秦嶺群混合巖中花崗質(zhì)脈體成因及鋯石結(jié)晶機(jī)理

李曉　秦江鋒　周旭晨　鄭國順

摘要：混合巖中淡色花崗質(zhì)脈體成因機(jī)制的精細(xì)研究可為造山過程中地殼的熔融機(jī)理提供重要信息。選擇秦嶺群混合巖中淡色花崗質(zhì)脈體進(jìn)行系統(tǒng)的礦物化學(xué)、全巖地球化學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)、鋯石成因礦物學(xué)研究，闡明淡色花崗質(zhì)脈體的成因機(jī)制。結(jié)果表明：淡色花崗質(zhì)脈體具高硅、高堿的特征，A/CNK=1.07，Eu*/Eu=0.40，富集大離子親石元素Rb，Ba，K，Pb和不相容元素U，Th，虧損高場強(qiáng)元素;起源于秦嶺群片麻巖在低溫條件下部分熔融。淡色花崗巖脈體中鋯石來源復(fù)雜，其²⁰⁶Pb/²³⁸U年齡介于970～108 Ma之間，按照鋯石表觀年齡分為5組，5組鋯石的Ti溫度分別為685，661，745，691，757 ℃，而全巖液相線溫度為908 ℃，高于鋯石飽和溫度和鋯石Ti溫度，說明在巖漿初始階段沒有鋯石結(jié)晶，脈體中不同鋯石成因機(jī)制較為復(fù)雜。

關(guān)鍵詞：淡色花崗質(zhì)脈體;鋯石U-Pb定年;鋯石飽和溫度;鋯石Ti溫度;秦嶺群混合巖

中圖分類號(hào)：P 581文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-9315（2022）04-0733-09

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2022.0413

Petrogenesis of the leucogranite veins and zircon crystallization

process in the Qinling migmatic complexLI Xiao QIN Jiangfeng ZHOU Xuchen ZHENG Guoshun

（1.State Key Laboratory of Continental Dynamics，Department of Geology，Northwest University，Xian 710069，China;

2.School of Earth and Space Sciences，Peking University，Bejing 100871，China）Abstract：Origin of the leucogranite in the migmatic complex can provide detailed information about the crustal melting mechanism and granite genesis.This paper carried out a systematic exploration of mineral chemistry，bulk-rock geochemistry，zircon U-Pb dating and Lu-Hf isotope for the leucogranite in the Qinling migmatic complex，so as? to deduce its formation process and its petrological implication for the crustal melting mechanism in orogenic process.The leucogranite display high SiO2 and Na2O+K2O contents，with A/CNK=1.07，it is enriched in LILEs and LREE and significant negative Eu anomalies（Eu*/Eu=0.4）.These features indicate that it was derived from low-temperature melting of granitic gnesis in the Qinling Group.Zircons in the leucogranite display complex origin，which have variable²⁰⁶Pb/²³⁸U ages of 970 to 108 Ma.And according to the age distribution patterns，it can be subdivided into five sub-groups，with Ti-in zircon temperatures being 685，661，745，691，757 ℃，respectively.These temperatures are significantly lower than its whole-rock liquidus temperature（908 ℃），suggesting no zircons crystallized in the early stage.

Key words：leucogranite;zircon U-Pb dating;zircon saturation temperature;Ti-in zircon thermometer;Qinling migmatic complex

0引言

秦嶺造山帶位于中國大陸中央造帶中段[1]，沿商丹縫合帶發(fā)育大量高壓（HP）-超高壓（UHP）變質(zhì)巖和早古生代花崗巖[2-3]，代表商丹洋板塊俯沖及碰撞造山。商丹縫合帶北側(cè)秦嶺群混合巖發(fā)育大量的淡色花崗質(zhì)脈體，代表商丹洋閉合過程中秦嶺群物質(zhì)發(fā)生深熔作用[2，4-5]。目前對(duì)花崗質(zhì)脈體成因機(jī)制和年齡還缺少深入研究。選擇喂子坪地區(qū)秦嶺群混合巖中的淡色花崗質(zhì)脈體進(jìn)行礦物學(xué)、巖石地球化學(xué)研究，探討花崗質(zhì)脈體的成因機(jī)制、鋯石的結(jié)晶機(jī)理。

1巖相學(xué)特征

秦嶺造山帶是揚(yáng)子板塊與華北板塊長期匯聚形成的復(fù)合造山帶，主要由2個(gè)主縫合帶（商丹縫合帶和勉略縫合帶）和3個(gè)塊體（華北地塊南緣及北秦嶺、南秦嶺、揚(yáng)子地塊北緣）組成（圖1）。

秦嶺群是Rodinia超大陸裂解過程中從華南陸塊分離并向北漂移的微陸塊，在500～480 Ma與華北克拉通碰撞、深俯沖形成的高壓-超高壓變質(zhì)巖系，在440～430 Ma隨著商丹洋北向俯沖到秦嶺群之下發(fā)生中壓高溫麻粒巖相變質(zhì)和深熔作用[3]。秦嶺群混合巖是一套中深變質(zhì)雜巖系，主體是各種片麻巖、石英片巖、石英巖、大理巖-鈣硅酸粒巖和變粒巖，巖石變形復(fù)雜，并且發(fā)育深熔作用[3]。

喂子坪地區(qū)出露大量的秦嶺群混合巖，淡色花崗質(zhì)脈體基本平行于秦嶺群混合巖中片麻理方向，淡色花崗質(zhì)脈體呈囊狀，切穿秦嶺群混合巖的片麻理，代表混合巖化過程中花崗質(zhì)熔體開始聚集。淡色花崗質(zhì)脈體樣品（QL-19-5）采自喂子坪鐵橋下（圖2）的囊狀花崗質(zhì)脈體中，巖石呈淺灰白色塊狀構(gòu)造，粒徑0.1～2 mm。主要礦物為：堿性長石（35%～40%）、石英（30%～35%）、奧長石（20%～30%），次要礦物黑云母（～5%），副礦物有鋯石、榍石、磁鐵礦等。

2分析方法

文中分析化驗(yàn)等主要在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。礦物電子探針分析采用JXA-8230型電子探針儀，標(biāo)準(zhǔn)樣品由SPI公司提供。主量元素分析采用XRF法完成，分析精度一般優(yōu)于5%。微量元素分析用ICP-MS完成，分析精度和準(zhǔn)確度一般優(yōu)于10%[6]。

鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室掃描電子顯微鏡上完成，鋯石U-Pb同位素分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)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。同位素組成用鋯石91500進(jìn)行外標(biāo)校正。LA-ICP-MS分析的詳細(xì)方法和流程見文獻(xiàn)[7]。鋯石Lu-Hf同位素分析在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心完成，采用Neptune型多接收等離子體質(zhì)譜儀完成。

3分析結(jié)果

3.1礦物地球化學(xué)特征

3.1.1黑云母地球化學(xué)特征

淡色花崗質(zhì)脈體（QL-19-5）的黑云母電子探針分析結(jié)果見表1，SiO₂含量為34.33%～35.24%，TiO₂含量為2.37%～3.39%，Al₂O₃含量為15.53%～16.64%，K₂O含量為9.39%～10.18%，MgO含量為7.24%～8.06%，F(xiàn)eO*含量為21.59%～23.47%。在黑云母Mg-（Fe³⁺+Al^Ⅵ+Ti）-（Fe²⁺+Mn）圖解和MgO-FeO/（FeO+MgO）圖解上，黑云母分別落在鐵質(zhì)、殼源型范圍內(nèi)（圖4）。

3.1.2斜長石

斜長石的SiO₂含量為62.18%～64.68%，Al₂O₃含量為21.76%～23.35%，Na₂O含量為8.72%～9.90%，CaO含量為3.23%～5.09%，An值介于15～24，屬于奧長石（圖5），斜長石成分總體變化較小，未見明顯的環(huán)帶特征。

3.1.3堿性長石

堿性長石的SiO₂含量為64.30%～64.92%，Al₂O₃含量為18.05%～18.27%，K₂O含量為15.80%～16.40%，Na₂O含量為0.55%～0.90%，CaO含5%。

3.2主量、微量及稀土元素特征

樣品具有高硅（SiO₂=72.93%）、高堿（K₂O+Na₂O=8.40%）、富鋁（Al₂O₃=13.9%;A/CNK=1.07）、低鈣（CaO=1.14%）、低鈦（TiO₂=0.23%）、低鎂（MgO=0.42%）的特征;Na₂O=3.36%，K₂O=5.04%，K₂O/Na₂O=1.50，屬于高鉀鈣堿性系列（圖6（a））;在A/CNK-A/NK圖解中，樣品落入過鋁質(zhì)系列范圍內(nèi)（圖6（b））。喂子坪淡色花崗質(zhì)脈體的稀土元素總量為197.41×10^-6，（La/Yb）_N值為10.38，輕、重稀土元素分異較明顯，為右傾的曲線（圖7（a）），脈體富集輕稀土元素、虧損重稀土元素，具有Eu負(fù)異常（δEu=0.40）。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖7（b））中表現(xiàn)出富集大離子親石元素（LILE）Rb，Ba，K，Pb和不相容元素U，Th，虧損高場強(qiáng)元素（HFSE）Nb，Ta，P，Ti。

3.3鋯石U-Pb定年

鋯石多呈半自形柱狀，無色透明-半透明，長50～130 μm，寬30～70 μm，長寬比1∶1～7∶2，部分鋯石具有巖漿振蕩環(huán)帶（圖8）。文中選取30顆鋯石進(jìn)行30個(gè)測(cè)試點(diǎn)分析（表2，圖8），舍棄9個(gè)不諧和點(diǎn)，樣品中鋯石的年齡可以分為5組。

第1組3顆鋯石（#4，#16，#25）的²⁰⁶Pb/²³⁸U年齡為970～770 Ma，Th含量為（45～141）×10^-6，U含量為（139～205）×10^-6，Th/U值為0.22～0.96，其大于變質(zhì)鋯石Th/U比值（<0.1[13]），為巖漿成因鋯石。第2組兩顆鋯石（#7，#12）的²⁰⁶Pb/²³⁸U年齡為627～611 Ma，Th含量為（54～79）×10^-6，U含量為（91～102）×10^-6，Th/U值為0.53～0.87。第3組4顆鋯石（#6，#10，#20，#28）的²⁰⁶Pb/²³⁸U年齡為545～394 Ma，Th含量為（55～118）×10^-6，U含量為（82～212）×10^-6，Th/U值為0.53～0.68，為巖漿成因鋯石。第4組3顆鋯石（#18，#26，#27）的²⁰⁶Pb/²³⁸U年齡為278～206 Ma，Th含量為（182～423）×10^-6，U含量為（302～1 077）×10^-6，Th/U值為0.39～0.6。第5組9顆鋯石（#3，#5，#11，#14，#15，#19，#21，#23，#24）的²⁰⁶Pb/²³⁸U年齡為146～108 Ma，Th含量為（17～3124）×10^-6，U含量為（90～2608）×10^-6，Th/U值為0.53～1.27。

3.4鋯石微量元素特征

喂子坪淡色花崗質(zhì)脈體中鋯石具有Eu負(fù)異常和Ce正異常，輕稀土虧損、重稀土富集（圖9），富集U，Th，Hf，Pb元素，虧損Ti元素（圖9）。第1組鋯石（970～770 Ma）的稀元素總量為680.03×10^-6～1 886.28×10^-6，σEu值為0.04～0.15，σCe值為3.34～5.27。第2組鋯石（627～611 Ma）的稀土元素總量為295.16×10^-6～689.00×10^-6，σEu值為0.32～0.51，σCe值為20.82～30.84。第3組鋯石（545～394 Ma）的稀土元素總量為540.25×10^-6～1 194.79×10^-6，σEu值為0.07～0.21，σCe值為1.20～33.96。第4組鋯石（278～206 Ma）的稀土元素總量為530.89×10^-6～788.31×10^-6，σEu值為0.11～0.45，σCe值為2.62～30.81。第5組鋯石（146～108 Ma）的稀土元素總量為1 054.74×10^-6～4 715.83×10^-6，σEu值為0.13～0.35，σCe值為2.69～30.26。

3.5鋯石Lu-Hf同位素特征

對(duì)5組鋯石進(jìn)行原位Lu-Hf同位素分析，結(jié)果見表5，如圖9所示。第1組鋯石（970～770 Ma）的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf值為0.000 650～0.003 774，具有正εHf（t）值（+3.2～+13.3），對(duì)應(yīng)的二階段模式年齡TDM2為1617～818 Ma。第2組鋯石（627～611 Ma）的176Lu/177Hf值為0.000 819～0.001 004，εHf（t）值介于-0.30～+7.3之間，對(duì)應(yīng)的二階段模式年齡為1 717～1 079 Ma。第3組鋯石（545～394 Ma）具有正的εHf（t）值（+8.0～+12.3）。第4組鋯石（278～206 Ma）具有正的εHf（t）值（+0.8～+2.6），對(duì)應(yīng)的二階段模式年齡為1 163～1 090 Ma。第5組鋯石（146～108 Ma）εHf（t）值介于-0.1～+5.1之間，對(duì)應(yīng)的二階段模式年齡是1 154～834 Ma。

4鋯石結(jié)晶條件

4.1鋯石飽和溫度

采用WATSON等從高溫試驗(yàn)（700～1 300 ℃）中得出的鋯石飽和溫度計(jì)算公式來計(jì)算中鋯石的結(jié)晶溫度因?yàn)殇喪且愿钡V物的形式出現(xiàn)于淡色花崗質(zhì)脈體中的，全巖鋯含量大概能代表熔體中鋯的含量[15]，表明喂子坪淡色花崗質(zhì)脈體中鋯石的飽和溫度為810 ℃。

4.2鋯石Ti溫度計(jì)

采用WASTON等提出、FERRY等修正的根據(jù)鋯石Ti溫度計(jì)算鋯石結(jié)晶溫度的公式來計(jì)算鋯石的結(jié)晶溫度，喂子坪淡色花崗質(zhì)脈體中的鋯石Ti溫度介于623～913 ℃[16-17]。第1組鋯石（970～770 Ma）的鋯石Ti溫度介于668～704 ℃。第2組鋯石（627～611 Ma）的鋯石Ti溫度介于640～682 ℃。第3組鋯石（545～394 Ma）的鋯石Ti溫度介于697～774 ℃。第4組鋯石（278～206 Ma）的鋯石Ti溫度介于623～738 ℃。第5組鋯石（146～108 Ma）的鋯石Ti溫度介于670～913 ℃。

4.3液相線溫度

液相線溫度為巖石全部熔融的溫度條件，可以用來表示原始巖漿溫度。黑云母為捕獲而來的，這說明巖漿中水的含量較低。在低水條件下（w（H₂O）=2%～3%）模擬計(jì)算淡色花崗質(zhì)脈體的液相線溫度，得到其介于899～949 ℃，平均值為908 ℃。

4.4黑云母結(jié)晶壓力

黑云母的全鋁含量與花崗巖的固結(jié)壓力具有良好的相關(guān)性，喂子坪淡色花崗質(zhì)脈體中黑云母的結(jié)晶壓力介于1.95×10⁸～3.23×10⁸Pa，平均值為2.47×10⁸Pa，侵位深度介于8.62～10.97 km，平均值為9.32 km[18]。

4.5氧逸度

4.5.1鋯石氧逸度計(jì)

SMYTHE等提出的巖體氧逸度的計(jì)算方法是目前準(zhǔn)確性最高的氧氣壓力計(jì)[19]。

第1組鋯石（970～770 Ma）的氧逸度值為ΔQFM-3.25～ΔQFM+1.25，平均值為ΔQFM-1.41。第2組鋯石（627～611 Ma）的氧逸度值為ΔQFM-1.75～ΔQFM+0.57，平均值為ΔQFM-1.16。第3組鋯石（545～394 Ma）的氧逸度值為ΔQFM-0.76～ΔQFM+1.68，平均值為ΔQFM+0.09。第4組鋯石（278～206 Ma）的氧逸度值為ΔQFM-2.39～ΔQFM-1.08，平均值為ΔQFM-1.73。第5組鋯石（146～108 Ma）的氧逸度值為ΔQFM-1.63～ΔQFM+0.82，平均值為ΔQFM-0.62。

4.5.2黑云母氧逸度

在黑云母Fe³⁺-Fe²⁺-Mg圖（圖10）中，喂子坪淡色花崗質(zhì)脈體中的黑云母均落在HM緩沖線與NNO緩沖線之間，并且更靠近NNO緩沖線，說明黑云母是在中等的氧逸度環(huán)境中結(jié)晶的。

5討論

5.1淡色花崗質(zhì)脈體成因

喂子坪淡色花崗質(zhì)脈體的主要礦物為石英、堿性長石、奧長石，其暗色礦物含量十分低，地球化學(xué)上具有高硅、富堿、過鋁質(zhì)、低鎂、低鈣、低鈦的特征，與典型的淡色花崗巖十分類似[21-22]。

樣品輕、重稀土分餾，Eu負(fù)異常，富集大離子親石元素（LILE）Rb，Ba，K，Pb，U，Th，虧損高場強(qiáng)元素（HFSE）Nb，Ta，P，Ti等地球化學(xué)特征表明淡色花崗質(zhì)脈體為地殼物質(zhì)部分熔融形成的。Eu負(fù)異常說明源區(qū)殘留有大量斜長石，脈體在斜長石穩(wěn)定區(qū)（<1 Ga）形成。黑云母的結(jié)晶壓力（1.95×108～3.23×108 Pa）和侵位深度（8.62～10.97 km）說明喂子坪淡色花崗質(zhì)脈體是在低壓條件下、中地殼深度形成的。過去認(rèn)為淡色花崗巖的主要熔融機(jī)理是變沉積巖發(fā)生脫水熔融作用或者水致熔融作用[23]，然而近些年有學(xué)者認(rèn)為準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石的分離結(jié)晶也可以形成淡色花崗巖[24]，也有學(xué)者認(rèn)為巖漿高度分異等后期演化是淡色花崗巖的主要形成原因，其源巖不一定是變沉積巖[25]。在摩爾比CaO/（MgO+FeOt）-摩爾比K₂O/Na₂O圖解（圖11）上，樣品落在安山質(zhì)與雜砂質(zhì)巖石的過渡區(qū)域，指示其源巖可能有安山質(zhì)和雜砂質(zhì)巖石。

飽和水致熔融形成的熔體大多為鈉質(zhì)[26]，樣品是富鉀的，且在大陸俯沖與高壓變質(zhì)巖折返過程中很難有大量水加入，因此認(rèn)為水致熔融并非喂子坪淡色花崗質(zhì)脈體的主要熔融方式，其主要熔融方式應(yīng)該為含水礦物的脫水熔融。綜上所述，喂子坪淡色花崗質(zhì)脈體的源巖有長英質(zhì)和雜砂巖巖石，是在低壓條件下，中地殼物質(zhì)脫水部分熔融形成的。

5.2淡色花崗質(zhì)脈體鋯石來源與結(jié)晶機(jī)理

喂子坪淡色花崗質(zhì)脈體中鋯石的²⁰⁶Pb/²³⁸U年齡并不統(tǒng)一、年齡分布范圍較大，然而脈體形成于某一階段，只有結(jié)晶于脈體形成時(shí)代的鋯石可能是脈體自身結(jié)晶出來的，其余的鋯石或者脈體中所有的鋯石可能是捕獲而來的，鋯石的來源非常復(fù)雜。如果結(jié)晶于脈體形成時(shí)代的鋯石是脈體自身結(jié)晶出來的，淡色花崗質(zhì)脈體可以代表原始的花崗質(zhì)熔漿;如果脈體中沒有自身結(jié)晶的鋯石，那么淡色花崗質(zhì)脈體不可以代表原始的花崗質(zhì)熔漿。

理論上，如果體系封閉、沒有外來組分，脈體的液相線溫度可以反映原始巖漿溫度。鋯石飽和溫度是鋯石開始結(jié)晶的溫度。喂子坪淡色花崗質(zhì)脈體中含有大量的捕獲鋯石，即具有額外的Zr含量，因此所計(jì)算的鋯石飽和溫度偏高，巖漿中鋯石開始結(jié)晶的溫度低于810 ℃。液相線溫度高于鋯石飽和溫度和鋯石Ti溫度，如果液相線溫度反映原始巖漿溫度，說明在巖漿的初始階段沒有鋯石結(jié)晶或者沒有鋯石被捕獲，鋯石在較晚的低溫階段才結(jié)晶或者被捕獲。

6結(jié)論

1）喂子坪淡色花崗質(zhì)脈體的源巖有長英質(zhì)和雜砂巖巖石，是在低壓條件下，中地殼物質(zhì)部分熔融形成的。

2）淡色花崗質(zhì)脈體中的鋯石在較晚階段才出現(xiàn)且來源非常復(fù)雜，對(duì)于此類低溫的淡色花崗質(zhì)脈體，鋯石年齡不一定代表脈體的年齡。

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