2013, Vol. 29
2. 北京大学地球与空间科学学院，造山带与地壳演化教育部重点实验室，北京 100871;
3. 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037
2. Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution, Ministry of Education, School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China;
3. Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Ministry of Land and Resources, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
松树沟地区出露北秦岭规模最大的超镁铁质-镁铁质岩组合，由于其岩石组成的特殊地质意义，长期受到地质学界的关注(安三元等，1985；李曙光等，1991；刘良和周鼎武, 1994;刘良等, 1995, 2013；周鼎武等，1995；孙卫东等，1997；董云鹏等, 1997a, b ；宋述光等，1998；张国伟等，2001；苏犁等，2004；刘军锋和孙勇，2005；李洪英等，2009；张建新等，2011；李晔等，2012)。一些研究者将其中的超镁铁质岩体(主要为纯橄岩和方辉橄榄岩等)与其外围的镁铁质岩(主要为斜长角闪岩、榴闪岩、角闪岩等)一并认为是一套洋壳蛇绿岩残片(汤耀庆和卢一伦，1986；匡少平和张本仁，1993；周鼎武等，1995；董云鹏等，1996；裴先治等，1996；Liu et al., 2004)。
近二十年来，在北秦岭南部松树沟与北部官坡一带陆续发现了多种类型的高压-超高压岩石，这些岩石记录了多期变质时代(张建新等，2011；李晔等，2012；刘良等，2013)，但主体峰期变质年龄均集中在500Ma左右(刘良和周鼎武，1994；刘良等, 2003, 2013；胡能高等，1997；杨经绥等，2002；Liu et al., 2010；张建新等，2011)。其中，对松树沟超镁铁质岩体外围的斜长角闪岩、石榴辉石岩和基性麻粒岩进行的地球化学、Sm-Nd矿物等时线及锆石年代学研究表明，这些镁铁质岩石具有大洋中脊玄武岩的特征，原岩形成和峰期变质作用时代分别为~1000Ma和~500Ma(董云鹏等，1997c；Liu et al., 2004；陈丹玲等，2004；苏犁等，2004；Liu et al., 2010；张建新等，2011)。以透镜体形式产于镁铁质岩中的榴闪岩虽然也广泛记录了500Ma左右的变质年龄(刘良等，2003；刘军锋和孙勇，2005；李洪英等，2009；李晔等，2012)，但该年龄代表的变质级别以及榴闪岩的原岩时代等仍不清晰。此外，关于榴闪岩的形成机制仍存在争议，如安三元等(1985) 认为它由上地幔岩经深部熔融的岩浆高压转变而成的榴辉岩经多次复杂退变质形成；黄月华(1984) 、刘军锋和孙勇(2005) 认为该榴闪岩是松树沟超镁铁岩的侵位所引起的热接触变质产物；刘良等(1995) 、陈丹玲等(2004) 提出该岩体的形成与抬升与早古生代时期秦岭古洋盆的俯冲、消减和陆块碰撞伴随的快速构造上升作用有关，是区域高压变质的产物；Zhang(1999) 依据岩石中保存的单斜辉石+斜长石嵌晶成分，恢复出早期绿辉石组分(Jd17-35)，从而将区域变质作用的峰期条件推至榴辉岩相；Bader et al.(2012) 利用Domino视剖面图、石榴石等值线和传统温压计相结合的方法，获得了榴闪岩从~500℃/2.20GPa到~520℃/2.50GPa再到~680℃/1.00GPa的顺时针P-T轨迹，指出岩石是峰期榴辉岩在角闪岩相退变平衡的产物。
研究发现，Zr和Hf的地球化学性质非常相似，锆石中通常含有1%~2%的HfO2，因此锆石是Hf的最重要的寄主矿物，也是测定Hf同位素的理想矿物(陈道公等，2007)。锆石中的Lu/Hf比通常小于0.002，因此锆石形成后由放射性同位素176Lu衰变而形成的放射成因Hf很少，锆石测定的176Hf/177Hf比值可以代表其形成时的Hf同位素组成，把锆石的Lu-Hf同位素和U-Pb定年结合起来，能够对寄主岩石的形成时代和原岩成因等提供重要信息(吴福元等，2007)。此外，在变质作用中形成的锆石通常具有较好的封闭性，被认为是保存变质矿物最好的“容器”，常可结合其中的矿物包裹体组合及年代学分析，精确限定岩石的变质特征(Ye et al., 2000；Rubatto，2002；Liu et al., 2012)。因此，本文以采自松树沟超镁铁质岩北侧镁铁质岩中的榴闪岩样品为研究对象，在详细的岩相学、锆石年代学研究基础上，进一步对榴闪岩中变质锆石的矿物包裹体成分以及锆石的Lu-Hf同位素特征进行分析，围绕榴闪岩的原岩年龄、变质时代、形成机制等问题进行探讨。
2 地质背景及样品描述松树沟地区位于北秦岭构造带南缘，商丹主边界断裂带北侧。区内出露地质体主要有秦岭群变质杂岩、富水杂岩体以及松树沟超镁铁质岩和镁铁质岩等。虽然它们的岩石组合和构造面貌各异，但均遭受了角闪岩相和绿片岩相两期主要的区域变质作用及构造变形的叠加改造，此外还记录了高压麻粒岩相的区域变质作用(刘良等，1995；宋述光等，1998)。现今表现为由断层分隔的构造岩块、岩片叠置成的组合体(图 1)。
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图 1 北秦岭松树沟地区地质略图(据周鼎武等, 1995修改) 1-白垩系-第三系红色砂砾、砾岩；2-泥盆系砂岩、云母片岩夹大理岩；3-秦岭群变质杂岩；4-镁铁质岩；5-超镁铁质岩；6-超镁铁质岩包体；7-榴闪岩；8-高压基性麻粒岩或石榴单斜辉石岩透镜体；9-富水杂岩体；10-变质暗色辉长-闪长岩包体；11-斜长角闪岩包体；12-花岗岩；13-片麻状花岗岩；14-长英质和花岗伟晶岩脉；15-韧性剪切带；16-正断层；17-采样位置 Fig. 1 Geological sketch map of Songshugou area in North Qinling(modified after Zhou et al., 1995) |
秦岭群变质杂岩是北秦岭构造带的重要组成部分，强烈变质变形，主要由各种片麻岩、变粒岩、斜长角闪岩和大理岩组成。早年认为其主体形成时代为古元古代，大约20亿年左右(张宗清等，1994)，但近年来的年代学和地球化学研究表明，秦岭群变质杂岩主要由原岩时代为970~840Ma的正变质岩和沉积于中新元古带的变质沉积岩组成，因而其主体形成时代可能为中新元古代(陆松年等，2004；时毓等，2009)。富水杂岩体位于松树沟的南侧，主要由弱变质的辉长岩-闪长岩组成，出露面积约40km2，其延伸与秦岭群的构造线方向基本一致，岩石学和地球化学研究表明该杂岩体形成于岛弧环境，具有类似阿拉斯加型岛弧辉长-闪长杂岩的性质(董云鹏等，1997b)，是科迪勒拉型岛弧岩浆带的重要组成部分，其锆石SHRIMP定年结果表明岩浆结晶时间为490±10Ma，与松树沟石榴辉石岩高压变质的时代相近，二者共同构筑了北秦岭地区早古生代板块俯冲和碰撞的构造格局(苏犁等，2004)。松树沟超镁铁质岩体位于陕西省商南县境内商丹断裂带之北，岩体长约18km，最宽处约2km，面积约20km2 。与围岩镁铁质岩呈构造接触，接触关系简单，界限清楚，无同化混染现象，南部与富水杂岩体相邻(图 1)。分布于超镁铁质岩体周缘的镁铁质岩，以斜长角闪岩和斜长角闪片岩为主体，其中又零星出露一些呈透镜状的榴闪岩和石榴石辉石岩等。Zhang(1999) 和Bader et al.(2012) 认为榴闪岩是早期榴辉岩退变的产物。刘良和周鼎武(1994) 曾在松树沟岩体南侧西沟一带的榴闪岩的透镜体中发现残存的高压基性麻粒岩及其退变质形成的石榴二辉麻粒岩，估计的高压麻粒岩相变质条件为826~887℃和1.40~1.58GPa(刘良等，1995)。
本文研究的榴闪岩样品(样品号08Q)采自松树沟岩体北侧上土坳一带的露头上。岩石主体呈深褐色，块状或片麻状构造，粒状变晶结构，主要由石榴石、角闪石、斜长石、帘石、石英等矿物组成，少量金红石、榍石、钛铁矿和锆石等副矿物。岩石中残存斜长石+单斜辉石嵌晶，石榴石“白眼圈”现象较明显(图 2a)，岩相学上可分出三期矿物组合。第一期为石榴石+石榴石内部的金红石包体+被角闪石变斑晶包裹的斜长石和单斜辉石嵌晶(图 2b, c)，代表高压麻粒岩相矿物组合或早期榴辉岩相组合在高压麻粒岩相的退变(Zhang，1999)，其中石榴石以铁铝榴石和钙铝榴石成分为主，少量镁铝榴石和锰铝榴石(杨勇等，1994；李晔等，2012)，单斜辉石以透辉石(Wo=49%，En=35%，Fs=16%)为主，斜长石An值为0.23，属奥长石。第二期为普遍发育在石榴石变斑晶周缘的斜长石+角闪石冠状体(图 2 a-d)，其中，斜长石以中长石(An=0.46)为主，角闪石则多为铁韭闪石(杨勇等，1994；李晔等，2012)，是岩石进一步减压退变的记录。第三期为基质中具有明显光性环带的角闪石变斑晶(图 2d)，该类角闪石核部呈浅绿色，边部为深绿色，个别角闪石变斑晶的核部包裹早期的、以嵌晶生长方式出现的单斜辉石+斜长石残核(图 2b, c)。
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图 2 松树沟榴闪岩显微结构照片 矿物代号：Amp-角闪石；Pl-斜长石；Grt-石榴石；Cpx-单斜辉石 Fig. 2 Micrographs of garnet amphibolite from Songshugou |
用作本次研究的锆石从约50kg的榴闪岩样品中挑选出来，经人工重砂、重液、电磁仪等多种方法分离，并在双目显微镜下挑出无色透明、无裂痕、无包体的锆石二十余粒。先将其镶嵌在环氧树脂中并抛光至锆石颗粒的一半，然后进行CL显微图像、激光拉曼光谱、LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学及LA-MC-ICP-MS锆石Lu-Hf同位素分析。锆石挑选工作在河北省区域地质矿产调查研究所完成，其他测试工作都在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。
锆石的激光拉曼包裹体分析采用英国Renshaw公司生产的型号为inVia的激光拉曼分析仪，仪器的重复性小于±0.2个波数；硅的三节峰性噪比大于10∶1；空间分辨率横向为1μm，纵向为2μm；激光阻挡水平优于1014；全范围无等离子线；光谱范围100~9000。锆石CL显微图像分析采用捷克FEI公司生产的FEG quanta 400热点电场发射环境扫描电子显微镜。锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学分析采用带有Shield Torch的Agilent 7500a的ICP-MS和德国Micro-Las公司生产的Geo-Las200M激光剥蚀系统。测试使用的标准锆石是91500和GJ-1，激光束斑直径为30μm，激光剥蚀样品的深度为20~40μm。实验中采用He作为剥蚀物质的载气，用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化，采样方式为单点剥蚀，数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式，每完成4~5个测点的样品测定，加测标样一次。在所测锆石样品分析点前后各测两次NIST SRM610。数据处理及同位素比值计算采用GLITTER(Version410)软件进行。锆石原位Lu-Hf同位素测定采用英国Nu公司生产的型号为Nu Plasma HR的MC-ICP-MS和德国Lambda Physik AG公司型号为Geo-Las 2005的激光剥蚀系统进行，用176Lu/175Lu=0.02669( Biévre and Taylor, 1993)和176Yb/172Yb=0.5886(Chu et al., 2002)进行同量异位干扰校正，计算测定样品的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf 比值。在样品测定期间，对标准参考物质91500和GJ-1进行分析, 一方面进行仪器状态监控，另一方面以此来对样品进行校正。εHf(t)的计算采用176Lu衰变常数为1.865×10-11a(Scherer et al., 2001)，球粒陨石现今的176Hf/177Hf=0.282772，176Lu/177Hf=0.0332(Blichert-Toft and Albarede, 1997)，计算两阶段Hf模式年龄(tDM2)采用大陆地壳平均值176Lu/177Hf=0.015(Griffin et al., 2002)。
4 分析结果 4.1 锆石显微特征由CL图像(图 3)可以看出，岩石中的锆石多为自形、半自形短柱状或长条状，颗粒粒度变化于约100~200μm之间。部分锆石具有明显的核-边结构，核部呈近椭圆状，保留弱的韵律环带，显示岩浆残留锆石的特征；边部均匀切割残留锆石的韵律环带，呈重结晶边围绕核部生长，面状分带结构或无分带结构，较核部更亮，属较为典型的变质重结晶特征(Vavra et al., 1996; 吴元保和郑永飞，2004)。其它一些锆石的核-边结构比较模糊，呈几乎单一的内部结构但自形程度较好，颗粒形态与前述具核-边结构的锆石一致，亮度则类似于前述具核-边结构锆石的边部，可能属较完全的变质重结晶锆石(吴元保和郑永飞，2004；陈道公等，2007)。此外，还有少数锆石自形程度较差，他形无分带，从形态结构上判断为变质新生锆石(吴元保和郑永飞，2004)。
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图 3 榴闪岩锆石CL图像 Fig. 3 CL images of zircons in garnet amphibolite |
榴闪岩代表性锆石微量元素含量和稀土配分模式分别见表 1和图 4，锆石的LA-ICP-MS U-Pb定年结果见表 2和图 5。
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表 1 榴闪岩锆石LA-ICP-MS 微量元素分析结果(×10-6) Table 1 Trace element concentrationgs of zircons in garnet amphibolite(×10-6) |
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图 4 松树沟榴闪岩中锆石REE球粒陨石标准化图(球粒陨石值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 4 Chondrite-normalized REE-patterns of zircons in garnet amphibolite from Songshugou (chondrite data after Sun and McDonough, 1989) |
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图 5 松树沟榴闪岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图 Fig. 5 Concordia diagram showing LA-ICP-MS U-Pb analyses of zircons in garnet amphibolite from Songshugou |
从锆石稀土含量(表 1)和稀土元素球粒陨石配分图(图 4)中可以看出，其稀土特征可分为两类，分别对应于锆石残留核和变质锆石(包括变质重结晶和变质新生锆石)。其中，锆石残留核稀土总量较高，∑REE=709×10-6~2722×10-6，轻重稀土分馏较大，∑HREE=584×10-6~2155×10-6，(Nd/Yb)N=0.002~0.004，总体表现为轻稀土亏损，重稀土富集的配分模式；δCe=2.5~9.4，显示Ce正异常；δEu=0.20~0.28，明显的Eu负异常。变质锆石的稀土总量小于残留核，∑REE除个别可达300×10-6外，多小于80×10-6，可能是与石榴石平衡共生的结果，∑HREE多集中在19×10-6~72×10-6，(Nd/Yb)N=0.001~0.045，表现为轻稀土亏损和重稀土轻度富集的配分形态(Li et al., 2000)；δCe=1.08~81.13，δEu=0.33~0.67，显示明显的Ce正异常和中度Eu负异常，暗示其生长过程可能与少量斜长石平衡(吴元保和郑永飞，2004)。值得注意的是，个别变质锆石测点的轻稀土高于其他测点的值，可能是激光剥蚀时打到了磷灰石等含轻稀土较高的矿物包裹体。经对比，我们发现上述变质锆石的稀土特征，尤其是重稀土轻微富集的现象与陈丹玲等(2004) 研究的松树沟高压基性麻粒岩中峰期变质锆石的特征比较接近。
测试共得到5个残留核的年龄信息(表 2)，但其中两个测点可能由于核部太窄，测得的U，Th含量太低致207Pb测不准而偏离谐和线，其余三个测点的一致性较好，206 Pb/238U加权平均年龄为729±24Ma(图 5)，对应的Th/U比值为0.78~1.01，结合锆石的CL图像及微量元素特征，该年龄代表了原岩的形成年龄。变质锆石得到15个测点数据，除了其中一个测点可能由于变质重结晶作用的不彻底导致年龄偏大、另一个测点可能由于U、Th含量偏低使207Pb测不准而偏离谐和线之外，其它13个年龄值基本落在一致曲线上， 206Pb/238U加权平均年龄为496±9.1Ma(图 5)，对应的Th/U比值为0.02~0.11，Th/U比值显示为典型的变质锆石特征(Gebauer et al., 1985；Vavra et al., 1996)。
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表 2 榴闪岩锆石LA-ICP-MS定年分析结果 Table 2 U-Pb zircon data for garnet amphibolite |
利用激光拉曼光谱分析，在变质成因锆石(Zr)中发现的矿物包裹体有斜长石(Pl)、单斜辉石(Cpx)、石榴石(Grt)、石英(Q)、榍石(Sph)、磷灰石(Ap)等，图 6展示了测得的各种矿物包裹体显微照片及对应的拉曼光谱特征。这一矿物包裹体组合与岩石中第一期高压麻粒岩相组合Grt+Cpx+Pl相同。
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图 6 榴闪岩变质锆石中矿物包裹体显微照片及拉曼光谱 Fig. 6 Micrographs and Raman spectrum of mineral inclusions in metamorphic zircons of garnet amphibolite |
具核-边结构的锆石通常只保留了非常小的残留核(多小于30μm)，少数能够进行LA-ICP-MS U-Pb定年的锆石残留核在经过一次激光剥蚀后也无法再次用于Lu-Hf同位素的测定。因此，本次测试利用LA-MC-ICP-MS测定了变质锆石的Lu-Hf同位素数值。需要指出的是，变质过程可能会使锆石中的Lu-Hf同位素体系产生变化，在进行Lu-Hf同位素特征研究时需考虑锆石Lu-Hf体系的封闭性(Gerdes and Zeh, 2009)。普遍认为，由原来岩浆锆石变质重结晶形成的锆石，Lu-Hf同位素体系一般会保持在封闭体系；而变质增生或新生锆石则可能受到Lu、Hf在锆石中的地球化学行为差异及变质流体活动性质的影响，出现176Lu/177Hf比值降低，176Hf/177Hf升高的现象(Zheng et al., 2005；郑永飞等，2007；陈道公等，2007)，即在变质作用过程中处于开放体系下，失去反映原岩性质的作用。为尽可能避免变质作用引起的Lu-Hf体系不确定性，激光剥蚀点均选择在那些锆石残留核外围、具有典型扇形结构或带状结构的变质重结晶边上，部分点位在具核-边结构比较模糊，自形程度较好的较完全变质重结晶锆石上。
总体上，21个测点得到的Hf同位素组成较一致(表 3)，176Hf/177Hf=0.282560~0.282663；176Lu/177Hf比值为0.000023~0.000095。以锆石残留核年龄t=730Ma代入计算的εHf(t)值变化于+8.6~+12.2(图 7a)，Hf单阶段亏损地幔模式年龄tDM(Hf)=867±43Ma(图 7b)。
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表 3 榴闪岩变质重结晶锆石Lu-Hf同位素特征 Table 3 Isotopic features of Lu-Hf from recrystallized zircons in garnet amphibolite |
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图 7 松树沟榴闪岩中变质重结晶锆石εHf特征(a)和锆石模式年龄分布频率(b) Fig. 7 εHf features(a) and frequency diagram of tDM(Hf)(b)of recrystallized zircons in garnet amphibolite |
(1) 出露在近邻朱阳关-夏馆断裂带南侧的秦岭群片麻岩中，呈透镜状的含超高压变质特征矿物金刚石的榴辉岩(杨经绥，2002)，指示了秦岭岩群北带高压-超高压岩石的存在。在秦岭岩群南带的松树沟一带，也广泛出露多种高压-超高压变质的基性和长英质麻粒岩。Liu et al.(2003) 曾在松树沟长英质麻粒岩的石榴石中发现大量的金红石+磷灰石+石英矿物出溶晶片，认为其峰期压力达到7GPa以上。在松树沟榴闪岩中，虽然还未发现直接的高压-超高压变质作用的矿物学证据，但刘良和周鼎武等(1994) 研究的残存高压基性麻粒岩，Zhang(1999) 依据单斜辉石+斜长石嵌晶恢复的早期绿辉石组分，Bader et al.(2012) 根据相平衡计算获得的~ 520℃/2.5GPa的峰期变质条件，均表明了高压变质作用的存在。显然，这样的压力条件是接触热变质无法达到的。
通常认为，矿物中的包裹体(原生成因包裹体)是寄主矿物结晶时捕获了成岩/成矿物质而形成的，包裹体形成后其内部物质不能外溢，外部物质也不能入侵，成为一个独立的地球化学系统而保存至今(卢焕章等，1990)，因而锆石作为变质岩中常见的副矿物和存储变质矿物的最好“容器”，常可结合其中的包裹体组合及年代学分析，精确限定岩石的变质特征(Ye et al., 2000；Rubatto，2002；Liu et al., 2012)。本文利用激光拉曼探针在榴闪岩的变质锆石中发现了斜长石、辉石、石榴石、石英、榍石、磷灰石等矿物包裹体，尤其是矿物组合Grt+Cpx+Pl的出现，与岩石中观察到的高压矿物组合Grt+Cpx+Pl一致，结合前述变质锆石与石榴石和斜长石平衡共生的情况，推测该类锆石是榴闪岩高压麻粒岩相阶段的结晶产物。单斜辉石+斜长石嵌晶结构常被作为绿辉石从榴辉岩相向高压麻粒岩相退变时分解的产物(Zhang，1999；Zhao et al., 2001)，结合Zhang(1999) 和Bader et al.(2012) 的研究，本文不排除岩石早期存在榴辉岩相变质的可能。
(2) 锆石的LA-ICP-MS原位U-Pb定年的两组数据分别给出了锆石残留核年龄(729±24Ma)和变质锆石年龄(496±9.1Ma)，相应的稀土元素特征也明显不同(图 4)。通常认为，相对于岩浆成因的锆石，变质成因锆石具更低的Th、U、REE和HREE含量以及更低的Th/U和(Yb/Gd)N比值。本文得到的两类锆石稀土元素特征，虽然也符合上述规律，但其中被认为是高压麻粒岩相条件下生长的变质锆石在重稀土上平坦或略显富集，区别于典型的和石榴石平衡共生的锆石特征(吴元保和郑永飞，2004)。这可能与其生长时特殊的平衡共生矿物类型有关，或是由于锆石变质重结晶过程处于开放体系中(Rubatto，2002)。若考虑是变质锆石生长阶段的平衡共生矿物类型引起了其重稀土的略富集特征，则最可能的影响来自角闪石。翟淳等(1999) 在豫南基性高压麻粒岩中，发现大量以石榴石包裹体形式产出的富Ti、Na和Al的角闪石，共生矿物包括石榴石、单斜辉石和斜长石，估计压力可达1.60~2.00GPa，表明基性岩石在高压麻粒岩相条件下也可以有角闪石的生长。研究表明，角闪石中的稀土元素具有轻稀土相对富集、重稀土相对亏损右倾的配分特征(赖绍聪等，2002；胡恭任和于瑞莲，2004)。若封闭体系条件下的锆石与石榴石、角闪石同时平衡共生，重稀土可能会首先通过石榴石和角闪石形成互补，致使锆石的重稀土以图 4的形式出现。
如前所述，在北秦岭南部松树沟与北部官坡一带分布多种类型的峰期变质年龄为500Ma左右的高压-超高压岩石(刘良和周鼎武, 1994, 刘良等, 2003, 2013；胡能高等，1997；杨经绥等，2002；Liu et al., 2010；张建新等，2011)，松树沟榴闪岩也同样记录了500Ma左右的这一期地质事件(刘良等，2003；刘军锋和孙勇，2005；李洪英等，2009；本文)。陈丹玲等(2004) 曾提出秦岭岩群南北两侧500Ma左右的高压-超高压变质事件，对应于早古生代时期秦岭古洋盆和二郎坪洋盆俯冲消减引发的微陆块之间或微陆块与岛弧地体之间陆壳双向深俯冲碰撞作用。新近，刘良等(2013) 综合区域地质资料和前人研究成果，初步提出北秦岭高压-超高压变质岩带的形成是商丹洋向北俯冲拖曳南秦岭新元古代陆壳物质在约500Ma发生陆壳俯冲深俯冲作用的产物。上述两个模型都表明松树沟榴闪岩496±9.1Ma的变质时代记录了一期与陆壳深俯冲相关的区域地质事件。本次研究还同时获得了锆石残留核729±24Ma左右的年龄，该值与李晔等(2012) 得到的榴闪岩外围斜长角闪岩锆石核部年龄787±16Ma接近。从松树沟榴闪岩锆石残留核的形态上分析，这些细小的残留核可能受到了后期变质作用的改造，所得的残留核年龄在一定程度上发生了变化，获得的年龄值通常小于其真实的结晶年龄(吴元保和郑永飞，2004)，因此这一残留核的年龄可限定松树沟榴闪岩原岩年龄的上限。
(3) 变质岩中锆石的Hf同位素研究可以为高压-超高压变质过程中锆石的Lu-Hf地球化学行为及高压-超高压变质原岩的性质和成因提供重要信息(陈道公等，2007)。一般认为，锆石晶格对Hf具有很高的容纳能力，而对Lu的容纳能力小，从而导致锆石中176Lu/177Hf比值较低，锆石形成后基本没有明显的放射成因Hf积累，因而其176Hf/177Hf比值可以代表锆石形成时岩石的Hf同位素组成(吴福元等，2007)。变质作用形成的锆石，176Lu/177Hf和176Hf/177Hf存在负相关关系，这一方面与高压-超高压变质作用导致的锆石中HREE含量下降，进而使变质锆石Lu含量显著下降有关，另一方面还与石榴石结晶或重结晶过程使变质锆石176Hf/177Hf比值升高有关，即所谓的“石榴石效应”(Hoskin and Black, 2000；Wang and Griffin, 2004；Zheng et al., 2005)。本文数据显示，榴闪岩变质重结晶锆石具有较低的Lu/Hf比值(0.000023~0.000095)，176Lu/177Hf和176Hf/177Hf之间为明显负相关关系(表 3)，进一步表明松树沟榴闪岩变质锆石与石榴石平衡共生。
松树沟榴闪岩的变质重结晶锆石具有较一致的Lu-Hf同位素组成，εHf(t)集中于8.6~12.2，单阶段Hf模式年龄为867±43Ma，属新元古代早期。在多数情况下，变质重结晶锆石的Lu-Hf同位素体系尤其是Hf同位素组成与残留岩浆锆石相似，可用来反映原岩信息(陈道公等，2007)，但变质重结晶作用对锆石的Hf同位素组成也存在微小程度的改造，当变质重结晶作用较为强烈时，可能会出现略偏高的εHf(t)值和略年轻的tDM(Hf)(Zheng et al., 2005；郑永飞等，2007)。从形态上分析，松树沟榴闪岩中锆石的变质重结晶作用较明显(图 3)，不排除其Hf同位素受到后期影响的可能性。因此，此处得到的松树沟榴闪岩变质重结晶锆石Hf模式年龄可能代表了亏损地幔析出年龄的上限(陈道公等，2007)，即榴闪岩原岩物质脱离亏损地幔的时代不晚于867±43Ma。前人曾利用不同的方法研究松树沟镁铁-超镁铁岩的原岩时代，得到了镁铁质岩石1030±46Ma 的Sm-Nd全岩等时线年龄(董云鹏等，1997c)和973±35Ma的锆石U-Pb年龄(Liu et al., 2004)，超镁铁质岩的Sm-Nd矿物等时线年龄则为1084±73Ma(陆松年等，2004)。综上所述，可认为松树沟榴闪岩是早期(中元古代晚期—新元古代早期)侵位的岩石受到早古生代高压-超高压区域变质作用的产物。
6 结论通过对松树沟榴闪岩岩相学、锆石U-Pb定年、锆石稀土配分模式、矿物包裹体和Lu-Hf同位素特征等综合研究，结合其野外地质产状和前人研究成果，表明松树沟榴闪岩不是由松树沟超镁铁岩侵入到围岩接触热变质形成，其变质锆石生长于高压麻粒岩相变质阶段，不排除早期存在榴辉岩相变质的可能性，所获496±9.1Ma的变质时代记录了一期与陆壳深俯冲相关的区域地质事件。榴闪岩中锆石残留核的年龄指示该榴闪岩的原岩年龄上限为729Ma。榴闪岩变质重结晶锆石的Hf模式年龄和正的εHf值表明岩石的原岩脱离亏损地幔的时代不晚于867±43Ma。因此，松树沟榴闪岩是早期(中元古代晚期-新元古代早期)侵位的岩石受到早古生代高压-超高压区域变质作用的产物。
致谢 感谢吴腾飞、韩赛、谭清海、陈淼、郭彩莲在野外过程中给予的热心帮助;感谢廖小莹在矿物成分分析上的帮助。成文过程中与魏春景教授和Thomas Bader博士进行了有益探讨，审稿老师和编辑同志提出了重要的修改意见，在此一并致以衷心的感谢。| [] | An SY, Wang DR, Su CQ. 1985. Reconstruction of the protoliths and polyphase metamorphism of the amphibolite series of the Qinling Group in Shangnan, Shaanxi. Regional Geology of China(13): 159–170. |
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