東秦嶺構(gòu)造帶古生代花崗巖與賦礦花崗偉晶巖的成因聯(lián)系*

王夢(mèng)璽，郭騰龍，鳳永剛,2，梁 婷，周 義，孫小筠

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

秦嶺造山帶中發(fā)育有大量古生代花崗巖和花崗偉晶巖，主要分布在北秦嶺造山帶東段和西段（即東秦嶺構(gòu)造帶和西秦嶺構(gòu)造帶）以及寧陜地區(qū)。東秦嶺構(gòu)造帶古生代花崗巖規(guī)模較大且具有不同成因，如灰池子復(fù)式巖體和漂池巖體分別是區(qū)域上規(guī)模最大的I型和S型花崗巖（李伍平等,2001;王濤等,2009;雷敏,2010;張成立等,2013;Qin et al.,2014;王曉霞等,2015;Yuan et al.,2020）。另一方面，東秦嶺發(fā)育有秦嶺造山帶中分布范圍最廣、數(shù)量最多的花崗偉晶巖，是中國(guó)重要的偉晶巖密集區(qū)之一（盧欣祥等,2010），并賦存有重要的稀有金屬Li、Be、Rb、Nb和Ta礦床以及偉晶巖型U礦床（陳西京等,1993;Feng et al.,2017;袁峰,2017;李建康等,2019）。花崗偉晶巖和花崗巖的時(shí)空關(guān)系密切，花崗偉晶巖常圍繞灰池子、桃坪和騾子坪等巖體分布，賦存鈾礦床（化）的黑云母花崗偉晶巖形成時(shí)代總體上比花崗巖晚約30 Ma（陸松年等,2003），而賦存稀有金屬礦床（化）的花崗偉晶巖形成時(shí)代比花崗巖晚30～70 Ma。因此，有研究者認(rèn)為這些花崗偉晶巖是花崗巖分異晚期殘余巖漿結(jié)晶而形成的（陳西京等,1993;戎嘉樹(shù),1997;盧欣祥等,2010;沙亞洲等,2011）。但也有研究者認(rèn)為二者形成時(shí)代相差至少30 Ma，可能不具有成因聯(lián)系（曾令交等,1994;馮明月等,1996），如前人認(rèn)為黑云母花崗偉晶巖是89.7%的秦嶺群變質(zhì)巖和10.3%的上地幔物質(zhì)經(jīng)過(guò)約35%的部分熔融而形成的（曾令交等,1996）。東秦嶺古生代花崗巖和花崗偉晶巖成因關(guān)系認(rèn)識(shí)的不同主要是花崗巖年齡的分析結(jié)果差別較大，如灰池子巖體較為可靠的鋯石U-Pb年齡變化范圍從418 Ma到450 Ma（王濤等,2009;雷敏,2010;Qin et al.,2015;劉剛,2017;袁峰等,2017;Chen et al.,2018;Yuan et al.,2020）（表1）。因此，準(zhǔn)確厘定東秦嶺古生代不同類(lèi)型花崗巖和花崗偉晶巖的形成時(shí)代是探討二者成因關(guān)系的基礎(chǔ)。本文在統(tǒng)計(jì)并對(duì)比作者未發(fā)表的和前人報(bào)道的東秦嶺古生代花崗巖和花崗偉晶巖年齡的基礎(chǔ)上，厘清了二者形成的先后關(guān)系；同時(shí)利用全巖和礦物的元素和同位素組成，對(duì)花崗巖和花崗偉晶巖的巖漿源區(qū)、演化關(guān)系進(jìn)行了探討，以期為該地區(qū)稀有金屬和鈾礦床成因研究和勘探提供一定的理論依據(jù)。

表1 東秦嶺構(gòu)造帶古生代花崗巖和花崗偉晶巖同位素年齡統(tǒng)計(jì)表Table 1 Compilation of isotopic ages of the Paleozoic granite plutons and granitic pegmatites in the East Qinling tectonic belt

1 東秦嶺古生代花崗巖和花崗偉晶巖地質(zhì)特征

秦嶺造山帶是中國(guó)中央造山帶的重要組成部分，是華北克拉通和揚(yáng)子地塊在中生代早期碰撞形成的復(fù)合型大陸造山帶，西連祁連-昆侖造山帶，東接大別-蘇魯造山帶（張國(guó)偉等,1996）。秦嶺造山帶由北秦嶺造山帶（包括華北克拉通南緣）和南秦嶺造山帶組成（張國(guó)偉等,1995;Meng et al.,2000）（圖1a）。北秦嶺造山帶呈狹長(zhǎng)的條帶狀分布于秦嶺造山帶北部的洛南-欒川-方城斷裂帶和商丹斷裂帶之間，主要由秦嶺巖群、丹鳳巖群、寬坪巖群和二郎坪巖群組成（張國(guó)偉等,1996;2001）。

秦嶺造山帶古生代花崗巖大部分只出露在北秦嶺造山帶，其中東秦嶺構(gòu)造帶最為發(fā)育也最具有代表性（王濤等,2009;張成立等,2013;王曉霞等,2015）。東秦嶺古生代花崗巖與秦嶺洋盆向北的俯沖消減及之后的多期弧-陸碰撞有關(guān)（張國(guó)偉等，1995；Dong et al.,2011），形成了灰池子、漂池、黃龍廟、黃柏岔、寬坪和棗園等巖體（嚴(yán)陣，1985；盧欣祥等，2000；王濤等，2009；雷敏，2010；張成立等，2011，2013；劉丙祥，2014；王曉霞等，2015）（圖1b）。灰池子巖體為不規(guī)則橢圓狀并呈北西-南東向展布，出露面積約340 km2，侵位于秦嶺群中，主要由二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖和英云閃長(zhǎng)巖組成。前人在地質(zhì)填圖的基礎(chǔ)上，認(rèn)為灰池子復(fù)式巖體是地殼深部熔融巖漿經(jīng)過(guò)多次上侵形成的，由3個(gè)深成巖體組成，從早到晚分別為蔡家溝巖體、淇河巖體和明朗河巖體（李伍平等，2001）。漂池巖體出露面積約145 km2，巖體呈不規(guī)則長(zhǎng)形，長(zhǎng)軸方向與區(qū)域構(gòu)造線方向一致，具有弱片麻理化，主要由二長(zhǎng)花崗巖組成（張宏飛等，1996）。此外，東秦嶺還發(fā)育有少量古生代規(guī)模較小的正長(zhǎng)花崗巖巖株，如大毛溝、高山溝和陳家莊等（圖1b）。

圖1 秦嶺造山帶大地構(gòu)造簡(jiǎn)圖（a）及東秦嶺構(gòu)造帶古生代花崗巖和花崗偉晶巖分布圖（b，據(jù)陳西京等，1993；商南幅1∶20萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)圖修改）Fig.1 A simplified tectonic map showing the Qinling orogenic belt(a)and the Paleozoic granite plutons and granitic pegmatites in the East Qinling tectonic belt(b,modified from Chen et al.,1993 and 1∶20 0000 geological map of the Shangnan map sheet)

東秦嶺古生代花崗偉晶巖脈一般幾十至幾百米長(zhǎng)，厚1～5 m，產(chǎn)狀較陡，傾角多在60°左右，多沿背斜軸部和斷裂、層間裂隙、片理面侵位，多數(shù)平行于區(qū)域構(gòu)造線的延伸方向，與圍巖之間為明顯的侵入關(guān)系（盧欣祥等,2010）。前人根據(jù)云母和長(zhǎng)石礦物類(lèi)型的不同將花崗偉晶巖脈分為7種類(lèi)型：①黑云母-微斜長(zhǎng)石型；②二云母-微斜長(zhǎng)石型；③白云母-微斜長(zhǎng)石型；④白云母-微斜長(zhǎng)石-鈉長(zhǎng)石型；⑤白云母-鈉長(zhǎng)石型；⑥鋰云母-微斜長(zhǎng)石-鈉長(zhǎng)石型；⑦鋰云母-鈉長(zhǎng)石型（陳西京等，1993；戎嘉樹(shù)，1997）。

東秦嶺花崗偉晶巖含有Li、Be、Nb、Ta等稀有金屬和U礦化，是中國(guó)鈾礦及三稀資源重點(diǎn)勘查區(qū)之一，其中稀有金屬礦床主要賦存在白云母型偉晶巖中，U礦床主要賦存在黑云母型偉晶巖中（盧欣祥等，2010）。賦存稀有金屬礦床（化）的花崗偉晶巖圍繞灰池子巖體，主要分布在商南、巒莊、官坡和龍泉坪密集區(qū)（圖1b），其中以官坡鋰礦密集區(qū)最為著名，主要發(fā)育Li、Nb和Ta（陳西京等，1993；李建康等，2019），包括南陽(yáng)山、七里溝-前臺(tái)和蔡家溝等礦區(qū)（秦克章等，2019）。根據(jù)稀有金屬礦化組合可以將花崗偉晶巖脈劃分為Nb-Ta型、Be-白云母型、Li-Be型、Be-Nb型和Cs-Ta型（欒世偉，1985）。礦化偉晶巖比不含礦的偉晶巖規(guī)模小，長(zhǎng)度一般小于200 m，厚度一般小于3 m，形態(tài)多為膨脹狀、分支狀和透鏡狀脈體，而不含礦的多為板狀（盧欣祥等，2010）。賦存鈾礦床（化）的黑云母?jìng)ゾr主要分布在灰池子巖體南側(cè)，如圍繞高山溝和大毛溝正長(zhǎng)花崗巖株分布著數(shù)百條與鈾礦化有關(guān)的花崗偉晶巖脈，在正長(zhǎng)花崗巖局部可見(jiàn)巢狀體粗晶（主要為鉀長(zhǎng)石和石英），由正長(zhǎng)花崗巖向外依次可以分為黑云母花崗偉晶巖、二云母花崗偉晶巖和白云母花崗偉晶巖（左文乾等，2010）。

2 分析方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

黑云母正長(zhǎng)花崗巖全巖主量和微量元素分析在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成。主量元素使用日本理學(xué)（Rigaku）生產(chǎn)的ZSX PrimusⅡ型波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜儀（XRF）進(jìn)行分析，質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞0.5%的元素分析精度優(yōu)于±2%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞0.1%的元素分析精度優(yōu)于±5%。微量元素含量利用Agi‐lent 7700e電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP-MS）分析。將200目樣品粉末在105℃條件下烘干12小時(shí)后稱(chēng)取50 mg置于Teflon溶樣彈中，依次緩慢加入1 mL高純HNO3和1 mL高純HF，然后將Teflon溶樣彈放入鋼套，在190℃條件下加熱24小時(shí)以上；取出待溶樣彈冷卻，開(kāi)蓋后置于140℃電熱板上蒸干，然后加入1 mL HNO3并再次蒸干；加入1 mL高純HNO3、1 mL MQ水和1 mL內(nèi)標(biāo)In（濃度為1×10-6）；再次將Teflon溶樣彈放入鋼套，擰緊在190℃條件下加熱12小時(shí)以上，然后將溶液轉(zhuǎn)入聚乙烯瓶中，并用2%HNO3稀釋至100 g進(jìn)行ICP-MS分析。

灰池子、漂池和棗園等巖體的年齡數(shù)據(jù)主要引自李伍平等（2000）、盧欣祥（2000）、王濤等（2009）、雷敏（2010）、張成立等（2011）、劉丙祥（2014）、Qin等（2015）、劉 剛（2017）、袁 峰 等（2017）、Chen等（2018）、Yuan等（2020）以及作者未發(fā)表數(shù)據(jù)；黑云母花崗偉晶巖的年齡數(shù)據(jù)主要引自謝紅接（1993）、袁峰（2017）、劉剛（2017）、張帥等（2019）和Yuan等（2020）；稀有金屬礦化花崗偉晶巖的年齡數(shù)據(jù)引自Yuan等（2021）、Zhou等（2021）和曾威等（2021）。全巖主量數(shù)據(jù)：灰池子二長(zhǎng)花崗巖引自李伍平等（2001）、Qin等(2015)和Chen等(2018)；漂池巖體二長(zhǎng)花崗巖引自王濤等（2009）和劉丙祥（2014）；黃龍廟巖體二長(zhǎng)花崗巖引自趙如意等（2014）；高山溝正長(zhǎng)花崗巖引自劉丙祥（2014）和Chen等（2018）；大毛溝巖株正長(zhǎng)花崗巖引自Yuan等（2018a）；花崗偉晶巖引自袁峰（2017）和張帥等（2019）。全巖微量數(shù)據(jù)：灰池子二長(zhǎng)花崗巖引自袁峰（2017）和Chen等（2018）；大毛溝正長(zhǎng)花崗巖引自袁峰（2017）和Chen等（2018）；黑云母花崗偉晶巖引自袁峰（2017）和Chen等（2018）。全巖Sr-Nd同位素?cái)?shù)據(jù)：灰池子二長(zhǎng)花崗巖引自李伍平等（2001）、劉丙祥（2014）、Qin等(2015)、Chen等(2018)和Yuan等(2018a)；漂池巖體二長(zhǎng)花崗巖引自王濤等（2009）、劉丙祥（2014）和Qin等（2015）；寬坪巖體二長(zhǎng)花崗巖引自王濤等（2009）；黃柏岔巖體二長(zhǎng)花崗巖引自劉丙祥（2014）；棗園巖體二長(zhǎng)花崗巖引自王濤等（2009）和劉丙祥（2014）；高山溝正長(zhǎng)花崗巖引自Chen等(2018)；黑云母花崗偉晶巖引自Yuan等（2018a；2018b）。鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)：灰池子二長(zhǎng)花崗巖引自王濤等（2009）和Yuan等(2020)；漂池巖體二長(zhǎng)花崗巖引自王濤等（2009）和Qin等(2014)；棗園巖體二長(zhǎng)花崗巖引自Qin等(2014)；大毛溝和高山溝巖株正長(zhǎng)花崗巖引自劉剛（2017）和Yuan等(2020)；黑云母花崗偉晶巖引自劉剛（2017）、Chen等(2019)和Yuan等(2020)；稀有金屬礦化偉晶巖引自Yuan等(2021)和曾威等（2021）。黑云母主量數(shù)據(jù)引自陳佑緯等（2013）、袁峰（2017）和劉剛（2017）。引用的原始數(shù)據(jù)見(jiàn)http://www.kcdz.ac.cn/。

3 花崗巖和花崗偉晶巖的年齡和同位素特征

前人綜合分析了北秦嶺造山帶古生代不同類(lèi)型和規(guī)模花崗巖的年齡和地球化學(xué)特征，將該地區(qū)古生代殼源巖漿活動(dòng)劃分為3期（王濤等，2009；張成立等，2013；王曉霞等，2015）：第一期（490～500 Ma）代表秦嶺微陸塊向華北南緣之下俯沖過(guò)程中的地殼深熔事件；第二期（422～460 Ma）巖漿活動(dòng)規(guī)模最大，廣泛發(fā)育在北秦嶺造山帶中，代表秦嶺微陸塊與華

北同碰撞時(shí)期加厚下地殼的重熔（王濤等,2009;王曉霞等,2015）；第三期（400～415 Ma）主要發(fā)育在北秦嶺中段，巖體規(guī)模較小，與秦嶺微陸塊和華北后碰撞伸展環(huán)境有關(guān)。

續(xù)表1Continued Table 1

本文聚焦于東秦嶺構(gòu)造帶，統(tǒng)計(jì)了前人利用不同方法得到的古生代花崗巖和花崗偉晶巖的年齡（表1）。由于Rb-Sr同位素體系封閉溫度較低（＜750°C），容易受變質(zhì)作用影響而發(fā)生子體同位素丟失（Cliff,1985），而且本次統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示多個(gè)巖體全巖Rb-Sr等時(shí)線年齡小于鋯石U-Pb年齡，如灰池子和騾子坪巖體，說(shuō)明全巖Rb-Sr同位素體系有子體同位素丟失。因此，在進(jìn)行巖體年齡統(tǒng)計(jì)計(jì)算時(shí)未采用全巖Rb-Sr等時(shí)線年齡。由于灰池子巖體與花崗偉晶巖空間關(guān)系密切，因此前人對(duì)該巖體做了大量年代學(xué)工作。利用單顆粒鋯石Pb-Pb蒸發(fā)法測(cè)得英云閃長(zhǎng)巖的年齡為（437±58）Ma（李伍平等,2000），這與二長(zhǎng)花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb定年結(jié)果434～450 Ma基本一致（王濤等，2009；雷敏，2010；Qin et al.,2015；劉剛，2017；袁峰，2017；Chen et al.,2018；Yuan et al.,2020）。漂池二長(zhǎng)花崗巖鋯石U-Pb年齡為473～495 Ma（王濤等，2009；張成立等，2011；劉丙祥，2014；Qin et al.,2014），而花崗閃長(zhǎng)巖的鋯石UPb年齡為（436.2±6.7）Ma（雷敏，2010），比二長(zhǎng)花崗巖晚60 Ma。區(qū)域上其他以二長(zhǎng)花崗巖為主的巖體形成時(shí)代均在435～450 Ma，如約450 Ma的留仙坪巖體（張成立等，2013），434～456 Ma棗園巖體（張宗清等,2006;張成立等，2013；劉丙祥，2014）和440～453 Ma寬坪巖體（張宗清等，2006；張成立等，2011，2013；王江波等，2018）。灰池子南東方向的大毛溝、高山溝等巖株主要由堿長(zhǎng)花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖組成，其中大毛溝堿長(zhǎng)花崗巖形成于418～426 Ma（左文乾等，2010；陳佑緯等，2015），高山溝黑云母正長(zhǎng)花崗巖形成于（422.0±0.8）Ma（劉剛，2017）。

本次鋯石年齡利用Isoplot（Ludwig，2003）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算并給出數(shù)據(jù)的相對(duì)頻率，結(jié)果顯示東秦嶺古生代花崗巖可分為3期（圖2a）：第一期（490～500 Ma）形成了北秦嶺造山帶中最大的S型花崗巖漂池巖體；第二期（435～460 Ma），巖漿活動(dòng)峰期約為450 Ma，形成了東秦嶺廣泛發(fā)育的二長(zhǎng)花崗巖；第三期（約420 Ma）形成的巖體規(guī)模一般較小且以正長(zhǎng)花崗巖為主，同時(shí)發(fā)育有少量堿長(zhǎng)花崗巖。

本次統(tǒng)計(jì)結(jié)果與前人對(duì)北秦嶺造山帶古生代三期殼源巖漿活動(dòng)的劃分有所不同。前人認(rèn)為北秦嶺古生代第二期殼源巖漿活動(dòng)持續(xù)到422 Ma（王濤等，2009；王曉霞等，2015），而筆者認(rèn)為東秦嶺第二期巖漿活動(dòng)僅持續(xù)到435 Ma，至422 Ma時(shí)東秦嶺已經(jīng)進(jìn)入第三期小規(guī)模巖漿活動(dòng)，這也不同于前人對(duì)北秦嶺第三期巖漿活動(dòng)時(shí)間（400～415 Ma）的劃分。筆者認(rèn)為兩種劃分方式并不矛盾，反映了東秦嶺構(gòu)造帶與整個(gè)北秦嶺造山帶古生代殼源巖漿活動(dòng)的不同特點(diǎn)，東秦嶺早古生代大規(guī)模的巖漿活動(dòng)可能在435 Ma就已基本結(jié)束，在此之后只有小規(guī)模的巖漿活動(dòng)，而北秦嶺其他地區(qū)大規(guī)模的巖漿活動(dòng)仍在持續(xù)。

相較于花崗巖大量的定年工作，對(duì)花崗偉晶巖形成時(shí)代的分析較少，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)多為圍繞灰池子和黃龍廟巖體分布的花崗偉晶巖脈年齡。前人得到黑云母花崗偉晶巖鋯石U-Pb年齡為413～426 Ma，大部分集中在413～417 Ma（謝紅接,1993；劉剛，2017；袁峰，2017；Yuan et al.,2018a；張帥等，2019）（圖2b），與區(qū)域上第三期以正長(zhǎng)花崗巖為主的殼源巖漿活動(dòng)時(shí)代一致（圖2），因此二者可能具有成因聯(lián)系。對(duì)稀有金屬礦化偉晶巖中鈮鉭鐵礦、錫石和鋯石UPb定 年，得 到 的 年 齡 為383～440 Ma（Yuan et al.,2021;Zhou et al.,2021;曾威等,2021）（圖2b），與區(qū)域上第二期和第三期花崗巖的年齡均有重合，一部分比第三期正長(zhǎng)花崗巖晚約40 Ma。

圖2 東秦嶺構(gòu)造帶古生代花崗巖（a）和花崗偉晶巖（b）U-Pb年齡分布直方圖數(shù)據(jù)來(lái)源：花崗巖年齡引自張宗清等（2006）,王濤等（2009）,雷敏（2010）,左文乾等（2010）,張成立等（2011;2013）,劉丙祥（2014）,趙如意等（2014）,陳佑緯等（2015）,Qin等(2015),劉剛（2017）,Chen等(2018),張帥等（2019）,Liu等(2018)和Yuan等(2020)；黑云母花崗偉晶巖年齡引自謝紅接（1993）,劉剛（2017）,袁峰等（2017）,Yuan等(2018b)和張帥等（2019），稀有金屬礦化偉晶巖的年齡數(shù)據(jù)引自Yuan等（2021）、Zhou等（2021）和曾威等（2021）Fig.2 Histograms of U-Pb ages for the Paleozoic granites(a)and granitic pegmatites(b)in the East Qinling tectonic beltData source:Zircon U/Pb ages of the granite plutons are from Zhang et al.(2006);Wang et al.(2009),Lei(2010),Zuo et al.(2010),Zhang et al.(2011;2013),Liu(2014),Zhao et al.(2014),Chen et al.(2015),Qin et al.(2015),Liu(2017),Chen et al.(2018),Zhang et al.(2019),Liu et al.(2018)and Yuan et al.(2020);those of the granitic pegmatites are from Xie(1993),Liu(2017),Yuan et al.(2017),Yuan et al.(2018b)and Zhang et al.(2019)，those of the rare-metal mineralized pegmatites are from Yuan et al.(2021),Zhou et al.(2021)and Zeng et al.(2021)

4 花崗巖和花崗偉晶巖的成因聯(lián)系

4.1 巖漿源區(qū)

4.1.1 花崗巖源區(qū)

灰池子巖體二長(zhǎng)花崗巖形成于東秦嶺古生代第二期巖漿活動(dòng)，屬于鈣堿性系列（圖3a），為偏鋁質(zhì)巖石（圖3b），其全巖87Sr/86Sr(i)比值為0.70 480～0.70 719，εNd(t)為-2.9～+0.9，平均值為-0.3（圖4）（張宏飛等，1996；李伍平等，2001；張宗清等，2006；Chen et al.,2018）。二長(zhǎng)花崗巖鋯石原位Lu-Hf同位素組成變化較大，εHf(t)為-10.9～+8.4，大部分大于0，平均值為+3.8（圖5）（王濤等，2009；Yuan et al.,2020），明顯高于漂池巖體二長(zhǎng)花崗巖的相應(yīng)值，不同于深俯沖陸殼物質(zhì)脫水熔融的產(chǎn)物（張成立等，2013）。

第三期形成的正長(zhǎng)花崗巖的w(SiO2)和w(K2O)（表2）明顯高于第一、二期形成的二長(zhǎng)花崗巖，屬于高鉀鈣堿性系列（圖3a），為過(guò)鋁質(zhì)巖石（圖3b），輕稀土元素相對(duì)重稀土元素富集并顯示負(fù)Eu異常（圖6a），富集大離子親石元素（如Rb、Ba和Sr）而虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素（如Nb、Ta和Ti）（圖6b），并具有高Sr/Y比值，與埃達(dá)克質(zhì)巖體相似（劉丙祥，2014；Chen et al.,2018；張帥等，2019）。因此，作者認(rèn)為不同巖株中的正長(zhǎng)花崗巖具有相似的全巖主量和微量元素組成，說(shuō)明它們可能來(lái)自相同的源區(qū)。全巖Sr-Nd和鋯石原位Lu-Hf同位素組成也指示了這一特征。

圖3 東秦嶺古生代花崗巖和花崗偉晶巖SiO2-K2O相對(duì)圖解（a）和A/NCK-A/NK相對(duì)圖解（b）數(shù)據(jù)來(lái)源：灰池子巖體二長(zhǎng)花崗巖引自李伍平等（2001）,Qin等（2015）和Chen等（2018）；高山溝正長(zhǎng)花崗巖來(lái)源于本次研究、劉丙祥（2014）和Chen等（2018）；漂池巖體二長(zhǎng)花崗巖引自王濤等（2009）和劉丙祥（2014）；黃龍廟巖體二長(zhǎng)花崗巖引自趙如意等（2014）；大毛溝巖株正長(zhǎng)花崗巖引自Yuan等（2018a）；黑云母花崗偉晶巖引自袁峰（2017）和張帥等（2019）Fig.3 Plots of SiO2 versus K2O(a)and A/NCK versus A/NK(b)of the Paleozoic granites and granitic pegmatites in the East Qinling tectonic beltData source:Whole-rock compositions of monzogranite from the Huichizi pluton are from Li et al.(2001),Qin et al.(2014)and Chen et al.(2018);those of syenogranite from the Gaoshangou pluton are from this study,Liu(2014)and Chen et al.(2018);those of monzogranite from the Piaochi pluton are from Wang et al.(2009)and Liu(2014);those of monzogranite from the Huanglongmiao pluton are from Zhao et al.(2014);those of syenogranite from the Damaogou pluton are from Yuan et al.(2018a);those of granitic pegmatites are from Yuan(2017)and Zhang et al.(2019)

正長(zhǎng)花崗巖全巖Sr-Nd同位素（圖4）和鋯石原位Lu-Hf同位素（圖5）組成不同于區(qū)域上第一、二期花崗巖。高山溝正長(zhǎng)花崗巖87Sr/86Sr(i)比值為0.7057～0.7071，εNd(t)為-2.9～-0.7，平均值為-1.6，兩階 段 虧 損 地 幔 模 式 年 齡（TDM2）為1.22～1.41 Ga（Chen et al.,2018）；鋯石原位εHf(t)為-3.3～+2.4，平均值為+0.4（圖5）（劉剛,2017;Yuan et al.,2020），TDM2為1.25～1.49 Ga，與全巖Nd同位素計(jì)算值一致（Yuan et al.,2020）。大毛溝正長(zhǎng)花崗巖87Sr/86Sr(i)比值為0.7037～0.7047，εNd(t)為-0.9～-0.3，平均值為-0.6，TDM2為1.18～1.23 Ga（Yuan et al.,2018a）。因此，不同巖株中正長(zhǎng)花崗巖一致的Nd同位素組成和兩階段虧損地幔模式年齡也指示它們來(lái)源于相同源區(qū)。

然而，正長(zhǎng)花崗巖的源區(qū)性質(zhì)目前仍存在爭(zhēng)論。部分學(xué)者認(rèn)為這些正長(zhǎng)花崗巖形成于后碰撞伸展環(huán)境（張成立等,2013;王曉霞等,2015），是加厚新生地殼或就位于造山帶根部的早期基性巖部分熔融后形成的，并有少量古老地殼物質(zhì)加入（王濤等,2009;Chen et al.,2018），而其他學(xué)者認(rèn)為源區(qū)為中元古代地殼并有大量地幔物質(zhì)加入（Yuan et al.,2020）。作者認(rèn)為如果正長(zhǎng)花崗巖源區(qū)主要為加厚新生地殼，而且只有少量古老地殼物質(zhì)加入，那么Nd-Hf同位素應(yīng)表現(xiàn)出虧損的特征，即全巖εNd(t)和鋯石εHf(t)值應(yīng)該大部分都大于0，但全巖εNd(t)值均小于0（圖4），鋯石εHf(t)值大部分也小于0（圖5），說(shuō)明源區(qū)應(yīng)以古老地殼物質(zhì)為主，而且Nd-Hf同位素TDM2為1.18～1.49 Ga，說(shuō)明源區(qū)地殼物質(zhì)形成于中元古代。

4.1.2 花崗偉晶巖源區(qū)性質(zhì)

黑云母花崗偉晶巖與正長(zhǎng)花崗巖具有相似的全巖地球化學(xué)特征。黑云母花崗偉晶巖屬于高鉀鈣堿性系列（圖3a），為過(guò)鋁質(zhì)巖石（圖3b）（Yuan et al.,2018b;張帥等,2019），微量元素在不同樣品中變化較大，但總體上具有輕稀土元素相對(duì)重稀土元素富集（圖6c），以及Pb正異常和Nb、Ta和Ti負(fù)異常的特征（Yuan et al.,2018b;張帥等,2019）（圖6f）。另一方面，黑云母花崗偉晶巖全巖Sr-Nd和鋯石原位Lu-Hf同位素組成也與正長(zhǎng)花崗巖相似（圖4；圖5），全巖87Sr/86Sr(i)比值為0.7032～0.7123，εNd(t)為-2.3～-3.0，平均值為-2.9（圖4），TDM2為1.35～1.41 Ga（Yuan et al.,2018a），鋯石原位εHf(t)為-5.1～+2.8，平均值為+0.2（圖5），TDM2為1.29～1.58 Ga（Chen et al.,2019;Yuan et al.,2020）。因此，形成時(shí)代相同且具有相似Nd-Hf同位素組成的黑云母花崗偉晶巖與正長(zhǎng)花崗巖可能來(lái)源于同一源區(qū)。另一方面，賦存稀有金屬礦床（化）花崗偉晶巖鋯石原位εHf(t)為-8.7～-7.2，平均值為-7.9（圖5），TDM2為1.86～1.94 Ga（Chen et al.,2019;Yuan et al.,2020），不同于第二期二長(zhǎng)花崗巖和第三期正長(zhǎng)花崗巖（圖5），而與第一期巖漿活動(dòng)中形成的漂池巖體相似，因此可能與漂池巖體具有相同的巖漿源區(qū)。

圖4 東秦嶺古生代花崗巖和花崗偉晶巖全巖εNd(t)-87Sr/86Sr(i)相對(duì)圖解數(shù)據(jù)來(lái)源：灰池子二長(zhǎng)花崗巖引自李伍平等（2001）,劉丙祥（2014）,Qin等(2015),Chen等(2018)和Yuan等(2018a)；高山溝正長(zhǎng)花崗巖引自Chen等(2018)；漂池巖體二長(zhǎng)花崗巖引自王濤等（2009）,劉丙祥（2014）和Qin等(2015)；寬坪巖體二長(zhǎng)花崗巖引自王濤等（2009）；黃柏岔巖體二長(zhǎng)花崗巖引自劉丙祥（2014）；棗園巖體二長(zhǎng)花崗巖引自王濤等（2009）和劉丙祥（2014）；黑云母花崗偉晶巖引自Yuan等(2018a；2018b)Fig.4 Plot of whole-rock 87Sr/86Sr(i)versus εNd(t)of the Early Paleozoic granite plutons and granitic pegmatites in the East Qinling tectonic beltData source:Sr-Nd isotopic compositions of monzogranite from the Huichizi pluton are from Li et al.(2001),Liu(2014),Qin et al.(2014),Chen et al.(2018)and Yuan et al.(2018a);those of syenogranite from the Gaoshangou stock are from Chen et al.(2018);those of monzogran‐ite from the Piaochi pluton are from Wang et al.(2009),Liu(2014)and Qin et al.(2015);those of monzogranite from the Kuanping pluton are from Wang et al.(2009);those of monzogranite from the Huangbaicha pluton are from Liu(2014);those of monzogranite from the Zaoyuan pluton are from Wang et al.(2009)and Liu(2014);those of granitic pegmatites are from Yuan et al.(2018a;2018b)

圖5 東秦嶺古生代花崗巖和花崗偉晶巖鋯石εHf(t)-年齡相對(duì)圖解數(shù)據(jù)來(lái)源：灰池子二長(zhǎng)花崗巖引自王濤等（2009）和Yuan等(2020)；高山溝正長(zhǎng)花崗巖引自劉剛（2017）和Yuan等(2020)；漂池巖體二長(zhǎng)花崗巖引自王濤等（2009）和Qin等(2015)；棗園巖體二長(zhǎng)花崗巖引自Qin等(2015)；黑云母花崗偉晶巖引自劉剛（2017），Chen等(2019)和Yuan等(2020)；稀有金屬礦化偉晶巖引自Yuan等(2021)和曾威等（2021）Fig.5 Plot of zircon U-Pb age versus εHf(t)of the Early Paleo‐zoic granite plutons and granitic pegmatites in the East Qinling tectonic beltData source:Ages and Lu-Hf isotopic compositions of monzogranite from the Huichizi pluton are from Wang et al.(2009)and Yuan et al.(2020);those of syenogranite from the Gaoshangou stock are from Liu(2017)and Yuan et al.(2020);those of monzogranite from the Piaochi pluton are from Wang et al.(2009)and Qin et al.(2015);those of mon‐zogranite from the Zaoyuan pluton are from Qin et al.(2015);those of Non-mineral granitic pegmatites are from Liu(2017),Chen et al.(2019)and Yuan et al.(2020);Rare-metal mineralized pegmatites from Yuan et al.(2021)and Zeng et al.(2021)

圖6 東秦嶺古生代二長(zhǎng)花崗巖、正長(zhǎng)花崗巖和花崗偉晶巖全巖稀土元素配分模式圖（a、b、c）和微量元素蛛網(wǎng)圖（d、e、f）（標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自Sun et al.,1989）數(shù)據(jù)來(lái)源：灰池子二長(zhǎng)花崗巖引自袁峰（2017）和Chen等(2018)；正長(zhǎng)花崗巖來(lái)源于本次研究、袁峰（2017）和Chen等(2018)；黑云母花崗偉晶巖引自袁峰（2017）和Chen等(2018)Fig.6 Chondrite-normalized rare earth element(REE)patterns(a,b,c)and primitive mantle-normalized trace element patterns(d,e,f)of the Paleozoic granites and granitic pegmatites in the East Qinling tectonic belt(normalizing values are from Sun et al.,1989)Data source:The monzogranite of Huichizi pluton is from Yuan(2017)and Chen et al.(2018).Syenogranite is from this study,Yuan(2017)and Chen et al.(2018);those of granitic pegmatites are from Yuan(2017)and Chen et al.(2018)

4.2 演化關(guān)系

雖然賦存稀有金屬礦床（化）的偉晶巖與漂池巖體具有相似的鋯石Hf同位素組成，但僅能說(shuō)明二者具有相同源區(qū)，因?yàn)槎咝纬蓵r(shí)代相差至少60 Ma，遠(yuǎn)大于花崗偉晶巖脈冷卻時(shí)間，所以這類(lèi)花崗偉晶巖不太可能是漂池巖體分異形成的，二者可能不具有演化關(guān)系。另一方面，湖南仁里稀有金屬礦床的成礦花崗巖母巖的w(Li)和w(Be)平均值分別為104×10-6和32.5×10-6（劉翔等,2018），四川甲基卡稀有金屬礦床成礦母巖二云母花崗巖的w(Li)和w(Be)平均值分別310×10-6和13.2×10-6（侯江龍等,2020），遠(yuǎn)高于研究區(qū)正長(zhǎng)花崗巖的w(Li)和w(Be)平均值（分別為41.4×10-6和1.46×10-6）（表2），暗示正長(zhǎng)花崗巖可能不具備形成稀有金屬礦床的條件。因此，同位素組成和稀有金屬含量均說(shuō)明正長(zhǎng)花崗巖不是稀有金屬礦化偉晶巖的成礦母巖。然而，目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)東秦嶺與賦存稀有金屬礦床（化）花崗偉晶巖具有相似同位素組成且年齡相近的花崗巖體，因此其與花崗巖之間的演化關(guān)系還有待進(jìn)一步研究。

表2 東秦嶺構(gòu)造帶高山溝巖株正長(zhǎng)花崗巖的主量元素（w(B)/%）和微量元素（w(B)/10-6）分析結(jié)果Table 2 Major(w(B)/%)and trace elements(w(B)/10-6)compositions of the rocks from the syenogranite of the Gaoshangou stock in the East Qinling tectonic belt

雖然同位素年代學(xué)和Nd-Hf同位素組成指示正長(zhǎng)花崗巖和黑云母花崗偉晶巖來(lái)源于同一巖漿源區(qū)，但黑云母花崗偉晶巖是正長(zhǎng)花崗巖演化晚期的產(chǎn)物還是二者具有各自不同的演化過(guò)程尚不清楚。因此，需要進(jìn)一步利用二者在地殼淺部演化過(guò)程中的溫度、氧逸度等物理性質(zhì)和地球化學(xué)特征查明其成因聯(lián)系。

4.2.1 正長(zhǎng)花崗巖和黑云母花崗偉晶巖的演化關(guān)系

正長(zhǎng)花崗巖和黑云母花崗偉晶巖具有相似的稀土元素配分模式圖（圖6b、c）和微量元素蛛網(wǎng)圖（圖6e、f），說(shuō)明二者之間可能存在演化關(guān)系，這一認(rèn)識(shí)也得到了礦物成分的支持。黑云母晶體結(jié)構(gòu)中八面體位置的Al3+會(huì)被Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ti4+和Li+等替代，由此造成的電價(jià)差常因黑云母四面體位置的Al3+替代Si4+而平衡（Tischendorf et al.,2007）。因此，正長(zhǎng)花崗巖和黑云母花崗偉晶巖中黑云母晶格的離子替代方式可以指示二者是否存在演化關(guān)系，如果離子替代方式相同，說(shuō)明二者可能存在演化關(guān)系，反之則無(wú)關(guān)（Brigatti et al.,2002）。前人發(fā)現(xiàn)兩類(lèi)巖石黑云母中離子替代方式均以四次和六次配位的Al3+替代六次配位的Fe2+、Fe3+、Mg2+、Mn2+和四次配位的Si為主（陳佑緯等,2013;袁峰,2017），暗示二者之間存在演化關(guān)系。

4.2.2 黑云母花崗偉晶巖是正長(zhǎng)花崗巖分異晚期的產(chǎn)物

正長(zhǎng)花崗巖全巖(w(Na2O)+w(K2O))/w(CaO)比值（5.96～9.01）和w(FeO)/w(MgO)比值（2.30～8.00）均低于黑云母花崗偉晶巖的相應(yīng)比值7.07～10.03和2.76～8.50（袁峰，2017；Chen et al.,2018），說(shuō)明從正長(zhǎng)花崗巖到黑云母花崗偉晶巖具有向富Na和K而貧Ca、Fe和Mg演化的特征，符合結(jié)晶分異的趨勢(shì)。而且，在酸性巖漿分離結(jié)晶過(guò)程中，Rb常作為不相容元素殘留在熔體相（Cuney et al.,2014），因此，黑云母花崗偉晶巖的w(Rb)（115×10-6～177×10-6）高于正長(zhǎng)花崗巖的（94×10-6～142×10-6）（袁峰，2017）也說(shuō)明黑云母花崗偉晶巖演化程度較高。另一方面，正長(zhǎng)花崗巖中的w(Zr+Nb+Ce+Y)（59.3×10-6～167×10-6）明顯高于黑云母花崗偉晶巖的該值（9.34×10-6～76.7×10-6）（袁峰，2017；Chen et al.,2018），被認(rèn)為是副礦物，如鋯石、磷灰石和獨(dú)居石分離結(jié)晶的結(jié)果（Yuan et al.,2020）。因此，全巖成分說(shuō)明黑云母花崗偉晶巖可能是正長(zhǎng)花崗巖分異晚期的產(chǎn)物，這也得到了鋯石原位成分的支持。

鋯石成分能夠揭示巖漿在演化過(guò)程中化學(xué)成分的變化（Belousova et al.,2002），當(dāng)巖漿中水含量增加而溫度降低的時(shí)候，U在鋯石和熔體中的分配系數(shù)會(huì)增大，造成鋯石w(U)增加（Rubatto et al.,2007）。因此，從正長(zhǎng)花崗巖到黑云母花崗偉晶巖鋯石U含量逐漸升高（圖7a），說(shuō)明黑云母花崗偉晶巖的母巖漿可能是正長(zhǎng)花崗巖結(jié)晶晚期的殘余熔體，在這一過(guò)程中巖漿溫度逐漸降低而水含量逐漸增加。相反，從正長(zhǎng)花崗巖到黑云母花崗偉晶巖中鋯石Ti和HREE含量逐漸降低（圖7b），可能是巖漿在冷凝過(guò)程中榍石、黑云母和磷灰石結(jié)晶造成的（Yuan et al.,2020）。

圖7 東秦嶺古生代二長(zhǎng)花崗巖、正長(zhǎng)花崗巖和花崗偉晶巖鋯石w(U)與w(Ti（)a）及w(U)與w(Y（)b）相對(duì)圖解數(shù)據(jù)來(lái)源：Yuan等(2020)Fig.7 Plots of zircon w(U)versus w(Ti)(a)and w(U)versus w(Y)(b)concentrations of the Paleozoic monzogranite,syenogranites and granitic pegmatites in the East Qinling tectonic beltData source:Yuan et al.(2020)

黑云母成分可以反映花崗質(zhì)巖漿結(jié)晶時(shí)的氧逸度和溫度等物理?xiàng)l件（Wones et al.,1965;Henry et al.,2005），進(jìn)而約束正長(zhǎng)花崗巖和黑云母花崗偉晶巖的演化關(guān)系。在高溫高壓條件下，巖漿結(jié)晶溫度會(huì)影響黑云母中Ti元素含量的變化(King,1997;Henry et al.,2002)。因此，可以利用黑云母中Ti含量作為地質(zhì)溫度計(jì)計(jì)算出巖漿結(jié)晶溫度(Henry et al.,2002；2005)。Henry等(2002；2005)根據(jù)過(guò)鋁質(zhì)變泥質(zhì)巖熔融產(chǎn)物中黑云母的Ti含量與溫度的相關(guān)性，提出了一個(gè)Ti飽和溫度計(jì)算公式：

T={[ln(Ti)+2.3594+1.7283×(XMg)3/b]}0.333

式中T為溫度(℃)，Ti為按22個(gè)O原子為單位計(jì)算陽(yáng)離子數(shù)后的原子數(shù)，XMg=Mg2+/(Mg2++Fe2++Fe3+)，b=4.6482×10-9（公式適用范圍為：XMg=0.275～1.000，Ti4+=0.04～0.60，T=480～800℃）。大毛溝正長(zhǎng)花崗巖和黑云母花崗偉晶巖中黑云母的XMg和Ti4+值均在適用范圍之內(nèi)，且均為偏鋁質(zhì)-過(guò)鋁質(zhì)巖石（李伍平等,2001;Qin et al.,2014;袁峰,2017;Chen et al.,2018），與變質(zhì)泥巖的平衡壓力相當(dāng)（周云,2017）。因此，可以使用上述公式對(duì)二者形成溫度進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明正長(zhǎng)花崗巖中黑云母結(jié)晶溫度為600～700℃，而黑云母花崗偉晶巖中黑云母結(jié)晶溫度為550～600℃（圖8a），因此，黑云母結(jié)晶溫度也表明黑云母花崗偉晶巖是正長(zhǎng)花崗巖分異晚期的產(chǎn)物。然而，兩類(lèi)巖石中黑云母結(jié)晶時(shí)的氧逸度均介于NNO和MH緩沖劑之間靠近NNO一側(cè)（圖8b），暗示演化過(guò)程中氧逸度沒(méi)有發(fā)生明顯變化。

圖8 東秦嶺古生代二長(zhǎng)花崗巖、正長(zhǎng)花崗巖和黑云母花崗偉晶巖中黑云母Ti4+與Mg2+/(Mg2++Fe2++Fe3+)相對(duì)圖解（a,底圖據(jù)Henry et al.,2005）和Fe2+-Fe3+-Mg3+三角圖解（b,底圖據(jù)Wones et al.,1965）數(shù)據(jù)來(lái)源：陳佑緯等（2013）、袁峰（2017）和劉剛（2017）Fig.8 Plots of Ti4+versus Mg2+/(Mg2++Fe2++Fe3+)(a,base map after Henry et al.,2005)and Fe2+-Fe3+-Mg3+ternary diagram(b,base map after Wones et al.,1965)of biotite of the Paleozoic monzogranite,syenogranites and granitic pegmatites in the East Qinling tectonic beltData source:Chen et al.(2013),Yuan(2017)and Liu(2017)

5 結(jié)論

東秦嶺古生代花崗巖的形成可以劃分為3期：第一期（490～500 Ma）形成了區(qū)域上最大的S型花崗巖漂池巖體；第二期（435～460 Ma）巖漿活動(dòng)峰期為450 Ma，形成了區(qū)域上最大的I型花崗巖灰池子巖體的主體；第三期（～420 Ma）形成了區(qū)域上一系列規(guī)模較小的正長(zhǎng)花崗巖。東秦嶺廣泛發(fā)育的古生代花崗偉晶巖賦存稀有金屬礦床和鈾礦床，其中賦存稀有金屬礦床（化）的花崗偉晶巖形成時(shí)代為380～440 Ma，與漂池巖體具有相同源區(qū)而無(wú)演化關(guān)系，而賦存鈾礦床（化）的黑云母花崗偉晶巖形成時(shí)代約為420 Ma，是第三期正長(zhǎng)花崗巖分異晚期的產(chǎn)物。

致謝兩位匿名審稿專(zhuān)家對(duì)本文提出了寶貴的修改意見(jiàn)，在此表示衷心的感謝！