西秦嶺碧口地塊木皮巖體鋯石U—Pb年代學及地球化學特征

盧旭陽+關俊雷+王國芝+戴忠梁+朱國仁

摘要：本文對西秦嶺地區碧口地塊南側的木皮巖體進行了系統的鋯石U-Pb年代學、巖相學和地球化學研究；探討了該巖體的地質年代學意義、巖石成因、巖漿來源及其地質意義。木皮巖體巖性為黑云母斜長花崗巖，巖石鋁飽和指數（A/CNK）為1.04～1.07，為準鋁質-弱過鋁質系列巖石，σ為2.323～2.359之間，為鈣堿性巖石。巖石具有較高的Sr（ 898×10-6～965×10-6）和較低的Y（7.02×10-6～7.88×10-6）含量，Sr/Y比值介于122.46～133.00之間。在稀土元素配分圖中呈現出右傾緩慢傾斜型的特征，輕稀土元素富集并出現分餾作用，重稀土元素基本無分餾。（La/Yb）N比值為7.93～9.60，Eu/Eu*值為1.07～1.15之間，屬于弱的銪正異常。大離子親石元素（LILE）出現分化，富集Ba、K而虧損Rb、Th等，高場強元素（HFSE）Nb、Ta、Ti等相對虧損。鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分析表明木皮巖體的形成時代為225.1±3.3Ma，表明該套巖體為晚三疊世早期侵位。地球化學特征分析表明木皮巖體可能主要是由O-型埃達克質巖石組成，這些埃達克質巖石是在造山期后幔源物質底侵使具有火山島弧性質的下地殼巖石部分熔融上侵并受上地殼混染形成的。

關鍵詞：碧口地塊 ；LA-CIP-MS鋯石；O-型埃達克質巖石；造山期后

Abstract：This text reach the U-Pb chronology of Zircon and geology and geochemistry for Mupi pluton which in north of Bikou that in west Qinling.We discuss geochronology significane and petrogenesis and magma source and geological significance of this pluton.Zircon LA-ICP-MS U-Pb age analysis show that Mupi plutons formation times is 225.1±3.3Ma.Mupi plutons lithology is Biotite plagioclase granite，the coefficient （A/CNK） is 1.04～1.07，Liteman index 2.323～2.359，is calcium alkalinity.The rock have high Sr（898～965）and low Y（7.02～7.88） ，Sr/Y ratio between 122.46～133.00.The rock show right deviation distribution patteren and weak normal anomaly of Eu.（La/Yb）N ratio between 7.93～9.60，Eu/Eu* is in 1.07～1.15.Moreover，we can see LILE Rb、Sr、K、et deficitly and HFSE Nb、Ta、P、Ti et.relatively enrichment.These feature of Mupi plutons geochmistry show that the rock possible compris of O-type adakite.These adakite rock is lower crust rock which have volcanic arc character diatexis because of mantle derived material under plating in postorogenic.The invasion to upper crust and union dyeing，fainaly formating Mupi pluton.

Key words ：Bikou massif ；LA-CIP-MS Zircon；O-type adakite rock；Posttrogeneic

1 引言

碧口地塊位于楊子陸塊西北緣，是松潘-甘孜造山帶、楊子地塊與南秦嶺造山帶交匯演化的重要區域，是區域構造劃分與構造演化分析的關鍵單元（閆全人等，2004）。碧口地塊中以楓相院-桐錢壩斷裂為界，劃分為北側的橫丹濁積巖系和南側的碧口火山巖系兩塊區域。近年來，人們對碧口群火山巖做了大量研究工作，提出各種碧口群火山巖形成背景模式，如島弧、大陸裂谷、洋中脊、洋島等（閆全人，王宗起等，2004），對碧口地區的花崗巖的研究也主要集中在其成因及年齡方面。最新研究表明碧口群火山巖只能形成與陸內或者陸緣有關的構造環境（張宏飛等，2004；徐學義等，2003俞學慧2003；劉鐵庚等，1999）；呂崧等（2002）認為該地區花崗巖體屬埃達克型花崗巖，并測得木皮巖體結晶年齡（226±2Ma）、陽壩巖體（215±8Ma）、南一里巖體（224±5Ma）等巖體的鋯石U-Pb年齡，并認為晚三疊世碧口地塊與南秦嶺造山帶具有相似的地殼構造環境，這些花崗質巖體都是由加厚下地殼部分熔融形成的，得出碧口地塊在晚三疊世-早侏羅世發生了向南西的斜向擠出構造的結論。雖然對于這些巖體前人已經有了一定程度的研究，但是關于這些巖體的形成時代的認識并不統一，巖體形成的構造背景也存在爭議，巖體的成因認識也各有不同觀點。

本文選擇侵位于碧口群火山巖中的木皮巖體為重點，通過野外實地考察，系統的地球化學和U-Pb地質年代學分析，對巖體的成因和形成環境做進一步探討，認為木皮巖體形成于造山期后階段，是由造山過程中巖石圈拆沉作用誘發幔源物質底侵加熱下地殼使下地殼發生部分熔融并沿斷裂上侵后形成木皮巖體。

2 區域地質背景及巖體地質特征

碧口群處于秦嶺微板塊處于楊子古陸間的過渡帶內，是西秦嶺地區最古老的一套地層，地層總體走向為北東向，總面積約8000Km2。碧口地塊的主體由碧口群火山巖系和橫丹群濁積巖系構成。碧口群火山巖系分布在碧口地塊南部主要由細碧巖類和石英角斑巖類組成，角斑巖很少出現，細碧巖類包括細碧巖、細碧玢巖、細碧質凝灰巖及細碧質火山角礫巖；石英角斑巖類包括石英角斑巖及石英角斑質凝灰巖（徐學義等，2002）。碧口群火山巖系噴發于大陸裂谷環境（夏林圻、徐學義等，2007），發育時限為840～776Ma，即新元古代（閆全人、王宗起等，2003）。橫丹群濁積巖系分布在碧口地塊北部，是一套巨厚的濁流沉積，以向南或南東傾斜構造產出，新近研究表明該沉積地層物源為南側碧口火山巖系，且根據其相序、組構、沉積特征等綜合分析認為橫丹濁積巖系為弧前盆地充填物，動力學機制為洋殼板塊向南俯沖于楊子板塊被動陸緣之下，時代可能在晚古生代（閆全人、王宗起、A.D.H。Hanson等，2002）。

本文所選的木皮巖體位于碧口地塊西南端（圖2-1），侵位于碧口群火山巖系中平武木皮復式背斜的核部。本次研究選取木皮巖體的黑云母斜長花崗巖（D6055）為研究對象。巖石新鮮面呈灰白-灰黑色，中細粒結構，可見少量長石斑晶，塊狀構造，主要礦物組成為斜長石（>65%），石英（23%±），黑云母（8%±），副礦物有：磷灰石，鋯石，磁鐵礦等。斜長石呈較自形的板狀，柱狀，蝕變明顯，沿解理分布較多的云母或者絹云母。有時可見較大的石英顆粒，角閃石幾乎被綠泥石取代不可見（圖2-2）。

3 樣品描述及分析方法

本文采樣點位于木皮鎮以南的公路沿線。巖石薄片磨制在國土資源部西南礦產資源監督檢測中心完成，在蔡司Axioskop40偏光顯微鏡下進行薄片鑒定、照相等。

D6055樣品薄片下定名為中粗粒黑云母斜長花崗巖。巖石呈灰白色，中粗?；◢徑Y構，塊狀構造。主要礦物成分為：斜長石70%+，石英25%左右，黑云母3%左右。通過野外對巖石的結構構造觀察的基礎上，進行了系統的樣品采集，之后完成了對樣品主量元素和微量元素的分析和數據處理，又從樣品N6055中挑選鋯石，研究了其顯微構造和陰極發光照相，對其中具有清晰震蕩環帶的34顆鋯石進行了U-Pb定年分析測定。

鋯石挑選在廊坊區調所實驗室完成，樣品經手工粉碎，后按常規重力及電磁法浮選出可能的鋯石顆粒，最后在雙目鏡下挑選出鋯石顆粒。鋯石U-Pb同位素定年在中國地質大學（武漢）地質過程與礦產資源國家重點實驗室（CPMR）利用LA-ICP-MS分析完成，激光光束直徑32μ，采用GSE-1J校正元素含量，標準鋯石測試采用的參數標準為91500std（1064Ma）、Gj-1（600Ma）。數據處理采用軟件ICPMSDataCalv3.8處理。普通 Pb 由實測204Pb 校正。所有測點的誤差均為1σ，所采用的207Pb/206Pb 加權平均年齡具95%的置信度。挑選鋯石時，選擇晶形相似、晶體形態完整、內部結構清晰且震蕩環帶發育的柱狀鋯石顆粒，在無裂隙、無包裹體或雜質的干凈部位打點測試。

巖石主量元素和微量元素在中國地質大學（武漢）地質過程與礦產資源國家重點實驗室（CPMR）測得，主量元素利用XRF方法，分析準確度優于5%；微量元素利用ICP-MS方法測定，分析精度優于10%，其中稀土元素分析精度優于5%，符合數據分析需要。

4 分析結果

4.1 鋯石U-Pb年齡

樣品N6055中的鋯石顆粒較小，粒徑介于50μm～130μm之間，但形態完好，晶型基本相同為柱狀-針狀，顯示為快速結晶過程；CL圖像中多數鋯石的環帶較為發育，屬巖漿結晶產物，少數含有明顯的不規則核部，它們應當屬于繼承性鋯石。

該樣品共選取37個測點，所測結果列于表1。文章選取其中的34個具有代表性的測試數據進行分析，34顆鋯石的Th含量為122×10-6～434×10-6，U含量變化于314×10-6～933×10-6之間，Th/U比值為0.158～0.448，均大于0.1，表明鋯石為巖漿成因（Belousova et al.，2002）。這34顆鋯石中一號測試點年齡為1562Ma，估計可能是基底混入的鋯石，11號測試點年齡為498Ma，可能是該點處于核與邊部過渡部位的影響所致。所有鋯石的諧和年齡為225.1±3.6Ma（圖3），應代表木皮巖體的巖石結晶年齡。

4.2 巖石地球化學組成

巖石的主量和微量元素地球化學組成見表2。所測四個巖石樣品總體化學成分偏酸性，其SiO2含量變化于68.3%～68.8%之間，兩個樣品Al2O3含量均大于15%。H6055中Al2O3的含量變化于16.66%～16.85%， K2O/ Na2O比值為0.32～0.34，MgO含量為1.46%～1.51%。鋁指數（A/CNK）為1.04～1.07，為準鋁質-弱鋁質系列巖石，里特曼指數σ為2.323～2.359之間，為鈣堿性巖石（圖4）。H6055的Sr含量較高，介于898×10-6～965×10-6之間，Y含量較低，介于7.02×10-6～7.88×10-6之間。Sr/Y比值介于122.46～133.00之間，（La/Yb）N比值為7.93～9.60，Eu/Eu*值為1.07～1.15之間。在球粒隕石標準化的REE配分型式圖上（圖5-A），H6055表現為弱的Eu正異常和Sm弱的負異常，與呂崧等（2010）所測（圖6）的Eu強烈負異常相比差異較大，另外都有明顯的輕稀土富集和重稀土虧損的配分形式，強烈虧損重稀土Yb（Yb=0.62×10-6～0.73×10-6<1.8×10-6）。在原始地幔標準化的微量元素蛛網圖上（圖5-B）表現為強烈的Ba、K、Sr、Hf、Zr的正異常和Nb、Eu的負異常，而呂崧等（2010）所得數據則表現為強烈的Sr、Zr正異常和Nb、Ti負異常（圖6），總體上來說在一定范圍內是一致的，但是在Yb元素方面表現差異巨大。

（標準化數值據Sun and McDonough，1989）

5 討論

5.1構造背景分析

從主量元素上看，A/CNK<1.1，應屬于I型花崗巖，是活動大陸邊緣的產物，主要形成各種英云閃長巖到花崗閃長巖和花崗巖（劉家遠等，1989）。在微量元素方面表現出高Sr、低Y和貧Yb的特征（圖5），具有相當高的Sr/Y比值（Sr/Y=122.46～133.00），與埃達克巖特征一致，在Y-Sr/Y圖解中（圖7）也相應的落入埃達克巖區域內，而在YbN-（La/Yb）N圖解中落入準埃達克巖區域（圖7）。

張旗等（2008）總結了不同產狀，不同特征的埃達克巖，認為埃達克巖可以根據其Na2O和K2O含量分為低鉀（Na2O/K2O>12）、中鉀（Na2O/K2O>2）、高鉀（Na2O/K2O=0.8～2.0）和超鉀質（Na2O/K2O<1）4類，并認為，低鉀和中鉀屬于O-型埃達克巖，而高鉀和超鉀的埃達克巖屬于C-型埃達克巖。按照這一分類原則，木皮巖體的Na2O/K2O比值為2.92～3.11，屬于中鉀O-型埃達克巖。中鉀埃達克巖大多發育在環太平洋帶，產于島弧或者活動陸緣環境，其成因主要與板片熔融有關（Defant and Drummond，1990），但是也有可能與島弧或活動或活動陸緣下地殼底部玄武質巖漿的底侵作用有關（Atherton and Petford，1993）。

在稀土元素配分圖中輕稀土（LREE）的相對富集和重稀土（HREE）的相對虧損，且Yb=0.62×10-6～0.73×10-6<1.9×10-6，Y=7.02×10-6～7.88×10-6<18×10-6，這些指示源區殘留相可能有石榴子石，因為重稀土元素優先富集于石榴子石。Eu的輕度正異常，指示巖漿源區沒有或者很少斜長石殘留，這與室內鏡下觀察到大量斜長石是吻合的。

在微量元素蛛網圖中Sr和K的富集指示巖石是與消減作用有關的花崗質巖石（張旗等，2009）， Nb-Ta優先殘留于地幔，而Ti則不容易進入熔體，這三種元素的相對虧損顯示巖石的形成有大陸地殼物質參與，同時Zr元素易進入熔體或保留于熔體中，它的相對富集也指示有地殼物質參與巖石的形成。另外巖石具有較高的原始地幔標準化Th/Nb比值（6.56～7.66>1）和低Nb/La比值（0.32～0.35<1）是地殼混染的兩個可靠的微量元素指示。此外樣品全部顯示Nb的負異常，其他高場強元素也相對虧損，這種巖漿可見于以島弧物質為物源的殼源花崗巖（張旗等2002）。

Sisson et al.（2005）證實低鉀玄武質巖石部分熔融不可能產生高鉀巖漿，島弧玄武質下地殼部分熔融作用可以形成大量中鉀到高鉀鈣堿性長英質巖漿，熔融反應為角閃石和黑云母裂解。Moyen（2009）研究表明源巖成分對于熔體的Sr/Y和La/Yb具有重要的控制作用，陸殼巖石相比于洋殼玄武巖具有更高的Sr/Y比值和Al2O3含量，在一定壓力條件下發生部分熔融作用時，其殘留相很容易出現石榴子石，這時大陸下地殼起源的長英質巖漿一般也具有高Sr/Y比值和虧損重稀土。各種特征表明木皮巖體的巖漿應該形成于陸內擠壓環境下的下地殼巖石熔融產生。

在Rb-（Yb+Ta）（圖8-3）和Nb-Y（圖8-2）圖解上，數據點落在火山弧花崗巖（VAG）和同碰撞花崗巖（Syn-CLOG）區域內，在Rb-（Y+Nb）（圖8-1）圖解中，數據落入火山弧花崗巖區域內，顯示巖石在元素組成上具有火山弧環境特征，在R1-R2（圖8-4）圖解中數據落在板塊碰撞后隆升花崗巖區域和造山晚期花崗巖區域。

5.2 巖體成因

研究表明（Dong Y P，Liu X M，Zhang G W，et al.2000）：南秦嶺造山帶形成于中三疊世勉略洋殼沿勉略縫合帶向北插入秦嶺微板塊之下及其后的華北和楊子板塊發生大規模陸-陸碰撞，而碧口地塊夾持于勉略帶以南，龍門山造山帶以北，造山過程中地殼受到強烈的橫向縮短和構造擠壓變形，導致地殼明顯增厚。在這個過程種可能發生加厚下地殼的部分熔融而產生巖漿上侵，也可能會有下地殼發生拆沉作用而形成巖漿，也有可能是俯沖板片發生部分熔融并在后期沿構造裂隙上侵形成巖體，那么對于木皮巖體的形成又是怎樣的一種模式呢？

地殼增厚會導致下地殼地溫升高，同時壓力下降，可能會引發外來流體的混入致使下地殼物質部分熔融，也有可能引發下地殼含水礦物（如云母類或角閃石）發生脫水反應而導致的地殼物質部分熔融，該成因的巖漿往往需要地殼塊體向上快速擠出。而該巖體的巖石早元素組成上并沒有發生明顯的與外來物質相混的特征，并且巖石鏡下特征和微量元素特征也不支持礦物脫水放應的方式，因為這種機制也沒有足夠的動力使巖漿上升至淺部。因此木皮巖體不是地殼加厚背景的減壓機制下形成的。

王二七等，呂崧等最新的研究認為碧口地塊可能是在擠壓-逆沖作用下沿青川-平武斷層左行走滑（王二七等，2001）向SW方向側向擠出形成的構造體（呂崧等，2010），按照這一觀點，碧口地塊形成過程中有可能使下部地殼巖石發生部分熔融，但是由于碧口地體擠出后在沒有地幔熱源提供動力的情況下，巖漿是難以上侵至地殼淺部的，另外這種模式也難以解釋碧口地體南側松潘-甘孜造山帶中呈面狀分布的印支期花崗巖類的成因。

秦嶺造山帶沿南秦嶺勉略帶-大別山的碰撞主要發生在中生代早起，形成南秦嶺造山帶，并最終完成楊子板塊的全面碰撞（張宏飛等，1996；張國偉等，1997，2001；鄭永飛，2008）全面碰撞作用的時間主要發生在254Ma～220Ma，秦嶺造山帶的主造山期為242±21Ma（李曙光等，1996）。而木皮巖體的結晶年齡為225.1±3.3Ma，晚于主造山期，所以木皮巖體也不太可能是俯沖板片部分熔融形成的。

另外高山等（1999）根據地殼的化學組成推測秦嶺造山帶在這一時期存在明顯的拆沉作用，而拆沉作用會產生幔源物質與殼源物質混合的巖漿或產生由幔源物質底侵引起下地殼物質部分熔融而產生巖漿上侵。而前述的巖石地球化學特征表明該巖體并沒有明顯的與幔源物質發生混染。

綜上，本文認為木皮巖體是造山期后，巖石圈拆沉引發幔源物質底侵加熱下地殼使下地殼物質部分熔融，并且巖漿在向上侵位過程中受到地殼混染，最終在淺部結晶形成木皮巖體。

6 結論

通過對木皮巖體黑云母斜長花崗巖的的鋯石U-Pb年齡、地質和地球化學特征及其構造環境的詳細研究，得出如下結論：

木皮巖體的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為225.1Ma（MSWD=3.3），形成于晚三疊世。

木皮巖體的黑云母斜長花崗巖具有準過鋁質的I型花崗巖特征，巖漿來源為下地殼，巖石具有典型的O-型埃達克巖特征。

木皮巖體形成于造山期后階段，為造山花崗巖類，楊子板塊與松潘-甘孜地塊全面碰撞閉合后巖石圈發生拆沉作用誘發幔源物質底侵并提供熱源和動力使下地殼巖石部分熔融上侵，并侵位于背斜核部。是印支期發生的巖漿侵入活動在西秦嶺的體現。

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