主要為云母石英片巖，夾少量大理巖、石英巖、變粒巖和斜長(zhǎng)角閃巖，是一套以陸源碎屑沉積為主的變質(zhì)巖系；上部以黑云母大理巖為主，夾云母石英片巖和斜長(zhǎng)角閃巖，是一套以泥砂質(zhì)-碳酸鹽巖為主，夾基性火山巖的變質(zhì)巖系；3個(gè)巖組之間呈整合接觸，其形成時(shí)代為中—新元古代(2 000～986 Ma)。各地層之間多以斷層關(guān)系相接觸。構(gòu)造帶南側(cè)零星出露古生界丹鳳群的一套島弧-邊緣海型蛇綠巖構(gòu)造組合體，變質(zhì)程度為綠片巖相至低角閃巖相，形成時(shí)代為古生代(447.8～402.6 Ma)。

F1為黑溝—欒川斷裂；F2為喬端—瓦穴子斷裂；F3為朱陽關(guān)—夏館斷裂；F4為商丹斷裂帶；底圖引自文獻(xiàn)[5]，有所修改圖1 北秦嶺構(gòu)造帶區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological Sketch Map of North Qinling Tectonic Belt

北秦嶺構(gòu)造帶花崗巖類分布廣泛，最老的為新元古代，以德河巖體和蔡凹巖體為代表，呈巖株?duì)钋秩肭貛X群中。其次為古生代花崗巖，早古生代花崗巖以漂池、獅子坪、灰池子等巖體為代表，主要以巖基產(chǎn)出，與秦嶺群圍巖呈侵入接觸關(guān)系；晚古生代花崗巖體主要產(chǎn)于秦嶺群、寬坪群及丹鳳群中，大部分與地層呈侵入接觸關(guān)系，既有呈巖基形態(tài)產(chǎn)出的大巖體，也有呈巖株等形態(tài)產(chǎn)出的小巖體。中生代巖漿活動(dòng)在該區(qū)域較為發(fā)育，且以酸性巖為主，出露有老君山、牧護(hù)關(guān)、蟒嶺等大的花崗巖基，以及桃官坪、西溝、南臺(tái)、秋樹灣等小的斑巖體。前人研究表明，研究區(qū)晚中生代巖漿演化可大致分為兩個(gè)階段：晚侏羅世—早白堊世(160～130 Ma)是晚中生代花崗巖的主體，以牧護(hù)關(guān)和蟒嶺花崗巖體為代表，在平面上多呈長(zhǎng)條狀，巖體與圍巖為侵入接觸關(guān)系，以I型花崗巖為主，巖性主要為二長(zhǎng)花崗巖，可見少量閃長(zhǎng)巖，該階段花崗巖形成于擠壓向伸展轉(zhuǎn)換的開始，其源區(qū)以秦嶺不同塊體中古老地殼物質(zhì)的部分熔融為主，有幔源物質(zhì)的參與；早白堊世中晚期(120～100 Ma)以發(fā)育I型和I-A過渡型花崗巖為主，巖性為二長(zhǎng)花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖，主要形成于陸內(nèi)伸展環(huán)境。

2 巖體地質(zhì)及巖相學(xué)特征

2.1 巖體地質(zhì)特征

蟒嶺花崗巖體位于陜西省洛南縣、丹鳳縣與河南省盧氏縣交界處，呈近EW向展布，東西長(zhǎng)約53 km，南北寬5～10 km，出露面積374 km(圖2)。巖體主要侵位于中—新元古界寬坪群廣東坪組和四岔口組中，接觸界線清晰，接觸面形態(tài)不規(guī)則，靠接觸帶形成約500 m寬的角巖及角巖化片巖，角巖分帶不明顯；北部與新元古界及新近系呈斷層接觸，斷面傾向北，傾角約為70°；南接觸帶的東部與元古界及三疊系呈斷層接觸，斷面傾向北，傾角為70°～80°；南接觸帶的西部與元古界及古生界多呈侵入接觸，外接觸帶出現(xiàn)角巖化。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，蟒嶺花崗巖體主要由3期巖漿侵入形成的巖漿雜巖體組成：第1期代表巖性為含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖，形成年齡為157 Ma；第2期代表巖性為二長(zhǎng)花崗巖，形成年齡為148～144 Ma；第3期代表巖性為黑云母正長(zhǎng)花崗巖，形成年齡為124 Ma。

2.2 巖相學(xué)特征

蟒嶺花崗巖體由二長(zhǎng)花崗巖、含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖和黑云母正長(zhǎng)花崗巖組成。主體巖性為二長(zhǎng)花崗巖，在巖體中大面積分布，其中暗色包體發(fā)育[圖3(a)]，巖性以石英黑云母閃長(zhǎng)巖為主，大小不等，多為似橢圓狀，與寄主巖石的界限比較清晰；含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖[圖3(b)]主要出露于巖體西南，主要侵入于寬坪群板巖中，局部可見二長(zhǎng)花崗巖侵入其中；黑云母正長(zhǎng)花崗巖多呈脈狀侵入二長(zhǎng)花崗巖中[圖3(c)]。

底圖引自文獻(xiàn)[52]圖2 蟒嶺花崗巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Geological Sketch Map of Mangling Granitic Pluton

二長(zhǎng)花崗巖呈灰白色或肉紅色出露，具塊狀構(gòu)造，主要礦物為鉀長(zhǎng)石(體積分?jǐn)?shù)為35%～40%)、斜長(zhǎng)石(30%～35%)、石英(20%～25%)及黑云母(5%～10%)；副礦物為榍石、磷灰石、鋯石、磁鐵礦等[圖3(d)]。其中，鉀長(zhǎng)石呈半自形—他形板狀，粒度為0.5～4.0 mm，發(fā)育卡氏雙晶、格子雙晶[圖3(e)]；斜長(zhǎng)石呈半自形—自形板狀，粒度多為0.2～3.0 mm，發(fā)育聚片雙晶，表面發(fā)生絹云母化，少量邊緣發(fā)生綠簾石化；石英呈他形粒狀，粒度為0.3～3.0 mm；黑云母呈半自形片狀，發(fā)育弱綠泥石化。

含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖呈半自形粒狀結(jié)構(gòu)，主要為斜長(zhǎng)石(體積分?jǐn)?shù)為40%～50%)、角閃石(20%～25%)、黑云母(10%～15%)、鉀長(zhǎng)石(約5%)，次要礦物為輝石(<5%)、石英(<5%)，副礦物為榍石、磷灰石、鋯石、磁鐵礦等[圖3(f)]。其中，斜長(zhǎng)石呈半自形—他形板狀，粒度為0.1～1.0 mm，發(fā)育聚片雙晶，表面發(fā)生弱絹云母化；角閃石呈短柱狀，粒度為0.1～1.0 mm；黑云母多呈半自形，粒度為0.3～0.8 mm，局部綠泥石化；鉀長(zhǎng)石呈半自形—他形板狀，粒度為0.1～0.4 mm；石英呈他形粒狀，粒度為0.1～0.3 mm；輝石呈粒狀，解理發(fā)育，粒度為0.2～1.0 mm，可見反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)[圖3(g)]。

黑云母正長(zhǎng)花崗巖呈花崗結(jié)構(gòu)，主要由鉀長(zhǎng)石(體積分?jǐn)?shù)為40%～45%)、石英(25%～30%)、斜長(zhǎng)石(20%～25%)及少量黑云母(5%～10%)組成[圖3(h)]，副礦物有磷灰石、榍石、鋯石、褐簾石等[圖3(i)]。其中，鉀長(zhǎng)石呈半自形—他形板狀，粒度為0.5～4.0 mm，發(fā)育格子雙晶；斜長(zhǎng)石呈半自形—他形板狀，粒度為0.5～2.5 mm，發(fā)育聚片雙晶，表面發(fā)生絹云母化，局部含次生白云母；石英呈他形粒狀，粒度為0.3～2.5 mm；黑云母呈半自形片狀，多色性、吸收性明顯，粒度為1～2 mm。

3 樣品采集及分析方法

本文主要采集北秦嶺蟒嶺花崗巖體中第1期含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖和第2期二長(zhǎng)花崗巖的新鮮巖石樣品，分別進(jìn)行電子探針成分分析及Sr-Nd-Hf同位素分析測(cè)試。

電子探針成分分析工作在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所電子探針實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)試儀器為JXA-88008，儀器工作條件為：加速電壓15 kV，電流20 nA，束斑直徑5 μm。電子探針數(shù)據(jù)分析采用Geokit軟件完成。

Sr-Nd化學(xué)分離在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)進(jìn)行，質(zhì)譜測(cè)定由中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心完成。測(cè)試中采用標(biāo)樣NIST-SRM-987和La Jolla進(jìn)行監(jiān)測(cè)，Sr/Sr和Nd/Nd值分別采用0.119 4、0.721 9進(jìn)行質(zhì)量分餾校正，實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)定標(biāo)樣NIST-SRM-987的Sr/Sr值為0.710 232，標(biāo)樣La Jolla的Nd/Nd值為0.511 895。

Kfs為鉀長(zhǎng)石；Pl為斜長(zhǎng)石；Q為石英；Bt為黑云母；Hbl為角閃石；Cpx為單斜輝石；Ttn為榍石；Aln為褐簾石圖3 蟒嶺花崗巖體的巖相學(xué)特征Fig.3 Petrography Characteristics of Mangling Granitic Pluton

鋯石Hf同位素分析測(cè)試分別在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)過程中采用氦氣作為剝蝕物質(zhì)載氣，剝蝕直徑為44 μm。測(cè)定時(shí)使用鋯石標(biāo)樣GJ1和91500作為參考物質(zhì)，分析點(diǎn)位于鋯石U-Pb定年分析點(diǎn)附近(圖4)。分析過程中，上述兩個(gè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的鋯石標(biāo)樣GJ1的Hf/Hf加權(quán)平均值分別為0.282 015±0.000 031(誤差類型為2σ，樣品數(shù)為10個(gè))、0.282 734±0.000 015(誤差類型為2σ，樣品數(shù)為16個(gè))；西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中鋯石標(biāo)樣91500的Hf/Hf加權(quán)平均值為0.282 295±0.000 027(誤差類型為2σ，樣品數(shù)為14個(gè))，與文獻(xiàn)[53]～[56]報(bào)道的值在誤差范圍內(nèi)一致。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal8.3、8.4程序完成。

圖4 部分鋯石陰極發(fā)光圖像及Hf同位素分析點(diǎn)位置Fig.4 CL Images and Location of Hf Isotopic Analysis Points of Some Zircons

4 結(jié)果分析

4.1 礦物學(xué)特征

北秦嶺蟒嶺花崗巖體含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖中的斜長(zhǎng)石和黑云母電子探針分析結(jié)果見表1。

4.1.1 斜長(zhǎng)石

由斜長(zhǎng)石電子探針分析結(jié)果(表1)可知，不同時(shí)期的斜長(zhǎng)石成分略有變化。含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石的端元組成Ab牌號(hào)為42.52～68.02，An牌號(hào)為31.11～56.25，Or牌號(hào)為0.45～1.71；二長(zhǎng)花崗巖中斜長(zhǎng)石的端元組分Ab牌號(hào)較高，為74.19～88.18，An牌號(hào)為10.09～24.33，Or牌號(hào)為0.59～1.75，較含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖低。因此，按巖體結(jié)晶期次從早到晚(含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖→二長(zhǎng)花崗巖)，斜長(zhǎng)石的端元組分An、Or牌號(hào)略有降低趨勢(shì)，Ab牌號(hào)稍有增高趨勢(shì)。

表1 斜長(zhǎng)石電子探針分析結(jié)果

從斜長(zhǎng)石成分分類圖解(圖5)可以看出，含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖中的斜長(zhǎng)石由中長(zhǎng)石和拉長(zhǎng)石組成，而二長(zhǎng)花崗巖中的斜長(zhǎng)石主要為更長(zhǎng)石。

圖5 斜長(zhǎng)石成分分類圖解Fig.5 Classification Diagram of Plagioclase

4.1.2 黑云母

黑云母是蟒嶺花崗巖體兩期巖石中的主要暗色造巖礦物。根據(jù)其電子探針分析結(jié)果，不同時(shí)期巖石中黑云母成分變化不是很大(表2)。黑云母中SiO含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)為30.36%～39.56%，具有富Ti、Al、Mg、K的特征。從黑云母成分分類圖解(圖6)可以看出，蟒嶺花崗巖體中黑云母除個(gè)別點(diǎn)落在鎂質(zhì)和鐵質(zhì)黑云母過渡線上，主體為鎂質(zhì)黑云母。

4.2 全巖Sr-Nd同位素組成

蟒嶺花崗巖體二長(zhǎng)花崗巖的Sr-Nd同位素分析結(jié)果見表3。Rb/Sr值小于3，且未出現(xiàn)Sr同位素初始值((Sr/Sr))異常低的情況，表明所測(cè)結(jié)果有地質(zhì)意義。值多為-0.55～-0.49，其范圍為-0.6～-0.3，說明所測(cè)巖石的一階段模式年齡是有效的。

表2 黑云母電子探針分析結(jié)果

n(·)為元素離子數(shù)圖6 黑云母成分分類圖解Fig.6 Classification Diagram of Biotite

結(jié)合前人測(cè)試數(shù)據(jù)，以二長(zhǎng)花崗巖結(jié)晶年齡=148 Ma計(jì)算，獲得蟒嶺花崗巖體全巖(Sr/Sr)值為0.705 75～0.708 79，略高于上地幔(Sr/Sr)值(0.702～0.706)，顯示了殼幔混合的特點(diǎn)。Nd/Nd測(cè)定值為0.511 319～0.512 336，根據(jù)相應(yīng)結(jié)晶年齡計(jì)算的()值變化范圍較大，為-22.4～-3.8，巖體的一階段Nd模式年齡()為1.62～0.99 Ga，其對(duì)應(yīng)的二階段Nd模式年齡()為2.75～1.25 Ga。

4.3 鋯石Hf同位素組成

本文主要對(duì)蟒嶺花崗巖體中含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖(樣品ML-37/1B)和二長(zhǎng)花崗巖(樣品ML-28/1B)進(jìn)行了鋯石Hf同位素分析，分析結(jié)果見表4。結(jié)果顯示，兩種巖性樣品分析點(diǎn)的Lu/Hf值均低于0.002，表明其鋯石形成后的放射性成因Hf積累十分有限，因此，所測(cè)定的Lu/Hf值能較好地反映其形成過程中Hf同位素組成特征。

表3 二長(zhǎng)花崗巖Sr-Nd同位素組成

對(duì)含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖共進(jìn)行20個(gè)分析點(diǎn)的Hf同位素測(cè)試。結(jié)果表明，Hf/Hf值為0.282 384～0.282 604，由對(duì)應(yīng)的分析點(diǎn)年齡計(jì)算得到Hf同位素初始值((Hf/Hf))為0.282 381～0.282 601，()值為-10.37～-2.60，一階段鋯石Hf模式年齡=1.22～0.92 Ga，二階段鋯石Hf模式年齡=1.87～1.37 Ga。由二階段鋯石Hf模式年齡和()直方圖[圖7(a)、(b)]可以看出，()主體為-10～-6，二階段鋯石Hf模式年齡主體為1.8～1.6 Ga。

對(duì)二長(zhǎng)花崗巖共進(jìn)行20個(gè)分析點(diǎn)的Hf同位素測(cè)試。所測(cè)鋯石的分析數(shù)據(jù)變化范圍較大，Hf/Hf值為0.281 341～0.282 638，由對(duì)應(yīng)的分析點(diǎn)年齡計(jì)算得到(Hf/Hf)值為0.281 339～0.282 635，Hf同位素組成變化范圍寬泛，()主要為-10.00～-4.92，一階段鋯石Hf模式年齡為1.21～0.87 Ga，二階段鋯石Hf模式年齡為1.84～1.30 Ga。個(gè)別分析點(diǎn)具有較負(fù)的()值，為-47.45～-28.33，其對(duì)應(yīng)的一階段鋯石Hf模式年齡為2.65～1.94 Ga，二階段鋯石Hf模式年齡為4.17～2.99 Ga。由二階段鋯石Hf模式年齡和()直方圖[圖7(c)、(d)]可以看出，()主體為-9～-3，二階段鋯石Hf模式年齡主體為1.7～1.5 Ga。

5 討 論

5.1 巖石成因類型

不同成因類型的花崗巖常具有礦物學(xué)特征方面的差異。S型花崗巖形成于較還原的條件下，其鐵鈦氧化物以鈦鐵礦為主，黑云母一般為褐紅色，Al值較高，一般為0.353～0.561，氧逸度和Mg值較低，分別為0～0.097和0.282～0.367；I型花崗巖形成于較氧化環(huán)境，鐵鈦氧化物以磁鐵礦為主，黑云母呈棕色、黑色，Al值較低，一般為0.144～0.224，氧逸度較高，為0.121～0.252，Mg值為0.384～0.626。蟒嶺花崗巖體含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖中鐵鈦氧化物主要為磁鐵礦，黑云母多呈棕色、淺棕色；陽離子數(shù)Al值較低，分別為0～0.37和0.09～0.54，平均值分別為0.10和0.31；氧逸度分別為0.19～0.28和0.08～0.38；Mg值相對(duì)較高，分別為0.47～0.53和0.38～0.56。以上特征表明，蟒嶺花崗巖體這兩期巖石都具有I型花崗巖的特征。結(jié)合巖體全巖地球化學(xué)特征，各期次巖石具有高硅(SiO含量為51.60%～77.95%)、富堿(NaO+KO值為4.35%～9.44%)的特征，從早到晚(含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖→二長(zhǎng)花崗巖→黑云母正長(zhǎng)花崗巖)，巖石中SiO含量增高，其他主量元素含量降低，稀土元素總含量降低，其球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式由右傾平滑型變化為不對(duì)稱弧形，原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖整體表現(xiàn)為右傾模式，但P、Ti等元素的虧損程度加深，指示巖體巖石成因類型向I-A過渡型變化。因此，蟒嶺花崗巖體的巖石成因類型從早到晚具有自I型花崗巖向I-A過渡型花崗巖變化的趨勢(shì)。

圖7 鋯石εHf(t)和二階段鋯石Hf模式年齡柱狀圖Fig.7 Histograms of Zircon εHf(t) and TDM2

5.2 黑云母結(jié)晶的物理化學(xué)條件

花崗質(zhì)巖石中黑云母的化學(xué)成分變化能夠反映巖漿結(jié)晶過程中成巖物理化學(xué)條件的重要信息。

(1)溫度。蟒嶺花崗巖中含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖的黑云母AlO含量分別為12.63%～14.26%、13.42%～17.92%，TiO含量分別為2.86%～4.57%、0.93%～2.87%，Al平均值分別為0.10和0.31，Ti離子數(shù)分別為0.32～0.52、0.12～0.33。黑云母的高鈦和結(jié)構(gòu)式中低Al值能夠指示其形成于相對(duì)高溫和較高氧逸度的條件下。結(jié)合黑云母Ti-Mg/(Mg+Fe)圖解[圖8(a)]，含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖中黑云母結(jié)晶溫度為675 ℃～740 ℃，二長(zhǎng)花崗巖中黑云母結(jié)晶溫度為550 ℃～675 ℃。

圖(a)底圖引自文獻(xiàn)[68]；圖(b)底圖引自文獻(xiàn)[69]圖8 黑云母Ti-Mg/(Mg+Fe)圖解和Fe3+-Fe2+-Mg2+圖解Fig.8 Diagrams of Ti-Mg/(Mg+Fe) and Fe3+-Fe2+-Mg2+ of Biotite

表4 鋯石Hf同位素分析結(jié)果

(2)氧逸度。Wones等研究表明，與磁鐵礦和鉀長(zhǎng)石共生的黑云母中Fe、Fe和Mg離子數(shù)可以估算其結(jié)晶時(shí)的氧逸度。蟒嶺花崗巖體的巖相學(xué)特征表明其中的黑云母與鉀長(zhǎng)石-磁鐵礦-石英共生，符合Wones等提出的氧逸度計(jì)的使用。根據(jù)黑云母Fe-Fe-Mg圖解[圖8(b)]，含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖中黑云母的所有樣品點(diǎn)均落在Ni-NiO緩沖線和FeO-FeO緩沖線之間或其附近，表明這兩期花崗巖黑云母的巖漿-熱液體系中氧逸度較高。

綜上所述，蟒嶺花崗巖體不同期次巖石的黑云母均在較高氧逸度環(huán)境下形成，其結(jié)晶溫度條件從早到晚具有逐漸降低的趨勢(shì)，這與蟒嶺花崗巖體鋯石飽和溫度所反映的巖漿結(jié)晶溫度變化趨勢(shì)一致。

5.3 成巖物質(zhì)來源

地球化學(xué)特征顯示：蟒嶺花崗巖體為過鋁質(zhì)-高鉀鈣堿性/鉀玄巖系列巖石；微量元素組成表現(xiàn)為相對(duì)富集大離子親石元素(K、Rb、Ba、Sr等)，而虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(P、Nb、Ta、Ti等)，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式表現(xiàn)為輕稀土元素富集的右傾型。這些特征表明蟒嶺花崗巖體的物源以殼源物質(zhì)為主。

全巖Sr-Nd同位素組成是示蹤巖體物質(zhì)來源的重要手段之一。結(jié)合前人的測(cè)試數(shù)據(jù)，蟒嶺花崗巖體二長(zhǎng)花崗巖的Sr-Nd同位素分析結(jié)果顯示，巖體全巖(Sr/Sr)值為0.705 75～0.708 79，在(Sr/Sr)-圖解[圖9(a)]中，其樣品點(diǎn)多落在大陸增長(zhǎng)線區(qū)域內(nèi)，個(gè)別點(diǎn)落在玄武巖源區(qū)邊界線處。巖體二長(zhǎng)花崗巖具有負(fù)的()值，且變化范圍較大，為-22.4～-3.8，在()-圖解[圖9(b)]中，其樣品點(diǎn)主要落于早元古代—中元古代地殼和球粒隕石之間，暗示其源區(qū)物質(zhì)可能主要來自地殼。由此可見，Sr-Nd同位素組成暗示蟒嶺花崗巖體的源區(qū)可能具有殼?；旌系奶卣?，(Sr/Sr)-圖解中落入玄武巖源區(qū)的樣品點(diǎn)指示其源區(qū)物質(zhì)中可能有年輕組分的參與。

底圖引自文獻(xiàn)[7]圖9 二長(zhǎng)花崗巖(87Sr/86Sr)i-t圖解和εNd(t)-t圖解Fig.9 Diagrams of (87Sr/86Sr)i-t and εNd(t)-t of Monzogranite

鋯石Hf同位素組成也是示蹤巖漿源區(qū)和具體巖漿過程的重要證據(jù)。蟒嶺花崗巖體第1期含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖的鋯石Hf同位素組成比較均一，變化范圍窄，其(Hf/Hf)值為0.282 381～0.282 601，對(duì)應(yīng)的()值為-10.37～-2.60；第2期二長(zhǎng)花崗巖(Hf/Hf)值為0.281 341～0.282 638，其鋯石Hf同位素組成較為復(fù)雜，變化范圍寬泛，但()值主要為-9～-3，個(gè)別分析點(diǎn)具有較負(fù)的()值，為-47.45～-28.33。在()-圖解[圖10(a)]和(Hf/Hf)-圖解[圖10(b)]中，蟒嶺花崗巖體的樣品點(diǎn)大部分落在球粒隕石和下地殼演化曲線之間，靠近球粒隕石演化線，指示蟒嶺花崗巖體的源區(qū)物質(zhì)具有殼?；旌系奶卣鳌８鶕?jù)前人對(duì)北秦嶺構(gòu)造帶中秦嶺巖群和寬坪巖群進(jìn)行的鋯石年代學(xué)研究可知，秦嶺巖群副變質(zhì)巖蝕源區(qū)主要為1.9～1.5 Ga古元古代晚期至中元古代早期的大陸地殼，而寬坪巖群斜長(zhǎng)角閃巖的形成時(shí)代為1.75 Ga。李靠社指出寬坪巖群地層時(shí)代為早元古代，其形成時(shí)代為2.0～1.8 Ga，與秦嶺巖群表殼巖系屬于同一構(gòu)造基底或在太古界陸核上形成，兩者可能屬同期異相之堆積產(chǎn)物(或稍晚于秦嶺巖群表殼巖系)。這兩個(gè)巖群與蟒嶺花崗巖體兩期巖石中大部分二階段鋯石Hf模式年齡(1.8～1.5 Ga)基本一致，因此，寬坪巖群和秦嶺巖群作為蟒嶺花崗巖體的源巖可能性很大。但是，蟒嶺花崗巖體二長(zhǎng)花崗巖具有少量較負(fù)的()值，為-47.45～-28.33，其對(duì)應(yīng)的二階段鋯石Hf模式年齡為4.17～2.99 Ga，顯示巖體物源中可能還有更古老的地殼物質(zhì)加入。值得注意的是，蟒嶺花崗巖體二長(zhǎng)花崗巖中普遍發(fā)育巖漿暗色包體(石英黑云母閃長(zhǎng)巖)。目前的研究結(jié)果顯示，花崗質(zhì)巖石中的巖漿暗色包體主要與幔源組分有關(guān)，是巖漿混合的標(biāo)志；除此以外，巖石礦物學(xué)研究指出，蟒嶺花崗巖體兩種巖性中所含黑云母均為鎂質(zhì)黑云母；在黑云母物質(zhì)來源判別圖解(圖11)中，兩種巖性的樣品投點(diǎn)均落在殼?；煸磪^(qū)間內(nèi)。因此，蟒嶺花崗巖體的源區(qū)物質(zhì)來源中亦有年輕地幔組分參與，也表明巖體形成過程具有巖漿混合作用的存在。

底圖引自文獻(xiàn)[72]圖10 εHf(t)-t圖解和(176Hf/177Hf)i-t圖解Fig.10 Diagrams of εHf(t)-t and (176Hf/177Hf)i -t

綜上所述，蟒嶺花崗巖體是古老地殼物質(zhì)(成分上可能相當(dāng)于元古界寬坪巖群和秦嶺巖群)部分熔融形成的長(zhǎng)英質(zhì)巖漿與可能起源于幔源的基性巖漿(以巖漿暗色包體為代表)混合，最終在淺部環(huán)境形成的產(chǎn)物。

底圖引自文獻(xiàn)[76]圖11 黑云母物質(zhì)來源判別圖解Fig.11 Identification Diagrams of Material Source of Biotite

6 結(jié) 語

(1)北秦嶺蟒嶺花崗巖體主體以I型花崗巖為主，結(jié)合巖石地球化學(xué)特征可知，從早到晚(含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖→二長(zhǎng)花崗巖→黑云母正長(zhǎng)花崗巖)，其巖石成因類型具有從I型向I-A過渡型花崗巖變化的趨勢(shì)。

(2)蟒嶺花崗巖體含輝石黑云母閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖中黑云母的結(jié)晶溫度分別為675 ℃～740 ℃和550 ℃～675 ℃，均在較高氧逸度環(huán)境下形成。

(3)礦物學(xué)特征與Sr-Nd-Hf同位素組成表明，蟒嶺花崗巖體是古老地殼物質(zhì)部分熔融形成的長(zhǎng)英質(zhì)巖漿與可能起源于幔源的基性巖漿混合而成的產(chǎn)物。