（构造地质学专业论文）秦岭松树沟超镁铁质岩体地球化学及年代学.pdf

摘要 超镁铁质岩体由于来自地幔，面含有丰富的深部地质信息本次工作选择 秦岭造山带出露最大的超镁铁质岩俸松树沟岩体，在前人研究的基础上，对 该岩体及其围岩进行岩石学、地球化学、l a - i c p m s 锆石l 卜- p b 定年翁系统研 究探讨该岩体的构造性质和形成环境，确定超镁铁质岩体的侵位时代，进而揭 示秦岭造山带的演化特征主要取得以下认识： 1 ) 通过对超镁铁质岩体的岩石学、地球化学研究发现，松树沟超镁铁质岩 体主要由纯橄榄岩和方辉橄榄岩组成，纯橄榄岩占8 5 以上，变质浅，变形相 对偷单，富含m g ( 3 9 6 6 - - 4 7 2 0 ) 和f c ( 7 3 3 盼1 1 1 7 ) ，m n 、k 、n a 、 p 和的含量通常都低于0 1 ，具有明显的地幔岩残留体性质，而不具有部分 熔融的特征微量元素显示l r e e 和不相容元素的富集，右倾的微量元素分布模 式，异常高的s r 含量，孙、h f 不同于蛇绿岩底部纯橄榄岩的负异常，而显示 出微弱正异常，这些特征都与经典蛇绿岩层序底部的地幔橄榄岩不同。 2 ) 通过对超镁铁质岩体接触变质带榴闲岩和相邻秦岭杂岩中斜长角闪岩的 岩石学和地球化学研究，发现斜长角闪岩的变形复杂，产状和构造特征与其外 围的秦岭群片麻岩相似，而不同于变形相对简单的超镁铁质岩，认为超镁铁质 岩体与围岩之间不是蛇绿岩套底部橄榄岩和上覆火山岩的关系，、而是侵位关系。 榴闪岩和斜长角闪岩主量元素显示二者具有m o r b 和i 缸的性质，以m o r b 为主斜长角闪岩稀土和微量元素整体平坦，m 疆凰略富集，强不相容元素图显 示胁、b a 的低度富集和z r 、h f 的亏损。指示超镁铁质岩体可能形成于不成熟 的弧后盆地环境榴闪岩微量元素具有明显富集特征，舍有较高的b a 、t h 、n b 和t a ，而z r 、h f 含量中等，具有0 1 8 的特征。与美国不同地区地幔柱成因玄武 岩的微量元素配分模式相似，加之其来源较深，可能带有北秦岭基底的特征。 3 ) 由于超镁铁质岩体自身定年的困难，本次工作对采自接触变质带的榴闪 岩进行l a - i c p r s 钴石u p b 定年两组样品的年龄分别为5 0 6 2 - 1 - 7 他和5 1 0 4 士7 5 妇所选锆石整体上颗粒较小，自形程度差，阴极发光照片可见扇型结构， 多数形状不规则，无环带，有的呈现双层结构，有明显变质锆石的特征。同时 锆石中总体上t h 和u 的含量较低，钻石t h u 通常都很低，远小于0 3 ，大多 数在0 1 以下，因此该年龄是变质年龄诸多研究已经确认榴闪岩是在超镁铁 质岩侵位过程中形成的，因此该年龄代表超镁铁质岩体的侵位时代，侵位过程 与该岩体南北两侧同时发生的大陆深俯冲有关 关键词：松树沟早古生代超镁铁质岩体侵位弧后盆地大陆深俯冲 g e o c h e m i s t r ya n dc h r o n o l o g yo fu l t r a m a f i t e sf r o mt h e o w i n gt ou l t r a m a f i t e sc o m i l l gf 】r o mm a n t l e , i t4 l l t a i l l sa b u n d a n td e e pi n f o r m a t i o n o fg e o l o g y 撇p a p e rc h o o s e s s o n g s h u g o ud u n i t eb o d y , w h i c hi st h el a r g e s t u l t r a m a f i ci n t r a s i o ne x p o s h 堰i no i n l i n ga r e a , o nt h eb a s i co fp r e v i o u sr e s e a r c h e s ，t o d oas y s t e m a t i cr e s e a r c ho np e t r o l o g y , g e o c h e m i s t r ya n dl 缸l ( = p m s d a t i n gz i r c o nu - p bo fu l t r a m a f i ci n u u s l o n sa n dr o c k sa r o u n di t , a n dp r o b ei n t oi t s f o r m i n gp r o p e r t ya n di n v i m m e n t s a tt h es a m et i m e , t om a k es u r et h ee m p l a c e m e n t t i m eo ft h eb o d y e v e nt or e v e a lt h ee v o l u t i o nc h a r a c t e r i s t i co fq i n t i n ga i e a i t m a i n l yn 爝c ：h e st h ef o l l o w i n ga c h i e v e m e n t s 1 ) t h r o u g ht h er e s e a r c ho fp e b o l o g ya n d 掣灯曲伽蜘i ti sf o u n dt h a td u n i t c t a k e so v e r8 5 p e r c e n t i nu l t r a m a f i ci n t n m o a , w h i c h l a r g e l y c o n t a i n s m g ( 3 9 6 6 - 4 7 2 0 ) a n df e ( 7 3 3 - 1 1 1 乃幻t h ec o n t a i n i n go fm n ，墨n a ，pa n d t i i sl e s st h a n0 1p e r c e n tm s p c c t l v e l y s oi th a st y p i c a lc h a r a c t e r i s t i co fl e a v i n go f m a n t l er o c k s , w h i l ei td o e s n th a v ep a r t l yc h a r a c t e r i s t i co fm e l t i n g t r a c ee l e m e n t e x h i b i t se n r i c h m e n to fl r e ba n da n 曲a t h i ce l e m e n t s t r a c ee l e m e n ts p i d e r g r a mo f o b v i o u sr i g h td e v i a t i o na n d 口m c m c l y 蛐c o n t a i n i n go fs r , 矗a n di - i fa r cd i f f e r e n t f i e m t h e n e g a t i v e a n o m a l y o f d u n i t e w h i c h t i e s t h e b o t t o m o f o p h i o l i t e , b u t h a s w e a k p o s i t i v ea n o m a l y a b o v ea l la 璋d i f f e r e n tw i t hc l a s s i c a lo p h i o l i t c b a s e do nt h ef i e l ds t u d y , t od oar e s c a m ho fp e t r o l o g ya n dg e o c h e m i s t r yo f g a r n e ta m p h i b o h t e si nac o n t a c t - m e t a m o r p h i cz o n t ，a n da m p h i b o l i t c si nq i n l i n g g r o u p 。i ti sf o u n dt h a ta m p h i b o l i t e s t r a n s f i g u r a t i o n sa t ec o m p l i c a t e d o o 既让n 蛳 a n ds t r u c t u r ea r es i m i l a rw i t hg n e i s si nq i n l i n gg r o u p t h e s es h o wt h eu l t r a m a f i t e si s i nc o n t a c tw i t ht h eq i 玎l i 诹o r o u pa si n t n k s l o n s a m p h i b o l l t c s m a j o rc l e m c l 3 t sh a v e t h ep r o p e r t yo fm o i t ba n di 觚。a tt h es a m et i m et r a c ec l e m e n td i s t r i b u t i o nm o d eo f l e v e l t r a c ee l e m e n tc x h i b i t sw e a ke n r i c h m e n to fi j 陋t h ep o s i t i v ea n o m a l yo fr b a n db aw h i l et h en e g a t i v ea n o m a l yo fz ra n di i c o m b i n i n gp e 虹0 i o 西c a la n d 群锄曲朋i c a ls t u d i e s 姐a m p h i h o l i t e s , w cs u g g e s tt h a ts o n g s h u g o ud u n i t ob o d y s i n t r u d i n gs c t t i n gi si m m a t u r eb a c ka r cb a s l e g a r n e ta m p h i b o l i t e sa r ee n r i c hi nt r a c e e l e m e n t s , t h e c o n t a i n i n g o f b a , t h , n ba n d n h i g hr e s p e c t i v e l y , w h i l e t h e c o n t a i n i n g o fz ra n dh fi sm e z z o , t h e s es h o w sg a r n e ta m p h i b o l i t e s c h a r a c t e r i s t i co f0 m i t s t r a c ee l e m e n ts p i d e r g r a mi sc o n s i s t e n tw i t hb a s a l t so fm a n t l ep l u m ei nt h eu s a , w h i c hs h o w sd e e pc o n t e n to ft h en o r t hq i n l i n go r o g e n i cb d l c r a r n e ta m p h i b o h t e s a r ca c c o m p a n i e d s o n g s h u g o ud u n i t cb o d y , a sa c o n t a c t - m e t a m o r p h i cz o n e r e c e i v e dal o to fa t t e n t i o n u s i n gc la n dl a - i c p m s m e t h o d s t h i ss t u d yo b t a i n st w om e t a m o f p h i ca g e sa t5 0 6 2 4 - 7 4 9 aa n d5 1 0 4 7 5 l i a f o rg a r n e ta m p h i b o t i t e & n ct w oc o n c o r d a a ta g e sc o n s t r u c t e dt h ee a r l yp a l e o z o i c i n l m s l o no fs o n g s h u g o ud u n i t cb o d y t h ee n e r g yo fi n t r u s i o n sc o m e sf r o m c o n t i n c n 坦d e e pd i v eo nt w os i d e so f t h es o n g s h u g o ud a n i t cb o d y k e yw o r d s ：s o n g s h u g o ue a r l yp a l e o z o i c u l m u n a f i t c si n t r u s i o n s 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论 文工作的知识产权单位属于西北大学学校有权保留并向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版本人允许论文被查阅和借阅学校可以将本学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存和汇编本学位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文 章一律注明作者单位为西北大学 保密论文待解密后适用本声明 学位论文作者签名：刻塞! 盏导教师签名：塑! ：垂 2 0 0 5 年6 月 日弼年6 月t 日 西北大学学位论文独刨性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据霰所知，除了文中特鄹加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或 证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中 作了咀确的说甥并表示谢意 学位论文作者签名：友0 多锈 ， 勿哆年6 月日 一、选题依据 日舌 秦岭造山带作为华北板块和扬子板块之间的碰撞造山带，是研究造山带的理想场 所。位于秦岭造山带主缝合带一商丹断裂带之北的松树沟超镁铁质岩体，发现于1 9 5 7 年，由于其组成和特殊的构造位：置直受到地质学家的广泛关注( 西北冶金地质勘探 公司7 1 3 队，1 9 6 1 ；西安地质矿产研究所，1 9 7 6 ；安三元等，1 9 8 1 ；王鸿祯等，1 9 8 2 ； 黄月华，1 9 8 4 ：孙勇，1 9 8 7 ；许志琴，1 9 8 8 ；李曙光，1 9 9 1 ；刘良1 9 9 4 ，1 9 9 5 ；董云 鹏，1 9 9 5 ，1 9 9 7 ；周鼎武等，1 9 9 5 ；张国伟，2 0 0 1 ；苏犁等，2 0 0 4 ；王希斌等，2 0 0 5 ： 刘军锋等，2 0 0 5 ) 。早期研究认为，松树沟岩体是古生代超基燃的一次性侵位( 后 来俗称为“热”侵入) ，就地分异形成的( 西北冶金地质勘探公司7 1 3 队，1 9 6 1 ) 。后 来，安三元等( 1 9 8 1 ) 认为，该岩体为地幔部分熔融后的难熔残留物，经过多次迁移 和变化，最终“冷”侵入而就位。并且认为在晚前寒武纪( 6 5 0 - 8 3 0 m a ) 发生过一次强 烈的变形一变质事件，岩体的最终侵位时间，应稍晚于这一事件。许志琴( 1 9 8 8 ) 认为 该岩体先后经历了高温和低温两次挤压变形作用。进入9 0 年代，李曙光等( 1 9 9 1 ) 根 据在岩体外接触变质带获得的9 8 3 _ + 1 4 0 k a 的s m - n d 矿物等时线定年结果，认为该年龄 代表高压变质岩的变质年龄，将该岩体的侵位时间推到了新元古代，并提出该岩体是 典型的阿尔卑斯型橄榄岩。这认识不仅改变了人们关于该岩体形成时代的基本看法， 而且成为秦岭造山带“晋宁运动”说法的依据之一。 综上所述，该岩体侵位年龄的确定，对于确定秦岭构造带的构造事件具有重要意 义。 同时，就松树沟超镁铁质岩体是否为真正的蛇绿岩，近年来出现诸多争议( 匡少 平等，1 9 9 3 ；张国伟等，2 0 0 1 ；张旗等，2 0 0 1 ：苏梨等，2 0 0 5 ) ，需要进步研究。 首先，松树沟超镁铁质岩构造变形相对简单，与其相邻的镁铁质岩( 主要是斜长 角闪岩) 变形则较为复杂，镁铁质岩中多期褶皱叠加和纵向片理的存在，显示出与秦 岭群片麻岩相近的构造样式，说明其与秦岭群是密不可分的。松树沟超镁铁质岩为韧 性推覆剪切带所围限，岩体虽经历了强烈的糜棱岩化但内部仍有大量的具岩浆堆晶结 构的中粗粒橄榄岩残块，构造研究表明它们没有经历地幔环境下高温高压低应变速率 塑性流变的改造，也不能代表蛇绿岩底部的地龄挽啪岩。松树沟超镁铁质岩体与其围 岩斜长角闪岩或榴闪岩之间以韧| 生剪切带相接触，这一韧性剪切带主要发育在岩体中， 围岩中仅出现几十厘米的斜长角闪岩退变质的云母片岩带。据此认为松树沟岩体是在 其围岩角闪岩相变质以后构造侵位的。再者，角闪岩的变形样式与松树沟岩体的不同， 松树沟岩体可能不易与围岩归并为同一构造旋回的地质体，而可能是晚些时候构造就 位的异地体，可能是来自南部的异地推覆体。斜长角闪岩则可能是秦岭群的组成部分。 其次，松树沟超镁铁质岩体缺乏精确的同位素测年资料。松树沟岩体的形成年代、 斜长角闪岩或榴闪岩的原岩时代、变质时代、变形时代、韧性剪切带的时代等都还没 有无歧义的同位素测年数据的约束。因此，松树沟超镁铁岩体是不是蛇绿岩仍是一个 需要深入研究的问题。尤其是借助先进的方法进行精确可靠的年代学和地球化学研究 ( 李际坤等，2 0 0 3 ) 。 因此，本次工作选取该超镁铁质岩体的西部、中部和东部三个带进行采样，结合 野外地质工作，进行详细的岩石学、地球化学、锆石u _ p b 年代学研究。在前 研究的 基础上，确定该岩体的岩石组合，判断该岩体的构造性质、形成环境；进行精确的u p b 锆石定年，确定超镁铁质岩体的侵位时代，进而揭示秦岭造山带的演化时代特征。 二、研枷 由于超镁铁质岩体源于地幔域，无论其以何种方式出露地表，都带来了深部的大 量信息。对其岩石组合、矿物成分特征和成矿作用的系统研究可以提供可靠的岩浆演 化证据。 结合区域背景，对松树沟超镁铁质岩体及其围岩进行系统的野外地质研究，并结 合镜下工作，确定该岩体的岩石组合、产状和围岩的接触关系。同时运用现代先进的 测试手段，对该岩体及其围岩进行主量和微量的精确地球化学分析，为判断其形成环 境和构造性质提供准确的依据。 鉴于超镁铁质岩中放射性元素含量甚微，直接取样利用全岩定年难度很大。近年 来，国内外对镁铁硬岩的研究有了很大进步。随着常规热离子质谱( t i 淞) 技术和高 精度离子探针( s t 鹏) 微区微量分析在锆石沪p b 年龄方面的广泛应用，有关镁静 超镁铁质岩的岩浆结晶年龄已被越来越多的地质学者认可( h a c k e re ta l ，1 9 9 8 ：李 曙光，1 9 9 9 ；葛宁洁等，1 9 9 9 ) 。此次工作采用l a i c p 懈锆石u p b 年代学研究，可 提供该岩体的演化阶段和多期次构造热事件的记录。 三、工作量统计 项目工作量 野外工作2 0 0 2 年8 月，1 1 天 2 0 0 3 年l o 月，1 5 天 2 0 0 4 年6 月，5 天 采集标本 5 3 个样，7 0 余件 磨制光学薄片及3 3 个( 西安地贡矿产研究所) 鉴定 常量、稀土、微3 0 组( 西北大学大陆动力学重点实验室) 量元素地球化学 分析 l a i c p - m s 锆石 5 件( 西北大学大陆动力学重点实验室) u p b 年龄分析 锆石阴极发光图 2 5 张( 中国科学院h n 质与地球物理研究所) 像分析 撰写或已发表论 i 东秦岭松树沟超镁铁质岩体“热”侵位时代新知地质论评， 文2 0 0 5 ，5 1 ( 2 ) ：1 8 9 1 9 2 2 秦岭松树沟超镁铁质岩体构造环境及侵位朝劁初髹 第一章秦岭造山带地质 秦岭造山带位于中国主要的两个板块扬子板块与华北板块之间，秦岭造山带的 演化历史一直是地质学家所关注的课题。尤其是在主构造带的演化方面，由于缺乏可 靠的证据而存在较多的争议。 一、秦岭造山带 秦岭造山带横贯中国大陆中部，是华北与扬子两大地块长期相互作用的结果。秦 岭造山带属于秦一祁一昆中央造山带的东段。直以来商丹断裂被视为秦岭造山带的主 缝合带，南北两侧的构造块体分别归属于华北地块和扬子地块，其差别在于卷 造山 带的程度不同。秦岭造山带按照目前的构造格局，分为华北地块南缘、北秦岭造山带、 南秦岭造山带和扬子地块北缘四个构造单元，彼此以洛南一栾川一方城断裂、商丹缝合 带和勉略缝合带相隔，其中商丹缝合带是秦岭的主缝合带。 华北地块南缘发育渭河地堑，往东进入小秦岭一带。北秦岭造山带最为复杂，主 要包括秦岭群( p t 。) 、宽坪群( p t ，。) 、二郎坪群、丹风群、松树沟杂岩系，以及草凉 驿组( c 。) 和中新生界沉积岩，彼此多以断层构造关系相接触，主要为套岛弧火山 杂岩和高级变质杂岩体的构造组合，构成了早古生代华北南缘的古活动大陆边缘( x u e fe ta 1 ，1 9 9 6 ) 。 南秦岭造山带属于扬子板块北缘重要的组成部分，晚元古代的陨西群、耀蝴可群 的变质中酸性、基性火山沉积岩系和陡山沱组与灯影组的从复理石到稳定相的沉积 岩层，反映被动大陆体系所构成的构造变形和组合。具有晋宁运动期间固结的前震旦 纪基底( 张国伟，2 0 0 1 ) 。 扬子地块北缘具有扬子地块早前寒武纪基底和中新元古代变质变形过渡陛基底的 双层基底结构，盖层具有震旦系下古生界和上古生界中三叠统及中新生界等三个 次级构造地层层序序列。基底和早期盖层相似于扬子地块主体部分和秦岭地块，而晚 古生代至中三叠世则成为秦岭板块构造勉略古洋盆南侧的被动大陆边缘，而不同于扬 子板块本部( 张国伟等，2 0 0 1 ) 。 新元古代至中生代是秦岭造山带的主造山期( 张国伟等，1 9 9 6 ) ，其内部发育多处 镁舒超镁铣质岩体。由于这些岩体是否为蛇绿岩，以及形成时代存静饺多争议和不确 定性，使秦岭造山带构造演化的恢复变得十分困难( x u efe ta l 。1 9 9 6 ；m e n ge t a 1 2 0 0 0 ；s u ne ta 1 2 0 0 2 ；l o t h a lr a s t s c h b a c h e r ，e ta l ，2 0 0 3 ) 。 近年来，随着地球化学填图工作的系统展开( 张本仁等，1 9 9 6 ，1 9 9 8 ) ，发现北秦 岭具有明显高的初始en d 值和p b 同位素比值特征，区别于明显低初始n d 值和p b 同位素e b 值特征的华北地块和扬子地块( 韩吟文等，1 9 9 7 ) 。早元古代期间秦岭造山带 内主要n 构n - n g 界面与洛南峦川断裂展布相致，真正具有华北地块基底与盖层 特征的组成部分，处于洛南栾川方城断裂以北。欧阳建平等( 1 9 9 6 ) 认为北秦岭 是2 0 ( d m a 左右形成于华北地块南侧洋岛基础上的独立陆块。 h1 1 粲岭造i i i 带基奉 訇造单，c 划分峨罔( 捌张删伟，2 0 0 1 ) ( 1 1 1 r h 露【x2 一断裂骷3 - - 韧讹卯训惜4 - - 商丹带卜勉略付) 秦岭造山带在新元古代一早古生代期间长期表现为洋陆相互作用的间杂构造背 景。张国伟等( 2 0 0 0 ，2 0 0 1 ) 认为秦岭是在早中前寒武纪先期构造演化的基础上，从新 元古代晚期到中生带早期作为原古东特提斯洋的北翼分支逐渐发展，先后演化成商丹 洋盆和勉略洋盆。因而以商丹和勉略缝合带将秦岭大地构造划出三个板块：华北、扬 子和其间的秦岭微板块( 见图卜1 ) 。 二、北秦岭构造带 北秦岭是指商丹断裂带与洛南一栾川一方城断裂带之间的秦岭北部地区。广泛出露 圈1 2 ：i ：作区地质简网 有古元古代秦岭岩群变质基性杂岩，组成秦岭造山带主要的地壳基底( 游正东等，1 9 9 1 ； 张宗清等，1 9 9 4 ) 。是秦岭造山带变形最为复杂的构造带。地表表现为大小不一的透镜 状岩块以不同级别规模和性质的断裂为骨架，整体构成向南俯冲的叠瓦推覆构造，推 测可能是存原华北板块南缘活动大陆边缘基础上，发生华北与秦岭、扬子扳块的先后 碰撞拼合，又叠加中新生代陆内造山而形成的复杂结合带和复台构造带。多年来对北 秦岭的变质地层年代做了大量工作，研究发现，自1 6 0 ( 姒a 以来，北秦岭地区遭受了多 期强烈的地质事件，而且强度依次呈减弱趋势。高山等( 1 9 9 3 ) 通过对秦岭造山带岩 石的放朴眭和岩石圈的热结构和热状态分析，认为北秦岭现今为区域上地幔 匆质上涌、 软流圈抬升和岩石圈减薄的部位。 北秦岭爱脊多个 ；l 造著右地层单元，主要包括秦略杂岩j 。竞坪群，松树沟岩体、 丹风群和二郎坪群等地层单位( 张国伟等，1 9 8 8 ；许志琴等1 9 8 8 ；孙勇等，1 9 9 6 ) n ( i ) 秦岭杂岩 也称；到夸群，是套深变质杂岩系，变质程度普遍达角闪岩相，局部达月甜垃睹相 有强烈深熔混合岩化，多期变形变质和岩浆灌入，以深层塑性流变和韧性剪切带为主 要变形特征，呈现结晶杂岩系面貌。它东西千余公里断续成透镜体央状出露，各段之 间有明显差异，而且总体很难对比。 关于秦岭群的时代长期有争议，根据最新多种方法的同位索年代学研究，获得 1 9 8 7 - 4 9 2 2 6 7 m a ，结台综台地质对比，表明秦岭群主体应是元占代。秦岭杂岩普遍遭 受多期变质变形和岩浆作用，变质以角闪岩为主。 原来的秦岭群，实际是套包含不同时代地贯体的构造岩石组合体，不具有单一 地层单位含义，现己逐步解体( 周鼎武等，1 9 9 1 ) ，剩余的所谓“真正秦岭群”早日德 武纪结晶杂岩，实际仍还是由前寒武纪不同时代的岩石地层块体和深成酸性杂岩以构 造关系组合而成，同样不具单地层概念。目前暂把先后解体剩余的“秦岭群”，统称 秦岭杂岩。新近关于秦岭杂岩中基性火山岩的岩石地化研究，表明它们p b 同位素比值 很高，与华北地块属性差异很大，而接近扬子地块特点，并表明主要来自地幔拄源区 ( 张本仁等，1 9 9 8 ) ，而其上部大量碎屑岩则主要是陆缘裂谷环境产物。 ( 2 ) 宽坪群 主要分布于北秦岭北半部，呈宽窄变化很大的狭长带断续延伸，东西向于余公 罩。强烈变形，变质达高绿片岩相低角闪岩相的中浅变质岩系。原岩主要由基性火山 岩、碎羼岩和碳酸岩盐组成。其中碎屑岩研究证明为来自南侧秦岭杂岩和北侧太华杂 岩而具双缘眭。基性火山岩p b 同位素及地球化学组成表明总体具有扬子地块特征而与 华北明显不同，并在些地段，具有早期裂谷大陆拉斑玄武岩到晚期判以m o r b 蛇绿岩 的演化特征，显示由初始裂谷到小洋盆的发展。宽坪群的形成标志着北秦岭造山带已 经拼贴到了华北陆块南缘( g a ose ta 1 1 9 9 5 ：董云鹏等，2 0 0 3 ) ，商丹构造带成为 秦岭造山带的主缝合带。 宽坪群时代，根据同位素年代学研究，证明主要是中新元古带( p t 。9 8 6 1 6 9 m a - 1 1 4 2 1 8 m a , 张宗清等，1 9 9 4 ) 。 分析认为宽坪群现令总体成推覆岩片夹持在秦岭造山带之中。其原岩是裂谷型 火山岩和碎屑岩( 张国伟等，2 0 0 1 ) 。 ( 3 ) 二郎坪蛇绿岩系与二郎坪火山一沉积岩系 二郎坪蛇绿岩系与二郎坪火山一沉积岩系，分布在北秦岭中部，介于南侧秦岭群 杂岩和北侧宽坪群南界之间，呈断续透镜体状东西向延伸，主要是一套低绿片岩相一 低角闪岩相浅变质火山一沉积岩系，中夹二郎坪蛇鹭端片( 孙勇等，1 9 9 6 ) ，呈构造岩 块产出。由于并不存在地层学意义上的二郎坪群，因此孙勇等( 1 9 9 6 ) 明确的提出废 弃二郎坪群这地层单位，兼顾火种庙组并不构成完整的蛇绿岩套，特将火神庙组这 套火山一沉积组合命名为二郎坪蛇绿岩片。该岩群北部是低绿片岩相的绢云母石英片 岩、云英片岩、变质砂岩与少量夹层结晶灰岩组合的柿树园组，沉积特征显著，是一 套泥砂质为主的复理石浊积岩系。 二郎坪中部出露火山一沉积岩系，根据系统研究具有蛇绿岩特征，主要为弧后盆地 类型( 孙勇等，1 9 9 6 ；王学仁等，1 9 9 5 ；张旗等，2 0 0 0 ) 。在顶部硅厦岩中发现牙形石 类和放射虫类化石，其时代属于早、中奥陶世。侵入二郎坪岩体的斜长花岗岩，从中 分选岩浆锆石，利用单颗粒锆石蒸发法得到的年龄为4 8 0 7 ，孙勇等( 1 9 9 6 ) 认为 这两个年龄均可作为二郎坪蛇绿岩形成时代的上限。分布于南部的主要是云英片岩、 云母片岩夹斜长角闪岩、大理岩、结晶灰岩，黑云石榴云英片岩，石子石红柱石片岩 和红柱石堇青石云母石英片岩等，套原盐为富铝的泥砂质复理石浊积深水沉积岩系， 相当于二郎坪群中的小寨和抱树坪两岩组。 二郎坪群经历了复杂的构造演化关系，该套岩群主体时代为早古生代至晚古生代 石炭纪，是先期的二郎坪弧后盆地呈双向俯冲消减碰撞和后期以向南为主的逆冲推覆 构造的叠加复台，总体造成二郎坪群及与之相当的岩层出露地带成宽窄不一的构造岩 片夹持于宽坪和秦岭两岩群之间，成为北秦岭带内的一个次级单独的构造单元。 ( 4 ) 月风火山一沉积岩系与弧前沉积楔及丹风蛇绿岩 丹风火山一沉积岩系与弧前沉积楔及丹风蛇绿岩，是北秦岭构造带南部，位于秦岭 杂岩南懊0 的主要构成部分。丹风群，现有的研究证明，它不是单一的真正地层单位， 而是位于原商丹板块主缝合带中，遭受多期断裂构造强烈改造，包括不同时代、不同 性质、不同来源的构造岩块的构造混杂拼合组合体。岩石与地球化学澳i 试结果与同位 素年代学都呈现出不一致性。研究认为，就是由于它是个板块俯冲碰撞的蛇绿岩构 造混杂岩带又叠加后期多次断裂构造混杂，使之混杂包容、复合叠加、变质变形构造 重新组合而不易区分所致。关于丹风蛇绿岩的形成时代，崔智林等( 1 9 9 5 ) 在该蛇绿 岩带发现放射虫化石( o - s ) ，可以确定该岩体形成于古生代。 该带南缘稳定的从东到西断裂分布一带狭长的弧前沉积岩带。过去长期作为刘 岭群，并把其中在黑河等地出露的砾岩作为秦岭造山带加里东运动的标志。现综合地 质、地球化学研究与大比例尺关键地段填图已证明它是弧前盆地沉积，既不是底砾岩， 也不存在不整合，所以既不是加里东运动的证据，也不是磨拉石堆积，而恰恰是活动 大陆边缘的可靠地质记录。 丹凤火山沉积岩系，在北秦岭的秦岭杂岩南侧从甘肃天水到陕西宝鸡至河南信 阳千余公里基本连续出露，对于其中夹持的蛇绿岩认识至令仍有争议，而且地质时代 也存在同位素年龄与火山岩中硅质岩放射虫化石年代的矛盾，同时也存在同位素年代 本身的矛盾等问题，尚需要做进一步的研究，但目前依据可靠古生物化石作为定年标 准，参考同位素年代学结果，其时代为p t r _ p z 丹风群变质火山一沉积岩系主要由占优势的玄武质岩石及少量的英安岩、流纹岩 组成，夹有构造混入的凝灰岩、砂岩、泥岩及硅质岩。结合丹风群变质玄武岩的地球 化学特征来看，仅有一部分或类代表了蛇绿岩的真正组成部分。丹风蛇绿岩是形成 于不同成因、不同环境的套构造混杂岩。区域上，东部多以洋内岛弧钙碱性火山岩 为主，西部以岛弧拉斑玄武岩为主，并卷入了一些活动陆缘钙碱性玄武岩和具蛇绿岩 特征的玄武岩，后者是秦岭古洋壳的残片，为丹风蛇绿岩的真正组成部分。 三、南秦岭构造带 也就是秦岭微板块，为商丹断裂带和勉略缝合带之间的地区。在晚古生代之前曾 是扬子板块北缘组成部分，后于晚古生代由于勉略洋盆打开而分离，形成独立的岩 石圈微板块，最后又于中生代初北缘沿商丹带，南缘沿勉略带分别与华北和扬子碰撞 缝合，成为现在秦岭造山带的部分。 南秦岭现今的基本构造格局是在印支主造山期前，沿两缝合带碰撞造山的构造基 础上，以现今秦岭南界巴山弧形断裂以及东西延展为主要推覆滑脱界面构成巨型多层 次逆冲推覆构造带，分别对应于南秦岭北部晚古生代裂陷带和南秦岭南部晚古生代隆 升带两个次级构造单元。其中又叠加复合诸如礼县、佛坪、小磨岭、武当等大小不一 的穹隆构造，使之构造更加复杂多样。 南秦岭具有扬子地块的双层前寒武纪基底，即早前寒武纪结晶基底( a r - p t ，) 和 中晚前寒武纪过渡性变质变形基底( p t 。) 具有多层构造盖层组合：震旦系一下古生 界( z p z 。) ，上古生界一中三叠统( 盼_ t 2 ) ，上部中新生界陆相断坳陷沉积( t 3 - q ) 。唯 其独特之处在于震旦系与寒武系整合连续，下与新元古代火山岩系大多为整和连续， 又有些地段呈角度不整合，因此关于其构造眭质有不同认识。种认为代表普遍的 造山性质的构造运动；另一种则认为不是普遍的造山。 一、研究历史 第二章松树沟超镁铁质岩体地质 在北秦岭地区，沿商丹构造带北恻呈线陛分布羞多个镁铁璃撙彩顺岩体。位于北 秦岭南缘的松树沟超镁铁质岩体，是北秦岭出露最大的超基性岩体，加之其紧邻商一 丹断裂，因此该岩体的性霓及时代倍受关注，也是北秦岭争议最大的岩体。近年来在 陔岩体的南北两侧先后发现两条高压一超高压变质带( 刘良等，1 9 9 4 ，1 9 9 6 ；杨经绥等， 2 0 0 2 ) ，使该岩体的研究更受关注。 松树沟超镁铁质岩体主要分布于陕豫交界的松树沟一梅家沟一带，向东延伸至河 南省西峡县洋淇沟，向西可达商南庙堂沟。呈北西向展布，平面形态为纺锤状。是东 秦岭出露最大，保存最完整的超镁铁质岩体。 松树沟超镁铁质岩体是从秦岭群中解体出来的构造岩片，其性质、形成环境及时代 在秦岭造山带的形成演化中占有重要地位，因而，长期以来受到地学界普遍关注。该岩 体发现于1 9 5 7 年( 西北冶会7 1 3 队：1 9 6 1 ，1 2 0 万商南幅地质图；1 9 7 7 年，陕西省 商南县松树沟铬铁矿床地质总结报告( 1 9 6 1 1 9 7 7 年) ) 。从1 9 6 1 年起，西北冶金7 1 3 队做过长期而详细的找矿工作。初步研究认为，是超基性岩浆一次侵位( 俗称“热” 侵位) ，就地结晶分异形成的。后来，安三元等( 1 9 8 1 ) 通过对该岩体的岩石组合、围 岩特征、接触变质带和矿物以及微构造的研究后，认为该岩体是上地幔部分熔融后的 难熔残留物，在塑性固态上升的动态而非静止的过程中，经过多次迁移和演化，最终 “冷”侵位而就位。并推测在晚前寒武纪( 可能为6 5 0 - - 8 3 0 m a ) 发：t t j g _ - - 次强烈的变形一 变质事件，松树沟岩体的最终侵位，应略晚于这次重大事件。黄月华等( 1 9 8 4 ) 则认 为是超基性岩浆侵入后结晶而成的；近几年的研究者( 汤耀庆笔1 9 8 6 ；高长林，1 9 9 0 ： 匡少平等，1 9 9 3 ；周鼎武等，1 9 9 5 ；张国伟等，2 0 0 1 ；董云鹏等，1 9 9 7 ) 大部分认为是 占蛇绿置底音耻地幔橱的残片，并提出秦i i 令；嘲砌斛带的存在。苏犁等( 2 0 0 4 ) 将松树沟岩体与研究成熟的( m a n 等蛇绿岩剖面底部渗滤成因的纯橄榄岩席和方辉橄 榄岩中纯檄揽岩脉的对比研究发现，二者明显不同，认为该岩体是地幔柱源高镜瞎体 大尺度渗滤流动改造其顶部高度亏损地幔橄榄岩形成的纯橄榄岩块体。王希斌等 ( 2 0 0 5 ) 认为，松树沟岩体是经受角闪岩相多次变质的超镁铁质岩。以上不同成因观 点的争议反映了研究者对秦岭地区构造演化的不同认识，使得对该岩体的成因研究更 加复杂化。 同时，该岩体形成时代也存在不同认识。早期人们普遍认为该岩体形成于早古生 代或更晚。近年来随着同位素定年的发展，在造山带的研究中有了广泛应用。李曙光 等( 1 9 9 1 ) 在该岩体外侧一石榴石斜长角闪岩接触变质带，利用s m - n d 矿物等时线法 获得该石榴斜长角闪岩的年龄为9 8 3 1 4 0 m a ，记录了该岩体的变质年龄( 刘良等， 1 9 9 5 ) ，认为它代表该岩体的侵位时代。董云鹏等( 1 9 9 7 ) 获得镁铁质岩中深变质玄武 岩s r f r - l 等时线年龄为1 0 3 6 4 6 m a ，代表该岩体的形成年龄。陈丹玲等( 2 0 0 2 ) 在松 树沟超镁铁质岩中辉石巨晶的尸a r 高温坪年龄为8 3 3 8 2 3 m a ，等时线年龄为 8 4 8 2 4 并认为该年龄代表岩体的抬升年龄。l i u 等( 2 0 0 4 ) 对松树陶岩体外侧斜 长角闪糊赴行锆石定年，获得u - p b 矿物等时线年龄是9 7 3 _ _ _ 3 5 m a ，这些8 - 1 0 亿的年 龄，成为秦岭晋宁运动的主要依据之。 二、主要成果及存在问题 几十年来，取得的主要成果有：在与超镁铁质岩体相邻的秦岭杂岩中发现长英质高 压麻粒岩( 刘良等，1 9 9 6 ) ；镁铁质岩与超镁铁质岩之间呈断层接触；地球化学研究认为 该岩体有洋壳残片特征( 周鼎武等，1 9 9 5 ；张国伟等，2 0 0 1 ) ；地化资料认为该岩体有 e _ m o r b 特征，具有地幔热出f 生质( 张本仁等，2 0 0 2 ；苏犁等，2 0 0 4 ) 。但对该地质体的 认识存在较大分歧，松树沟超镁铁质岩体与其围岩变质镁铁质岩是否同时f 印二者的变 形变质演化历史是否相同? 不仅存在蛇绿岩与非蛇绿岩之氧而且对其形成时代和构造 环境也一直存在争议( 张秋生等1 9 8 4 ；许志琴等，1 9 8 8 ：李曙光等，1 9 9 1 ；张国伟等， 1 9 9 3 ，2 0 0 1 ；苏梨等，2 0 0 4 ) 。 因此本次工作重点进行了岩石学、全岩主微量元素的系统研究，以及l a - i c p m s 锆石u p b 年代学和系统的地球化学研究，以确定岩体的侵位时代和形成环境，进而探 讨该岩体的性质。 第三章松树沟超镁铁质岩体的岩相学及地球化学 一、岩石组合及薄片鉴定 松树沟岩体位于商丹断裂之北。整个岩体长约2 5 k i n ，最宽处3 i ( i n ，平均宽度2 2 k m ， 面积约5 0 k f f 。岩体走向与围岩一致，约3 0 0 。，岩体两侧倾向西南，倾角6 0 - 8 0 。 在该岩体周围还分布有2 0 0 多个小型超基性岩体，大小不等，最小的不到平方米。 该岩体的直接围岩是榴闪岩和斜长角闪岩，再往外是秦岭群的大理岩。在该岩体的外 围存在高压麻粒岩、榴闪岩、片麻岩等高级变质矿物。 1 1 接触变质带的特征 超镁铁质岩体与围岩的接触比较简单，岩体与围岩间的界限清楚，而且见不到同 化混染现象。野外观察发观接触变质带主要可分为两个带。( 1 ) 内带宽约卜2 m ，主要 是榴闪岩，还有少量粗粒斜长角闪岩，主要由石榴石和角闪石组成，大颗粒的石榴石 可见环带结构；外部比较纯净无明显的构造改造特点。周围有后成合晶形式产出的斜 长石和角闪石。内侧夹有滑石、透闪石和蛇纹石等低温矿物，可以肯定，侵位时的温 度并不高。( 2 ) 外带主要由透镜细粒斜长角闪石组成，主要矿物是斜长石和角闪石，一 般厚lm 左右，具不等 宜变晶结构，偶尔可见帘石。这也说明侵位的温度不高。黄月 华( 1 9 8 4 ，1 9 9 5 ) 曾对该带进行形成温度研究，得出7 5 0 4 c 的变质温度，松树沟接触变 质带外的秦岭群角闪片岩属于低温角闪岩相，其形成温度在6 0 0 。c 以下。孙卫东等 ( 1 9 9 7 ) 对接触变质带矿物的氧同位紊地质测温结果得到，角闪石石榴子石f e m g 配 分温度计给出不同期次形成温度分别是：早期8 1 5 - 8 5 5 。c ，主期7 0 0 7 7 0 。c 矿物对氧同 位素地质测温结果得到，角闪岩的主期变质温度为7 4 5 7 7 0 c ，与其电子探针结果在误 差范围内一致：斜长角闪片岩为5 0 0 - 6 0 5 。c ，代表了秦岭群区域变质温度。 1 2 岩石类型 从野夕旺作看，岩体主要由细粒纯敞髓岩、中粗粒纯橄榄岩组成，其次是方辉橄 榄岩、斜辉睫鲥黉睹、透辉艟啪睹和橄嫩园筠猪，还有少量的透峰岩脉。其中岩体纯撤 榄岩约占总面积的8 跳以上，分布广泛；斜辉橄榄岩和方辉橄榄岩约占1 0 ，主要分布 在边部；透辉橄榄岩和橄榄透辉岩常见于边部，且侵入于其它岩体。 根据野外观察，根据岩性主要有以下三种类型： 纯橄榄岩纯傲榄岩分为细粒纯橄榄岩和中粗粒纯橄榄岩两类，占岩体出露面积 的8 5 以上，但以细粒纯撖榄岩为主。细粒纯儆揽岩之中含有透镜状粗粒纯敞榄岩， 走向跟岩体长轴方向一致，二者之间呈现渐变关系。8 0 9 6 的橄揽岩体新鲜，局部发育蛇 纹石、透闪石等。细粒岩体中广泛发育糜棱构造、动态重结晶构造和斑状结构( 黄月 华，1 9 8 1 ) ，宋述光等对( 1 9 9 8 ) 松树沟橄榄岩体的结构和显微构造特征研究表明，中 粗粒橄榄岩是经强烈的糜棱岩化作用之后的残余块体。 方辉橄榄岩主要分布于该岩体的边部，出露面积约占总面积的1 0 。纯橄榄岩 及纯橄榄质糜棱岩为主体，少量含斜方辉石的岩石分布其中。主要矿物有纯撖榄岩、 方辉橄榄岩和铬铁矿。 透辉橄榄岩在该岩体的南北边部，透辉石脉体呈条带状或透镜状产于纯橄榄岩 中，其产状与岩体长轴方向及糜棱构造面理致。此类岩石以透辉石条带特别发育为 典型特征。部分含有残余铬铁矿体。 1 t3 标本鉴定特征 纯橄榄岩纯橄榄岩分为细粒纯橄榄岩和中粗粒纯橄榄岩。手标本呈现淡黄一黄 绿色，部分出现变屈研砌，如蛇纹石、透闪石、镁铁闪石、滑石等。主要组成矿物为