秦嶺晚中生代大巖體鋯石u-pb年代學(xué)及其地球化學(xué)特征

秦嶺晚中生代大巖體鋯石u-pb年代學(xué)及其地球化學(xué)特征

中生代巖漿形成的特點(diǎn)是，中國東部乃至東亞大陸上的構(gòu)造巖漿事件具有突出的特點(diǎn)。該事件在秦嶺造山帶,特別是東秦嶺也有表現(xiàn)。秦嶺造山帶是華北地塊與揚(yáng)子地塊長期匯聚形成的復(fù)合造山帶(Mattaueretal.,1985;Kr?neretal.,1993;MengandZhang,1999;張國偉等,2001),至少經(jīng)歷了新元古代、古生代和中生代構(gòu)造巖漿熱事件和造山作用,發(fā)育完整的3次構(gòu)造巖漿和造山事件。分析這一長期演化的復(fù)雜歷史,探明每個(gè)造山作用對(duì)于完整了解該復(fù)合造山帶形成和演化是很有必要的。前人已對(duì)秦嶺造山帶元古宙、古生代和早中生代構(gòu)造巖漿作用進(jìn)行了研究(如:陸松年等,2003;Sunetal.,2003;王濤等,2005;Wangetal.,2003,2009;張成立等,2004,2008),但對(duì)晚中生代巖漿作用和構(gòu)造環(huán)境的系統(tǒng)研究和綜合分析較少。近期,前人已做了一些研究,取得一些進(jìn)展(Maoetal.,2010)。但總體看來秦嶺晚中生代花崗巖巖石組合、時(shí)空演變、成因演化和物源特征的整體特征還不太清楚,一些大的巖基(如藍(lán)田、牧護(hù)關(guān)和蟒嶺等巖體)還缺乏可靠的年齡資料。本文對(duì)北秦嶺不同塊體中3個(gè)代表性晚中生代花崗巖體進(jìn)行了鋯石定年、相關(guān)巖石地球化學(xué)和同位素的研究;結(jié)合前人資料試圖總結(jié)秦嶺晚中生代花崗巖的時(shí)空演變和巖石組合特征,探討其成因演化、物源特征以及構(gòu)造背景,為系統(tǒng)研究和總結(jié)秦嶺多期造山過程和巖漿作用提供新的依據(jù)。1北秦造山帶基本構(gòu)造格架秦嶺造山帶是中國大陸中央造山帶(系)的主要組成部分。它由2個(gè)主縫合帶(商丹和勉略縫合帶)和3個(gè)塊體(圖1)(華北地塊南緣及北秦嶺、秦嶺微地塊、揚(yáng)子地塊)組成(張國偉等,2001;MengandZhang,2000)。華北地塊南緣是在前寒武紀(jì)基底的基礎(chǔ)上卷入秦嶺造山作用中的。其基底由太古宇太華群構(gòu)成,為一套中高級(jí)區(qū)域變質(zhì)的中基性-中酸性火山-沉積變質(zhì)巖系(胡受奚等,1997)。覆于基底之上的前寒武紀(jì)蓋層有:中元古界熊耳群火山巖、官道口群碎屑巖-碳酸鹽巖,新元古界欒川群陸源碎屑巖-碳酸鹽巖。新元古界-下古生界陶灣群鈣鎂質(zhì)碳酸鹽巖-碎屑巖-混雜堆積巖(關(guān)保德,1996)。華北地塊之南為北秦嶺構(gòu)造帶。北秦嶺構(gòu)造帶主要由北側(cè)中-新元古界寬坪群、古生界二郎坪群和南側(cè)古元古界秦嶺雜巖或秦嶺群構(gòu)。寬坪群為一套中淺變質(zhì)巖系(張國偉等,2001)。二郎坪群,包括蛇綠巖、火山-沉積巖(Sunetal.,1996)。秦嶺雜巖或秦嶺群主要由角閃巖相變質(zhì)巖系及變質(zhì)變形巖體組成(游振東和索書田,1991;王濤等,1997),其東段北緣發(fā)育榴輝巖等高壓變質(zhì)巖(胡能高等,1994;楊經(jīng)綏等,2003),南緣發(fā)育高壓麻粒巖(陳丹玲等,2004;劉良等1996)。秦嶺微地塊由早前寒武紀(jì)結(jié)晶基底和中晚前寒武紀(jì)過渡性變質(zhì)變形基底及多層構(gòu)造蓋層組成(張國偉等,2001),基底具有中深麻粒巖相,甚至深熔混合演化的特點(diǎn),分布最廣的蓋層為古生界的劉嶺群,其主體為綠片巖相變沉積巖系。揚(yáng)子地塊在基底組成特征上與秦嶺微地塊相似,而蓋層組成和性質(zhì)有所不同。秦嶺造山帶主要經(jīng)歷了新元古代、古生代和中生代造山作用。新元古代時(shí)期,秦嶺造山帶發(fā)生陸塊匯聚與裂解的構(gòu)造巖漿事件,形成了同碰撞到后碰撞的花崗巖系(陸松年等,2004;Wangetal.,2003;張成立等,2004;王濤等,1999,2005)。古生代時(shí)期,在北秦嶺發(fā)生沿商丹帶一線的俯沖增生及碰撞,形成大量的花崗巖(Ratschbacheretal.,2003;Wangetal.,2005,2009)。中生代時(shí)期,整個(gè)秦嶺造山帶,特別是西、南秦嶺經(jīng)歷了強(qiáng)烈的早中生代構(gòu)造巖漿熱事件(Sunetal.,2003;張成立等,2008),奠定了秦嶺造山帶基本構(gòu)造格架。晚中生代構(gòu)造巖漿熱事件(安三元和盧欣祥,1984;盧欣祥,1991,1999;Maoetal.,2010)主要集中發(fā)育于東秦嶺,形成巨量的中生代花崗巖體。2鋯石la-icpmsu-pb測試本文實(shí)測了秦嶺晚中生代花崗巖中3個(gè)大巖體(藍(lán)田、牧護(hù)關(guān)和蟒嶺巖體)的年代學(xué)和其中2個(gè)巖體的地球化學(xué)和Sr、Nd、Hf同位素,收集公開發(fā)表的26個(gè)鋯石U-Pb年齡、3個(gè)黑云母Ar-Ar年齡和90多個(gè)地球化學(xué)數(shù)據(jù),以此為基礎(chǔ)劃分花崗巖漿演化階段。鋯石LA-ICPMSU-Pb測試在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)研究所的Neptune多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和193nm激光取樣系統(tǒng)完成,分析方法與SHRIMP相似,數(shù)據(jù)處理采用Ludwig的Isplot程序(Ludwig,2003)。鋯石SHRIMPU-Pb測試在中國地質(zhì)科學(xué)院SHRIMP中心完成,實(shí)驗(yàn)分析、數(shù)據(jù)處理流程參見宋彪等(2002)。主量、微量和稀土元素分析在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)中心等離子光譜實(shí)驗(yàn)室的Proding光譜儀和等離子質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室的Plaform質(zhì)譜儀完成。Sr、Nd同位素分析在德國慕尼黑Ludwig-Maximilians大學(xué)同位素實(shí)驗(yàn)室的MAT261質(zhì)譜儀上完成。鋯石原位Lu-Hf同位素分析在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源所同位素實(shí)驗(yàn)室完成,分析方法和參數(shù)見侯可軍等(2007)。3鋯代科學(xué)和地球化學(xué)3.1鋯年齡試驗(yàn)的結(jié)果3.1.1巖石學(xué)和年代學(xué)特征該巖體是華北地塊南緣最南邊的一個(gè)大巖體,出露面積154km2(嚴(yán)陣,1985),巖體無變形。巖體南部與鐵銅溝組呈侵入和斷層接觸關(guān)系,東部與太華群呈侵入接觸。巖體主要由似斑狀二長花崗巖和中細(xì)粒二長花崗巖組成,前者主要分布于巖體南部,后者分布于北部。似斑狀二長花崗巖呈似斑狀結(jié)構(gòu)(堿性長石常呈巨斑),塊狀構(gòu)造,主要礦物組成為斜長石(20%～40%)、鉀長石(25%～40%)、石英(20%～30%)、黑云母(5%～8%),副礦物有磁鐵礦、磷灰石、榍石、褐簾石和鋯石等。中細(xì)粒二長花崗巖主要由斜長石(30%～40%)、鉀長石(20%～30%)、石英(20%～30%)和黑云母(5%～8%)組成,副礦物組成與似斑狀二長花崗巖一致。巖體中具巖漿暗色包體。藍(lán)田巖體的似斑狀二長花崗巖中挑選出的鋯石粒級(jí)多為50～150μm。晶體多為板狀-長板狀-長柱狀,長寬之比多集中在4:1左右。多數(shù)鋯石顯示核、幔結(jié)構(gòu)。核部渾圓狀,無明顯結(jié)晶環(huán)帶,顯示殘留核或繼承核的特征。幔部結(jié)晶環(huán)帶發(fā)育,顯示巖漿結(jié)晶特點(diǎn)(圖2a)。該巖體的鋯石LA-ICPMS測試結(jié)果見表1和圖2b。位于核部的測點(diǎn)給出諧和的206Pb/238U年齡有2134Ma和2265Ma,可解釋為殘留核或繼承核年齡。2個(gè)不諧和118Ma和120Ma的206Pb/238U年齡可能是Pb丟失的結(jié)果。位于幔部結(jié)晶環(huán)帶上的21個(gè)測點(diǎn)給出133±2Ma的206Pb/238U加權(quán)平均年齡,可解釋為巖體的形成年齡。該巖體曾獲得全巖K-Ar年齡195Ma(嚴(yán)陣,1985)和黑云母40Ar-39A年齡135±4Ma(張宗清等,2006)。本文獲得的鋯石年齡與黑云母Ar-Ar年齡在誤差范圍內(nèi)幾乎一致,說明該巖體冷卻速度很快,與其較淺成的侵位特征一致。3.1.2巖石學(xué)特征該巖體是北秦嶺構(gòu)造帶最北邊的一個(gè)巖體,出露面積246km2(嚴(yán)陣,1985)。巖體無變形。巖體的北邊與陶灣群呈斷層接觸,東部和南部與陶灣群呈侵入接觸,西部被第三系不整合覆蓋。巖體主要由似斑狀二長花崗巖、中粗粒二長花崗巖和中細(xì)粒少斑二長花崗巖組成,其中,中粗粒二長花崗巖是巖體的主體,主要由斜長石(20%～25%)、鉀長石(40%～50%)、石英(25%～30%)和黑云母(2%左右)組成,有時(shí)可見白云母,副礦物有磁鐵礦、磷灰石、榍石、鋯石等。巖體中可見巖漿暗色包體。牧護(hù)關(guān)巖體的中粗粒二長花崗巖中挑選出的鋯石粒級(jí)較大(多為100～250μm),多為無色、淺褐色、玫瑰色、淡黃色的透明自形晶,大多為板狀-長板狀-長柱狀,長寬比一般為5ue79b1左右。發(fā)育多層同心環(huán)帶,顯示了巖漿結(jié)晶成因的特點(diǎn)(圖3a),個(gè)別鋯石顯示核、幔結(jié)構(gòu),核部渾圓狀,無明顯結(jié)晶環(huán)帶,顯示殘留核或繼承核的特征。對(duì)牧護(hù)關(guān)巖體中的25顆鋯石測定了27個(gè)點(diǎn),2個(gè)不諧和的139Ma和136Ma206Pb/238U年齡可能是Pb丟失的結(jié)果,3個(gè)位于鋯石核部的測點(diǎn)獲得的206Pb/238U年齡為149～154Ma,22個(gè)位于幔部的測點(diǎn)給出206Pb/238U年齡為143～155Ma(表1、圖3b),表明所測的鋯石沒有殘留核或繼承核。這25個(gè)測點(diǎn)的206Pb/238U平均年齡為150±1Ma,可視為巖體的形成年齡。該巖體曾獲得全巖K-Ar年齡為160～105Ma(嚴(yán)陣,1985),全巖Rb-Sr年齡198±28Ma、黑云母40Ar-39Ar年齡115±5～99.6±0.6Ma(張宗清,2006)。該全巖Rb-Sr年齡的意義不明。黑云母的Ar-Ar年齡明顯偏年輕,其地質(zhì)意義有待研究,也可能是較長時(shí)間的緩慢冷卻抬升或后期熱事件的擾動(dòng)所致。3.1.3似斑狀二長砂巖該巖體也位于北秦嶺構(gòu)造帶中,出露面積374km2(嚴(yán)陣,1985)。巖體無變形,與圍巖主要呈斷層接觸,僅見巖體西部與元古宇呈侵入接觸。巖體主要由石英閃長巖、似斑狀二長花崗巖、中粗粒二長花崗巖和細(xì)粒二長花崗巖組成,其中,似斑狀二長花崗巖是主體。似斑狀二長花崗巖為似斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物組成為斜長石(30%～35%)、鉀長石(35%～40%)、石英(25%～30%)和黑云母(5%左右),副礦物有磁鐵礦、磷灰石、榍石、鋯石和褐簾石等。巖體中也可見巖漿暗色包體。由似斑狀二長花崗巖中挑選出的鋯石為無色-淺玫瑰色,透明-半透明,四方或六方雙錐短柱狀,晶棱清楚,少數(shù)磨園,長寬比1:1～1:2或1:3,發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu),顯示了巖漿結(jié)晶成因的特點(diǎn)。蟒嶺巖體的鋯石SHRIMP測試結(jié)果見表2和圖4。7個(gè)位于結(jié)晶環(huán)帶上的測點(diǎn)給出206Pb/238U加權(quán)平均年齡為149±2Ma,可視為巖體的形成年齡。該巖體曾獲單顆粒鋯石U-Pb等時(shí)線年齡150±13Ma和黑云母40Ar-39Ar年齡145±4.5Ma(張宗清等,2006)。本文測試結(jié)果與之在誤差范圍內(nèi)一致。3.2-18.3在已有研究的基礎(chǔ)上(嚴(yán)陣,1985;潘鴻迪,1997),對(duì)藍(lán)田花崗巖體進(jìn)一步進(jìn)行了地球化學(xué)和同位素分析。該花崗巖SiO2、Al2O3、Na2O、Fe2O3Τ和MgO的含量較高,Eu弱虧損。εNd(t)值極低,為-15.6～-18.3(表3、表4)。前人對(duì)牧護(hù)關(guān)巖體進(jìn)行了一些研究(嚴(yán)陣,1985;張宗清等,2006;劉埃平和金景福,1996),其主要巖石類型為中粗粒黑云母二長花崗巖,其次為細(xì)粒黑云母二長花崗巖。巖石的SiO2、Al2O3、K2O含量較高,MgO、Na2O含量較低,Eu具負(fù)-弱正異常,εNd(t)-7.6～-11.6,明顯比藍(lán)田巖體高(表3、表4)。前人對(duì)蟒嶺巖體的地球化學(xué)研究結(jié)果(嚴(yán)陣,1985)顯示,該巖體SiO2含量的變化范圍較大,Al2O3=13.76%～15.16%,Na2O+K2O=7.53%～8.45%,A/NKC=0.8～1,為準(zhǔn)鋁質(zhì)。εNd(t)=-3.8～-4.2,比牧護(hù)關(guān)巖體的高(表3、表4)。3.3分析方法結(jié)果鋯石原位Lu-Hf同位素分析結(jié)果見表5。對(duì)藍(lán)田巖體(樣品Q93105)中鋯石分析了22個(gè)點(diǎn),其中有20個(gè)點(diǎn)的U-Pb年齡與巖體的成巖年齡基本一致。除1顆鋯石的176Hf/177Hf比值較低(0.28163)外,其余鋯石分析點(diǎn)的數(shù)據(jù)基本一致,為0.28203～0.28253。εHf(133)有1個(gè)點(diǎn)為-37.7,二階段Hf模式年齡(tDM2)為3.5Ga,其余19個(gè)點(diǎn)為-5.7～-23.4,二階段Hf模式年齡(tDM2)為1.6～2.7Ga。對(duì)牧護(hù)關(guān)巖體(樣品Q93101)中的鋯石分析了26個(gè)點(diǎn),其中有24個(gè)點(diǎn)的U-Pb年齡與巖體的成巖年齡一致。它們的176Hf/177Hf比值基本一致,為0.28229～0.28244。εHf(150)變化于-7.3～-17.4,二階段Hf模式年齡(tDM2)為1.7～2.3Ga。4代培養(yǎng)年齡依據(jù)收集的和上述實(shí)測鋯石年齡,建立了秦嶺晚中生代花崗巖年代學(xué)格架。其巖漿演化可分為2個(gè)階段:晚侏羅世-早白堊世(160～130Ma)和早白堊世中晚期(120～100Ma)(圖5、表6)。4.1表巖及微量元素特征該期花崗巖是秦嶺晚中生代花崗巖的主體,具可靠年齡的有10個(gè)大巖體和11個(gè)小巖體(表6),主要分布在華北地塊南緣,其次是北秦嶺地區(qū),出露有牧護(hù)關(guān)和蟒嶺大巖體;南秦嶺以小巖體為主,如冷水溝、池溝等巖體。在華北地塊南緣發(fā)育有華山、老牛山、藍(lán)田、合峪、花山等巖體,其形態(tài)呈不規(guī)則狀,多數(shù)長軸方向?yàn)楸睎|向,但無變形。其圍巖為太古宙和元古宙變質(zhì)巖。小的巖體多為花崗斑巖和鉀長花崗斑巖,如金堆城、石家灣、黃龍鋪、南泥湖、上房溝、雷門溝等巖體。這類小巖體在華北地塊南緣分布比較廣泛,西起陜西洛南,東至河南方城,約有數(shù)百個(gè)之多,構(gòu)成了一個(gè)北西向的斑巖帶(安三元和盧欣祥,1984),每個(gè)巖體的出露面積小于1km2。在北秦嶺構(gòu)造帶,該階段有牧護(hù)關(guān)和蟒嶺巖體。它們?cè)谄矫嫔蠟殚L條狀,長軸方向與區(qū)域構(gòu)造線的方向一致,無變形。圍巖為中元古界的寬坪群,巖體與圍巖多為侵入接觸關(guān)系,并使圍巖發(fā)生不同程度的接觸變質(zhì)作用。在南秦嶺的柞水-山陽之間零星出露的晚中生代花崗巖有冷水溝和池溝巖體,呈巖株或巖枝產(chǎn)出,單個(gè)巖體的出露面積也小于1km2,其圍巖主要為泥盆系。在華北地塊南緣該階段的花崗巖以I-型為主,可見I-A過渡型(圖6)。大巖體的巖性主要為二長花崗巖,其次為花崗閃長巖和石英閃長巖。在大的巖體中?？梢姷綆r漿暗色包體(如藍(lán)田巖體)。小巖體的巖性為鉀長花崗斑巖和花崗斑巖,屬高鉀鈣堿性系列(圖7a),在有的小巖體中發(fā)現(xiàn)有二輝麻粒巖包體(王曉霞等,1986)。這些花崗巖體的礦物組成主要為鉀長石、斜長石、石英和黑云母,可含不等量的角閃石;副礦物有磁鐵礦、磷灰石、鋯石和榍石等。在地球化學(xué)上,SiO2=67.44%～76.38%,Na2O+K2O=6.02%～9.14%,Na2O/K2O比值變化較大,小巖體的一般為0.48～0.95,大巖體的一般為0.71～1.25,顯示出富硅、鉀的特征。A/NKC=0.9～1.0,為準(zhǔn)鋁質(zhì),個(gè)別小巖體的為1.1～1.2,為過鋁質(zhì)巖石(圖7b)。稀土元素分餾變化較大,(La/Yb)N一般為15～35,輕稀土元素較富集,重稀土元素弱虧損,配分曲線呈右傾型(圖8),具弱的Eu負(fù)異常(δEu=0.60～0.95)。在微量元素蛛網(wǎng)圖中,出現(xiàn)了Ba、P2O5和TiO2負(fù)異常,輕稀土和大離子親石元素比重稀土元素的含量高,整體曲線形態(tài)表現(xiàn)為右傾,且重稀土元素的含量低(圖8)。在同位素組成上,全巖的ISr=0.70308～0.72205,εNd(t)=-14.4～-18.7,具ISr變化大,低εNd(t)的特征,模式年齡較大,tDM=1.65～2.06Ga(表4)。鋯石的εHf(t)為-37.7～-5.7,集中在-23.4～-5.7,二階段Hf模式年齡(tDM2)為3.5～1.6Ga,主要為2.7～1.6Ga。在北秦嶺構(gòu)造帶中該階段為I-型花崗巖,巖性以二長花崗巖為主,蟒嶺巖體的早期可見石英閃長巖,屬高鉀鈣堿性系列(圖7a)。在地球化學(xué)上,SiO2=70.18%～75.07%(除了石英閃長巖為60.52%),Na2O+K2O=7.53%～9.06%,Na2O/K2O=0.67～1.05,顯示出富硅、鉀的特征。A/NKC=0.8～1.01,為準(zhǔn)鋁質(zhì)到過鋁質(zhì)(圖7b)。稀土元素分餾不大,(La/Yb)N=7～22,輕稀土元素較富集,重稀土元素弱虧損,配分曲線呈右傾型(圖8),但其輕稀土元素含量比華北地塊南緣花崗巖的低,重稀土元素高,具弱的Eu負(fù)異常(δEu=0.65～0.99)。在微量元素蛛網(wǎng)圖中,也出現(xiàn)了Ba、P2O5和TiO2負(fù)異常,且比華北地塊南緣的更明顯,整體曲線形態(tài)與華北地塊南緣花崗巖的相似(圖8)。在同位素組成上,ISr=0.70573～0.70815,εNd(t)=-3.8～-11.7,具ISr較低,εNd(t)變化較大的特征。模式年齡較大,tDM=0.99～1.57Ga(表4)。鋯石的εHf(t)=-7.3～-17.4,二階段Hf模式年齡(tDM2)為1.7～2.3Ga。4.2地球化學(xué)和微量元素已獲得9個(gè)鋯石年齡,由5個(gè)大巖體和4個(gè)小巖體構(gòu)成。在華北地塊南緣東部發(fā)育有太山廟、伏牛山等大巖體和東溝、曲里、毛溝和張士英等小巖體,巖體地質(zhì)特征與晚侏羅世-早白堊世基本一致,但伏牛山巖體的長軸方向?yàn)楸蔽飨颉Ｔ诒鼻貛X構(gòu)造帶中出露的大巖體有太白、灃峪、老君山,其長軸方向與區(qū)域構(gòu)造線的方向一致。在華北地塊南緣該階段以I-A過渡型和I-型花崗巖為主,可見A-型花崗巖。大巖體以二長花崗巖為主,小巖體為石英閃長玢巖、角閃石英正長巖、正長花崗巖、霓輝正長巖和花崗斑巖,屬高鉀鈣堿性系列(圖7a)。這些花崗巖體的礦物組成主要為鉀長石、斜長石、石英、黑云母,可見不等量的角閃石和堿性暗色礦物,副礦物有鋯石、磷灰石、磁鐵礦和榍石等。在地球化學(xué)上,SiO2=72.12%～79.77%(除了曲里巖體為66.31%),Na2O+K2O=6.98%～8.52%,Na2O/K2O比值變化較大,為0.5～0.9,顯示出富硅、鉀的特征。A/NKC=0.99～1.25,為過鋁質(zhì)巖石(圖7b)。稀土元素分餾變化較大,(La/Yb)N=7～38,輕稀土元素較富集,重稀土元素弱虧損,配分曲線呈右傾型(圖8),Eu負(fù)異常較明顯(δEu=0.20～0.60)。在微量元素蛛網(wǎng)圖中,出現(xiàn)了明顯的Ba、Sr、P2O5、Eu和TiO2負(fù)異常,輕稀土和大離子親石元素的含量高,整體曲線形態(tài)與晚侏羅世-早白堊世的花崗巖不一樣(圖8)。在同位素組成上,εNd(t)較低,為-14.0～-17.3,模式年齡大,tDM=1.70～188Ga(表4)。在北秦嶺該階段為I-型花崗巖,巖性為二長花崗巖和鉀長花崗巖,屬高鉀鈣堿性系列(圖7a)。在地球化學(xué)上,SiO2=70.5%～73.42%,Na2O+K2O=5.26%～8.26%,Na2O/K2O=0.5～1.0,變化較大,顯示出富硅、鉀的特征。A/NKC=0.96～1.06,為準(zhǔn)鋁到過鋁質(zhì)巖石(圖7b)。稀土元素分餾較明顯,(La/Yb)N=10～38,輕稀土元素較富集,重稀土元素弱虧損,配分曲線呈右傾型(圖8),Eu中等虧損(δEu=0.54～0.64)。在微量元素蛛網(wǎng)圖中,具有Ba、K2O、P2O5和TiO2負(fù)異常,輕稀土和大離子親石元素的含量較高,整體曲線形態(tài)與華北地塊南緣的不同(圖8)。在同位素組成上,ISr=0.70492～0.70688,εNd(t)=-1.5～-7.1,模式年齡大,tDM=0.79～1.65Ga(表4)。5晚中生代花崗巖的物源特征是立即的5.1南緣火山巖t花崗巖的同位素組成是示蹤其物源特征的重要手段之一。秦嶺晚中生代花崗巖的εNd(t)變化較大,從-18.7到-1.5,但同一構(gòu)造單元中晚中生代花崗巖的εNd(t)值變化范圍較小,表明秦嶺晚中生代花崗巖的εNd(t)明顯受構(gòu)造單元性質(zhì)控制。在華北地塊南緣,花崗巖的源巖以古老的殼源物質(zhì)為主?；◢弾r的εNd(t)一般小于-11,同時(shí)由北向南εNd(t)有增大的趨勢,如北部華山巖體的εNd(t)=-17.9～-18.7,其南部的老牛山巖體為-15.9～-16.4,華北地塊最南緣的藍(lán)田巖體為-11.8～-18.3。鋯石εHf(t)值也顯示華北地塊南緣花崗巖的源巖以古老的殼源物質(zhì)為主,如除了藍(lán)田巖體的個(gè)別樣品εHf(t)大于-15外,大多數(shù)巖體的εHf(t)值為-16～-28之間(向君峰等,2010;郭波等,2009;戴寶章等,2009)。在北秦嶺構(gòu)造帶的北側(cè),花崗巖(分布在寬坪群中的花崗巖)的物源也以古老地殼物質(zhì)為主,但花崗巖的εNd(t)值比華北地塊南緣的高,一般為-11.7～-3.8。εHf(t)值為-7～-14,也比華北地塊南緣的高。在北秦嶺構(gòu)造帶的南側(cè),花崗巖(分布于秦嶺微地塊中的花崗巖)的εNd(t)值最高,為-4.6～-1.5(圖9)。可見,不同塊體中花崗巖的物源明顯不同。越靠近商丹縫合帶,花崗巖的εNd(t)值越大,表明花崗巖中的年輕幔源組分越多(圖10)。這可能暗示商丹縫合帶是秦嶺新生地殼的生長點(diǎn)。5.2在同一構(gòu)造單元中，花崗巖的物源發(fā)展5.2.1南緣晚新生代巖石學(xué)和礦物學(xué)特征華北地塊南緣第一階段和第二階段花崗巖在巖性和成因類型上有一定的差別。第一階段以二長花崗巖、鉀長花崗斑巖和花崗斑巖為主,具I-型和I-A過渡特征;第二階段以二長花崗巖和正長花崗巖為主,巖石類型為I-A過渡型和A-型花崗巖,還出現(xiàn)了霓輝正長巖等堿性巖石。從第一階段到第二階段,花崗巖的SiO2含量增高,K2O/Na2O的比值增高,Sr/Y比值降低,花崗巖從準(zhǔn)鋁質(zhì)向過鋁質(zhì)演化,如第一階段花崗巖的Sr/Y大于10,A/CNK一般小于1.1,第二階段的Sr/Y小于10,A/CNK一般大于1.1。Eu的負(fù)異常在第二階段的花崗巖中也更明顯。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖8),出現(xiàn)了明顯的Ba、Sr、Nb、P、Eu、Ti相對(duì)虧損,其中Ba、Sr、Eu的虧損在第二階段更明顯,而Ti的虧損變?nèi)?小斑巖體普遍具Nb、Ta虧損,表現(xiàn)出了下地殼的演化特征,但大的巖體具Nb虧損,Ta的虧損不明顯,有時(shí)可見Ta為正異常,可能表明有幔源物質(zhì)的參與。第一階段大的花崗巖基的ISr=0.70736～0.71052,小斑巖體的ISr=0.70308～0.71982,變化比較大,這可能與小斑巖體多已礦化,同位素發(fā)生了重新平衡有關(guān)。第一階段和第二階段花崗巖的εNd(t)=-11.8～-18.7,均比較小,模式年齡大,tDM=1.47～2.06Ga,集中在1.7～1.9Ga(表4)。在εNd(t)-t相關(guān)圖中,花崗巖位于古元古代-中元古代和太古宙地殼演化曲線之間和太古宙地殼演化曲線以下,其與北秦嶺花崗巖的源區(qū)不同,明顯地反映出了更古老地殼的特點(diǎn)(圖11)。對(duì)華北地塊最南緣的藍(lán)田花崗巖體的鋯石測年和Hf同位素分析顯示,鋯石εHf(t)值均為負(fù)值,一般為-37.7～-5.7,變化范圍大,并且在εHf(t)-t圖解上(圖12),幾乎所有樣品分布于球粒隕石演化線之下,推斷這些花崗巖為古老下地殼部分熔融而形成。二階段模式年齡tDM2為1.6～3.5Ga,變化較大,集中在1.8～2.3Ga,與繼承核鋯石的年齡(2.26～2.13Ga)一致。這些特征說明其源巖是多源的,以古老的殼源物質(zhì)為主。由以上綜合分析推斷,華北地塊南緣晚中生代花崗巖的源區(qū)可能為華北陸塊南緣的中-下地殼巖層,即太華群或熊耳群。熊耳群火山巖的鋯石U-Pb年齡下限及上限年齡分別為1.95Ga和1.75Ga(趙太平等,2001),與華北地塊南緣大多數(shù)晚中生代花崗巖的全巖Nd模式年齡和鋯石Hf同位素二階段模式年齡相當(dāng),但明顯比繼承核鋯石的年齡和部分鋯石二階段Hf模式年齡(如藍(lán)田巖體)年輕,說明熊耳群也不可能單獨(dú)作為其源區(qū)。太華群作為華北陸塊南緣的結(jié)晶基底,以往的同位素年齡多大于2.5Ga(Kr?neretal.,1988;薛良偉等,1995;Sunetal.,1994;周漢文等,1998;張宗清和黎世美,1998)。Diwuetal.(2010)對(duì)太華群的鋯石年代學(xué)和倪志耀等(2003)對(duì)太華群的鋯石和Ar-Ar年代學(xué)研究認(rèn)為,2.7Ga左右為太華群原巖的形成時(shí)間,2.2～2.3Ga為其變質(zhì)時(shí)代?？梢?這一變質(zhì)年齡與花崗巖中繼承核鋯石的年齡基本一致,因此,太華群作為華北地塊南緣晚中生代花崗巖的源巖可能性最大。但華北地塊南緣晚中生代花崗巖的Nd模式年齡和鋯石Hf同位素二階段模式年齡普遍比太華群的年齡小,而且變化范圍大。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因可能是年輕幔源組分的加入所致,因?yàn)樵谶@些花崗巖(如藍(lán)田巖體)中普遍存在有巖漿暗色包體。5.2.2北秦晚中生代火山巖物源區(qū)在北秦嶺,第一階段和第二階段花崗巖的巖性和成因類型基本一致,均為I-型花崗巖,但其地球化學(xué)上有一定的差異。從第一階段到第二階段,花崗巖的Na2O+K2O含量降低,稀土元素分餾和Eu的負(fù)異常趨于明顯,ISr值有所降低,而εNd(t)明顯增高,tDM的變化范圍增大。如第一階段牧護(hù)關(guān)巖體的εNd(t)=-7.6～-11.7,tDM=1.35～1.68Ga,而第二階段老君山巖體的εNd(t)=-4.2～-7.1,tDM=1.16～1.60Ga,灃峪巖體εNd(t)=-1.5～-4.6,tDM=0.79～1.63Ga。在εNd(t)-t相關(guān)圖中,北秦嶺晚中生代花崗巖位于早元古代-中元古代地殼演化曲線和球粒隕石演化線之間,第二階段的更偏向于球粒隕石演化線一側(cè)(圖11)。這些特征均表明,北秦嶺構(gòu)造帶中花崗巖的物源以古老地殼物質(zhì)為主,同時(shí)第一階段和第二階段花崗巖在物源上有一定的差異。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖8),北秦嶺晚中生代花崗巖所有不相容元素均有不同程度的富集,在總體富集的背景上,具有Ba、Nb、Sr、P、Ti的相對(duì)虧損,也表明其物源以殼源物質(zhì)為主。北秦嶺構(gòu)造帶中牧護(hù)關(guān)巖體的鋯石εHf(t)值均為負(fù)值,一般為-7.3～-17.4,變化范圍較大,在εHf(t)-t圖解上(圖12),幾乎所有樣品分布于球粒隕石演化線之下,推斷其為古老下地殼部分熔融而形成。二階段模式年齡tDM2為1.7～2.3Ga,說明源區(qū)以元古宙物質(zhì)為主。北秦嶺晚中生代花崗巖的直接圍巖是寬坪群。該群由火山巖、陸緣碎屑巖和碳酸鹽巖組成(張壽廣等,1991),其形成于中元古代末-新元古代初,年齡為0.9～1.1Ga(張宗清等,2006)?？梢?這些花崗巖的物源不太可能是寬坪群。因?yàn)檫@些巖體與圍巖一般有明顯的侵入接觸關(guān)系,而且花崗巖的全巖Nd模式年齡(0.79～1.63Ga)和鋯石二階段Hf模式年齡,變化范圍較大,多數(shù)模式年齡明顯比寬坪群的形成時(shí)間老。在北秦嶺比寬坪群老的巖石是秦嶺群,其形成的時(shí)間為1.90～2.07Ga(張宗清等,2006),晚中生代花崗巖的全巖Nd模式年齡又明顯比其新,但鋯石二階段Hf模式年齡與其相似,甚至老一些,因此,其物源可能是多源的,以古老的殼源巖石(如秦嶺群,太華群)為主,還加入了部分幔源組分。同時(shí),第一階段到第二階段的同位素變化特征揭示,第二階段花崗巖的物源中年輕組分更多些。6晚侏羅世-早白堊世巖漿轉(zhuǎn)換和成因模式轉(zhuǎn)換上述研究顯示,花崗巖的物源受到其所在構(gòu)造單元塊體物性的控制。但不同單元內(nèi)花崗巖總體上仍然具有相似的演化特點(diǎn),即從第一階段到第二階段有由準(zhǔn)鋁質(zhì)到過鋁質(zhì)、由I-型向I-A過渡型再向A-型花崗巖演化的趨勢,特別是在華北地塊南緣,如第一階段的藍(lán)田、老牛山、華山等巖體為I-型,準(zhǔn)鋁質(zhì),第二階段的太山廟、東溝等巖體為A-型花崗巖,準(zhǔn)鋁質(zhì)到過鋁質(zhì)。這種從I-型向I-A過渡型再向A-型花崗巖的演變可能揭示了構(gòu)造環(huán)境的變化。一般而言,A-型花崗巖出現(xiàn)在相對(duì)伸展的環(huán)境。在向伸展機(jī)制轉(zhuǎn)換的過程中,下地殼處于一種明顯的減壓狀態(tài),發(fā)生大規(guī)模的部分熔融,形成酸性巖漿,同時(shí)這一伸展作用也與幔源基