北秦岭天水地区地壳造山的花岗岩记录及构造岩浆作用.doc

北秦岭武关地区丹凤群斜长角闪岩地球化学特征 、锆石 S HRIM P 测年及其构造意义闫臻1) ,王宗起2) , 陈隽璐3) , 闫全人1) , 王涛1) , 张英利2)1) 中国地质科学院地质研究所 , 北京 , 1000372) 中国地质科学院矿产资源研究所 , 北京 , 100037 ;3) 西安地质矿产研究所 , 西安 , 710054内容提要 :本文运用岩石学 、地球化学和同位素年代学对分布于丹凤县武关地区的丹凤群斜长角闪岩进行了相对系统研究 ,岩石学和地球化学特征表明该套岩石 为岛弧钙碱性玄武岩 , 不具备蛇绿 岩单元组成特性 。锆 石S H R IM P 测年结果表明 ,该套岩石中包含有古元古代晚泥盆世 (2489360Ma) 多个时期的锆石 ;锆石 CL 图像以 及锆石形状研究以及区域同位素年代学 、古生物化石资料共同显示 ,丹凤群中可能包含有泥盆纪岩石组合 。分析前人对丹凤群的区域研究资料 ,我们认为丹凤群并非一套具有单一地层时代以及相同构造环境的岩石地层单位 ,而是一套由不同时代不同构造环境的岩石组合构成的俯冲2增生杂岩 。区域上 ,丹凤群与其南侧的武关岩群 、罗汉 寺岩群以及部分刘岭群共同构成华北板块南缘俯冲2增生体系 ,其中分布有大量与俯冲作用相关的泥盆纪钙碱性侵入体 ,这些事实进一步证明华北板块南缘洋盆消亡时间上限至少可以持续到晚泥盆世末期 。关键词 : 斜长角闪岩 ;岛弧 ;俯冲2增生杂岩 ;丹凤群 ;北秦岭秦 岭 造 山 带 是 中 国 中 央 造 山 带 ( 姜 春 发 等 ,1993) 的重要组成部分 ,不仅保存了华北板块与扬子 板块之间长期相互作用过程的记录 ,而且发育了丰富的 A u 、A g 、Pb Zn 、Mo 等金属矿床 ,长期以来倍受 广泛关注 ( Mat t a ue r et al . , 1985 ; 许志琴等 , 1986 ;张国伟等 ,1988 ,1995 ; Me ng a nd Zha ng , 1999) 。该 造山带是古生代增生造山作用与中生代碰撞造山作用共同形成的区别于世界典型碰撞造山带的复合型造山带 ,尽管其岩石组合类型复杂多样 ,但大地构造 相保留相对齐全 ,成矿专属性明显 。虽然秦岭造山带在地层 、岩石 、构造以及构造演化与成矿等方面已取得了丰富的成果 ,但在秦岭造山带晚古生代构造 体制等重要地质问题上仍存在较大争议 ,特别是迄 今发育于秦岭造山带内的地层 ,如分布于北秦岭的丹凤群 ,在结构 、时代及大地构造环境在认识上存在较大差异 。这些问题严重制约了我们对秦岭造山带 造山作用过程及其成矿作用认识以及区域找矿 。幸运的是 ,近年来随着部分长期具有时代争议的疑难 地层中新的时代证据的发现 ( 王宗起 ,2009) 以及古生代 V M S 型 Cu 矿 、造山带型金矿床和中生代斑岩型 ( Cu) Mo 矿床的相继发现与厘定 ,从而为重新认识古生代秦岭造山带的构造演化及成矿作用提供了 举足轻重的新依据 。本文主要通过对分布于商丹断裂带北侧丹凤群斜长角闪岩的岩石学 、岩石地球化学以及 S H R IM P锆石 U2Pb 测年研究 ,探讨其形成构造环境和时代 ;结合前人的区域研究资料 ,进一步探讨北秦岭晚古 生代火山作用及沉积作用发生的构造环境 ,进而揭示秦岭造山带以及华北板块南缘的增生造山作用过程 。1区域地质背景秦岭造山带被商县 丹凤蛇绿混杂岩带 ( SD)和康县 石泉 安康增生杂岩带 ( L A ) 分割为北秦岭岛弧杂岩带 、中秦岭弧前盆地和南秦岭岛弧杂岩 带 (图 1a) 。北秦岭岛弧杂岩带主要由秦岭群 、宽坪群 、二郎坪群/ 斜峪关群 、丹凤群共同组成 ,中秦岭弧前盆地主要为泥盆系 二叠系陆缘碎屑岩和碳酸 盐岩组合 ,南秦岭岛弧杂岩带由 碧口 群 ( 包括 横 丹群) 、西乡群 、耀岭河群/ 郧西群共同组成 。在北秦注 :本文为“十一五”国家科技支撑计划项目 ( 编号 2006BAB01A11) 、国家自然科学基金项目 ( 编号 40772137) 和中国地质调查局地质调查项目 ( 编号 1212010611807 ,1212010711816) 资助的成果 。 收稿日期 :2009202213 ;改回日期 :2009209215 ;责任编辑 :郝梓国 。作者简介 :闫臻 ,男 ,1970 年生 。博士 。从事造山带内沉积学与古汇聚板块边缘沉积盆地构造原型恢复研究 。通讯地址 : 100037 ,中国地质科学院地质研究所 ; Email : ya nzhen mail . igca s. ac . cn 。图 1 (a) 秦岭大地构造单元及研究区位置图 (据王宗起 ,2009) ; ( b) 研究区地质简图 (据 1 :50000清油河幅( I49 E015011)区域地质图) 。同位素年代学资料来源 : 严阵等 (1986) ; 1 50000清油河幅区域地质图说明书Fig. 1 (a) Tecto nic unit s of Qinling o ro genic belt a nd locatio n of st udied a rea (af ter Wang Zo ngqi , 2009) ; ( b) Sketch map of st udied a rea (af ter 1 50000 Regio nal Map of Qingyo uhe) . Iso topic data f ro m : f ro m Yan Zhen et al . (1986) ; f ro m 1 :50000 Regio nal Map of Qingyo uhe1 细2中粒变质石英闪长岩 ;2 变质辉长岩 、闪长岩 ;3 中2细粒黑云母花岗闪长岩 ; 4 片麻状中粗粒似斑状黑云母二长花岗岩 ; 5 片麻状 中2细粒黑云母二长花岗岩 ; 6 片麻状中粒含斑角闪黑云母二长花岗岩 ; 7 片麻状中粒黑云母花岗岩 ; 8 细粒二长花岗岩 ; 9 片麻状中粒 含角闪石黑云母二长花岗岩 ;10 秦岭群 ; 11 丹凤群 ;12 武关岩群 ; 13 刘岭群 ; 14 第四系 ; 15 前人同位素年龄位置 ; 16 本文采样位 置 ; 17 逆冲断层1 Fine2medium grained metamorp hic quartz diorite ; 2 metamorp hic gabbro or diorite ; 3 medium2fine grained biotite granodiorite ; 4 gneissic , medium2coar se grained porp hyritic monzogranite ; 5 gneissic medium2fine grained biotite monzogranite ; 6 gnei ssic medium2grained porp hyritic hornblende biotite monzogranit e ; 7 gneissic medium2grained granitite ; 8 fine2grained monzogranite ; 9 gneissic medium2grained hornblende2bearing biotite monzogranite ; 10 Qinling Group ; 11 Danfeng Group ; 12 Wuguan Group ; 13 Liuling Group ; 14 Quaternary System ; 15 Isotopic age data and location f ro m p revious aut hor s ; 16 sample location of t his st udy ; 17 t hrust fault岭和南秦岭岛弧杂岩带内分布有与火山2岩浆作用相关的 V M S 型 和 Sede x 型 矿 床 , 如 凤 县 老 厂 Cu矿 、碧口筏子坝 Cu Zn 矿 ( 宋学信等 , 2002 ) 、略阳县 徐家沟铜矿 (李福让等 ,2009) 、略阳东沟坝 Pb Zn 多金属矿 (丁振举等 ,2003) 、平利大磨沟 ( Pb) Zn ( Cu)矿 (魏东等 ,2009) 等 ;中秦岭弧前盆地内分布有大量 与构造2热液活动密切相关的 Pb Zn 、A u 、A g 、菱铁矿 等改造型和造山带型矿床 (王东生等 ,2009) ,同时在该弧前盆地内分布有大量中生代岩浆作用相关的斑岩型 CuMo 、Mo A u 矿床 (点) (任涛等 ,2009 ; 王东生 等 ,2009) ;南秦岭增生杂岩带内分布有阳山 、鹿鸣等造山带型金矿床以及煎茶岭 A uNi 矿床 ( 王瑞廷等 ,2009) 。这些矿床的时空分布特征和赋存环境进一步表明了秦岭造山带大地构造相成矿的专属性 ,并 为秦岭造山带构造演化提供了又一佐证 。丹凤群是从 原秦 岭 群中 解体 而 来 ( 肖 思 云等 ,1988) 的 一 套 下 古 生 界 变 基 性 火 山 岩 ( 张 国 伟 等 ,1988) ,被认为是北秦岭岛弧杂岩带的重要组成部分 之一 。该套岩石组合沿北秦岭岛弧杂岩带南缘呈近 EW N W W 向狭长带状展布 , 其南北两侧以韧 性剪切带分别与武关岩群 和秦岭群相接触 。区域 上 ,丹凤群因普遍遭受强烈韧性剪切变形改造和中生代侵入体的破坏 ,导致其出露并不完整且内部组 成复杂叠置 ,总体呈现为一套强烈而复杂的变形变1635第 11 期闫臻等 :北秦岭武关地区丹凤群斜长角闪岩地球化学特征 、锆石 S H R IM P 测年及其构造意义相关的岛弧钙碱性岩石组合 。质火山2沉积岩组合为主的构造岩片 ,并以构造透镜体状断续出露于 商丹 构造 带 内 ( 裴 先 治等 , 2001 ) 。 目 前 , 关 于 丹 凤 群 的 形 成 时 代 有 早 古 生 代( Mat t a ut e r et al . , 1985 ; 杨 森 楠 , 1985 ; 张 国 伟 等 ,1988 ;孙勇等 , 1988 ; L i et al . , 1989 ; 薛 峰 等 , 1993 ; Cui et al . , 1996 ; 崔建堂等 ,1999 ; 陆松年等 , 2003 ;Ya n et al . , 2008) 、新元古 早古生代 ( 张宗清等 ,1996 ;张国伟等 ,1995 ; 张本仁等 ,1996) 以及新元古 代 (张旗等 ,1995 ; 姜常义等 , 1998 ; 裴先治等 , 2001) 等不同认识 ; 同时 , 对 于 丹凤 群形 成 环境 有蛇 绿岩 (张国伟等 ,1988 ,1995 ;张宗清等 ,1996 ; Cui et al . ,1996) 、岛弧 (薛峰等 ,1993 ; 张成立等 , 1994 ; 孙卫东等 ,1995 ;张旗等 ,1995 ; 裴先治等 ,2001) 及裂谷 ( 杨 森楠 ,1985 ;杨巍然等 ,1991 ;邓清录 ,1996) 等不同解 释 。这些不同认识直接制约了对北秦岭乃至整个秦 岭造山带结构与演化及华北 、扬子板块之间相互作 用过程的研究 ,同时影响着秦岭造山带结构与成矿专属性相互关系的理解 。 本文所讨论的丹凤群是指分布于分水岭断裂和清油河断裂之间一套变质火山2沉积岩系 ( 图 1 b) 。 根据 1 :5 万区域地质填图结果 ,丹凤群在本研究区 内自北而南可分为北部 、中部和南部三个构造岩片(裴先治等 , 1997) : 北 部岩 片主 要 由黑 云斜 长片 岩 、黑云斜长石英片岩夹少量斜长角闪片岩 、二云母 片岩 、二云母石英片岩和少量薄层大理岩组成 ,其原 岩为碎屑岩 、火山碎屑岩及少量基性火山岩和碳酸 盐岩 ; 中部岩片以斜长角闪岩为主夹黑云斜长石英片岩 、黑云角闪 斜 长片 岩 、含石 榴 石黑 云石 英片 岩 、钠长绿泥片岩 、绿帘绿泥斜长片岩及少量薄层大 理岩组合 ,原岩以基性火山岩为主夹少量杂砂岩 、火 山碎屑岩及碳酸盐岩 ,同时还存在有部分变质变形 辉长岩 (现为辉长质糜棱岩) ; 南部岩片由石榴石十字石二云母石英片岩 、石榴石二云母石英片岩夹 少量薄层大理岩 、斜长角闪岩共同组成 ,原岩为一套 泥质岩 、砂泥质岩夹杂砂岩和少量碳酸盐岩 、基性火 山岩组合 。其中南部岩片紧邻商丹断裂带 ,与武关 岩群相邻 ;中部岩片局部被花岗岩体所“吞噬”,具有“混合岩化”特征 。研究区内岩浆作用十分活跃 ,岩石组合类型有 辉长岩 、石英闪长岩 、黑云母花岗闪长岩 、二长花岗 岩和花岗闪长岩等 。根据同位素年龄资料及野外接 触关系 ,这些岩石主要形成于古生代 ( 奥陶纪2石炭纪 ;裴先治等 ,1997) 。岩石组合及地球化学特征分 析表明 ,这些古生代岩浆岩为一套与俯冲作用密切2样品采集及分析方法本文分析样品全部采自 108 国道丹凤县武关乡武关 收 费 站 武 关 河 北 岸 , GPS 点 坐 标 为 N3336 . 969, E11035 . 936。野外露头宽度约 200 m ,主要为一套灰绿色斜长角闪岩 ,岩石片理化强烈 ,发生 较强的韧性剪切变形 ,剖面上向东岩石碳酸盐化程 度增强 。该套岩石组合是丹凤群中部岩片的重要组 成部分 。岩石显微结构分析表明这些岩石样品的原 岩为基性火山岩 ,主要包括斜长角闪岩和绿帘绿泥 斜长片岩 。斜长角闪岩样品 ( 图 2a2b) 为 粒状 变 晶结构 ,片状构造 ,主要矿物组成为普通角闪石 ( 50 %60 %) 、斜长石 (35 %40 %) 、绿帘石 (2 %10 %) 及少量石英 ( 2 %) 、黑云母 、方解石等 ,其中方解石 主要为后期热液蚀变所成 , 沿着裂隙充填 ( 图 2d) , 个别样品中含量最高可达 4 % 5 % 。副矿物有榍石 、磷灰石及金属矿物等 。斜长石多成粒状或板状 , 发育聚片双晶 ,大小约为 0 . 1 mm1 mm ,在部分样 品中可见绢云母化 ;角闪石呈柱状 ,粒状粒径变化于0 . 3 mm0 . 6 mm ,柱状大小为 0 . 12 mm 0 . 4 mm0 . 9 mm 1 . 5 mm , 多色性显著 。绿帘 石呈 粒 状 , 粒 径 0 . 05 mm0 . 2 mm ,分布不均 ,多沿角闪石遍布分布 ;黑云母也呈片状 ,多分布于角闪石边部 ,为角闪石退变产物 。绿帘绿泥斜长片岩 ( 图 2c) 片理极为 发育 ,细粒鳞片变晶结构 。主要矿物组成为斜长石 (15 %25 %) 、绿泥石 (15 %25 %) 、绢云母 (5 %25 %) 、石英 (5 %) 、方解石 ( 2 %3 %) ,部分样品方 解石化强烈 。绿帘石常呈粒状集合体或柱状 ,粒径 小于 0 . 06 mm ; 斜长石多为钠长石 ,粒状变晶 ,表面 相对干净 ,少部分斜长石表面具有较强的绢云母化 ,部分完全被绢云母集合体所取代 ,只保留粒状假象 。本文选择了其中 7 件蚀变作用相对较弱的样品进行了岩石地球化学成分分析 ,其中 4 件分析样品 (样品编号为 07 W G1 , 07 W G2 , 07 W G3 , 07 W G5) 为 灰绿色块状细粒斜长角闪岩 ( 图 2a , b) ; 3 件样品为 绿帘绿泥斜长片岩 , 样品 07 W G4 具有强烈矿物定向排列特征表明其发生强烈构造 变 形并 含有 少 量( 5 %) 蚀 变 矿 物 ( 方 解 石 、绿 泥 石 、绿 帘 石 ) ( 图2c) ,样品 07 W G9 和 07 W G10 具有较强碳酸盐化和 明显构造变形 (图 2d) 。同时对选自样品 07 W G1 中 的锆石进行了 S H R IM P 锆石 U2Pb 测年 。本次研究的样品岩石地球化学成分分析测试工 作均在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完图 2 武关收费站斜长角闪岩岩相学特征Fig. 2 Pet ro grap hic f eat ures of a mp hibolite s in Wugua n Toll2Statio nCur ti n理 工 大 学Cur ti n(U niver sit yof成 ,其中主量元素成分采用 X 荧光光谱法 ,将样品粉末与 四 硼 酸 锂 均 匀 混 合 , 高 温 下 熔 成 玻 璃 片 , 在Shimadzu XRF 荧光光谱仪上测试 ,元素分析精度优 于 2 %3 %。微量元素采用酸溶法 ,制备好的样品溶液在 Finnigan Element 型 ICP2MS 上测定 ,微量元素含量大于 10 10 - 6g/ g 的精度优于 5 % ,小于 1010 - 6g/ g 的精度优于 10 %。分析结果见表 1 。U2Pb 锆石 S H R IM P 测年样品所用锆石样品的 分离在河北省廊坊地质调查院分 析 测试 实验 室完 成 ,样品中锆石含量较少 ,重量为 50 kg 的斜长角闪 岩样品 07 W G1 中共计分离出 24 粒锆石 ; 锆石样品 制靶和显微镜透 、反射照相及阴极发光 ( CL ) 成像等 前期工作均在北京离子探针中心完成 。本文中的锆 石 U2Pb 年龄数据是在中国地质科学院地质研究所 北 京 离 子 探 针 中 心 的 网 络 虚 拟 实 验 室 , 通 过 S H R IM P 远 程 共 享 控 制 系 统 ( S H R IM P Re mo t e Op eratio n Syst e m , SRO S ) 利 用 位 于 澳 大 利 亚Tec ho nolo gy) 的 S H R IM P II 仪 器 而 获 得 的 。S H R IM P 远程共享控制系统 ( SRO S) 由北京离子探针中心 ,中国计量科学研究院和吉林大学共同研发 ,可 以 实 现 通 过 Int e r net 公 共 网 络 , 远 程 控 制S H R IM P II 仪器 ,远程选取样品待测点和实时远程 实验数据输出打印等功能 。分析原理与流程见文献( Willia ms , 1998 ;宋彪等 ,2002) 。测试结果见表 2 。3 测试结果3 . 1 主 、微量元素特征分析样品主量元素测试结果表明这些岩石原岩为 基 性 火 山 岩 , SiO2 含 量 变 化 于 41 . 90 % 49 . 98 % ,具有低钛 ( TiO2 变化于 0 . 34 % 0 . 82 %) 富铁 ( Fe2 O3 含量变化于 7 . 54 %13 . 33 %) 特征 ,且 M gO 含量变化于 4 . 88 %9 . 72 % 。在不活动元素 岩 石 分 类图 ( Wi nc he st e r a nd Flo yd , 1 9 7 7 ) 中 , 所1637第 11 期闫臻等 :北秦岭武关地区丹凤群斜长角闪岩地球化学特征 、锆石 S H R IM P 测年及其构造意义表 1 丹凤县武关收费站地区丹凤群斜长角闪岩主量( %) 、微量( 10 - 6 ) 地球化学数据Ta ble 1 Geochemical data of major ( %) and trace ( 10 - 6 )elements f rom amphibol ites of the Danf engWuguan Toll2station , Danf eng countyGroupinthe化物相关图上 , 各组分与 M gO 之间均具有良好的相关性 ,这种变化趋势表明岩浆在演化过程中经历 了分离结晶作用 。在稀土元素球粒陨石标准化模式图上 ( 图 5a ) ,所有样品均表现为轻稀土元素富集型 ,轻重稀土分 馏明显 ( L aN / YbN = 2 . 5 7 . 4 ) , 岩 石 样 品 没 有 Eu负异常等特征 。这些岩石样品的 Zr/ Y 比值为 0 . 64有斜长 角 闪 岩 分 析 样 品 均 落 入 玄 武 岩 区 域 内 ( 图3) 。在全岩 M gO 与 FeO T 、TiO2 和 Al2 O3 等主要氧样品07 W G107 W G207 W G307 W G507 W G607 W G807 W G10SiO2Al 2 O3CaO K2 O TiO2Fe2 O3FeO MgO Na 2 O MnO P2 O 5Lo ss To t al BaRb Sr Y Zr N b Th Pb Ga Cu Sc V Cr Co Ni Cs L a Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb L u Hf TaU49 . 9819 . 968 . 421 . 270 . 343 . 153 . 954 . 884 . 550 . 110 . 152 . 2298 . 98106026 . 578211 . 97 . 641 . 452 . 067 . 1817 . 382 . 419 . 316721 . 424 . 314 . 61 . 359 . 3416 . 92 . 128 . 221 . 840 . 7772 . 620 . 3151 . 990 . 431 . 290 . 1841 . 190 . 1830 . 3850 . 1040 . 92748 . 0116 . 6510 . 720 . 760 . 645 . 035 . 855 . 583 . 60 . 190 . 191 . 5898 . 837711 . 671719 . 516 . 51 . 992 . 345 . 9118 . 313531 . 731447 . 534 . 520 . 80 . 6291324 . 43 . 0612 . 52 . 811 . 093 . 110 . 533 . 30 . 7032 . 050 . 3031 . 960 . 2910 . 8070 . 1261 . 0146 . 315 . 369 . 011 . 290 . 785 . 774 . 56 . 734 . 420 . 180 . 24 . 5599 . 0943926 . 954321 . 342 . 13 . 533 . 35 . 8416 . 848 . 625 . 521310528 . 7491 . 2815 . 829 . 43 . 72153 . 411 . 183 . 730 . 573 . 50 . 7762 . 180 . 3151 . 960 . 2941 . 140 . 1960 . 73146 . 6413 . 8512 . 171 . 120 . 827 . 725 . 056 . 451 . 560 . 180 . 123 . 3499 . 0214521 . 526916 . 420 . 51 . 331 . 114 . 3815 . 94640 . 422246649 . 11351 . 286 . 71131 . 848 . 22 . 120 . 8312 . 640 . 4482 . 830 . 6131 . 890 . 2431 . 780 . 250 . 7910 . 3260 . 2546 . 3711 . 8914 . 820 . 70 . 564 . 365 . 859 . 721 . 730 . 150 . 22 . 9299 . 2712213 . 858617 . 425 . 93 . 053 . 295 . 441451 . 936 . 5245309371060 . 52819 . 832 . 34 . 1315 . 33 . 010 . 953 . 140 . 4822 . 810 . 6271 . 850 . 2511 . 80 . 2590 . 9220 . 1850 . 9441 . 912 . 2418 . 170 . 880 . 513 . 64 . 76 . 942 . 730 . 190 . 26 . 9298 . 9814021 . 456115 . 113 . 13 . 113 . 163 . 7512 . 922134 . 327926130 . 180 . 72 . 2916 . 428 . 63 . 6213 . 72 . 750 . 9312 . 880 . 4522 . 770 . 5631 . 70 . 2291 . 570 . 2280 . 6330 . 1330 . 97442 . 2411 . 5416 . 840 . 350 . 53 . 9457 . 943 . 220 . 150 . 167 . 2699 . 146187 . 658115 . 117 . 12 . 552 . 874 . 371288 . 234 . 424433532 . 21040 . 70315 . 526 . 33 . 4212 . 62 . 630 . 8792 . 740 . 4442 . 510 . 5321 . 70 . 2141 . 530 . 2240 . 7080 . 2480 . 9361639第 11 期闫臻等 :北秦岭武关地区丹凤群斜长角闪岩地球化学特征 、锆石 S H R IM P 测年及其构造意义1 . 97 , Th/ Yb 比 值 为 1 . 2 2 . 1 , Ta/ Yb 比 值 为0 . 060 . 18 ,Ba/ N b 比值为 40731 , Y/ Yb 比值为9 . 210 ; Ti/ V 比值除了 07 W G3 和 07 W G5 分别为21 . 97 和 22 . 16 外 ,其余均小于 20 (变化于 10 . 9612 . 29) 。在 MO RB 标 准化 微量 元 素 蛛 网 图 上 ( 图4 b) ,变质基性火山岩表现为富集大离子 亲石 元素( Sr 、K、Rb 、Ba 、Th) ,显著亏损高场强元素 ( Ta 、N b 、 Zr 、Hf 、Ti 、Y、Yb 、Sc) ,和微弱富集 P 和 Ce 的特征 , 类似于岛弧玄武岩化学成分 ( Pea rce , 1982) 。3 . 2 锆石 U2Pb 年龄通常情况下 , Th/ U 比值大于 0 . 4 且发育韵律 环带的锆石为岩浆成因 ,而无环带或弱环带以及低的 Th/ U 比 值 ( 0 . 1 ) 被 认 为 是 变 质 成 因 锆 石( Rubat to , 2002 ; Bi nge n et al . , 2004 ) 。 样 品07 W G1 中的锆石具有不同外形特征和不同的内部 结构 ,既存在自形完好且发育清晰岩浆震荡环带内 部结构的锆石样品 ,也存在浑圆状外形且无环带结构的核部和极窄增生边的继承性锆石样品 ( 图 5c) 。 总体上 ,这些锆石的自形程度低 ,均发育极窄的增生 边 ,许多锆石显示具有继承性锆石的特征 ,部分锆石 为岩浆锆石 。锆石大小在 50100m 左右 。对 21 粒锆石进行了 26 个测点 。根据锆石 CL 图像和透反射图像 ,07 W G1 样品中的锆石可分为 4 组 : 第 一组为双锥长柱状 ,其长与宽比值约为 2 ,核幔结构 清楚 ,其中核部为亮白色 ,边部为浅灰色 ,发育韵律 环带 ,此类锆石有 2 粒 (1 . 1 和 6 . 1) ,核部206 Pb/ 238 U 表面年龄分别为 2314 55 Ma 和 1481 26 Ma ,相对应的边部206 Pb/ 238 U 表面年龄分别为 347 6 Ma 和388 7Ma ,同时两粒锆石边部分析点相对应的 Th/ U 比值分别为 0 . 2 和 0 . 04 ,为继承性岩浆锆石 。CL 图像显示测点 6 . 1 和 6 . 2 这粒锆石外侧还有增生 边 ,表明该粒锆石可能在 388 7Ma 之后发生了一次构造热事件 。 第二组为长柱状或等轴状 ,具有 较窄的浅灰色增生边 ( 宽度小于 10m) , 部分锆石 核部包含有椭圆形或次圆形的继承性锆石 ,此类锆 石有 5 粒 ( 2 . 1 、10 . 1 、17 . 1 、18 . 1 、19 . 1 ) , 其 206 Pb/238 U 表面年龄变化于 801 18 Ma 2007 34 Ma 之间 ,除了分析样品 18 . 1 和 19 . 1 两粒锆石的 Th/ U 比值 ( 分别为 0 . 03 和 0 . 25) 小于 0 . 4 外 ,其余分析 点的 Th/ U 比值均大于 0 . 4 。 第三组为自形 、长 柱状且发育清晰的韵律环带结构 ,且其 CL 图像呈 现深灰色和浅灰白色两类 ,除了 3 粒深灰色 CL 图像样品 (4 . 1 、5 . 1 、15 . 1) 发育较宽的韵律环带外 ,其 余样品发育窄而 密的 韵律 环 带 ( 11 . 1 、12 . 1 、13 . 1 、14 . 1) , Th/ U 均 大于 0 . 4 , 为 岩浆 锆石 。该组 样 品11 . 1 和 15 . 1 的206 Pb/ 238 U 表面年龄分别为 360 7Ma 和 773 14 Ma , 其余样品的206 Pb/ 238 U 表面年 龄变化于 492 9 Ma431 8Ma 。 第四组为短柱状 ,CL 图像浅灰白色 , 具有明显 的韵 律 环带 ( 3 . 1 、7 . 1 、8 . 1 、20 . 1 、21 . 1) , Th/ U 比值均大于 0 . 4 ,属于典型岩浆锆石 。其中样品 7 . 1 的206 Pb/ 238 U 表面年 龄分别为 414 8Ma , Th/ U 比值为 0 . 26 ; 样品 8 . 1 的206 Pb/ 238 U 表 面 年龄 为 485 10 Ma , Th/ U 比 值 为 0 . 6 ;20 . 1 和 21 . 1 样品的206 Pb/ 238 U 表面年龄分 别为 386 9Ma 和 400 8Ma , Th/ U 比 值 分 别 为0 . 84和 0 . 89 。4 丹凤群形成时代及构造环境4 . 1 形成时代讨论关于丹凤群的形成时代 ,一直存在有争议 ,但多 数学者认为属于早古生代 。其主要依据是 : 丹凤资峪玄 武 岩 全 岩 Rb2Sr 等 时 线 年 龄 447 . 8 41 . 8 (张国伟等 ,1988) ; 丹凤资峪郭家沟奥长花岗岩单 颗粒 锆 石 Pb2Pb 年 龄 为 540 Ma ( 薛 峰 等 , 1993 ) 和487 6Ma ( 孙勇等 , 1988) ; 商县 秦王山辉长岩Sm2N d 等 时 线 年 龄 402 . 6 17 . 4Ma ( L i et al . ,1989) 。此外 ,张宗清 (1994) 测得丹凤铁峪铺花岗岩 锆石 U2Pb 年龄 403 4Ma 以及商县三十里铺斜长 角 闪 岩 全 岩 等 时 线 年 龄 383 13Ma ; 张 宗 清 等 (1996) 在周至县黑河丹凤群变基性火山岩中获得全 岩 Sm2N d 等时线年龄 984 36 Ma ;崔建堂等 (1999)在柞水县北河街地区细粒石英闪长岩测得单颗粒锆 石 U2Pb 年龄 407 19Ma 和变基性火山岩全岩 Rb2Sr 等时线年龄 444 29 Ma ;裴先治等 ( 2001) 测得丹 凤县武关地区变基性火山岩全岩 Sm2N d 等时线年 龄 824 . 67 26 . 61Ma ; 陈隽璐 ( 2008) 测得丹凤群中斜长角闪岩锆石 U2Pb 年龄 762 . 5 4 . 6Ma ,玄武岩 和变安山岩锆石 U2Pb 年龄分别为 454 5 . 9 Ma 和456 . 8 3 . 5 Ma ; Ya n et al . ( 2008) 利用 S H R IM P 锆 石 U2Pb 测年获得周至县小王涧丹凤群枕状熔岩中 闪长岩脉形成年龄为 442 7Ma 。由 此可 见 , 这 些同位素年龄数据表明丹凤群的时代不应晚于 403 4Ma 。然而 ,Cui et al . ( 1996) 在丹凤县郭家沟剖面丹 凤 群 层 状 硅 质 岩 内 分 离 出 丰 富 的 放 射 虫 化 石 Palaeo sce ni dii dae 和 Ent acti nii dae ,据此将其时代定为 奥 陶 纪2志 留 纪 ; 但 同 时 指 出 由 于 放 射 虫Palaeo sce ni dii dae 的时 代 跨 度 较 大 , 可 在 泥 盆 纪 时1641第 11 期闫臻等 :北秦岭武关地区丹凤群斜长角闪岩地球化学特征 、锆石 S H R IM P 测年及其构造意义期出现 ,故认为这些放射虫也不排除泥盆纪分子 ;同时 ,张宗清 (1994) 在商县三十里铺酸性火山岩样品 中测得锆石 U2Pb 年龄 388 8 Ma 。在丹凤县紫峪 岭隧道南丹凤群粉砂岩 ( 样品编号 D F2) 中含有泥 盆 纪 微 体 孢 子 化 石 : 普 通 弓 形 脊 三 缝 孢 R et us ot ri l et es com m u nis N a u m ov a 、光面丹缝孢 ( 未定 种 ) L ei ot ri l etes sp . 、扩 展 叠 环 三 缝 孢 Ge m i nos p o r a e x t e ns a ( N a u m o r a) Gao 、均匀凸刺弓 形 脊 三 缝 孢 A p i c u l i ret us is p o r a hom o g r a n u l at a Gao a nd Ho u 、叉瘤三缝孢 (未定种) R ais t ri ck i a sp . (高联达面告) 。这些证据表明丹凤群中含有泥盆纪 岩石 组 合单 元 。尽 管本 文 分析 样品 07 W G1 中 21粒锆石 23 个测点所获得的 U2Pb 测年数据 (表 2) 相 对分散 ,但均具有较好的谐和性 ,从而在 U2Pb 谐和 图上形成一条很好的谐和曲线 ( 图 5a ) 。其中 7 粒 锆石 9 个测点 ( 3 . 1 , 4 . 1 , 4 . 2 , 5 . 1 , 7 . 1 , 9 . 1 , 12 . 1 ,12 . 2 ,15 . 1) 年龄相对集中 , 其 206 Pb/ 238 U 加权平均年龄为 434 6Ma ( 图 5 b) ,这 9 个测点的 Th/ U 比 值均大于 0 . 4 ( 除 了 点 7 . 1 ) 。然 而 , 锆 石 CL 图 像 (图 5c) 研究表明 ,3 . 1 和 7 . 1 分别为椭圆形和“碎片 状”,非岩浆锆石 ,应属于岩浆捕获锆石 ;其余 7 个测 点锆石则具有清晰地韵律环带和自形良好的几何形态 ,表明其为岩浆锆石 ( 图 5c) 。显然 434 6 Ma 并 不能代表该套岩石组合的形成年龄 ,应代表该时期 在北秦岭曾发生 一次 重要 的火 山 作用 。相比 较而 言 ,测点 21 . 1 为一粒发育韵律环带且晶形完好的粗 柱状锆石 ,206 Pb/ 238 U 年龄 400 8Ma 可能代表了一期相对较弱的火山作用事件 ;测点 20 . 1 和 6 . 2 均发 育弱的韵律环带 , 二者具有相 似 的206 Pb/ 238 U 年龄 数据 ,可能代表了一期变质变形事件 。同时测点 1 .2 的206 Pb/ 238 U 年龄 347 6Ma 也可能代表了一次 变质变形事件 。测点 11 . 1 是一粒自形程度高且韵律环带发育良好的岩浆锆石 ,其206 Pb/ 238 U 年龄 3607 代表了该粒锆石的形成时代 ,可能表明丹凤群 中火山作用的最晚一期火山作用时限 。综上所述 ,我们认为丹凤群中应该包含有泥盆 系岩石组合 。区域地质填图结果和前人对丹凤群内部结构特征及构造变形样式研究共同表明 ,丹凤群 是一套以强变形变质的火山2沉积组合为主的构造 叠置体 ,岩性组合相对复杂 。显然 ,丹凤群可能在不 同地段具有不同时代组成 ,总体时代跨度大 ,其中可 能至少包含有奥陶纪 、志留纪和泥盆纪多个时代的岩石组合 ,是否还包含有石炭纪岩石组合还有待进 一步深入研究 。4 . 2 构造环境讨论关于丹凤群形成构造环境 ,目前虽存在有多种 不同认识 ,但多数研究者认为其属于岛弧的重要组 成部分 ,并非是蛇绿岩组成部分 (薛峰等 ,1993 ;张成 立等 ,1994 ; 孙 卫 东 等 , 1994 ; 张 旗 等 , 1995 ; 崔 建 堂 等 ,1999 ;裴先治等 ,2001) 。为进一步更为系统地探讨丹凤群的形成构造环境 ,在综合分析了前人资料 基础上 ,我们将本研究区内测试数据与前人区域资 料进行了综合对比研究 ,进而分析丹凤群的形成古 构造环境 。主量元素分析结果表明 ,分布于丹凤县武关地 区丹凤群中的斜长角闪岩和绿帘绿泥斜长片岩以钙碱性玄 武 岩 为 主 , 并 有 部 分 拉 斑 玄 武 岩 ( 图 6a ) 。TiO2 含 量 远 低 于 1 . 5 % , 呈 现 出 岛 弧 玄 武 岩 特 征( M ulle n ,1978) 。Ha stie et al . ( 2007) 通过世界上 阿留 申 群 岛 、安 第 斯 、班 达 海 、伊 荳2博 宁 ( Izu2Bo ni n) 、本州岛 、琉球岛 、吕宋岛 、马尼拉 、新西兰 、巴布新几内亚 、巽他2汤加岛等典型岛弧火山岩的地球 化学数据进行了总结对比 ,提出了利用 Th 和 Co 两个“惰性”元素图解代替 SiO2 2 K2 O 图解来对岛弧火 山岩的岩石学进行分类 ,同时对不同岩石的属性进行分类 。由于 Co 元素在热液蚀变作用和变质作用 过程中 , 通 常保 存 在含 铁矿 物中 , 如 绿 泥石 、Fe2Ti氧化物及角闪石等 ; 同时实验表明岩石中 Th 元素在温度达 到 600 以 上 时其 活 动 性 增 强 , 因 此 Co2Th 判别 图 可 以 很 好 的 用 来 研 究 火 山 岩 分 类 。在Co2Th 图上 (图 6 b) ,丹凤群变火山岩样品呈现为岛 弧钙碱性玄武岩为主 ,部分呈现为高钾钙碱性玄武岩 。由于分析样品发生了不同程度热液蚀变作用 , 元素 Cr 在热液蚀变作用过程中 相对 稳定 , 而 元 素 Ti 则在 进 变 质 作 用 过 程 中 发 生 微 弱 变 化 ( Ca n n ,1970 ; Tho mp so n ,1973 ; Ha r t et al . ,1974) ,因此 Ti/ Cr 比值可以用来区分岛弧玄武岩与大洋盆地玄武 岩 ( Ga rcia ,1978) 。分析样品除了 07 W G5 的 Ti 含 量为 4920 10 - 6 外 (大于 4800 10 - 6 ) ,其余均小于4800 10 - 6 ; Cr 含 量 变 化 大 ( 21 10 - 6 466 10 - 6 ) ,但总体较低 ; V/ Ti 比值主要为 1112 ( 除了 两个样品 为 22 ) , 且 Y/ N b 比 值 为 5 12 ( 远 大 于1) ,表 现 为 火 山 弧 玄 武 岩 特 征 ( Pea rce a nd Ca n n ,1973 ; Ga rcia ,1978 ; Sher vai s ,1982) 。微量元素模式 图上 ,低场强元素 ( 如 K、Rb 、Ba 、Th) 富集并有明显的 N b 负异常 , 该特征与现代俯冲作用相关岩浆作 用的典 型 特 征 ( Pea rce , 1982 ) 相 一 致 。然 而 , 区 域图 6 丹凤群斜长角闪岩形成构造环境判别图Fig. 6 Tecto nic di scriminating diagra m of a mp hibolite s f ro m t he Da ng Gro up1 本文分析样品 ; 2 引自崔建堂等 ( 1999