揚(yáng)子板塊西北緣碧口微地塊新元古代大陸弧巖漿作用：來(lái)自鋯石U-Pb年代學(xué)、Hf同位素和地球化學(xué)證據(jù)

秦 利，裴先治,2*，李佐臣,2，李瑞保,2，裴 磊,2，劉成軍,2，周 海,2，王 盟,2，趙少偉,2，陳有炘,2，高 峰,2

(1. 長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；2. 長(zhǎng)安大學(xué) 西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054)

0 引 言

中新元古代羅迪尼亞(Rodinia)超大陸的聚合和裂解事件一直是當(dāng)前地球科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。近年來(lái)，揚(yáng)子板塊西北緣廣泛發(fā)育的新元古代巖漿巖被認(rèn)為和Rodinia超大陸的聚合和裂解事件密切相關(guān)[1]。深入了解該地區(qū)新元古代構(gòu)造演化過(guò)程，對(duì)進(jìn)一步約束該超大陸的裂解機(jī)制具有重要意義。碧口微地塊位于揚(yáng)子板塊西北緣，是松潘—甘孜造山帶、秦嶺造山帶和揚(yáng)子板塊的匯聚場(chǎng)所，具有十分復(fù)雜的拼合歷史，是研究中國(guó)大地構(gòu)造的熱點(diǎn)地區(qū)[1-2]。長(zhǎng)期以來(lái)，碧口微地塊以其復(fù)雜的地質(zhì)特征和構(gòu)造演化歷史而備受關(guān)注[3-9]。目前的研究表明，碧口微地塊經(jīng)歷了新元古代早期Rodinia超大陸背景下的揚(yáng)子板塊北緣局部裂解、洋盆開(kāi)啟(>840 Ma)[10]及洋殼俯沖(約810 Ma)[11-12]，之后又經(jīng)歷了新元古代晚期—早古生代穩(wěn)定的陸內(nèi)伸展裂陷階段[13-14]，隨后于印支期在康縣—略陽(yáng)—勉縣地區(qū)發(fā)生自南向北的強(qiáng)烈陸內(nèi)俯沖造山作用，并對(duì)碧口微地塊(尤其南、北邊界)進(jìn)行再次構(gòu)造改造，終成現(xiàn)今之主導(dǎo)構(gòu)造格架[15-16]。

該區(qū)廣泛發(fā)育的中酸性巖漿巖和超基性—基性侵入體、巖脈等是研究揚(yáng)子板塊西北緣構(gòu)造演化的“天然窗口”。以往的研究工作主要限于碧口火山巖系，并對(duì)其形成的地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制尚存在爭(zhēng)議[3,6,17-23]；而對(duì)碧口微地塊深部地殼性質(zhì)了解甚少，這可能為碧口微地塊的地球動(dòng)力學(xué)背景提供新的重要約束。近年來(lái)，揚(yáng)子板塊西北緣碧口微地塊發(fā)現(xiàn)的若干花崗巖類(lèi)深成巖體，是揭示碧口微地塊深部地殼性質(zhì)和地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制的“探針”和“窗口”[24]。對(duì)碧口微地塊新元古代花崗閃長(zhǎng)巖的研究，尤其是形成時(shí)代和構(gòu)造環(huán)境的研究，可以限定碧口微陸塊新元古代的構(gòu)造屬性。

二里壩花崗閃長(zhǎng)巖出露于揚(yáng)子板塊西北緣碧口微地塊東部勉略寧地區(qū)[圖1(a)]，以往地質(zhì)調(diào)查工作根據(jù)野外接觸關(guān)系將其時(shí)代厘定為新元古代，但其確切的成巖時(shí)代、巖石成因和巖體形成的構(gòu)造背景尚缺乏深入研究?；诖耍疚倪x擇二里壩花崗閃長(zhǎng)巖進(jìn)行了巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素研究，在結(jié)合前人研究成果的基礎(chǔ)上，探討其形成時(shí)代和構(gòu)造背景，并為揚(yáng)子板塊西北緣新元古代的構(gòu)造演化和Rodinia超大陸裂解機(jī)制提供新的有效制約。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

圖(a)引自文獻(xiàn)[26]，圖(b)引自文獻(xiàn)[27],有所修改圖1 揚(yáng)子板塊西北緣碧口微地塊大地構(gòu)造背景及二里壩花崗閃長(zhǎng)巖地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geotectonic Background of Bikou Micro-block and Geological Sketch Maps of Erliba Granodiorite in the Northwestern Margin of Yangtze Plate

位于揚(yáng)子板塊西北緣的碧口微地塊，其北側(cè)與秦嶺造山帶以近EW向勉略構(gòu)造混雜巖帶為界，西側(cè)與松潘—甘孜造山帶以南北向岷山—虎崖斷裂為界，南側(cè)與龍門(mén)山構(gòu)造帶以NE—SW向展布的青川—陽(yáng)平關(guān)斷裂為界，整體呈三角楔形向東構(gòu)造尖滅[圖1(a)][25]。碧口微地塊內(nèi)出露的最古老構(gòu)造巖石地層單位為新太古代魚(yú)洞子巖群，為一套深變質(zhì)、強(qiáng)變形的變質(zhì)巖石組合，主要由片麻巖和少量斜長(zhǎng)角閃巖組成，是古老變質(zhì)基底巖系的代表；略陽(yáng)地區(qū)魚(yú)洞子巖群新太古代奧長(zhǎng)花崗巖-英云閃長(zhǎng)巖-花崗閃長(zhǎng)巖(TTG)質(zhì)花崗質(zhì)片麻巖的形成時(shí)代為2 815～2 449 Ma[28-30]。碧口微地塊內(nèi)出露的巖石地層單位主體為南部的碧口群和北部的橫丹群，兩者以楓相院—銅錢(qián)壩斷裂帶/韌性剪切帶為界。碧口群為一套淺變質(zhì)的海相火山-沉積巖系，橫丹群為一套淺變質(zhì)的濁積巖系，是碧口島弧的弧前盆地沉積。南華系—震旦系沉積蓋層以構(gòu)造接觸關(guān)系覆蓋在碧口群之上。碧口微地塊內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，主體構(gòu)造變形強(qiáng)烈，呈NE向和NNE向延伸，變質(zhì)程度較淺，整體為低綠片巖相區(qū)域變質(zhì)。

碧口微地塊內(nèi)部侵入巖較發(fā)育，按照其形成時(shí)代可以劃分為新元古代和印支期兩期。新元古代侵入巖主要有白雀寺基性—中酸性雜巖體、硤口驛輝長(zhǎng)巖、銅廠閃長(zhǎng)巖、坪頭山閃長(zhǎng)巖和關(guān)口埡閃長(zhǎng)巖等，其形成時(shí)代為884～815 Ma[31-34]；印支期侵入巖有南一里花崗巖、鷹嘴山花崗巖和陽(yáng)壩花崗巖等，其形成時(shí)代為223～206 Ma[35-36]。本文主要對(duì)碧口微地塊東部勉略寧地區(qū)出露的二里壩花崗閃長(zhǎng)巖進(jìn)行研究[圖1(b)]。

2 巖體地質(zhì)與巖石學(xué)特征

研究區(qū)位于碧口微地塊東段勉略寧三角區(qū)[圖1(b)]，區(qū)內(nèi)出露的地層主體為新元古界碧口群火山巖系。其在南、北兩側(cè)出露下震旦統(tǒng)陡山沱組(Z1d)及上震旦統(tǒng)燈影組(Z2dn)碳酸鹽巖，在西側(cè)出露下泥盆統(tǒng)踏坡組(D1t)淺變質(zhì)粗碎屑巖，構(gòu)成區(qū)內(nèi)沉積蓋層。其東南側(cè)新元古代黑木林超基性巖和硤口驛輝長(zhǎng)巖呈NE—NNE向展布。

二里壩花崗閃長(zhǎng)巖出露于陜西省略陽(yáng)縣麻柳鋪斷裂以南的二里壩地區(qū)。巖體南北寬為6～7 km，東西長(zhǎng)為5～9 km，出露面積約為25 km2。巖體西側(cè)和北側(cè)侵位于新元古代碧口群火山巖系中，南側(cè)和東側(cè)與震旦系沉積蓋層為構(gòu)造接觸關(guān)系。受晉寧期南北向擠壓作用影響，區(qū)域構(gòu)造線以EW向和NW—SE向?yàn)橹鳌?/p>

二里壩花崗閃長(zhǎng)巖巖性為中細(xì)?；◢忛W長(zhǎng)巖，巖石風(fēng)化面為灰色，新鮮面為淺灰綠色，具中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造，礦物粒度為0.5～2.5 mm，主要礦物成分有斜長(zhǎng)石(體積分?jǐn)?shù)為50%～55%)、石英(20%～25%)、角閃石(10%左右)、堿性長(zhǎng)石(10%～15%)及少量黑云母(5%)，副礦物有鋯石、磷灰石、磁鐵礦等。斜長(zhǎng)石在顯微鏡下鈉黝簾石化蝕變較為明顯，呈半自形板柱狀，粒度為0.5～2.0 mm[圖2(c)]；石英呈他形粒狀，粒度為0.5～1.0 mm，主要呈填隙狀分布于長(zhǎng)石粒間，具波狀消光；角閃石為普通角閃石，粒度為0.5～1.0 mm，呈綠色，多色性明顯[圖2(d)]；黑云母常發(fā)生綠泥石化。

3 樣品采集與分析方法

3.1 樣品采集

在野外樣品采集過(guò)程中，對(duì)二里壩花崗閃長(zhǎng)巖出露的新鮮面進(jìn)行了多點(diǎn)采樣，共采集7件巖石地球化學(xué)樣品和2件同位素年齡樣品。同位素年齡樣品ML1156/1和ML1156/3均為細(xì)?；◢忛W長(zhǎng)巖，采樣點(diǎn)地理坐標(biāo)分別為(33°11′15″N，106°14′08″E)、(33°11′15″N，106°14′07″E)。

3.2 巖石地球化學(xué)分析

將樣品粉碎至200目后，全巖主量、稀土和微量元素分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。TFe2O3含量和燒失量(LOI)采用濕法化學(xué)法分析，其他主量元素含量利用堿熔玻璃片在日本理學(xué)RIX2100X熒光光譜儀(XRF)上測(cè)定，分析相對(duì)誤差一般小于2%。微量元素分析在美國(guó)Perkin Elmer公司Elan6100DRC型電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)儀上進(jìn)行，分析精度一般優(yōu)于2%～5%。

3.3 鋯石U-Pb定年

用于鋯石U-Pb年代學(xué)研究的樣品由西安瑞石地質(zhì)科技有限公司完成鋯石分選、制樣和陰極發(fā)光(CL)圖像采集工作。鋯石原位U-Pb定年在北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室激光剝蝕-電感耦合等離子質(zhì)譜(LA-ICP-MS)儀上完成，并根據(jù)鋯石反射光、透射光照片和陰極發(fā)光圖像選擇合適的測(cè)年晶域，再利用193 nm激光器對(duì)鋯石進(jìn)行剝蝕，激光剝蝕斑束直徑為30 μm，以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外部鋯石年齡標(biāo)準(zhǔn)，元素含量以SRM610作為外標(biāo)、29Si作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行校正。樣品的同位素比值和元素含量數(shù)據(jù)采用ICPMSDateCal程序[37-38]和Isoplot 3.00[39]進(jìn)行處理，利用208Pb校正法對(duì)普通鉛進(jìn)行校正。

3.4 鋯石Hf同位素分析

鋯石Hf同位素分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。在配有193 nm激光取樣系統(tǒng)的Neptune多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-MC-ICP MS)儀上進(jìn)行分析，分別用176Lu/175Lu值(0.026 69)和176Yb/172Yb值(0.588 6)進(jìn)行同量異位干擾校正，并計(jì)算測(cè)定樣品的176Lu/177Hf值和176Hf/177Hf值。εHf(t)和模式年齡計(jì)算中的相關(guān)參數(shù)如下：衰變常數(shù)(λ)為1.867×10-11[40]；球粒隕石現(xiàn)今的176Lu/177Hf值和176Hf/177Hf值分別為0.033 2、0.282 772[41]。二階段模式年齡采用上地殼fLu/Hf值(-0.72)[42]進(jìn)行計(jì)算。

Pl為斜長(zhǎng)石；Qtz為石英；Hb為角閃石圖2 二里壩花崗閃長(zhǎng)巖野外和巖相學(xué)特征Fig.2 Field and Petrographic Characteristics of Erliba Granodiorite

4 結(jié)果分析

4.1 鋯石U-Pb年代學(xué)特征

2件細(xì)?；◢忛W長(zhǎng)巖樣品(ML1156/1和ML1156/3)中鋯石顆粒普遍較大，粒徑一般為100～150 μm，長(zhǎng)寬比為1∶1～2∶1；鋯石陰極發(fā)光圖像顯示，鋯石多為淺黃色—無(wú)色透明，總體為自形柱狀，內(nèi)部具有典型的振蕩韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖3)，屬于典型的巖漿鋯石。

從表1可以看出：樣品ML1156/1的鋯石U含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)為(56～183)×10-6，Th含量為(37～188)×10-6，Th/U值為0.59～1.56；樣品ML1156/3的鋯石U含量為(68～179)×10-6，Th含量為(44～182)×10-6，Th/U值為0.58～1.02。2件樣品的Th/U值均大于0.4，且樣品中鋯石顆粒均呈現(xiàn)重稀土元素相對(duì)富集，輕稀土元素相對(duì)虧損，負(fù)Eu異常和正Ce異常顯著的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式(圖4、表2)。結(jié)合鋯石Th/U值(>0.4)和鋯石巖相學(xué)特征，表明這些鋯石具有典型巖漿鋯石特征[43-44]。

本次測(cè)試分析點(diǎn)基本都位于明顯的巖漿環(huán)帶上，樣品ML1156/1和ML1156/3各測(cè)試有效分析點(diǎn)25個(gè)。其中，樣品ML1156/1鋯石206Pb/238U年齡為825～818 Ma，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(821.3±5.5)Ma(平均標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重偏差(MSWD)為0.017，分析點(diǎn)個(gè)數(shù)(n)為25)(圖5)；樣品ML1156/3鋯石206Pb/238U年齡為826～818 Ma，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(822.6±5.8)Ma(MSWD值為0.018，n=25)(圖5)。2件樣品年齡在誤差范圍內(nèi)基本一致，表明二里壩花崗閃長(zhǎng)巖的結(jié)晶年齡約為822 Ma，其侵位時(shí)代為新元古代早期。

白色圈代表年齡分析點(diǎn)位；黃色圈代表Hf同位素分析點(diǎn)位圖3 鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.3 CL Images of Zircons

續(xù)表1

ws為樣品含量；wc為球粒隕石含量；球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[43]；圖(b)中，相同線條對(duì)應(yīng)不同分析點(diǎn)圖4 鋯石Th/U值隨206Pb/238U年齡的變化和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式Fig.4 Variation of Th/U Ratios with 206Pb/238U Ages and Chondrite-normalized REE Pattern of Zircons

圖5 鋯石U-Pb年齡諧和曲線及年齡分布Fig.5 Concordia Diagrams and Distributions of Zircon U-Pb Ages

4.2 巖石地球化學(xué)特征

4.2.1 主量元素

二里壩花崗閃長(zhǎng)巖的SiO2含量變化范圍較窄，為65.14%～68.36%。在QAP圖解[圖6(a)]中，樣品均落入花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)域；在TAS圖解[圖6(b)]中，樣品均落入亞堿性花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)域。全堿(Alk)含量為5.41%～6.32%，Na2O/K2O值為1.72～4.10，相對(duì)富Na；TiO2含量為0.30%～0.39%；P2O5含量為0.06%～0.11%；Al2O3含量較高，為14.87%～16.96%，平均值為16.08%；MgO含量為1.33%～1.63%，Mg#值為46.4～48.3；CaO含量為1.13%～3.83%。A/CNK值為1.05～1.53，平均值為1.19；A/NK值為1.60～1.94，平均值為1.83。在A/CNK-A/NK圖解中，花崗閃長(zhǎng)巖整體落入弱過(guò)鋁質(zhì)區(qū)域，部分樣品為強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)[圖6(c)]；在SiO2-K2O圖解中，樣品落入鈣堿性-低鉀(拉斑)系列范圍[圖6(d)]。

此外，哈克圖解中，隨SiO2含量的增加，多數(shù)氧化物和微量元素含量變化趨勢(shì)不明顯，因此，本文省略了此圖。從哈克圖解大體可以看出：TiO2、TFe2O3、MgO、Sr、P2O5等含量隨SiO2含量的增加而降低，Al2O3、Na2O、Rb等含量隨SiO2含量的增加而增加，CaO含量變化趨勢(shì)不明顯。其中，TiO2和P2O5含量的降低可能與富含Ti、P的礦物(磷灰石等)分異有關(guān)。

4.2.2 稀土和微量元素

二里壩花崗閃長(zhǎng)巖稀土元素總含量(表3)為(81.5～147.3)×10-6，平均值為112.18×10-6；輕、重稀土元素分餾較明顯，LREE/HREE值為8.85～15.59；Eu異常為0.92～1.26，總體具有弱的正Eu異常；輕稀土元素內(nèi)部分異較明顯，(La/Sm)N值為5.50～9.38(平均值為7.02)，La/Yb值為14.36～36.69(平均值為23.53)，(La/Yb)N值為10.30～24.74(平均值為16.06)，(Gd/Yb)N值為1.43～1.92(平均值為1.61)。5件樣品在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式[圖7(a)]中均表現(xiàn)為輕稀土元素富集、重稀土元素分異不明顯的右傾分配模式。

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖[圖7(b)]總體表現(xiàn)為富集Rb、Ba、U等大離子親石元素，虧損Ti、Nb、Ta、P等高場(chǎng)強(qiáng)元素，具有典型的、與俯沖帶相關(guān)的弧巖漿巖特征。Sr、P、Ti的虧損亦表明二里壩花崗閃長(zhǎng)巖具有弧巖漿巖的特征；Zr的富集和Ti、Nb、Ta的虧損表明巖漿源區(qū)以陸殼組分為主[45-47]。

4.3 鋯石Hf同位素特征

在同位素年齡的基礎(chǔ)上，本文對(duì)花崗閃長(zhǎng)巖(樣品1156/3)進(jìn)行了鋯石Hf同位素組成分析。所有分析點(diǎn)均基于鋯石U-Pb定年基礎(chǔ)上，位于原靶位或附近。分析結(jié)果(表4)表明，二里壩花崗閃長(zhǎng)巖鋯石具有負(fù)的Hf同位素組成。176Lu/177Hf值為0.000 820～0.001 529，平均值為0.001 115，說(shuō)明放射性成因的Hf含量很低；176Hf/177Hf值為0.281 875～0.282 072，平均值為0.281 998；εHf(t)為-14.06～-7.38，平均值為-9.83，相應(yīng)的二階段Hf模式年齡為2.25～1.90 Ga，揭示巖漿來(lái)自古老地殼巖石或者富集巖石圈地幔。

5 討 論

5.1 花崗閃長(zhǎng)巖形成時(shí)代

二里壩花崗閃長(zhǎng)巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，2件花崗閃長(zhǎng)巖樣品的年齡諧和性較好，206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別為(821.3±5.5)Ma(MSWD值為0.017，n=25)和(822.6±5.8)Ma(MSWD值為0.018，n=25)，鋯石的Th/U值(>0.4)和明顯的振蕩環(huán)帶指示其為巖漿成因[43]，二者在誤差范圍內(nèi)年齡是基本一致的，代表了二里壩花崗閃長(zhǎng)巖的結(jié)晶年齡為新元古代早期?；◢忛W長(zhǎng)巖的形成年齡晚于碧口群下部基性火山巖的形成年齡((840±10)Ma[3,50])，這與野外觀察到的接觸關(guān)系是相符的。

表2 鋯石微量元素分析結(jié)果Tab.2 Analysis Results of Trace Elements for Zircons

續(xù)表2

底圖引自文獻(xiàn)[48]和[49]圖6 QAP圖解、TAS圖解、A/CNK-A/NK圖解和SiO2-K2O圖解Fig.6 Diagrams of QAP, TAS, A/CNK-A/NK and SiO2-K2O

二里壩花崗閃長(zhǎng)巖東部銅廠閃長(zhǎng)巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(824±5)Ma[9]。碧口微地塊周緣地區(qū)，南秦嶺勉略帶康縣—勉縣段東部觀音輝綠巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(827±14)Ma，西部水泉溝變鐵鎂質(zhì)巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(826±19)Ma[51]；揚(yáng)子板塊北緣望江山層狀基性侵入巖(蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖)的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(825.5±4.0)Ma[53]。上述巖漿巖的形成年齡在誤差范圍內(nèi)是一致的，表明830～820 Ma是碧口微地塊及其鄰區(qū)一次重要的巖漿活動(dòng)事件。

表3 主量、微量元素分析結(jié)果Tab.3 Analysis Results of Major and Trace Elements

續(xù)表3

wp為原始地幔含量；標(biāo)準(zhǔn)化值引自文獻(xiàn)[52]；同一圖中相同線條對(duì)應(yīng)不同樣品圖7 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.7 Chondrite-normalized REE Pattern and Primitive Mantle-normalized Trace Element Spider Diagram

5.2 巖石成因與源區(qū)性質(zhì)

二里壩花崗閃長(zhǎng)巖普遍出現(xiàn)I型花崗巖的標(biāo)志礦物角閃石，而未見(jiàn)富鋁礦物的出現(xiàn)；主量元素顯示富Na(Na2O/K2O值為1.72～4.10)、中等Mg#值(46.4～48.3)和鈣堿性巖石系列的地球化學(xué)特征，并且花崗閃長(zhǎng)巖具有隨著SiO2含量的增加而P2O5含量逐漸降低的趨勢(shì)，與S型花崗巖演化趨勢(shì)具有明顯差異，Nb、P、Ti的虧損和Ba的富集也顯示了I型花崗巖的特征[12]。在Ce-SiO2圖解、Zr-SiO2圖解(圖8)中，所有樣品均落入I型花崗巖區(qū)域。因此，二里壩花崗閃長(zhǎng)巖應(yīng)屬I(mǎi)型花崗巖。

二里壩花崗閃長(zhǎng)巖SiO2含量高于下地殼，Al2O3、K2O和Na2O含量與下地殼相當(dāng)或略高于下地殼，F(xiàn)e2O3、MgO含量與下地殼相比偏低[54]；微量元素中，相容性元素Cr、Ni含量極低，明顯低于下地殼。因此，根據(jù)主量、微量元素初步分析，二里壩花崗閃長(zhǎng)巖不可能直接由地幔部分熔融而成，可能是下地殼巖石部分熔融形成的。此外，二里壩花崗閃長(zhǎng)巖的Nb/Ta值為9.50～13.20，平均值為11.36，接近地殼Nb/Ta值(11～14)[51,55]，Ta/U值為0.61～0.82，平均值為0.71，Nb/U值為6.53～9.69，平均值為8.06，均遠(yuǎn)小于MORB/OIB值(Ta/U值約為2.7，Nb/U值約為47)[56]，更接近地殼(Ta/U值約為1.1，Nb/U值約為12.1)[54]，暗示其源巖可能為地殼物質(zhì)，Ti、Nb、Ta的強(qiáng)烈虧損也表明其巖漿來(lái)源以地殼物質(zhì)為主。鋯石Hf同位素研究對(duì)于花崗巖源區(qū)的判別具有重要意義。一般來(lái)說(shuō)，正εHf(t)的花崗巖被認(rèn)為源于新生地殼熔融或者地幔物質(zhì)的加入，而負(fù)εHf(t)的花崗巖被認(rèn)為源于古老地殼物質(zhì)或者富集巖石圈地幔[58]。二里壩花崗閃長(zhǎng)巖樣品的εHf(t)均為負(fù)值，為-14.06～-7.38，平均值為-9.83，表明其巖漿起源于古老地殼物質(zhì)或者富集巖石圈地幔。較大的二階段Hf模式年齡(2.25～1.90 Ga)進(jìn)一步表明其巖漿起源于古老地殼物質(zhì)(圖9)。

表4 LA-ICP-MS鋯石Hf同位素分析結(jié)果Tab.4 Analysis Results of LA-ICP-MS Zircon Hf Isotope

底圖引自文獻(xiàn)[57]圖8 巖石成因類(lèi)型判別圖解Fig.8 Discrimination Diagrams of Petrogenetic Type

實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究表明，下地殼玄武質(zhì)巖石脫水部分熔融可以形成相對(duì)較多的鎂鐵質(zhì)和偏鋁質(zhì)花崗質(zhì)巖漿[59-62]。在A/MF-C/MF圖解(圖10)中，花崗閃長(zhǎng)巖樣品基本落入基性巖和變質(zhì)砂巖的部分熔融交界區(qū)域內(nèi)；在Zr-Zr/Sm圖解[圖11(a)]和La-La/Sm圖解[圖11(b)]中，所有樣品在巖漿演化過(guò)程中都受到部分熔融的控制，而無(wú)明顯的分離結(jié)晶。這說(shuō)明二里壩花崗閃長(zhǎng)巖的源區(qū)主要為古老地殼基性巖部分熔融產(chǎn)物。此外，二里壩花崗閃長(zhǎng)巖與位于其東側(cè)同時(shí)代的銅廠閃長(zhǎng)巖[32]和元壩子花崗閃長(zhǎng)巖(未發(fā)表)的地球化學(xué)資料對(duì)比來(lái)看，都具有相似的主量、微量元素特征，大離子親石元素和輕稀土元素富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素虧損，且具有明顯的Ti、Nb、Ta負(fù)異常，暗示它們具有相同的巖漿源區(qū)。成因研究表明，銅廠閃長(zhǎng)巖源自于大陸下地殼熔融源區(qū)，而不是母巖漿分離結(jié)晶作用形成的[32]。Mg#值是判斷地幔相互作用是否存在的一個(gè)重要指標(biāo)。不管熔融程度如何，玄武質(zhì)下地殼熔融具有Mg#值低于40的特征，而Mg#值高于40則表明有地幔組分的參與[64]。二里壩花崗閃長(zhǎng)巖具有較高的Mg#值(46.4～48.3)，暗示在古老地殼基性巖部分熔融的過(guò)程中有地幔組分的混入，野外地質(zhì)調(diào)查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)二里壩花崗閃長(zhǎng)巖局部可見(jiàn)暗色微粒包體，進(jìn)一步證明地幔組分的存在。

圖9 εHf(t)-t圖解Fig.9 Diagram of εHf(t)-t

底圖引自文獻(xiàn)[63]圖10 A/MF-C/MF圖解Fig.10 Diagram of A/MF-C/MF

5.3 構(gòu)造環(huán)境與地質(zhì)意義

近年來(lái)，圍繞碧口微地塊的形成與構(gòu)造演化，前人進(jìn)行了詳細(xì)研究[5-6,10,17,32,65]。碧口微地塊經(jīng)歷了新元古代早期Rodinia超大陸背景下的揚(yáng)子板塊西北緣局部裂解、洋盆開(kāi)啟(>840 Ma)[10]，洋殼俯沖(約810 Ma)[11-12]，之后又經(jīng)歷了新元古代晚期—早古生代穩(wěn)定的陸內(nèi)伸展裂陷階段[13-14]。本次研究獲得的二里壩花崗閃長(zhǎng)巖的年齡為(821.3±5.5)Ma和(822.6±5.8)Ma，暗示其處于洋殼俯沖演化階段。Pitcher認(rèn)為I型花崗巖既可以形成于弧環(huán)境，也可以形成于后碰撞(Post-collision)階段[66]。二里壩花崗閃長(zhǎng)巖具有高Na2O含量(3.79%～4.62%)、低K2O/Na2O值(0.24～0.58)、低Nb/Y值(0.56～0.67)、低Zr/Y值(7～9)、較高M(jìn)g#值(46.4～48.3)及弱的正Eu異常特征，明顯區(qū)別于典型的后碰撞高鉀鈣堿性系列巖漿巖[67]。

二里壩花崗閃長(zhǎng)巖總體表現(xiàn)為富集Cs、Ba、Th、U等大離子親石元素，虧損Ti、Nb、Ta等高場(chǎng)強(qiáng)元素，稀土元素總含量較低，輕稀土元素相對(duì)富集，反映其具有俯沖帶弧巖漿巖特征，低的Sr/Y值表明其為弧花崗巖，在Yb+Ta-Rb圖解、Y+Nb-Rb圖解、Yb-Ta圖解和Y-Nb圖解中，所有樣品都落入火山弧花崗巖(VAG)區(qū)域中(圖12)，從而進(jìn)一步支持弧環(huán)境的觀點(diǎn)。主量元素R1-R2構(gòu)造判別圖解(圖13)中，樣品多落入板塊碰撞前花崗巖區(qū)域，即活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。另外，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景，碧口微地塊北部廣泛發(fā)育以新元古代橫丹群(白楊組、秧田壩組、口頭壩組)為主的弧前盆地沉積體系[68-70]，是新元古代洋殼俯沖的沉積-構(gòu)造響應(yīng)。結(jié)合區(qū)域巖漿活動(dòng)來(lái)看，與俯沖有關(guān)的輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和花崗巖類(lèi)廣泛分布于揚(yáng)子板塊西北緣；米倉(cāng)山地區(qū)發(fā)育約887 Ma的喜神壩黑云母花崗巖[71]、857 Ma的正源輝長(zhǎng)巖、840 Ma的沙田閃長(zhǎng)巖和824 Ma的西河輝長(zhǎng)巖[18]；漢南地區(qū)發(fā)育880～870 Ma的碑壩輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖[72]；揚(yáng)子板塊西緣發(fā)育約860 Ma的關(guān)道山輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖[73-74]以及810 Ma的大尖山輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖[75]；揚(yáng)子板塊北緣發(fā)育870～860 Ma的三里崗鎂鐵質(zhì)巖脈和花崗巖類(lèi)[76]；碧口微地塊內(nèi)部發(fā)育約880 Ma的關(guān)口埡和坪頭山閃長(zhǎng)巖[31]、824 Ma的銅廠閃長(zhǎng)巖體[9]。上述這些與俯沖有關(guān)的巖漿巖表明，新元古代早期揚(yáng)子板塊西北緣一直存在大洋俯沖，并且其下方的洋殼俯沖至少持續(xù)到810 Ma左右。本次研究表明，二里壩花崗閃長(zhǎng)巖的形成時(shí)代為822 Ma，與上述俯沖時(shí)限一致，對(duì)應(yīng)于區(qū)域上的洋殼持續(xù)俯沖階段。因此，可以認(rèn)為二里壩花崗閃長(zhǎng)巖是與俯沖相關(guān)的活動(dòng)大陸邊緣弧巖漿作用的產(chǎn)物。

底圖引自文獻(xiàn)[77]圖11 Zr-Zr/Sm圖解和La-La/Sm圖解Fig.11 Diagrams of Zr-Zr/Sm and La-La/Sm

揚(yáng)子板塊西北緣長(zhǎng)期的構(gòu)造演化使其產(chǎn)生了豐富的巖漿巖記錄。本文通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析揚(yáng)子板塊西北緣新元古代巖漿巖的同位素年齡(圖14、15)及構(gòu)造環(huán)境，考慮到受Rodinia超大陸聚合和裂解事件的影響，可以將該區(qū)巖漿巖劃分為兩個(gè)階段：810 Ma之前，研究區(qū)主要為洋殼俯沖及弧-陸碰撞造山作用，形成了大量的俯沖匯聚和弧環(huán)境下的火山巖和侵入巖[18,31,71-76,80-85]；810 Ma之后，區(qū)域上從擠壓匯聚轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘埩呀鉅顟B(tài)，形成了大量裂解構(gòu)造背景下的火山巖和侵入巖[86-93]。

WPG為板內(nèi)花崗巖；VAG為火山弧花崗巖；ORG為洋中脊花崗巖；syn-COLG為同碰撞花崗巖；底圖引自文獻(xiàn)[78]圖12 構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.12 Discrimination Diagrams of Tectonic Setting

①為地幔斜長(zhǎng)花崗巖；②為板塊碰撞前花崗巖；③為板塊碰撞后隆起花崗巖；④為晚造期花崗巖；⑤為非造山區(qū)A型花崗巖；⑥為同碰撞(S型)花崗巖；⑦為造山期后A型花崗巖；底圖引自文獻(xiàn)[79]圖13 R1-R2構(gòu)造判別圖解Fig.13 Tectonic Discrimination Diagram of R1-R2

在碧口微地塊，南部碧口群火山巖中發(fā)育的洋島堿性玄武巖、洋島拉斑玄武巖和洋中脊拉斑玄武巖等幾種殘余的古洋殼碎片[5]，是洋盆存在的直接證據(jù)；碧口微地塊西段范壩地區(qū)董家河變質(zhì)基性火山巖、輝長(zhǎng)巖組合為典型的蛇綠巖套，進(jìn)一步為碧口古洋盆的存在提供了證據(jù)，其中輝長(zhǎng)巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(839.2±8.2)Ma[10]；碧口微地塊東段銅廠閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡為(842.0±6.5)～(824.0±5.0)Ma，為洋殼俯沖形成的弧巖漿巖[9,32]；而在板塊俯沖北側(cè)的古海溝或弧前盆地中，橫丹群濁積巖系SHRIMP碎屑鋯石U-Pb年齡為850～750 Ma[4]。在碧口微地塊周緣，后龍門(mén)山地區(qū)通木梁群火山巖是板塊俯沖環(huán)境下的島弧火山巖，其LA-ICP-MS鋯石年齡為970 Ma[94]；漢南—米倉(cāng)山地區(qū)西鄉(xiāng)群發(fā)育有洋島-島弧拉斑玄武巖-鈣堿性火山巖組合，其形成時(shí)代則為946～814 Ma[18,72,81,83-84,95]。上述同位素年齡資料表明，揚(yáng)子板塊西北緣在新元古代是一個(gè)發(fā)育溝弧系活動(dòng)大陸邊緣。碧口古洋盆沿NW—SE向俯沖到揚(yáng)子板塊西北緣主要發(fā)生在810 Ma左右[7,105]，形成了碧口弧、西鄉(xiāng)弧和通木梁弧，它們與碧口古洋盆共同組成了溝弧系活動(dòng)大陸邊緣，是揚(yáng)子板塊西北緣對(duì)Rodinia超大陸聚合事件的響應(yīng)。

年齡數(shù)據(jù)來(lái)源：(1)引自文獻(xiàn)[18]；(2)引自文獻(xiàn)[84]；(3)引自文獻(xiàn)[93]；(4)引自文獻(xiàn)[72]；(5)引自文獻(xiàn)[96]；(6)引自文獻(xiàn)[97]；(7)引自文獻(xiàn)[98]；(8)引自文獻(xiàn)[53]；(9)引自文獻(xiàn)[99]；(10)引自文獻(xiàn)[100]；(11)引自文獻(xiàn)[95]；(12)引自文獻(xiàn)[101]；(13)引自文獻(xiàn)[102]；(14)引自文獻(xiàn)[91]。圖中不同顏色的年齡分別代表巖漿巖的兩個(gè)階段；年齡數(shù)據(jù)單位為Ma。左上角小圖引自文獻(xiàn)[103]圖14 漢南—米倉(cāng)山地區(qū)新元古代巖漿巖年齡分布Fig.14 Distribution of Ages for Neoproterozoic Magmatic Rocks from Hannan-Micangshan Area

年齡數(shù)據(jù)來(lái)源：(15)引自文獻(xiàn)[11]；(16)引自文獻(xiàn)[94]；(17)引自文獻(xiàn)[3]；(18)引自文獻(xiàn)[39]；(19)引自文獻(xiàn)[10]；(20)引自文獻(xiàn)[12]；(21)引自文獻(xiàn)[33]；(22)引自文獻(xiàn)[32]；(23)引自文獻(xiàn)[52]；(24)引自文獻(xiàn)[90]；(25)引自文獻(xiàn)[104]；(26)為本文數(shù)據(jù)。圖中不同顏色的年齡分別代表巖漿巖的兩個(gè)階段；年齡數(shù)據(jù)單位為Ma。圖中ML-Ⅰ為勉略構(gòu)造帶康瑪區(qū)段；ML-Ⅱ?yàn)槊懵詷?gòu)造帶勉略區(qū)段。左上角小圖引自文獻(xiàn)[103]圖15 碧口微地塊新元古代巖漿巖年齡分布Fig.15 Distribution of Ages for Neoproterozoic Magmatic Rocks from Bikou Micro-block

810 Ma之后進(jìn)入Rodinia超大陸裂解階段，揚(yáng)子板塊西北緣表現(xiàn)為大規(guī)模裂解環(huán)境下的巖漿巖侵入。漢南—米倉(cāng)山構(gòu)造帶中，侵入巖形成于大陸裂谷環(huán)境[86-88]，其裂解時(shí)限為810～710 Ma[91,93,106]。后龍門(mén)山構(gòu)造帶大灘I型花崗巖是后碰撞大陸邊緣環(huán)境下形成的花崗巖，其LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(806±19)Ma[12]；轎子頂過(guò)鋁質(zhì)花崗巖形成于碰撞后的伸展環(huán)境，其SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(792±11)Ma和(793±11)Ma[11]。因此，在810 Ma之后，揚(yáng)子板塊西北緣屬于裂解構(gòu)造環(huán)境，是Rodinia超大陸裂解階段的產(chǎn)物。

對(duì)于二里壩花崗閃長(zhǎng)巖的構(gòu)造屬性，本文認(rèn)為：①?gòu)膿P(yáng)子板塊西北緣新元古代巖漿巖年齡分布(圖14、15)可以看出，新元古代弧火山巖的年齡集中在810 Ma之前[9,32,72,80-85,94]，二里壩花崗閃長(zhǎng)巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(821.3±5.5)Ma和(822.6±5.8)Ma，在此范圍之內(nèi)；②從構(gòu)造位置來(lái)看，二里壩花崗閃長(zhǎng)巖屬于揚(yáng)子板塊和碧口微地塊交界區(qū)域；③從構(gòu)造環(huán)境來(lái)看，二里壩花崗閃長(zhǎng)巖產(chǎn)出于與俯沖相關(guān)的活動(dòng)大陸邊緣弧巖漿作用。綜上所述，二里壩花崗閃長(zhǎng)巖形成于碧口古洋盆俯沖到揚(yáng)子板塊西北緣之下，是揚(yáng)子板塊西北緣新元古代與俯沖相關(guān)的活動(dòng)大陸邊緣弧巖漿作用的產(chǎn)物。這為揚(yáng)子板塊西北緣新元古代早中期為溝弧系活動(dòng)大陸邊緣提供了一定的地質(zhì)證據(jù)，對(duì)研究揚(yáng)子板塊西北緣新元古代的洋陸構(gòu)造格局與構(gòu)造演化過(guò)程具有重要的地質(zhì)意義。

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)揚(yáng)子板塊西北緣碧口微地塊新元古代二里壩花崗閃長(zhǎng)巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(821.3±5.5)Ma和(822.6±5.8)Ma，其形成時(shí)代一致，均為新元古代早期。

(2)二里壩花崗閃長(zhǎng)巖為典型的I型花崗巖，為準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過(guò)鋁質(zhì)、鈣堿性系列巖石?；◢忛W長(zhǎng)巖εHf(t)均為負(fù)值，為-14.06～-7.38，相應(yīng)的二階段Hf模式年齡為2.25～1.90 Ga。結(jié)合巖石地球化學(xué)和Hf同位素特征，其源巖可能以古老地殼變基性巖為主，含少量地幔組分參與。

(3)地質(zhì)和地球化學(xué)特征表明，二里壩花崗閃長(zhǎng)巖具有活動(dòng)大陸邊緣弧巖漿巖特征，形成于碧口古洋盆向南俯沖的大陸邊緣弧環(huán)境，是對(duì)Rodinia超大陸聚合事件的響應(yīng)。