（地球化学专业论文）大别天柱山中生代岩浆岩元素和同位素地球化学研究.pdf

摘要 大别- 苏鲁造山带中生代岩浆岩的物质来源和成因机制，是当前大陆碰撞造 山带研究的前沿问题之一，特别是这些岩浆岩是否是俯冲陆壳物质再循环的产 物，则是大陆动力学研究关注的焦点之。本学位论文对大别造山带中生代天柱 山岩体进行了锆石s h r i m p 法u p b 定年、主量和微量元素、s r - n d 和氧同位素 研究、稀土元素配分的定量模拟计算，试图确定它的成园机制。 对1 7 个采自天柱山的岩浆岩样品进行了全岩主量和微量元素分析，根据主 量元素结果可以将这些岩浆岩大致分为偏中性的中性岩和酸性的花岗岩。中性岩 的s i 0 2 含量为6 1 7 2 - - 6 8 9 ，普遍含有角闪石，在硅碱图上分布在正长岩、二 长岩、石英二长岩和花岗闪长岩区域，它们主要为准铝质，具有较高的k 2 0 ( 2 3 7 q 3 4 ) ，a 1 2 0 3 ( 1 4 7 6 - 1 8 3 5 ) ，s f f 4 4 4 - 6 4 5 p p m ) ，b a ( 1 1 7 5 m 7 3 4 p p m ) 含量 以及较低的t i 0 2 ( 0 4 5 o 6 6 ) ，r b ( 9 7 1 1 9 p p m ) 含量；花岗岩的s j 0 2 含量为 7 51 7 7 8 6 5 ，基本不含角闪石，主要表现为准铝质或弱过铝质，个别样品表 现为过碱质，它们具有较高的k 2 0 ( 4 3 8 5 3 6 ) ，r b ( 1 1 5 - 2 1 5 p p m ) 含量以及较 低的a 1 2 0 3 ( 1 1 4 l 1 3 5 3 ) ，z i 0 2 ( o 0 9 - - 0 1 8 ) ，s r ( 1 5 8 1 8 5 p p m ) ，b a f 5 3 4 6 9 8 p p m ) 含量。在h a c k e r 图解上，这些中酸性岩的主量元素和微量元素与 s i 0 2 之间具有很好的相关性。 中酸性岩的稀土分布模型表现出明显的轻稀土富集、重稀土分布平坦的特 征。其中中性岩的( l a y b ) n 值为1 6 0 轧2 9 1 3 ，花岗岩的( l a y b ) n 值为6 3 0 2 9 5 3 。中性岩e u 负异常不明显，部分样品表现出弱的e u 负异常( e u e u * 为0 7 6 1 1 7 ) ：而花岗岩部分表现出明显的e u 负异常，而部分样品e u 的负异常表现的 不明显( e u e u * 为o 1 8 0 9 2 ) ，指示源区有斜长石残留a n 或经历了斜长石结晶 分异作用。微量元素方面中性岩表现出n b 、t i 负异常，花岗岩表现出明显的n b 、 b a 、s r 和t i 亏损以及r b 和t h 寓集。天柱山中性岩的元素地球化学特征与中国 东部燕山期高s r 低y 型中酸性火成岩相似，指示其形成深度较深。 对天柱山的两个样品进行了锆石u p b 年龄测定。所得到的年龄结果分别为 1 2 9 9 m a 和1 3 l _ 2 m a ，代表岩浆结晶期间的锆石生长年龄。在一个样品中发 现有继承锆石，其年龄为7 4 8 5 3 m a 。继承锆石的新元古代年龄与大别- 苏鲁造 山带大面积分布的变火成岩的原岩年龄是一致的。 矿物氧同位素测定表明，天柱山中性岩具有非常一致的锆石6 1 8 0 值( 5 4 4 。 5 8 3 ) ，与地幔锆石的8 垮o 值5 3 o 3 基本一致。而石英6 1 8 0 值从7 5 3 变化到9 1 6 o ，钾长石6 1 8 0 值从3 7 6 0 变化到7 8 0 a ，斜长石6 18 0 值从2 0 6 。 变化到6 9 6 o 。角闪石6 1 8 0 值从4 3 3 0 变化到5 2 6 0 ，黑云母6 1 8 0 值从4 3 8 0 变化到3 7 5 0 。花岗岩的锆石6 博o 值多在4 ，9 8 5 4 7 0 之间，但也有低62 8 0 值 41 6 o 的存在，石英的锆石6 埔o 值为7 7 0 。8 3 8 0 ，钾长石6 1 8 0 值从4 1 8 0 变 化到7 5 8 0 ，斜长石6 1 8 0 值从3 7 8 0 变化到6 6 0 o ，黑云母8 1 8 0 值从2 7 7 。变 化到4 1 1 。除了石英和错石达到并保存了岩浆结晶温度时的氧同位素平衡分馏 外，其它单矿物对锆石都表现为明显的氧同位素不平衡，指示它们受到了岩浆期 后流体的扰动。元素和同位素特征表明，天柱山中性岩可能是由加厚的扬子板块 基性下地壳脱水部分熔融并经结晶分异而来，而花岗岩是由化学成分类似于北大 别t t g 片麻岩的中性地壳脱水部分熔融形成。 天柱山岩浆岩的8n d 值为1 7 1 - 1 9 7 ，落在北大别片麻岩的8n d 变化范围之 内。两者在s r - n d 同位素组成上的相似说明它们之间具有一定的成因关系，北 大别片麻岩可能类似于天柱山岩浆岩的源区物质。但北大别片麻岩和天柱山岩浆 岩在氧同位素组成上存在明显差异，片麻岩的锆石6 ”o 值变化范围很大( - 4 3 8 5 ) ，而天柱山岩浆岩的锆石6 1 8 0 值比较均一，基本与典型地幔锆石6 饽o 值一致。 它们在氧同位素上的差异可能由于它们的原岩形成深度不同。北大别片麻岩的原 岩位置较浅，在其形成前和或形成过程中经历了不同程度亚固相高温水岩相互 作用，因此其氧同位素组成变化范围很大。而花岗岩的母岩处于地壳深部，未受 到或受到程度较低的高温热液蚀变，因而其氧同位素组成较为原始。相对于s r - n d 等放射成因同位素体系，氧同位素更容易受到地表或近地表过程的影响。 前人将原岩为新元古代年龄的大别山片麻岩分为闪长质片麻岩捕虏体和强 烈变形的灰色片麻岩，它们的稀土分布模型都表现出轻稀土富集，重稀土分布 平坦的趋势，类似于天柱山中酸性岩的稀土分布。闪长质片麻岩的s i 0 2 含量为 4 7 5 5 4 3 ，表现为偏基性：灰色片麻岩的s i 0 2 含量为5 8 6 6 9 3 ，表现为偏 中性。r e e 配分的定量模拟计算结果表明，与基性下地壳相似的北大别基性闪 长质片麻岩部分熔融并经过结晶分异能够形成与天柱山中性岩类似的稀土元素 组成，而与中性地壳相似的北大剐中性灰色片麻岩部分熔融能够形成与天柱山花 岗岩类似的稀土元素组成。 本文主要工作量如下 4 a b s t r a c t t h e q u e s t i o n sc o n c e r n i n go r i g i na n dg e n e s i so f t h em e s o z o i ci g n e o u sr o c k si nt h e d a b i e - s u l u o r o g e n h a sb e e nt h e h o t s p o t i nt h e s t u d y o fc o n t i n e n t a lc o l l i s i o n 、 e s p e c i a l l yw h e t h e rt h e yr e s u l t e df r o mt h er e c y c l i n go fs u b d u c t e dc o n t i n e n t i nt h i s t h e s i s ，z i r c o nu p ba g e s ，m a j o ra n dt r a c ee l e m e n t s ，s r - n da n do i s o t o p ec o m p o s i t i o n s w e r ed e t e r m i n e df o rp o s t c o u i s i o n a li n t e r m e d i a t e - - f e l s i cr o c k sa tt i a n z h u s h a ni nt h e d a b i em o u n t a i n s b a s e do nt h er e s u l t so f m a j o r a n dt r a c ee l e m e n t s ，t h et i a n z h u s h a ng r a n i t o i d sc a n b er o u g h l yd i v i d e di n t ot w oc a t e g o r i e s ：( 1 ) i n t e r m e d i a t er o c k sw i t hv a r i a b l e s i 0 2 c o n c e n t r a t i o n so f61 7 2t o6 8 9 ，a n df a l l i n gi nt h ed o m a i n so fs y e n i t e ，m o n z o n i t e ， m o n z o n i t i cd i o r i t e ，a n dq u a r t zm o n z o n i t ei nt h et o t a la l k a l i sv s s i l i c ad i a g r a m ；( 2 ) f e l s i cr o c k sw i t hs i 0 2a b u n d a n c eo f7 5 17t o7 8 6 5 t h ei n t e r m e d i a t er o c k sa r e m e t a l u m i n o u st o w e a k l yp e r a l u m i n o u s w i t han e g a t i v ep 2 0 st o s i 0 2c o r r e l a t i o n t y p i c a lo fi - t y p eg r a n i t o i d s t h e ya r eh i g hi nk 2 0 ( 2 3 7t o4 3 4 ) ，a 1 2 0 3 ( 1 4 7 6t o 1 8 3 5 ) ，s r ( 4 0 0 p p m ) ，b a ( 1 1 7 5t o1 7 3 4 p p m ) c o n c e n t r a t i o n s ，a n dl o w i nt i 0 2 ( o 4 5 t o o 6 6 ) ，r b ( 9 7t o 119 p p m ) c o n c e n t r a t i o n s t h eg r a n i t e sa r em e t a l u m i n o u st o w e a k l yp e r a l u m i n o u sw i t han e g a t i v ep 2 0 5t os i 0 2c o r r e l a t i o na l s ot y p i c a lo fi - t y p e g r a n i t o i d s t h e ya r er e l a t i v e l yl o w i nt i 0 2 ( o 0 9t o0 1 8 ) ，a 1 2 0 3 ( 1 1 4 1t o1 3 5 3 ) ， s r ( 1 5 8t o1 8 5 p p m ) ，b a ( 5 3 4t o6 9 8 p p m ) c o n c e n t r a t i o n s ，a n dh i g hi nk 2 0 ( 4 3 8t o 5 3 6 ) ，r b ( 1 15t o2 1 5 p p m ) c o n c e n t r a t i o n s ， t h e s ei n t e r m e d i a t e f e l s i cr o c k sa r ec h a r a c t e r i z e db ys t r o n gl r e ee n r i c h m e n t a n dn e g a t i v eh f s e a n o m a l i e s ( n ba n dt i ) t h e i r ( 9 7 s r 8 6 s r ) ir a t i o sv a r yf r o m0 7 0 6 2 t oo 7 0 8 3a n d8 n d ( t ) v a l u e sf r o m - 1 7 1t o 一1 9 7 t h e r ei sa l a r g ev a r i a t i o n i nm i n e r a lo i s o t o p er a t i o s ( q u a r t z ：7 4 8t o9 16 ，k - f e l d s p a r ：3 7 6t o7 8 0 ，p l a g i o c l a s e ：2 0 6t o 6 9 6 。，z i r c o n ：4 1 6t o5 8 3 d ) m o s to ft h ez i r c o nh a v e 61 8 0v a l u e ss i m i l a rt ot h n o r m a lm a n t l ez i r c o n ( 5 3 o 3 ) e q u i l i b r i u mf r a c t i o n a t i o n so f 0 i s o t o p e sb e t w e e n z i r c o na n dq u a r t za r ep r e s e r v e df o rm o s to ft h es a m p l e s ；t h eo t h e rm i n e r a l ss u c ha s k t h l d s p a r , p l a g i o c l a s e ，b i o t i t e a n da m p h i b o l es h o wo b v i o u s d i s e q u i l i b r i a w h e n 5 p a i r e d w i t h z i r c o n ，i n d i c a t i n ga l t e r a t i o nb yp o s t - m a g m a t i cs u b s o l i d u sw a t e r r o c k i n t e r a c t i o nt h ee l e m e n ta n d i s o t o p e r e s u l t s s u g g e s tt h a t t h e e a r l yc r e t a c e o u s i n t e r m e d i a t er o c k sw e r eg e n e r a t e db ya m p h i b o l e - d e h y d r a t i o n m e l t i n go f m a r i er o c k s i nt h et h i c k e n e dl o w e rc r u s t ，c o u p l i n gw i t hf r a c t i o n a l c r y s t a l l i z a t i o nd u r i n gm a g m a e m p l a c e m e n t ；t h ef e l s i c r o c k sw e r ed e r i v e df r o m p a r t i a lm e l t i n go fm i d d l ec r u s t w h i c hi ss i m i l a ri nc h e m i c a lc o m p o s i t i o nt ot t g o r t h o g n e i s s e si nn o r t h d a b i e t h er e e p a t t e r na n ds r - n di s o t o p ec h a r a c t e r i s t i c so ft h eg n e i s s e si nn o r t hd a b i e a r ec o n s i s t e n tw i t ht h o s eo ft h em e s o z o i ci n t e r m e d i a t e f e l s i cr o c k sa t t i a n z h u s h a n ， s u g g e s t i n g t h a tt h e s e g n e i s s e sm a ys e r v e a st h e p r o t o l i t h o ft h em e s o z o i c i n t e r m e d i a t e f e l s i cr o c k si ns o n i cs e n s e s h o w e v e r , t h ez i r c o n6 8 0v a l u e so ft h e g n e i s s e sv a r yi nal a r g er a n g e ，a n dt h e yd i f f e rs i g n i f i c a n t l yi nt h ec o n c e n t r a t i o no f f l u i d m o b i l ee l e m e n t s t h e s ec a l lb e e x p l a i n e dt or e f l e c tt h ed i f f e r e n c ei nt h ed e p t ho f t h e i rm a g m as o u r c e sa n dt h u st h es u b s e q u e n th i s t o r yo f h y d r o t h e r m a la l t e r a t i o n t h e q u a n t i t a t i v es i m u l m i o n so fr e ep a t t e ms h o wt h a tt h et i a n z h u s h a ni n t e r m e d i a t er o c k s c a nb e g e n e r a t e db yp a r t i a lm e l t i n gi nc o u p l i n gw i t hf r a c t i o n a lc r y s t a l l i z a t i o no f d i o r i t eg n e i s sw h i c hi ss i m i l a ri nc h e m i c a lc o m p o s i t i o nt ot h em a r i er o c k si nt h el o w e r c r u s ti nn o r t h d a b i e ；a n dp a r t i a lm e l t i n go fi n t e r m e d i a t eg r e yg n e i s sw h i c hi ss i m i l a r i nc h e m i c a l c o m p o s i t i o n t ot h em i d d l ec r u s ti nn o a hd a b i ec a n g e n e r a t e t h e t i a n z h u s h a nf e l s i cr o c k s 6 第一章前言 大别一苏鲁造山带不仅是世界上最大的高压超高压变质岩n ( c o n g ，1 9 9 6 ； z h e n g e ta 1 2 0 0 3 ) ，而且也是陆一陆碰撞之后，在超高压和高压岩石剥露过程中 岩浆活动最为强烈的地区之一( m a e ta 1 ，1 9 9 8 ；j a h ne ta 1 ，1 9 9 9 ) 。大量的同位素年 代学研究表明，大别山大规模的碰撞后岩浆事件主要发生在1 2 0 1 3 5 m a ，大量 的燕山期中酸性岩和基性一超基性岩发育在这一时期( o n ，陈江峰等，1 9 9 5 ；x u e e ta 1 ，19 9 7 ；g ee ta 1 ，19 9 8 ；h a c k e re ta 1 ，19 9 8 ；j a h ne ta 1 ，19 9 9 ；路玉林等，19 9 9 ； 李曙光等，1 9 9 9 ；魏春景等，2 0 0 0 ；王江海等，2 0 0 2 ；黄方，2 0 0 2 ；赵子福等， 2 0 0 3 ，2 0 0 4 ；b r y a n te ta 1 ，2 0 0 4 ) 。燕山期中酸性岩在大别各个构造单元均有分布， 北大别分布最为广泛，主要岩体包括主薄源、白马尖、天堂寨、天柱山等。这些 中生代中酸性岩对探讨大别造山带碰撞期后深部地壳的地球化学性质和燕山期 中国东部大规模构造热事件的成因机制具有重要意义。 前人大量元素和放射成因同位素地球化学研究表明，大别山燕山期中酸性具 有以下的地球化学特征：轻稀土l r e e 富集；高场强元素n b ，t i 和p 负异常： 较高的8 7 s r 8 6 s r 初始比值和低的en d ( t ) 值( 如m ae ta 1 ，1 9 9 8 ：c h e ne ta 1 ，2 0 0 2 ； z h a n g e ta 1 ，2 0 0 2 ；赵子福等，2 0 0 4 ) 。同位素年代学方面，大别山主要中酸性岩体 的侵位年龄集中在1 2 2 1 3 6m a ( p i ：ix u e e ta l ，1 9 9 7 ；h a c k e re ta 1 ，1 9 9 8 ；路玉林等， 1 9 9 9 ；赵子福等，2 0 0 4 ) 。这与大别山零星分布的基性一超基性侵入岩的锆石u - p b 年龄( 1 2 4 1 3 0m a ) 非常一致( 李曙光等，1 9 9 9 ；葛宁洁等，1 9 9 9 ；王江海等，2 0 0 2 ； 赵子福等，2 0 0 3 ) 。天柱山中酸性岩的形成年龄为1 2 7 1 3 1m a ( g e e ta 1 ，1 9 9 8 ；赵 子福等，2 0 0 4 ) ，在某些锆石样品中发现了老的继承核，年龄为7 4 8m a ( 赵子福等， 2 0 0 4 ) ，与大别一苏鲁造山带超高压变火成岩的新元古代原岩年龄一致( z h e n ge t a 1 ，2 0 0 3 ，2 0 0 4 ) 。由于大别山中生代基性一超基性岩和中酸性岩具有较为一致的 s r - n d 同位素特征( 如j a h ne ta 1 ，1 9 9 9 ；m ae ta 1 ，1 9 9 8 ；c h e ne ta 1 ，2 0 0 2 ；z h a n ge t a 1 ，2 0 0 2 ) ，这些具有明显大陆下地壳和富集岩石圈地幔地球化学特征的中酸性岩 的形成机制和岩浆来源是与幔源岩浆有关( v i a e ta 1 ，1 9 9 8 ；c h e ne ta 1 ，2 0 0 2 ) ，还是 与俯冲陆壳本身部分熔融有关( z h a n ge ta 1 ，2 0 0 2 ；z h e n ge ta 1 ，2 0 0 3 ，赵子福等， 2 0 0 4 ) ，需要进一步的元素和同位素地球化学数据来加以制约。 由于低温风化和水一岩相互作用过程中的氧同位素分馏，许多经历过地表或 近地表过程的地壳物质具有与正常地幔截然不同的氧同位素组成f 郑永飞和陈江 峰，2 0 0 0 ) 。因此，中酸性岩氧同位素组成的研究可以判断其直接来源于地壳还是 与幔源岩浆有关。考虑到可能发生的岩浆期后亚固相水一岩反应，一些容易与流 体发生氧同位素交换的矿物和全岩的6 ”o 值有时并不能代表其初始岩浆结晶时 的氧同位素组成。对锆石氧同位素组成的激光氟化分析表明，锆石能较好地保存 其岩浆岩原岩的氧同位素初始组成，不受后期亚固相热液蚀变和高级麻粒岩相变 质作用的影响( v a l l e ye ta 1 ，1 9 9 4 ；g i l l i a ma n dv a l l e y , 1 9 9 7 ；k i n ge ta 1 ，1 9 9 7 ，1 9 9 8 ； m o n a n ia n d v a l l e y ，2 0 0 1 ；w e i e ta 1 ，2 0 0 2 ；z h e n ge ta 1 ，2 0 0 4 ) 。通过对锆石进行氧同 位素分析，则可以知道其原始岩浆是直接来自地幔还是经受过地壳循环( b i n d m a n a n d v a l l e y ，2 0 0 1 ；p e c ke ta l ，2 0 0 l ；w e ie ta 1 ，2 0 0 2 ) 。对地球上最古老锆石的氧同位 素分析表b 韭 ( w i l d ee ta 1 ，2 0 0 1 ；m o j z s i se ta 1 ，2 0 0 1 ；v a l l e ye ta 1 ，2 0 0 2 ) ，地球早期 ( 4 3 g a ) 已经出现水圈，导致锆石的6 1 8 0 值明显偏离地幔锆石值5 3 o 3 ( v a l l e ye ta 1 ，1 9 9 8 ) 。因此，氧同位素是研究壳幔相互作用最为有效的地球化学工 具之一( t a y l o ra n ds h e p p a r d ，1 9 8 6 ；e i l e r ，2 0 0 1 ) 。除了赵子福等( 2 0 0 4 ) 报道过天柱山 燕山期中酸性岩初步的氧同位素结果外，迄今为止还没有天柱山燕山期中酸性岩 系统的氧同位素结果报道。本文对天柱山中酸性岩进行了主量和微量元素分析、 放射成因同位素测定以及单矿物氧同位素分析，并对稀土元素配分进行了部分熔 融定量模拟。根据这些结果，试图为这些中酸性岩的成因和演化提供进一步的元 素和同位素地球化学制约。 8 第二章地质背景 2 1 大别造山带的构造框架 大别苏鲁超高压变质带，又称大别一苏鲁造山带，西自陕西，经湖北、河 南、安徽，向n e 进入江苏、山东等地。e w 向延伸达1 0 0 0 多公罩，是世界上 规模最大的超高压变质带，也是继阿尔卑斯和挪威超高压变质带被确定之后发现 的世界上第三条超高压变质带。 大别一苏鲁造山带呈东西向位于中国中东部，是南部的华南大陆板块与北部 的华北大陆扳块之间在三叠纪时期俯冲一碰撞所形成的超高压变质带( c o n g ， 1 9 9 6 ；z h e n ge ta 1 ，2 0 0 3 ) 。目前大多数学者认为这次剧烈的大陆板块碰撞发生在 距今约2 2 5 2 4 0 m a 的三叠纪( l ie ta 1 ，1 9 9 9 ) ，碰撞过程中华南板块向华北板块 之下俯冲超过1 0 0 公里的深度并迅速折返出露地表，大别苏鲁榴辉岩和片麻岩 中发现的超高压相变质矿物柯石英为这种判断提供了证据。在碰撞发生时及之 前，苏鲁地体与大别地体曾经是连为一体的，在俯冲之后由于构造运动致使大别 一苏鲁超高压变质带东段的苏鲁地体沿中国东部最大的一条断裂一郯庐断裂带 左行平移约5 0 0 公县，至苏鲁地区呈n e 向延伸( x ue ta 1 ，1 9 8 7 ) 。 自该造山带榴辉岩中发现柯石英和显微金刚石以来，人们不仅在其围岩副片 麻岩和大理岩中发现了柯石英，而且在区域正片麻岩中发现了超高压矿物集合体 和锆石中的柯石英包体。最近，不仅在北大别发现榴辉岩残片和麻粒岩化榴辉岩， 而且在青岛仰口榴辉岩的石榴子石中发现单斜辉石出溶体。这些发现都表明，产 于大别一苏鲁造山带内的超高压岩石分布面积比原来预想的要大得多，而且俯冲 深度可能达到2 0 0k m 以上。大量的地球化学研究表明，原岩为出露地表的新元 古代岩浆岩和震旦系二叠系沉积岩的扬子板块俯冲进入地幔深部经受超高压 变质作用形成榴辉岩和片麻岩，然后深部复杂岩石组合快速折返，经历剥蚀作用 裸露至地表。 大别地体从北到南可以分为五个构造单元( 图2 1 ) ( 徐树桐等，1 9 9 2 ；董树文等 1 9 9 3 ；c o n ge ta 1 ，1 9 9 4 ；l i o ue ta 1 ，1 9 9 6 ；z h a ie ta 1 ，1 9 9 5 ；d o n ge ta 1 ，1 9 9 8 ) ，即北 9 淮阳低温1 氐压带( l t l p ) 、北大别高压超高压变质带( h p u h p ) 、中大别中温超 高压变质带( m t u h p ) 、南大别低温超高压变质带( l t u h p ) 年n 宿松群低温高压 ( l t h p ) 蓝片岩岩带( z h e n ge ta 1 ，2 0 0 3 ；l ie ta 1 ，2 0 0 4 ) 。在三叠纪板块碰撞过程中 各个构造单元的俯冲行为有所不同，形成t f - e 表不同温一压条件的变质矿物集合 体。 图2 - 1 大别一苏鲁造山代构造地质简图( 据郑永飞等，2 0 0 2 ) f i g2 - 1s k e t c hg e o l o g i c a lm a po fd a b i e s u l ut e r r a n e s ( a f t e rz h e n ge ta 2 0 0 3 ) ( 1 ) 北淮阳低温，f 氐压带( l t l p ) 晓天一磨子潭断裂以北属于北淮阳带，包括佛子岭群浅变沉积岩和庐镇关群 变火成岩，其中前者主要由石英岩、石英片岩、千枚岩、板岩和大理岩等岩石组 合构成，变沉积岩主体为绿片岩相变质复理石系。周建波等( 2 0 0 1a ) 认为，北 淮阳带是板块俯冲过程中刮下来的陆壳残片，称为“构造加积楔”，在三叠纪的 板块碰撞中没有深俯冲下去。佛子岭群含有丰富的震旦纪扬子型微古生物化石， 指示佛子岭群原岩的沉积年龄是在新元古代( 郑文武，1 9 6 4 ) 。 ( 2 ) 北大别高压，超高压变质带0 t p u h p ) 晓天磨予潭断裂以南、五河水吼断裂以北所夹部分为北大别变质杂岩带。 北大别杂岩主要由英云闪长质和奥长花岗质灰色片麻岩及眼球状片麻岩组成( 约 占这个北大别变质杂岩的7 0 8 0 ) ，部分地方的岩石受到明显的混合岩化的影 响f 徐树桐等，1 9 9 2 ；1 9 9 4 ) 。少量的镁铁一超镁铁岩、榴辉岩及麻粒岩透镜体分 布在片麻岩及韧性剪切带中( l i o ue ta 1 ，1 9 9 5 ) 。北大别受到了强烈的燕山期岩浆 活动的影响，在北大别分布有大量中生代花岗岩、镁铁一超镁铁岩及煌斑岩脉， 约占整个出露岩石中总量的7 0 。 ( 3 ) 中大别中温超高压变质带( m t u h p ) 北大别以南直到宿松群出露之间划为中大别。该地区的片麻岩和大理岩中广 泛发育超高压相的榴辉岩，以太湖石马、潜山牌楼、岳西菖蒲等地较为特征。榴 辉岩露头大小不等，可以从几厘米到数百米。其中最大的榴辉岩体出露在碧溪岭， 长度约1 0 0 0 m ，宽则有7 0 0 m 。1 9 8 9 年在中大别地区首次发现柯石英及其假象 ( o k a ye ta 1 ，1 9 8 9 ；w a n ge ta 1 ，1 9 8 9 ) ，之后又发现金刚石( x ue ta 1 ，1 9 9 2 ) 。而含 有柯石英的岩石类型则也不仅限于榴辉岩，而是扩展到了片麻岩和大理岩。因此， 可以确定中大别榴辉岩的围岩也一道经历了超高压变质。另外，根据阳离子地质 温度计的计算发现，中大别超高压岩石从南到北，从西向东变质程度逐渐增加。 ( 4 ) 南大别低温，j 碴高压变质带( l t u h p ) 和宿松群高压蓝片岩岩带 南大别宿松群广泛出露大理岩、石英云母片岩、片麻岩等组合。宿松群的时 代长久以来认为属于早中元古代，其主要根据是宿松群对于原先的晚太古代大别 群之间厘定为不整合接触和一些早期年代学数据。但侯金明等( 1 9 9 5 ) 撰文指 出，根据他们对宿松群的研究，重新认定其与大别群之间应为过渡关系，并且根 据孢粉组合、地层序列等方面认定宿松群的时代应该为震旦纪。宿松群中发现了 高压的蓝片岩带，并存在记录三叠纪碰撞事件的同位素年代学证据( h a c k e re ta l 2 0 0 0 ) ，说明宿松群岩石在板块碰撞一俯冲折返过程中变质程度较高。 在四个构造带中，中大别单元俯冲最深，超过1 0 0 公旱并达到了上地幔的深 度，结果在其高的压力条件下形成了柯石英和金刚石等特征矿物。北大别和南大 别俯冲深度相对较浅，可能没有经过超高压变质；而北淮阳可能仅仅是板块碰撞 过程中刮下来的陆壳残片，并没有俯冲下去( 周建波等，2 0 0 1a ) 。 大别山早白垩世中酸性岩在四个构造单元均有分布( m ae ta 1 ，1 9 9 8 ；z h a n ge t a 1 ，2 0 0 2 ) ，但在北大别出露最为广泛，几个较大的中酸性岩基如主簿源、白马尖、 天堂寨和天柱山均分布在北大别地体。本文所研究的天柱山岩体出露于北大别高 温高压带和中大别超高压变质带及两带的分界部位( 图2 2 ) 。北大别变质杂岩主 要由正片麻岩、表壳岩和变质镁铁一超镁铁岩组成，其中英云闪长质、奥长花岗 质和花岗闪长质片麻岩广泛分布于北大别地体，约占整个北大别变质杂岩的7 0 8 0 ，部分地区的片麻岩受到了明显的混合岩化的影响，形成独特的眼球状构造。 少量的镁铁一超镁铁岩、榴辉岩及麻粒岩透镜体分布在片麻岩及韧性剪切带中 ( l i o ue ta 1 ，1 9 9 5 ) 。中大别超高压变质带主要出露的岩石包括片麻岩、大理岩、 片岩、角闪岩及榴辉岩等，另外有少量的硬玉石英岩、白片岩、石榴橄榄岩、纯 橄榄岩等。榴辉岩中显微会刚石和柯石英及其假象以及副片麻岩中柯石英及其假 象包裹体的发现表明这些岩石经历过超高压变质作用( o k a ye ta 1 ，1 9 8 9 ；o k a y ， 1 9 9 3 ；w a n ge ta 1 ，1 9 8 9 ；w a n ga n dl i o ue ta 1 ，1 9 9 1 ；x ue ta 1 ，1 9 9 2 ；s o b o l e ve ta 1 ， 1 9 9 4 ) 。大量的年代学和矿物学证据表明该区广泛分布的正片麻岩也经历过超高 压变质作用( a m e se ta 1 ，1 9 9 6 ；r o w l e ye ta 1 ，1 9 9 7 ；h a c k e re ta 1 ，1 9 9 8 ；t a b a me ta 1 ， 1 9 9 8 ；c a r s w e l le ta 1 ，2 0 0 0 ) 。在中大别超高压变质带也出露有规模不等的燕山期 中酸性岩体，如司空山、绿杨和团岭岩体( z h a n g e ta 1 ，2 0 0 2 ；路玉林等，1 9 9 9 ) 。 天柱山岩体出露于五河一水吼断裂附近靠北大别一测，东起潜山县天柱山， 西至岳西县中关一带，出露面积约1 2 0 k m 2 ( 彭亚鸣等，1 9 9 4 ) 。岩体与围岩呈明显 2 的侵入接触关系，围岩主要为北大别广泛分布的t t g 片麻岩。岩体由含角闪石 的二长岩和石英二长岩( 分布在岩体西部) 以及不含角闪石的黑云母二长花岗岩 f 主要分布在岩体东部，在岩体西部边缘也有少量分布) 组成，后者晚于前者。二 长岩和石英二长岩矿物组合为斜长石( 2 0 2 5 ) 、钾长石( 1 5 2 0 ) 、石英( 2 5 3 0 ) 、角闪石( 8 1 2 ) 、黑云母( 约5 ) 和少量的榍石、磁铁矿、磷灰石和锆石。 黑云母二长花岗岩矿物组合为钾长石( 5 0 6 0 ) 、斜长石( 1 0 1 5 ) 、石英( 约 3 0 ) 、黑云母( 2 3 ) 和少量的褐帘石、磁铁矿、磷灰石和锆石( 彭亚鸣等，1 9 9 4 ) 。 图2 2 天柱山地质简图及采样点 f i g 1 s k e t c hg e o l o g i c a lm a p o f t i a n z h u s h a na n ds a m p l el o c a t i o n s 1 3 2 2 大别一苏鲁造山带的年代学框架 到目前为止，大别和苏鲁地体超高压岩石的三叠纪超高压变质年龄已收集了 大量的从2 4 5 2 1 0m a 的u p b 、s m n d 、r b s r 和a r - a r 年龄结果( a m e se ta 1 1 9 9 6 ： l ie ta i ，1 9 9 3 ，1 9 9 4 ，1 9 9 7 ，1 9 9 9 ，2 0 0 0 ；o k a ye t a l ，1 9 9 3 ；e i d ee ta 1 ，1 9 9 4 ；h a c k e r a n dw a n g ，1 9 9 5 ；c h a v a g n a ca n dj a h n ，1 9 9 6 ；r o w l e ye t a 1 ，1 9 9 7 ；h a c k e re ta l ， 19 9 8 ，2 0 0 0 ；m a r u y a m ae ta 1 ，19 9 8 ；w e b be ta 1 ，19 9 9 ；c h a v a g n a ce ta 1 ，2 0 0 1 ；a y r e r s e ta 1 ，2 0 0 2 ；z h e n ge ta 1 ，2 0 0 3 ，2 0 0 4 ；x i ee ta 1 ，2 0 0 4 a ，2 0 0 4 b ) ，但仍然在早三叠纪和 晚三叠纪之间准确年龄问题上存在很大的争议。解决此争议，必须考虑两个因素： ( 1 ) 陆一陆碰撞过程中超高压带不同单元的岩石中，不同矿物在不同地点经过 它们的变质封闭温度；( 2 ) 折返初期的退变质高压榴辉岩相重结晶可以不同程度 地再造来自超高压变质带不同单元不同矿物的同位素时钟。 对大别地体各个构造带乃至各种岩石类型分类精确定年是研究三叠纪超高 压事件的基础。在变质程度不高的北淮阳地区等尚可以以化石来作为一个重要手 段，但是对于超高压岩石来说，放射成因同位素年代学则是目前的最佳途径，直 到迄今为止的近1 0 年中，随着测定技术的发展，科学家们积累了大量的大别山 变质岩年代学数据，除去少数不理想数据，它们可以对于大别山变质岩自从形成 以来所经历的地质事件作出有效的限定。 北淮阳地区庐镇关群浅变质火成岩给出的锆石u p b 年龄约为7 5 0 m a ，这基 本代表了这些岩石侵位的时代( h a c k e re ta 1 ，1 9 9 8 ；谢智等，2 0 0 2 ；z h e n ge ta 1 ， 2 0 0 4 ) 。而佛子岭群的绿片岩相浅变质岩石尚缺乏可靠的年代学证据，不过其沉 积原岩的时代应属震旦纪。 北大别片麻岩和榴辉岩的年龄数据主要集中在7 0 0 8 0 0 m a 、2 4 0 - 2 2 0 m a 、 1 2 0 1 4 0 m a ( 李曙光等，1 9 8 ，1 9 8 9 b ；x u ee ta 1 ，1 9 9 7 ；h a c k e re ta 1 ，1 9 9 8 ；刘贻灿 等，2 0 0 0 ；陈道公等，2 0 0 0 ，z h e n g e ta 1 ，2 0 0 4 ) 三组数据上，分别代表了其原岩侵 入、高压变质和燕山期岩浆作用的年代。 中大别超高压岩榴辉岩和片麻岩等通过各种方法( 锆石u p b 、s m - n d 等时 线) 都基本给出了一致的年龄数据，包括了7 0 0 8 0 0 m a 和2 4 0 - 2 2 0 两个地质年 1 4 龄，分别代表其原岩侵入和超高压变质的年代( l i e t a 1 ，1 9 9 9 ；z h e n g e t a 1 ， 2 0 0 3 a ) 。 南大别宿松群的年龄数据不是很多，主要有h a c k e r e ta l ，( 2 0 0 0 ) 在钾白云母 中得到的2 2 0 m a 的4 0 a r 3 9 a r 年龄，x i ee ta 1 ( 2 0 0 1 ) 在蓝片岩残留锆石中获得的 4 0 0 m au p b 年龄。c h e ne ta 1 ( 2 0 0 3 ) 对锆石u p b 定年的结果给出了7 8 5 7 m a 的岩浆侵入年龄和2 0 0 1 2 的高压变质年龄。 第三章样品处理和分析方法 样品的采集点主要集中在天柱山的西北部、中部、以及东南部，详见图2 2 和表3 1 。对采集的样品进行了主量和微量元素分析，锆石u p b 定年和同位素 测定。具体分析方法如下： 全岩样品采用无污染玛瑙球磨技术磨碎至2 0 0 目，单矿物的分选则先将岩 石样品机械破碎至6 0 - 8 0 目，然后采用摇床、磁法、电磁法及重液等选矿技术将 各矿物逐一分离，最后在双目镜下将单矿物提纯，使其纯度大于9 9 。岩石主量 和微量元素分析在湖北省实验地质研究所武汉综合岩矿测试中心完成。主量元素 的分析方法为x 射线荧光熔片法，使用的分析仪器为日本理学3 0 8 0 e 1 型波长色 散x 一射线荧光光谱仪，分析精度优于o 3 0 9 。微量元素采用电感耦合等离子 体原子发射光谱法( i c p 2 a e s ) 进行分析，分析仪器为法国j y 公司生产的 j y 4 8 j y 3 8 p 多道电感耦合等离子体原子发射光谱仪。大多数元素的分析精度优 于1 2 5 6 。 锆石u p b 年龄测定采用离子探针微区分析技术，在北京离子探针中心的 s h r i m pi i 仪器上进行，有关分析流程参考c o m p o s t o ne ta 1 ( 1 9 9 2 ) 年1 宋彪等 ( 2 0 0 2 ) 。在双目镜下挑选出晶形完好、具有代表性的错石颗