源區(qū)組成與轉(zhuǎn)熔礦物組合的選擇性帶入對(duì)花崗巖成分變化的影響：以南秦嶺寧陜花崗巖體群為例*

王日香 李小偉,** 管琪 孫雨沁 李睿哲 謝沛伶 吳斌斌 夏文月

1. 地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 1000832. 自然資源部金礦成礦過(guò)程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過(guò)程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東省地質(zhì)科學(xué)研究院, 濟(jì)南2500133. 河北地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，河北省戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050031

花崗巖作為地球大陸地殼的主要組成部分，記錄了地殼生長(zhǎng)和演化的重要信息(Hawkesworth and Kemp, 2006；Kempetal., 2007；Moyenetal., 2017)。因此，花崗巖源區(qū)性質(zhì)以及對(duì)其巖漿演化過(guò)程的研究，可以為地殼生長(zhǎng)、物質(zhì)再循環(huán)和巖漿分異提供重要的約束(Clemensetal., 2011；Clemens and Stevens，2012；Bailieetal., 2020)。普遍認(rèn)為，花崗巖類(lèi)地球化學(xué)特征的多樣性受控于多種因素，如源區(qū)組成的不同，熔融條件和過(guò)程的差異，同化混染及分離結(jié)晶作用(Patio Douce, 1999；Clemens and Stevens, 2012)，不同批次地殼或地幔來(lái)源熔體的混合(Kempetal., 2007；Peruginietal., 2008；Applebyetal., 2010； Wangetal., 2013a)等。其中，不同的源區(qū)組成包含變泥質(zhì)巖、變?cè)颇钙瑤r、變硬砂巖、榴輝巖和變玄武巖(變輝長(zhǎng)巖、角閃巖)、變英云閃長(zhǎng)巖、變安山巖、變英安巖等 (Sissonetal., 2005；Gaoetal., 2016；Zhuetal., 2019a)；熔融條件的差異包括不同的溫度、壓力和水含量(Clemens, 2003, 2018；Clemens and Stevens, 2012)等；而花崗巖熔融過(guò)程的差異則包括平衡熔融與非平衡熔融過(guò)程(Tangetal., 2014；Wangetal., 2018；Zhuetal., 2019b)。 源區(qū)轉(zhuǎn)熔礦物的選擇性帶入(peritectic assemblage entrainment，PAE，Stevensetal., 2007)被認(rèn)為是影響花崗巖成分變化的重要控制因素(Stevensetal., 2007；Clemensetal., 2011；Huetal., 2019；Bailieetal., 2020；Zhuetal., 2020, 2021；王洛娟等，2021)，如國(guó)外對(duì)南非埃迪卡拉紀(jì)中期至早寒武世開(kāi)普花崗巖套的研究(Cape Granite Suite，CGS；Stevensetal., 2007；Clemensetal., 2011；Clemens and Stevens, 2012)、國(guó)內(nèi)對(duì)揚(yáng)子板塊西部中元古代晚期過(guò)鋁質(zhì)花崗巖(Zhuetal., 2020)和新元古代高鎂鐵質(zhì)I型花崗巖(Zhuetal., 2021)的研究等。這些研究認(rèn)為，PAE模型是造成花崗巖高的鎂鐵指數(shù)(摩爾 Fe+Mg)以及Ti、Ca、Zr、Th、Hf等元素含量變化的重要影響因素。

南秦嶺構(gòu)造帶中段發(fā)育有大規(guī)模的早中生代花崗質(zhì)巖體群，包括光頭山巖體群、寧陜巖體群和五龍巖體群等(圖1)，它們是探究花崗巖源區(qū)組成和PAE模型影響酸性侵入巖成分變化的良好對(duì)象。前人對(duì)寧陜巖體的巖石成因進(jìn)行了很多研究(張宏飛等，1997；駱金誠(chéng)等，2010；Dengetal., 2016；Luetal., 2016, 2017)，但仍存在不同的認(rèn)識(shí)，歸納起來(lái)，主要有：(1)寧陜巖體是碰撞背景下南秦嶺構(gòu)造帶的深部地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物(張宏飛等，1997)；(2)寧陜巖體早期巖漿(222～216Ma)由元古代變玄武巖部分熔融的巖漿與虧損地幔巖漿混合形成，而晚期巖漿(～210Ma)形成于沉積巖源區(qū)的部分熔融，該巖體形成于同碰撞至后碰撞的過(guò)渡階段(Yangetal., 2012)；(3)寧陜巖體中胭脂壩花崗巖是由具有揚(yáng)子板塊屬性的新元古代地殼物質(zhì)重熔形成的(韋龍猛等，2016；方博文等，2017)?？梢钥闯?，目前對(duì)影響寧陜巖體巖漿成分變化的主控因素和成因機(jī)制尚未有定論。如前文所述，除源區(qū)物質(zhì)組成的影響外，PAE模型是否影響巖漿成分的變化尚需評(píng)估。

圖1 中國(guó)中部區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a, 據(jù)Yang et al.，2012)和秦嶺造山帶構(gòu)造單元、沉積層序和早中生代花崗巖類(lèi)的分布(b, 據(jù)Dong et al., 2011修改)年齡數(shù)據(jù)據(jù)胡健民等，2004；張宗清等，2006；Yang et al., 2012；Deng et al., 2016；黃雄飛，2016；韋龍猛等，2016；方博文等，2017. WQ-西秦嶺；SG-松潘-甘孜地體；QD(QDM)-柴達(dá)木地體；QL-祁連山造山帶；NQ-北秦嶺；SQ-南秦嶺；YB-揚(yáng)子板塊；NCB-華北陸塊；QT-羌塘地體；LT-拉薩地體Fig.1 Geological map of main blocks and orogenic belts in central China (a, after Yang et al., 2012) and geological sketch of tectonic units, sedimentary sequences and distribution of Early Mesozoic granitoids in the Qinling orogenic belt (b, modified after Dong et al., 2011)Age data according to Hu et al., 2004; Zhang et al., 2006; Yang et al., 2012; Deng et al., 2016; Huang, 2016; Wei et al., 2016; Fang et al., 2017. WQ-West Qinling; SG-Songpan-Garzê Terrane；QD (QDM)-Qaidam; QL-Qilian Terrane; NQ-North Qinling; SQ-South Qinling; YB-Yangtze Block; NCB-North China Block; QT-Qiangtang Terrane; LT-Lhasa Terrane

本文選擇寧陜花崗巖中代表性巖體為主要研究對(duì)象，對(duì)其開(kāi)展了詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查，通過(guò)鋯石U-Pb-Hf同位素和獨(dú)居石U-Pb同位素分析，以及全巖主、微量元素和Sr-Nd同位素地球化學(xué)分析，對(duì)其侵位時(shí)代、源區(qū)組成、巖漿演化過(guò)程如何影響巖漿成分變化進(jìn)行了較為深入的探討，以期查明上述巖體的起源與演化過(guò)程，進(jìn)一步豐富酸性侵入巖的成因機(jī)制。

1 地質(zhì)背景

秦嶺造山帶夾持于太平洋構(gòu)造域、特提斯構(gòu)造域和古亞洲洋構(gòu)造域三者之間，呈近東西向展布。其西側(cè)與祁連-昆侖造山帶相鄰，北側(cè)以靈寶-魯山-舞陽(yáng)斷裂帶為界與華北地塊相鄰，南側(cè)以勉略-巴山-襄樊?dāng)嗔褞檫吔缗c揚(yáng)子板塊相接壤，東接大別-蘇魯超高壓變質(zhì)帶(Dongetal., 2011)。秦嶺造山帶及其鄰區(qū)由北到南可劃分為：華北板塊、北秦嶺構(gòu)造帶、商南-丹鳳縫合帶、南秦嶺構(gòu)造帶、勉縣-略陽(yáng)縫合帶和揚(yáng)子板塊(圖1a；張國(guó)偉等，1995)六個(gè)構(gòu)造單元。秦嶺造山帶主要經(jīng)歷了新元古代至早中生代的多期構(gòu)造-巖漿熱事件, 奠定了現(xiàn)今該造山帶的主體構(gòu)造格架(張成立等，2008)。

秦嶺造山帶大規(guī)模產(chǎn)出的酸性侵入巖具有多期次、多旋回的特點(diǎn)(王曉霞等，2011；Wangetal., 2013a)，它們的巖漿作用時(shí)代主要集中在：新元古代(980～710Ma)、古生代(510～400Ma)、早中生代(250～185Ma)和晚中生代(160～100Ma)(Wangetal., 2013b)。早中生代花崗巖類(lèi)以巖體群的形式發(fā)育于南秦嶺構(gòu)造帶內(nèi)(圖1b)，其中包括光頭山巖體群、寧陜巖體群和五龍巖體群等。

本文研究區(qū)位于南秦嶺構(gòu)造帶南部的勉縣-略陽(yáng)縫合帶北部，該縫合帶是由勉略洋盆于古生代至中生代演化而成(Mattaueretal., 1985；eng?r, 1985；Kr?neretal., 1993; Meng and Zhang, 1999, 2000；張國(guó)偉等，2001)。具體而言，其形成包括2個(gè)階段：古生代中期，勉略洋盆逐漸打開(kāi)，并演化出獨(dú)立的秦嶺微地塊；古生代晚期開(kāi)始，勉略古洋盆持續(xù)向北俯沖，至早中生代時(shí)期秦嶺微地塊與南部揚(yáng)子板塊發(fā)生碰撞而形成勉縣-略陽(yáng)縫合帶。區(qū)內(nèi)發(fā)育太古宇佛坪雜巖與陡嶺雜巖等結(jié)晶基底，沉積蓋層主要為震旦紀(jì)-早古生代巨厚的被動(dòng)陸緣沉積體系和晚古生代至中三疊紀(jì)秦嶺微板塊內(nèi)陸表海沉積體系(圖1b；張國(guó)偉等，2001；Dongetal., 2015)。研究區(qū)內(nèi)出露有大面積的酸性侵入巖類(lèi)組合，它們侵位于新元古代到古生代地層中，沿勉略縫合帶北側(cè)展布，共同構(gòu)成了一條東西向的印支期花崗巖帶，該花崗巖帶被認(rèn)為是揚(yáng)子板塊北部與秦嶺造山帶碰撞的產(chǎn)物(Sunetal., 2002)。

2 巖相學(xué)特征

寧陜花崗巖位于南秦嶺構(gòu)造帶的蜂腰部位，總體呈東西向展布的不規(guī)則橢圓形，出露面積約為1160km2(圖1b)，該巖體侵入至寒武紀(jì)-泥盆紀(jì)沉積蓋層中。寧陜花崗巖主要由胭脂壩、懶板凳和老城巖體組成，其中胭脂壩巖體位于寧陜花崗巖的東南部，北部為懶板凳巖體，西部為老城巖體(圖2)。

圖2 西秦嶺寧陜巖體群地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)Yang et al., 2012；韋龍猛等，2016)Fig.2 Geological map of Ningshan rock group in West Qinling (after Yang et al., 2012；Wei et al., 2016)

胭脂壩巖體(～530km2)的主體巖性為中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖，主要礦物組成為石英(25%～30%)、斜長(zhǎng)石(40%～45%)和鉀長(zhǎng)石(20%～25%)；次要礦物為黑云母(～5%)、白云母 (～1%)和角閃石(1%～5%)；副礦物為獨(dú)居石、鋯石、磷灰石及其他不透明礦物等。石英呈他形粒狀，部分顆粒可見(jiàn)波狀消光；斜長(zhǎng)石呈自形-半自形板狀，發(fā)育韻律環(huán)帶；微斜長(zhǎng)石發(fā)育格子雙晶；黑云母呈自形片狀，發(fā)育一組極完全解理，局部發(fā)生蝕變(圖3a-c)。

圖3 寧陜巖體花崗巖正交偏光顯微鏡下照片(a-c)胭脂壩花崗閃長(zhǎng)巖中具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)的斜長(zhǎng)石斑晶、具有格子雙晶的微斜長(zhǎng)石；(d)懶板凳二長(zhǎng)花崗巖中具有格子雙晶的微斜長(zhǎng)石；(e、f)老城二長(zhǎng)花崗巖中具有卡斯巴雙晶的鉀長(zhǎng)石. Pl-斜長(zhǎng)石；Kfs-鉀長(zhǎng)石；Mc-微斜長(zhǎng)石；Amp-角閃石；Bt-黑云母；Ms-白云母；Qtz-石英Fig.3 Microphotographs under CPL showing the mineral assemblages of the granite in the Ningshan granitoids(a-c) plagioclase phenocrysts with zoning texture and microcline with cross-hatch twinning from Yanzhiba granodiorite; (d) microcline with cross-hatch twinning from Langbandeng monzogranite; (e, f) K-feldspar with Carlsbad twinnings from Laocheng monzogranite. Pl-plagioclase; Kfs-K-feldspar; Mc-microcline; Amp-amphibole; Bt-biotite; Ms-muscovite; Qtz-quartz

懶板凳巖體(～80km2)主體巖性為含二云母二長(zhǎng)花崗巖，主要礦物組成包括石英(25%～30%)、斜長(zhǎng)石(25%～30%)和鉀長(zhǎng)石(30%～40%)；次要礦物有黑云母(1%～5%)和白云母(1%～2%)；副礦物見(jiàn)獨(dú)居石、鋯石等(圖3d)。

老城巖體(～550km2)主要由石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖組成，其中二長(zhǎng)花崗巖主要由石英(22%～25%)、斜長(zhǎng)石(30%～35%)和鉀長(zhǎng)石(25%～35%)組成，鉀長(zhǎng)石發(fā)育卡斯巴雙晶；次要礦物為黑云母(～5%)和角閃石(～2%)；副礦物與上述兩個(gè)巖體類(lèi)似(圖3e, f)。

3 樣品及測(cè)試方法

本次研究共選取23件樣品(胭脂壩巖體10件、懶板凳巖體9件、老城巖體4件)進(jìn)行了全巖主微量元素分析，并對(duì)其中的6件樣品進(jìn)行了全巖Sr-Nd同位素分析。此外，對(duì)3件花崗巖類(lèi)樣品(NS18-8、NS18-16和NS18-29)進(jìn)行了鋯石U-Pb及Lu-Hf同位素分析，并對(duì)7件花崗巖類(lèi)樣品(NS18-2、NS18-7、NS18-8、NS18-12、NS18-16、NS18-27和NS18-29)進(jìn)行了獨(dú)居石U-Pb同位素測(cè)定。

巖石樣品中鋯石與獨(dú)居石顆粒分選采用了常規(guī)的重選法和磁選法，在雙目顯微鏡下手工挑選無(wú)色透明、沒(méi)有裂隙、不含包體的鋯石、獨(dú)居石顆粒并使用環(huán)氧樹(shù)脂制靶，拋光后拍攝陰極發(fā)光(CL)圖像及透射光與反射光圖像，用以觀察鋯石顆粒的外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。鋯石顆粒與獨(dú)居石顆粒的分選在河北省廊坊市誠(chéng)信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成，在北京中科礦研檢測(cè)技術(shù)有限公司完成鋯石與獨(dú)居石的制靶和陰極發(fā)光(CL)顯微照相，在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)顯微礦物實(shí)驗(yàn)室完成了獨(dú)居石的透、反射光照相。

3.1 鋯石U-Pb-Hf同位素分析

樣品的鋯石U-Pb同位素分析由桂林理工大學(xué)廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，分析所用儀器為New Wave Research 研發(fā)的213nm的激光剝蝕系統(tǒng)，聯(lián)用Agilent 7500s型ICP-MS。激光束斑直徑為32μm，激光頻率為5Hz，以He為載氣。Plesovice 鋯石(337Ma)為年齡外標(biāo)，鋯石樣品中的微量元素含量利用SRM610作為外標(biāo)、Si做內(nèi)標(biāo)，使用單內(nèi)標(biāo)多外標(biāo)法進(jìn)行校正，分析流程和具體參數(shù)設(shè)置可參見(jiàn)Liuetal.(2010)。測(cè)試過(guò)程中每8個(gè)測(cè)試樣品前后，均需測(cè)定2個(gè)鋯石標(biāo)樣Plesovice，并在每30個(gè)樣品中間插入3個(gè)GJ-1標(biāo)準(zhǔn)樣品點(diǎn)，以監(jiān)控儀器狀態(tài)，以保證測(cè)試的精確度。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal程序(Liuetal., 2010)完成，鋯石U-Pb諧和圖的繪制及加權(quán)平均年齡的計(jì)算采用Isoplot3.0程序完成。

樣品NS18-8、NS18-16、NS18-29原位微區(qū)鋯石Lu-Hf同位素測(cè)試在山東省地質(zhì)科學(xué)研究院利用激光剝蝕多接收杯電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-MC-ICP-MS)完成。激光剝蝕系統(tǒng)為193nm準(zhǔn)分子激光Coherent GeoLas Pro，MC-ICP-MS為T(mén)hermo Fisher Neptune Plus。前人的研究表明，激光剝蝕過(guò)程中采用氦氣作為載氣，比起氬氣可以將信號(hào)靈敏度提高2倍(Huetal., 2008a)；同時(shí)，少量氮?dú)獾囊脒€可進(jìn)一步提升大部分元素的靈敏度(Huetal., 2008b)。為了提高Hf同位素的分析靈敏度，本實(shí)驗(yàn)采用氦氣作為載氣，并引入了適量的氮?dú)?8ml/min)，同時(shí)使用了Neptune Plus配備的高靈敏度Jet采樣錐和X截取錐組合。另外，激光剝蝕系統(tǒng)配置了一個(gè)信號(hào)平滑裝置，確保即使在激光脈沖頻率低達(dá)1Hz的情況下，也能獲得光滑的分析信號(hào)(Huetal., 2012a)。分析測(cè)試采用單點(diǎn)剝蝕模式，激光的輸出能量密度為5～8J/cm2，束斑直徑為44μm，激光頻率為6～8Hz。詳細(xì)的儀器操作條件和分析方法可參照Huetal. (2012b)。

采用LA-MC-ICP-MS準(zhǔn)確測(cè)試鋯石Hf同位素的難點(diǎn)在于扣除176Yb和176Lu對(duì)176Hf的同量異位素的干擾。在本次實(shí)驗(yàn)中，筆者實(shí)時(shí)獲取了鋯石樣品自身的βYb用于干擾校正。179Hf/177Hf=0.7325和173Yb/171Yb=1.132685 (Fisheretal., 2014)被用于計(jì)算Hf和Yb的質(zhì)量分餾系數(shù)βHf和βYb。179Hf/177Hf 和173Yb/171Yb的比值被用于計(jì)算Hf (βHf)和Yb (βYb)的質(zhì)量偏差。使用176Yb/173Yb=0.79639(Fisheretal., 2014)來(lái)扣除176Yb對(duì)176Hf的同量異位干擾；176Lu/175Lu=0.02656(Blichert-Toftetal., 1997)被用來(lái)扣除干擾程度相對(duì)較小的176Lu對(duì)176Hf的同量異位干擾。由于Yb和Lu具有相似的物理化學(xué)屬性，因此在本實(shí)驗(yàn)中采用Yb的質(zhì)量分餾系數(shù)βYb來(lái)校正Lu的質(zhì)量分餾行為。鋯石91500作為外標(biāo)用來(lái)校正儀器的時(shí)間漂移。利用軟件ICPMSDataCal (Liuetal., 2010)完成分析數(shù)據(jù)(包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、同位素質(zhì)量分餾校正參數(shù)的選擇)的離線處理。

3.2 獨(dú)居石U-Pb年代學(xué)分析

獨(dú)居石微區(qū)原位U-Pb同位素分析在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實(shí)驗(yàn)室完成，所用儀器為激光剝蝕多接收等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICP-MS)。采用的激光剝蝕系統(tǒng)為美國(guó)ESI公司生產(chǎn)的NEW WAVE 193nm FX ArF準(zhǔn)分子激光器。激光剝蝕的束斑直徑為20μm，能量密度為10～11J/cm2，頻率為5Hz，所用載氣為氦氣。測(cè)試過(guò)程中每5個(gè)測(cè)試樣品前后均需測(cè)定2個(gè)獨(dú)居石標(biāo)準(zhǔn)樣品。處理數(shù)據(jù)時(shí)，用獨(dú)居石標(biāo)樣44069來(lái)校正U-Pb同位素分餾。由TIMS給出的獨(dú)居石標(biāo)準(zhǔn)樣品44069的206Pb/238U年齡為424.9±0.4Ma(萬(wàn)渝生等，2004)。根據(jù)不同時(shí)間和不同的儀器狀態(tài)下用LA-MC-ICP-MS所測(cè)得的該獨(dú)居石標(biāo)樣的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值與用TIMS所測(cè)得的206Pb/238U年齡值的差距來(lái)計(jì)算U-Pb同位素分餾系數(shù)，其計(jì)算公式為：K=t1/t2。式中：K為用 LA-MC-ICP-MS測(cè)定時(shí)的U-Pb同位素分餾系數(shù)，t1為由LA-MC-ICP-MS所測(cè)得的該獨(dú)居石標(biāo)樣的206Pb/238U 年齡加權(quán)平均值；t2為用TIMS所測(cè)得的該獨(dú)居石標(biāo)樣的206Pb/238U年齡值。研究對(duì)象樣品的206Pb/238U年齡計(jì)算公式為：T=t1/K。式中：T為研究對(duì)象樣品的206Pb/238U年齡值；t1為用LA-MC-ICP-MS測(cè)得的該研究對(duì)象樣品的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值；K為用LA-MC-ICP-MS測(cè)定時(shí)的U-Pb同位素分餾系數(shù)。本文報(bào)道的獨(dú)居石樣品采用207Pb校正法和等時(shí)線法對(duì)普通鉛進(jìn)行校正(Andersen，2002)。

3.3 全巖元素地球化學(xué)分析

本研究共選取了23件新鮮樣品用于全巖元素地球化學(xué)分析。全巖主量元素分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)中心完成，分析儀器為島津X射線熒光光譜儀(XRF-1800)，具體分析步驟參考Liuetal. (2021)。在本次分析中，每10件樣品間穿插了一件平衡樣，用以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，分析精度優(yōu)于±5%。

全巖微量元素含量分析由武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成，分析儀器為Agilent 7700e ICP-MS，具體分析流程參考Liuetal. (2021)和劉穎等(1996)，分析精度優(yōu)于±5%。用于校準(zhǔn)測(cè)量樣品元素濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品為AGV-2，BHVO-2，BCR-2和RGM-2。

3.4 全巖Sr-Nd同位素分析

選擇具有代表性的6件樣品進(jìn)行了Sr和Nd同位素組成分析。Rb-Sr和Sm-Nd同位素的化學(xué)分離及同位素測(cè)試在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成，采用的儀器為美國(guó)Thermo Fisher Scientific 公司的MC-ICP-MS(Neptune Plus)，所有分析樣品的86Sr/88Sr和146Nd/144Nd比值分別采用86Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219進(jìn)行質(zhì)量分餾校正。分別使用USGS標(biāo)準(zhǔn)樣品NBS987和GSB校正所測(cè)樣品的Sr和Nd同位素比值。本次測(cè)得的NBS98787Sr/86Sr比值為0.710241±0.000012(2σ, N=4)，GSB146Nd/144Nd比值為0.512441±0.000007(2σ, N=6)，與先前發(fā)表的數(shù)據(jù)(87Sr/86Sr=0.710241±0.000012和143Nd/144Nd=0.512439±0.000007)，在誤差范圍內(nèi)一致(Thirlwall, 1991；Lietal., 2017)。

此外，本次分析的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)BCR-2(玄武巖)和RGM-2(流紋巖)87Sr/86Sr比值分別為0.705002±0.000008(2σ, N=1)和0.704144±0.000008(2σ, N=1)，143Nd/144Nd比值分別為0.512640±0.000007(2σ，N=1)和0.512806±0.000007(2σ，N=1)，與之前發(fā)布的數(shù)值(BCR-2:87Sr/86Sr=0.705026±0.000020,143Nd/144Nd=0.512638±0.000015；RGM-2:87Sr/86Sr=0.704184±0.000020,143Nd/144Nd=0.512803±0.000015；Weisetal., 2006；Lietal., 2012)在誤差范圍內(nèi)一致。詳細(xì)的分析步驟參考Yangetal. (2019)。

4 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb-Hf同位素分析

本研究選擇了3件寧陜花崗巖鋯石樣品進(jìn)行U-Pb-Hf同位素分析，樣品分別為NS18-8(胭脂壩巖體)、NS18-16(懶板凳巖體)和NS18-29(老城巖體)。鋯石U-Pb同位素?cái)?shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表1。3件花崗巖樣品中的鋯石具有相似的結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征，均表現(xiàn)為自形到半自形，粒度在100～300μm之間，長(zhǎng)/寬比在1:1.5～1:3之間。在CL圖像中，這些鋯石顆粒均具有明顯的震蕩環(huán)帶以及扇形環(huán)帶，且多數(shù)鋯石顆粒無(wú)繼承核(圖4a)，屬于典型的巖漿成因鋯石。

胭脂壩巖體中鋯石(NS18-8)的Th含量在182×10-6～620×10-6之間，U的含量變化范圍較大(351×10-6～2944×10-6)，Th/U比值在0.10～0.58之間(表1)。共獲得30個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，除其中2個(gè)測(cè)點(diǎn)諧和度較低，8顆鋯石具有較老的206Pb/238U年齡(207～234Ma)外，其余20個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡較為集中，獲得加權(quán)平均年齡為197.2±1.3Ma(N=20，MSWD=0.085)(圖5a)。懶板凳巖體中鋯石(NS18-16)具有較高的Th(1581×10-6～5101×10-6)和U(3211×10-6～7388×10-6)含量，Th/U比值在0.40～1.20之間(表1)。共獲得30個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，除去諧和度較低的6個(gè)測(cè)點(diǎn)，及具有較老的206Pb/238U年齡(230～235Ma)的5個(gè)測(cè)點(diǎn)外，其余19個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡較為集中，加權(quán)平均年齡為221.6±1.5Ma(N=19，MSWD=0.82)(圖5b)。老城巖體中鋯石(NS18-29)的Th(136×10-6～5097×10-6)和U(863×10-6～9360×10-6)含量較高且變化范圍較大，對(duì)應(yīng)的Th/U比值為0.09～0.65(表1)。共獲得30個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，除其中1個(gè)測(cè)點(diǎn)的諧和度較低外，其余29個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡較為集中，加權(quán)平均年齡為209.3±2.3Ma(N=29，MSWD=1.9)(圖5c)。上述鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡與對(duì)采自胭脂壩(NS18-8)、懶板凳(NS18-16)和老城巖體(NS18-29)的3件鋯石樣品進(jìn)行了Hf同位素分析，根據(jù)鋯石結(jié)晶年齡分別計(jì)算了初始176Hf/177Hf比值、εHf(t)值和Hf模式年齡，分析結(jié)果見(jiàn)表2。3件樣品中鋯石的176Yb/177Hf比值分別在0.020472～0.044924、0.038339～0.110436和0.029547～0.066995之間，176Lu/177Hf比值分別在0.000832～0.001901、0.001502～0.004371和0.001197～0.002653之間，εHf(t)值分別在-5.0～+0.8、-7.1～-3.5和-5.1～+1.2之間(圖6)。3件鋯石樣品均具有較老的Hf同位素二階段模式年齡(tDM2=1384～1061Ma，N=19；tDM2=1514～1316Ma，N=13；tDM2=1386～1055Ma，N=13)。

表1 寧陜花崗巖鋯石U-Th-Pb定年數(shù)據(jù)

續(xù)表1

表2 寧陜花崗巖鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)

表3 寧陜花崗巖獨(dú)居石U-Th-Pb定年數(shù)據(jù)

續(xù)表3Continued Table 3測(cè)點(diǎn)號(hào)元素含量(×10-6)PbThUTh/U同位素比值年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ.172562 183856 14961 12.6 0.04862 0.00057 0.20337 0.00271 0.03034 0.00029 188.0 2.5 192.7 1.9 .181873 124038 15709 8.10 0.04919 0.00058 0.20244 0.00269 0.02985 0.00029 187.2 2.5 189.6 1.8 .191657 118255 11631 10.40.04978 0.00127 0.20591 0.00539 0.03000 0.00031 190.1 5.0 190.6 1.9 .201904 128755 14718 8.97 0.04914 0.00058 0.20318 0.00269 0.02998 0.00029 187.8 2.5 190.5 1.8 .212225 160077 14547 11.3 0.04911 0.00066 0.20047 0.00296 0.02960 0.00029 185.5 2.7 188.1 1.8 .222313 162422 15767 10.60.04911 0.00063 0.20417 0.00291 0.03015 0.00030 188.7 2.7 191.5 1.9 .232735 198402 16976 12.0 0.04941 0.00059 0.20627 0.00276 0.03028 0.00030 190.4 2.5 192.3 1.9 .242569 191600 12576 15.6 0.04916 0.00064 0.20562 0.00300 0.03034 0.00030 189.9 2.8 192.7 1.9 .252705 189636 16522 11.8 0.04947 0.00060 0.20603 0.00281 0.03020 0.00030 190.2 2.6 191.8 1.9 NS.18.8.011197 94877 3551 27.4 0.04925 0.00087 0.20007 0.00378 0.02946 0.00029 185.2 3.5 187.2 1.8 .021167 91502 3345 28.1 0.04730 0.00095 0.19248 0.00410 0.02952 0.00029 178.7 3.8 187.5 1.9 .031238 96941 4716 21.1 0.05028 0.00084 0.20314 0.00370 0.02930 0.00029 187.8 3.4 186.2 1.8 .041131 87087 3602 24.8 0.05012 0.00102 0.20305 0.00443 0.02938 0.00029 187.7 4.1 186.7 1.9 .051038 79830 3483 23.5 0.05012 0.00139 0.19968 0.00568 0.02890 0.00029 184.9 5.3 183.6 1.8 .06966.8 73431 3672 20.5 0.04964 0.00093 0.20332 0.00407 0.02971 0.00030 187.9 3.8 188.7 1.9 .071439 114268 4467 26.2 0.05013 0.00088 0.20435 0.00390 0.02956 0.00029 188.8 3.6 187.8 1.9 .081575 124206 4036 31.6 0.05053 0.00106 0.20597 0.00456 0.02956 0.00029 190.2 4.2 187.8 1.9 .091259 100406 3355 30.7 0.04884 0.00114 0.19996 0.00486 0.02969 0.00029 185.1 4.5 188.6 1.8 .101560 126684 3465 37.5 0.05042 0.00112 0.20126 0.00468 0.02895 0.00028 186.2 4.3 184.0 1.8 .111404 112168 3990 28.8 0.04893 0.00078 0.19651 0.00340 0.02913 0.00028 182.2 3.2 185.1 1.8 .121624 129735 4345 30.6 0.05063 0.00094 0.20305 0.00400 0.02909 0.00028 187.7 3.7 184.8 1.8 .131133 90948 3260 28.6 0.05017 0.00087 0.20254 0.00378 0.02928 0.00029 187.3 3.5 186.0 1.8 .141114 88398 2889 31.4 0.04994 0.00095 0.20701 0.00422 0.03006 0.00030 191.0 3.9 190.9 1.9 .151235 96741 3192 31.1 0.04802 0.00097 0.20157 0.00424 0.03045 0.00030 186.5 3.9 193.3 1.9 .161310 101786 4362 23.9 0.04947 0.00073 0.20332 0.00330 0.02981 0.00029 187.9 3.1 189.4 1.9 .171072 83777 3350 25.7 0.05035 0.00082 0.20559 0.00362 0.02961 0.00029 189.8 3.3 188.1 1.9 .181281 99632 4374 23.4 0.05011 0.00081 0.19998 0.00347 0.02894 0.00028 185.1 3.2 183.9 1.8 .191214 98541 3670 27.5 0.05003 0.00081 0.19840 0.00343 0.02876 0.00028 183.8 3.2 182.8 1.8 .201085 84271 3587 24.1 0.04770 0.00080 0.19820 0.00356 0.03014 0.00030 183.6 3.3 191.4 1.9 .211314 104395 3237 33.1 0.04978 0.00128 0.20190 0.00549 0.02942 0.00030 186.7 5.1 186.9 1.9 .221070 83473 3320 25.8 0.04900 0.00107 0.20153 0.00461 0.02983 0.00030 186.4 4.3 189.5 1.9 .231096 84447 4180 20.7 0.04912 0.00082 0.20299 0.00368 0.02997 0.00029 187.7 3.4 190.4 1.9 .241403 113410 3480 33.4 0.04970 0.00109 0.20492 0.00469 0.02990 0.00030 189.3 4.3 190.0 1.9 .251602 129740 3847 34.6 0.04847 0.00115 0.19915 0.00495 0.02980 0.00030 184.4 4.6 189.3 1.9 NS.18.12.012175 173641 3997 44.6 0.04951 0.00119 0.20754 0.00514 0.03040 0.00030 191.5 4.7 193.1 1.9 .021817 148471 4114 37.0 0.04887 0.00100 0.20429 0.00441 0.03032 0.00030 188.8 4.1 192.5 1.9 .032933 233059 7979 30.0 0.05081 0.00064 0.20867 0.00290 0.02978 0.00029 192.4 2.7 189.2 1.8 .042533 201477 5154 40.1 0.04999 0.00071 0.20487 0.00319 0.02972 0.00029 189.2 2.9 188.8 1.8 .054125 337276 8849 39.1 0.05255 0.00065 0.21710 0.00303 0.02996 0.00029 199.5 2.8 190.3 1.8 .062300 178949 6268 29.3 0.05037 0.00083 0.21296 0.00374 0.03066 0.00030 196.0 3.4 194.7 1.9 .071855 143486 5519 26.7 0.04953 0.00082 0.20927 0.00372 0.03064 0.00030 192.9 3.4 194.6 1.9

圖4 寧陜巖體鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像(a)及獨(dú)居石反射光圖像(b)Fig.4 Zircon cathodoluminescence (CL) images (a) and monazite reflected light images (b) for the Ningshan granitoids

圖5 寧陜花崗巖鋯石(a-c)與獨(dú)居石(d-j)的U-Pb諧和圖Fig.5 Zircon (a-c) and monazite (d-j) U-Pb concordant diagrams of the Ningshan granitoids

圖6 南秦嶺寧陜花崗巖中鋯石εHf(t)值與鋯石U-Pb年齡關(guān)系圖(據(jù)Liu et al., 2021)Fig.6 Zircon εHf (t) values versus U-Pb age diagram for the Ningshan granitoids in South Qinling (after Liu et al., 2021)

4.2 獨(dú)居石U-Pb同位素分析

本研究對(duì)胭脂壩(NS18-2、NS18-7、NS18-8、NS18-12和NS18-27)、懶板凳(NS18-16)和老城巖體(NS18-29)的7件獨(dú)居石樣品進(jìn)行了LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素分析，分析結(jié)果見(jiàn)表3。測(cè)試的獨(dú)居石顆粒自形程度較好，粒徑在50～100μm之間(圖4b)。

圖7 寧陜花崗巖的巖石分類(lèi)和系列圖解(a)A/NK-A/CNK圖解(據(jù)Maniar and Piccoli, 1989)；(b)K2O-SiO2圖解(據(jù)Rickwood, 1989)Fig.7 Rock classification and series diagrams of the Ningshan granitoids(a) A/NK vs. A/CNK diagram (after Maniar and Piccoli,1989)；(b) K2O vs. SiO2 diagram (after Peccerillo, 1989)

采集自胭脂壩巖體的5件樣品NS18-2、NS18-7、NS18-8、NS18-12和NS18-27，加權(quán)平均年齡分別為191.8±1.4Ma(N=25，MSWD=3.0)、192.9±0.9Ma(N=25，MSWD=1.3)、187.0±1.0Ma(N=25，MSWD=1.7)、191.6±1.0Ma(N=24，MSWD=1.5)和182.4±1.4Ma(N=25，MSWD=2.5)(圖5d-g, i)；分析的獨(dú)居石顆粒具有較高含量的Th和U，對(duì)應(yīng)的Th/U比值分別為0.29～41.54、6.45～15.24、20.00～36.57、21.69～47.40和14.32～36.42。懶板凳巖體獨(dú)居石樣品(NS18-16)的Th和U含量分別在85276×10-6～300341×10-6和3718×10-6～9382×10-6之間，Th/U比值為16.66～37.39，獲得的加權(quán)平均年齡為185.5±1.5Ma(N=25，MSWD=3.5)(圖5h)。老城巖體獨(dú)居石樣品(NS18-29)的Th和U含量分別為123230×10-6～206899×10-6和4715×10-6～9372×10-6，Th/U比值范圍在18.01～34.79之間，加權(quán)平均年齡為185.0±1.0Ma(N=25，MSWD=1.9)(圖5j)。

4.3 全巖主量和微量元素地球化學(xué)特征

本文測(cè)試了10件胭脂壩、9件懶板凳和4件老城巖體樣品的全巖元素地球化學(xué)組成，結(jié)果見(jiàn)表4。

寧陜花崗巖樣品整體具有富硅(SiO2=68.46%～75.36%)、富鋁(Al2O3=13.96%～16.55%)、高鉀(K2O=3.00%～4.69%)和低Mg#(31～51)的特征，Na2O含量為2.56%～3.76%，CaO含量為1.13%～3.00%。相比之下，前人研究中老城巖體樣品的SiO2含量變化范圍較大，同時(shí)包含中性巖和酸性巖樣品；此外，前人的老城巖體樣品數(shù)據(jù)表現(xiàn)出更高的CaO和MgO含量(Yangetal., 2012；方博文等, 2017)。在A/CNK-A/NK圖解上，寧陜花崗巖樣品均落于過(guò)鋁質(zhì)系列范圍內(nèi)(A/CNK=1.10～1.35)(圖7a)；從 SiO2-K2O巖石系列劃分圖(圖7b)上看，大部分樣品落入高鉀鈣堿性系列中。在哈克圖解中(圖8)，隨著SiO2含量的增加，TiO2、Al2O3、P2O5、MgO和CaO含量降低，Nb/Ta、Dy/Yb比值降低，而Rb/Sr比值增加。

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(圖9a，c，e)中，寧陜花崗巖樣品輕、重稀土分異明顯，具有富集輕稀土元素，虧損重稀土元素的特征，(La/Yb)N為2.48～31.63。胭脂壩與懶板凳巖體花崗巖的稀土元素總含量(∑REE)分別為138×10-6～228×10-6和102×10-6～195×10-6， 均具有明顯Eu負(fù)異常，Eu/Eu*分別為0.41～0.60和0.23～0.67；老城巖體花崗巖的稀土元素總含量(∑REE)較低(134×10-6～145×10-6)，無(wú)明顯Eu異常。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蜘蛛圖(圖9b，d，f)中，所有寧陜花崗巖樣品均表現(xiàn)出富集Rb、Ba、Th、K、Pb和Sr等元素，而虧損Ta、Nb、P和Ti等元素的特征。

表4 寧陜花崗巖元素地球化學(xué)組成(主量元素：wt%；微量元素：×10-6)

續(xù)表4

續(xù)表4

續(xù)表4

圖8 寧陜花崗巖SiO2與主量元素和微量元素比值圖解Fig.8 Diagrams of ratio of SiO2 against major and trace elements of the Ningshan granitoids

圖9 寧陜花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a、c、e)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蜘蛛圖(b、d、f)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.9 Chondrite-normalized REE patterns (a, c, e) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b, d, f) for the Ningshan granitoids (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

4.4 全巖Sr-Nd同位素地球化學(xué)特征

寧陜花崗巖的Sr-Nd同位素分析結(jié)果詳見(jiàn)表5。其中，胭脂壩(～197Ma)、懶板凳(～221Ma)和老城(～209Ma)三個(gè)巖體的鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別用于計(jì)算各自的初始Sr-Nd同位素比值。

圖10 寧陜花崗巖的εNd(t)與年齡的關(guān)系圖解(據(jù)劉桂萍等，2021)Fig.10 Diagram of εNd(t) vs. age of the Ningshan granitoids (after Liu et al., 2021)

胭脂壩巖體樣品Sr、Nd含量分別在294.10×10-6～351.85×10-6、28.33×10-6～32.94×10-6之間，具有較為均一的初始Sr同位素比值(87Sr/86Sr(t)=0.705348～0.705483),εNd(t) 值為-4.5～-4.7(圖10)，二階段模式年齡范圍為1365～1343Ma。懶板凳巖體的樣品具有變化較大的Sr(111.81×10-6～408.16×10-6)和Nd(16.29×10-6～26.22×10-6)含量，初始87Sr/86Sr同位素比值在0.703337～0.705214之間，εNd(t)值(-1.8～-6.3)變化范圍較大(圖10)，二階段模式年齡為1511～1147Ma。老城巖體樣品的Sr(815.15×10-6)含量較高，Nd含量為22.13×10-6，初始87Sr/86Sr同位素比值與εNd(t)值分別為0.704873和-3.9(圖10)，二階段模式年齡為1309Ma。

5 討論

5.1 巖體形成時(shí)代及其地質(zhì)意義

造山帶的形成記錄了板塊匯聚和造山過(guò)程的演化歷史(Zhangetal., 2015, 2017；王曉霞等，2015；Dengetal., 2017)。秦嶺造山帶作為我國(guó)中央造山帶的重要組成部分，自中生代以來(lái)經(jīng)歷了一系列重要的地質(zhì)事件，包括大陸裂解-洋盆產(chǎn)生、大洋俯沖-大陸增生、大陸碰撞、板內(nèi)構(gòu)造演化等(張國(guó)偉等，2001；張成立等，2008；Dongetal., 2011；Dengetal., 2016)。這些地質(zhì)事件的發(fā)生往往伴隨著廣泛而強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)，使得秦嶺造山帶中發(fā)育大量的早中生代花崗巖(張成立等，2008；Dengetal., 2016)。

近幾十年來(lái)，前人對(duì)秦嶺造山帶的地球動(dòng)力學(xué)背景和演化過(guò)程進(jìn)行了大量研究，但對(duì)南秦嶺構(gòu)造帶三疊紀(jì)巖漿活動(dòng)的構(gòu)造環(huán)境的認(rèn)識(shí)仍然存在較大爭(zhēng)議，具體可以概括如下：(1)張成立等(2008)基于對(duì)早中生代花崗巖地球化學(xué)特征的研究，結(jié)合同時(shí)代煌斑巖和基性巖脈的雙峰式巖漿作用特點(diǎn)，認(rèn)為秦嶺早中生代花崗巖(245～200Ma)屬于后碰撞階段的產(chǎn)物；(2)～211Ma古特斯洋盆閉合(Jiangetal., 2010)，揚(yáng)子板塊北緣與南秦嶺構(gòu)造帶于晚三疊世發(fā)生碰撞(Liuetal., 2005；劉少峰和張國(guó)偉，2008)；(3)252～234Ma期間南秦嶺構(gòu)造帶中的勉略洋仍處于洋內(nèi)俯沖階段(黃雄飛，2016；Dengetal., 2016；Huetal., 2019；Xingetal., 2020；Liuetal., 2021)，～230Ma開(kāi)始碰撞造山(黃雄飛，2016)，同碰撞階段為228～215Ma，后碰撞階段為215～200Ma(Dongetal., 2011)。然而，秦嶺造山帶的變形變質(zhì)事件表明勉略洋盆閉合時(shí)間應(yīng)早于215Ma(黃雄飛，2016)。王曉霞等(2015)對(duì)秦嶺早中生代花崗巖開(kāi)展了綜合研究，指出南秦嶺到北秦嶺不同地區(qū)花崗質(zhì)巖石的年齡、巖石類(lèi)型以及地球化學(xué)特征均沒(méi)有顯示出俯沖極性；楊朋濤等(2013)對(duì)南秦嶺何家莊花崗閃長(zhǎng)巖(～248Ma)開(kāi)展了詳細(xì)的研究，并提出勉略洋殼的俯沖在～248Ma之前就已啟動(dòng),并且南秦嶺地區(qū)在早三疊世仍處于洋殼俯沖動(dòng)力學(xué)背景。

胭脂壩、懶板凳和老城巖體獨(dú)居石樣品的U-Pb年齡分別為194～181Ma、187～184Ma和～185Ma，均小于鋯石U-Pb年齡(圖11)。樣品NS18-16和NS18-29的鋯石與獨(dú)居石U-Pb年齡分別相差36Myr和24Myr。獨(dú)居石U-Pb體系的封閉溫度比鋯石低，因此獨(dú)居石可以記錄相對(duì)年輕的結(jié)晶年齡；此外，獨(dú)居石的U-Pb體系易受到后期熱事件的擾動(dòng)，因此獨(dú)居石定年結(jié)果可能存在多解性(陳旭等，2009；吳黎光和李獻(xiàn)華，2020)。

本研究的鋯石及獨(dú)居石的年齡結(jié)果指示寧陜花崗巖為晚三疊世到早侏羅世巖漿作用的產(chǎn)物，結(jié)合前人研究的定年結(jié)果(Yangetal., 2011；韋龍猛等, 2016；方博文等, 2017)，本文將寧陜花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)大體劃分為2個(gè)期次：早期為懶板凳巖體的二長(zhǎng)花崗巖，形成時(shí)代約為223～220Ma；晚期為胭脂壩和老城巖體的石英閃長(zhǎng)巖-花崗閃長(zhǎng)巖，形成時(shí)代約為211～196Ma。與Dongetal.(2011)、黃雄飛(2016)、Dengetal.(2016)、Huetal.(2019)、Xingetal.(2020)和Liuetal.(2021)等研究者對(duì)南秦嶺早中生代花崗巖的年齡劃分結(jié)果相近，故而本研究認(rèn)為寧陜花崗巖中較早期的花崗巖類(lèi)(懶板凳巖體)是南秦嶺構(gòu)造帶與揚(yáng)子板塊碰撞階段的產(chǎn)物，而寧陜巖體較晚期的花崗巖類(lèi)(胭脂壩巖體和老城巖體)形成于后碰撞階段。

5.2 巖漿過(guò)程與巖漿源區(qū)

花崗巖成分變化的控制因素主要包括源區(qū)組成、PAE和巖漿過(guò)程等(Zhengetal., 2008；Gaoetal., 2014)。具體而言，巖漿過(guò)程包括分離結(jié)晶作用、巖漿混合作用和地殼混染作用等。

胭脂壩與懶板凳巖體的樣品具有明顯的Eu負(fù)異常，且隨著Sr含量的減少Rb/Sr比值增加(圖12a)，這表明它們可能經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用(Yangetal., 2016)。此外，Eu/Eu*與Sr之間的正相關(guān)性，以及Rb/Ba與Rb/Sr的關(guān)系圖解進(jìn)一步證明斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用的影響(圖12b, f，Huetal., 2017；Bailieetal., 2020)。對(duì)于角閃石，KD(Nb)/ KD(Ta)和KD(Dy)/ KD(Yb)值均超過(guò)1.0，且胭脂壩與懶板凳巖體的樣品中Nb/Ta與Dy/Yb比值隨著SiO2含量的增加而減少，暗示了角閃石的分離結(jié)晶(圖8f、g，Nash and Crecraft, 1985；Stepanov and Hermann, 2013；Huetal., 2019)。此外，La/Yb與La/Sm的關(guān)系圖解(圖12e)，進(jìn)一步證明胭脂壩與懶板凳巖體在巖漿演化過(guò)程中存在角閃石的分離結(jié)晶(Chenetal., 2018)。黑云母的分離結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致Nb/Ta比值的減少，以及Ti的虧損(Stepanovetal., 2014)，這與本文數(shù)據(jù)結(jié)果是一致的(圖8f、圖9b, d, f)；V與Sc在黑云母中具有較高的分配系數(shù)，Th的分配系數(shù)較低(Beaetal., 1994)，胭脂壩與懶板凳巖體的樣品中Sc/Th和V/Th與SiO2/Al2O3之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖12c, d)，表明巖漿組分的變化與黑云母的分離結(jié)晶密切相關(guān)(Yangetal., 2016)。

圖12 寧陜花崗巖熔體分離結(jié)晶與初始熔體的源區(qū)特征辨別圖(a)Rb/Sr-Sr(×10-6)圖解(據(jù)Yang et al., 2016)；(b)Eu/Eu*-Sr(×10-6)圖解；(c)Sc/Th-SiO2/Al2O3圖解(據(jù)Yang et al., 2016)；(d)V/Th-SiO2/Al2O3圖解(據(jù)Yang et al., 2016)；(e)La/Yb-La/Sm圖解(據(jù)Chen et al., 2018)；(f)Rb/Ba-Rb/Sr圖解(據(jù)Bailie et al., 2020). 玄武巖和泥質(zhì)巖衍生熔體之間的混合曲線據(jù)Patio Douce and Harris (1998)和Sylvester (1998)Fig.12 Discrimination diagrams of rock genesis and source characteristics of initial melt in Ningshan rock mass(a) Rb/Sr vs. Sr (×10-6) (after Yang et al., 2016); (b) Eu/Eu*vs. Sr (×10-6); (c) Sc/Th vs. SiO2/Al2O3(after Yang et al., 2016); (d) V/Th vs. SiO2/Al2O3(after Yang et al., 2016); (e) La/Yb vs. La/Sm (after Chen et al., 2018); (f) Rb/Ba vs. Rb/Sr (after Bailie et al., 2020). The mixing curve between basalt- and pelite-derived melts is from Patio Douce and Harris (1998) and Sylvester (1998)

老城巖體的樣品中無(wú)明顯Eu異常，且Rb/Sr和Eu/Eu*與Sr之間無(wú)明顯相關(guān)性(圖12a, b)，表明在巖漿演化過(guò)程中可能長(zhǎng)石未發(fā)生明顯分離結(jié)晶。Nb/Ta與Dy/Yb比值隨著SiO2含量的增加而減少，指示角閃石的分離結(jié)晶(圖8 f, g，Nash and Crecraft, 1985；Stepanov and Hermann, 2013；Huetal., 2019)。La/Yb與La/Sm的關(guān)系圖解(圖12e)，也反映出存在角閃石的分離結(jié)晶(Chenetal., 2018)。圖12c和圖12d中Sc/Th和V/Th與SiO2/Al2O3之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這表明在老城巖體的巖漿演化過(guò)程中存在黑云母的分離結(jié)晶(Yangetal., 2016)。

寧陜花崗巖SiO2含量較高且變化范圍較大(SiO2=68.46%～75.36%)，同時(shí)它們還具有較低的Cr(0.94×10-6～36.76×10-6)和Ni(0.91×10-6～16.59×10-6)含量，這些特征表明這些高硅花崗巖可能并未受到明顯的幔源組分的影響。

如F-An-Or圖所示(圖13)，Castro (2013)整合了不同中酸性熔體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不同曲線代表了不同實(shí)驗(yàn)條件下熔體的演化路徑。此外，F(xiàn)-An-Or圖解還可用于指示地殼混染過(guò)程的影響；如果巖漿受到顯著的地殼混染，這將導(dǎo)致熔體成分顯著向遠(yuǎn)離An端員的方向演化(Castro，2013)，例如雜砂巖與泥質(zhì)巖類(lèi)圍巖通常具有較低含量的鈣和較高含量的鋁。寧陜花崗巖樣品似乎主要沿著熔體分離結(jié)晶演化趨勢(shì)線分布，指示這些花崗巖可能受到同化混染的影響較小。此外，寧陜花崗巖具有比較均一的Sr-Nd同位素組成，也指示了同化混染作用不顯著。

圖13 寧陜地區(qū)花崗巖類(lèi)F(FeO+MgO+MnO)-An-Or圖解a-混染；Ru-殘留-未混合(據(jù)Castro, 2013)；參考數(shù)據(jù)來(lái)自Xing et al. (2020)，Liu and Han (2018)，張宏飛等(2005)；Luo et al. (2018)，Patio Douce and Beard(1995)Fig.13 F (FeO+MgO+MnO) -An-Or diagram of Ningshan granitoidsa-assimilation; Ru-restite unmixing (after Castro, 2013). Reference data from Xing et al. (2020), Liu and Han (2018), Zhang et al. (2005), Luo et al. (2018), and Patio Douce and Beard (1995)

歸納而言，寧陜花崗巖類(lèi)可能經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石、黑云母、角閃石等礦物相的分離結(jié)晶，并且未遭受顯著的地殼混染及幔源組分的影響。

實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)的結(jié)果表明：(1)地殼巖石(如泥質(zhì)變質(zhì)巖、變質(zhì)雜砂巖等)脫水熔融形成的深熔熔體具有高Si，低Fe、Mg、Ca、Ti的地球化學(xué)特征(Stevensetal., 2007)；(2)變玄武巖和變安山巖的部分熔融可以產(chǎn)生過(guò)鋁質(zhì)熔體(Sissonetal., 2005)；(3)變泥質(zhì)巖與變雜砂巖(硬砂巖)部分熔融亦可產(chǎn)生過(guò)鋁質(zhì)熔體(Vielzeuf and Holloway, 1988；Patio Douce and Johnston, 1991；Stevensetal., 1997；Pickering and Johnston, 1998)。

本文所研究的高硅巖石樣品(SiO2>68%)具有較高的K2O(>3.00%)和LREE，較低的CaO(1.13%～3.00%)含量(表4)，初始Sr同位素比值為0.703337～0.705483，εNd(t)值介于-6.3～-1.8之間。在陸內(nèi)造山帶中，弱過(guò)鋁質(zhì)(l-P區(qū)域)至中等過(guò)鋁質(zhì)花崗巖(m-P區(qū)域)的原巖可能是泥質(zhì)變質(zhì)巖、變質(zhì)火成巖和變質(zhì)雜砂巖(圖14h；Villasecaetal., 1998)。胭脂壩巖體樣品在高硅過(guò)鋁質(zhì)到強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)(f-P至h-P)區(qū)域內(nèi)均有分布，懶板凳巖體樣品主要分布于高硅過(guò)鋁質(zhì)(f-P)區(qū)域內(nèi)(圖14h)；而老城巖體樣品在偏鋁質(zhì)，中到強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)(m-P至h-P)的區(qū)域內(nèi)均有分布(圖14h)。如圖12f所示，寧陜花崗巖中的高硅樣品(SiO2>68%)，源區(qū)組分主要為雜砂巖或砂屑巖，其中胭脂壩巖體的源區(qū)組分中主要含砂屑巖與雜砂巖，懶板巖體的源區(qū)組分中砂屑巖含量較高，老城巖體花崗巖(SiO2>68%，A/CNK>1.1)源區(qū)組分主要為雜砂巖。

筆者將寧陜花崗巖類(lèi)與各種無(wú)水實(shí)驗(yàn)熔體組分進(jìn)行對(duì)比(圖14，T<950℃，P=0.5～1.5GPa)。在Yangetal.(2012)和方博文等(2017)的研究中，寧陜花崗巖樣品的源區(qū)可能是以變玄武巖或新元古代基性下地殼物質(zhì)為主；而本文研究中低鐵鎂質(zhì)的寧陜高硅花崗巖(SiO2>68%)在地球化學(xué)組分上表現(xiàn)出較高的A/CNK值和K含量，和較低的Ca和Al含量，與基性下地殼物質(zhì)組分差距較大，而與雜砂巖、火山碎屑雜砂巖和泥質(zhì)巖的成分更為匹配(圖14)。因此，本文推測(cè)寧陜高硅花崗巖樣品(SiO2>68%)的源區(qū)物質(zhì)可能主要以雜砂巖或砂屑巖為主(如Patio Douce and Beard (1996)和Montel and Vielzeuf (1997)的實(shí)驗(yàn)熔體；圖12、圖14)。

此外，胭脂壩、懶板凳與老城巖體花崗巖的εHf(t)值分別在-7.1～-3.5、-5.0～+0.8和-5.1～+1.2之間(圖6)，二兩階段的Hf模式年齡分別為tDM2=1514～1316Ma (N=13)；tDM2=1384～1061Ma (N=19)；和tDM2=1386～1055Ma (N=13)，這可能指示了來(lái)自古老地殼源區(qū)的貢獻(xiàn)(Xingetal., 2020；Liuetal., 2021)。結(jié)合同位素分析結(jié)果及源區(qū)物質(zhì)特征，本研究認(rèn)為寧陜花崗巖主要為中元古代地殼來(lái)源。

5.3 轉(zhuǎn)熔礦物組合的選擇性帶入(PAE)

花崗巖成分變化的控制因素大體可以分為以下五種類(lèi)型：(1)源區(qū)的不均一性，如Clemens and Stevens(2012)的研究指出源區(qū)物質(zhì)是花崗質(zhì)巖漿化學(xué)組分的最主要控制因素，不同批次花崗巖中高度不均一的同位素組成也可以反映出源區(qū)物質(zhì)的高度不均一性(Wangetal., 2013b)；(2)熔融條件 (P-T-H2O-fO2) 的變化， 多種實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)結(jié)果表明熔融溫度和H2O含量可以控制花崗巖體成分變化(Weinberg and Hasalová, 2015；Zhaoetal., 2015；Gaoetal., 2016)；(3)巖漿混合，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為花崗巖是由幔源基性巖漿與殼源酸性巖漿混合形成，其成分受控于二者的混合比例(Collins, 1996；Yangetal., 2007；Shaw and Flood, 2009)；(4)分離結(jié)晶和同化混染，花崗巖成分變化受到圍巖的混染比例以及分離結(jié)晶程度的影響(Kempetal., 2007；Castroetal., 2021);(5)轉(zhuǎn)熔礦物組合的選擇性帶入(PAE，Peritectic Assemblage Entrainment)亦可對(duì)花崗質(zhì)巖漿成分造成影響，該過(guò)程主要受控于轉(zhuǎn)熔礦物類(lèi)型和被花崗質(zhì)熔體選擇性帶入的比例(Clemens and Stevens, 2012；Bailieetal., 2020；Zhuetal., 2020，2021)等。

圖14 南秦嶺寧陜花崗巖源區(qū)組成判別圖解

PAE模型是指源區(qū)礦物的不一致熔融后形成一些轉(zhuǎn)熔礦物和熔體，二者同時(shí)存在，其中轉(zhuǎn)熔礦物組合是從巖漿源區(qū)被攜帶進(jìn)入花崗巖熔體中的，并且是花崗質(zhì)熔體鎂鐵質(zhì)組分變化的主要控制因素(Clemens and Stevens, 2012；Bailieetal., 2020；Zhuetal., 2020，2021)。PAE模型的地球化學(xué)依據(jù)是主、微量元素(如Ti、Ca)與鎂鐵指數(shù)(摩爾Fe+Mg)的相關(guān)性，轉(zhuǎn)熔礦物相是指由含水礦物相(如地殼源區(qū)中黑云母和角閃石礦物相)不一致熔融產(chǎn)生的鎂鐵礦物和斜長(zhǎng)石(如黑云母+角閃石+石英+斜長(zhǎng)石1=熔體+斜長(zhǎng)石2+單斜輝石+斜方輝石+鈦鐵礦±石榴子石(斜長(zhǎng)石1：反應(yīng)礦物相中的斜長(zhǎng)石；斜長(zhǎng)石2：轉(zhuǎn)熔礦物相的斜長(zhǎng)石)，Skjerlie and Johnston, 1992；Stevensetal., 2007；Clemensetal., 2011；Clemens and Stevens, 2012)。

胭脂壩、懶板凳與老城巖體中的花崗巖具有高的SiO2含量(SiO2>68%)，這些花崗巖中Ti和Ca均顯示出與Fe+Mg值的高度正相關(guān)性(圖15a, b)，以及A/CNK顯示出與Fe+Mg值的負(fù)相關(guān)性(圖15c)，反映出轉(zhuǎn)熔鎂鐵質(zhì)組分增加對(duì)花崗巖成分的顯著影響，故而PAE很可能是寧陜花崗巖全巖地球化學(xué)成分變化的一個(gè)重要控制因素(Clemensetal., 2011；Clemens and Stevens, 2012；Farinaetal., 2012)。前文指出，寧陜花崗巖主要為地殼來(lái)源，而黑云母或角閃石是地殼熔融過(guò)程中的主要含K礦物相，胭脂壩、懶板凳與老城高硅花崗巖(SiO2>68%)中K2O/Na2O比值分別為0.92～1.78、1.00～1.66和0.81～1.31(主要集中在1.00～1.78之間)，表明在3個(gè)單元花崗巖的源區(qū)熔融反應(yīng)過(guò)程中黑云母或角閃石是主要的反應(yīng)礦物(Clemensetal., 2011；Farinaetal., 2012)。此外，V與Fe+Mg值之間明顯的正相關(guān)性也表明寧陜花崗巖的地殼源區(qū)中黑云母或/和角閃石的含量相對(duì)較高(圖15d，Bailieetal., 2020)。圖14h表明，寧陜花崗巖熔融反應(yīng)中可能沒(méi)有角閃石的參與(Villasecaetal., 1998；Bailieetal., 2020)。此外，Clemensetal. (2011)的模擬結(jié)果顯示(圖15)，地殼源區(qū)中不同黑云母/角閃石的比例可能導(dǎo)致花崗質(zhì)熔體中Ti與Fe+Mg值的斜率范圍存在差異，胭脂壩、懶板凳與老城巖體的高硅花崗巖樣品(SiO2>68%)明顯更偏向于含黑云母的地殼源區(qū)(Clemensetal., 2011；Clemens and Stevens, 2012)。

圖15 南秦嶺寧陜巖體中生代花崗巖的Ti-(Fe+Mg)(a)、Ca-(Fe+Mg)(b)、A/CNK-(Fe+Mg)(c)、V-Ti(d)、Zr-(Fe+Mg)(e)、Hf-(Fe+Mg)(f)、P-(Fe+Mg)(g)、P-Ca(h)和Ti-Ca(i)的關(guān)系圖(據(jù)Clemens et al.，2011)圖15a(據(jù)Clemens et al., 2011)關(guān)系圖顯示轉(zhuǎn)熔礦物裹帶單斜輝石、斜長(zhǎng)石、鈦鐵礦、鋯石、磷灰石和角閃石，陰影區(qū)域顯示了含有黑云母和角閃石的巖石部分熔融產(chǎn)生的地球化學(xué)變化; 實(shí)線表示變質(zhì)泥質(zhì)巖石中黑云母分解產(chǎn)生轉(zhuǎn)熔石榴石和鈦鐵礦的趨勢(shì); 以長(zhǎng)虛線標(biāo)記的趨勢(shì)表示初始熔體與轉(zhuǎn)熔石榴石、單斜輝石和鈦鐵礦之間的混合，這些礦物的比例由巖石與黑云母和角閃石的比例為3:2的部分熔融產(chǎn)生; 以短虛線標(biāo)記的最終趨勢(shì)，表示初始熔體與轉(zhuǎn)熔斜方輝石、單斜輝石、石榴石和鈦鐵礦之間的混合，在含有黑云母和角閃石的巖石部分熔融期間形成，比例為2:3Fig.15 The diagrams of Ti vs. (Fe+Mg) (a), Ca vs. (Fe+Mg) (b), A/CNK vs. (Fe+Mg) (c), V vs. Ti (d), Zr vs. (Fe+Mg) (e), Hf vs. (Fe+Mg) (f), P vs. (Fe+Mg) (g), P vs. Ca (h) and Ti vs. Ca (i) for Mesozoic granites of Ningshan pluton in South Qinling (after Clemens et al., 2011) to display peritectic assemblage entrainment of clinopyroxene, plagioclase, ilmenite, zircon, apatite and spheneIn Fig.5a (modified after Clemens et al., 2011), the shadow area displays the geochemical variation produced by partial melting of a rock with biotite and hornblende; the solid line represents the trend that would result from the breakdown of biotite in a metapelitic rock, producing peritectic garnet and ilmenite; the trend marked with long dashes represents mixing between the initial melt and peritectic garnet, clinopyroxene and ilmenite in the ratio of these minerals produced by partial melting of a rock with biotite and hornblende in the ratio 3:2; the final trend, marked with short dashes, represents mixing between the initial melt and peritectic orthopyroxene, clinopyroxene, garnet and ilmenite formed during partial melting of a rock containing biotite and hornblende in the ratio 2:3

如圖15b, c所示，單斜輝石作為轉(zhuǎn)熔礦物夾帶將會(huì)導(dǎo)致Ca與Fe+Mg值的呈正相關(guān)關(guān)系，以及向偏鋁質(zhì)和高Fe+Mg值方向演化的趨勢(shì)(Clemensetal., 2011；Farinaetal., 2012)。本文樣品中Ca與Fe+Mg值的高度正相關(guān)性，以及A/CNK與Fe+Mg值之間的明顯負(fù)相關(guān)性，表明寧陜花崗巖(SiO2>68%)可能經(jīng)歷了單斜輝石轉(zhuǎn)熔礦物的裹帶。

除了主要的轉(zhuǎn)熔礦物相之外，含黑云母源區(qū)的不一致熔融也會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)熔副礦物相的裹帶(Clemensetal., 2011；Clemens and Stevens, 2012；Farinaetal., 2012；Bailieetal., 2020)。本文中，寧陜花崗巖(SiO2>68%)的Ti與Fe+Mg值的高度正相關(guān)性可能反映了轉(zhuǎn)熔礦物鈦鐵礦的裹帶(圖15a；Bailieetal., 2020；Zhuetal., 2021)。La Tourretteetal.(1991)和Farinaetal.(2012)的研究表明，V在鈦鐵礦中具有很高的相容性(KD≈80)，而寧陜花崗巖中Ti和V的正相關(guān)關(guān)系也反應(yīng)出轉(zhuǎn)熔鈦鐵礦的裹帶(圖15d；Clemens and Stevens, 2012；Farinaetal., 2012；Bailieetal., 2020；Zhuetal., 2021)。胭脂壩與懶板凳巖體中Zr和Hf與Fe+Mg值之間存在正相關(guān)性(圖15e, f)，暗示源區(qū)中有轉(zhuǎn)熔鋯石的存在(Stevensetal., 2007；Bailieetal., 2020；Zhuetal., 2020, 2021)，而老城巖體(SiO2>68%)中Zr和Hf與Fe+Mg值之間無(wú)明顯正相關(guān)關(guān)系，表明其源區(qū)可能不存在轉(zhuǎn)熔鋯石。此外，圖15g-i中寧陜花崗巖的P與Fe+Mg值、P與Ca以及Ti與Ca的正相關(guān)關(guān)系，可能反映了源區(qū)存在含Ca副礦物相(如磷灰石和榍石)的裹帶(Farinaetal., 2012；Bailieetal., 2020；Zhuetal., 2020, 2021)。

綜上所述，本研究認(rèn)為，寧陜花崗巖是由含黑云母的殼源巖石部分熔融形成的，母巖漿內(nèi)可能存在單斜輝石和副礦物(如鈦鐵礦、鋯石、磷灰石和榍石)等轉(zhuǎn)熔礦物組合的選擇性帶入，老城巖體的母巖漿中可能沒(méi)有轉(zhuǎn)熔鋯石。

6 結(jié)論

根據(jù)鋯石U-Pb年齡結(jié)果，可將寧陜花崗巖的巖漿作用劃分為2個(gè)期次：早期為懶板凳巖體的二長(zhǎng)花崗巖，形成時(shí)代約為223～220Ma；晚期為胭脂壩和老城巖體的石英閃長(zhǎng)巖-花崗閃長(zhǎng)巖，形成時(shí)代約為211～196Ma，為晚三疊世到早侏羅世巖漿作用的產(chǎn)物。推斷較早期花崗巖(懶板凳巖體)形成于南秦嶺構(gòu)造帶與揚(yáng)子板塊同碰撞階段，而較晚期的花崗巖(胭脂壩巖體和老城巖體)形成于后碰撞階段。

將寧陜花崗巖與多種無(wú)水實(shí)驗(yàn)熔體組分進(jìn)行對(duì)比，并結(jié)合主、微量元素與鎂鐵質(zhì)(摩爾Fe+Mg)的相關(guān)性，本研究認(rèn)為胭脂壩巖體源區(qū)組成以含黑云母砂屑巖和雜砂巖為主，懶板凳巖體的源區(qū)組成以含黑云母砂屑巖為主，二者演化過(guò)程中都伴隨有單斜輝石以及副礦物(如鈦鐵礦+鋯石+磷灰石+榍石)等轉(zhuǎn)熔礦物組合的選擇性帶入，且?guī)r漿演化過(guò)程中都存在斜長(zhǎng)石、角閃石與黑云母的分離結(jié)晶。老城巖體的源巖類(lèi)型主要為含黑云母雜砂巖，演化過(guò)程中伴有單斜輝石以及副礦物(鈦鐵礦+磷灰石+榍石)等轉(zhuǎn)熔礦物組合的選擇性帶入，巖漿演化過(guò)程中存在角閃石和黑云母的分離結(jié)晶。

致謝感謝周紅英教授級(jí)高級(jí)工程師、陳育曉博士、朱毓博士、謝元惠博士和豆敬兆博士在研究過(guò)程中的幫助以及指導(dǎo)；感謝審稿人提出的建議。