新元古代揚(yáng)子北緣地殼增生事件：來自漢南祖師店奧長花崗巖地球化學(xué)、鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學(xué)和Hf同位素證據(jù)

敖文昊, 張宇昆, 張瑞英, 趙燕, 孫勇

大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安，710069

內(nèi)容提要: 揚(yáng)子地塊北緣大面積出露的超基性—基性—酸性侵入巖被稱為"漢南雜巖"。其中的酸性侵入巖主要由二里壩、五堵門、祖師店等巖體構(gòu)成。本文研究的祖師店巖體為一套奧長花崗巖，其地球化學(xué)特征表現(xiàn)為高Si (SiO2=73.18%～77.18%)、富Na (Na2O=4.55%～5.49%)、低K (K2O=2.01%～3.01%)、Mg (MgO=0.14%～0.25%)，屬于弱過鋁質(zhì)中鉀鈣堿性花崗巖。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解呈右傾平坦型，Eu略具正異常。樣品標(biāo)準(zhǔn)化圖解顯示富集Rb、Ba、Th等大離子親石元素，虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素；(Sr/Y)為28.16～50.05；(La/Yb)N為7.04～14.21。地球化學(xué)特征顯示該巖體具島弧花崗巖特征。與二里壩、五堵門巖體對比后發(fā)現(xiàn)祖師店巖體與Adakite不一致。高Sr低Y的特征指示其形成壓力相對較大，殘留相為石榴子石和金紅石、無斜長石。運(yùn)用鋯石飽和溫度計和鋯石鈦溫度計計算出這套花崗巖結(jié)晶溫度為680～694℃，屬于玄武質(zhì)巖石低程度部分熔融的產(chǎn)物。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果獲得728±3 Ma的成巖年齡和786±4 Ma的捕獲鋯石年齡，捕獲鋯石邊部記錄了728 Ma的巖漿活動事件。鋯石Hf同位素分析結(jié)果顯示，n(176Hf)/n(177Hf) 初始值為0.282470～0.282683，εHf(t)= +5.0～+12.2，接近同時期虧損地幔演化線的εHf(t)。兩階段模式年齡(TDM2)為870～1324 Ma，主體集中于約1100 Ma，代表新元古代揚(yáng)子北緣一期地殼增生事件。推測該巖體是由新生玄武質(zhì)洋殼俯沖消減過程中在含水條件下部分熔融形成的。結(jié)合該區(qū)已有大量花崗巖研究成果，提出漢南雜巖中花崗質(zhì)巖石的時空關(guān)系反映島弧演化和遷移的歷史過程，祖師店巖體代表洋內(nèi)非成熟島弧向成熟島弧轉(zhuǎn)化階段的產(chǎn)物。

新元古代揚(yáng)子地塊北緣、西緣及東南緣巖漿活動極為活躍。隨著對揚(yáng)子北緣一系列超基性—基性—酸性侵入體的逐步深入研究，區(qū)內(nèi)新元古代巖漿巖成因機(jī)制和構(gòu)造背景研究引發(fā)了許多學(xué)者廣泛的關(guān)注和爭論(Li Zhengxiang et al., 1999; Li Xianhua et al., 1999, 2002, 2003; Zhou Meifu et al., 2002a, 2002b, 2006; Zhou Jincheng et al., 2004; Zheng Yongfei et al., 2007)。關(guān)于揚(yáng)子地塊新元古代巖漿巖的成因主要有兩種觀點(diǎn)，即：(1)裂谷假說(Li Zhengxiang et al., 1999; Li Xianhua et al., 1999, 2002, 2003; 凌文黎等, 2006; Zheng Yongfei et al., 2007)；(2)島弧假說(Zhou Meifu et al., 2002a, 2002b, 2006; Zhou Jincheng et al., 2004; Zhao Junhong et al., 2008, 2010; Dong Yunpeng et al., 2011, 2012)。位于揚(yáng)子北緣的"漢南雜巖"發(fā)育超基性—基性—酸性一系列侵入體，出露于陜西漢中地區(qū)。其中的酸性侵入巖主要由二里壩、五堵門、祖師店等巖體構(gòu)成，巖石類型包括英云閃長巖、奧長花崗巖、花崗閃長巖(TTG)以及二長花崗巖等。與這些酸性侵入巖相伴出露有大量的輝長巖。這套侵入雜巖為探討揚(yáng)子克拉通新元古代的構(gòu)造—熱事件提供了重要依據(jù)，對理解島弧演化過程中從初始大洋島弧向成熟大陸地殼演化的歷史過程以及追溯大陸地殼的起源有著重要意義。近年來前人對漢南雜巖開展了廣泛的年代學(xué)和地球化學(xué)研究，積累了豐富的資料。值得注意的是，雜巖中酸性巖體與基性巖體的關(guān)系尚不清楚，主體侵入時代尚不十分明確。本文選擇前人甚少涉及、出露于漢南雜巖西南部、與大漢山輝長巖呈明確侵入接觸關(guān)系的祖師店巖體作為研究對象，通過鋯石U-Pb定年、地球化學(xué)特征以及鋯石Hf同位素分析和研究，并與五堵門和二里壩巖體進(jìn)行對比，討論它們的關(guān)系，分析其成因以及漢南雜巖形成的背景和構(gòu)造動力學(xué)意義。

1 地質(zhì)概況及樣品描述

圖1 漢南雜巖區(qū)域地質(zhì)簡圖(a據(jù)Dong Yunpeng et al., 2011；b據(jù)Zhao Junhong et al., 2008)Fig.1 Simplified geological map of Hannan Complex (a modified after Dong Yunpeng et al., 2011; b modified after Zhao Junhong et al., 2008)

漢南雜巖位于揚(yáng)子地塊北緣，楔入南秦嶺，東臨巴山弧，西臨龍門山推覆構(gòu)造帶及松潘—甘孜造山帶(圖1a)，出露面積約2100 km2，屬揚(yáng)子北緣中—新元古代隆起區(qū)。區(qū)內(nèi)出露的變質(zhì)地體包括古—中元古代后河雜巖、中—新元古代火地埡群以及新元古代西鄉(xiāng)群。漢南雜巖被認(rèn)為侵位于后河雜巖、火地埡群和西鄉(xiāng)群，局部被震旦系覆蓋(Gao Shan et al., 1990)。其中，后河雜巖主要分布在漢中市碑壩—馬元一帶，是揚(yáng)子北緣已知最古老的地質(zhì)體，主要由片麻巖和斜長角閃巖等組成，片麻巖具有太古宙TTG質(zhì)巖石特征(高山等, 1990)。火地埡群不整合于后河雜巖之上，其下部為變沉積巖上兩組和麻窩子組，系一套板巖和變質(zhì)礫巖、石英巖、碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖；上部鐵船山組由雙峰式變火山巖組成(Gao Shan et al., 1990)。西鄉(xiāng)群分布于漢中市西鄉(xiāng)縣一帶，主要為一套火山—沉積巖系，其形成環(huán)境及時代劃分存在較大差異，有島弧(凌文黎等, 2002)、裂谷環(huán)境(張國偉等, 1988; 徐學(xué)義等, 2001)和大陸溢流火山巖(夏林圻等, 1996)等認(rèn)識。漢南雜巖包括超基性—基性—酸性侵入巖，被認(rèn)為是從淺層到深層多次活動的侵入雜巖體(嚴(yán)陣等, 1985)。張宏飛等(1994)把巖漿侵入活動分為三個侵入階段：第一期主要形成輝長巖、輝綠巖，出露于畢機(jī)溝、望江山等地區(qū)；第二期形成具有Adakite特征的TTG巖體，構(gòu)成漢南雜巖的主體，分成二里壩、五堵門、祖師店和喜神壩等巖體。第三期為鉀長花崗巖，主要出露于喜神壩、南鄭、西鄉(xiāng)等地區(qū)。祖師店、二里壩、五堵門巖體均侵入于太古宙—中元古代變質(zhì)地層中。祖師店巖體分布于二里壩巖體的西北側(cè)，出露面積約90 km2，兩者之間由斷層相隔。祖師店巖體侵入到大漢山輝長巖巖體中；南側(cè)侵入中元古界上兩組和三灣組中；北側(cè)被新生界地層覆蓋，系一套未變質(zhì)、變形的花崗巖巖體(圖1b)，局部風(fēng)化較強(qiáng)烈。本文在湘水鎮(zhèn)以北選取具有代表性的新鮮露頭(N 32°58′24.61″，E 107°03′37.03″，H 554m)采集了一件鋯石年齡樣品和五件地球化學(xué)樣品。采集的花崗巖年齡樣品EL-1呈淡肉紅色，中—粗粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖 2a, b, c)。巖石主要由石英(25%～35%)，斜長石(45%～50%)，鉀長石(20%左右)，白云母(10%左右)，角閃石(2%左右)組成，其中斜長石呈半自形長板狀，表面多蝕變?yōu)轺[片狀絹云母；鉀長石呈半自形板狀，具有紡錘狀雙晶結(jié)構(gòu)；石英呈他形粒狀分布；角閃石呈綠色，半自形柱狀；白云母呈片狀分布。副礦物有磷灰石，鋯石等(圖2d)。根據(jù)薄片鑒定確定的礦物組合，將其定名為奧長花崗巖。

2 儀器設(shè)備和分析方法

除鋯石分選工作在河北省廊坊市區(qū)調(diào)研究所實(shí)驗(yàn)室完成以外，全巖主、微量元素(包括稀土元素)分析，鋯石前期處理工作、鋯石U-Pb同位素定年和Lu-Hf同位素測定均在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。全巖主量元素分析采用玻璃熔餅法在X熒光光譜儀(XRF, Rigaku RIX2100)上測定，分析相對誤差小于2%；全巖微量和稀土元素測試在電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)儀上測定，樣品測試中以AGV-2、BHVO-2、BCR-2、GSP-1為標(biāo)樣監(jiān)控，分析相對誤差小于5%～10%。

鋯石U-Pb定年將人工重砂分離出的鋯石顆粒隨機(jī)地固定在環(huán)氧樹脂表面并拋光。拋光后對待測鋯石進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)照相, 以幫助選定最佳的鋯石測定部位及數(shù)據(jù)解釋。鋯石U-Pb年齡和微量元素分析測定是在連接193nm深紫外ArF激光器(Geolas 2005)的Agilent 7700型ICP-MS上進(jìn)行的，激光束斑直徑為32μm，采用單點(diǎn)剝蝕方式，激光剝蝕樣品的深度為20～30μm。數(shù)據(jù)處理采用Glitter (Ver4.0)程序，年齡計算以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外標(biāo)進(jìn)行同位素比值分餾校正，元素濃度計算采用NIST610做外標(biāo)，29Si為內(nèi)標(biāo)，樣品的諧和圖、加權(quán)平均年齡計算及圖件繪制采用Isoplot軟件(Ludwig., 2003)。鋯石原位Lu-Hf同位素測定在配備了Geolas2500激光剝蝕系統(tǒng)的Nu Plasma HR多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)上完成，激光剝蝕脈沖頻率為10Hz，激光束斑直徑為44μm，剝蝕時間約50s。用n(176Lu)/n(175Lu)=0.02669和n(176Yb)/n(172Yb)=0.5886 (Chu et al., 2002)進(jìn)行校正，εHf(t)計算采用176Lu衰變常數(shù)為1.865×10-11a (Albarè et al., 2006)，球粒隕石的n(176Hf)/n(177Hf)比值為0.282785，n(176Lu)/n(177Hf)的比值為0.0336 (Bouvier et al.,2008)Hf單階段模式年齡(TDM)的計算以現(xiàn)今的虧損地幔值為參考，其n(176Hf)/n(177Hf)=0.28325，n(176Lu)/n(177Hf)=0.0384 (Griffin et al., 2000)。兩階段Hf模式年齡(TDM2)計算時，平均地殼的值采用n(176Lu)/n(177Hf)=0.015 (Rudnick and Gao, 2003)。

3 分析結(jié)果

3.1 全巖主、微量元素(包括稀土元素)分析結(jié)果

3.1.1 主量元素特征

圖3 祖師店巖體A/CNK—A/NK圖解(據(jù)Maniar et al., 1989)Fig.3 A/CNK versus A/NK plot for granitic rocks from Zushidian area (after Maniar et al., 1989)

主量元素分析結(jié)果(表1)顯示，祖師店花崗巖巖體具有高Si，富Al、Na，低K、Mg的特征。SiO2=73.18%～77.18%，平均為74.81%；Al2O3=13.29%～15.52%，平均為4.55%；Na2O =4.55%～5.49%，平均為4.98%；K2O=2.01%～3.01%，平均為2.29%；CaO=0.95%～2.05%，平均為1.57%；MgO= 0.14%～0.25%，平均為0.18%，Mg#=38～42，平均為40。Na2O高于K2O，Na2O/K2O=1.52～2.73，平均為2.24。里特曼指數(shù)σ值介于1.31～1.86之間，平均為1.67。屬于中鉀鈣堿性巖石系列。鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.04～1.17，屬于弱過鋁質(zhì)巖石(圖3)。在An—Ab—Or分類圖解中，四件樣品落入奧長花崗巖區(qū)域(圖4a)，一件落入花崗巖與奧長花崗巖交界區(qū)；Al2O3—SiO2圖解中落入高鋁TTG范圍內(nèi)(圖4b)，二里壩和五堵門巖體分別落入奧長花崗巖和奧長花崗巖—英云閃長巖—花崗閃長巖區(qū)域(數(shù)據(jù)引自Zhao Junhong et al., 2008; Dong Yunpeng et al., 2012)。在K2O—Na2O—CaO和Q—Ab—Or圖解中(圖5)，五堵門、二里壩、祖師店巖體均呈現(xiàn)貧K2O的奧長花崗巖的演化趨勢。

表1漢南地區(qū)祖師店巖體主量元素(%)和微量元素(×10-6)組成Table.1 Major (%) and trace elements (×10-6) for the rocks form Zushidian area, Hannan region

3.1.2 微量元素特征

圖4 祖師店巖、五堵門、二里壩巖體An—Ab—Or圖解(O'Connor, 1976)和祖師店巖體Al2O3—SiO2圖解(Halla et al., 2009)Fig.4 Diagram of An—Ab—Or (after O'Connor, 1976) for rocks from Zushidian，Wudumen and Erliba areas and diagram of Al2O3—SiO2 for the rocks from Zushidian area (after Halla et al., 2009)

圖5 祖師店巖、五堵門、二里壩巖體Q—Ab—Or圖解和K—Na—Ca圖解(Barker,1979)Fig.5 Diagrams of Q—Ab—Or and K—Na—Ca for the rocks from Zushidian，Wudumen and Erliba areas (after Barker,1979)TD—奧長花崗巖演化趨勢；CA—鈣堿性演化趨勢；Tdh—奧長花崗巖區(qū)域TD— Trondhjemite trend; CA— Calc-alkaline trend; Tdh— Trondhjemite area

稀土元素分析結(jié)果(表1)顯示該花崗巖稀土總含量較低(∑REE=50.5×10-6～62.5×10-6)，輕重稀土分異較明顯，LREE富集，HREE虧損，REE的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化形式呈右傾平坦型，Eu略具正異常(圖6a)。Yb=0.56×10-6～1.18×10-6，平均0.86×10-6；(La/Yb)N=7.04～14.21，平均10.82；δEu=0.98～1.24，平均1.17。

微量元素分析結(jié)果(表1)顯示，祖師店巖體具有高Sr低Y的特征(Sr=279×10-6～457×10-6；平均值371.36×10-6；Y=5.68×10-6～13.2×10-6，平均9.26×10-6)，Sr/Y=28.16～50.05，平均42.52，大離子親石元素Rb、Ba、Th明顯富集，Pb正異常，而Nb、Ta、Ti呈明顯負(fù)異常(圖6b)。

在Nb—Y、Rb—(Y+Nb)和Ta—Yb、Rb—(Yb+Ta)構(gòu)造環(huán)境判別圖解中，本文所研究的樣品(祖師店巖體)均落入火山弧花崗巖范圍內(nèi)(圖7)。在La/Yb—Th/Yb和Rb/Zr—Nb島弧成熟度圖解中，祖師店巖、五堵門、二里壩巖體均落入成熟島弧—大陸邊緣弧范圍內(nèi)(圖8; 五堵門、二里壩巖體數(shù)據(jù)引自Zhao Junhong et al., 2008; Dong Yungpeng et al., 2012)。

3.2 鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡

圖6 稀土配分模式圖和祖師店巖體微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(據(jù)Sun and Mc Donough,1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace element patterns for the rocks form Zushidian area (after Sun and Mc Donough,1989)

圖7 祖師店TTG巖體Nb—Y和Rb—(Y+Nb)、Ta—Yb和Rb—(Yb+Ta)構(gòu)造環(huán)境判別圖解(據(jù)Pearce, 1984)Fig. 7 Tectonic discrimination diagrams of Nb versus Y，Rb versus (Y+Nb)，Ta versus Yb and Rb versus (Yb+Ta) for rocks from Zushidian areas (after Pearce, 1984)WPG—板塊內(nèi)部型；Syn-COLG—同碰撞型；VAG—火山弧型；ORG—洋中脊型WPG—withinplate granites; Syn-COLG—syn-collisional granites; VAG—volcanic arc granites; ORG—oceanic ridge granites

樣品(EL-1)中鋯石呈無色透明，半自形—自形長柱狀，CL圖像顯示鋯石發(fā)光性好，可見明顯的巖漿振蕩環(huán)帶(圖9)。鋯石的Th、U含量分別為14.6×10-6～1860×10-6和31.2×10-6～1139×10-6，Th/U比值為0.27 ～2.09，平均為0.90，顯示巖漿成因鋯石的特點(diǎn)(Hoskin and Black, 2000; Belousova et al., 2002; Hoskin and Schaltegger, 2003)。對樣品EL-1中49個鋯石核部及少數(shù)邊部測點(diǎn)進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb原位分析(表2)，除了剔除的4個不諧和年齡外，大多數(shù)核部年齡集中在728±3 Ma，為該花崗巖巖體的侵位年齡，少數(shù)核部年齡集中在786±4 Ma (圖10a, b)。進(jìn)而對部分核部年齡較老的鋯石進(jìn)行鋯石邊部定年結(jié)果顯示，鋯石邊部年齡與大多數(shù)728±3 Ma年齡一致，我們認(rèn)為728±3 Ma代表了祖師店巖體的結(jié)晶年齡，而786±4 Ma的年齡可能為捕獲大漢山輝長巖的鋯石，大漢山輝長巖定年結(jié)果與此一致(據(jù)張宇昆未發(fā)表數(shù)據(jù))。

3.3 鋯石Lu-Hf 同位素

Lu-Hf同位素是在鋯石U-Pb定年的同一顆鋯石的相同部位或相同結(jié)構(gòu)的臨近部位測定的，數(shù)據(jù)分析結(jié)果見表3。n(176Hf)/n(177Hf)初始比值和εHf(t)值是根據(jù)鋯石結(jié)晶年齡，即206Pb/238U加權(quán)平均年齡計算的。所測的30個分析點(diǎn)的n(176Hf)/n(177Hf) 比值介于0.282480～0.282707。以各鋯石結(jié)晶年齡計算出鋯石n(176Hf)/n(177Hf)初始值為0.282470～0.282683，對應(yīng)的εHf(t)=+5.0～+12.2，平均值為+8.8(圖11)。計算得到鋯石單階段模式年齡(TDM1)為819～1100 Ma，平均值為961 Ma，兩階段模式年齡(TDM2)為870～1324 Ma，平均值為1094 Ma，多數(shù)集中于～1100 Ma。

4 討論

4.1 巖石成因

4.1.1 形成方式

TTG巖石指成因上有聯(lián)系的一套奧長花崗巖、英云閃長巖和花崗閃長巖巖石組合。根據(jù)TTG巖石的Al2O3含量，可分為高Al和低Al兩種類型，典型的奧長花崗巖貧K富Na和貧Fe、Mg。TTG巖套的規(guī)模在太古宙最大，但是TTG不是太古宙特有的巖石，它也出現(xiàn)在元古宙和顯生宙(吳鳴謙等, 2014)。部分學(xué)者用Adakite的成因模式來解釋TTG的成因(Defant and Drummond, 1990; Drummond et al., 1996; Martin, 1999)。TTG相比Adakite具有更高的Si含量，相對偏低的Mg、Cr、Ni含量以及Sr含量(張旗等, 2004; Condie, 2005)。本文研究的祖師店巖體Sr含量相對Adakite偏低、Mg#值較低、SiO2含量較高(平均74.81%)，Sr/Y和(La/Yb)N比值較高是Y和Yb的含量較低所導(dǎo)致的。因此，祖師店巖體屬于高鋁TTG質(zhì)巖石，并非Adakite。另外，祖師店、五堵門、二里壩巖體具有奧長花崗巖的演化趨勢(圖5)，隨標(biāo)準(zhǔn)石英分子Q的增加，Ab和Or的比值大體上保持不變，這是典型TTG組合演化趨勢的特征。這套中酸性侵入體具有從英云閃長巖向奧長花崗巖和花崗閃長巖過渡的特征(圖4a)，表明祖師店巖體與二里壩和五堵門巖體具有成因聯(lián)系。同時也反映了漢南雜巖酸性侵入體不同部位巖性變化比較復(fù)雜。

圖8 祖師店、五堵門、二里壩巖體La/Yb—Th/Yb(據(jù)Condie, 1989)和Rb/Zr—Nb(據(jù)Brown et al., 1984)島弧巖漿作用成熟度構(gòu)造圖解Fig. 8 La/Yb versus Th/Yb and Rb/Zr versus Nb tectonomagmatic diagrams of the arc maturity for Rocks from Zushidian，Wudumeng and Erliba areas(after Condie, 1989; Brown et al., 1984)

鋯石具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性和高的Lu-Hf同位素體系封閉溫度，其Lu-Hf同位素形成以后不易發(fā)生擴(kuò)散，因此鋯石Lu-Hf同位素研究近年來已成為探討地殼演化和示蹤巖漿源區(qū)的有效手段(Griffin et al., 2002; 吳福元等, 2007; 董春艷等, 2009; 王彥斌等, 2010; 劉亮等, 2011; 黃道袤等, 2012; 梁清玲等, 2013; 盧仁等, 2013; 林彬等, 2014; 李巖等, 2014)。通常談到TTG很自然地與地殼增生聯(lián)系起來。地殼生長是指直接來源于地幔的巖漿形成新生玄武質(zhì)地殼或由它結(jié)晶形成的巖石在較短的時間內(nèi)重熔形成地殼物質(zhì)的過程(Belousova et al., 2010; Hawkesworth et al., 2010)。模式年齡指巖漿從虧損地幔抽取的時間，源于古老地殼巖石部分熔融的花崗巖鋯石Hf模式年齡應(yīng)遠(yuǎn)大于其形成年齡，源于新生地殼源區(qū)的花崗巖鋯石Hf模式年齡與其形成年齡相近(吳福元等, 2007)。初始εHf(t)值指測得樣品的176Hf/177Hf與同時期球粒隕石(CHUR)的n(176Hf)/n(177Hf)值萬倍偏差，即鋯石εHf(t)<0，表明來自古老地殼、或者源區(qū)以古老地殼物質(zhì)為主體；εHf(t)>0，表明來自虧損地幔、或以虧損地幔物質(zhì)為主體(第五春榮等, 2012)。祖師店巖體兩階段模式年齡(TDM2)為871～1325Ma，主體集中于約1100Ma。鋯石n(176Hf)/n(177Hf) 初始值為0.282480～0.282707，對應(yīng)的εHf(t)=+5.0～+12.2，接近同時期虧損地幔演化線的εHf(t)值。推測祖師店巖體很可能繼承了源區(qū)的特征，指示其源巖巖漿來源于虧損地幔。根據(jù)鮑文反應(yīng)序列即玄武質(zhì)巖漿演化為安山巖—英安巖—流紋巖(對侵入巖而言輝長巖—閃長巖—花崗閃長巖—花崗巖)，但實(shí)際上玄武質(zhì)巖漿不可能連續(xù)演化為中酸性巖漿(至多能演化到安山巖)，原因有：①黏度較大的酸性巖漿很難結(jié)晶分異，尤其是SiO2含量高的花崗巖；②在野外很少有與富硅的花崗質(zhì)巖漿相伴的堆晶巖(張旗等, 2008)；③玄武質(zhì)巖漿從地幔抽取到祖師店巖體的侵入結(jié)晶，二者時間上相差了大約0.2～0.3 Ga，如何能保持其熱源而使之連續(xù)演化也是懸而未決的問題。因此，我們推測祖師店不是由來自地幔的玄武質(zhì)巖漿直接分異演化而來，而是新生的玄武質(zhì)巖石形成后不久就重熔，形成花崗巖。

4.1.2 源區(qū)特征

溫度和壓力在花崗巖的形成過程中起著至關(guān)重要的控制作用。對于溫度而言，花崗巖絕熱上升就位的過程中溫度變化慢而壓力變化較快，所以巖漿早期結(jié)晶時的溫度可以近似代表巖漿起源時的溫度(吳福元等, 2007)。本文運(yùn)用花崗巖的鋯石飽和溫度計和鋯石鈦溫度計(Watson and Harrison, 1983; Watson et al., 2006; Ferry and Watson, 2007)計算所得鋯石結(jié)晶的溫度主體為670～710℃，平均溫度分別為694℃和680℃(表4)，結(jié)果相近。推測680～694℃代表祖師店巖體巖漿起源時的溫度。對五堵門、二里壩巖體(數(shù)據(jù)引自Zhao Junhong et al., 2008; Dong Yunpeng et al., 2012)地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行鋯石飽和溫度計的計算，得出平均溫度分別為759～776℃和768℃(數(shù)據(jù)略)。Castillo (2006)總結(jié)后認(rèn)為高Sr(>300×10-6)和無負(fù)Eu異常表明源區(qū)殘留相中基本無斜長石；高Sr/Y(>20)和La/Yb(>20)、低Y(<15×10-6)和Yb(<19×10-6)均是源區(qū)殘留相中有石榴子石的特征。Rapp等(1991)的玄武巖脫水熔融試驗(yàn)表明，在0.8GPa時殘留相中不出現(xiàn)石榴子石，在1.6GPa時殘留相中出現(xiàn)石榴子石。肖龍等(2004)指出熔體中的Nb、Ta和Ti含量受殘留金紅石的控制。低溫條件下金紅石不分解，導(dǎo)致熔體強(qiáng)烈虧損這些元素。熊小林等(2005)基于金紅石1.5 GPa的最小穩(wěn)定壓力, 認(rèn)為Adakite或TTG熔體必定產(chǎn)生在大約50 km以上。Rushme等(1993)認(rèn)為石榴子石的形成導(dǎo)致熔體中Si增大，F(xiàn)e、Mg、Ca及Ti含量降低。

表2 漢南地區(qū)祖師店巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果Table.2 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating for the rocks form Zushidian area, Hannan region

注：測點(diǎn)號的前邊略去了“EL-1-”。

圖10 祖師店TTG巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖(a)及206Pb/238U加權(quán)平均年齡(b)Fig. 10 LA-ICP-MS Zircon U-Pb age Concordia diagram and 206Pb/238U weighted average age for trondhjemite from Zushidian area

圖11 漢南地區(qū)祖師店巖體εHf(t)與鋯石結(jié)晶年齡圖解(Hf球粒隕石演化線和虧損地幔演化線據(jù)Blichert-Toft and Albarede 1997; Griffin et al., 2000)Fig.11 εHf(t) values corrected to the crystallization ages of zircons for the rocks form Zushidian area, Hannan region(after Blichert-Toft and Albarede 1997; Griffin et al., 2000)

Kay和Gast(1973)以及Nakamuraet等(1989)認(rèn)為部分熔融程度低會導(dǎo)致高La含量和La/Yb比值以及高Sr/Y比值和低Y含量。據(jù)此，祖師店巖體Sr含量較高，高Sr/Y比值貧Yb和Y， Nb、Ta、Ti負(fù)異常以及Eu略具正異常，推測其源區(qū)殘留相可能為石榴子石和金紅石，無斜長石，形成深度和壓力較大，部分熔融程度相對較低。低程度的部分熔融可能反映了有流體參與，流體可能來自于俯沖板片的殘留。

綜上所述，祖師店巖體具有高Na2O/K2O比值、明顯的輕重稀土分異，富集LREE而虧損HREE，無Eu負(fù)異常，虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素，形成于高壓環(huán)境以及鋯石εHf(t)為正值，鋯石U-Pb年齡與鋯石Hf兩階段模式模式年齡較為接近等特征，指示該巖體可能是源于虧損地幔的新生玄武質(zhì)洋殼形成后不久俯沖消減，在含水條件下部分熔融形成的，該巖漿活動代表了新元古代揚(yáng)子北緣一期地殼增生事件。

表3漢南地區(qū)祖師店巖體鋯石Hf同位素組成Zircon Lu-Hf isotopic compositions for the rocks form Zushidian area, Hannan region

注：各參數(shù)計算公式見王彥斌, 2010。 其中，176Lu衰變常數(shù)λ為1.865×10-11a (Albarè et al., 2006)。

4.2 時代及構(gòu)造意義

本文所得祖師店巖體的鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡主體為728±3 Ma，個別為786±4 Ma。值得注意的是，祖師店巖體與大漢山輝長巖巖體呈侵入接觸且具不同的地球化學(xué)特征(祖師店巖體為鈣堿性系列；大漢山輝長巖為拉斑玄武質(zhì)系列)，因此，二者不是同源演化系列。786 Ma的鋯石年齡與大漢山輝長巖的成巖年齡～780 Ma(張宇昆等未發(fā)表數(shù)據(jù))在誤差范圍內(nèi)一致，且此類鋯石邊部記錄了祖師店巖體728±3 Ma的巖漿事件。另外，祖師店巖體部分786 Ma的鋯石兩階段Hf模式年齡(978 Ma～1135 Ma)與大漢山輝長巖鋯石模式年齡(張宇昆等未發(fā)表數(shù)據(jù))相同。因此，728±3 Ma代表祖師店巖體的成巖年齡；鑒于祖師店巖體侵入于大漢山輝長巖體，推測786±4 Ma的鋯石系捕獲自大漢山輝長巖中的鋯石。該結(jié)果與五堵門、二里壩巖體成巖年齡一致(Zhao Junhong et al., 2008; Dong Yunpeng et al., 2012)，表明祖師店巖體與五堵門、二里壩巖體為同一期巖漿事件的產(chǎn)物。據(jù)此，構(gòu)成漢南雜巖主體的中酸性侵入巖，即五堵門、二里壩、祖師店巖體形成于～730 Ma，均晚于大漢山輝長巖的侵位時代。

漢南雜巖反映出島弧遷移的一個歷史過程，在La/Yb—Th/Yb和Rb/Zr—Nb圖解(圖9)中祖師店、五堵門以及二里壩巖體呈現(xiàn)出由初始的洋內(nèi)島弧向成熟的陸緣弧的轉(zhuǎn)變。時間上，漢南雜巖酸性侵入體形成于718～789 Ma(凌文黎等, 2006; 趙鳳清等, 2006; Zhao Junhong et al., 2008; Dong Yunpeng et al., 2012)?；郧秩塍w形成于746～780 Ma(凌文黎等, 2001; Zhou Meifu et al., 2002a; Zhao Junhong et al., 2009; 夏林圻等, 2009; Dong Yunpeng et al., 2011)。米倉山地區(qū)酸性侵入體形成于838～863 Ma(凌文黎等, 2006; Dong Yun peng et al., 2012)，基性侵入體形成于824～857 Ma (Dong Yunpeng et al., 2012)?？臻g上，漢南雜巖和米倉山地區(qū)的巖體呈北東—南西向帶狀展布，巖體的年齡從南向北顯示由老到新的規(guī)律。上述結(jié)果反映了島弧隨時間和空間的遷移，俯沖作用先形成米倉山巖體，然后形成漢南雜巖。Thomas Bader等(2013)把勉略—碧口—漢南—米倉山一帶歸入溝—弧—盆的構(gòu)造環(huán)境。Brown(1982)系統(tǒng)討論了島弧花崗巖從不成熟島弧向成熟"大陸化"的弧的演化，當(dāng)堆積在洋殼上的火山噴發(fā)物堆積加厚到一定程度時，就可以產(chǎn)生深成作用，逐漸演變?yōu)槌墒斓膷u弧，發(fā)育鈣堿性的輝長巖、英云閃長巖、花崗閃長巖侵入體。本文所研究的祖師店巖體和前人研究的五堵門、二里壩巖體發(fā)育一套英云閃長巖—奧長花崗巖—花崗閃長巖巖石系列，很好地指示了從不成熟島弧向成熟島弧演化的過渡階段。漢南雜巖可能是在島弧遷移過程中殘留于島弧根部帶的一套雜巖巖體。

表4漢南地區(qū)祖師店巖體的鋯石飽和溫度計和鋯石Ti溫度計計算結(jié)果Table 4 Values of moyite by zircon saturation thermometer and Ti-in-zircon thermometer for the rocks form Zushidian area, Hannan region

綜上所述，漢南雜巖反映了新元古代時期(900～700 Ma)揚(yáng)子北緣島弧從南向北遷移、由初始島弧向成熟島弧演化的過程，而祖師店巖體代表了非成熟島弧向成熟島弧轉(zhuǎn)變階段的產(chǎn)物。

5 結(jié)論

(1)祖師店奧長花崗巖巖體鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示其形成年齡為728±3 Ma，結(jié)果與五堵門、二里壩巖體成巖年齡一致。推測786±4 Ma的鋯石系捕獲大漢山輝長巖中的鋯石。由此確定五堵門、二里壩和祖師店花崗質(zhì)巖石的侵位晚于大漢山輝長巖的侵位。

(2)這套低度部分熔融形成的花崗巖結(jié)晶溫度為680～694℃；主微量元素地球化學(xué)特征揭示其具有島弧花崗巖特征。推測該巖體是由新生玄武質(zhì)洋殼俯沖消減過程中在含水條件下部分熔融形成的。

(3)鋯石Hf同位素研究結(jié)果顯示εHf(t)= +5.0～+12.2，兩階段模式年齡(TDM2)主體集中于～1100 Ma，代表了新元古代揚(yáng)子北緣一期地殼增生事件。

(4)漢南雜巖中花崗質(zhì)巖石的時空關(guān)系反映島弧演化和遷移的歷史過程，祖師店巖體代表洋內(nèi)非成熟島弧向成熟島弧轉(zhuǎn)化階段的產(chǎn)物。