西秦嶺甘南早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖巖石成因及其地質(zhì)意義*

薛憲法 邱昆峰 何登洋 黃雅琪 朱銳 于皓丞 姜桂鵬

秦嶺造山帶呈帶狀分布于華北板塊和華南板塊之間，經(jīng)歷了前寒武紀(jì)基底演化、新元古代構(gòu)造熱事件、早古生代和三疊紀(jì)俯沖與碰撞四個(gè)重要的構(gòu)造階段，以及相應(yīng)的大規(guī)模巖漿作用(Renetal., 2018; Wuetal., 2018)。以徽成盆地和佛坪穹窿為界，秦嶺造山帶也被分為西秦嶺造山帶和東秦嶺造山帶，西秦嶺造山帶在區(qū)域上屬于南秦嶺造山帶的一部分(Huetal., 2020)。西秦嶺造山帶位于秦嶺-大別-蘇魯造山帶西部，自元古代到中生代晚期，經(jīng)歷了多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致其巖漿演化與東秦嶺有巨大差異(Meng and Zhang, 2000; Dengetal., 2017; Qiuetal., 2018)。雖然秦嶺造山帶是由華北板塊和華南板塊碰撞形成，但西秦嶺并未出現(xiàn)類似榴輝巖的超高壓巖石(Dong and Santosh, 2016)。西秦嶺基底巖性主要為新太古代英云閃長(zhǎng)巖-奧長(zhǎng)花崗巖-花崗閃長(zhǎng)巖(TTG)組合(劉勇等，2012)和古元古代變質(zhì)沉積序列(石英巖和大理巖)(裴先治等，2009)，僅在天水地區(qū)沿西秦嶺北緣零星出露。西秦嶺造山帶經(jīng)歷了三期變形事件：華北板塊南側(cè)的早-中古生代增生事件；沿勉略縫合帶的晚古生代-三疊紀(jì)碰撞事件及華南板塊與早期增生地體的拼合；侏羅紀(jì)至白堊紀(jì)的陸內(nèi)造山作用(Lietal., 2017; Qiuetal., 2017; Dengetal., 2022a, b)。

西秦嶺地區(qū)三疊紀(jì)火成巖普遍形成于古特提斯洋向北俯沖(250～235Ma)的背景下，而后經(jīng)歷了華北板塊和華南板塊之間的同碰撞(228～215Ma)到碰撞后(215～185Ma)過(guò)程(Qiuetal., 2017)。西秦嶺地區(qū)東部的花崗質(zhì)巖體多于225～205Ma發(fā)生侵位(Dongetal., 2011)，為過(guò)鋁質(zhì)-準(zhǔn)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性花崗質(zhì)巖石，巖漿來(lái)源于華南板塊中元古界的地殼熔融，可分為228～215Ma(華北板塊和華南板塊陸陸碰撞背景下；Caoetal., 2011; Zhuetal., 2011)和215～185Ma兩期巖漿事件(秦嶺造山帶由同碰撞向后碰撞的構(gòu)造過(guò)渡時(shí)期；Xiaoetal., 2014; Xiongetal., 2016)。西秦嶺西部地區(qū)火成巖體侵位年齡約為250～235Ma，多為弱過(guò)鋁質(zhì)-準(zhǔn)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性花崗質(zhì)巖石，巖漿來(lái)源于(富鉀)基性下地殼的部分熔融，但對(duì)于是否有幔源物質(zhì)的參與仍有不同的認(rèn)識(shí)(金維浚等, 2005; 駱必繼等, 2012; 徐學(xué)義等, 2014; Qiu and Deng, 2017; 楊瀚文, 2018)。此外，西秦嶺西部地區(qū)火成巖體形成的構(gòu)造背景也存在爭(zhēng)議，部分學(xué)者認(rèn)為花崗質(zhì)巖石是形成于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境，與勉略洋殼的消減作用有關(guān)(Lietal., 2014; 黃雅琪等, 2020)；但也有學(xué)者認(rèn)為阿尼瑪卿-勉略洋殼在晚二疊世發(fā)生閉合，西秦嶺印支期花崗質(zhì)巖石形成在陸-陸碰撞背景下(駱必繼等, 2012; Xiongetal., 2018)。

針對(duì)西秦嶺西北緣花崗質(zhì)巖石成因及構(gòu)造演化問(wèn)題，本文對(duì)西秦嶺夏河-合作地區(qū)早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖開(kāi)展了鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學(xué)、鋯石Lu-Hf同位素地球化學(xué)和全巖主微量元素分析工作，以探討西秦嶺地區(qū)花崗質(zhì)巖石成因及地球動(dòng)力學(xué)背景，并約束勉略洋殼閉合時(shí)限。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

秦嶺造山帶是我國(guó)中央造山帶的重要組成部分，橫跨中國(guó)中部，東西延伸1500多千米(圖1; 張國(guó)偉等, 2001; Deng and Wang, 2016; Qiuetal., 2018; Dengetal., 2020a, b)。秦嶺造山帶北以靈寶-魯山-舞陽(yáng)斷裂和祁連造山帶為界與華北板塊相鄰，南面以勉略-巴山-襄廣斷裂和松潘-甘孜造山帶為界與華南板塊相鄰(圖1a; Yangetal., 2015a, b; Dengetal., 2017; Qiuetal., 2021a)。秦嶺造山帶以寬坪縫合帶、商丹縫合帶和勉略縫合帶從北向南劃分為華北板塊南緣、北秦嶺板塊、南秦嶺板塊和華南板塊北緣(Yangetal., 2015b; Qiuetal., 2016a)。寬坪縫合帶地處華北板塊南緣與北秦嶺板塊之間，其廣泛發(fā)育的蛇綠巖套主要由綠片巖和角閃巖相火山巖組成，形成于約1.45～0.95Ga(Dong and Santosh, 2016; Dongetal., 2016)。商丹縫合帶位于北秦嶺和南秦嶺板塊之間，主要出露古生代蛇綠巖套和與俯沖有關(guān)的火山巖及沉積巖(Dongetal., 2016; Liuetal., 2016)。位于南秦嶺板塊和華北板塊北緣之間的勉略縫合帶主要由不連續(xù)出露的蛇綠巖套、洋島玄武巖和島弧火山巖組成(Dengetal., 2014; Yangetal., 2016a)。華北板塊南緣主要由前寒武紀(jì)基底和顯生宙沉積蓋層組成?；字饕獮樘胖嫣A巖群，由黑云母斜長(zhǎng)角閃巖、石英片巖和大理巖組成，上覆中元古代熊耳群、中元古代至新元古代海相沉積巖和新元古代冰磧巖(Zhaoetal., 2004; 時(shí)毓等, 2011)。顯生宙沉積巖主要為早古生代海相碎屑巖和碳酸鹽巖及晚古生代至中生代陸相碎屑巖。元古宙秦嶺群是北秦嶺板塊的主要基底巖層，由長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖、角閃巖、石英片巖和大理巖組成，并被不連續(xù)出露的顯生宙沉積地層覆蓋(石炭系-三疊系陸相碎屑巖)(張國(guó)偉等, 1996)。陡嶺群和佛坪群是南秦嶺板塊的結(jié)晶基底，陡嶺群由新太古代英云閃長(zhǎng)巖-奧長(zhǎng)花崗巖-花崗閃長(zhǎng)巖(TTG)組合以及新元古代角閃巖、石英巖和大理石組成，元古代佛坪群由黑云母斜長(zhǎng)巖、角閃巖、角閃片麻巖和混合巖組成(Huetal., 2013)。南秦嶺板塊上覆震旦紀(jì)海相碳酸鹽巖和古生代沉積層序，包括寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)灰?guī)r、志留紀(jì)頁(yè)巖和泥盆紀(jì)-石炭紀(jì)海相碎屑巖以及層間灰?guī)r(Huetal., 2020; Wangetal., 2020)。華南板塊北緣結(jié)晶基底主要由新太古代-古元古代崆嶺群組成，包括太古宙TTG組合和元古宙角閃巖、混合巖和變質(zhì)碎屑巖(Dengetal., 2022b; Yangetal., 2022)，上覆震旦紀(jì)碎屑灰?guī)r、寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)灰?guī)r、志留系紀(jì)-泥盆紀(jì)砂巖和粉砂巖、石炭紀(jì)-中三疊世碳酸鹽巖和晚三疊世-白堊紀(jì)碎屑巖。

以徽成盆地和佛坪穹窿為界，秦嶺造山帶被分為東秦嶺造山帶和西秦嶺造山帶(Maoetal., 2002; Dongetal., 2011; Qiu and Deng, 2017)。西秦嶺造山帶長(zhǎng)約600km，是秦嶺造山帶的西延部分。該造山帶經(jīng)歷了多期與古特提斯洋演化相關(guān)的構(gòu)造事件以及隨后的晚三疊世華北板塊和華南板塊的碰撞，是東古特提斯洋的分支(張國(guó)偉等, 2001; Yuetal., 2019; Xiaoetal., 2022)。區(qū)域內(nèi)廣泛出露泥盆紀(jì)至三疊紀(jì)沉積巖，而前寒武紀(jì)基底很少出露(Yangetal., 2016b; Qiuetal., 2021b)。西秦嶺造山帶巖漿活動(dòng)頻繁，尤其是中生代巖漿活動(dòng)，并在印支期成礦作用中形成了許多金礦床(以造山型、巖漿熱液型為主)，已探明的金儲(chǔ)量超1200t，是中國(guó)第二大金礦集區(qū)(Dengetal., 2018, 2019; Goldfarbetal., 2019; Yuetal., 2020a, b, 2021; Huangetal., 2022; Qiuetal., 2023a, b)。夏河-合作地區(qū)位于西秦嶺造山帶的西北緣(圖1a)，區(qū)內(nèi)主要出露石炭紀(jì)至三疊紀(jì)的海相沉積巖和早-中三疊世侵入巖，并含有少量二疊紀(jì)火山巖和白堊紀(jì)火山沉積巖(圖1b；梁志錄等, 2016; Xiaoetal., 2022)。區(qū)域北西向構(gòu)造發(fā)育，以夏河-合作斷裂及新堡-力士山背斜為主(梁志錄等, 2016; Suietal., 2017)。以夏河-合作斷裂及其延長(zhǎng)線為界，可分為北東和南西兩個(gè)區(qū)域(韋良喜等, 2018)，分別以與三疊紀(jì)花崗巖有密切時(shí)空關(guān)系的斑巖-矽卡巖型礦床和以發(fā)育脈狀、浸染狀的金銻礦床為主(Qiuetal., 2018; Zhangetal., 2021)。

2 礦床地質(zhì)

早子溝金銻礦床位于甘肅合作市西南，大地構(gòu)造位置位于西秦嶺造山帶西緣夏河-合作斷裂南西方向(圖1b)，累計(jì)查明金資源量106.2t，礦床平均品位3.34g/t。早子溝金銻礦床賦礦圍巖主要是下三疊統(tǒng)古浪堤組和三疊紀(jì)巖漿巖(圖2)。古浪堤組是礦區(qū)主要出露地層，約占礦區(qū)總面積的70%，主要由硅質(zhì)板巖、鈣質(zhì)板巖、石英砂巖和粉砂巖組成(劉勇, 2012; 隋吉祥和李建威, 2013)。早-中三疊世巖漿巖呈巖脈、巖枝狀侵入到早三疊世板巖內(nèi)，呈北東和北北東向分布，主要的巖性為石英閃長(zhǎng)玢巖、英安玢巖、閃長(zhǎng)玢巖、流紋斑巖和花崗閃長(zhǎng)玢巖。早子溝金銻礦床中金礦體分布明顯受構(gòu)造控制，按照礦體幾何特征和控礦斷裂性質(zhì)，可將其分為兩類：陡傾斜礦體和緩傾斜礦體(Qiuetal., 2020; Yuetal., 2022a)。陡傾斜礦體主要賦存在北東-北東東走向、陡傾斜的斷裂帶中，圍巖為變形、碎裂的蝕變板巖和英安玢巖，主要礦石類型為浸染狀英安玢巖和板巖礦石；緩傾斜礦體主要賦存在北北西走向、緩傾斜的斷裂帶內(nèi)，圍巖多為碎裂的蝕變板巖和英安玢巖，礦石類型主要為呈透鏡體狀產(chǎn)于斷裂帶內(nèi)的石英-輝銻礦脈礦石。礦區(qū)多發(fā)育強(qiáng)烈的毒砂化、黃鐵礦化、硅化、輝銻礦化和絹云母化。

圖1 西秦嶺造山帶地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a)和夏河-合作地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及礦床分布圖(b)(據(jù)Qiu and Deng, 2017; Qiu et al., 2020)

圖2 西秦嶺早子溝金銻礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)Yu et al., 2019)

3 樣品描述及分析方法

石英閃長(zhǎng)玢巖樣品均采自早子溝礦區(qū)的野外露頭(定年樣品18ZZG16位置：34°57′55.30″N、102°48′27.52″E；樣品18ZZG17位置：34°57′58.39″N、102°48′37.25″E)。樣品呈灰黑色，塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，肉眼可見(jiàn)石英顆粒及少量較大顆粒的暗色礦物(黑云母和角閃石)(圖3)。斑晶(～50%)主要為斜長(zhǎng)石(～25%)、石英(～15%)、黑云母(～5%)和角閃石(～5%)。斜長(zhǎng)石和石英斑晶粒徑多在0.2～1mm之間，最大可達(dá)5mm，少量石英發(fā)育溶蝕結(jié)構(gòu)。黑云母和角閃石斑晶大多在0.2～0.3mm之間。斜長(zhǎng)石和石英多呈板狀，黑云母呈自形片狀，角閃石呈自形柱狀。基質(zhì)呈隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，由斜長(zhǎng)石(15%～30%)、石英(5%～25%)和少量副礦物(鋯石和磷灰石)組成。

圖3 早子溝地區(qū)典型地質(zhì)體接觸關(guān)系和石英閃長(zhǎng)玢巖巖相學(xué)照片

將石英閃長(zhǎng)玢巖樣品粉碎至80～120目，并通過(guò)電磁和重液分離技術(shù)分離鋯石晶體。在雙目顯微鏡下手工挑選鋯石顆粒，將其安裝在環(huán)氧樹(shù)脂中，拋光至近一半以暴露內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后在含有5% HNO3的超聲波清洗機(jī)中清洗。在分析之前，使用JXA-8800電子探針和圖像分析軟件，在20kV和20nA條件下，獲得鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像，來(lái)觀察鋯石顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該工作在華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心研究所完成。

鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年分析工作在華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心同位素實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。使用Neptune雙聚焦多收集器ICP-MS進(jìn)行激光采樣，測(cè)試激光束斑直徑為30μm、頻率為8Hz。GJ-1用作鋯石U-Pb定年分析的標(biāo)樣。使用NIST SRM 610玻璃作為外標(biāo)，計(jì)算鋯石的U、Th和Pb濃度。同位素比值使用ICPMSDataCal 11.8(Liuetal., 2010)計(jì)算，并使用Isoplot 3.0版軟件繪制鋯石年齡協(xié)和圖(Ludwig, 2003)。使用Andersen (2002)的方法進(jìn)行了普通Pb校正，詳細(xì)實(shí)驗(yàn)方法見(jiàn)文獻(xiàn)(Qiuetal., 2019)。

在U-Pb年齡測(cè)試相同的位置上對(duì)樣品進(jìn)行鋯石Lu-Hf同位素分析，該項(xiàng)工作在華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心同位素實(shí)驗(yàn)室完成。使用與UP 193nm激光燒蝕系統(tǒng)耦合的Thermo-Finnigan-Neptune MC-ICP-MS系統(tǒng)測(cè)定Hf同位素組成。使用11Hz、10J/cm2的激光重復(fù)燒蝕鋯石，束斑直徑為50μm。在分析過(guò)程中，GJ-1鋯石標(biāo)樣的176Hf/177Hf比值為0.282009±24(2σ，n=13)(Elhlouetal., 2006)。176Lu的衰變系數(shù)為1.865×10-11/yr，使用176Hf/177Hf=0.282785±11(2σ)和176Hf/177Hf=0.0336±1(2σ)的球粒隕石比值來(lái)計(jì)算εHf(t)的值(Blichert-Toft and Albarède, 1997)。

全巖主量分析在華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心測(cè)定。把1g樣品烘干后于1000℃的高溫爐中灼燒測(cè)得其燒失量(LOI)。取0.5g樣品溶于4g Li2B4O7溶劑中，均勻混合后再加入0.4g 1%濃度的LiBr和0.5%濃度的NH4I助溶劑?；靹蚝筠D(zhuǎn)移至XRF專用鉑金坩堝中，在1250℃熔融，并進(jìn)行XRF測(cè)定。全巖微量分析在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成。在溶樣瓶中加入2mL 8mol/L的HNO3和0.5mL 8mol/L的HF，并持續(xù)加熱來(lái)溶解樣品，溶解后在通風(fēng)櫥中蒸干樣品。稍后再次加入2mL 8mol/L的HNO3繼續(xù)加熱， 并重復(fù)前面工作。最后用8mol/L的HNO3溶解樣品，之后加去離子水稀釋至250mL，取出部分進(jìn)行ICP-MS分析。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

對(duì)2件石英閃長(zhǎng)玢巖樣品(18ZZG16和18ZZG17)進(jìn)行鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年，測(cè)年結(jié)果如表1所示。通過(guò)陰極發(fā)光圖像(圖4a)可以看出，石英閃長(zhǎng)玢巖中多數(shù)鋯石顆粒是自形的，并顯示出良好的振蕩生長(zhǎng)環(huán)帶。這些鋯石長(zhǎng)度多在100～200μm，長(zhǎng)寬比為2:1到3:1，呈長(zhǎng)柱狀，Th/U多大于0.2，符合巖漿鋯石特征(Fuetal., 2021; Wuetal., 2022)。每個(gè)樣品選取36顆鋯石進(jìn)行測(cè)試，18ZZG16樣品有2個(gè)繼承鋯石，除繼承鋯石外加權(quán)平均206Pb/238U年齡為232.8±4.6Ma(MSWD=1.9，n=19；圖4b, c)；18ZZG17樣品有5個(gè)繼承鋯石，除繼承鋯石外加權(quán)平均206Pb/238U年齡為231.4±3.8Ma(MSWD=1.8，n=26；圖4d, e)。

表1 早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果

續(xù)表1

圖4 早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖典型鋯石陰極發(fā)光圖像(a)和鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡諧和圖(b-e)

4.2 巖石地球化學(xué)特征

8件石英閃長(zhǎng)玢巖樣品主量和微量元素地球化分析結(jié)果如表2所示。石英閃長(zhǎng)玢巖SiO2含量為56.18%～68.26%，Al2O3含量為16.40%～18.00%，TiO2含量為0.34%～0.71%，MgO含量為2.30%～6.28%，K2O含量為1.82%～3.70%，Na2O含量為2.16%～4.02%，K2O/Na2O值為0.68～1.10(圖5)，Mg#為47.57～70.35，具有高Al中Mg的特點(diǎn)。在TAS判別圖解中，樣品落在閃長(zhǎng)巖-花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)域內(nèi)(圖5a),其A/CNK為0.73～1.07，A/NK為1.64～3.05，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過(guò)鋁質(zhì)系列巖石。在SiO2-K2O圖解中，顯示出鈣堿性-高鉀鈣堿性特征(圖5b, c)。稀土元素總量(∑REE)為76.74×10-6～241.5×10-6，LREE/HREE為7.97～19.8，(La/Yb)N比值為8.10～61.2，輕重稀土分異較大，稀土配分曲線為輕稀土富集、重稀土平坦的右傾型(圖6a)，具有弱負(fù)銪異常(δEu=0.65～0.93)。微量元素蛛網(wǎng)圖顯示，巖石含有少量Ni(3.64×10-6～82.80×10-6)和Co(3.75×10-6～24.70×10-6)，并且富集大離子親石元素(K、Sr、Ba、Cs)，虧損Sr和高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta等(圖6b)。

表2 早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖主量元素(wt%)與微量元素(×10-6)分析結(jié)果

續(xù)表2

圖5 早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖地球化學(xué)圖解

圖6 早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(a，標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton, 1984)與原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b，標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

4.3 鋯石Lu-Hf同位素

圖7 夏河-合作地區(qū)三疊紀(jì)花崗質(zhì)巖石鋯石εHf(t)-t圖解(a、b)、εHf(t)頻率直方圖(c)和頻率直方圖(d)

表3 早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖LA-MC-ICP-MS鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果

續(xù)表3

5 討論

5.1 早-中三疊世巖漿活動(dòng)

早子溝地區(qū)主要發(fā)育花崗閃長(zhǎng)玢巖、英安玢巖和石英閃長(zhǎng)玢巖等火成巖，巖性呈現(xiàn)由中酸性向中性過(guò)渡。石英閃長(zhǎng)玢巖侵入英安玢巖中，暗示石英閃長(zhǎng)玢巖侵位時(shí)間晚于英安玢巖(圖3a)。中酸性巖脈(花崗閃長(zhǎng)玢巖脈和英安玢巖)鋯石年齡多在250～236Ma；中性巖脈如石英閃長(zhǎng)斑(玢)巖等顯示的年齡范圍約為236～233Ma(隋吉祥和李建威, 2013; 第鵬飛, 2018; 耿建珍等, 2019; Yuetal., 2019)。本文研究的石英閃長(zhǎng)玢巖鋯石U-Pb年齡為～232Ma，是該地區(qū)中三疊世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。結(jié)合前人對(duì)早子溝地區(qū)賦礦圍巖巖相學(xué)和年代學(xué)的研究，可以發(fā)現(xiàn)該區(qū)早-中三疊世巖漿侵位時(shí)間約為250～232Ma，按侵位時(shí)間和巖性大致可分為兩類：英安玢巖和花崗閃長(zhǎng)玢巖的侵位主要集中在250～236Ma，而石英閃長(zhǎng)玢巖侵位于236～232Ma。

研究表明，西秦嶺三疊紀(jì)巖漿爆發(fā)事件可分為兩期，包括早-中三疊世(250～235Ma)和晚三疊世(225～205Ma)(金維浚等, 2005; Zhangetal., 2007; Lietal., 2014; Luoetal., 2012, 2015; Zhuetal., 2013)。夏河-合作地區(qū)僅存在250～235Ma的巖漿活動(dòng)。阿夷山巖漿侵位時(shí)間為242～238Ma，德武魯雜巖體巖漿侵位時(shí)間為247～238Ma，銅仁巖體巖漿侵位時(shí)間為242～238Ma，美武巖體巖漿侵位時(shí)間為251～243Ma，均與早-中三疊世(250～235Ma)的巖漿侵位時(shí)間一致(徐學(xué)義等, 2014; Lietal., 2015b; Qiu and Deng, 2017)。與夏河-合作地區(qū)火成巖體侵位時(shí)間相似，本文早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖鋯石U-Pb年齡在～232Ma，表明第一期(250～235Ma)巖漿活動(dòng)很有可能持續(xù)到232Ma左右，才進(jìn)入到巖漿間歇期。

5.2 巖石成因與巖漿源區(qū)

在哈克圖解(圖8)中，石英閃長(zhǎng)玢巖MgO、Fe2O3、CaO、Al2O3和P2O5含量與SiO2呈負(fù)相關(guān)，可能是角閃石、黑云母及副礦物磷灰石的分離結(jié)晶導(dǎo)致的(Zouetal., 2022)。SiO2與K2O呈正相關(guān)(圖8b)，表明源區(qū)不存在鉀長(zhǎng)石的分離結(jié)晶。微量元素特征富含LREE，虧損HREE，尤其是Ba、Nb含量顯著減少(圖6)，顯示了典型的大陸地殼巖石特征；較弱的負(fù)Eu異常(0.62～0.93)顯示源區(qū)中存在斜長(zhǎng)石或斜長(zhǎng)石發(fā)生了分離結(jié)晶；相對(duì)平坦的HREE模式(圖6a)暗示源區(qū)幾乎沒(méi)有石榴石殘留(Moyen, 2009)。石英閃長(zhǎng)玢巖虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta)，富集大離子親石元素，這些地球化學(xué)特征可能是下地殼部分熔融的結(jié)果(Chappell, 1999; Clemensetal., 2011)。此外，石英閃長(zhǎng)玢巖Sr(162.3×10-6～1304×10-6)和Nd(14.16×10-6～43.65×10-6)含量相對(duì)較高，這些元素是直接繼承于巖漿源，即巖石具有深部下地殼來(lái)源，淺部的地殼過(guò)程(如分離結(jié)晶和上地殼混染)不能導(dǎo)致的高Sr和Nd含量(Roden and Shimizu, 2000)。La/Yb-La和CaO/Al2O3-MgO圖解表明巖漿演化主要受巖石部分熔融影響，同時(shí)礦物的分離結(jié)晶也起到部分作用(圖9a, b)。

圖8 早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖哈克圖解

圖9 早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖巖石成因圖解

與夏河-合作地區(qū)其他火成巖體特征一致，早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖也顯示為準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過(guò)鋁質(zhì)性質(zhì)(A/CNK<1.1)(圖5b)，具有中等的SiO2(56.18%～68.26%)、MgO(2.30%～6.27%)，較高的K2O(1.82%～3.70%)(圖5d)，明顯缺乏典型的堿性鎂鐵質(zhì)礦物和過(guò)鋁質(zhì)礦物，具有與I型花崗巖類似性質(zhì)。雖然具有較高的Sr(162.3×10-6～1304×10-6)和較低的Y(4.26×10-6～21.44×10-6)，但Sr/Y值并不能作為判別是否為埃達(dá)克質(zhì)巖的依據(jù)，且其(La/Yb)N比值較低，多在8.10～19.44，與埃達(dá)克巖的性質(zhì)不同。對(duì)于I型花崗巖巖漿源區(qū)主要存在兩種認(rèn)識(shí)：一種是幔源鎂鐵質(zhì)巖漿通過(guò)巖漿混合與地殼巖漿相互作用(Kempetal., 2007)；另一種是由地幔衍生熔體分離結(jié)晶產(chǎn)生的，但通常具有較高的SiO2濃度(>70%)和較高A/CNK比值(1.03～2.07)(Skjerlie and Johnston, 1993; Soesoo, 2000)。本文多種證據(jù)表明石英閃長(zhǎng)玢巖源區(qū)與第一種機(jī)制相似。石英閃長(zhǎng)玢巖地球化學(xué)特征顯示為鈣堿性-高鉀鈣堿性特征(圖5c)，含有較高的K，其K2O的富集主要來(lái)自巖漿源區(qū)，與中高鉀鎂鐵質(zhì)下地殼部分熔融產(chǎn)生的成分一致(Sissonetal., 2005; Milleretal., 1999)。通常，玄武質(zhì)下地殼巖漿分餾很難生成Mg#值高于45的中性巖石，且K2O/Na2O<1(Rapp and Watson, 1995; Blatteretal., 2013; Nandedkaretal., 2014)，但玄武巖巖漿和長(zhǎng)英質(zhì)熔體之間的混合可以產(chǎn)生Mg#明顯較高(>50)的中性巖石。夏河-合作地區(qū)各類巖體Mg#值在47.57～70.35之間，K2O/Na2O在0.84～1.10(圖5d)，表明其不能僅通過(guò)基性下地殼的部分熔融產(chǎn)生，幔源巖漿也起到重要作用。A/CNK-SiO2和La/Sm-Th/Sc圖解(圖9c, d)均顯示一定的正相關(guān)關(guān)系，也支持幔源物質(zhì)參與這一觀點(diǎn)。在CaO/(FeOT+MgO+TiO2)-(CaO+FeOT+TiO2)和Al2O3/(FeO+MgO+TiO2)-(Al2O3+FeO+MgO+TiO2)圖解中，石英閃長(zhǎng)玢巖均落在角閃巖的部分熔融區(qū)域內(nèi)，進(jìn)一步表明其主要來(lái)源于富鉀玄武質(zhì)變火成巖的部分熔融，與西秦嶺夏河-合作地區(qū)其他巖體的地球化學(xué)數(shù)據(jù)顯示的特征一致(圖9e, f)。綜上可知，早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖巖漿主要由基性下地殼部分熔融成的。

5.3 對(duì)地球動(dòng)力學(xué)背景的約束

西秦嶺地區(qū)廣泛發(fā)育的三疊紀(jì)火成巖明顯與勉略洋殼的俯沖有關(guān)(Xiaoetal., 2022)。對(duì)于西秦嶺三疊紀(jì)火成巖形成的構(gòu)造背景目前還存在著巨大爭(zhēng)議，一種觀點(diǎn)認(rèn)為形成于活動(dòng)大陸邊緣背景下的勉略洋殼向北俯沖環(huán)境(Mengetal., 2005; 張成立等, 2008; Suietal., 2018; 黃雅琪等, 2020; Wangetal., 2021a)；另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為形成于與地殼增厚、伸展裂谷等有關(guān)的同碰撞至后碰撞環(huán)境(李曙光等, 2003; 張宏飛等, 2006; 駱必繼等, 2012; Xiongetal., 2018)?？傊?，西秦嶺的構(gòu)造體系以及勉略洋殼俯沖消亡的確切時(shí)間仍不清楚。

目前，對(duì)西秦嶺早-中三疊紀(jì)火成巖形成背景主要存在兩種模型：一種模型是板塊還未發(fā)生碰撞，與勉略洋殼回撤引起的巖石圈地幔流上升有關(guān)(Lietal., 2014, 2015b; Qiuetal., 2017; Heetal., 2021)；另一種是在大陸弧環(huán)境到碰撞后伸展的過(guò)渡環(huán)境中侵位形成的，與板塊斷離模型有關(guān)，形成于勉略洋殼向北俯沖形的大陸弧環(huán)境(Luetal., 1996; Chen and Santosh, 2014; Hanetal., 2014)。石英閃長(zhǎng)玢巖顯示火山弧花崗巖特征，處于華北板塊和華南板塊碰撞前的構(gòu)造背景，這與第一種模型相反。西秦嶺造山帶中具有弧特征的火山巖最早是在晚二疊世石關(guān)組沉積巖夾層中的玄武巖中發(fā)現(xiàn)的，與俯沖相關(guān)的巖漿作用在早-中三疊世達(dá)到頂峰(張宏飛等, 2006; Zhangetal., 2007; Lietal., 2014)。西秦嶺印支期花崗質(zhì)巖石沿造山帶伸展方向呈線狀分布，表現(xiàn)出與巖石圈拆離相反的特征，西秦嶺西北部從海相突然轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴啵苡锌赡苁谴箨懪鲎惨鸬目焖俾∩颓治g，并且黑溝峽MORB型火山巖變質(zhì)年齡(242～221Ma；Lietal., 1996)也表明勉略洋最早在早三疊世閉合，因此張成立等(2008)認(rèn)為印支期高鉀鈣堿性到鉀玄質(zhì)花崗質(zhì)巖石是在碰撞后環(huán)境中形成的。雖然一些早三疊世250～240Ma的高Sr/Y花崗巖顯示出增厚地殼部分熔融形成的埃達(dá)克巖特征，表現(xiàn)出地殼增厚的構(gòu)造環(huán)境特征(張成立等, 2008; 徐學(xué)義等, 2014)，但事實(shí)上這些高Sr/Y花崗巖的特征與典型埃達(dá)克巖的特征不同，這些特征可能來(lái)自源巖或表明石榴子石的深部來(lái)源(Renetal., 2018)，所以不能通過(guò)地殼增厚來(lái)解釋西秦嶺中三疊世花崗巖類的地球化學(xué)特征(Douetal., 2019)。

華北板塊和華南板塊在三疊紀(jì)沿勉略縫合帶的碰撞導(dǎo)致了秦嶺-大別造山帶的疊瓦狀逆沖，使地殼增厚達(dá)50km(張成立等, 2005)。蛇綠巖套是古縫合帶和古俯沖帶存在的直接標(biāo)志，夏河地區(qū)存在早二疊世至中二疊世蛇綠混雜巖(Dongetal., 2016)；銅仁隆務(wù)峽地區(qū)蛇綠混雜巖輝長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb年齡為250.1±2.2Ma，以及侵入蛇綠巖的花崗閃長(zhǎng)巖的年齡為244.0±1.4Ma(王繪清等, 2010)；勉略縫合帶中發(fā)現(xiàn)了于221～345Ma形成的蛇綠巖(Lietal., 1996; Dongetal., 2021)，所以對(duì)于勉略洋殼閉合時(shí)限仍有爭(zhēng)議。但對(duì)西秦嶺早-中三疊紀(jì)一系列花崗質(zhì)巖體的年代學(xué)和巖石地球化學(xué)的研究表明，250～230Ma期間勉略洋殼處在俯沖消減階段(Dengetal., 2021; 李瑞保等, 2018; Qiuetal., 2016b, 2018; Douetal., 2019; Wangetal., 2021b)。早子溝地區(qū)位于西秦嶺最西部，在阿尼瑪卿-勉略縫合帶北側(cè)，石英閃長(zhǎng)玢巖侵位時(shí)間為～232Ma。它們顯示出準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過(guò)鋁質(zhì)的鈣堿性-高鉀鈣堿性特征，富含LREE，貧HREE，以負(fù)Eu異常為特征(圖6)，具有與火山弧花崗質(zhì)巖石相同的性質(zhì)(圖10)。在R1-R2圖解中，石英閃長(zhǎng)玢巖落在碰撞前花崗巖區(qū)域(圖10d)，處在活動(dòng)大陸邊緣背景下(圖10a)。此外，夏河-合作地區(qū)不同巖體的構(gòu)造圖解與石英閃長(zhǎng)玢巖相似(圖10)，表明夏河-合作地區(qū)火成巖體在活動(dòng)大陸邊緣背景下形成的，是勉略洋殼向北俯沖南秦嶺板塊的產(chǎn)物，此時(shí)勉略洋殼仍未閉合(圖11)。

圖10 早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖構(gòu)造圖解

圖11 早子溝地區(qū)早-中三疊世巖漿巖成因模式圖(據(jù)Qiu and Deng, 2017；He et al., 2021)

6 結(jié)論

(1)早子溝石英閃長(zhǎng)玢巖形成于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境，具有碰撞前花崗質(zhì)巖石特征，侵位于～232Ma，是中三疊世勉略洋殼向北俯沖過(guò)程巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，表明勉略洋殼在～232Ma仍處在俯沖階段。

(2)石英閃長(zhǎng)玢巖為鈣堿性-高鉀鈣堿性巖體，具有較高M(jìn)g#值，εHf(t)變化范圍較大，由古元古代高鉀基性下地殼部分熔融，通過(guò)殼?；烊咀饔门c地幔巖漿混合形成。

致謝感謝俞良軍老師對(duì)本文的細(xì)心審閱；感謝兩位匿名審稿人對(duì)本文提出的寶貴意見(jiàn)。