西峽-內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū)秦嶺巖群變質(zhì)獨(dú)居石和鋯石的U-Pb定年*

梁爽 張謙 劉嘉惠 李真 閆全人 吳春明

中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院, 北京 100049

秦嶺造山帶位于揚(yáng)子板塊與華北板塊之間, 其物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜, 是我國(guó)中央造山帶的重要組成部分(裴先治等, 1995, 1999; 張國(guó)偉等, 2001)。自元古代起, 秦嶺造山帶經(jīng)歷了多期變質(zhì)-變形作用(安三元等, 1985; 陳能松等, 1990, 1991, 1993; 裴先治等, 1995, 1998; 張宗清等, 1996; 王濤等, 1997; Dongetal., 2011)。 “秦嶺巖群”是秦嶺造山帶的核心構(gòu)造單元，其元古代至中生代的大量巖漿事件有助于勾勒秦嶺造山帶演化的構(gòu)造格架(盧欣祥, 1998; 楊力等, 2010; 王曉霞等, 2015)。其中，古生代期間侵入秦嶺巖群的花崗質(zhì)巖可劃分為507～470Ma、460～422Ma、415～400Ma 三個(gè)階段(其中早期階段伴隨超高壓變質(zhì)作用), 這三個(gè)階段的巖漿作用分別形成于俯沖、同碰撞和后碰撞環(huán)境(Wangetal., 2013; 張成立等, 2013; 王曉霞等, 2015)。

圖1 北秦嶺造山帶東部地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖(據(jù)張二朋等, 1993; 閆全人等, 2009a修改)ZXF-朱陽(yáng)關(guān)-夏館斷裂；SDF-商縣-丹鳳斷裂；YJS-云架山群；TW-陶灣群, NQB-北秦嶺地塊；KP-寬坪群；ELP-二郎坪群；DF-丹鳳群Fig.1 Geological sketch map of the eastern North Qinling Orogenic Belt (revised after Zhang et al., 1993; Yan et al., 2009a)ZXF-Zhuyang-Xiaguan Fault; SDF-Shangxian-Danfeng Fault; YJS-Yunjiashan Group; TW-Taowan Group; NQB-North Qinling Block; KP-Kuanping Group; ELP-Erlangping Group; DF-Danfeng Group

早期研究發(fā)現(xiàn), 秦嶺巖群主要由角閃巖相(局部達(dá)麻粒巖相)變質(zhì)巖石組成, 伴有混合巖化作用、多期巖漿侵入、變形作用(游振東等, 1991; 張國(guó)偉等, 2001)。近些年來(lái), 人們發(fā)現(xiàn)秦嶺巖群還記錄了高壓-超高壓變質(zhì)作用。不過(guò), 人們對(duì)秦嶺巖群變質(zhì)事件地質(zhì)時(shí)代的看法還不一致。早期研究表明, 秦嶺巖群可能經(jīng)歷了～990Ma和420～353Ma的兩期變質(zhì)事件(陳能松等, 1989, 1990, 1991; 陳能松和游振東, 1990; 游振東等, 1991)。也有學(xué)者認(rèn)為, 秦嶺巖群主期變質(zhì)時(shí)代可能為450～400Ma (陸松年等, 2006; 任留東等, 2016)。在北秦嶺造山帶東部(“東秦嶺”), 秦嶺巖群巖石類型復(fù)雜多樣, 主體為角閃巖、大理巖、各種片麻巖和片巖。秦嶺巖群北側(cè)的官坡、雙槐樹(shù)一帶, 出露有古生代榴輝巖等(超)高壓變質(zhì)巖(胡能高等, 1994, 1995; 楊經(jīng)綏等, 2002)。秦嶺巖群南側(cè)的清油河、松樹(shù)溝、丹鳳大寺溝等地區(qū), 出露有古生代退變榴輝巖、高壓基性麻粒巖(劉良和周鼎武, 1994; 楊勇等, 1994; 劉良等, 1995, 1996, 2013; Liuetal., 2003; Chengetal., 2011; Wangetal., 2014; 陳丹玲等, 2015; 宮相寬等, 2016)。秦嶺巖群高壓-超高壓變質(zhì)巖的變質(zhì)高峰期時(shí)代為～500Ma(陳丹玲等, 2004, 2019; Wangetal., 2011, 2014; 陳丹玲和劉良, 2011; Chengetal., 2012), 兩階段退變質(zhì)時(shí)代分別為～450Ma和～430Ma (劉良等, 2013; 錢加慧等, 2013), 與侵入秦嶺巖群花崗巖年齡(Lerchetal., 1995; 王濤等, 2009; 劉良等, 2009; 張建新等, 2009, 2011; 張成立等, 2013)相當(dāng)。也有學(xué)者指出, 東秦嶺地區(qū)秦嶺巖群可能記錄了早古生代多期變質(zhì)作用(張建新等, 2011)。

盡管東秦嶺局部地域(清油河、松樹(shù)溝、大寺溝)的秦嶺巖群中發(fā)現(xiàn)有高壓-超高壓變質(zhì)作用的信息, 但是, 秦嶺巖群的主體(各種片麻巖、片巖)變質(zhì)作用及年代學(xué)研究仍較薄弱(王浩和吳元保, 2013)。它們是否普遍經(jīng)歷了高壓-超高壓變質(zhì)作用？變質(zhì)作用的地質(zhì)時(shí)代如何？目前尚不完全清楚。變質(zhì)泥質(zhì)巖中的獨(dú)居石為變質(zhì)結(jié)晶成因, U-Pb體系封閉溫度高(Cherniaketal., 2004), 其年齡能夠清晰地指示變質(zhì)時(shí)代。因此, 本文選取位于北秦嶺造山帶東部西峽和內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū)秦嶺巖群中的變質(zhì)沉積巖、變質(zhì)基性巖, 開(kāi)展了變質(zhì)獨(dú)居石、鋯石的U-Pb定年研究, 并探討了其變質(zhì)作用溫度與壓力條件, 以期為解決上述問(wèn)題提供比較扎實(shí)的科學(xué)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

以商丹縫合帶為界, 秦嶺造山帶被劃分為北秦嶺造山帶、南秦嶺造山帶兩個(gè)構(gòu)造單元(Meng and Zhang, 1999, 2000; 張國(guó)偉等, 2001)。其中, 北秦嶺造山帶位于商丹斷裂帶、洛陽(yáng)-欒川-方城斷裂帶之間, 包含四個(gè)巖石-構(gòu)造單元, 自北向南依次為寬坪巖群、二郎坪巖群、秦嶺巖群和丹鳳巖群(圖1)。寬坪巖群主要由綠片巖、角閃巖及變碎屑沉積巖組成(張國(guó)偉等, 2001)。二郎坪巖群自下而上可分為大廟組、火神廟組及小寨組, 主體巖石類型依次為變質(zhì)火山-沉積巖、變質(zhì)基性火山巖、變質(zhì)泥質(zhì)碎屑巖夾基性火山巖(孫勇等, 1996; 張國(guó)偉等, 2001; 楊士杰等, 2015)。秦嶺巖群西起甘肅天水, 向東延經(jīng)河南西峽、內(nèi)鄉(xiāng)至桐柏一帶, 綿延千余千米, 呈透鏡狀斷續(xù)出露于秦嶺造山帶之中(張國(guó)偉等, 2001)。秦嶺巖群主要由變質(zhì)碎屑沉積巖、黑云母大理巖及少量變質(zhì)基性巖組成, 碎屑鋯石U-Pb定年限定的最大沉積年齡為1.2～1.9Ga之間(Shietal., 2013; 陸松年等, 2006)。閆全人等(2009b)將商南-西峽一帶秦嶺巖群中段劃分為四個(gè)巖性段：第一段為重岔溝-王里橋, 主要為云母石英片巖及黑云母變粒巖; 第二段位于重岔溝以北, 為大理巖夾云母石英片巖; 第三巖性段位于雙龍以南, 主要為石榴云母石英片巖夾大理巖; 第四巖性段位于小水-雙龍, 主要為大理巖夾角閃巖構(gòu)造塊體。各個(gè)巖性段間均為斷層接觸關(guān)系。丹鳳巖群由一套經(jīng)歷綠片巖相-角閃巖相變質(zhì)的火山-碎屑沉積巖系, 包括斜長(zhǎng)角閃片麻巖、黑云斜長(zhǎng)片巖、黑云斜長(zhǎng)石英片巖, 以及少量大理巖、石英巖等(裴先治等, 2001)。

圖2 西峽-內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)河南省地質(zhì)局, 1965(1)河南省地質(zhì)局. 1965. 1:20萬(wàn)欒川幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告, 1966(2)河南省地質(zhì)局. 1966. 1:20萬(wàn)內(nèi)鄉(xiāng)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)

圖3 西峽-內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū)秦嶺巖群野外地質(zhì)特征(a)強(qiáng)烈變形的黑云斜長(zhǎng)片麻巖; (b)花崗巖脈體沿片麻理侵入石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖; (c)斜長(zhǎng)角閃巖呈巖墻狀產(chǎn)于石英云母片巖之中; (d)石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖中夾持的石榴角閃巖透鏡體Fig.3 Outcrops of the Qinling metamorphic complex in the Xixia and Neixiang areas(a) strongly deformed biotite-plagioclase gneiss; (b) a granite dike intrudes into the garnet-biotite-plagioclase gneiss along the gneissosity; (c) dyke-like amphibolite and the quartz-mica schist; (d) garnet amphibolite occurs as tectonic lenses within the garnet-biotite-plagioclase gneiss

研究區(qū)位于秦嶺巖群東部(圖1), 處于閆全人等(2009b)劃分的第三、第四巖性段。區(qū)內(nèi)主要出露有云母石英片巖、角閃黑云斜長(zhǎng)片麻巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、變質(zhì)砂巖、大理巖, 另有少量斜長(zhǎng)角閃巖。變質(zhì)沉積巖呈厚層狀產(chǎn)出。變質(zhì)基性巖一般呈似層狀或構(gòu)造透鏡體狀，被夾持于變質(zhì)沉積巖中。

本文研究的代表性變質(zhì)巖樣品均采自豫西西峽、內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū)(圖2), 包括石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖、石榴黑云石英片巖、石榴黑云二長(zhǎng)片麻巖、石榴斜長(zhǎng)角閃巖。石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖遭受輕微混合巖化和強(qiáng)烈變形(圖3a), 有花崗巖脈體順層侵入(圖3b)。石榴斜長(zhǎng)角閃巖呈巖墻或透鏡體狀, 被夾持于黑云斜長(zhǎng)片麻巖、云母石英片巖中(圖3c, d)。

2 巖相學(xué)特征

2.1 石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖

石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖 (樣品NY01、19QL07、19QL09) 呈片麻狀構(gòu)造、斑狀變晶結(jié)構(gòu)。石榴子石變斑晶粒徑從～0.5mm到～2mm不等, 所含包裹體普遍較少。

樣品NY01(圖4a, b)出露于內(nèi)鄉(xiāng)縣馬山口鄉(xiāng)附近(33°13′44.76″N、111°58′23.27″E), 樣品19QL07(圖4c, d)位于內(nèi)鄉(xiāng)縣黃村附近(33°18′14.53″N、111°46′02.58″E)。這兩個(gè)樣品中僅觀察到峰期變質(zhì)階段礦物組合(M2)。樣品NY01中變質(zhì)高峰期(M2)礦物主要包括石榴子石變斑晶(Grt2)以及基質(zhì)黑云母(Bt2)、斜長(zhǎng)石(Pl2)、普通角閃石(Amp2)等。樣品19QL07中變質(zhì)高峰期(M2)礦物組合由石榴子石變斑晶(Grt2)、基質(zhì)黑云母(Bt2)、斜長(zhǎng)石(Pl2)、普通角閃石(Amp2)、單斜輝石(Cpx2)構(gòu)成。

圖4 石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖及石榴黑云二長(zhǎng)片麻巖顯微巖相特征(a)樣品NY01中的變質(zhì)高峰期(M2)礦物組合石榴子石變斑晶+黑云母+石英; (b)樣品NY01中的變質(zhì)高峰期(M2)礦物組合石榴子石變斑晶+黑云母+斜長(zhǎng)石+石英+普通角閃石; (c)樣品19QL07中的變質(zhì)高峰期(M2)礦物組合石榴子石變斑晶+石英+黑云母+普通角閃石; (d)樣品19QL07中的變質(zhì)高峰期(M2)礦物組合石石榴子石變斑晶+單斜輝石+黑云母+石英+斜長(zhǎng)石+普通角閃石; (e)樣品19QL09中的石榴子石中黑云母包裹體(M1)、變質(zhì)高峰期礦物組合(M2)及副礦物; (f)樣品19QL25中的石榴子石中黑云母包裹體(M1)、變質(zhì)高峰期礦物組合(M2)及副礦物. 礦物代碼下標(biāo)表示礦物世代Fig.4 Photomicrographs of garnet-biotite-plagioclase gneiss and garnet-biotite monzogneiss(a) metamorphic peak assemblage (M2) of garnet porphyroblast+biotite+quartz in Sample NY01; (b) metamorphic peak assemblage (M2) of garnet porphyroblast+biotite+plagioclase+quartz+amphibole in Sample NY01; (c) metamorphic peak assemblage (M2) of garnet porphyroblast+quartz+biotite+plagioclase in Sample 19QL07; (d) metamorphic peak assemblage (M2) of garnet porphyroblast+clinpyroxene+biotite+quartz+plagioclase+amphibole in Sample 19QL07; (e) biotite inclusions (M1) in garnet and metamorphic peak assemblage (M2) as well as accessory minerals in Sample 19QL09; (f) biotite inclusions (M1) in garnet and metamorphic peak assemblage (M2) as well as accessory minerals in Sample 19QL25. The subscripts of mineral symbols and for the corresponding metamorphic stages

樣品19QL09 (33°24′52.81″N、111°29′33.43″E)中保留了兩個(gè)階段礦物組合(圖4e), 即進(jìn)變質(zhì)階段礦物組合(M1)、變質(zhì)高峰期礦物組合(M2)。石榴子石周圍未見(jiàn)到退變質(zhì)反應(yīng)結(jié)構(gòu)。進(jìn)變質(zhì)階段礦物組合(M1)由石榴子石變斑晶中礦物包裹體組成, 包括黑云母(Bt1)、石英(Qtz1)。變質(zhì)高峰期礦物組合(M2)由石榴子石變斑晶(Grt2)及基質(zhì)礦物黑云母(Bt2)、石英(Qtz2)、普通角閃石(Amp2)、斜長(zhǎng)石(Pl2)及少量鉀長(zhǎng)石(Kfs2)和副礦物鋯石(Zrn2)、獨(dú)居石(Mnz2)、黃鐵礦(Pyr2)、金紅石(Rt2)。

2.2 石榴黑云二長(zhǎng)片麻巖

石榴黑云二長(zhǎng)片麻巖(樣品19QL25)采自西峽雙龍鎮(zhèn)南溚葉溝(33°25′22.05″N, 111°30′43.65″E)。巖石呈片麻狀構(gòu)造, 斑狀變晶結(jié)構(gòu)。巖石中保留了兩個(gè)階段的變質(zhì)礦物組合(圖4f), 其中進(jìn)變質(zhì)階段礦物組合(M1)為保存于石榴子石變斑晶中的黑云母(Bt1)和石英(Qtz1), 變質(zhì)高峰期礦物組合(M2)包括石榴子石(Grt2)變斑晶和基質(zhì)礦物黑云母(Bt2)、石英(Qtz2)、鉀長(zhǎng)石(Kfs2)、斜長(zhǎng)石(Pl2)、夕線石(Sil2)及副礦物獨(dú)居石(Mnz2)和鋯石(Zrn2)。

2.3 石榴黑云石英片巖

樣品19QL03(圖5a)采自西峽縣赤眉鎮(zhèn)北(33°17′27.05″N、111°46′35.74″E), 巖石中只保留有變質(zhì)高峰期礦物組合(M2), 包括石榴子石變斑晶(Grt2)以及基質(zhì)黑云母(Bt2)、普通角閃石(Amp2)、斜長(zhǎng)石(Pl2)、鉀長(zhǎng)石(Kfs2)和副礦物獨(dú)居石(Mnz2)、鋯石(Zrn2), 其中斜長(zhǎng)石與鉀長(zhǎng)石含量<5%。

圖5 石榴黑云石英片巖顯微巖相特征(a)樣品19QL03中的變質(zhì)高峰期(M2)礦物組合石榴子石變斑晶+黑云母+石英及副礦物; (b)樣品19QL12石榴子石中夕線石+斜長(zhǎng)石包裹體(M1)、變質(zhì)高峰期(M2)礦物組合石榴子石變斑晶+鉀長(zhǎng)石+斜長(zhǎng)石+石英及副礦物Fig.5 Photomicrographs of garnet-biotite-quartz schist(a) metamorphic peak assemblage (M2) of garnet porphyroblast+biotite+quartz as well as accessory minerals in Sample 19QL03; (b) sillimanite and plagioclase inclusions (M1) in garnet, and metamorphic peak assemblage (M2) of garnet porphyroblast+K-feldspar+plagioclase+quartz in Sample 19QL12

樣品19QL12采自西峽縣雙龍鎮(zhèn)南(33°22′10.51″N、111°34′56.52″E), 其中保留了兩期變質(zhì)礦物組合(圖5b)。進(jìn)變質(zhì)階段礦物組合(M1)為保存于石榴子石變斑晶中的黑云母(Bt1)、斜長(zhǎng)石(Pl1)、夕線石(Sil1)包裹體。變質(zhì)高峰期礦物組合(M2)包括石榴子石(Grt2)變斑晶及基質(zhì)礦物黑云母(Bt2)、斜長(zhǎng)石(Pl2)少量鉀長(zhǎng)石(Kfs2)和副礦物黃鐵礦(Pyr2)、獨(dú)居石(Mnz2)、鋯石(Zrn2)。

2.4 石榴(斜長(zhǎng))角閃巖

樣品19QL04、19QL05(圖6a)出露于內(nèi)鄉(xiāng)縣赤眉鎮(zhèn)北(33°17′27.05″N、111°46′35.74″E), 只觀察到變質(zhì)高峰期礦物組合(M2), 主要為普通角閃石(Amp2)、石英(Qtz2)、黑云母(Bt2)及少量鈦鐵礦(Ilm2)和副礦物鋯石(Zrn2)等。樣品19QL05中不含斜長(zhǎng)石。樣品19QL04基質(zhì)中斜長(zhǎng)石(Pl2)含量低且蝕變嚴(yán)重, 單斜輝石(Cpx2)均蝕變?yōu)榫G簾石(Ep3), 角閃石(Amp2)發(fā)生綠泥石化(Chl3)。

圖6 石榴角閃巖顯微巖相特征(a)樣品19QL04石榴子石中角閃石包裹體(M1), 以及變質(zhì)高峰期(M2)礦物組合石榴子石變斑晶+普通角閃石+石英+斜長(zhǎng)石+綠簾石及副礦物; (b)樣品19QL13石榴子石中角閃石包裹體(M1), 以及變質(zhì)高峰期(M2)礦物組合石榴子石變斑晶+普通角閃石+石英及副礦物Fig.6 Photomicrographs of the garnet amphibolite(a) amphibole inclusion (M1) in garnet, and metamorphic peak assemblage (M2) of garnet porphyroblast+amphibole+quartz+plagioclase+epidote as well as accessary minerals in Sample 19QL04; (b) amphibole inclusion (M1) in garnet, and metamorphic peak assemblage (M2) of garnet porphyroblast+amphibole+quartz as well as accessory minerals in Sample 19QL13

樣品19QL13出露于西峽縣雙龍鎮(zhèn)南(33°22′55.26″N、111°35′18.84″E), 可識(shí)別出兩個(gè)階段的變質(zhì)礦物組合(圖6b)。進(jìn)變質(zhì)階段礦物組合(M1)為包裹于石榴子石變斑晶中的普通角閃石(Amp1)和石英(Qtz1)。變質(zhì)高峰期礦物組合(M2)為石榴子石(Grt2)變斑晶及石英(Qtz2)、角閃石(Amp2)及副礦物鋯石(Zrn2)。巖石中未見(jiàn)斜長(zhǎng)石。

3 測(cè)試方法

鋯石與獨(dú)居石單礦物分選在河北省廊坊市宇能巖石礦物分選技術(shù)有限公司完成, 陰極發(fā)光(CL)圖像與背散射(BSE)圖像在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所拍攝。在獲取圖像的基礎(chǔ)上, 檢查單礦物顆粒是否發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)、有無(wú)裂縫、有無(wú)核邊結(jié)構(gòu)等, 再選擇合適的顆粒樣品進(jìn)行U-Pb年齡測(cè)定。

鋯石與獨(dú)居石LA-ICP-MS定年測(cè)試在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成。采用的激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLasPro, 質(zhì)譜儀為Agilent7700。獨(dú)居石采用直徑為16μm激光束斑、鋯石采用直徑為24μm激光束斑, 分別進(jìn)行剝蝕。每個(gè)分析點(diǎn)背景采集時(shí)間為20～25s, 樣品數(shù)據(jù)采集時(shí)間為50s。鋯石年齡采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)進(jìn)行校正。GJ-1作為未知標(biāo)樣以校正儀器穩(wěn)定性, 每隔5～6個(gè)測(cè)點(diǎn)樣品測(cè)定加測(cè)標(biāo)樣一次。鋯石樣品測(cè)點(diǎn)前后各測(cè)兩次NIST SRM610, 采用29Si為內(nèi)標(biāo), 測(cè)定鋯石U、Th、Pb含量。獨(dú)居石選用44069和NIST610作為內(nèi)、外標(biāo)分別進(jìn)行U-Pb年齡數(shù)據(jù)校正。

圖7 獨(dú)居石電子背散射圖像圓形及旁邊順序數(shù)字代表LA-ICP-MS測(cè)試點(diǎn)位置及其代號(hào), 帶有“±”符號(hào)的數(shù)字代表對(duì)應(yīng)的206Pb/238U年齡Fig.7 BSE images of monazite grains separated from the representative metamorphic rocksThe circles and adjacent numbers stand for the LA-ICP-MS analytical spots and their sequential numbers. Numbers with “±” symbols represent the corresponding 206Pb/238U ages

圖8 獨(dú)居石U-Pb年齡諧和圖Fig.8 Concordia diagrams of the metamorphic monazite grains

樣品靈敏度漂移、同位素比值校正、年齡數(shù)據(jù)測(cè)算，采用軟件ICP MS DataCal進(jìn)行處理(Liuetal., 2010)。諧和圖繪制及加權(quán)平均年齡計(jì)算采用Isoplot(Ver.4.15)軟件進(jìn)行處理。采用年齡為206Pb/238U年齡, 單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)誤差為1σ, 加權(quán)平均年齡為95%及以上置信度。樣品測(cè)試結(jié)果見(jiàn)電子版附表1、附表2。

電子探針(EPMA)礦物化學(xué)成分測(cè)試在合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院JOEL JXA 8230型電子探針儀上完成。工作條件為：加速電壓15kV, 電流20nA, 電子束斑直徑為3～5μm, 數(shù)據(jù)檢測(cè)時(shí)間10～20s。使用天然礦物作標(biāo)樣, 使用程序ZAF對(duì)實(shí)驗(yàn)本底進(jìn)行校正。每個(gè)階段變質(zhì)礦物組合中，每種礦物至少測(cè)試3個(gè)顆粒, 以檢查礦物化學(xué)成分的均勻性。代表性礦物電子探針?lè)治鼋Y(jié)果見(jiàn)電子版附表3。

4 LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果

4.1 獨(dú)居石U-Pb定年結(jié)果

石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖 樣品19QL09中的獨(dú)居石為淺黃色, 顆粒大小不一, 其長(zhǎng)軸約50～120μm, 個(gè)別顆?？蛇_(dá)150μm以上, 形態(tài)多為橢圓狀晶體形態(tài), 部分為柱狀晶形。背散射圖像可見(jiàn)絕大部分獨(dú)居石環(huán)帶微弱(圖7a)。本樣品共30個(gè)測(cè)點(diǎn),206Pb/238U加權(quán)平均年齡為413.7±1.6Ma (MSWD=2.1)(圖8a)，代表變質(zhì)時(shí)代。

石榴黑云二長(zhǎng)片麻巖 樣品19QL25中獨(dú)居石顏色為淺黃色和灰色, 顆粒普遍偏小, 大多不含包裹體, 長(zhǎng)軸多為50～70μm(圖7b)。本樣品測(cè)點(diǎn)共30個(gè), 年齡集中度高,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為409.6±1.9Ma (MSWD=1.8)(圖8b)，代表變質(zhì)時(shí)代。

石榴黑云石英片巖 樣品19QL03中獨(dú)居石呈淺黃色, 顆粒粒徑較大, 長(zhǎng)軸約為110～150μm (圖7c)。樣品共30個(gè)測(cè)點(diǎn), 年齡集中,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為411.4±1.6Ma (MSWD=1.5)(圖8c)，代表變質(zhì)時(shí)代。樣品19QL12中的獨(dú)居石為淺黃色, 顆粒粒度差異較大, 從30～120μm不等, 形態(tài)多為等軸柱狀和短柱狀。背散射圖像顯示僅少部分顆粒具成分環(huán)帶, 大多數(shù)顆粒為灰色(圖7d)。樣品測(cè)點(diǎn)共30個(gè), 其中一個(gè)測(cè)試點(diǎn)諧和度較低(附表1), 其余29個(gè)測(cè)試點(diǎn)給出206Pb/238U加權(quán)平均年齡為409.0±1.9Ma (MSWD=3)(圖8d)，代表變質(zhì)時(shí)代。

4.2 鋯石U-Pb定年結(jié)果

用于LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)試的副變質(zhì)巖樣品共4件, 測(cè)試點(diǎn)共計(jì)100點(diǎn); 變質(zhì)基性巖樣品3件, 共65個(gè)測(cè)試點(diǎn)。測(cè)試中避開(kāi)包裹體, 選擇變質(zhì)邊較寬、無(wú)裂隙的變質(zhì)鋯石進(jìn)行剝蝕。

石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖 樣品19QL09中的鋯石為無(wú)色透明, 較為自形, 以短柱-長(zhǎng)柱狀為主, 顆粒粒度介于70～150μm之間, 多數(shù)為100μm左右。CL圖像下鋯石發(fā)光性較弱, 多具核-邊結(jié)構(gòu), 由碎屑鋯石核和周圍淺色變質(zhì)邊組成, 發(fā)光性均較弱, 變質(zhì)增生邊較窄。部分鋯石具面狀分帶或弱分帶, 為典型的變質(zhì)鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征(吳元保和鄭永飛, 2004)(圖9a)。本樣品共25個(gè)測(cè)試點(diǎn), 其中1個(gè)測(cè)試點(diǎn)Th/U比值為0.68, 綜合CL圖像特征判斷其核部為繼承性碎屑鋯石核。另3個(gè)測(cè)試點(diǎn)諧和度較低, 未參與加權(quán)平均年齡計(jì)算。21個(gè)位于諧和線上的有效測(cè)試點(diǎn)Th、U含量變化值分別為10×10-6～75×10-6、1131×10-6～3323×10-6, Th/U比值為0.01～0.04, 給出的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為408.8±3.3Ma (MSWD=2.3)(圖10a)，代表變質(zhì)時(shí)代。

圖9 鋯石陰極發(fā)光圖像及其U-Pb年齡圓圈及旁邊順序數(shù)字代表LA-ICP-MS測(cè)試點(diǎn)位置及其代號(hào), 帶有“±”符號(hào)的數(shù)字代表對(duì)應(yīng)的U-Pb年齡Fig.9 CL images of zircon grains separated from the representative metamorphic rocksThe circles and adjacent numbers stand for the LA-ICP-MS analytical spots and their sequential numbers. Numbers with “±” symbols represent the corresponding U-Pb ages

圖10 鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.10 Concordia diagrams of the metamorphic zircon grains

石榴黑云二長(zhǎng)片麻巖 樣品19QL25中的鋯石多為半自形, 短柱狀, 邊部圓滑無(wú)色透明, 粒度80～120μm不等。鋯石蛻晶化嚴(yán)重, 無(wú)分帶。多數(shù)鋯石具有清晰的核邊結(jié)構(gòu)。經(jīng)變質(zhì)作用改造的碎屑鋯石核在CL圖像下呈深灰-黑色。變質(zhì)過(guò)程中生長(zhǎng)的邊部發(fā)光性較強(qiáng)。還有部分鋯石呈狀環(huán)帶, 為變質(zhì)成因(吳元保和鄭永飛, 2004)(圖9b)。本樣品共25個(gè)測(cè)點(diǎn), 其中9個(gè)點(diǎn)諧和度低, 年齡誤差大。其余16個(gè)位于諧和線上有效測(cè)試點(diǎn)的Th、U含量分別在3×10-6～19×10-6、192×10-6～347×10-6之間, Th/U比值為0.01～0.03, 其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為405.8±3.6Ma (MSWD=1.18)(圖10b)，代表變質(zhì)時(shí)代。

石榴黑云石英片巖 樣品19QL03中的鋯石粒徑差異懸殊, 粒度50～150μm不等, 多呈半自形-他形結(jié)構(gòu), 顆粒邊緣較為圓滑, 顏色淺黃透明。CL圖像下鋯石核部多保留寬緩的巖漿振蕩環(huán)帶, 變質(zhì)增生邊普遍較窄, 這些鋯石為原有鋯石經(jīng)變質(zhì)作用改造形成。部分鋯石無(wú)核邊結(jié)構(gòu), 具有扇形分帶, CL發(fā)光較弱, 具有變質(zhì)新生鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征(吳元保和鄭永飛, 2004)(圖9c)。樣品共25個(gè)測(cè)試點(diǎn), 其中1號(hào)點(diǎn)、9號(hào)點(diǎn)年齡較老(735±9Ma、716±6Ma), 位于鋯石核部，為繼承年齡。另有14個(gè)測(cè)試點(diǎn)的Th、U值變化分別為33×10-6～123×10-6、2813×10-6～4821×10-6, Th/U為0.01～0.03,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為407.6±3.8Ma (MSWD=2.3)(圖10c)，代表變質(zhì)時(shí)代。

樣品19QL12中的鋯石為無(wú)色透明, 顆粒小, 長(zhǎng)軸50μm左右。鋯石顆粒多為他形結(jié)構(gòu), 顆粒邊緣磨圓明顯。CL圖像顯示絕大部分鋯石發(fā)光性弱, 核部有殘留的寬緩巖漿環(huán)帶, 為殘留的碎屑鋯石核。變質(zhì)增生邊一般較窄，呈弱分帶, 符合變質(zhì)鋯石的特征(吳元保和鄭永飛, 2004) (圖9d)。共測(cè)試25個(gè)測(cè)點(diǎn), 除第1、8、16、23號(hào)這4個(gè)測(cè)試點(diǎn)剝蝕到碎屑鋯石核為混合年齡及10個(gè)諧和度年齡偏低的測(cè)試點(diǎn)外(附表2), 共11個(gè)有效測(cè)試點(diǎn)。其Th含量變化在8×10-6～11×10-6, U含量變化在434×10-6～553×10-6, Th/U比值為0.01～0.02,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為408.1±2.9Ma (MSWD=0.86)(圖10d)，代表變質(zhì)時(shí)代。

石榴角閃巖 樣品19QL04中的鋯石無(wú)色透明, 顆粒較小(30～70μm), 個(gè)別鋯石長(zhǎng)軸達(dá)100 μm以上。CL圖像可見(jiàn)鋯石大多顯示扇形分帶或弱分帶或無(wú)分帶特征, 小部分鋯石具溶蝕結(jié)構(gòu), 均為變質(zhì)鋯石典型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征(吳元保和鄭永飛, 2004), 這些鋯石CL圖像發(fā)光性較強(qiáng)(圖9e)。本樣品20個(gè)測(cè)試點(diǎn), 除去諧和度偏低的6個(gè)測(cè)試點(diǎn)(附表2)外，其余14個(gè)有效測(cè)試點(diǎn)Th和U含量變化范圍分別為17×10-6～48×10-6、104×10-6～298×10-6, Th/U比值為0.11～0.27,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為383.9±3.5Ma (MSWD=0.95)(圖10e)，代表變質(zhì)時(shí)代。

樣品19QL05中的鋯石形態(tài)均為半自形或它形, 呈短軸-等軸狀, 粒徑差異較大, 多數(shù)為30～70μm, 部分超過(guò)100μm。樣品中鋯石CL圖像包括無(wú)分帶、弱分帶或扇形分帶, 具有變質(zhì)鋯石的典型結(jié)構(gòu)(吳元保和鄭永飛, 2004)(圖9f)。共測(cè)試20個(gè)點(diǎn), 其中7個(gè)點(diǎn)誤差較大或諧和度偏低, 第6號(hào)測(cè)試點(diǎn)為混合年齡(508±9Ma)。第13、14號(hào)點(diǎn)年齡較分散(413±6Ma, 412±7Ma), 未參與加權(quán)平均年齡計(jì)算, 但仍考慮為同一期變質(zhì)事件年齡。10個(gè)有效測(cè)試點(diǎn)年齡集中, Th、U含量分別介于27×10-6～109×10-6、63×10-6～393×10-6, 其Th/U比值為0.15～0.37, 其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為379.3±3.7Ma (MSWD=0.36)(圖10f)，代表變質(zhì)時(shí)代。

樣品19QL13中的鋯石呈長(zhǎng)柱狀-粒狀, 形態(tài)為半自形-他形, 粒徑30～70μm。由CL圖像可見(jiàn)鋯石發(fā)光性較弱, 顏色為灰黑色, 呈片狀分帶, 部分為弱分帶, 具有變質(zhì)增生鋯石的特征(吳元保和鄭永飛, 2004)。本樣品共測(cè)試25個(gè)點(diǎn)(圖9g), 其中4個(gè)點(diǎn)諧和度偏低(附表2), 其余21個(gè)有效測(cè)試點(diǎn)Th、U含量變化范圍分別為60×10-6～216×10-6、535×10-6～942×10-6, Th/U比值為0.09～0.28,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為401.4±4.1Ma (MSWD=3.6)(圖10g)，代表變質(zhì)時(shí)代。

圖11 石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖(a-c)和石榴黑云二長(zhǎng)片麻巖(d)中石榴子石的化學(xué)成分剖面Fig.11 Chemical profiles of garnet in the garnet-biotite-plagioclase gneisses (a-c) and garnet-biotite monzogneiss (d)

5 變質(zhì)礦物的化學(xué)成分

變質(zhì)泥質(zhì)巖中, 石榴子石是最重要的變質(zhì)礦物。采用泥質(zhì)巖典型的NCMnKFMASH化學(xué)系統(tǒng), 對(duì)綠片巖相-高角閃巖相泥質(zhì)變質(zhì)巖中最常見(jiàn)礦物組合進(jìn)行的熱力學(xué)模擬計(jì)算(Spearetal., 1990)表明, 進(jìn)變質(zhì)階段生長(zhǎng)的石榴子石, 從核心到邊部, 其XMn、Fe/(Fe+Mg)的值逐漸降低, 呈現(xiàn)“掛鐘狀”生長(zhǎng)剖面。此外, 對(duì)大量變質(zhì)泥質(zhì)巖中石榴子石的化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn), 其Ca/Fe離子比值與溫度和壓力均呈非線性正相關(guān)關(guān)系(Wu, 2019)。在退變質(zhì)期間, 石榴子石可能與其他鐵鎂質(zhì)礦物(通常是黑云母)發(fā)生Fe-Mg離子再交換(反向擴(kuò)散), 石榴子石化學(xué)成分剖面被不同程度改造。剖面改造不徹底時(shí), 石榴子石邊部XMn基本不變, Fe/(Fe+Mg)升高而呈現(xiàn)“鉤狀”上翹特征(Kohn and Spear, 2000)。這些特征成為判別石榴子石化學(xué)成分環(huán)帶性質(zhì)的重要指標(biāo)。

5.1 石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖

石榴子石 樣品NY01、19QL07、19QL09電子探針化學(xué)成分測(cè)試剖面位置如圖4, 測(cè)試方向以帶箭頭的虛線所示。石榴子石總體以鐵鋁榴石為主, 富鈣鋁榴石, 另有少量錳鋁榴石、鎂鋁榴石組分。

樣品NY01中石榴子石主要由鐵鋁榴石(52%～59%)組成, 富含鈣鋁榴石(21%～34%), 含少量鎂鋁榴石(6%～10%)與錳鋁榴石(6%～12%)。從核心到邊部,XMn與Fe/(Fe+Mg)逐漸下降, 最邊部XMn與Fe#[=Fe/(Fe+Mg)]有輕微上升(圖11a), 表明在變質(zhì)作用后期石榴子石邊部曾發(fā)生輕微分解, 與黑云母間曾發(fā)生Fe-Mg擴(kuò)散(Spear and Florence, 1992; Kohn and Spear, 2000)。幔部到邊部Ca/Fe比值明顯升高(圖11a), 暗示石榴子石生長(zhǎng)后期階段可能有壓力升高過(guò)程(Wu, 2019)。

樣品19QL07中石榴子石組分主要為鐵鋁榴石(53%～62%), 其次為鈣鋁榴石(20%～34%)與鎂鋁榴石(9%～13%), 含少量錳鋁榴石(3%～6%)(圖11b)。該剖面含有較多包裹體, 個(gè)別包裹體顆粒對(duì)其周圍測(cè)點(diǎn)有一定影響, 導(dǎo)致出現(xiàn)XCa、Ca/Fe的波動(dòng)。從核部到邊部, 錳鋁榴石與鎂鋁榴石含量無(wú)明顯變化, 最邊部XMn、Fe#輕微升高，很可能系Fe-Mg離子擴(kuò)散所致。幔部到邊部Ca/Fe比值有明顯升高(圖11b), 表明石榴子石生長(zhǎng)后期可能有壓力上升過(guò)程(Wu, 2019)。核部可能受到包裹體的影響，化學(xué)成分顯示異常(圖11b)。

圖12 石榴黑云石英片巖中的石榴子石化學(xué)成分剖面Fig.12 Chemical profiles of garnet of the garnet-biotite-quartz schist

樣品19QL09中石榴子石成分剖面測(cè)試表明, 石榴子石主要為鐵鋁榴石(69%～73%), 富含鎂鋁榴石(17%～22%), 含少量錳鋁榴石(5%～8%)與鈣鋁榴石(2%～3%)(圖11c)。從石榴子石核部到邊部成分均勻。最邊部Fe#輕微升高(圖11c), 表明在變質(zhì)作用后期石榴子石與黑云母發(fā)生過(guò)輕微的Fe-Mg擴(kuò)散(Kohn and Spear, 2000)。

單斜輝石 樣品19QL07中單斜輝石不同顆粒之間成分較均一, 無(wú)化學(xué)成分環(huán)帶。根據(jù)Morimoto (1988)的分類方法, 這些單斜輝石均為透輝石。

斜長(zhǎng)石 樣品NY01、19QL07與19QL09中，斜長(zhǎng)石均存在于基質(zhì)(Pl2)中, 未發(fā)現(xiàn)明顯化學(xué)成分環(huán)帶，成分基本均勻。NY01中Pl2的XAn值介于0.42～0.48之間，樣品19QL07中Pl2的XAn值介于0.42～0.51之間，樣品19QL09中的XAn值介于0.26～0.29之間。

黑云母 樣品NY01、19QL07中黑云母僅以基質(zhì)礦物(Bt2)形式存在。19QL09中黑云母以包裹體(Bt1)和基質(zhì)礦物(Bt2)形式存在。石榴子石變斑晶中黑云母包裹體FeO與TiO2含量分別介于12.80%～13.49%之間與4.35%～5.05%之間, 基質(zhì)中黑云母FeO 與TiO2含量分別為16.42%～19.34%與2.41%～4.21%?；|(zhì)黑云母更加富鐵貧鈦。

角閃石 樣品19QL07與NY01中角閃石存在于基質(zhì)中。依據(jù)Leakeetal. (1997)的分類方法, 兩個(gè)樣品中的角閃石成分均投在鈣鐵鎂閃石區(qū)域, 屬鈣質(zhì)角閃石亞族。樣品19QL09中不含角閃石。

鉀長(zhǎng)石 樣品19QL09d的基質(zhì)中含有少量鉀長(zhǎng)石, 粒度小, 成分基本均一,XOr值介于0.89～0.93之間,XAb值介于0.08～0.11之間。

5.2 石榴黑云二長(zhǎng)片麻巖

石榴子石 樣品19QL25中石榴子石無(wú)化學(xué)成分環(huán)帶(圖11d)。石榴子石主要組分為鐵鋁榴石(78%～83%), 富含鎂鋁榴石(12%～15%), 含少量鈣鋁榴石(3%～6%)和錳鋁榴石(1%～2%)(圖11d)。

斜長(zhǎng)石 樣品19QL25中斜長(zhǎng)石僅存于基質(zhì)中,XAn值介于0.25～0.48, 為中-更長(zhǎng)石。

鉀長(zhǎng)石 該樣品中鉀長(zhǎng)石含量較高, 礦物含量約占55%～60%。鉀長(zhǎng)石以包裹體(Kfs1)和基質(zhì)(Kfs2)的形式存在, 二者化學(xué)成分略有差異。Kfs2的XOr值介于0.82～0.91之間,XAb值介于0.09～0.18之間; Kfs1的XOr值為0.86,XAb值介于0.13～0.14之間。

黑云母 樣品19QL25中黑云母以包裹體(Bt1)和基質(zhì)(Bt2)形式存在。石榴子石變斑晶中黑云母包裹體FeO與TiO2含量分別介于18.85%～21.54%之間與3.23%～5.39%之間, 基質(zhì)中黑云母FeO 與TiO2含量分別介于21.69%～23.29%之間與3.39%～4.77%之間?；|(zhì)中黑云母相對(duì)于包裹體黑云母更加富鐵貧鈦。

5.3 石榴黑云石英片巖

石榴子石 樣品19QL03中石榴子石主要組分為鐵鋁榴石(71%～77%), 富含鎂鋁榴石(12%～21%), 含少量錳鋁榴石(4%～6%)與鈣鋁榴石(4%～6%)。近包裹體周圍XMg、Fe#值有波動(dòng),XMn、XCa、Ca/Fe的值基本均勻(圖12a)，這可能是由于包裹體對(duì)其化學(xué)成分有所改造。從石榴子石核部到邊部, Fe#有明顯升高, 表明在變質(zhì)作用后期石榴子石邊部存在一定的Fe-Mg離子再交換(Kohn and Spear, 2000)。

樣品19QL12中石榴子石主要為鐵鋁榴石(63%～65%), 富含鎂鋁榴石(29%～31%), 含少量錳鋁榴石(3%～4%)與鈣鋁榴石(約3%)。從核部到邊部, 石榴子石各組分較為均一, 無(wú)明顯成分環(huán)帶(圖12b)。

斜長(zhǎng)石 樣品19QL03和19QL12均含斜長(zhǎng)石。樣品19QL03中斜長(zhǎng)石只存在于基質(zhì)中, 成分較均一,XAn介于0.30～0.48之間, 均屬于中長(zhǎng)石。樣品19QL12基質(zhì)中不同顆粒斜長(zhǎng)石之間成分差異較小,XAn介于0.24～0.48之間, 屬更長(zhǎng)石-中長(zhǎng)石。

圖13 西峽-內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū)變質(zhì)作用P-T軌跡Fig.13 Metamorphic P-T paths of metamorphic rocks of the Xixia and Neixiang areas

黑云母 樣品19QL03中黑云母僅存在于基質(zhì)中, 化學(xué)成分均一。樣品中19QL12中黑云母見(jiàn)于石榴子石中包裹體和基質(zhì)中。石榴子石變斑晶中黑云母包裹體(Bt1)的FeO與

表1 西峽-內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū)變質(zhì)巖不同變質(zhì)階段的P-T條件

TiO2含量分別為10.14%～12.52%和4.44%～5.67%。基質(zhì)中黑云母(Bt2)的FeO 與TiO2含量分別為13.89%～15.47%和4.17%～5.42%?；|(zhì)中黑云母(Bt2)比包裹體中黑云母(Bt1)更加富鐵貧鈦。

6 變質(zhì)作用溫度與壓力條件

根據(jù)副變質(zhì)巖中的具體礦物組合, 采用石榴子石-黑云母(GB)溫度計(jì)(Holdaway, 2000)和石榴子石壓力計(jì)(Wu, 2019)計(jì)算進(jìn)變質(zhì)階段(M1)P-T條件。變質(zhì)高峰期P-T條件的計(jì)算, 采用石榴子石-黑云母(GB)溫度計(jì)(Holdaway, 2000)和石榴子石-黑云母-斜長(zhǎng)石-石英(GBPQ)壓力計(jì)(Wuetal., 2004)。其中, 樣品19QL07中含有角閃石, 也采用石榴子石-角閃石溫度計(jì)(Ravna, 2000)和石榴子石-角閃石-斜長(zhǎng)石-石英(GHPQ)壓力計(jì)(Holland and Blundy, 1994)計(jì)算。P-T條件計(jì)算結(jié)果參見(jiàn)表1。

石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖 樣品NY01、19QL07變質(zhì)高峰期(M2)的P-T條件分別為0.92GPa/655℃ (GBPQ)、1.02GPa/683℃ (GBPQ)。樣品19QL09進(jìn)變質(zhì)階段(M1)、變質(zhì)高峰期(M2)的P-T條件分別為0.21GPa/553℃ (GB)、0.52GPa/676℃ (GBPQ)。由于樣品19QL09在變質(zhì)階段后期石榴石邊部曾發(fā)生分解, Fe-Mg離子發(fā)生再交換, 因此計(jì)算出的峰期變質(zhì)溫度低于真實(shí)的峰期溫度(圖13a)。

石榴黑云二長(zhǎng)片麻巖 樣品19QL25進(jìn)變質(zhì)階段(M1)、變質(zhì)高峰期(M2)的P-T條件分別為0.30 GPa/617℃ (GB)、0.60 GPa/705℃ (GBPQ) (圖13b)。

石榴黑云石英片巖 樣品19QL03變質(zhì)高峰期(M2)的P-T條件為0.70GPa/710℃ (GBPQ)。樣品19QL12進(jìn)變質(zhì)(M1)、變質(zhì)高峰期階段(M2)的P-T條件分別為0.29GPa/570℃ (GB)、0.53GPa/692℃ (GBPQ) (圖13c)。

7 鋯石、獨(dú)居石中包裹體的物相鑒定

東秦嶺地區(qū)已確定的高壓-超高壓變質(zhì)巖石, 出露于秦嶺巖群北側(cè)的官坡、雙槐樹(shù)一帶, 以及南側(cè)的清油河、松樹(shù)溝、丹鳳大寺溝等地, 分布范圍可能延伸至河南西峽寨根以北(劉良等, 2009)。劉良等(2013)對(duì)西峽北部榴閃巖的研究表明, 巖石遭受強(qiáng)烈退變質(zhì)作用改造, 早期礦物組合難以恢復(fù), 樣品中未見(jiàn)高壓變質(zhì)特征礦物。

秦嶺巖群東部是否有高壓-超高壓變質(zhì)的信息, 還不得而知。前人研究表明, 鋯石及獨(dú)居石能夠在較大溫度區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定, 其中的包裹體礦物可以記錄重要的變質(zhì)作用信息。為此, 我們對(duì)分離自石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖、石榴黑云二長(zhǎng)片麻巖、石榴黑云石英片巖中的鋯石和獨(dú)居石, 進(jìn)行了激光拉曼光譜鑒定分析。鋯石中的包裹體礦物有斜長(zhǎng)石(Pl)、磷灰石(Ap)、黑云母(Bt)、方解石(Cal)。獨(dú)居石中包裹體有鋯石(Zrn)、石英(Qtz)、斜長(zhǎng)石(Pl)。石榴角閃巖鋯石包裹體中發(fā)現(xiàn)有普通角閃石(Amp)、磷灰石(Ap)、石榴子石(Grt)、赤鐵礦(Hem)。目前研究表明，秦嶺巖群東部這些代表性變質(zhì)巖的鋯石和獨(dú)居石中, 均未發(fā)現(xiàn)高壓、超高壓變質(zhì)礦物包裹體。

8 討論

8.1 秦嶺巖群東部變質(zhì)作用高峰期的地質(zhì)時(shí)代

獨(dú)居石封閉溫度略低于鋯石, 普通鉛含量極低(Corfu, 1988), 在變質(zhì)和流體作用過(guò)程中, 不易受后期熱事件的干擾(Suzuki and Adachi, 1991)。被屏蔽在石榴子石中的獨(dú)居石通常能夠有效阻止流體作用所導(dǎo)致的鉛丟失及同位素重設(shè), 能更好地保留地質(zhì)年代信息(Zhu and O’Nions, 1999)。結(jié)合變質(zhì)巖中獨(dú)居石形態(tài)、BSE圖像特征等能夠判斷獨(dú)居石成因類型及形成階段, 從而限定變質(zhì)事件的地質(zhì)時(shí)代(周桂生等, 2017; Chenetal., 2020)。

本文用于定年的變質(zhì)沉積巖中獨(dú)居石和鋯石, 具有以下特征：(1)它們有的以石榴子石中包裹體礦物的形式出現(xiàn), 有的形成于變質(zhì)高峰期, 出現(xiàn)于基質(zhì)礦物組合中(圖4、圖5)。由于單顆粒獨(dú)居石和鋯石, 都是自變質(zhì)沉積巖分離的, 因此這些用來(lái)定年的獨(dú)居石和鋯石, 應(yīng)該是選自基質(zhì)礦物組合中即形成于變質(zhì)高峰期; (2)原巖均為泥質(zhì)巖或泥砂質(zhì)巖, 獨(dú)居石均為變質(zhì)成因。獨(dú)居石大多發(fā)育深淺不一的扇形成分環(huán)帶。通過(guò)測(cè)試獨(dú)居石環(huán)帶發(fā)現(xiàn), 單個(gè)樣品中所有獨(dú)居石測(cè)點(diǎn)年齡均高度集中, 其年齡并無(wú)明顯差異。不同樣品中的獨(dú)居石U-Pb年齡介于414～409Ma; (3)變質(zhì)沉積巖中鋯石的Th/U比值為0.01～0.04, 不同樣品中的鋯石U-Pb年齡介于409～406Ma; (4)同一樣品中, 獨(dú)居石U-Pb年齡、鋯石U-Pb年齡在誤差范圍內(nèi)沒(méi)有差別, 獨(dú)居石加權(quán)平均年齡要比鋯石大1～4Myr。這不僅驗(yàn)證了獨(dú)居石U-Pb系統(tǒng)和鋯石U-Pb系統(tǒng)封閉溫度同樣較高, 也說(shuō)明本文定年結(jié)果是可靠的。變質(zhì)沉積巖中獨(dú)居石和鋯石的定年結(jié)果為414～409Ma。

本文定年的石榴角閃巖中的鋯石Th/U比值為0.09～0.37, 其U-Pb年齡為401～379Ma。

變質(zhì)基性巖樣品19QL04與19QL05距離不足1km (圖2), 其鋯石U-Pb年齡基本一致(384～379Ma)。同樣位于該點(diǎn)的黑云石英片巖(樣品19QL03), 鋯石與獨(dú)居石U-Pb年齡為411～408Ma。這可能表明西峽-內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū)的變質(zhì)基性巖、變質(zhì)沉積巖達(dá)到各自最大俯沖深度的時(shí)間很可能存在差異, 它們是在后期的構(gòu)造抬升階段才就位于相鄰區(qū)域的。

早古生代期間, 北秦嶺造山帶存在的三期(～500Ma、～450Ma、～420Ma)花崗質(zhì)巖漿事件(張成立等, 2013), 可能分別對(duì)應(yīng)于北秦嶺造山帶高壓-超高壓變質(zhì)事件的高峰期(～500Ma)，以及～450Ma和～420Ma兩期連續(xù)退變質(zhì)事件(劉良等, 2013)。前人研究發(fā)現(xiàn), 西峽地區(qū)秦嶺巖群鋯石U-Pb年齡普遍被限定在450～400Ma之間。例如, 黑云斜長(zhǎng)片麻巖中變質(zhì)鋯石的SHRIMP U-Pb年齡為～400Ma (萬(wàn)渝生等, 2011), LA-ICP-MS U-Pb定年表明鋯石變質(zhì)增生邊年齡為424±9.1Ma (向華等, 2014)。角閃二輝麻粒巖中鋯石U-Pb定年結(jié)果為440±2Ma和426±1Ma, 可能分別代表中壓麻粒巖與區(qū)域角閃巖相變質(zhì)時(shí)代(張建新等, 2011)。值得注意的是, 本文測(cè)定的西峽-內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū)變質(zhì)作用高峰時(shí)代(414～379Ma), 均略晚于前人確定的變質(zhì)高峰期和退變質(zhì)時(shí)代，原因待查。

8.2 北秦嶺造山帶東部秦嶺巖群折返速率

西峽-內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū)秦嶺巖群的巖石類型多種多樣, 其中變質(zhì)基性巖多呈透鏡體形式被夾持于片麻巖與片巖之中, 類似構(gòu)造混雜帶“基質(zhì)夾巖塊”的特征，可能是規(guī)模不等的不同構(gòu)造巖片疊置所致。從巖相學(xué)角度看, 西峽-內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū)的變質(zhì)巖石并未顯示多期變質(zhì)作用的跡象。這些巖石普遍經(jīng)歷了角閃巖相區(qū)域變質(zhì)作用, 變質(zhì)高峰達(dá)到中壓相系。不過(guò), 不同樣品的變質(zhì)高峰期溫度條件相似, 但壓力條件差異較大, 可能原因是不同巖石俯沖的深度不一致。此外, 各種變質(zhì)巖石中退變質(zhì)礦物組合并不常見(jiàn), 推測(cè)折返階段巖石抬升速度過(guò)快, 巖石大多未來(lái)得及發(fā)生退變質(zhì)反應(yīng)。

9 結(jié)論

(1)北秦嶺造山帶東部的西峽-內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū), 各種變質(zhì)巖的鋯石、獨(dú)居石中, 均未發(fā)現(xiàn)高壓、超高壓變質(zhì)礦物包裹體;

(2)副變質(zhì)巖中鋯石、獨(dú)居石記錄的變質(zhì)時(shí)代為414～405Ma, 變質(zhì)基性巖中鋯石記錄的變質(zhì)時(shí)代為401～379Ma, 屬同一期變質(zhì)事件的記錄。這一變質(zhì)事件的高峰期發(fā)生于晚志留世-中泥盆世;

(3)西峽-內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū)的變質(zhì)巖石中, 未見(jiàn)到多期變質(zhì)作用的巖相學(xué)證據(jù)。巖石普遍經(jīng)歷了角閃巖相變質(zhì)作用, 變質(zhì)高峰期P-T條件為660～710℃/0.5～1.0GPa, 屬于中壓變質(zhì)相系。不同變質(zhì)巖的變質(zhì)高峰期壓力條件差異明顯, 說(shuō)明這些變質(zhì)巖俯沖深度不同, 在構(gòu)造折返階段才構(gòu)造混雜在一起。退變質(zhì)礦物組合不發(fā)育, 暗示折返抬升速率較快。

致謝張建新研究員、陳丹玲教授、朱賴民教授提出了寶貴的修改建議, 俞良軍副編審訂正了文中的多處錯(cuò)誤，提高了本文的學(xué)術(shù)水平，作者謹(jǐn)向他們致以真摯的感謝。