北秦嶺商-丹縫合帶早古生代蛇綠巖成因來(lái)自巖石學(xué)、鋯石u-pb年代學(xué)的約束

北秦嶺商-丹縫合帶早古生代蛇綠巖成因來(lái)自巖石學(xué)、鋯石u-pb年代學(xué)的約束

1地質(zhì)背景及地質(zhì)意義中國(guó)中部造山帶從昆侖和涼山向西，從秦嶺到大別蘇魯。這是中國(guó)大陸中部一個(gè)非常重要的大型構(gòu)造帶（5000公里），記錄了古代特提斯洋盆的興衰、微陸塊的整合、中國(guó)南北板塊的聚集與沖突以及中央造山帶的最終崛起與定位。她經(jīng)歷了兩次多派山脈和三疊紀(jì)山脈的形成，并將其形成了典型的“復(fù)合造山帶”（zhandie，1993；張國(guó)偉等，2001；faure等，2001；徐志琴等，2006）。作為中央造山帶的北緣分支,秦嶺造山帶由華北和揚(yáng)子板塊長(zhǎng)期相互作用形成(許志琴等,1986;張國(guó)偉等,2001)。秦嶺造山帶中早古生代的物質(zhì)記錄主要保存在丹鳳蛇綠巖和二郎坪弧后盆地中。對(duì)早古生代丹鳳蛇綠巖的構(gòu)造背景,前人往往歸并為單階段的構(gòu)造演化模式:(1)認(rèn)為是島弧環(huán)境的產(chǎn)物(如:裴先治等,2005);(2)認(rèn)為是洋內(nèi)俯沖的產(chǎn)物(張成立等,1994;張旗等,1995);(3)認(rèn)為丹鳳蛇綠巖是成熟的大洋(秦嶺洋)沿商丹斷裂帶向北俯沖至秦嶺微陸塊下的結(jié)果(Dongetal.,2011)。然而這些單一的構(gòu)造演化模式卻不能順暢地解決以下2個(gè)基本問(wèn)題:(1)丹鳳蛇綠巖中不同類型(N-MORB、E-MORB、IAT型)的鎂鐵質(zhì)巖的穿時(shí)性分布,如:本文研究的鸚鴿嘴蛇綠巖中的低TiO2的IAT型鎂鐵質(zhì)巖出現(xiàn)的時(shí)限范圍為523~474Ma,明顯穿時(shí)了同一剖面中N-MORB型鎂鐵質(zhì)巖的形成時(shí)限(約483Ma,陳雋璐等,2008);(2)丹鳳蛇綠巖中鎂鐵質(zhì)巖復(fù)雜的地球化學(xué)特征和形成背景,無(wú)法用某種單一的模式來(lái)解釋,如:蛇綠巖帶中鎂鐵質(zhì)巖往往顯示出MORB疊加IAT或VAB型的地球化學(xué)特征(Dongetal.,2011)。本文對(duì)北秦嶺巖灣-鸚鴿嘴地區(qū)一條層序相對(duì)完整的蛇綠巖剖面進(jìn)行了詳細(xì)的巖石學(xué)、地球化學(xué)和鋯石同位素年代學(xué)研究。認(rèn)為秦嶺造山帶早古生代蛇綠巖是在SSZ環(huán)境下,在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi),俯沖-拉張多階段構(gòu)造演化復(fù)合作用的結(jié)果,是典型特提斯構(gòu)造域演化特征在秦嶺地區(qū)的重現(xiàn)。2地質(zhì)組合及巖石學(xué)特征張國(guó)偉等(2001)將秦嶺造山帶自北向南劃分為華北板塊南緣、北秦嶺構(gòu)造帶、南秦嶺構(gòu)造帶和揚(yáng)子板塊北緣4個(gè)構(gòu)造單元,4個(gè)構(gòu)造單元分別沿早古生代商丹縫合帶和晚古生代勉略縫合帶依次拼合。華北板塊南緣指位于寶雞-西安-潼關(guān)-宜陽(yáng)-魯山-午陽(yáng)-淮南斷裂與洛南-欒川-方城斷裂帶之間的部分,具有典型的華北型早前寒武紀(jì)結(jié)晶基底和中元古代以來(lái)的蓋層結(jié)構(gòu)。揚(yáng)子板塊北緣是指秦嶺造山帶勉略-巴山弧形-房縣-襄廣斷裂帶以南鄰接秦嶺的區(qū)域,具有早前寒武結(jié)晶基底和中新元古代變質(zhì)變形過(guò)渡型基底的雙層基底結(jié)構(gòu)。南秦嶺構(gòu)造帶,為商丹斷裂帶和勉略-巴山弧形斷裂帶之間的南秦嶺地區(qū),具有揚(yáng)子板塊的雙層前寒武紀(jì)基底,并且具有多層構(gòu)造蓋層組合。北秦嶺構(gòu)造帶是指商丹斷裂帶與洛南-欒川-方城斷裂之間的秦嶺北部區(qū)域,主要包括了秦嶺巖群、寬坪巖群、丹鳳蛇綠巖和二郎坪弧后盆地(圖1)。秦嶺巖群為一套經(jīng)歷了多期變質(zhì)變形和巖漿侵入作用改造的中-深變質(zhì)雜巖系,主體形成于元古代,并經(jīng)歷了晉寧期和加里東期變質(zhì)作用的改造(張宗清等,1994;張國(guó)偉等,2001)。寬坪巖群展布于北秦嶺造山帶最北緣,是一套經(jīng)歷了強(qiáng)烈變形、變質(zhì)程度達(dá)高綠片巖相-低角閃巖相的中淺變質(zhì)巖系+變鎂鐵質(zhì)火山巖組合,(張宗清等,1994;張國(guó)偉等,2001)。二郎坪弧后盆地呈透鏡狀展布于秦嶺巖群和寬坪巖群之間,巖石組合包括蛇紋巖+鎂鐵質(zhì)火山巖+鎂鐵質(zhì)侵入巖(輝長(zhǎng)/輝綠巖)+放射蟲硅質(zhì)巖(Dongetal.,2011)。丹鳳蛇綠巖沿商丹斷裂帶斷續(xù)出露于丹鳳、商州、周至縣黑河等地,巖石組合為蛇紋巖+鎂鐵質(zhì)火山巖+鎂鐵質(zhì)侵入巖(輝長(zhǎng)/輝綠巖)+放射蟲硅質(zhì)巖。丹鳳蛇綠巖普遍遭受了低綠片巖相至低角閃巖相的變質(zhì)作用和后期變形作用的改造。近年的研究認(rèn)為西秦嶺天水、武山地區(qū)的鎂鐵質(zhì)巖石組合基本可以與東秦嶺丹鳳、商周出露的鎂鐵質(zhì)巖石組合對(duì)比,屬于丹鳳蛇綠巖的西延(裴先治等,2005;李王曄等,2007)。本文研究的鸚鴿嘴蛇綠巖出露于陜西省太白縣以東約40km,屬于丹鳳蛇綠巖的一部分(陳雋璐等,2008)。蛇綠巖北部與秦嶺巖群含石墨大理巖成斷層接觸,南部與早古生代花崗巖為鄰(圖2a),構(gòu)成一個(gè)自北向南的逆沖推覆體,長(zhǎng)度約10km,寬度約0.5~3.5km。鸚鴿嘴蛇綠巖的巖石組合包括了超鎂鐵質(zhì)巖(蛇紋巖)、變玄武巖、變輝長(zhǎng)巖和硅質(zhì)巖,顯示出較完整的蛇綠巖層序(圖2b)。各巖石單元普遍受到了高綠片巖相變質(zhì)作用和糜棱巖化的改造,并伴有較強(qiáng)的碳酸鹽化。陳雋璐等(2008)對(duì)鸚鴿嘴蛇綠混雜巖中N-MORB型變玄武巖鋯石SHRIMPU-Pb測(cè)年結(jié)果為483±13Ma,認(rèn)為代表秦嶺古洋盆洋殼的形成年齡。Dongetal.(2011)獲得鸚鴿嘴南部巖灣蛇綠巖E-MORB型輝長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡為517.8±2.8Ma,認(rèn)為形成于早寒武世秦嶺洋俯沖的島弧環(huán)境。3地球化學(xué)和分析方法本研究對(duì)鸚鴿嘴的一個(gè)約1.5km的蛇綠巖剖面進(jìn)行了詳細(xì)的野外穿切,剖面從南向北依次出露的巖石包括:花崗巖、石英片巖、大理巖、變玄武巖、變輝長(zhǎng)巖、蛇紋巖、英安巖、安山巖,各個(gè)巖石單元之間均以斷層呈構(gòu)造接觸(圖2a,b)。在剖面中共采集巖石樣品103件,在顯微鏡觀察的基礎(chǔ)上,選取其中的7件超鎂鐵質(zhì)巖(蛇紋巖)樣品,20件鎂鐵質(zhì)巖品樣品進(jìn)行了地球化學(xué)分析(包括10件變玄武巖樣品和10件變輝長(zhǎng)巖樣品)。對(duì)5件變玄武巖樣品進(jìn)行了Sm-Nd同位素分析,2件變輝長(zhǎng)巖樣品進(jìn)行了鋯石U-Pb年齡測(cè)試。全巖地球化學(xué)的主量元素分析采用X熒光光譜儀,微量元素分析采用等離子質(zhì)譜方法,測(cè)試工作由國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成。蛇紋巖尖晶石礦物電子探針在大陸構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,分析儀器日本電子公司JXA-8100、能譜儀IncaEnergy型電子探針,探針束流20nA,加速電壓15kV,電子束斑5μm。礦物分析結(jié)果按照尖晶石的標(biāo)準(zhǔn)氧法對(duì)礦物化學(xué)式進(jìn)行計(jì)算(O=32)。鋯石U-Pb測(cè)年利用LA-ICP-MS法,在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實(shí)驗(yàn)室完成。4忠誠(chéng)的蛇眼巖石、鎂鐵巖和鎂鐵巖的石4.1承臺(tái)型工業(yè)設(shè)計(jì)鸚鴿嘴蛇綠混雜巖中的超鎂鐵巖灰黑色,塊狀構(gòu)造,已經(jīng)完全蛇紋石化(圖3a,b)。巖石主要由顯微鱗片狀及纖維狀蛇紋石組成(85%~90%)(圖3c),僅局部還保留少量的原巖結(jié)構(gòu)和礦物假象。假象橄欖石顆粒多為他形粒狀,蛇紋石化過(guò)程中產(chǎn)生的磁鐵礦(3%~5%),常沿橄欖石顆粒邊緣分布。假象輝石呈殘斑狀和板條狀。尖晶石(1%~5%)多呈獨(dú)立的細(xì)小他形礦物顆粒或浸染狀,在巖石中分布不均勻,且邊部大都被磁鐵礦交代而呈黑色不透明,少量大顆粒尖晶石的核部呈現(xiàn)紅褐色。4.2礦物組成對(duì)礦物組成的影響鸚鴿嘴蛇綠巖中的鎂鐵質(zhì)巖有兩種,第一種為變玄武巖,灰綠色,片理發(fā)育(圖4a)。隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),無(wú)斑晶。礦物組成主要包括細(xì)粒的斜長(zhǎng)石和角閃石兩種,各約占45%~50%,二者的大小、含量幾乎相等,長(zhǎng)石存在普遍的絹云母化(圖4b)。第二種為變輝長(zhǎng)巖,灰綠色,塊狀構(gòu)造,中粗粒狀結(jié)構(gòu),輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu),在巖石表面可見(jiàn)到板狀的輝石假象殘留(圖5b),主要礦物為斜長(zhǎng)石和角閃石,兩種礦物顆徑大小相當(dāng),斜長(zhǎng)石絹云母化較強(qiáng)。5忠誠(chéng)的蛇眼巖石、鎂鐵巖和鎂鐵巖的地球化學(xué)5.1o3間的巖石學(xué)特征鸚鴿嘴蛇紋巖地球化學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)表1。對(duì)全巖化學(xué)分析結(jié)果扣除H2O2+和CO2-歸一化后,蛇紋巖SiO2含量介于41.38%~46.51%之間,FeOT、MgO與Al2O3分別變動(dòng)于5.46%~9.75%、42.57%~46.51%和0.53%~1.36%之間。CaO的含量變化較大,變化于0.09%~3.54%之間,與Al2O3之間顯示出明顯的離散性(圖略),CaO含量變化大的原因應(yīng)是巖石受后期碳酸鹽化的結(jié)果。蛇紋巖的Mg#變動(dòng)于82~89,明顯低于原始地幔的平均值。鸚鴿嘴蛇紋巖的(La/Yb)N變化于0.9~5.92之間,在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中,表現(xiàn)為L(zhǎng)REE富集的曲線形式(圖6a)。地幔橄欖巖的LREE在蛇紋石化的過(guò)程中基本保持穩(wěn)定,LREE的富集與虧損主要受熔體/流體與地幔橄欖巖之間的交代作用控制(Niu,2004;Pauliketal.,2006)。鸚鴿嘴蛇紋巖LREE富集的曲線形式,說(shuō)明鸚鴿嘴的地幔橄欖巖可能受到了后期熔體/流體改造作用。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解上(圖6b),鸚哥嘴蛇紋巖蛛網(wǎng)圖表現(xiàn)出平坦的曲線特征,明顯富集U、Ta、Sr,其它元素都低于原始地幔平均值。鸚鴿嘴蛇紋巖尖晶石礦物化學(xué)成分見(jiàn)表2。尖晶石Cr2O3、Al2O3及TiO2含量分別在48.67%~53.61%、14.41%~17.1%和0.01%~0.11%之間,Cr#[Cr#=Cr/(Cr+Al)]變化穩(wěn)定,在66~71之間。Mg#[Mg#=100×Mg2+/(Mg2++Fe2+)]變化較大,在23~50之間。5.2fam圖巖巖特征鸚鴿嘴鎂鐵質(zhì)巖地球化學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)表1。鸚鴿嘴變玄武巖和變輝長(zhǎng)巖的SiO2含量穩(wěn)定,差別不大,分別介于45.37%~49.26和44.85%~49.34%之間。變玄武巖的MgO含量變化在5.93%~8.97%之間,低于輝長(zhǎng)巖的MgO含量(8.01%~13.39%)。變輝長(zhǎng)巖Al2O3和MnO的主變化區(qū)間分別為14.6%~17.09%和0.16%~0.24%,明顯區(qū)別于變玄武巖Al2O3的主變化區(qū)間13.1%~14.27%和0.11%~0.19%。根據(jù)TiO2含量變化可以將鸚鴿嘴鎂鐵質(zhì)巖分為高Ti(HTI)和低Ti(LTI)兩種類型。LTI型變玄武巖和變輝長(zhǎng)巖產(chǎn)均采自剖面的北部(圖2b),TiO2變化于0.09%~1.07%之間,主變化區(qū)間在0.09~0.34之間;HTI型變玄武巖和變輝長(zhǎng)巖均采自剖面的南部(圖2b),TiO2變化于1.21%~1.56%之間。在FAM圖解上(圖7),HTI和LTI顯示出明顯的拉斑玄武巖趨勢(shì),其中LTI型比HTI型鎂鐵質(zhì)巖更富Mg,LTI型鎂鐵質(zhì)巖的Mg#變化于85.38~58.21之間,主變化區(qū)間為85.38~60.18,明顯高于HTI型鎂鐵質(zhì)巖Mg#主變化區(qū)間61.22~46.97,表明LTI型鎂鐵質(zhì)巖具有更低的巖漿演化程度。鸚鴿嘴HTI變玄武巖∑REE豐度變動(dòng)于31.7×10-6~61.43×10-6之間,∑LREE/∑HREE和(La/Yb)N比值分別變動(dòng)于1.27~2.74和0.61~1.99之間,顯示出弱的δEu正異常,在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中(圖8a)4個(gè)樣品中有3個(gè)表現(xiàn)為L(zhǎng)REE虧損曲線型式,與N-MORB變玄武巖的配分曲線形式相似,2個(gè)樣品具有LREE平坦的曲線形式,與E-MORB相似。鸚鴿嘴HTI變輝長(zhǎng)巖∑REE豐度變動(dòng)于60.98×10-6~69.83×10-6之間,略高于變玄武巖的∑REE?！芁REE/∑HREE和(La/Yb)N比值分別變動(dòng)于2.42~2.96和1.63~2.45之間,在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中(圖8b)表現(xiàn)為輕稀土富集的曲線形式,與E-MORB玄武巖的配分曲線形式相似。變輝長(zhǎng)巖δEu變化于0.95~1.08之間,具有輕微的δEu正異常。LTI玄武巖∑REE豐度變動(dòng)于25.77×10-6~28.93×10-6之間,∑LREE/∑HREE和(La/Yb)N比值分別變動(dòng)于2.53~2.71和1.66~2.03之間,在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中(圖8c)表現(xiàn)為輕稀土富集曲線型式,與E-MORB型玄武巖的曲線形式相似。LTI變輝長(zhǎng)巖∑REE豐度范圍較寬,變動(dòng)于4.26×10-6~18.08×10-6之間?！芁REE/∑HREE和(La/Yb)N比值分別變動(dòng)于0.74~2.18和0.41~1.83之間,呈現(xiàn)出明顯的δEu正異常。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖8d)與Troodos層狀堆晶輝長(zhǎng)巖的稀土配分形式相似(Hedgeetal.,1978)。鸚鴿嘴HTI型和LTI型鎂鐵質(zhì)巖不相容元素Sr、Rb、Ba、K具有相近的豐度,HTI型鎂鐵質(zhì)巖的中等不相容元素Th、Ta到高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ce、Zr、Hf、Sm、Ti、Y、Yb明顯高于LTI型鎂鐵質(zhì)巖。在微量元素N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化圖解上(圖9a,b),HTI型鎂鐵質(zhì)巖未表現(xiàn)出Nb和Ta的負(fù)異常,與E-MORB的曲線樣式相似,從Nb到Y(jié)亦呈現(xiàn)出近于平行的趨勢(shì)(圖9a)。Saundersetal.(1988)認(rèn)為這種趨勢(shì)代表了與俯沖產(chǎn)生的拉張盆地的鎂鐵質(zhì)巖的地球化學(xué)特征。LTI鎂鐵質(zhì)巖顯示出明顯的Nb和Ta負(fù)異常,與島弧鎂鐵質(zhì)火山巖(IAT)的樣式相似(圖9b)。5.3球粒隕石的t對(duì)鸚鴿嘴蛇綠巖剖面中5個(gè)HTI型變玄武巖進(jìn)行了Sm-Nd同位素分析,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。εNd(t)和Nd同位素初始值(143Nd/144Nd)i的計(jì)算取t=483Ma(陳雋璐等,2008)。從表3中可以看出5個(gè)樣品的147Sm/144Nd變化于0.1968~0.2315之間,均小于球粒隕石的147Sm/144Nd比值0.1967(JacobsenandWasserbaurg,1980)。143Nd/144Nd變化于0.512866~0.512938之間,(143Nd/144Nd)i穩(wěn)定,變化于0.512128~0.512156之間。εNd(t=483Ma)變化于3.4~5.3之間。6巖脈內(nèi)鋯石u-pb年齡對(duì)鸚鴿嘴剖面兩個(gè)LTI型輝長(zhǎng)巖樣品(08Y-1031、08Y-1042)進(jìn)行了鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)試(表4、表5)。鸚鴿嘴輝長(zhǎng)巖樣品08Y-1031在剖面的位置見(jiàn)圖2b,分選的鋯石顯微鏡下多為無(wú)色透明,短柱狀、自形-半自形晶,具有較大的長(zhǎng)寬比(約為2∶1),少量為外形不規(guī)則的碎片型鋯石。大多數(shù)鋯石表面光潔且內(nèi)部較純凈,幾乎沒(méi)有包裹體和裂紋。從陰極發(fā)光圖像(CL)可以看出(圖10a),鋯石明顯受到后期變質(zhì)流體的蝕變和改造作用的影響,多數(shù)鋯石原生的巖漿型震蕩環(huán)帶已被改造。只有少數(shù)鋯石保留了模糊的震蕩環(huán)帶,環(huán)帶表現(xiàn)出從核部向邊部逐漸變強(qiáng)的趨勢(shì),整體上顯示出巖漿成因鋯石的特征(Vavraetal.,1999)。鋯石U-Pb分析測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表4,08Y-1031樣品共分析測(cè)試了33個(gè)點(diǎn)。所有測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U-207Pb/235U均分布在諧和線上和諧和線附近(圖10b),有4個(gè)測(cè)點(diǎn)(08Y-1031.7、08Y-1031.8、08Y-1031.21、08Y-1031.22)雖然位于諧和線上,但其206Pb/238U年齡值明顯偏離主鋯石群,其中08Y-1031.7和08Y-1031.22測(cè)點(diǎn)分別為526±4Ma和511±4Ma,明顯老于其他測(cè)點(diǎn),而與樣品08Y-1042的年齡相近。08Y-1031.8和08Y-1031.21測(cè)點(diǎn)的年齡為50Ma、40Ma明細(xì)年輕于其它測(cè)點(diǎn),具體原因不清。剔除這4個(gè)測(cè)點(diǎn),其余29個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U-207Pb/235U諧和年齡圖見(jiàn)圖10b,其加權(quán)平均年齡為474.3±1.4Ma(MSWD=0.24)。鸚鴿嘴輝長(zhǎng)巖樣品08Y-1042在剖面的位置見(jiàn)圖2b,分選的鋯石多為無(wú)色透明,表面光潔且內(nèi)部較純凈,幾乎沒(méi)有包裹體和裂紋,多為不同形狀的碎片,鋯石的粒徑大多數(shù)在100~200μm之間。在鋯石陰極發(fā)光圖像中(圖10c),大多數(shù)鋯石呈現(xiàn)出明細(xì)的巖漿型震蕩環(huán)帶;鋯石U-Pb分析測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表5,樣品共分析測(cè)試了36個(gè)點(diǎn),所有測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U-207Pb/235U均分布在諧和線上和諧和線附近(圖10d),其中1個(gè)測(cè)點(diǎn)(08Y-1042.5)雖然位于諧和線上,但其206Pb/238U年齡值明顯偏離主鋯石群,年齡為2069±14Ma,明顯老于其他測(cè)點(diǎn),可能代表了捕獲的古老鋯石的年齡。剔除這1個(gè)測(cè)點(diǎn),其余35個(gè)測(cè)點(diǎn)加權(quán)平均年齡為523.8±1.3Ma(MSWD=0.47)。7討論7.1流體和沉積物混染效應(yīng)蛇綠巖可以形成于洋脊(MOR)、島弧、大陸邊緣(continentalmargin)以及SSZ等多種構(gòu)造環(huán)境(Coleman,1977;Pearceetal.,1984;DilekandFurnes,2011)。其中,在SSZ環(huán)境下形成的鎂鐵質(zhì)巖的地球化學(xué)組成最為復(fù)雜,可以在MORB到IAT的連續(xù)范圍內(nèi)有很寬區(qū)間內(nèi)變化(HawkinsandMelchior1985;SintonandFryer1987)。鸚鴿嘴鎂鐵質(zhì)巖地球化學(xué)組成復(fù)雜,變化于N-MORB和IAT范圍之間,暗示它們是SSZ環(huán)境下的產(chǎn)物。形成于SSZ環(huán)境下的鎂鐵質(zhì)巖另一個(gè)主要的特征是記錄了俯沖過(guò)程中產(chǎn)生的流體和洋殼所攜帶沉積物引發(fā)的熔體的混染效應(yīng)(PearceandParkinson,1993;PearceandPeate,1995;Hawkesworthetal.,1997)。不相容元素U和Ba由于較強(qiáng)的活動(dòng)性受流體和沉積物混染的影響較大,而Th受流體和沉積物混染的的影響較弱,因此流體、沉積物的加入和鎂鐵質(zhì)源區(qū)巖漿的相互作用可產(chǎn)生高的U/Th和Ba/Th比值和低的Th豐度(Hawkesworthetal.,1997)。在圖11中可以看出,鸚鴿嘴HTI和LTI型鎂鐵質(zhì)巖都顯示了俯沖帶流體和沉積物混染作用的影響。圖中還可以看出鸚鴿嘴蛇紋巖也表現(xiàn)出明顯的流體作用影響,這樣蛇紋巖的REE配分曲線與LREE富集特征所表現(xiàn)的信息一致。地幔橄欖巖鉻尖晶石的Cr#值會(huì)隨著地幔巖部分熔融程度的增高而增大(DickandBullen,1984)。不同虧損程度的地幔橄欖巖中鉻尖晶石的Cr#值的大小可以作為推測(cè)地幔巖石熔融程度、源區(qū)虧損程度和結(jié)晶壓力的靈敏指示標(biāo)志。Pearceetal.,(1984)認(rèn)為尖晶石Cr#=60是區(qū)分地幔橄欖巖形成于MOR環(huán)境或SSZ環(huán)境的一個(gè)重要指標(biāo)。從Mg#-Cr#圖解上(圖12a)可以看出,鸚鴿嘴蛇紋巖尖晶石全部落在了弧前海溝的成分區(qū)域(SM),顯示出SSZ環(huán)境的特征。地幔橄欖巖中尖晶石的TiO2含量由于受到后期熔體滲透作用和熔體-巖石反應(yīng)的影響而發(fā)生變化(EdwardsandMalpas,1996;Pearceetal.,2000)。尖晶石的Cr#和TiO2能夠有效的區(qū)分熔體滲透作用、熔體-巖石相互作用、部分熔融作用對(duì)地幔橄欖巖的影響,其中俯沖帶熔體/流體作用會(huì)造成尖晶石Cr#和TiO2含量的變化而偏離部分熔融曲線(Pearce,2000)。從TiO2-Cr#圖解(圖12b)中可以看出,鸚鴿嘴蛇紋巖尖晶石成分明顯偏離部分熔融曲線,顯示出向弧前盆地的成分區(qū)域變化的趨勢(shì)。綜上所述,認(rèn)為秦嶺鸚鴿嘴早古生代蛇綠巖是形成于SSZ環(huán)境下的蛇綠巖。7.2北秦巖石圈地表巖的地球化學(xué)特征我們分析了鸚鴿嘴5個(gè)HTI型變玄武巖的Sm-Nd同位素,εNd(t=483Ma)范圍穩(wěn)定,變化于3.38~5.30之間,與北秦嶺黑河地區(qū)不具Nb、Ta負(fù)異常的N-MORB型火山巖的εNd(t=475Ma)相比,同位素變化范圍略低(εNd(t=475Ma)=6.21~8.24)(張宗清等,2006)。本文雖沒(méi)有獲得LTI型變玄武巖Sm-Nd同位素?cái)?shù)據(jù),但通過(guò)對(duì)比與鸚鴿嘴LTI型相似地球化學(xué)性質(zhì)的北秦嶺三十里鋪?zhàn)冃鋷r(低Ti、LREE富集、具明顯Nb、Ta負(fù)異常等)的Sm-Nd同位素可以看出,三十里鋪的島弧型變玄武巖具有與鸚鴿嘴HTI型變玄武巖相近的εNd(t)值(三十里鋪?zhàn)冃鋷r的εNd(t=490Ma)變化范圍在1.29~5.05之間,主變化范圍3.07~5.05)(張宗清等,2006)(圖13a)。HTI型與LTI型變玄武巖具有相似的εNd(t)變化區(qū)間,暗示它們具有相同的地幔源區(qū)。在地幔巖部分熔融過(guò)程中,Y和Tb具有十分相似的地球化學(xué)性質(zhì),Y/Tb在幔源玄武巖中的比值能夠代表巖石源區(qū)的比值(Bougaultetal.,1980)。張本仁等(1996)在北秦嶺早古生代丹鳳巖群的玄武巖中識(shí)別出兩種不同Y/Tb比值的地幔源區(qū),并采用Pb、Sr和Nd同位素示蹤進(jìn)行了驗(yàn)證,認(rèn)為Y/Yb=36.5的高比值源區(qū)代表了北秦嶺巖石圈地幔構(gòu)成的地幔楔形體,Y/Tb=29.5的低比值源區(qū)代表了攜有深海泥質(zhì)沉積物的俯沖洋殼板片。從Y-Y/Tb圖解中可以看出(圖13b),鸚鴿嘴HTI型和LTI型鎂鐵質(zhì)巖具有相近的Y/Tb比值,均落在了Y/Tb=36.5附近,認(rèn)為來(lái)自于相同的地幔源區(qū)。鸚鴿嘴HTI型和LTI型鎂鐵質(zhì)巖具有相似的εNd(t)和Y/Tb比值,進(jìn)一步證明它們具有相同的地幔源區(qū),源區(qū)應(yīng)是北秦嶺巖石圈地幔楔。7.3鎂鐵質(zhì)巖的地球化學(xué)特征如上文所述,鸚鴿嘴蛇綠巖HTI型和LTI型鎂鐵質(zhì)巖具有相同的地幔源區(qū)。然而,二者卻具有明顯不同的地球化學(xué)性質(zhì):(1)元素之間的地球化學(xué)相關(guān)性不同,鸚哥嘴HTI鎂鐵質(zhì)巖的MgO與SiO2、TiO2、FeOT、和V之間存在著較明顯的負(fù)相關(guān),與Zr、Cr和Ni有正相關(guān)關(guān)系;而LTI鎂鐵質(zhì)巖的MgO與SiO2、FeOT、P2O5、Zr、V存在著負(fù)相關(guān),與TiO2、和Ni存在正相關(guān)(圖14);(2)不同的部分熔融程度,PearceandParkinson(1993)將微量元素分為極不相容元素(VHI)(Nb、Zr)、高不相容元素(HI)(Ti、Y和Yb)、中等不相容元素(MI)(Ca、Al、V和Sc)、微相容元素(Mn、Fe)、中等相容元素(Co、Mg)和極相容元素(Cr、Ni)。通過(guò)與富集地幔的標(biāo)準(zhǔn)化,這些微量元素的豐度變化可以反映鎂鐵質(zhì)巖不同的部分熔融程度。在圖15中可以看出,鸚哥嘴的HTI和LTI鎂鐵質(zhì)巖富集地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解具有明顯的不同樣式,HTI型鎂鐵質(zhì)巖的VHI>HI>MI反映了低程度的部分熔融,而LTI型鎂鐵質(zhì)巖的VHI<HI<MI則反映了較高程度的部分熔融;(3)不同的地球化學(xué)演化趨勢(shì),在圖16中,HTI鎂鐵質(zhì)巖一致地落在了弧間盆地區(qū)域內(nèi),同時(shí)顯示出向著IAT變化的趨勢(shì)(圖16a-c)。而LTI鎂鐵質(zhì)巖則一致的落在了弧前島弧玄武巖的區(qū)域內(nèi)(圖16a-c),顯示出明顯的玻安巖的地球演化特征(圖16a)。玄武質(zhì)巖漿源區(qū)不同程度的部分熔融可以產(chǎn)生安山質(zhì)巖漿和長(zhǎng)英質(zhì)巖漿,但是卻無(wú)法再產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿(Pearceetal.,1992),在圖7中也可以看出,LTI型鎂鐵質(zhì)巖比HTI型鎂鐵質(zhì)巖更富Mg,因此具有更高部分熔融程度的LTI鎂鐵質(zhì)巖并不是HTI型鎂鐵質(zhì)巖部分熔融增高的結(jié)果。鎂鐵質(zhì)巖漿部分熔融的深度決定著熔體的地球化學(xué)性質(zhì),低Al2O3(<15%)、低REE豐度,U型REE曲線形式,表明LTI型鎂鐵質(zhì)巖熔融深度<60km(Pearceetal.,1992)。另外,從圖19a中還可以看出LTI型鎂鐵質(zhì)巖還顯示出了明顯的玻安巖的演化趨勢(shì)。造成鸚鴿嘴LTI型鎂鐵質(zhì)巖這種特殊地球化學(xué)特征的原因可能有兩個(gè):(1)熱的洋殼或洋脊俯沖(Rogersetal.,1985;Pearceetal.,1992;Kelemen,1995;Shimodaetal.,1998;Tatsumi,2001)。熱的俯沖的洋殼或洋脊俯沖可以產(chǎn)生了一個(gè)“熱”的俯沖環(huán)境,熔融產(chǎn)生的熔體交代北秦嶺巖石圈地幔楔產(chǎn)生了具有玻安質(zhì)的巖漿演化趨勢(shì)的鸚鴿嘴LTI型鎂鐵質(zhì)巖。洋脊俯沖往往會(huì)伴隨麻粒巖相的物質(zhì)以及高溫的礦物巖石組合的出現(xiàn)。而迄今為止,并沒(méi)有在北秦嶺基底秦嶺巖群中發(fā)現(xiàn)麻粒巖相變質(zhì)作用的存在,因此LTI型鎂鐵質(zhì)巖是否由洋脊俯沖的機(jī)制形成,還需要更多的證據(jù)。(2)俯沖板片的脫水作用使熔融溫度降低,形成的流體交代地幔楔形成具有玻安質(zhì)的巖漿演化趨勢(shì)的LTI型鎂鐵質(zhì)巖(Milleretal.,1994;Turneretal.,1997;Ishikawaetal.,2005)。這種機(jī)制下形成的弧火山巖往往富集大離子親石元素而虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素,這與鸚鴿嘴LTI型鎂鐵質(zhì)巖的微量元素特征一致(圖9)。迄今,秦嶺造山帶已有存在早古生代玻安巖的報(bào)道,認(rèn)為是俯沖的洋殼在帶入的富LILE和LREE的流體參與下,由地幔楔中虧損的地幔橄欖巖部分熔融作用形成(裴先治等,2006)。在圖13b中可以看出北秦嶺李子園地區(qū)的玻安巖和玄武巖的地球Y/Tb比值低于鸚鴿嘴LTI型鎂鐵質(zhì)巖,落在了高Y/Tb和低Y/Tb的區(qū)域之間,與高Y/Tb比值LTI型鎂鐵質(zhì)巖構(gòu)成了向低Y/Tb比值演化的趨勢(shì),顯示出北秦嶺巖石圈地幔構(gòu)成的地幔楔和深海泥質(zhì)沉積物的俯沖洋殼板片的混合作用。認(rèn)為L(zhǎng)TI型鎂鐵質(zhì)巖代表了洋殼俯沖過(guò)程中,攜帶深海泥質(zhì)沉積物的俯沖洋殼板片使北秦嶺巖石圈地幔部分熔融形成的一個(gè)不成熟的弧前島弧。FlowerandDilek(2003)和DilekandFlower(2003)在闡述新特提斯蛇綠巖的SSZ型成因模式中指出,俯沖作用可以導(dǎo)致先存島弧再次裂開(kāi),在俯沖帶上出現(xiàn)弧后盆地、弧前盆地等不止一個(gè)小洋盆。受這種多階段的構(gòu)造演化影響,不同階段形成的鎂鐵質(zhì)巖會(huì)表現(xiàn)出不同的部分熔融或分離結(jié)晶程度以及不同的地球演化趨勢(shì)(PearceandParkinson,1993)。鸚鴿嘴HTI型與LTI型鎂鐵質(zhì)巖具有相同的地幔源區(qū),不同的地區(qū)化學(xué)相關(guān)性,不同的部分熔融程度,表明二者是形成于同一幔源區(qū),不同演化階段的產(chǎn)物。鸚鴿嘴HTI型鎂鐵質(zhì)巖的REE、微量元素等地球化學(xué)特征顯示出明顯的MORB的屬性,幾乎一致的落在了與俯沖有關(guān)的弧間盆地的范圍內(nèi)(圖16a-c),同時(shí)還表現(xiàn)出明顯IAT演化趨勢(shì)(圖16a)。認(rèn)為鸚鴿嘴HTI型鎂鐵質(zhì)巖形成于先存島弧拉張形成的弧間洋盆。Dileketal.(2008)在闡述阿爾巴尼亞侏羅紀(jì)Mirdita蛇綠巖的SSZ型構(gòu)造演化模式時(shí),認(rèn)為隨著洋殼俯沖和俯沖板片的后撤(slabrollback),會(huì)先產(chǎn)生高Ti(HTI)型鎂鐵質(zhì)巖而后才是低Ti(LTI)型鎂鐵質(zhì)巖。本文獲得鸚哥嘴蛇綠巖一個(gè)LTI型島弧型輝長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡為524±1.3Ma,與西秦嶺關(guān)子鎮(zhèn)低Ti型變輝長(zhǎng)巖(TiO2=0.42%)的鋯石U-Pb年齡534Ma±9Ma(SHRIMP,李王曄等,2007)在誤差范圍內(nèi),明顯早于鸚鴿嘴蛇綠巖高Ti的N-MORB型鎂鐵質(zhì)巖火山巖的鋯石U-Pb年齡為483±13Ma(陳雋璐等,2008)。另一個(gè)LTI堆晶輝長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡為474Ma±1.4Ma,則與N-MORB型HTI鎂鐵質(zhì)巖火山巖年齡483±13Ma(陳雋璐等,2008)和西秦嶺關(guān)子鎮(zhèn)高Ti型變輝長(zhǎng)巖形成時(shí)代499.7±1.8Ma在誤差范圍內(nèi)(裴先治等,2007)。鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù)表明鸚鴿嘴蛇綠巖至少有一部分LTI型鎂鐵質(zhì)巖要早于高Ti的N-MORB型火山巖形成,另一部分則與N-MORB近同時(shí)形成。基于我們的地球化學(xué)數(shù)據(jù)、鋯石年代學(xué)和上述的分析,我們提出了一個(gè)秦嶺造山帶早古生代蛇綠巖的多階段演化模式,不同于以往的秦嶺早古生代蛇綠巖單階段構(gòu)造演化模型(圖17)。演化模式部分基于FlowerandDilek(2003)和DilekandFlower(2003)模式。第一階段:約524Ma,秦嶺洋盆向北俯沖開(kāi)始。俯沖板片的脫水作用使熔融溫度降低,形成的流體交代地幔楔,在北秦嶺南緣產(chǎn)生了一個(gè)不成熟的島弧(LTI);第二階段:島弧裂開(kāi)階段,約524Ma~474Ma。秦嶺洋殼的持續(xù)俯沖,