张成立1,2，刘良1，张国伟1，王涛3，陈丹玲1，袁洪林1，柳小明1，晏云翔1
(1.西北大学大陆动力学教育部重点实验室，陕西西安，710069;
2.南京大学内生矿床国家重点实验室，江苏南京210093; 3.中国地质科学院地质研究所，北京100037)
摘要:应用LA-ICPMS获得北秦岭蔡凹花岗岩体错石U-Pb年龄(889士10) Ma，代表岩体的形成时代。该岩体富集LILE、贫化HFSE，显示活动陆缘俯冲带I型花岗岩体地球化学特征。同时岩体又具有富铝、高钾和铭、明显亏损Nb,Ti,P等元素的大陆造山带后碰撞演化阶段花岗岩特征。根据区域构造资料并结合岩体的变形特征分析，蔡凹岩体为碰撞造山过程地壳增厚背景下，在后碰撞拉张阶段由卷入有消减带物质的下部地壳部分熔融所形成，指示了秦岭在该时期已进入由主碰撞挤压转向后碰撞伸展演化阶段，为进一步精细确定北秦岭新元古代陆块汇聚碰撞造山过程提供了新的依据。
关键词:后碰撞花岗岩;LA-ICPMS;错石U-Pb定年;地球化学;北秦岭
中图分类号:P591十.l; P541文献标识码:A文章编号:1005一2321(2004)03一0033一10
秦岭是一个在中、新元古代造山之后又经历了古生代俯冲碰撞，中生代最终强烈碰撞形成的复合型大陆造山带。其内部被北部商丹缝合带和南部勉略缝合带分割为北部北秦岭构造带、中部南秦岭构造带和南部扬子地块北缘带。其中，北秦岭构造带主要由深变质古元古代秦岭群、中元古代宽坪群以及新元古代一早古生代的丹凤岩群和二郎坪岩群构成，是一个经历了多期复杂构造演化的构造块体，不同程度地保存了秦岭早期造山作用的一些痕迹。对此，前人己有大量研究，并对这一多期复杂造山作用的早期地质演化及其构造归属给出了多种解释和讨论[1-3[。近年来随着研究的深入，在该构造块体中陆续发现了很多中、新元古代碰撞造山的遗迹[4-6]，从而又有了北秦岭是中元古代早期由扬子地块裂离出并向北拼贴于华北地块南缘的构造块体的新认识[7-9]，同时根据构造岩浆活动提出由同碰撞、晚碰撞到碰撞后伸展的造山演化模式川。本文通过侵入于北秦岭构造带内的蔡凹花岗岩体定年和元素地球化学研究，对北秦岭新元古代后碰撞花岗岩的确定和碰撞造山演化过程提供新的约束条件。
1 区域地质背景及岩体地质简况
北秦岭构造带主要由北西西向展布的秦岭岩群、宽坪岩群、二郎坪岩群以及丹凤岩群等岩石地层单元构成。其中的秦岭岩群形成于古元古代（2 000～2200Ma），主要由片麻岩、斜长角闪岩和大理岩组成，变质程度达角闪岩相，局部可达麻粒岩相，代表秦岭造山带的古老结晶基底，并受到新元古代(1 000～ 800 Ma)和古生代造山作用的强烈改造[11，12]。目前己在该古老构造块体中发现多个新元古代时期形成的花岗岩体[6，13-15]，由东向西依次出露有寨根、德河、牛角山、石槽沟、黄柏岔和蔡凹等岩体(图1)。
与其他岩体明显不同，蔡凹花岗岩体出露于该构造块体最西部，呈一近似椭圆状出露在陕西丹凤县以北的蔡凹以东地带。岩体无明显变形，基本不发育类似片麻理的定向构造，其与秦岭群变质岩的侵入关系仍清晰可见。岩石具中粗粒块状构造，由花岗闪长岩和二长花岗岩构成，主要矿物组成为：石英20%士、钾长石20%～30％、斜长石45%～55％、角闪石8％～10％，黑云母3％～5％；副矿物以磷灰石、锆石、榍石及磁铁矿组合为特征。
2 样品采集及分析
选择4件代表性样品在西北大学大陆动力学教育部重点实验室进行了主量和微量元素分析。除FeO和烧失量(LOI>采用标准湿化学法分析外，其他主量元素用制成的碱熔玻璃片在日本理光RIX2100 XRF仪上测定，并经BCR一2和GBW07105标样监控，元素分析误差<5％。微量元素在美国Perkin Elmer公司Elan 6100DRC ICP-MS上分析测定，测试过程经AVG-1, BCR-1和BHVO-1国际标样监控，同时作空白样进行质量监控，详细的分析方法见Gao S等[16]。Co, Ni, Zn,Ga,Rb,Y,Zr,Nb, Hf,Ta和REE(除Hf和Lu)等元素分析精度优于5％，其他低浓度元素的分析精度介于5％-10％。
错石U-Pb定年样品与地球化学1号样品采集地相同，样品重8～10 kg，先在实验室将样品粉碎至80～100目经常规浮选和磁选方法分选后，在双目镜下选择出晶型完好无色透明的长柱状错石颗粒。错石样靶的制作与SHRIMP样品靶制作过程[17]基本相同，但抛光后的样靶无需镀金。锆石U-Pb同位素分析在西北大学大陆动力学教育部重点实
验室利用GeoLas200M激光剥蚀系统与EIAN6100 DRC ICP-MS连接测定。仪器的性能、工作参数及测试条件见袁洪林等[]18]。测试中采用人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化。采样方式为单点剥蚀，数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式(peak jumping)。锆石U-Pb年龄测定用国际标准锆石91500作外标校正，每测定4～5个分析点后插入一次标样测定，以确保标准和样品的仪器条件完全一致。此外，在所测锆石样品分析点前后各测2次NIST SRM610，同时以29Si作内标测定锆石的U、Th和Pb的含量。
3 结果
3.1LA-ICPMS锆石U-Pb定年
3.1.1锆石内部结构及微量元素
用以定年的锆石均为长柱状、无色透明自形晶，颗粒长宽比介于2 ：1～4 ：1。锆石的阴极发光图像显示岩浆结晶成分环带特征，个别锆石晶体内有不规则状残留锆石出现。其中，具岩浆环带锆石的稀土含量高((435. 91～1 300. 67) X 10-6), HREE强烈富集，Ce正异常和Eu负异常明显，呈现轻稀土亏损重稀土强烈富集的左倾谱型(图2)。这些锆石的P, Y,Hf,Th及U丰度高、变化范围宽，并有很高的Th/U比值(>0.1)（表1）。因此，所选用的锆石内部结构以及微量元素特征一致反映它们为岩浆成因锆石[19~23]。
3.1.2锆石的年龄
采用GLITTER (ver4. 0, Macquarie Universi-ty)程序对锆石的同位素比值及元素含量进行计算，并按照Andersen Tom的方法[24]，用LAM-ICPMSCommon Lead Correction (ver3. 15)对其进行了普通铅校正，年龄计算及谐和图采用Isoplot/Ex(ver2. 94)[25]完成。校正后的错石颗粒样品数据点基本落于谐和线上或其附近(图2)。鉴于锆石的207 Pb和235U含量较低，仪器检出限以及207 Pb的计数会对测试结果产生影响，且锆石207 Pb /206 Pb年龄受普通铅的影响很大，因此采用206 Pb/238 U的年龄值作为岩体定年结果(表2)。由此得到的12颗锆石样品206 Pb/238 U年龄十分一致，获得的平均加权年龄为(889士10) Ma(2a)(2σ)，代表了该岩体的形成年龄。
3.2元素地球化学
3. 2. 1主量元素
4个代表性样品的ω(SiO2)变化于70. 12%～72. 54%，ω (K, O+Na2 O)=7. 2%～8. 3％，ω(CaO) = 1. 9 2％ ～ 2. 47 ％(表3)，在P-Q分类图中落在花岗闪长岩和二长花岗岩区(图3a)。岩石总体显示了高硅(ω(SiO2)>70％),铝(ω(A1203 ) >14％，ACNK＝1.00～1.03，ASI＝1.80～2.92)和高碱(MALI = 4. 75 ～ 6. 40)的特征，钾略高于钠(ω(K, O)/ ω(Na, 0)=0. 7～1. 1)，在相关花岗岩判别图中属中到高钾的过铝质钙碱性花岗岩(图3b，c，d)。
3.2.2稀土及微量元索
蔡凹岩体稀土总量较高（ω（ΣREE）=（171. 52～256. 72) X 10-6 ），轻重稀土强烈分异（LaN/YbN＝45. 50～60. 86 ），,弱或中等铂负异常（δEu=0.50～0.74），显示中等负铂异常的右倾稀土谱型（图3a ）。岩体相对富集大离子不相容元索（LILE）、贫化.高场强元索（H FSE）。低Y（ω（Y）＝（7. 56～13. 1）×10-6）和Yb（（0.53～0.94）×10-6），Sr/Y（ω（Sr）/ω（Y）＝32.21～58.27），Rb/Sr（ω（Rb）/ω（Sr）＝0.30～0.39）和Ba/La（ω（Ba）/ω（La）＝7.25～16.69）比值高。在原始地幔标准化蛛网图中呈现Rb、Ba、Th、K相对于LREE富集、其它HFSE向右逐渐降低并有Ba、Nb、P、Ti明显负异常的谱型（图4b）。
4 讨论
本文获得的样品测试结果与张宏飞等[13]所得测试结果基本一致，反映蔡凹花岗岩相对高铝（ω（Al2O3））＝14. 52%～15. 10%)、碱（ω（K2O+Na2O）＝7. 2%～8. 3）和Sr（ω（Sr）＝（417～465）×10-6），富集轻稀土元索和大离子亲石元索、亏损高场强元索，总体具消减带岩浆生成物相对富集LILE、贫化HFSE及亏损Nb、Ta的特征[21-32]根据张宏飞等测得的该岩体的Sr、Nd[13]，经过889Ma年龄重新计算，获得该岩体Ni（87Sr）/Ni（86Sr）＝0.7036，ε（Nd，t）＝5.62，指示岩浆源区与亏损幔源物质相关。这表明，蔡凹花岗岩体的岩浆源区与亏损慢源物质参与的消减带组分存在密切相关。另一方面，该岩体又有非常低的Y（（7. 56～13. 1）×10-6）和Yb（（0. 53～0. 94）×10-6）以及高LaN /YbN （45. 5～60. 86），Sr/Y （32. 21～58. 27），Rb/Sr（0. 30～0. 39）和Ba/La（7. 25～16. 96）比值，具有地壳增厚条件下底侵玄武岩质下地壳熔融形成的埃达克岩的高Sr、 Sr/Y、 La/Yb和低Y、Yb特征[33-35]。根据试验岩石学研究，凡造成富Al，高Sr、低Y和Yb岩石的岩浆源区熔融残留体中将有大量石榴石残留矿物相的存在，其形成压力在1. 0 ～1. 2 GPa以以上[36.37]。因此，.蔡凹花岗岩体所具有富集LREE、 高度亏损HREE指示其岩浆源区残留相有富集重稀土组成的石榴石矿物相的出现，其形成深度在50km以上。前人所确定的新元古代旱期北秦岭地区高压变质作用[38-40]的出现也证明，在蔡凹花岗岩体形成之前该区确曾发生有快速短暂的地壳物质俯冲理深并导致地壳缩短增厚作用。
通常在多数情况下，高压造山带（如阿尔卑斯和喜马拉雅造山带）地壳增厚背景下规模不大的小花岗岩体的形成主要为下地壳物质的K、Th、U等放射性生热元素产生的热量作用下减压熔融形成，且当花岗岩的ω（Al2O3）/ω（TiO2）<100时，其形成温度>875℃以上[42]。蔡凹花岗岩体富Sr（（417～465）×10-6）、低Y和Yb，ω（Al2O3）/ω（TiO2）<100（32. 83～54. 74），指示该岩体的形成可能是由于碰撞过程导致地壳快速缩短增厚背景下，于碰撞后期相对“松弛阶段”，由于地慢上隆致使卷入有碰撞之前形成的消减带组分的下地壳物质温度升高而发生部分熔融所致，这与后碰撞阶段形成的花岗岩体源区除有新生地壳的加入外还有早期消减带形成物质的参与相一致[43]。该岩体与板块主碰撞之后应力相对松弛的后碰撞阶段形成的高钾钙碱性花岗岩（KCG）矿物组合[44]相一致，以斜长石、石英、钾长石、角闪石和黑云母为主，副矿物有锆石、磷灰石、榍石和磁铁矿。原始地慢蛛网图具富集LILE，贫化HFSE、Nb、P、Ti明显亏损的后碰撞高钾钙碱性花岗岩图谱特征（图3b），也显示后碰撞高钾钙碱性I型花岗岩的特征[45.46]。所有证据表明，蔡凹岩体是秦岭新元古代碰撞造山强烈挤压之后后碰撞阶段岩浆作用的产物。张宏飞等[13]曾经获得600～650 Ma的Rb-Sr年龄，并认为其形成与俯冲作用有关。鉴于北秦岭历经长期复杂演化并发生多期构造热事件，Rb-Sr年龄所代表的意义还有待进一步探讨。囚此，蔡凹岩体形成的构造环境和意义应进行重新认识。本文对蔡凹岩体获得所锆石U-Pb年龄（889士10） Ma，应该代表其形成年龄。
目前，在北秦岭构造带秦岭岩群和宽坪岩群等不同地层单元中均已获得大量1 000 Ma左右的变质年龄[10.47],。它们与新元古代早期在北秦岭构造带发生的一次广泛角闪岩相区域变质作用时限相同[49]。最近，又在北秦岭构造带发现丁新元古代早期形成的北北西向强烈区域变形作用的遗迹[5]。该期强烈的变形作用造成于959～900Ma时期的牛角山、德河、寨根及石槽沟等花岗岩体发生强烈变形，以致这些岩体呈线状产出（图1），并发育透入性片麻岩。这些岩体均相对高硅，富碱、铝，显示同碰撞S型花岗岩特征[4、5、9、48]。显然，它们的形成以及强烈的区域变质变形作用代表北秦岭区新元古代早期主碰撞造山事件[4～6]。与此相反，蔡凹岩体与早期形成的强烈变形线状S型花岗岩体不同，其平面形态呈近似的椭圆状（图1），岩体内部具块状构造，无强烈的区域变形构造（如片麻理），直观表征了岩体变形改造很弱的特征，说明该岩体形成后并末受到这次强烈变形事件的改造。所以，从构造特征分析，该岩体是同碰撞强变形时期后的产物，其锆石U-Pb年龄（889±10）Ma对此也提供了有利的年代学证据。因此，结合岩体的地球化学特征，从由强变形富铝S型花岗岩到弱变形高钾钙碱性I型花岗岩演化特点综合分析，蔡凹I型花岗岩应形成于主碰撞造山强烈挤压后的后碰撞构造环境，是后碰撞阶段由于地壳增厚致使下部地壳基性物质部分熔融后侵入的产物，其形成标志着北秦岭区新元古代早期的强烈主碰撞阶段已经结束，并在889 Ma期间进入到山挤压向伸展转变的后碰撞造山阶段。
王涛等[4.5]基于北秦岭区现今已发现的大量新元古代花岗岩体的变形及其地球化学特征，提出了秦岭新元古代花岗岩山S型－1型－A型花岗岩的成因演化系列，并将这一演化过程与同碰撞（挤压）－晚碰撞（松弛阶段）－后碰撞（拉伸）的构造动力学背景相联系。近年，又在陕西西部周至地区的北秦岭构造带发现了类似于东部豫陕交界地区的同构造S型新元古代花岗岩体[9]。然而，有关该时期这一花岗岩体演化系列中不多的1型花岗岩体在其他地区还末发现，豫陕交界地区所确定的新元古代1型花岗岩体的形成年代还存有争议[9]。显然，蔡凹后碰撞花岗岩的确定不但为该成因演化系列1型花岗岩的存在提供了可靠的地质证据，而且这一认识对现有秦岭新元古代碰撞造山过程的细化也是一个补充。因此，北秦岭区蔡凹后碰撞1型花岗岩体的形成标志着北秦岭新元古代强烈碰撞汇聚事件于889 Ma时期已基木结束，而后，秦岭地区大范围出现大陆溢流型火山岩[8.49.50]，并伴有大量800 Ma左右代表伸展拉张作用岩浆活动[51.52]以及A型花岗岩[53] 的形成，反映秦岭地区一次更大范围伸展裂解作用的开始，表明秦岭已进入更为广泛的伸展裂解阶段。这种构造环境的演变不仅揭示了秦岭地区新元古代古陆块汇聚与裂解的过程，同时也为中国古陆块在新元古代时期的汇聚与裂解乃至全球Rodinia事件在秦岭地区的响应提供了重要证据。
5 结论
北秦岭地区的牛角山、德河、寨根、石槽沟、蔡凹等花岗岩体反映该区新元古代早期一次重要构造岩浆热事件。牛角山、德河、寨根、石槽沟等强变形线状富铝同碰撞S型花岗岩（950～900 Ma）的形成代表早期强烈汇聚主碰撞造山阶段的产物；形成于889 Ma的蔡凹花岗岩体具后碰撞高钾钙碱性花岗岩高铝、富碱和Sr，富集轻稀土和大离子亲石元索、贫化高场强元索和明显亏损Nb、P、Ti的特征，是主碰撞晚期地壳缩短明显增厚的下部地壳物质熔融的产物。它的形成标志发生于北秦岭区新元古代早期的强烈主碰撞挤压造山作用已基木结束，并进入到由挤压向伸展转变的后碰撞造山阶段，反映了北秦岭在新元古代早期较短时间内经历了由强烈挤压主碰撞到后碰撞伸展造山过程。而后，秦岭进入了更为广泛的伸展裂解阶段。这一认识对现有秦岭新元古代碰撞造山过程的细化是一个补充，也对深入探讨秦岭地区新元古代古陆块的汇聚与裂解乃至中国大陆对Rodinia事件的响应提供了重要依据。
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