桐柏地區(qū)北秦嶺地體中片麻狀花崗巖的鋯石 U-Pb年齡、地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

李運(yùn)冬，張盼，何孝良，張灑

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450008)

夾持于華北陸塊與揚(yáng)子陸塊之間的秦嶺造山帶為一典型的復(fù)合型大陸造山帶，在中國大陸形成與演化史中占有突出的地位(張國偉等，2001)。該造山帶至少經(jīng)歷了新元古代、古生代和中生代3次重要的構(gòu)造巖漿事件和造山作用，特別是早古生代存在的大洋俯沖、島弧巖漿作用及弧-陸碰撞等事件(吳元保等，2013；劉曉春等，2015；DONG Y P et al.，2011)，使得對于該時期的研究尤為重要。在秦嶺造山帶中變質(zhì)級別最高的地層——秦嶺巖群中發(fā)育有較多的花崗質(zhì)巖石。其中，早古生代花崗巖占重要地位，前人已做了大量的研究，取得了一批精細(xì)年代學(xué)及地球化學(xué)資料，其主要形成于400～500 Ma，以I型花崗巖為主，部分為S型花崗巖，少量具埃達(dá)克質(zhì)巖石特征(王濤等，2009；LIU X C et al.，2011；劉丙祥，2014)。但這些研究大多集中于南襄盆地以西的東秦嶺地區(qū)，對桐柏地區(qū)侵入秦嶺巖群的花崗質(zhì)巖石研究則相對較少。筆者將桐柏地區(qū)原秦嶺巖群的花崗質(zhì)巖石解體出來，選取2個代表性的巖體進(jìn)行LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb測年，結(jié)合其地球化學(xué)特征，探討其對秦嶺巖群變質(zhì)事件年齡的限定及構(gòu)造意義，為進(jìn)一步研究秦嶺造山帶加里東期構(gòu)造巖漿演化提供了新的依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

秦嶺造山帶以鎮(zhèn)坪-松扒斷裂(商南-丹鳳斷裂)為界劃分為北秦嶺、南秦嶺構(gòu)造帶。桐柏地區(qū)北秦嶺地體寬約為3～5 km，是一個被斷裂圍限的狹長區(qū)域，秦嶺巖群為該變質(zhì)地體的主體組成部分(圖1)。以朱陽關(guān)-大河斷裂為界，其北側(cè)發(fā)育早古生代島弧或弧后盆地成因的二郎坪群(陸松年等，2003；趙姣等，2012)；以松扒斷裂為界，其南側(cè)產(chǎn)出中新元古代龜山增生雜巖。秦嶺巖群為一套中深變質(zhì)巖系，分為郭莊巖組和雁嶺溝巖組：郭莊巖組由黑云斜長片麻巖、斜長角閃片麻巖、(石墨)矽線石片麻巖、鐵鎂質(zhì)麻粒巖組成；雁嶺溝巖組以石墨大理巖、白云質(zhì)大理巖為主。這些巖石經(jīng)歷了高角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用，并在晚期經(jīng)歷了強(qiáng)烈變形作用的改造和退變質(zhì)作用。雖然對秦嶺巖群的構(gòu)造環(huán)境認(rèn)識仍存爭議，但除張國偉等(2001)認(rèn)為其來源于華北板塊外，一般認(rèn)為它是從揚(yáng)子板塊分離出的一個微陸塊，在早古生代轉(zhuǎn)變成一個大陸島弧(張本仁等，1996，1998；陸松年等，2003；HACKER B R et al.，2004；向華等，2014)。

2 巖體地質(zhì)及巖石學(xué)特征

桐柏地區(qū)北秦嶺地體中的片麻狀花崗巖呈北西—南東向帶狀展布，單個巖體寬300～500 m，最寬達(dá)2 km，長1～5 km不等，總出露面積約為20 km2，出露面積較大的有新莊片麻狀花崗巖體、保水寺片麻狀花崗巖體和喇叭溝片麻狀花崗巖體。

1.新生界；2.泥盆系南灣組；3.下古生界二郎坪群；4.下古生界歪頭山組；5.南華系肖家廟巖組；6.中新元古界龜山巖組；7.中元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組；8.中元古界秦嶺巖群郭莊巖組；9.中生代二長花崗巖；10.北秦嶺早泥盆世基性-超基性巖；11.北秦嶺早志留世花崗巖；12.北秦嶺早古生代片麻狀花崗巖；13.南秦嶺晚古生代花崗巖；14.南秦嶺新元古代花崗巖；15.元古代桐柏片麻雜巖；16.斷裂及編號：①三門峽-魯山斷裂；②欒川斷裂；③朱陽關(guān)-大河斷裂；④鎮(zhèn)平-松扒斷裂；⑤襄樊- 廣濟(jì)斷裂；⑥郯廬斷裂；17.鋯石U-Pb年齡樣品采樣位置圖1 桐柏地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Simplified geological map of the Tongbai area

新莊片麻狀花崗巖體位于北秦嶺地體北部，巖體侵入秦嶺巖群(圖2a)，主要巖性為片麻狀白云母二長花崗巖，細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，普遍具糜棱巖化(圖2b)。礦物成分主要由鉀長石、斜長石、石英和白云母組成(圖2c)。其中鉀長石為30%～35%，粒徑為0.1～1.6 mm，格子狀雙晶發(fā)育，有一定的磨圓度，呈眼球狀、透鏡體狀，強(qiáng)烈波狀消光，可見書斜現(xiàn)象。斜長石為25%～30%，粒徑為0.1～1.5 mm，強(qiáng)烈絹云母化，有一定的磨圓度，呈眼球狀、透鏡體狀，定向分布。石英為30%～35%，塑性變形強(qiáng)烈，流動現(xiàn)象明顯，具強(qiáng)烈波狀消光、亞晶粒現(xiàn)象、?；亟Y(jié)晶現(xiàn)象。白云母為2%～5%，片徑為0.05～0.9 mm，圍繞長石定向排列。副礦物為鋯石、磷灰石，次生礦物為絹云母和赤鐵礦。

保水寺片麻狀花崗巖體位于北秦嶺地體中南部，巖體侵入巖群巖群，但目前大多表現(xiàn)為與秦嶺巖群韌性剪切帶接觸(圖2d)。主要巖性為片麻狀二長花崗巖，細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，大多具有糜棱巖化，局部能見到變形的腸狀淺色脈體(圖2e)。礦物成分主要由鉀長石、斜長石、石英和少量黑云母組成(圖2f)。石英約為25%～30%，粒度為0.5～1 mm，碎裂粒狀，多壓扁拉長，無解理干凈明亮，波狀消光。斜長石約為25%，粒度為0.5～2 mm，碎裂粒狀、透鏡狀，絹云母化及土化較強(qiáng)，聚片雙晶模糊或無，見解理，定向排列，可能為鈉長石。鉀長石含量約為35%，粒度為0.5～2 mm，碎裂粒狀、透鏡狀，絹云母化及土化較弱，見格子雙晶及條紋，微斜長石、條紋長石為主，定向排列。黑云母含量約為1%～3%，細(xì)鱗片狀變晶，小于0.2 mm。副礦物為榍石、鋯石、磷灰石和金屬礦物。次生礦物為絹云母和黏土礦物。變形、變質(zhì)弱的地段可見巖石具似斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為鉀長石，粒徑為1～15 mm，含量為1%左右。在糜棱巖化較強(qiáng)的地段，巖石中常見少許石榴子石，呈他形粒狀，粒徑為0.1～1.3 mm，淺紫紅色，高正突起，均質(zhì)性。

a.新莊片麻狀花崗巖體侵入秦嶺巖群；b.新莊片麻狀花崗巖野外露頭；c.新莊片麻狀花崗巖鏡下照片(正交偏光)；d.保水寺片麻狀花崗巖體與秦嶺巖群斷層接觸；e.保水寺片麻狀花崗巖野外露頭；f.保水寺片麻狀花崗巖鏡下照片(正交偏光)； Kfs.鉀長石；Qtz. 石英；Pl.斜長石；Ser.絹云母；Ms.白云母；Hm.赤鐵礦圖2 北秦嶺地體中片麻狀花崗巖的宏觀及微觀特征圖Fig.2 Macroscopic and microscopic characteristics of the gneissic granite in North Qinling terrain

3 樣品采集與分析方法

鋯石U-Pb年齡樣品D9090-TW1采集于新莊片麻狀花崗巖體內(nèi)，采樣位置為N：32°32′2.1″，E：113°16′33.3″，樣品巖性為片麻狀白云母二長花崗巖。PM26-TW1采集于保水寺片麻狀花崗巖內(nèi)，采樣位置N：32°30′50.1″，E：113°12′54.3″，樣品巖性為花崗質(zhì)初糜棱巖。另外，8個巖石地球化學(xué)樣品采集于上述年齡樣位置和相關(guān)剖面中，盡量選擇未-弱糜棱巖化的巖石。

鋯石分選在河北區(qū)調(diào)所實(shí)驗(yàn)室完成。將原巖粉碎至所有粉末都能通過80目篩網(wǎng)后進(jìn)行淘洗，再用電磁選、重液分選等分選出鋯石單礦物。挑選裂紋少、透明度較好、干凈的鋯石顆粒制靶。樣品靶打磨拋光后，拍攝反射光、透射光和陰極發(fā)光(CL)圖像，將其作為測定時選取顆粒及其測定位置的依據(jù)。鋯石U-Pb分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所進(jìn)行，采用激光燒蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICP-MS)進(jìn)行微區(qū)原位U-Pb同位素測定。儀器配置和實(shí)驗(yàn)流程見李懷坤等(2009)。用標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1進(jìn)行U-Pb同位素分餾校正(JACKSON S E et al.，2004)，采用ICPMSDataCal程序(LIU Y S et al.，2009)和Isoplot程序(LUDWIG K R，2003)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和諧和圖繪制，應(yīng)用208Pb校正法對普通鉛進(jìn)行校正(ANDERSON T，2002)，利用NIST612玻璃標(biāo)樣作為外標(biāo)計算鋯石樣品的Pb、U、Th含量。所有測點(diǎn)的誤差均為1σ，因樣品較年輕，故采用206Pb/238U年齡，其加權(quán)平均值具95%的置信度。

常量元素、稀土元素和微量元素在國土資源部鄭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心進(jìn)行測試。常量元素采用四硼酸鋰熔片-XRF法測定，在實(shí)驗(yàn)室將樣品進(jìn)行破碎、縮分，最后過160目，將1g巖石粉末與四硼酸鋰熔融按1∶10混合，在1300℃的坩堝中熔融制成玻璃片，最后利用X射線熒光(XRF)儀器測定各種氧化物含量，分析誤差小于2%。其中，二價Fe含量采用濕化學(xué)方法測定；微量元素和稀土元素采用等離子光譜質(zhì)譜法(ICP-MS)進(jìn)行測試，采用的檢測儀器為XSERIES2電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。將所測樣的巖石粉末約0.1 g，與適量的氫氟酸(HF)和硝酸(HNO3)溶液混合后，置于高壓鋼套內(nèi)，在保溫箱中靜置24 h以上保證粉末充分溶解，最后再進(jìn)行質(zhì)譜分析，并采用SY-4及BHVO-1作為標(biāo)樣參考，稀土、微量元素分析相對誤差小于5%。各元素的具體分析方法嚴(yán)格遵照GB/T 14506-2010執(zhí)行。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年齡

新莊片麻狀花崗巖體D9090-TW1樣品挑選的鋯石呈柱狀、長柱狀，個別可見四方雙錐狀，顏色為無色、灰褐色，長度為80～150 μm，寬度約為50～100 μm，長寬比在1～1.5。陰極發(fā)光圖像(CL)顯示，所有鋯石振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)較為明顯(圖3)，沒有明顯的變質(zhì)增生邊。25個測點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示(表1)，其Tu、U含量變化分別為237×10-6～2 508×10-6和550×10-6～1 355×10-6，Th/U值為0.27～2.13，絕大部分大于0.4，顯示為巖漿成因的鋯石特征(BELOUSOVA E A et al.，2002；RUBATTO D，2002)。在鋯石U-Pb年齡諧和圖上(圖4)，25個測試數(shù)據(jù)明顯分為2組，其中第一組(1～8、12、14、18～19、21～22、24～25)共16個點(diǎn)次的206Pb/238U的年齡范圍在469～473 Ma，其206Pb/238U加權(quán)平均值為(471±2)Ma(MSWD=0.05)；第二組(9～11、13、15～17、20、23)9個點(diǎn)次的206Pb/238U的年齡范圍在425～430 Ma，其206Pb/238U加權(quán)平均值為(429±3)Ma(MSWD=0.12)。筆者認(rèn)為第一組鋯石應(yīng)該為捕獲鋯石，該組年齡與北秦嶺存在的巖漿活動時間基本一致[(二郎坪群基性火山巖年齡為463～475 Ma(趙姣等，2012)；桐柏地區(qū)侵入秦嶺巖群的瓦屋莊花崗質(zhì)巖石年齡為(476±3)Ma(LIU X C et al.，2011)]；第二組鋯石的年齡，即(429±3)Ma(MSWD=0.12)代表了新莊片麻狀花崗巖的形成年齡，該年齡與LIU X C et al.(2011)測得桐柏地區(qū)侵入秦嶺巖群的含石榴子石片麻狀花崗巖侵位年齡(428±3)Ma基本一致，應(yīng)該屬于同期巖漿活動所形成。

圖3 北秦嶺地體中片麻狀花崗巖的鋯石CL圖像及測點(diǎn)年齡圖Fig.3 CL images and dating spots of zircons from the gneissic granite in North Qinling terrain

測點(diǎn)Th(10-6)U(10-6)Th/U同位素比值同位素年齡(Ma)206Pb/238U1σ207Pb/235U1σ207Pb/206Pb1σ206Pb/238U1σ207Pb/235U1σ207Pb/206Pb1σD9090-TW1(新莊片麻狀花崗巖)11 271 7051.80 0.075 5 0.000 8 0.588 9 0.008 1 0.056 5 0.000 7 469547064742828291 072 0.77 0.076 2 0.000 7 0.592 5 0.007 7 0.056 4 0.000 7 473547264692631 494 8071.85 0.075 6 0.000 7 0.592 3 0.007 7 0.056 8 0.000 7 470547264842542 508 1 355 1.85 0.075 5 0.000 7 0.590 3 0.007 6 0.056 7 0.000 6 469547164812556625501.20 0.075 6 0.000 8 0.586 4 0.007 9 0.056 2 0.000 7 470546964612666526481.01 0.075 7 0.000 7 0.589 6 0.008 6 0.056 5 0.000 7 470547174712971 245 6232.00 0.075 8 0.000 7 0.590 7 0.008 6 0.056 5 0.000 7 471547174722981 720 8082.13 0.075 7 0.001 0 0.589 8 0.008 3 0.056 5 0.000 7 471647174722792378880.27 0.068 6 0.000 7 0.525 6 0.006 9 0.055 5 0.000 6 4284429643426104261 138 0.370.068 6 0.000 7 0.525 2 0.007 0 0.055 5 0.000 7 4284429643326111 740 1 005 1.730.068 7 0.000 7 0.526 7 0.007 8 0.055 6 0.000 7 4294430643529125985891.02 0.076 0 0.000 7 0.591 4 0.008 4 0.056 5 0.000 7 4725472747128131 835 9471.94 0.068 7 0.000 7 0.524 2 0.006 8 0.055 4 0.000 6 4284428642726141 234 8511.45 0.075 8 0.000 7 0.591 6 0.007 7 0.056 6 0.000 6 4715472647725158949580.930.069 0 0.000 7 0.525 6 0.006 8 0.055 2 0.000 7 4305429642227161 068 8421.27 0.068 7 0.000 7 0.526 4 0.007 2 0.055 6 0.000 6 4284429643526175887730.760.068 7 0.000 7 0.524 7 0.007 0 0.055 4 0.000 7 4284428642927186157660.800.075 7 0.000 7 0.588 8 0.007 9 0.056 4 0.000 7 4715470646726199566431.49 0.075 6 0.000 8 0.589 8 0.008 1 0.056 5 0.000 7 4705471647426201 180 7661.540.068 8 0.000 7 0.527 4 0.007 0 0.055 6 0.000 6 4294430643826217476011.240.075 9 0.000 7 0.590 7 0.008 2 0.056 4 0.000 7 4725471746927221 077 8391.280.075 8 0.000 7 0.588 5 0.007 7 0.056 3 0.000 6 4715470646526239131 089 0.84 0.068 1 0.000 7 0.524 8 0.007 2 0.055 9 0.000 6 4254428644925244086000.680.075 8 0.000 7 0.590 5 0.008 0 0.056 5 0.000 7 4715471647127251 618 8451.92 0.075 7 0.000 7 0.589 6 0.007 8 0.056 5 0.000 7 4715471647126PM26-TW1(保水寺片麻狀花崗巖)14062 043 0.20 0.070 9 0.000 9 0.666 3 0.008 5 0.068 2 0.000 8 441651878742321324 775 0.03 0.071 1 0.000 9 0.569 4 0.007 3 0.058 1 0.000 7 443645865332531914 006 0.05 0.071 8 0.000 9 0.653 9 0.008 4 0.066 0 0.000 7 447651178072441503 307 0.05 0.071 3 0.000 9 0.611 3 0.007 8 0.062 2 0.000 7 444648466802454614 280 0.11 0.071 6 0.000 9 0.763 0 0.010 0 0.077 2 0.000 9 446657681 128 236312 768 0.010.067 6 0.000 9 0.513 4 0.006 5 0.055 1 0.000 6 42254215416257744 305 0.02 0.071 0 0.000 9 0.540 1 0.007 1 0.055 1 0.000 6 442643964182687402 234 0.330.071 2 0.000 9 0.779 9 0.011 3 0.079 4 0.001 0 443658591 183 2692334 048 0.06 0.071 1 0.000 9 0.633 6 0.008 1 0.064 6 0.000 7 4436498676124102434 024 0.060.071 2 0.000 9 0.719 3 0.009 2 0.073 2 0.000 8 444655071 020 23

續(xù)表1

測點(diǎn)Th(10-6)U(10-6)Th/U同位素比值同位素年齡(Ma)206Pb/238U1σ207Pb/235U1σ207Pb/206Pb1σ206Pb/238U1σ207Pb/235U1σ207Pb/206Pb1σ111013 492 0.03 0.069 6 0.000 9 0.545 4 0.007 1 0.056 8 0.000 7 4345442648525121554 196 0.04 0.070 8 0.000 9 0.540 2 0.006 9 0.055 3 0.000 6 4416439642625132335 278 0.040.070 3 0.000 9 0.634 9 0.008 1 0.065 5 0.000 7 438649967902414643 079 0.020.071 3 0.000 9 0.550 1 0.007 4 0.055 9 0.000 7 4446445645027152103630.580.269 0 0.003 4 3.611 0 0.048 2 0.097 3 0.001 2 1 536 191 552 211 574 2216981 248 0.080.072 9 0.000 9 0.575 1 0.008 5 0.057 2 0.000 8 4546461749929173251 275 0.250.071 5 0.000 9 0.804 6 0.010 2 0.081 7 0.000 9 445659981 237 22181603 189 0.050.071 9 0.000 9 0.578 5 0.007 4 0.058 4 0.000 7 447646365442519911 446 0.060.073 5 0.000 9 0.570 3 0.007 9 0.056 3 0.000 7 4576458646228201241 051 0.12 0.072 1 0.000 9 0.557 3 0.007 2 0.056 1 0.000 6 449645064562521873 012 0.03 0.071 8 0.000 9 0.597 7 0.007 7 0.060 4 0.000 7 447647666172422792 419 0.030.072 1 0.000 9 0.565 4 0.008 4 0.056 9 0.000 8 4496455748730

注：測試單位：天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)室。

圖4 北秦嶺地體中片麻狀花崗巖的鋯石U-Pb諧和圖Fig.4 U-Pb concordia diagram of the zircon from the gneissic granite in North Qinling terrain

保水寺片麻狀花崗巖體PM26-TW1樣品挑選的鋯石呈柱狀、長柱狀，顏色多呈灰褐色，長度為80～150 μm，寬度約為50～100 μm，長寬比在1～2。陰極發(fā)光(CL)圖像顯示，大多鋯石振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)比較清晰(圖3)，其中6、15測點(diǎn)鋯石具明顯的變質(zhì)生長邊，為變質(zhì)鋯石。6號測點(diǎn)的422 Ma年齡應(yīng)該為變質(zhì)年齡，15號測點(diǎn)的1 574 Ma年齡應(yīng)該為繼承性鋯石年齡。其余20個測點(diǎn)結(jié)果的顯示(表1)，其Th含量為74×10-6～406×10-6；U含量比較高，在1 051×10-6～4 775×10-6；Th/U值大多小于0.1，部分在0.11～0.58。20個測點(diǎn)的206Pb/238U測年結(jié)果在434～457 Ma。綜合鋯石形態(tài)判斷，應(yīng)均為巖漿鋯石。在諧和圖上，下交點(diǎn)為(443±5)Ma(MSWD=1.90)，扣除偏離諧和線較遠(yuǎn)的5、8、10、17外，其余16個點(diǎn)的加權(quán)平均值為(445±3)Ma(MSWD=1.02)，該值與下交點(diǎn)年齡在誤差范圍內(nèi)，代表了保水寺片麻狀花崗巖的形成年齡。新莊和保水寺片麻狀花崗巖體均形成于志留紀(jì)。

4.2 巖石地球化學(xué)特征

4.2.1 常量元素

新莊和保水寺片麻狀花崗巖體的常量元素、稀土及微量元素分析結(jié)果見表2。新莊片麻狀花崗巖具有較高的SiO2(73.12%～76.06%)和Al2O3含量(13.71%～15.24%)，較低的MgO(0.25%～0.60%)和TFe2O3含量(0.90%～2.29%)，Mg#在30.11～46.92，在TAS圖解中落入花崗巖區(qū)域(圖5)；鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.09～1.43，通過CIPW計算的C(剛玉)含量為1.21%～4.69%，屬于強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖(圖6a)； K2O+Na2O含量為6.24%～7.58%，K2O/Na2O為0.90～1.76，相對富鉀貧鈉；里特曼指數(shù)σ為1.17～1.89，均小于2。在SiO2-K2O判別圖解中(圖6b)，樣點(diǎn)投于鈣堿性和高鉀鈣堿性區(qū)域內(nèi)。結(jié)合其主要巖性為片麻狀白云母二長花崗巖，故認(rèn)為新莊片麻狀花崗巖為強(qiáng)過鋁質(zhì)S型花崗巖，屬于高鉀鈣堿性系列。

保水寺片麻狀花崗巖也具有較高的SiO2(70.82%～74.00%)和Al2O3含量(14.18%～15.30%)，較低的MgO(0.27%～0.50%)和TFe2O3含量(0.53%～1.15%)。在TAS圖解中落入花崗巖區(qū)域(圖5)。K2O+Na2O含量為8.13%～8.97%，K2O/Na2O為0.96～1.56，相對富鉀貧鈉。在SiO2-K2O判別圖解中(圖6b)，樣點(diǎn)投于高鉀鈣堿性和鉀玄巖區(qū)域內(nèi)。相對于新莊片麻狀花崗巖，保水寺片麻狀花崗巖具更低的Mg#(42.66～56.17)、更高的里特曼指數(shù)σ(2.24～2.86)，相對較低的鋁飽和指數(shù)A/CNK(1.03～1.19)，為弱過鋁質(zhì)I型花崗巖，屬于高鉀鈣堿性系列(圖6a)。部分樣品A/CNK>1.1可能與糜棱巖化后產(chǎn)生的少許石榴子石有關(guān)。

圖5 北秦嶺地體中片麻狀花崗巖的TAS圖解(底圖據(jù)MAITRE R W L，1989)Fig.5 TAS classification diagram for the gneissic granite in North Qinling terrain

(圖例同圖5)圖6 (a)北秦嶺地體中片麻狀花崗巖的A/CNK-A/NK圖解(底圖據(jù)MANIAR P et al.，1989)和(b)SiO2-K2O圖解(底圖據(jù)PECCERILLO A et al.，1976)Fig.6 (a)A/CNK-A/NK diagram and (b)SiO2-K2O diagram for the gneissic granite in North Qinling terrain

樣號新莊片麻狀花崗巖保水寺片麻狀花崗巖D9026PM50/4PK-11*039-YQ2*PM26/1PM26/2PM26/3PM27/1SiO273.1276.0673.1472.6472.4073.0270.8274.00TiO20.150.150.200.150.200.150.240.13Al2O315.2413.9414.4913.7115.2615.0015.3014.18Fe2O30.710.790.990.890.860.260.670.10FeO0.400.100.321.260.260.390.260.39MnO0.030.050.020.100.000.020.010.01MgO0.250.330.600.500.430.270.500.34CaO0.490.691.181.971.151.571.030.96Na2O2.753.203.523.423.304.383.623.34K2O4.833.043.563.084.834.185.355.20P2O50.040.020.030.050.040.040.080.05H2O+1.651.02——1.220.191.090.78LOSS1.581.111.311.651.320.211.451.09∑99.6599.3899.3699.4299.9599.4698.9799.46A/CNK1.431.421.231.091.191.031.121.10A/NK1.561.631.501.531.431.281.301.28σ1.891.171.661.422.242.432.862.34Mg#30.1142.2846.9230.2042.6643.4751.1456.17R12 7873 2462 8062 9062 5192 3252 1972 542R2371370449516449479445403Rb199.0091.6058.00147.30138.30151.8087.35Ba986.001 533.001 170.00924.10644.201 261.50906.80Th16.9018.9021.5025.9310.3331.7332.92U3.289.161.584.211.793.261.40Ta1.210.490.800.340.200.570.15Nb8.994.395.907.707.6511.554.38Sr237.0095.10150.00322.40368.00357.70306.90Zr102.0064.7098.00125.9070.90158.40157.80Hf3.270.992.803.482.044.124.31Ga20.2021.00—21.4622.5822.0313.13Cr3.6413.702.0013.398.3933.347.06La25.9037.5036.0040.4215.3760.5247.12Ce42.1064.5062.0072.5029.2488.3475.76Pr4.726.648.107.523.2212.088.24Nd15.4021.9031.0024.4711.2440.2525.81Sm2.473.395.003.841.996.493.21Eu0.470.790.710.710.471.420.52

續(xù)表2

樣號新莊片麻狀花崗巖保水寺片麻狀花崗巖D9026PM50/4PK-11*039-YQ2*PM26/1PM26/2PM26/3PM27/1Gd2.053.793.703.381.585.723.25Tb0.270.500.550.310.150.620.25Dy1.172.843.100.890.442.380.62Ho0.210.630.400.120.060.400.09Er0.572.011.200.380.211.200.34Tm0.090.380.170.040.020.160.03Yb0.632.781.100.230.130.990.20Lu0.100.480.170.040.020.150.03Y5.7017.706.333.101.7910.632.42∑REE101.90165.80159.50157.9065.92231.30167.90LREE91.06134.70142.80149.5061.52209.10160.70HREE5.0913.4110.395.382.6111.614.81LREE/HREE17.8910.0513.7427.8023.5718.0133.42(La/Yb)N29.499.6823.48127.7088.2043.98169.00(La/Sm)N6.777.144.656.795.006.029.48(Gd/Yb)N2.691.132.7812.2710.464.7813.42δEu0.620.670.480.590.780.700.49δCe0.870.920.850.950.970.760.87

注：測試單位：國土資源部鄭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心。*數(shù)據(jù)來源于桐柏縣幅1∶5萬區(qū)調(diào)報告(張宗恒等，1994)。

4.2.2 稀土、微量元素

新莊片麻狀花崗巖的稀土總量(含Y)較低，∑REE=101.85×10-6～165.83×10-6，LREE=91.06×10-6～142.81×10-6，HREE=5.09×10-6～10.39×10-6。LREE相對富集，HREE相對虧損，LREE/HREE=10.05～17.89。(La/Yb)N=9.68～29.49，(La/Sm)N=4.65～7.14，(Gd/Yb)N=1.13～2.78，表明輕稀土分餾較強(qiáng)，重稀土分餾程度較弱。Eu負(fù)異常中等，δEu=0.48～0.67。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖中(圖7)，大體表現(xiàn)為向右傾斜較為平坦的曲線。巖石富集大離子親石元素(LILE)Rb、Ba、Th、U、K，虧損高場強(qiáng)元素(HFSE)Nb、Ta及P、Ti。在微量元素蛛網(wǎng)圖(圖8)中，各樣品具有較為一致的配分模式，右側(cè)Y、Yb、Lu三元素較平坦，具典型的上部大陸地殼的微量元素分布特征(趙如意等，2014)。稀土元素及微量元素的特點(diǎn)與北秦嶺的加里東期安吉平、土崗S型花崗巖相似(劉丙祥，2014)。

保水寺片麻狀花崗巖的稀土總量(含Y)也較低，∑REE=65.92×10-6～231.34×10-6， LREE=61.52×10-6～209.10×10-6，HREE=2.61×10-6～11.61×10-6。LREE強(qiáng)烈富集，HREE強(qiáng)烈虧損，LREE/HREE=18.01～33.42。(La/Yb)N=43.98～127.72，(La/Sm)N=5.00～9.48，(Gd/Yb)N=4.78～13.42，表明輕重稀土發(fā)生了強(qiáng)烈的分餾較強(qiáng)。Eu負(fù)異常中等，δEu=0.49～0.78。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖中(圖7)，大體表現(xiàn)為向右陡傾的曲線，同時表現(xiàn)出了高分異I型花崗巖的四組分特點(diǎn)，個別樣品則具S型花崗巖特征。

圖7 北秦嶺地體中片麻狀花崗巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化 REE配分模式圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)SUN S S et al.，1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE pattern of the gneissic granite in North Qinling terrain

圖8 北秦嶺地體中片麻狀花崗巖的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化 微量元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)SUN S S et al.，1989)Fig.8 PM-normalised incompatible element spider pattern of the gneissic granite in North Qinling terrain

微量元素方面，富集大離子親石元素(LILE)Rb、Ba、Th、U、K，虧損高場強(qiáng)元素(HFSE)Nb、Ta及P、Ti的特點(diǎn)(圖8)與新莊片麻狀花崗巖大體相同，但Y、Yb、Lu重稀土明顯虧損的特點(diǎn)又不同于后者，具島弧花崗巖的特征更為明顯。Sr含量為322.40×10-6～368.00×10-6，Y含量為1.79×10-6～10.63×10-6，Sr/Y=33.65～206.05，表現(xiàn)出高Sr低Y的特點(diǎn)，兼具有加厚下地殼成因的埃達(dá)克巖的特征(張旗等，2006)，與北秦嶺東部的棗園、黃柏岔巖體相似(劉丙祥，2014)。

5 討論

5.1 對秦嶺巖群變質(zhì)事件年齡的限定

桐柏地區(qū)秦嶺巖群在加里東期先后發(fā)生了麻粒巖相變質(zhì)作用和角閃巖相退變質(zhì)作用。前人通過不同的測試方法測定秦嶺巖群中的鎂鐵質(zhì)(或長英質(zhì))麻粒巖形成時代來判斷變質(zhì)作用時限，或通過侵入該巖群的未發(fā)生麻粒巖相變質(zhì)的侵入巖體或巖脈來限定變質(zhì)作用發(fā)生的時間下限。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為秦嶺巖群發(fā)生麻粒巖相變質(zhì)作用在445～424 Ma左右，個別學(xué)者認(rèn)為麻粒巖相峰期變質(zhì)作用在～498 Ma左右，而關(guān)于角閃巖相退變質(zhì)作用則有～472Ma、～432 Ma兩種認(rèn)識(表3)。

20世紀(jì)90年代研究主要采用單顆粒鋯石207Pb/206Pb蒸發(fā)法，但由于缺少鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的制約，其數(shù)據(jù)可靠性有待增強(qiáng)。向華等(2009)對鎂鐵質(zhì)麻粒巖變質(zhì)鋯石進(jìn)行研究，認(rèn)為麻粒巖的峰期變質(zhì)年齡在445～430 Ma，并進(jìn)一步劃分了麻粒巖相初始變質(zhì)(443 Ma)—峰期變質(zhì)(432 Ma)—角閃巖相變質(zhì)(419 Ma)—綠片巖相變質(zhì)(400 Ma)4個變質(zhì)階段(XIANG H et al.，2012)。WANG H et al.(2011)則認(rèn)為在424～438 Ma同時發(fā)生了麻粒巖相變質(zhì)和巖漿侵入作用。LIU X C et al.(2011)通過對含石榴子石鎂鐵質(zhì)麻粒巖和副片麻巖的變質(zhì)鋯石SHRIMP定年研究，認(rèn)為麻粒巖相變質(zhì)作用可能在440～430 Ma，約420 Ma的峰值為峰期變質(zhì)之后的冷卻年齡。

由于秦嶺巖群遭受了多期構(gòu)造-熱事件影響，其鋯石很可能產(chǎn)生多次變質(zhì)，鋯石同位素體系可能發(fā)生重啟改造，利用變質(zhì)鋯石的年齡來確定不同變質(zhì)相的時間很可能產(chǎn)生誤判。本次研究采用不同地質(zhì)體的先后關(guān)系來研究相關(guān)變質(zhì)時限。區(qū)內(nèi)麻粒巖僅見于秦嶺巖群的黑云斜長片麻巖(副變質(zhì))中，在本次研究的片麻狀花崗巖中并未見到麻粒巖，且這些花崗巖的礦物組合也說明其均未經(jīng)歷麻粒巖相變質(zhì)作用，形成于秦嶺巖群發(fā)生麻粒巖相變質(zhì)作用之后；與區(qū)域構(gòu)造一致的片麻理的存在及普遍具糜棱巖化則進(jìn)一步說明巖石經(jīng)歷了角閃巖相變質(zhì)及強(qiáng)烈剪切變形。本次測得保水寺巖體和新莊片麻狀花崗巖體的侵位年齡分別為445 Ma、429 Ma左右，說明麻粒巖相變質(zhì)作用應(yīng)早于445 Ma。另外，侵入秦嶺巖群形成于430 Ma左右的堿性巖脈也未發(fā)生麻粒巖相變質(zhì)(曲瑋等，2013)，瓦屋莊附近緊鄰麻粒巖的花崗閃長質(zhì)片麻巖形成于476 Ma，常灣附近侵入秦嶺巖群的花崗質(zhì)糜棱巖形成于488 Ma，其巖石也只僅經(jīng)歷了角閃巖相變質(zhì)作用(LIU X C et al.2011)。也就說明，桐柏地區(qū)秦嶺巖群麻粒巖相變質(zhì)作用應(yīng)該發(fā)生于488 Ma之前。任留東等(2016)獲得的長英質(zhì)麻粒巖中較集中的鋯石年齡(498.0±4.8)Ma，可能代表了麻粒巖相峰期變質(zhì)年齡。據(jù)此，筆者認(rèn)為桐柏地區(qū)秦嶺巖群麻粒巖相變質(zhì)時限為498～488 Ma，角閃巖相退變質(zhì)時限在488～428 Ma，區(qū)域糜棱巖化作用很明顯發(fā)生在428 Ma之后。當(dāng)然，這些時間限定主要是通過有關(guān)巖體年齡及與圍巖的接觸關(guān)系來討論的，更確切的時限應(yīng)根據(jù)變質(zhì)礦物組合來直接限定，需作進(jìn)一步研究。

表3 桐柏地區(qū)秦嶺巖群變質(zhì)作用研究情況表Tab.3 Metamorphism research of Qinling group-complex in Tongbai area

5.2 構(gòu)造意義

區(qū)域資料顯示，秦嶺造山帶在早古生代時期發(fā)生了大洋俯沖、島弧增生及弧陸碰撞事件(張國偉等，2001；劉曉春等，2015)。古特提斯洋(商丹洋)向北俯沖及其后的碰撞過程中，在北秦嶺產(chǎn)生了數(shù)量眾多的花崗巖，記錄了相關(guān)事件過程。王濤等(2009)通過研究，對于北秦嶺早古生代花崗巖的演化劃分為3個階段(分別為505～470 Ma、450～422 Ma、415～400 Ma)：第一階段以I型花崗巖為主，形成于板塊俯沖背景；第二階段發(fā)育I型花崗巖(如板山坪、小王澗)，顯示出明顯的火山弧花崗巖特征，部分花崗巖具有高Sr低Y的特點(diǎn)(灰池子巖體)，形成于塊體碰撞擠出略后的抬升環(huán)境；第三階段以I型花崗巖為主，略偏中性，形成于碰撞晚期階段。劉丙祥(2014)將豫西地區(qū)北秦嶺加里東期侵入巖劃分了跟上述差不多的3個階段(～487 Ma、～450 Ma、～417 Ma)，分別對應(yīng)區(qū)內(nèi)高壓-超高壓峰期變質(zhì)作用和兩次地體抬升事件，并將第二階段細(xì)分為I型(～460 Ma，加厚下地殼部分熔融)、I-S型(～450 Ma，兼具俯沖和碰撞特點(diǎn))、I型(～440 Ma，消減源區(qū)部分熔融)和S型(～430 Ma，擠壓碰撞)。

在桐柏地區(qū)北秦嶺也存在與上述三階段差不多的早古生代巖漿活動：瓦屋莊—新莊花崗閃長質(zhì)—花崗質(zhì)片麻巖476～488 Ma(LIU X C et al.，2011)；本次花崗質(zhì)片麻巖445～428 Ma、桃園巖體430 Ma左右(江思宏等，2009)、柳樹莊基性巖405～414 Ma，說明桐柏地區(qū)加里東期巖漿活動與區(qū)域上東秦嶺地區(qū)巖漿活動總體保持一致，但桐柏地區(qū)并不存在500 Ma作用的高壓/超高壓變質(zhì)事件(劉曉春等，2015)，說明在加里東期桐柏地區(qū)北秦嶺與豫西北秦嶺的同期侵入巖的形成過程略有差異。本次研究的保水寺和新莊片麻狀花崗巖體均處于前人總結(jié)的第二階段巖漿活動。

形成于445 Ma的保水寺片麻狀花崗巖體主要為弱過鋁的I型花崗巖，Nb、Ta、P和Ti的虧損，總體顯示其具火山弧花崗巖的特征，高Sr低Y的特點(diǎn)顯示其兼具有加厚下地殼成因的埃達(dá)克巖的特征，說明其形成于島弧環(huán)境，與古特提斯洋(商丹洋)的向北俯沖有關(guān)。形成于428 Ma左右的新莊片麻狀花崗巖體為高鉀鈣堿性的強(qiáng)過鋁質(zhì)S型花崗巖，富集大離子親石元素Rb、Ba、Th、U、K，虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta及P、Ti，重稀土相對平坦且分異不明顯，顯示擠壓碰撞成因的S型花崗巖特征(劉丙祥，2014)，說明新莊巖體形成于碰撞環(huán)境，與該時期發(fā)生的弧-陸碰撞事件有關(guān)，即在古生代末秦嶺大陸弧和二郎坪洋內(nèi)弧與華北陸塊南緣發(fā)生的碰撞事件。

根據(jù)現(xiàn)有資料，筆者總結(jié)保水寺巖體和新莊巖體的形成過程大致如下：古特提斯洋(商丹洋)向北俯沖引發(fā)大規(guī)模大陸-弧巖漿作用，使北秦嶺微陸塊轉(zhuǎn)變成大陸弧，在華北陸塊南緣與秦嶺微陸塊(弧)之間形成二郎坪弧后盆地或洋內(nèi)弧(馮勝斌等，2007；王浩，2014)。在俯沖的過程中，秦嶺微陸塊(弧)地殼不斷加厚，從而造成了約445 Ma左右具島弧特征的保水寺巖體侵位。隨著俯沖作用的持續(xù)進(jìn)行，約440～420 Ma(劉曉春等，2015)，秦嶺大陸弧和二郎坪洋內(nèi)弧與華北陸塊南緣發(fā)生碰撞，北部大洋關(guān)閉，引發(fā)新一輪的巖漿作用。約428 Ma具S型花崗巖特征的新莊巖體的形成，則主要與這次弧-陸碰撞事件有關(guān)系。如此，在增生的華北陸塊南緣形成一個新的安第斯型活動大陸邊緣(曲瑋等，2013；LIU X C et al.，2013)。

6 結(jié)論

(1)桐柏地區(qū)北秦嶺地體中新莊片麻狀花崗巖體的主要巖性為片麻狀白云母二長花崗巖，LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb測年的206Pb/238U加權(quán)平均值為(429±3)Ma(MSWD=0.12，n=9)代表其的形成年齡；保水寺片麻狀花崗巖體的主要巖性為片麻狀二長花崗巖，LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb測年的206Pb/238U加權(quán)平均值為(445±3)Ma(MSWD=1.02，n=16)代表其形成年齡。兩者均形成于志留紀(jì)。

(2)新莊和保水寺片麻狀花崗巖均具有高硅、高鋁、低鎂、低鐵的特點(diǎn)；稀土元素總量較低，LREE相對富集，HREE相對虧損，Eu負(fù)異常中等；富集大離子親石元素Rb、Ba、U，虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta及P、Ti。新莊片麻狀花崗巖為強(qiáng)過鋁質(zhì)S型花崗巖；保水寺片麻狀花崗巖為弱過鋁質(zhì)I型花崗巖，重稀土元素Y、Yb、Lu明顯虧損。

(3)根據(jù)有關(guān)巖體的形成年齡及與圍巖的接觸關(guān)系，限定了桐柏地區(qū)秦嶺巖群麻粒巖相變質(zhì)時限為498～488 Ma，角閃巖相退變質(zhì)時限在488～428 Ma，區(qū)域糜棱巖化作用發(fā)生在428 Ma之后。

(4)保水寺片麻狀花崗巖體形成于島弧環(huán)境，其形成與古特提斯洋(商丹洋)的向北俯沖有關(guān)；新莊片麻狀花崗巖體形成于碰撞環(huán)境，其形成與桐柏地區(qū)早古生代末發(fā)生的弧陸碰撞事件有關(guān)。

致謝：本文在撰寫的過程中得到中國地質(zhì)科學(xué)院劉曉春研究員的指導(dǎo)，鋯石測試得到天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)室王家松的幫助，修改過程中得到審稿專家的指點(diǎn)，在此表示衷心感謝。