2. 河南省有色金属深部找矿勘查技术研究重点实验室, 郑州 450052
2. Key Laboratory of Deep Ore-Prospecting Technology Research for Non-Ferrous Metals of Henan Province, Zhengzhou 450052, China
0 引言
花岗岩记录了大陆地壳生长与演化的重要信息，它的岩石成因及其深部构造过程反演一直都是造山带演化研究的热点之一。作为秦岭造山带的组成部分之一，伏牛山余脉呈北西—南东向延伸约120 km，北东向最宽约50 km，北西经“方城缺口”与伏牛山相连，南端与北秦岭构造带相接。伏牛山余脉发育燕山期花岗岩，以祖师顶、角子山岩基和铜山、黄山、天目山及张士英等岩体为典型代表[1-4]，它们的岩石成因模型研究[5-12]为深入认识华北克拉通南缘燕山期深部构造演化提供了证据。铜山岩体位于伏牛山余脉南端，南侧紧邻北秦岭构造带，对其开展锆石U-Pb定年及地球化学成分测试研究，分析其岩石成因和深部构造过程，不仅可为深入探究华北克拉通南缘早白垩世酸性岩浆活动规律提供新的限定，而且有利于建立华北克拉通南缘、北秦岭构造带和桐柏—大别造山带早白垩世花岗岩的成因联系模型。
1 地质概况 1.1 区域地质特征铜山岩体出露于华北克拉通南缘伏牛山余脉南端，隔栾川—方城断裂带与北秦岭构造带相接(图 1)。铜山岩体所处的华北克拉通南缘及北秦岭构造带区域地层划分变动较大[2-4]，如毛集群解体并分别划归为宽坪群和栾川群，本文采用河南省地质调查院[4]的划分方案，即华北克拉通南缘出露中元古界长城系熊耳群和上元古界栾川群，北秦岭构造带出露中元古界宽坪群、下古生界二郎坪群和新生界(图 1b)。熊耳群主要位于铜山岩体的东北侧，岩性以变粒岩、石英片岩、斜长片岩和斜长角闪岩等为主，其原岩为中基性-中酸性火山岩；栾川群岩性以变质砂岩、(炭质)石英片岩、石英岩、大理岩、变泥质粉砂岩及钾长变粒岩为主，属于陆源碎屑-碳酸盐岩及变质碱性火山岩组合；宽坪群位于铜山岩体的西南侧，岩性以石英片岩和斜长角闪片岩及大理岩为主，原岩为杂砂岩夹基性火山岩及碳酸盐岩；二郎坪群岩性以斜长角闪片岩、浅粒岩及变粒岩为主，为变基性、中酸性火山岩组合。
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| a. 河南省方城—桐柏地区早白垩世花岗岩分布简图；b.铜山岩体地质简图。a图中，祖师顶、黄山和角子山岩体年龄据文献[6]，张士英岩体年龄据文献[8-10]，天目山岩体年龄据文献[11-12]，梁湾岩体年龄据文献[13]，老湾岩体年龄据文献[14]，三合店和鸡公山岩体年龄据文献[15-16]，老寨山岩体年龄据文献[17]；a底图据文献[18]修编。b图中，1. 新生界；2. 下古生界二郎坪群；3. 上元古界栾川群；4. 中元古界宽坪群；5. 中元古界长城系熊耳群；6. 早白垩世铜山岩体细粒黑云母花岗岩单元；7. 早白垩世铜山岩体中粒黑云母花岗岩单元；8. 早白垩世铜山岩体中—粗粒黑云母花岗岩单元；9. 早白垩世铜山岩体斑状中—粗粒黑云母花岗岩单元；10. 早古生代变闪长岩；11. 新元古代片麻状二长花岗岩；12. 新元古代变基性岩；13. 断层；14. 地质界线；15. 铜山岩体岩相界线；16. 定年样品TSH01位置；17. 地球化学样品位置; b图据文献[7]修编。 图 1 豫南铜山岩体区域地质简图 Fig. 1 Simplified regional geologic map of the Tongshan rock mass in the southern Henan Province |
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羊册—明港断裂(F2)是华北克拉通南缘与北秦岭造山带分界断裂——栾川—方城断裂带的一部分，具有规模大、性质复杂、多期活动的特点，总体呈北西—南东向延伸，断层面以北东倾向为主，局部地段倾向南西，倾角为45°~80°。小董庄—邢集断裂(F5)是瓦穴子—鸭河口断裂带的一部分，是宽坪群与二郎坪群的分界线，总体走向为北西—南东向，总体南西倾向，倾角为40°~75°。在铜山岩体内部还发育北东、北北东和近东西向断裂，北东及北北东向断裂倾向南东，倾角为60°~75°，近东西向断裂F45为南倾向，倾角为45°~60°。
伏牛山余脉及南侧北秦岭构造带内岩浆活动强烈且频繁，形成了中—新元古代、早古生代和燕山期3个构造岩浆旋回[1, 4]。火山岩集中于中—新元古代及早古生代，包括熊耳群及宽坪群的中基性-中酸性火山岩、栾川群的碱性火山岩和二郎坪群的基性—中酸性火山岩[4]。侵入岩集中于新元古代、早古生代和燕山期3期，呈带状展布的周庄变基性岩和邓庄铺二长花岗岩是华北克拉通南缘新元古代侵入岩的典型代表，北秦岭构造带规模较大的早古生代侵入岩为黄岗—王岗杂岩体和桃园二长花岗岩岩体，后者的锆石U-Pb年龄介于470~423 Ma[13, 19]之间。燕山期侵入岩以祖师顶、角子山、铜山、天目山、老湾、梁湾和老寨山等岩体为典型代表，它们的锆石U-Pb年龄介于137~121 Ma[5-17]之间。
1.2 岩体地质特征铜山岩体位于豫南泌阳、桐柏和确山三县交界处，总体呈近北西—南东向椭圆形展布，北西长约18 km，北东宽约9 km，出露面积约91 km2(图 1b)。其北及西北一侧侵入到熊耳群和栾川群，南及西南一侧侵入到宽坪群，与围岩界线清楚，可见烘烤边，接触带内发育矽卡岩化、角岩化、硅化及辉钼矿矿化、方铅矿矿化和萤石矿化。铜山岩体的主体岩性为中粒黑云母二长-正长花岗岩(图 2a和b)，岩性为渐变关系，由边缘至中心总体具有细粒、中粒、中粗粒到斑状中-粗粒的粒度演变规律(图 1b)，在中-细粒黑云母二长花岗岩内发育暗色微粒包体(图 2c)，也可见细晶岩脉侵入到铜山岩体(图 2d)。
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| a. 中粒黑云母二长花岗岩；b. 中粒黑云母正长花岗岩；c. 细-中粒黑云母二长花岗岩中的暗色微粒包体；d. 侵入铜山岩体的花岗细晶岩脉；e. 发育聚片双晶的斜长石和表面泥化的钾长石；f. 发育聚片双晶和弱环带的斜长石。Kfs. 钾长石：Plg. 斜长石。 图 2 豫南铜山岩体岩石照片 Fig. 2 Petrograph of the Tongshan rock mass in the southern Henan Province |
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铜山花岗岩多呈灰白色—浅肉红色，块状构造，花岗结构和似斑状结构。黑云母二长花岗岩的矿物主要为钾长石(体积分数30%~40%)、斜长石(体积分数30%~40%)和石英(体积分数25%~35%)，随钾长石体积分数的增多，岩性渐变为黑云母正长花岗岩，其钾长石、斜长石和石英体积分数分别为35%~50%、25%~35%和25%~30%。斜长石表面新鲜，发育聚片双晶和弱环带(图 2e、f)；钾长石以条纹长石为主，表面发育一定程度的泥化(图 2e、f)；暗色矿物以黑云母为主，体积分数为5%左右。副矿物主要为磁铁矿、榍石、磷灰石及锆石。铜山岩体中心部位的斑状二长花岗岩中斑晶的体积分数约为10%，以钾长石巨斑晶为主，长轴粒径集中于1.0~3.0 cm之间，基质以中粒花岗结构为主。
2 锆石LA-ICP-MS测试 2.1 分析方法样品TSH01的锆石分选在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。样品在破碎、淘洗之后经重、磁方法分选锆石，锆石制靶和锆石颗粒的反射光、透射光及阴极发光(CL)照相在北京锆年领航科技有限公司完成。分析测试前，对所有靶上锆石颗粒进行图像综合分析，进而设计最恰当的测点。
锆石定年在合肥工业大学资源与环境工程学院LA-ICP-MS实验室完成，ICP-MS为美国Agilent公司生产的Agilent 7500a，激光剥蚀系统为美国Coherent Inc.公司生产的GeoLasPro。定年测试中，标样NIST SRM610、91500、Plesovice和样品锆石有序穿插进行，数据处理使用ICPMSDataCal程序[20]，锆石U-Pb谐和图绘制和加权平均年龄计算使用Isoplot程序[21]。
2.2 样品特征铜山岩体锆石定年样品TSH01的岩性为中粒黑云母二长花岗岩，采样位置为113°30′46″E，32°44′22″N。从中分选获得的锆石数量多于1 000粒，大部分无色透明，少量锆石呈浅淡黄色，部分锆石内发育裂纹和矿物包裹体，大多数锆石颗粒晶型完整，多呈长柱状，长轴粒径以100~200 μm为主，短轴粒径不超过100 μm。样品TSH01中的大多数锆石发育均匀、清晰、致密的韵律震荡环带(图 3)，其Th/U值均大于0.1，表明它们属于岩浆锆石。
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| 图 3 豫南铜山岩体定年样品TSH01的代表性锆石阴极发光图像 Fig. 3 Cathodoluminescence images of typical zircons in sample TSH01 from the Tongshan rock mass in the southern Henan Province |
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样品TSH01的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果见表 1和图 4。
| 测点编号 | wB/10-6 | Th/U | 同位素比值 | 年龄/Ma | 谐和度/% | |||||||||||||
| Pb | Th | U | 207 Pb/206 Pb | lσ | 207 Pb/235 U | lσ | 206 Pb/238 U | lσ | 207 Pb/206 Pb | lσ | 207 Pb/235 U | lσ | 206 Pb/238 U | lσ | ||||
| 01 | 56.58 | 1 971.05 | 2 067.04 | 0.95 | 0.057 8 | 0.002 6 | 0.160 8 | 0.007 5 | 0.020 1 | 0.000 6 | 524.1 | 98.1 | 151.4 | 6.6 | 128.6 | 3.8 | 83 | |
| 02 | 5.78 | 212.44 | 193.20 | 1.10 | 0.052 5 | 0.004 5 | 0.146 4 | 0.011 4 | 0.020 5 | 0.000 7 | 309.3 | 199.1 | 138.8 | 10.1 | 130.6 | 4.2 | 93 | |
| 03 | 14.31 | 649.41 | 448.03 | 1.45 | 0.060 7 | 0.003 5 | 0.190 0 | 0.011 2 | 0.022 8 | 0.000 7 | 627.8 | 125.9 | 176.6 | 9.5 | 145.5 | 4.3 | 80 | |
| 04 | 30.97 | 1 122.79 | 1 096.51 | 1.02 | 0.049 5 | 0.002 2 | 0.138 7 | 0.006 2 | 0.020 4 | 0.000 6 | 168.6 | 134.2 | 131.8 | 5.5 | 129.9 | 3.7 | 98 | |
| 05 | 4.90 | 148.93 | 171.93 | 0.87 | 0.052 1 | 0.005 6 | 0.146 6 | 0.014 8 | 0.020 5 | 0.000 8 | 300.1 | 243.5 | 138.9 | 13.1 | 130.9 | 4.9 | 94 | |
| 06 | 8.54 | 316.07 | 276.64 | 1.14 | 0.052 5 | 0.004 1 | 0.149 2 | 0.011 3 | 0.020 7 | 0.000 6 | 305.6 | 179.6 | 141.2 | 10.0 | 132.0 | 4.1 | 93 | |
| 07 | 24.98 | 1 025.67 | 899.50 | 1.14 | 0.052 0 | 0.002 7 | 0.144 3 | 0.007 5 | 0.020 2 | 0.000 6 | 287.1 | 116.7 | 136.9 | 6.7 | 128.6 | 3.8 | 93 | |
| 08 | 12.07 | 344.41 | 445.07 | 0.77 | 0.047 5 | 0.003 2 | 0.131 8 | 0.008 1 | 0.020 3 | 0.000 6 | 72.3 | 161.1 | 125.7 | 7.3 | 129.7 | 3.8 | 96 | |
| 09 | 67.10 | 1 876.16 | 2 536.68 | 0.74 | 0.050 2 | 0.002 0 | 0.138 9 | 0.005 8 | 0.020 0 | 0.000 6 | 211.2 | 95.4 | 132.1 | 5.1 | 127.4 | 3.6 | 96 | |
| 10 | 5.58 | 153.57 | 204.32 | 0.75 | 0.053 2 | 0.005 8 | 0.149 6 | 0.013 6 | 0.020 2 | 0.000 8 | 338.9 | 248.1 | 141.6 | 12.0 | 128.7 | 4.8 | 90 | |
| 11 | 88.74 | 1 902.16 | 3 362.86 | 0.57 | 0.052 9 | 0.002 2 | 0.152 5 | 0.006 2 | 0.020 5 | 0.000 6 | 324.1 | 91.7 | 144.1 | 5.4 | 130.6 | 3.6 | 90 | |
| 12 | 82.31 | 1 519.20 | 3 210.47 | 0.47 | 0.050 1 | 0.002 3 | 0.144 2 | 0.006 6 | 0.020 8 | 0.000 6 | 211.2 | 109.2 | 136.8 | 5.9 | 132.5 | 3.9 | 96 | |
| 13 | 8.09 | 221.93 | 259.24 | 0.86 | 0.062 3 | 0.006 7 | 0.173 7 | 0.015 7 | 0.022 6 | 0.001 0 | 683.3 | 231.5 | 162.7 | 13.6 | 144.2 | 6.2 | 87 | |
| 14 | 9.57 | 473.13 | 265.52 | 1.78 | 0.081 1 | 0.010 0 | 0.236 2 | 0.034 7 | 0.020 7 | 0.000 8 | 1 233.3 | 243.4 | 215.3 | 28.5 | 132.4 | 4.7 | 52 | |
| 15 | 53.78 | 1 303.47 | 1 809.53 | 0.72 | 0.050 9 | 0.003 2 | 0.159 8 | 0.010 9 | 0.022 6 | 0.000 7 | 235.3 | 144.4 | 150.5 | 9.5 | 144.1 | 4.4 | 95 | |
| 16 | 36.37 | 961.01 | 1 301.25 | 0.74 | 0.053 3 | 0.003 3 | 0.152 7 | 0.009 7 | 0.020 8 | 0.000 7 | 338.9 | 142.6 | 144.3 | 8.6 | 132.5 | 4.4 | 91 | |
| 17 | 7.67 | 404.57 | 210.96 | 1.92 | 0.049 6 | 0.005 4 | 0.131 6 | 0.012 3 | 0.020 7 | 0.000 9 | 189.0 | 224.0 | 125.6 | 11.0 | 132.0 | 5.7 | 95 | |
| 18 | 14.68 | 515.94 | 495.19 | 1.04 | 0.052 0 | 0.004 4 | 0.143 9 | 0.011 2 | 0.020 4 | 0.000 6 | 283.4 | 199.1 | 136.5 | 10.0 | 130.1 | 4.0 | 95 | |
| 19 | 7.88 | 322.93 | 265.01 | 1.22 | 0.050 4 | 0.005 1 | 0.131 8 | 0.012 0 | 0.020 0 | 0.000 7 | 213.0 | 222.2 | 125.7 | 10.7 | 127.6 | 4.5 | 98 | |
| 20 | 13.32 | 427.40 | 464.40 | 0.92 | 0.053 1 | 0.004 3 | 0.147 6 | 0.010 9 | 0.020 6 | 0.000 7 | 331.5 | 152.8 | 139.8 | 9.6 | 131.6 | 4.4 | 93 | |
| 21 | 21.18 | 537.41 | 791.95 | 0.68 | 0.047 9 | 0.003 5 | 0.135 5 | 0.009 0 | 0.020 6 | 0.000 6 | 100.1 | 157.4 | 129.0 | 8.0 | 131.7 | 4.1 | 97 | |
| 22 | 87.90 | 2 366.94 | 3 296.90 | 0.72 | 0.051 3 | 0.003 5 | 0.146 5 | 0.010 0 | 0.020 8 | 0.000 6 | 253.8 | 159.2 | 138.8 | oo 00 | 133.0 | 3.9 | 95 | |
| 23 | 124.20 | 3 289.49 | 4 662.16 | 0.71 | 0.050 0 | 0.002 3 | 0.143 0 | 0.006 2 | 0.020 6 | 0.000 6 | 194.5 | 109.2 | 135.7 | 5.5 | 131.5 | 3.8 | 96 | |
| 24 | 4.97 | 125.27 | 157.19 | 0.80 | 0.053 1 | 0.010 1 | 0.150 3 | 0.021 6 | 0.023 0 | 0.001 1 | 344.5 | 372.2 | 142.1 | 19.0 | 146.8 | 7.2 | 96 | |
| 25 | 88.86 | 2 513.27 | 2 848.90 | 0.88 | 0.047 2 | 0.002 3 | 0.149 5 | 0.007 2 | 0.023 1 | 0.000 7 | 61.2 | 111.1 | 141.5 | 6.4 | 147.0 | 4.3 | 96 | |
| 26 | 99.57 | 3 079.20 | 3 697.03 | 0.83 | 0.052 3 | 0.002 1 | 0.148 4 | 0.006 1 | 0.020 6 | 0.000 6 | 298.2 | 90.7 | 140.5 | 5.4 | 131.5 | 3.8 | 93 | |
| 27 | 10.96 | 284.93 | 358.84 | 0.79 | 0.050 1 | 0.007 0 | 0.149 0 | 0.016 7 | 0.022 8 | 0.000 8 | 198.2 | 296.3 | 141.0 | 14.8 | 145.4 | 5.3 | 96 | |
| 28 | 7.01 | 264.96 | 238.74 | 1.11 | 0.049 8 | 0.005 0 | 0.139 5 | 0.012 6 | 0.020 8 | 0.000 8 | 183.4 | 283.3 | 132.6 | 11.2 | 132.9 | 4.8 | 99 | |
| 29 | 44.64 | 2 289.73 | 1 592.54 | 1.44 | 0.080 4 | 0.003 4 | 0.209 5 | 0.008 6 | 0.019 1 | 0.000 6 | 1 209.3 | 81.6 | 193.1 | 7.2 | 121.9 | 3.6 | 54 | |
| 30 | 6.29 | 239.73 | 216.44 | 1.11 | 0.050 9 | 0.003 9 | 0.136 5 | 0.009 1 | 0.020 1 | 0.000 7 | 239.0 | 177.8 | 129.9 | 8.1 | 128.6 | 4.1 | 98 | |
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| a. 样品TSH01的U-Pb谐和图；b. 样品TSH01中26颗锆石的U-Pb谐和图；c. 样品TSH01中5颗和21颗锆石测点的206Pb/238U年龄加权平均年龄。a图中为30颗锆石的测试结果；b图中26颗锆石不含测点01、03、14和29等4颗；c图中5颗锆石依次为13、15、24、25和27，21颗锆石包括02、04、05、06、07、08、09、10、11、12、16、17、18、19、20、21、22、23、26、28和30。 图 4 豫南铜山岩体LA-ICP-MS锆石定年结果 Fig. 4 LA-ICP-MS U-Pb Concordia diagrams of the Tongshan rock mass in the southern Henan Province |
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对样品TSH01累计进行了30个锆石测点的分析，其中测点01、03、14和29等4个测点的测定值明显偏离206Pb/238U-207Pb/235U一致线(图 4a)，故未参与年龄计算及讨论；其余26个锆石测点的同位素比值位于或者接近U-Pb一致线，其U-Pb年龄可以分成两组(图 4b和c)：1)测点13、15、24、25和27等5颗锆石的206Pb/238U年龄介于为(147.0±4.3)~(144.1±4.4)Ma，Th/U值介于0.72~0.88之间，加权平均年龄为(145.5±4.5)Ma(MSWD=0.1，95%置信度)；2)剩余21个测点的206Pb/238U年龄介于(133.0±3.9)~(127.4±3.6)Ma，Th/U值介于0.47~1.92之间，加权平均年龄为(130.6±1.8)Ma(MSWD=0.2，95%置信度)。
3 地球化学特征 3.1 分析方法铜山岩体14件花岗岩样品的主、微量元素测试在河南省有色金属地质勘查总院检测中心完成。样品经无污染玛瑙球磨机碎至200目后制样。主量元素分析仪器为ZSX Primus Ⅱ型X射线荧光光谱仪，微量元素分析使用Thermo Fisher X Series 2等离子体质谱仪(ICP-MS)。分析过程中采用国家一级标样控制准确度及精密度，用重复性密码分析及异常点抽检来验证其可靠性，质量控制参数均合格，主、微量元素的分析精度分别优于5%和10%。分析结果见表 2。
| 样品号 | 岩性 | SiO2 | TiO2 | Al2O3 | TFe2O3 | MnO | MgO | CaO | Na2O | K2O | P2O5 | 烧失量 | 总和 | A/CNK | A/NK |
| TSH01 | 黑云母二长花岗岩 | 76.64 | 0.11 | 12.63 | 1.19 | 0.04 | 0.10 | 0.52 | 3.91 | 4.46 | 0.03 | 0.56 | 100.19 | 1.03 | 1.12 |
| TSH02 | 76.29 | 0.11 | 12.57 | 1.19 | 0.05 | 0.10 | 0.52 | 3.76 | 4.42 | 0.01 | 0.17 | 99.19 | 1.05 | 1.14 | |
| TSH03 | 76.02 | 0.12 | 13.14 | 1.24 | 0.02 | 0.10 | 0.64 | 4.24 | 4.48 | 0.03 | 0.48 | 100.51 | 1.01 | 1.11 | |
| TSH204 | 74.24 | 0.11 | 13.17 | 1.82 | 0.08 | 0.19 | 0.54 | 4.08 | 4.66 | 0.02 | 0.31 | 99.22 | 1.03 | 1.12 | |
| TSH205 | 74.41 | 0.11 | 12.97 | 1.87 | 0.11 | 0.19 | 0.67 | 4.10 | 4.39 | 0.03 | 0.20 | 99.04 | 1.02 | 1.13 | |
| TSH206 | 75.40 | 0.10 | 12.45 | 1.63 | 0.09 | 0.20 | 0.70 | 3.89 | 4.36 | 0.02 | 0.31 | 99.15 | 1.00 | 1.12 | |
| TSH207 | 73.11 | 0.17 | 13.37 | 2.12 | 0.05 | 0.38 | 0.97 | 3.74 | 4.78 | 0.05 | 0.17 | 98.92 | 1.02 | 1.18 | |
| TSH208 | 73.80 | 0.16 | 13.40 | 2.09 | 0.06 | 0.35 | 1.05 | 3.84 | 4.65 | 0.05 | 0.37 | 99.82 | 1.01 | 1.18 | |
| TSH209 | 74.03 | 0.13 | 12.87 | 1.97 | 0.06 | 0.29 | 0.90 | 3.92 | 4.63 | 0.03 | 0.19 | 99.01 | 0.98 | 1.12 | |
| TSH210 | 75.19 | 0.10 | 12.71 | 1.70 | 0.07 | 0.11 | 0.61 | 4.08 | 4.55 | 0.02 | 0.12 | 99.25 | 1.00 | 1.09 | |
| TSH04 | 黑云母正长花岗岩 | 75.02 | 0.05 | 13.45 | 0.92 | 0.04 | 0.13 | 0.66 | 3.89 | 5.33 | 0.01 | 0.52 | 100.02 | 1.00 | 1.10 |
| TSH201 | 72.92 | 0.10 | 13.87 | 1.72 | 0.05 | 0.24 | 0.60 | 4.13 | 4.95 | 0.02 | 0.43 | 99.01 | 1.05 | 1.14 | |
| TSH202 | 74.27 | 0.06 | 13.27 | 1.43 | 0.04 | 0.15 | 0.57 | 3.93 | 5.25 | 0.01 | 0.09 | 99.07 | 1.01 | 1.09 | |
| TSH203 | 74.04 | 0.11 | 13.46 | 1.68 | 0.05 | 0.20 | 0.64 | 4.07 | 4.75 | 0.02 | 0.36 | 99.40 | 1.03 | 1.14 | |
| 样品号 | 岩性 | Ga | Ba | Rb | Th | U | Sr | Zr | Hf | Nb | Ta | Y | La | Ce | Pr |
| TSH01 | 黑云母二长花岗岩 | 19.2 | 199 | 242 | 27.4 | 1.67 | 72.4 | 37.6 | 3.14 | 50.9 | 3.62 | 14.26 | 26.70 | 38.60 | 4.69 |
| TSH02 | 26.3 | 26 | 327 | 20.8 | 3.37 | 13.6 | 57.4 | 3.75 | 133.2 | 8.18 | 14.20 | 8.84 | 16.39 | 2.09 | |
| TSH03 | 21.1 | 166 | 268 | 31.5 | 1.89 | 75.1 | 44.5 | 3.87 | 57.2 | 4.63 | 11.16 | 23.16 | 25.49 | 4.25 | |
| TSH204 | 14.2 | 205 | 245 | 33.4 | 1.14 | 70.3 | 88.0 | 4.37 | 49.8 | 3.66 | 9.06 | 21.13 | 50.17 | 4.02 | |
| TSH205 | 13.7 | 182 | 259 | 37.1 | 2.14 | 67.2 | 119.9 | 5.51 | 59.3 | 3.89 | 14.44 | 26.91 | 52.45 | 4.82 | |
| TSH206 | 12.9 | 156 | 250 | 31.3 | 3.49 | 67.9 | 100.5 | 4.85 | 47.7 | 3.70 | 12.82 | 26.13 | 50.94 | 4.85 | |
| TSH207 | 21.6 | 621 | 258 | 30.5 | 6.07 | 163.0 | 110.4 | 4.78 | 29.5 | 2.31 | 10.63 | 40.67 | 86.91 | 7.36 | |
| TSH208 | 20.9 | 560 | 258 | 29.9 | 4.02 | 162.9 | 111.2 | 4.64 | 30.6 | 2.62 | 10.34 | 39.50 | 76.93 | 7.33 | |
| TSH209 | 16.0 | 294 | 291 | 30.0 | 3.79 | 101.4 | 110.3 | 4.59 | 33.3 | 2.49 | 9.49 | 31.46 | 57.01 | 5.21 | |
| TSH210 | 14.1 | 126 | 364 | 35.9 | 2.47 | 39.8 | 138.5 | 7.58 | 35.5 | 2.76 | 9.08 | 32.02 | 55.33 | 4.53 | |
| TSH04 | 黑云母正长花岗岩 | 20.1 | 149 | 301 | 17.9 | 2.89 | 69.3 | 19.8 | 1.38 | 37.3 | 4.31 | 7.25 | 13.11 | 19.11 | 2.52 |
| TSH201 | 15.5 | 243 | 320 | 31.9 | 1.53 | 77.2 | 103.8 | 5.64 | 61.8 | 3.95 | 5.71 | 21.53 | 44.90 | 4.02 | |
| TSH202 | 13.6 | 148 | 326 | 19.2 | 1.90 | 56.8 | 51.8 | 3.99 | 49.2 | 4.11 | 5.86 | 13.86 | 28.75 | 2.62 | |
| TSH203 | 13.9 | 162 | 285 | 35.0 | 1.27 | 66.0 | 108.9 | 5.55 | 52.4 | 3.84 | 7.44 | 24.29 | 51.63 | 4.53 | |
| 样品号 | 岩性 | Nd | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | ΣREE | (La/Yb)N | δEu |
| TSH01 | 黑云母二长花岗岩 | 14.37 | 2.20 | 0.33 | 2.19 | 0.33 | 1.90 | 0.43 | 1.49 | 0.29 | 1.98 | 0.32 | 95.82 | 9.09 | 0.45 |
| TSH02 | 6.03 | 1.01 | 0.11 | 1.02 | 0.20 | 1.41 | 0.40 | 1.58 | 0.38 | 3.02 | 0.59 | 43.07 | 1.97 | 0.33 | |
| TSH03 | 12.92 | 1.89 | 0.28 | 1.75 | 0.27 | 1.45 | 0.33 | 1.14 | 0.23 | 1.47 | 0.25 | 74.88 | 10.62 | 0.46 | |
| TSH204 | 12.11 | 1.91 | 0.39 | 2.40 | 0.30 | 1.50 | 0.33 | 1.23 | 0.21 | 1.76 | 0.30 | 97.76 | 8.09 | 0.56 | |
| TSH205 | 14.37 | 2.35 | 0.41 | 3.00 | 0.39 | 2.10 | 0.48 | 1.85 | 0.33 | 2.67 | 0.46 | 112.59 | 6.79 | 0.47 | |
| TSH206 | 14.69 | 2.35 | 0.38 | 3.00 | 0.37 | 1.80 | 0.40 | 1.50 | 0.25 | 2.01 | 0.34 | 109.01 | 8.76 | 0.44 | |
| TSH207 | 23.40 | 3.60 | 0.93 | 4.20 | 0.47 | 2.00 | 0.39 | 1.35 | 0.19 | 1.44 | 0.23 | 173.14 | 19.04 | 0.73 | |
| TSH208 | 22.45 | 3.39 | 0.89 | 4.20 | 0.45 | 1.90 | 0.37 | 1.29 | 0.18 | 1.36 | 0.23 | 160.47 | 19.58 | 0.72 | |
| TSH209 | 15.63 | 2.32 | 0.53 | 3.00 | 0.33 | 1.50 | 0.31 | 1.18 | 0.19 | 1.48 | 0.26 | 120.41 | 14.33 | 0.61 | |
| TSH210 | 11.80 | 1.37 | 0.26 | 2.30 | 0.22 | 1.00 | 0.25 | 1.03 | 0.19 | 1.71 | 0.32 | 112.33 | 12.62 | 0.44 | |
| TSH04 | 黑云母正长花岗岩 | 7.42 | 1.10 | 0.20 | 1.01 | 0.16 | 0.88 | 0.22 | 0.76 | 0.16 | 1.00 | 0.18 | 47.83 | 8.84 | 0.57 |
| TSH201 | 11.72 | 1.58 | 0.36 | 2.20 | 0.20 | 0.90 | 0.19 | 0.82 | 0.15 | 1.37 | 0.24 | 90.18 | 10.60 | 0.59 | |
| TSH202 | 7.59 | 1.07 | 0.27 | 1.40 | 0.17 | 0.90 | 0.20 | 0.84 | 0.15 | 1.32 | 0.23 | 59.37 | 7.08 | 0.67 | |
| TSH203 | 13.12 | 1.79 | 0.33 | 2.50 | 0.25 | 1.20 | 0.27 | 1.07 | 0.20 | 1.65 | 0.29 | 103.12 | 9.92 | 0.48 | |
| 注：主量元素质量分数单位为%；微量元素质量分数单位为10-6。δEu=2EuN/(SmN+GdN)。 | |||||||||||||||
14件样品的w(SiO2)为72.92%~76.64%，w(Al2O3)为12.45%~13.87%，w(TFe2O3)为0.92%~2.12%，w(MgO)为0.10%~0.38%，w(CaO)为0.52%~1.05%，w(Na2O)和w(K2O)分别为3.74%~4.24%和4.36%~5.33%，w(Na2O+K2O)和K2O/Na2O分别为8.18%~9.22%和1.06~1.37，A/CNK和A/NK值分别为0.98~1.05和1.09~1.18。相对于二长花岗岩样品，铜山岩体正长花岗岩样品整体上具有较高的w(K2O)及w(Na2O+K2O)。
在哈克图解(图 5)中，铜山岩体样品的w(MgO)、w(TiO2)、w(MnO)和w(P2O5)投点为发散趋势，w(Al2O3)、w(TFe2O3)、w(CaO)和w(K2O)投点趋势整体上为负相关关系，w(Na2O)投点显示出一定程度的正相关关系。在w(Na2O+K2O)-w(SiO2)和w(K2O)-w(SiO2)图解(图 6a，b)中，铜山岩体样品点均落入花岗岩分类区内，属于高钾钙碱性系列岩石。
14件样品显示铜山岩体富集大离子亲石元素，其Sr质量分数较低，介于13.6×10-6~163.0×10-6之间。在微量元素蛛网图(图 7a)中，铜山岩体样品显示了明显的Rb、Th、Zr及Hf的异常峰和Sr、P、Ti的异常谷。
铜山岩体14件样品的稀土总量介于43.07×10-6~173.14×10-6之间，(La/Yb)N值范围是1.97~19.58，δEu值介于0.33~0.73之间。稀土配分模式具有右倾、轻稀土富集、重稀土亏损、Dy-Ho-Er“U型谷”和负Eu异常的特征(图 7b)。此外，铜山岩体样品的(La/Yb)N- w(LaN)投点显示了良好的线性正相关关系(图 7b)。
4 讨论 4.1 铜山岩体的形成时代铜山岩体LA-ICP-MS定年样品TSH01为中粒黑云母二长花岗岩，块状构造，花岗结构，锆石CL图像发育岩浆振荡环带，较晚一组21颗锆石的Th/U值均大于0.1，其加权平均年龄为(130.6± 1.8) Ma(MSWD=0.2，95%置信度)，表明铜山岩体形成于早白垩世。
华北克拉通南缘祖师顶岩基和黄山岩体的锆石U-Pb年龄分别为(131.9±1.1)和(132.8±0.8) Ma[6]，天目山岩体黑云母正长花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(129.2±1.7) Ma[11-12]。北秦岭构造带梁湾岩体花岗闪长岩和二长花岗岩的锆石SHRIMP年龄分别为(132.5±2.3)和(137.0±3.4) Ma[13]，老寨山岩体黑云母二长花岗岩的锆石LA-ICP-MS年龄为(123.0±0.8) Ma[17]。桐柏山造山带三合店岩基的锆石U-Pb年龄为(133.1±0.5) Ma[15]，鸡公山岩体的锆石U-Pb年龄介于136.8~125.4 Ma[15-16]之间，老湾岩体黑云母二长花岗岩的锆石SHRIMP年龄为(132.5±2.4) Ma[14]。
由此可见，铜山岩体是早白垩世约130 Ma的酸性岩浆活动的产物，在华北克拉通南缘、北秦岭构造带和桐柏山造山带均发育与铜山岩体时代相近的酸性岩浆活动。
4.2 锆石年龄谱铜山岩体的锆石U-Pb年龄结果还具有明显的分组特征，即约131 Ma(21个测点)和约145 Ma(5个测点)两组，形成了双峰式单颗粒锆石年龄谱(图 4b，c)，较晚一组锆石年龄代表了铜山岩体的形成时代。华北克拉通南缘伏牛山余脉天目山和黄山岩体的锆石定年也显示了约145 Ma的锆石颗粒[6, 11-12]，北秦岭梁湾岩体中6颗锆石的SHRIMP U-Pb年龄介于(146.8±3.9)~(140.3±3.9) Ma之间[13]，桐柏山鸡公山岩基和桐柏杂岩则出现了较多的约145 Ma锆石颗粒[16, 27-28]。由此可见，它们的锆石定年也形成了锆石年龄谱，至少包括约131 Ma和约145 Ma两个峰值年龄。
华北克拉通南缘崤山白石崖[29]、小妹河[30]、老里湾[31]、熊耳山蒿坪沟[32]、五丈山[33]及北秦岭烟镇[34]等岩体的锆石定年都形成了单颗粒锆石U-Pb年龄谱，除晚侏罗世五丈山岩体外，它们都近同时形成于早白垩世约131 Ma，并且毫无例外地都出现了约145 Ma的峰值年龄。这些岩体形成的构造背景为区域岩石圈拆沉作用，在此过程中触发的岩浆/流体混合作用成就了复杂的锆石U-Pb年龄谱。
华北克拉通南缘伏牛山余脉、北秦岭构造带和桐柏山造山带内均缺乏中生界，铜山岩体侵位于熊耳群、栾川群和宽坪群(图 1b)，故其内约145 Ma的锆石不可能来源于围岩。伏牛山余脉—桐柏山地区的早白垩世花岗岩中出现约145 Ma锆石颗粒，这似乎说明铜山花岗岩岩浆在上侵途中，与约145 Ma的花岗岩发生同化混染作用之后捕获了约145 Ma锆石；但这是不可能发生的，因为铜山岩体的矿物组成表明其岩浆处于低温单元，它无法提供同化混染固相线温度与自己大致相当的花岗岩所需的热量。
华北克拉通南缘晚侏罗世五丈山岩体锆石年龄谱的成因模型[33]为解释铜山岩体锆石年龄谱提供了一个参考，铜山岩体内不同岩相间的渐变关系(图 1b)及其内部的暗色微粒包体(图 2c)是重要的岩石学证据。既然铜山花岗岩岩浆不具有从围岩中捕获的约145 Ma锆石的能量，那么需要构筑一种低耗能获取继承锆石的方式，如未完全固结岩浆/流体库活化模型。当岩浆/流体库与围岩的密度差消失时，它就停止运移进入到固结成岩阶段，仅结晶出一个年龄段(如约145 Ma)的锆石颗粒。在早白垩世约131 Ma时，深部富挥发分的流体注入到这个未完全固结岩浆/流体库内，后者的缓慢固结成岩进程被中断，未完全固结岩浆/流体库在经历复杂的流体-岩浆混合作用之后被活化[33, 35-40]。其中，处于活化强度(密度差)剧烈区域的岩浆/流体携带着约145 Ma锆石颗粒首先上侵，就位后固结成岩并结晶出约131 Ma锆石，形成了铜山岩体约145 Ma和约131 Ma双峰式单颗粒锆石年龄谱。
综上所述，铜山岩体锆石年龄谱是约131 Ma岩浆/流体混合活化后上侵固结的产物，它还表明铜山岩体周缘存在约145 Ma的隐伏岩浆活动。
4.3 源区基本特征铜山岩体显示了负Eu异常，很容易联想到这是斜长石结晶分异的结果，但以下两方面排除了这种可能性。首先，矿物晶体与熔浆的密度差是分异作用实现与否的首要条件，暗色微粒包体与铜山花岗岩岩浆之间的密度差明显大于斜长石与铜山花岗岩岩浆的，暗色微粒包体的出现表明铜山岩体成分演化中没有经历斜长石的结晶分异作用。其次，斜长石是钠长石(Ab)—钙长石(An)固溶体，它的结晶分异导致残余花岗质岩浆中Na2O、CaO和Al2O3质量分数的一致降低，但铜山岩体不具备这种统一的协变关系(图 5)，并且(La/Yb)N-w(LaN)投点趋势表明部分熔融控制其成分变异(图 7b)。铜山岩体的Al2O3质量分数(12.45%~13.87%)和Sr质量分数(13.6×10-6~163.0×10-6)都比较低，这说明其部分熔融源区存在斜长石残留，这应是铜山岩体形成负Eu异常的合理解释。
花岗岩的稀土配分模式能够大致反映其源区深度，无负Eu异常的中酸性火成岩形成深度大，相当于加厚陆壳，负Eu异常表明它形成于正常厚度陆壳，或者双倍陆壳的中、上部[41-42]。此外，K2O质量分数也与地壳厚度存在一定的关系，钾玄岩系列、高钾钙碱性系列和中钾钙碱性系列岩石对应的地壳厚度大致范围依次为>67 km、67~40 km和40~17 km[42-43]。铜山岩体属于高钾钙碱性系列，并显示了负Eu异常，表明它形成于正常厚度的地壳。铜山岩体的Sr和Yb质量分数分别为13.6×10-6~163.0×10-6和1.00×10-6~3.02×10-6，属于喜马拉雅型和浙闽型花岗岩，它们对应的地壳厚度分别在40~50 km和30~40 km之间[44]。据此认为，铜山岩体形成于正常厚度陆壳，其厚度约为40 km。
铜山岩体的TiO2质量分数明显偏低(0.05%~0.17%)，在蛛网图中具有明显的Ti异常谷，这表明铜山岩体部分熔融源区内残余相至少包含角闪石。它的(La/Yb)N值较小(1.97~19.58)、Y质量分数较高(5.71×10-6~14.44×10-6)，表明它的部分熔融熔源区不含石榴石。与崤山龙卧沟岩体的稀土配分模式相似[45]，铜山岩体的稀土配分模式中也显示了明显的Dy-Ho-Er“U型谷”，这说明其部分熔融源区残余相中的角闪石参与控制了Dy、Ho和Er质量分数。
综上，铜山岩体形成于约40 km的正常厚度地壳内，部分熔融源区位于角闪岩相，源区残余相主要矿物为角闪石和斜长石。
4.4 构造背景扬子板块与华北板块在印支末期完成拼接，秦岭—大别造山带的构造演化进入了陆内阶段[18, 46]，这表明约131 Ma铜山岩体的形成和板块俯冲没有直接联系。深部岩石圈汇聚在大陆拼接完成后仍持续进行，进入到陆内碰撞造山阶段及之后的岩石圈垮塌(拆沉)作用[41-42, 47]阶段。如前文所述，铜山岩体锆石年龄谱揭示了深部流体注入活化混合过程，那么构造背景需要解释深部流体的释放机制。
伏牛山余脉祖师顶、角子山岩基和黄山岩体的形成与岩石圈拆沉作用诱发的软流圈上涌物质的底侵相关[6]，铜山和天目山岩体的发育表明东秦岭地壳在早白垩世处在伸展减薄塌陷阶段[7]，梁湾和老湾岩体形成于华北与扬子两大板块碰撞后的岩石圈减薄与伸展构造环境[13]，老寨山岩体是岩石圈拆沉作用的岩浆响应[17]。桐柏山三合店岩基的锆石U-Pb年龄为(133.1±0.5) Ma，鸡公山岩基4件样品的锆石U-Pb年龄依次为(136.8±0.6)、(125.4±1.0)、(133.4±1.4)和(135.1±2.4) Ma，其均属于埃达克岩，是区域岩石圈拆沉作用的产物[15-16]。由此可见，它们是受控于同一深部过程的，即同为区域岩石圈拆沉作用的响应，类似于北秦岭中段燕山期烟镇岩体与二郎坪和骨头崖岩体形成的深部过程[34, 48-49]。
经历长期复杂构造拼合而成的大陆板块具有复杂的岩石学结构、不均一性及重力不稳定性，即使是在相同的深部地质过程中，各拼合块体产生的地质响应也不尽相同[50-51]。在桐柏山三合店—鸡公山岩石圈拆沉作用发生前，埃达克质的三合店和鸡公山岩基表明桐柏山具有加厚的大陆下地壳(大于50 km)，铜山岩体所处的伏牛山余脉南部地壳厚度较小(约40 km)，表明区域岩石圈厚度不均一。在桐柏山三合店—鸡公山岩石圈拆沉作用发生时，深部流体得以快速释放，它在上升途中注入到未完全固结岩浆/流体库内与之混合活化，其内活化强度(密度差)剧烈区域的岩浆/流体首先侵位于地壳浅部固结形成铜山岩体。
与北秦岭中段烟镇岩体与二郎坪和骨头崖岩体相比[34, 48-49]，三合店和鸡公山岩基与铜山岩体之间的联系至少存在以下两方面的不同：一方面，铜山岩体是桐柏山三合店—鸡公山区域岩石圈拆沉作用近同时的岩浆响应，而二郎坪和骨头崖岩体同为烟镇岩石圈拆沉作用滞后约15 Ma的岩浆响应；另一方面，三合店—鸡公山区域岩石圈拆沉作用的波及范围较大，其岩浆效应影响在桐柏—大别造山带、北秦岭构造带和华北克拉通南缘伏牛山余脉地区均有显示，而烟镇岩石圈的拆沉效应仅限于北秦岭构造带中段内。由此可见，在秦岭造山带内，受控于同一岩石圈拆沉作用的岩浆效应至少包括埃达克岩(加厚地壳)和高钾钙碱性花岗岩(正常厚度地壳)两种岩石类型，其时代间隔至少存在近同时型和滞后约15 Ma型两种模式。
所以，铜山岩体的形成受控于约131 Ma桐柏山三合店—鸡公山区域岩石圈拆沉作用，属于同拆沉作用的岩浆相应。
5 结论1) 铜山岩体LA-ICP-MS锆石206Pb/238U加权平均年龄为(130.6±1.8) Ma，表明它形成于早白垩世。
2) 铜山岩体的锆石U-Pb年龄结果形成了双峰式单颗粒锆石年龄谱，它是深部流体注入到未完全固结岩浆/流体库混合活化作用的产物。
3) 铜山岩体形成于约40 km的正常厚度地壳内，部分熔融源区位于角闪岩相，源区残余相主要矿物为角闪石和斜长石。
4) 铜山岩体是桐柏山三合店—鸡公山区域岩石圈拆沉作用近同时的岩浆响应，与之相关的岩浆效应已越过北秦岭到达华北克拉通南缘。
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