秦岭造山带自新元古代以来经历了长期的多阶段演化过程和复杂的构造热历史，以商丹缝合带为界分为南秦岭和北秦岭(Wu and Zheng, 2013; Dong and Santosh, 2016)。对于北秦岭造山带早古生代商丹洋(西段称为天水-武山洋)俯冲、闭合及其碰撞造山作用的构造演化的研究，更多的资料集中在蛇绿岩、岛弧火山岩及其深成侵入体(Dong et al., 2011a; Dong and Santosh, 2016)，而变质岩的记录则更多的集中在北秦岭造山带的东段。已发现的高压-超高压岩石主要分布在北秦岭造山带东段的官坡-松树沟地区的秦岭岩群中，岩石组合包括榴辉岩、退变榴辉岩、高压基性麻粒岩和超高压泥质片麻岩，其峰期变质年龄多集中在510~485Ma(杨经绥等, 2002; 苏犁等, 2004; 陈丹玲和刘良, 2011; 张建新等, 2011; Liu et al., 2016)，可能代表早古生代早期的一期与大陆俯冲作用有关的变质作用(Wu and Zheng, 2013)；区域上还分布着具有“巴罗式”变质作用特征中低压麻粒岩-角闪岩相变质作用，变质年龄为440~400Ma(张建新等, 2011; 向华等, 2014)，与区域上的岛弧岩浆作用时代一致(王涛等, 2009)，显示这一期变质作用可能形成于商丹洋壳北向俯冲所导致的增生造山过程中(向华等, 2014)。相比之下，北秦岭造山带西段天水-武山一带变质岩的报道较少，限制了对该地区构造背景和变质演化历史的认识。另外，在北秦岭造山带这样的显生宙造山带中仍然存在一些新元古代构造热事件的信息，大多数集中在晋宁期，可与格林威尔期全球性Rodinia超大陆的汇聚事件对比(陆松年等, 2005; 王涛等, 2005; 裴先治等, 2007a)；相对于新元古代汇聚构造岩浆热事件的记录，随后的裂解构造岩浆热事件的记录明显偏少，关于新元古代裂解事件的报道多数集中在北秦岭造山带的东部、南秦岭造山带和扬子板块北缘(陆松年等, 2003)，同样限制了对该地区新元古代构造演化史的认识。

最近，在位于天水-武山地区北秦岭造山带西段南缘发现一套石榴石单辉麻粒岩，经过对锆石U-Pb年龄的分析，发现其锆石具有明显的核-边结构，且分别记录了新元古代和古生代两期构造热事件。本文首次报道了该地区发现的石榴石单辉麻粒岩，并(1)确定其变质峰期的温压条件及其年龄；(2)恢复其原岩性质、形成时代和成因，试图通过探讨该岩石成岩过程中及后期变质作用的构造动力学背景，为全面深入认识西秦岭地区在新元古代和早古生代的构造演化提供重要依据。

北秦岭造山带从东到西延伸超过1000km，南北两侧分别以商丹缝合带和洛南-栾川断裂为界(图 1a)。北秦岭造山带的东部一直是北秦岭造山带研究的经典区域，并且已取得了较多的成果，自北向南可分为宽坪群、二郎坪群、秦岭群和商丹缝合带(Zhang et al., 2015)。宽坪群由一套强烈变形的，变质到高绿片岩相-低角闪岩相的碎屑岩和基性火山岩组成，最新的研究表明其可能是由不同时代、不同背景的岩石单元组成的一个构造混杂岩体(陈丹玲等, 2015及其参考文献)；二郎坪群和商丹缝合带分别代表两条早古生代蛇绿混杂岩带(Dong et al., 2011b)；秦岭群为前寒武纪结晶基底，被新元古代花岗片麻岩和早古生代岛弧-碰撞型岩浆侵入。早古生代岩浆作用表现出的三个峰值分别为~500Ma，~452Ma和~420Ma，分别对应高压-超高压变质作用、退变麻粒岩相变质作用和角闪岩相变质作用(Zhang et al., 2015)。研究区域位于天水-武山一带，被认为是北秦岭造山带的西延部分。总结前人的研究，本文大致将该区域分为四个构造单元(图 1b)，自南向北分别为：舒家坝陆缘残余海盆沉积、天水-武山俯冲增生杂岩带、秦岭弧变质-岩浆增生杂岩带和清水-张家川弧后杂岩带(Mao et al., 2017)。

图 1

Fig. 1

图 1 秦岭造山带地质略图(a, 据Dong et al., 2011a修改)和西秦岭造山带北缘天水-武山地区地质图(b, 据裴先治等, 2009修改) Fig. 1 Geological map of the Qinling Orogen (a, modified after Dong et al., 2011a) and geological map of the northern margin of the West Qinling Orogen in the Tianshui-Wushan area (b, modified after Pei et al., 2009)

舒家坝陆缘残余海盆沉积岩系主要为一套浅变质的陆缘碎屑沉积地层，主要包括太阳寺组、舒家坝组和大草滩群。太阳寺组为前陆盆地沉积碎屑岩系，形成时代为志留纪，沉积时代下限为426~420Ma(陈伟男等, 2014; 刘图杰等, 2014)；舒家坝组是一套具有类复理石沉积特征的碎屑岩夹微量碳酸盐岩岩系，最小锆石记录为409Ma，结合古生物资料将其时代限定在中泥盆世(王元元等, 2014)；晚泥盆世大草滩群是具有磨拉石特点的河湖相粗碎屑岩系，是弧(微陆)陆碰撞后，洋壳持续俯冲阶段的弧前沉积体系，碎屑锆石将大草滩群的最大沉积时代有效地限定在405~375Ma之间(陈义兵等, 2010)。

天水-武山俯冲增生杂岩与北部的秦岭群以断层接触，与南侧的志留-泥盆纪残余海盆沉积岩系以韧性剪切带接触，主要由蛇绿岩残片和岛弧火山-沉积岩系(李子园群)组成。蛇绿岩残片主要位于岛弧火山-沉积岩系北侧，代表古洋壳残片，包括关子镇蛇绿岩和武山蛇绿岩，形成时代为534~489Ma(李王晔, 2008; 裴先治等, 2007b; Song et al., 2017; Yang et al., 2018)；李子园群主要是一套浅变质火山-沉积岩系，部分岛弧火山岩具有典型玻安岩的特征，表明其形成环境为与岛弧相关的弧前环境(裴先治等, 2006; Yang et al., 2018)。

秦岭弧变质-岩浆增生杂岩带与北侧的弧后杂岩带以韧性剪切带接触，主要包括高程度变质的秦岭群、新元古代片麻岩和早古生代深成侵入岩体。新元古代正片麻岩原岩的形成时代为950~850Ma(陆松年等, 2005; 裴先治等, 2007a)；中基性岛弧火山岩的形成时代为472~456Ma(闫全人等, 2007; 王洪亮等, 2007)；早古生代深成侵入岩体的形成时代为449~434Ma，为俯冲-碰撞成因(丁仨平, 2008; 高景民, 2013)。

清水-张家川弧后杂岩带位于宝鸡-天水断裂的北部，包括前寒武基底、中基性-中酸性火山岩和中酸性深成侵入体。基性火山岩形成于443Ma(何世平等, 2007)；中酸性火山岩的形成时代为448~447Ma(李王晔, 2008)；中酸性深成侵入岩体的形成时代为454~434Ma，构造背景为岛弧相关或者弧后拉张环境(Zhang et al., 2006; 魏方辉等, 2012)。

本文研究的石榴石单辉麻粒岩主要以透镜状构造岩片的形式出露于秦岭岩群南侧的李子园地区，围岩是李子园群浅变质火山-沉积岩系(图 1b)。李子园群主要由变沉积岩和变火山岩组成，沉积岩由变质碎屑岩和碳酸盐组成，基本上已经片岩化，主要的岩石类型为黑云母石英片岩；变质火山岩呈透镜体或者夹层状产出，大部分已经变质成为绿片岩或斜长角闪岩，主要岩石类型包括绿帘绿泥钠长片岩和绿泥绢云母石英片岩。石榴石单辉麻粒岩外观上为灰绿色夹红色斑点，中粗粒不等粒粒状变晶结构，条带状构造。

矿物电子探针的分析在北京大学教育部与地壳演化重点实验室完成，电子探针的型号为JXA-8100，实验条件为束流10nA，束斑直径为1~2μm(云母类为5μm)。每种元素包含15~20s的计数时间和5s的背景计数时间。采用PRZ方法修正，标样为美国SPI公司的53种矿物。主要矿物电子探针成分见表 1、表 2、表 3。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 李子园石榴石单辉麻粒岩中单斜辉石EMPA成分数据(wt%) Table 1 Microprobe analysis (wt%) for clinopyroxene of Liziyuan Grt-Cpx granulite 测点号 SiO2 TiO2 Al2O3 Cr2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O NiO Total Wo En Fs T15-20-01 52.32 0.00 0.47 0.05 13.14 0.39 10.08 23.90 0.16 0.01 0.13 100.7 0.493 0.289 0.218 T15-20-02 52.25 0.05 0.33 0.01 11.00 0.63 10.92 23.80 0.19 0.01 0.00 99.2 0.495 0.316 0.189 T15-20-03 51.14 0.09 1.17 0.00 13.33 0.51 10.14 22.47 0.33 0.00 0.06 99.3 0.474 0.298 0.228 T15-20-04 51.30 0.07 1.30 0.00 13.63 0.39 9.71 22.30 0.40 0.04 0.01 99.2 0.477 0.289 0.234 T15-20-05 51.90 0.04 1.09 0.05 12.35 0.41 10.47 22.76 0.31 0.02 0.07 99.5 0.481 0.308 0.211 T15-20-06 51.09 0.09 1.30 0.07 12.95 0.29 10.14 22.84 0.34 0.00 0.03 99.1 0.483 0.298 0.219 T15-20-07 50.76 0.03 1.23 0.03 14.58 0.43 9.62 22.17 0.34 0.02 0.00 99.2 0.469 0.283 0.248 T15-20-08 51.30 0.13 0.61 0.07 13.42 0.50 9.81 23.00 0.23 0.00 0.00 99.1 0.484 0.287 0.229 T15-20-09 51.19 0.09 1.18 0.11 14.32 0.44 9.34 22.72 0.36 0.00 0.00 99.7 0.481 0.275 0.244 T15-20-10 50.66 0.06 1.30 0.02 13.24 0.42 9.90 22.55 0.30 0.02 0.01 98.5 0.480 0.293 0.227 T15-20-11 51.75 0.07 0.83 0.00 10.94 0.16 11.39 23.53 0.28 0.00 0.00 98.9 0.490 0.330 0.180 T15-20-12 51.63 0.01 0.66 0.02 12.31 0.34 10.45 22.73 0.22 0.00 0.05 98.4 0.482 0.308 0.209 T15-20-13 52.45 0.05 1.14 0.00 9.83 0.37 12.25 22.78 0.43 0.00 0.00 99.3 0.477 0.357 0.166 T15-20-14 51.91 0.11 1.56 0.01 10.42 0.31 11.86 22.84 0.40 0.02 0.01 99.4 0.479 0.345 0.176 T15-20-15 51.82 0.10 1.28 0.00 11.69 0.36 11.23 22.75 0.38 0.00 0.00 99.6 0.476 0.327 0.197 T15-20-16 52.16 0.03 0.56 0.03 13.15 0.53 9.92 23.58 0.20 0.00 0.00 100.2 0.491 0.287 0.222 T15-20-17 51.29 0.10 0.77 0.03 12.63 0.40 10.28 23.70 0.25 0.00 0.00 99.5 0.492 0.297 0.211 T15-20-18 51.85 0.11 0.81 0.03 11.48 0.35 10.87 23.33 0.23 0.00 0.00 99.1 0.489 0.317 0.194 T15-20-19 51.41 0.03 0.70 0.08 11.87 0.31 10.98 23.61 0.18 0.00 0.05 99.2 0.488 0.316 0.197 T15-20-20 51.27 0.05 0.82 0.08 13.58 0.45 9.78 23.10 0.21 0.00 0.07 99.4 0.485 0.285 0.230 T15-20-21 51.79 0.01 0.70 0.08 12.14 0.31 10.78 23.17 0.20 0.01 0.04 99.2 0.484 0.313 0.203 T15-20-22 51.61 0.13 0.87 0.04 12.68 0.43 10.33 22.52 0.28 0.00 0.03 98.9 0.478 0.305 0.217

表 1 李子园石榴石单辉麻粒岩中单斜辉石EMPA成分数据(wt%) Table 1 Microprobe analysis (wt%) for clinopyroxene of Liziyuan Grt-Cpx granulite

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 李子园石榴石单辉麻粒岩中石榴石EMPA成分数据(wt%) Table 2 Microprobe analysis (wt%) for garnet of Liziyuan Grt-Cpx granulite 测点号 SiO2 TiO2 Al2O3 Cr2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O NiO Total Grs Prp Alm Sps T15-20-01 37.53 0.04 20.87 0.07 24.30 2.22 2.87 11.50 0.04 0.00 0.00 99.4 0.329 0.114 0.506 0.050 T15-20-02 37.68 0.07 20.55 0.06 23.94 2.07 2.48 11.99 0.08 0.00 0.00 98.9 0.343 0.099 0.511 0.047 T15-20-03 37.72 0.07 20.32 0.02 24.51 2.62 2.27 11.70 0.00 0.00 0.01 99.2 0.332 0.090 0.520 0.059 T15-20-04 37.61 0.05 20.46 0.03 24.14 2.42 2.36 11.74 0.02 0.00 0.02 98.9 0.335 0.094 0.517 0.055 T15-20-05 37.51 0.15 20.51 0.07 23.50 2.33 2.16 12.33 0.00 0.00 0.02 98.6 0.351 0.086 0.511 0.052 T15-20-06 37.92 0.07 20.36 0.02 24.52 2.07 2.55 11.66 0.06 0.00 0.06 99.3 0.331 0.101 0.522 0.046 T15-20-07 37.55 0.04 20.74 0.10 23.92 2.89 2.26 11.33 0.00 0.01 0.00 98.9 0.323 0.090 0.522 0.065 T15-20-08 36.96 0.15 20.65 0.03 24.57 1.53 2.23 12.07 0.00 0.00 0.03 98.2 0.349 0.090 0.527 0.035 T15-20-09 37.29 0.12 20.39 0.00 24.71 1.99 2.26 11.95 0.04 0.02 0.00 98.8 0.344 0.090 0.520 0.045 T15-20-10 37.23 0.02 20.51 0.00 24.80 2.32 1.93 11.91 0.02 0.00 0.00 98.7 0.343 0.078 0.526 0.053 T15-20-11 37.49 0.03 20.31 0.09 24.45 2.93 1.89 11.70 0.02 0.00 0.07 99.0 0.335 0.075 0.524 0.066 T15-20-12 37.21 0.12 20.58 0.06 24.49 2.55 2.01 11.90 0.01 0.00 0.01 98.9 0.342 0.081 0.519 0.058 T15-20-13 37.39 0.04 20.14 0.00 24.51 2.71 1.77 11.96 0.01 0.00 0.00 98.5 0.343 0.070 0.525 0.062 T15-20-14 37.29 0.11 20.51 0.00 24.14 2.96 2.07 12.04 0.00 0.01 0.00 99.1 0.346 0.083 0.505 0.067 T15-20-15 37.16 0.12 20.46 0.00 24.55 5.84 1.50 9.60 0.04 0.00 0.00 99.3 0.277 0.060 0.529 0.133 T15-20-16 37.29 0.07 20.40 0.01 24.63 3.28 1.89 11.01 0.02 0.00 0.04 98.6 0.316 0.076 0.533 0.075 T15-20-17 37.51 0.04 20.45 0.02 24.79 2.59 2.25 11.36 0.00 0.01 0.01 99.0 0.325 0.089 0.528 0.058 T15-20-18 37.64 0.06 20.47 0.03 24.40 2.69 2.18 11.62 0.01 0.01 0.00 99.1 0.331 0.086 0.522 0.061 T15-20-19 36.86 0.05 20.39 0.04 24.97 2.70 2.17 11.30 0.01 0.01 0.04 98.5 0.329 0.088 0.521 0.062

表 2 李子园石榴石单辉麻粒岩中石榴石EMPA成分数据(wt%) Table 2 Microprobe analysis (wt%) for garnet of Liziyuan Grt-Cpx granulite

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 李子园石榴石单辉麻粒岩中斜长石EMPA成分数据(wt%) Table 3 Microprobe analysis (wt%) for plagioclase of Liziyuan Grt-Cpx granulite 测点号 SiO2 TiO2 Al2O3 Cr2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O NiO Total An T15-20-01 57.82 0.06 26.54 0.04 0.00 0.01 0.02 8.37 6.87 0.10 0.03 99.9 0.402 T15-20-02 58.35 0.00 25.76 0.05 0.04 0.01 0.00 8.02 7.17 0.10 0.01 99.5 0.382 T15-20-03 57.80 0.04 27.04 0.00 0.04 0.00 0.00 9.16 6.61 0.15 0.00 100.8 0.434 T15-20-04 57.87 0.00 26.07 0.04 0.03 0.00 0.00 8.54 7.13 0.10 0.00 99.8 0.398 T15-20-05 58.38 0.00 25.81 0.00 0.17 0.00 0.00 8.00 7.07 0.17 0.00 99.6 0.385 T15-20-06 58.43 0.01 25.59 0.04 0.07 0.00 0.00 7.63 7.23 0.10 0.00 99.1 0.368 T15-20-07 58.71 0.00 25.83 0.01 0.15 0.00 0.00 8.00 7.02 0.06 0.02 99.8 0.387 T15-20-08 57.87 0.00 25.83 0.04 0.07 0.00 0.00 8.51 7.02 0.11 0.05 99.5 0.401 T15-20-09 58.10 0.00 26.09 0.01 0.03 0.01 0.00 8.04 7.04 0.16 0.02 99.5 0.387 T15-20-10 58.35 0.04 25.72 0.00 0.07 0.02 0.01 7.90 6.87 0.12 0.00 99.1 0.388 T15-20-11 58.28 0.00 25.87 0.03 0.04 0.00 0.00 8.17 7.17 0.12 0.00 99.7 0.386 T15-20-12 58.51 0.00 25.87 0.06 0.05 0.00 0.01 7.88 6.92 0.15 0.01 99.5 0.386 T15-20-13 58.47 0.05 25.72 0.02 0.04 0.05 0.02 7.69 7.22 0.13 0.00 99.4 0.370 T15-20-14 58.71 0.02 25.33 0.00 0.00 0.00 0.00 7.35 7.62 0.15 0.02 99.2 0.348

表 3 李子园石榴石单辉麻粒岩中斜长石EMPA成分数据(wt%) Table 3 Microprobe analysis (wt%) for plagioclase of Liziyuan Grt-Cpx granulite

石榴石单辉麻粒岩未保留原始的岩浆结构，矿物组合主要为石榴石(20%~25%)、单斜辉石(20%~25%)、石英(15%~20%)、角闪石(10%~15%)、斜长石(8%~15%)、绿泥石(5%~10%)和绿帘石(5%~10%)，含有少量榍石和钛铁矿(~3%~5%)，副矿物主要为锆石和磷灰石(图 2a-c)。石榴石为直径为0.5~3mm的自形变斑晶，呈筛状结构，包括石英、长石、榍石和钛铁矿等多种矿物包裹体(图 2d)；辉石主要以单斜辉石为主，未见斜方辉石，单斜辉石的边部被角闪石、绿帘石和绿泥石等矿物包围，为后期退变质作用的产物(图 2a)；长石以斜长石为主，微斜长石的含量极少，长石多发生了高岭土化；角闪石主要分为两种，一种为与石榴石和单斜辉石共生的棕色自形角闪石(图 2b)，另外一种为分布在矿物边缘的绿色他形角闪石；榍石颗粒较大，较大的榍石颗粒内部包裹体可见钛铁矿，因此榍石有一部分可能在退变质阶段反应形成；绿泥石和绿帘石多数以他形出现在石榴石和单斜辉石的边部，为后期退变质阶段的产物。上述结构表明，李子园麻粒岩至少经历了两个变质阶段：峰期麻粒岩阶段，矿物组合为石榴石+单斜辉石+石英+斜长石+角闪石±钛铁矿；退变角闪岩相阶段，矿物组合为角闪石+绿帘石+绿泥石+榍石±钛铁矿。

图 2

Fig. 2

图 2 李子园石榴石单辉麻粒岩显微照片和BSE照片 (a-c)石榴石单辉麻粒岩中的高压麻粒岩相的矿物组合：石榴石+单斜辉石+斜长石+角闪石+石英±钛铁矿；绿泥石和绿帘石分布在石榴石和单斜辉石边部，为退变质阶段的产物；(d)石榴石BSE图像，石榴石呈筛状，内部包裹体矿物为石英、斜长石、榍石和钛铁矿.Grt-石榴石；Cpx-单斜辉石；Pl-斜长石；Qtz-石英；Chl-绿泥石；Amp-普通角闪石；Spn-榍石；Ilm-钛铁矿 Fig. 2 Microphotographs and BSE images of Liziyuan Grt-Cpx granulite (a-c) mineral assemblages of high-pressure granulite facies retained in Grt-Cpx granulite: garnet+clinopyroxene+plagioclase+amphibole+quartz ± ilmenite; chlorites and epidote appearing on the margins of garnet and clinopyroxene is the products in the retrograde metamorphic stage; (d) BSE image of sieved garnet with inclusions of quartz, plagioclase, sphene and ilmenite

电子探针结果显示(表 1、表 2、表 3)，石榴石主要由铁铝榴石(Alm=50.5~53.3)和钙铝榴石(Grs=31.6~35.1)组成，镁铝榴石(Prp)和锰铝榴石(Sps)相对较少，含量分别为6~11.4和3.5~11.3，不具有明显的成分环带；单斜辉石的成分主要是透辉石(Wo=46.9~49.5，En=27.5~35.7，Fs=16.6~24.8)；斜长石主要为中长石(An=35~43)，并且从核部到边部An值显示增加的特征。

全岩主微量元素分析在中国地质大学(北京)地学实验中心完成。主量元素的分析利用等离子体发射光谱仪(ICP-OES)完成；微量元素由等离子体质谱仪(ICP-MS)进行测定。运用国家标样AGV-2、GRS-1、GRS-3进行数据质量监控，其中主量元素的精度优于1%(除了TiO₂(~1.5%)和P₂O₅(~1.5%))；微量元素除Gd和Ta(10%~15%)外，大部分元素的精度优于5%。样品前处理和详细分析流程见Song et al. (2010)。7个石榴石单辉麻粒岩样品的主微量元素分析结果见表 4。

表 4

Table 4

表 4(Table 4)

表 4 李子园石榴石单辉麻粒岩主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析结果 Table 4 Major (wt%) and trace elements (×10-6) of Liziyuan Grt-Cpx granulite 样品号 TS15-15 TS15-16 TS15-17 TS15-18 TS15-19 TS15-20 TS15-21 SiO2 54.98 59.46 55.06 55.25 57.67 54.15 57.20 TiO2 1.12 1.00 1.25 1.14 1.11 1.50 1.24 Al2O3 13.63 11.53 12.56 14.42 12.27 11.56 12.35 Fe2O3T 7.51 6.05 8.18 8.04 6.98 7.64 7.19 MnO 0.26 0.19 0.31 0.19 0.20 0.33 0.30 MgO 4.40 3.42 4.13 4.63 4.34 3.91 3.95 CaO 9.26 9.83 12.27 7.82 8.82 13.91 8.89 Na2O 1.98 2.49 1.63 2.23 1.90 1.80 2.55 K2O 4.20 2.21 1.65 3.53 3.61 1.34 3.05 P2O5 0.25 0.20 0.28 0.24 0.22 0.30 0.24 LOI 1.76 2.15 2.12 1.68 1.69 3.20 1.89 Total 99.34 98.53 99.45 99.18 98.80 99.64 98.86 A/CNK 0.75 0.91 1.42 0.93 0.80 1.20 0.90 Mg# 58 57 54 57 59 54 56 Li 16.88 16.13 18.18 36.28 10.79 5.30 9.80 Sc 20.70 15.37 18.17 19.63 16.78 16.26 15.34 V 153.2 134.3 151.3 180.2 148.0 147.8 143.6 Cr 86.74 75.42 101.12 92.86 84.30 92.66 77.80 Co 21.02 18.90 22.02 27.50 20.76 18.19 18.34 Ni 58.60 47.92 53.46 68.94 55.56 37.92 43.68 Cu 24.24 19.85 108.1 117.6 60.94 41.04 30.98 Zn 124.5 107.4 127.1 154.8 118.2 114.5 97.64 Ga 16.73 15.66 16.97 21.08 15.72 14.46 13.58 Rb 156.8 83.76 53.12 135.4 135.4 36.94 106.9 Sr 304.8 298.4 334.4 301.2 267.6 347.2 245.4 Y 36.00 28.18 34.32 38.18 33.58 33.42 26.80 Zr 201.8 184.5 216.2 214.0 175.7 270.6 220.4 Nb 8.81 20.30 11.55 16.59 23.18 24.68 19.65 Cs 1.26 0.85 0.81 1.48 1.15 1.04 0.91 Ba 907.0 781.0 431.8 963.2 771.8 418.8 733.6 La 28.92 23.32 28.96 36.26 28.22 33.12 29.90 Ce 62.22 48.38 59.70 74.88 58.94 69.58 62.76 Pr 7.39 5.81 7.16 8.75 7.03 8.45 7.50 Nd 28.30 22.90 28.24 33.48 27.46 33.74 29.32 Sm 5.89 4.83 5.93 6.78 5.77 7.18 6.06 Eu 1.60 1.38 1.53 1.72 1.47 1.85 1.62 Gd 5.82 4.81 5.86 6.65 5.74 7.01 5.81 Tb 0.86 0.70 0.85 0.96 0.84 1.02 0.84 Dy 5.46 4.38 5.29 5.98 5.29 6.21 5.12 Ho 1.11 0.87 1.05 1.20 1.05 1.21 1.00 Er 3.46 2.57 3.09 3.60 3.14 3.52 2.94 Tm 0.51 0.36 0.43 0.52 0.44 0.50 0.41 Yb 3.45 2.37 2.86 3.43 2.87 3.31 2.69 Lu 0.50 0.34 0.40 0.49 0.40 0.48 0.39 Hf 4.70 4.19 4.95 5.10 4.21 6.82 5.58 Ta 0.47 1.14 0.50 0.93 1.44 1.67 1.62 Pb 13.41 14.08 23.22 21.38 15.60 23.76 14.16 Th 9.07 5.71 7.03 10.19 7.23 8.36 7.92 U 2.12 1.65 1.93 2.53 2.14 2.59 2.19 注：Mg#=100×Mg2+/(Mg2++Fe2+)，Fe2O3T表示全铁

表 4 李子园石榴石单辉麻粒岩主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析结果 Table 4 Major (wt%) and trace elements (×10-6) of Liziyuan Grt-Cpx granulite

石榴石单辉麻粒岩的主量元素显示样品遭受了不同程度的蚀变(LOI=1.68%~3.20%)；干体系的主量元素组成为：SiO₂=56.15%~61.69%，TiO₂=1.04%~1.56%，Al₂O₃=11.96%~14.79%，Fe₂O₃^T=6.28%~8.41%，MgO=3.54%~4.75%，CaO=8.03%~14.43%，Na₂O=1.67%~2.63%，K₂O=1.39%~4.30%，P₂O₅=0.21%~0.31%，其中Mg^#=54~59，A/CNK=0.5~1.42，为准铝质；K₂O/Na₂O=0.74~2.12，为钾质。在Th-Co图上落入高钾钙碱性系列-橄榄粗玄岩系列的安山岩区域(图 3a)，在SiO₂-K₂O图解上样品分布在高钾钙碱性系列-橄榄粗玄岩系列的区域(图 3b)。在球粒陨石标准化稀土图解中，样品明显富集LREE而亏损HREE [(La/Yb)_N=6.01~11.1]，Eu呈现轻微负异常(图 3c)。在原始地幔标准化微量元素图解中，该组样品呈现明显的Nb-Ta-Ti-P负异常(图 3d)。样品的微量元素分布型式与中上地壳相似(Rudnick and Gao, 2003)，表明石榴石单辉麻粒岩原岩的形成可能与中上地壳有关。

图 3

Fig. 3

图 3 李子园地区石榴石单辉麻粒岩的地球化学分类图解 (a) Th-Co图解；(b) SiO2-K2O图解；(c)球粒陨石标准化稀土图谱；(d)原始地幔标准化微量元素蛛网图.中、上地壳数据来自Rudnick and Gao (2003); 标准化值据Sun and McDonough (1989) Fig. 3 Geochemical discrimination diagram of Grt-Cpx granulites in the Liziyuan area (a) Th-Co diagram; (b) SiO2-K2O diagram; (c) chondrite-normalized REE pattern; (d) PM-normalized multi-elements pattern. Middle-upper crust data from Rudnick and Gao (2003); normalization values from Sun and McDonough, 1989

锆石阴极发光图像在北京大学物理学院完成；锆石U-Pb定年及微量元素分析测试在中国地质大学(北京)地学实验中心完成。锆石微量元素含量以NIST SRM610和NIST SRM612为监控标样，Si含量为内标计算。U-Pb年龄计算以锆石标样91500(Wiedenbeck et al., 1995)的同位素比值进行校正，锆石标样Qinghu(160Ma, 李献华等, 2013)作为监控标样。详细分析步骤见Song et al. (2010)。普通铅校正采用Andersen (2002)的方法。数据处理采用为ISOPLOT(Ludwig, 2003)。同位素比值及年龄误差均为1σ。

阴极发光图像显示石榴石单辉麻粒岩中的锆石发育明显的核-边结构。锆石的外层发育有CL强度较高的白色亮边，为变质增生边；锆石核部保留较为完整的岩浆锆石环带，显示出岩浆结晶锆石特征(图 4)。针对上述锆石CL图像特征，我们对该样品中锆石的核部和边部分别进行了20个点位的LA-ICP-MS定年测试(表 5、图 5)。运用25μm的束斑对锆石变质增生边进行分析，其中9颗边部结构较为均匀并且在锆石U-Pb谐和图解上获得的谐和年龄为384±1.6Ma(MSWD=0.83，图 5b)，Th的含量为2.7×10^-6~11.6×10^-6，U的含量为73×10^-6~442×10^-6，Th/U的比值变化范围是0.01~0.1(图 4、表 5)。运用36μm的束斑对岩浆环带较好的锆石核部进行测试。结果显示年龄较老的“捕获锆石”的谐和度较差，可能发生了Pb丢失，其中11个发育较好的岩浆生长韵律环带的锆石，在U-Pb谐和图解上获得的谐和年龄为796±2.2Ma(MSWD=1.05，图 5c)，Th的含量为34×10^-6~579×10^-6，U的含量为78×10^-6~657×10^-6，Th/U的比值变化范围是0.25~1.32(图 4)。年龄位于二者之间的锆石可能为变质增生边和岩浆锆石核部的混合年龄。锆石核部的微量元素分析表明，发育生长环带核部锆石的∑REE=483×10^-6~1160×10^-6，并且具有明显的正Ce异常(δCe=17.1~59.2)和负Eu异常(δEu=0.08~0.61)(图 5a)，显示出岩浆锆石的特征(Corfu, 2003)。

图 4

Fig. 4

图 4 李子园石榴石单辉麻粒岩锆石CL图像及Th/U比与年龄的关系 三角形图例代表锆石变质增生边年龄；正方形图例代表具岩浆环带的锆石核部；圆形图例为“捕获锆石”；菱形图例为变质增生边和岩浆锆石核部的混合年龄 Fig. 4 CL images and the relationship between Th/U ratios and ages of zircons from Liziyuan Grt-Cpx granulites The triangle legend represents zircon ages of metamorphic margins; the square legend represents the ages of zircon cores with magmatic oscillatory zoning; the circular legend represents "trapped zircon"; the rhombus legend represents the mixed zircon ages of metamorphic margins and magmatic cores

表 5

Table 5

表 5(Table 5)

表 5 李子园石榴石单辉麻粒岩LA-ICPMS锆石U-Pb分析结果 Table 5 LA-ICPMS U-Pb analytical data for zircons from Liziyuan Grt-Cpx granulite 测点号 Th U Pb Th/U 同位素比值 年龄(Age) (×10-6) 1σ 1σ 1σ 1σ 1σ 1σ T15-19-01 23 84 10 0.27 0.06315 0.00204 0.88109 0.02720 0.10117 0.00117 713 46 642 15 621 7 T15-19-02 18 137 11 0.13 0.07306 0.00176 0.74127 0.01648 0.07357 0.00082 490 84 455 13 448 5 T15-19-03 8 143 9 0.06 0.05740 0.00187 0.48818 0.01522 0.06167 0.00070 507 48 404 10 386 4 T15-19-04 4 442 27 0.01 0.05483 0.00114 0.46084 0.00883 0.06094 0.00062 405 25 385 6 381 4 T15-19-05 354 679 102 0.52 0.06900 0.00116 1.21428 0.01831 0.12761 0.00122 789 63 776 15 771 7 T15-19-06 97 269 42 0.36 0.08762 0.00163 1.53808 0.02574 0.12728 0.00130 1374 17 946 10 772 7 T15-19-07 8 123 8 0.06 0.05513 0.00207 0.46818 0.01685 0.06158 0.00078 417 58 390 12 385 5 T15-19-08 101 263 38 0.38 0.06714 0.00134 1.17891 0.02160 0.12732 0.00130 842 22 791 10 773 7 T15-19-09 12 118 8 0.10 0.05916 0.00271 0.50168 0.02223 0.06149 0.00083 573 73 413 15 385 5 T15-19-10 166 188 84 0.89 0.15754 0.00269 6.91558 0.10592 0.31829 0.00319 2138 58 1921 26 1727 17 T15-19-11 3 79 5 0.03 0.05469 0.00422 0.46516 0.03520 0.06167 0.00102 400 141 388 24 386 6 T15-19-12 6 109 7 0.05 0.05181 0.00342 0.43525 0.02824 0.06091 0.00087 277 123 367 20 381 5 T15-19-13 252 280 47 0.90 0.07707 0.00163 1.36563 0.02645 0.12848 0.00136 1123 22 874 11 779 8 T15-19-14 5 80 5 0.06 0.06916 0.00449 0.58319 0.03692 0.06115 0.00099 904 104 467 24 383 6 T15-19-15 9 127 8 0.07 0.05361 0.00261 0.45298 0.02142 0.06127 0.00084 355 82 379 15 383 5 T15-19-16 6 151 10 0.04 0.08848 0.00259 0.75532 0.02076 0.06190 0.00075 1210 71 527 14 383 4 T15-19-17 38 264 66 0.14 0.13777 0.00243 4.19832 0.06680 0.22096 0.00221 2199 15 1674 13 1287 12 T15-19-18 9 158 10 0.06 0.05826 0.00242 0.49587 0.01984 0.06171 0.00080 540 65 409 13 386 5 T15-19-19 5 73 5 0.07 0.05595 0.00415 0.47535 0.03465 0.06160 0.00098 450 135 395 24 385 6 T15-19-20 34 137 22 0.25 0.09672 0.00195 1.85239 0.03386 0.13887 0.00152 961 74 853 19 812 9 T15-19-21 65 87 16 0.75 0.06901 0.00139 1.42964 0.02694 0.15021 0.00151 899 23 901 11 902 8 T15-19-22 178 134 24 1.32 0.06634 0.00138 1.20390 0.02344 0.13159 0.00134 817 24 802 11 797 8 T15-19-23 304 298 46 1.02 0.06608 0.00108 1.10693 0.01665 0.12146 0.00114 809 17 757 8 739 7 T15-19-24 34 78 12 0.43 0.06670 0.00205 1.20412 0.03545 0.13090 0.00151 828 42 802 16 793 9 T15-19-25 80 131 20 0.62 0.07049 0.00161 1.27900 0.02760 0.13157 0.00135 943 28 836 12 797 8 T15-19-26 327 586 81 0.56 0.06351 0.00094 1.04842 0.01417 0.11970 0.00110 725 14 728 7 729 6 T15-19-27 55 221 31 0.25 0.06557 0.00134 1.18410 0.02276 0.13095 0.00132 793 24 793 11 793 8 T15-19-28 113 142 23 0.80 0.06586 0.00149 1.18787 0.02538 0.13079 0.00135 802 28 795 12 792 8 T15-19-29 243 208 37 1.17 0.06592 0.00121 1.19394 0.02035 0.13134 0.00129 804 20 798 9 796 7 T15-19-30 218 303 47 0.72 0.06581 0.00116 1.18878 0.01937 0.13099 0.00128 800 18 795 9 794 7 T15-19-31 90 101 15 0.89 0.06603 0.00190 1.09236 0.03025 0.11997 0.00131 807 40 750 15 730 8 T15-19-32 231 219 37 1.06 0.06692 0.00127 1.21160 0.02142 0.13129 0.00131 835 21 806 10 795 7 T15-19-33 335 278 47 1.20 0.06549 0.00121 1.14195 0.01970 0.12645 0.00124 790 20 773 9 768 7 T15-19-34 35 52 30 0.68 0.17722 0.00289 10.55572 0.15721 0.43191 0.00455 2431 44 2350 21 2258 22 T15-19-35 148 194 31 0.76 0.06833 0.00137 1.23674 0.02320 0.13125 0.00132 879 23 817 11 795 8 T15-19-36 130 248 79 0.52 0.10245 0.00151 3.84802 0.05160 0.27237 0.00255 1669 12 1603 11 1553 13 T15-19-37 88 217 25 0.40 0.06347 0.00139 0.89332 0.01846 0.10207 0.00104 724 27 648 10 627 6 T15-19-38 579 657 107 0.88 0.06596 0.00100 1.19370 0.01655 0.13124 0.00122 805 15 798 8 795 7 T15-19-39 109 140 60 0.77 0.13417 0.00201 6.33506 0.08601 0.34240 0.00328 2153 12 2023 12 1898 16 T15-19-40 294 319 52 0.92 0.06535 0.00120 1.18516 0.02022 0.13151 0.00130 786 20 794 9 796 7

表 5 李子园石榴石单辉麻粒岩LA-ICPMS锆石U-Pb分析结果 Table 5 LA-ICPMS U-Pb analytical data for zircons from Liziyuan Grt-Cpx granulite

图 5

Fig. 5

图 5 李子园石榴石单辉麻粒岩锆石U-Pb同位素分析结果(a)及锆石变质边部(b)和锆石岩浆核部(c) U-Pb同位素年龄结果 Fig. 5 U-Pb zircon age data (a), concordia diagram of U-Pb age data of zircon metamorphic rims (b) and of zircon magmatic cores (c) from Liziyuan Grt-Cpx granulite

锆石Hf同位素分析是在锆石U-Pb定年的基础上，参照锆石阴极发光图像，对发育岩浆环带的锆石核部原年龄分析位置附近进行测定，锆石原位微区Hf同位素测试是在中国地质调查局西安地质调查中心国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室利用Neptune型多接收等离子体质谱仪和Geolas Pro型激光剥蚀系统联用的方法完成的。测试束斑直径为44μm，激光剥蚀的样品气溶胶由氦气作为载气输送到质谱仪中进行测试，为了调节和提高仪器灵敏度，气路中引入了氩气和氮气。每分析10个样品测点分析一次锆石标准GJ-1作为监控，本次实验GJ-1的测试精准度为0.282030±40(2SE)。详细测试流程可参照侯可军等(2007)。

锆石Hf同位素的结果列于表 6。样品中锆石的¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf和¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf的比值范围分别为0.006685~0.051044和0.000136~0.001554，¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值均小于0.002，说明锆石形成后的放射性成因Hf的积累不明显，因而可用测定的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值代表其形成的Hf同位素组成(吴福元等, 2007)，锆石的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值为0.282085~0.282670，对应的ε_Hf(t)值为-7.3~+13.2，地幔模式年龄为t_DM=0.84~1.65Ga，说明岩浆锆石核部具有不均一的Hf同位素组成。

表 6

Table 6

表 6(Table 6)

表 6 石榴石单辉麻粒岩锆石核部Hf同位素数据结果 Table 6 The Hf isotopic analytical data for magmatic zircons cores from Liziyuan Grt-Cpx granulite 测点位 Age (Ma) ±2σ Hfi εHf(t) ±1σ tDM1 (Ga) ±1σ tDM2 (Ga) ±1σ fLu/Hf TS15-19-01 796 0.030511 0.000865 0.282181 0.000035 0.282168 -3.79 1.22 1.51 0.05 1.95 0.05 -0.97 TS15-19-02 0.023028 0.000709 0.282293 0.000025 0.282282 0.23 0.86 1.34 0.03 1.69 0.03 -0.98 TS15-19-03 0.050876 0.001554 0.282505 0.000025 0.282481 7.30 0.89 1.07 0.04 1.24 0.04 -0.95 TS15-19-04 0.033305 0.001066 0.282445 0.000025 0.282429 5.43 0.89 1.14 0.04 1.36 0.04 -0.97 TS15-19-05 0.050521 0.001552 0.282429 0.000027 0.282406 4.62 0.96 1.18 0.04 1.41 0.04 -0.95 TS15-19-06 0.018119 0.000667 0.282255 0.000021 0.282245 -1.06 0.75 1.40 0.03 1.78 0.03 -0.98 TS15-19-07 0.051044 0.001504 0.282670 0.000027 0.282647 13.18 0.95 0.84 0.04 0.86 0.04 -0.95 TS15-19-08 0.020087 0.000591 0.282348 0.000026 0.282339 2.25 0.92 1.26 0.04 1.56 0.04 -0.98 TS15-19-09 0.040040 0.001111 0.282085 0.000037 0.282069 -7.32 1.30 1.65 0.05 2.17 0.05 -0.97 TS15-19-10 0.006685 0.000136 0.282146 0.000020 0.282144 -4.65 0.70 1.52 0.03 2.00 0.03 -1.00 TS15-19-11 0.030083 0.000883 0.282103 0.000027 0.282090 -6.57 0.93 1.61 0.04 2.12 0.04 -0.97 TS15-19-12 0.032802 0.000922 0.282509 0.000033 0.282495 7.77 1.17 1.05 0.05 1.21 0.05 -0.97 注：εHf(t)和tDM2根据以下公式计算所得: εHf(t)={[(176Hf/177Hf)S-(176Lu/177Hf)S×(eλt-1)]/[(176Hf/177Hf)CHUR-(176Lu/177Hf)CHUR×(eλt-1)]-1}×10000; tDM1=1/λ×{1+[(176Hf/177Hf)S-(176Hf/177Hf)DM]/[(176Lu/177Hf)S-(176Lu/177Hf)DM)]}; tDM2=tDM1-(tDM1-t)((fCC-fS)/(fCC-fDM)), fLu/Hf=(176Lu/177Hf)S/(176Lu/177Hf)CHUR-1; (176Lu/177Hf)CHUR=0.0332, (176Hf/177Hf)CHUR=0.282772; (176Lu/177Hf)DM=0.0384, (176Hf/177Hf)DM=0.28325; (176Lu/177Hf)CC=0.015; λ=1.865×10-11y-1; S-样品；CHUR-球粒陨石；DM-亏损地幔；CC-平均大陆地壳

表 6 石榴石单辉麻粒岩锆石核部Hf同位素数据结果 Table 6 The Hf isotopic analytical data for magmatic zircons cores from Liziyuan Grt-Cpx granulite

石榴石单辉麻粒岩中的锆石变质增生边相对于核部的岩浆锆石在CL图像上更亮，且具有更低的Th/U比值(0.01~0.1)，与变质锆石特征一致(Whitehouse and Platt, 2003)。变质锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄分布在386~381Ma，加权平均年龄为384±1.6Ma(MSWD=0.83)，代表着岩石发生麻粒岩相变质作用的时代。利用Grt-Cpx-Pl-Qtz地质压力计(Newton and Perkins, 1982)和Grt-Cpx地质温度计(Ravna, 2000)计算得到石榴石单辉麻粒岩的峰期麻粒岩相变质温压条件为T=757~792℃，P=1.3~1.5GPa，属于中压相系的高压麻粒岩相变质作用；结合矿物的反应边结构，可以推测样品在退变质阶段经历了角闪岩相变质作用(图 6)。

图 6

Fig. 6

图 6 李子园石榴石单辉麻粒岩变质作用P-T轨迹 热力学模拟(Zhang et al., 2018及其参考文献)；北秦岭高压麻粒岩(张建新等, 2009, 2011; 王浩和吴元保, 2013)；喜马拉雅高压麻粒岩(张泽明等, 2017) Fig. 6 Metamorphic P-T path of Liziyuan Grt-Cpx granulite Thermal models (Zhang et al., 2017 and reference therein); high-pressure granulite from North Qinling Orogen (Zhang et al., 2009, 2011; Wang and Wu, 2013) and Himalaya Orogen (Zhang et al., 2017)

北秦岭造山带东部地区的松树沟-官坡一带一直是北秦岭造山带变质岩研究的经典区域，并且已取得了较多的成果(Zhang et al., 2015; Liu et al., 2016)。研究表明，秦岭岩群内部广泛分布着晚寒武纪(超)高压变质作用及其角闪岩相退变质作用，榴辉岩相变质时间为511~485Ma(杨经绥等, 2002; 陈丹玲和刘良, 2011)；高压麻粒岩的变质时间为506~484Ma(苏犁等, 2004; 陈丹玲等, 2004; 陈丹玲和刘良, 2011; 张建新等, 2009, 2011)，代表秦岭微陆块经历了一次大陆深俯冲作用(Wu and Zheng, 2013; Wang et al., 2013)。秦岭群也在区域上普遍发育中低压麻粒岩-角闪岩相变质作用及深熔作用，变质岩类型包括中低压麻粒岩，含角闪石二辉麻粒岩以及混合岩化片麻岩，变质年龄为440~400Ma，总体上具有中压相系“巴罗式”变质作用的特征，与该区域广泛发育的450~400Ma的岛弧岩浆作用时代一致(王涛等, 2009)，前人认为这一期高温变质作用是与商丹洋向北俯冲所导致的增生造山过程有关(向华等, 2014)。

西秦岭造山带的北缘的天水地区的研究程度较弱，且变质岩的相关报道较少，更多的研究集中在俯冲相关的深成侵入岩体和陆缘沉积盆地的锆石记录中。最近，Mao et al. (2017)报道了西秦岭地区秦岭群中的含角闪石二辉麻粒岩、泥质麻粒岩及浅色体的年龄为430~400Ma，但对于麻粒岩相变质作用发生的构造背景(岛弧背景或者碰撞造山背景)并未明确。值得注意的是，其报道的麻粒岩在年龄上与北秦岭造山带东部广泛发育的中低压麻粒岩-角闪岩相变质作用及深熔作用、岛弧岩浆作用在时代上一致，因此可以将其看作与商丹洋北向俯冲所导致的增生造山过程有关。西秦岭地区俯冲-碰撞型花岗岩岩体的年龄为438~396Ma(高景民, 2013及其相关参考文献)，与该区域的加里东期汇聚碰撞造山作用相关；代表陆/弧-陆碰撞的沉积响应和代表残余海盆的被动陆缘沉积物质记录的形成时代为晚志留世(高景民, 2013; 陈伟男等, 2014; 王元元等, 2014)。同时，前人研究认为，北秦岭与南秦岭之间的弧前盆地的沉积记录为455~435Ma，代表商丹洋的北向俯冲的时代；南秦岭刘岭群和九里坪群的最年轻的锆石记录的沉积时代为中晚泥盆世，显示秦岭洋的关闭时间为早泥盆世(Dong et al., 2013)。本次研究在北秦岭造山带西段的天水-武山地区发现的高压麻粒岩，其锆石增生边的U-Pb年龄显示其峰期变质作用发生在大约384Ma，时代稍晚于北秦岭群中的中低压变质、深熔作用和岛弧岩浆作用(450~400Ma)，接近残余海盆最年轻的物质记录，表明高压麻粒岩可能形成于碰撞造山阶段。

前人的研究和热力学模拟结果表明，形成于岛弧环境和碰撞造山环境的麻粒岩在P-T轨迹以及岩石类型上存在显著不同。如图 6，产于岛弧环境的麻粒岩，由于弧后伸展和地幔岩浆底侵作用，一般会在近似等压的环境下经历升温和降温过程，其变质过程的地热梯度始终属于低压相系，产生以二辉石共生为特征的低压麻粒岩；产于碰撞造山带的麻粒岩，一般经历早期升温升压直至峰期、随后等温降压以及降温降压的顺时针型P-T轨迹，分别对应造山带加厚以及抬升的过程，其峰期条件可以到达中压相系，产生以单辉麻粒岩为特征的高压麻粒岩(Zhang et al., 2018)，例如北秦岭造山带中的高压麻粒岩(张建新等, 2009, 2011)和喜马拉雅造山带中的高压麻粒岩(张泽明等, 2017及其参考文献)。李子园麻粒岩的峰期变质的温压条件位于中压相系，属于典型的高压麻粒岩，明显不同于产于岛弧环境的低压麻粒岩，更可能代表碰撞造山阶段地壳加厚过程的产物。

从锆石的特征来看，石榴石单辉麻粒岩中锆石大部分都显示核-边结构。锆石核部以岩浆韵律生长环带、相对高的Th/U值和微量元素含量、明显的Ce和Eu异常，以及HREE富集为特征，表明为锆石核部为岩浆锆石(Corfu, 2003)，尽管存在少量捕获锆石，但是锆石核部的年龄非常集中，说明原岩的性质为岩浆岩或者单一物源区的沉积岩。锆石核部给出的加权平均年龄为796±2.2Ma(MSWD=1.05)，应代表石榴石单辉麻粒岩原岩的形成时代为新元古代。全岩主微量元素特征显示，样品的DF值(Shaw, 1972)为0.95~3.55，远大于0，证明原岩的属性为岩浆岩而非沉积岩。因此，石榴石单辉麻粒岩的原岩性质为中性岩浆岩。在地球化学分类图解中可以看出，石榴石单辉麻粒岩的原岩为高钾钙碱性-橄榄粗玄岩质中性岩浆岩。

中性岩浆岩的成因一般有如下几个观点：(1)“AFC”过程，包括地壳混染和结晶分异过程(过程控制)；(2)岩浆混合作用，包括亏损的岩石圈地幔源区熔融产生的基性端元和地壳源区熔融产生的酸性端元(源区+过程控制)；(3)源区为古老的下地壳熔融；(4)源区为古老的岩石圈地幔。已有研究表明，经过俯冲板片流体/沉积物熔体改造的古老岩石圈地幔的可以产生富钾、富集大离子亲石元素、轻稀土元素和富集Sr-Nd-Hf同位素并且亏损高场强元素的钾质中基性岩浆岩(Wang et al., 2010; Lan et al., 2012)。钾玄岩是含金云母的岩石圈地幔小比例部分熔融产生的，在岩浆上升过程中，会经历不同程度的结晶分异作用、壳源岩浆混合或者壳源物质混染作用。因此，钾玄岩浆的主要特征为经历过深部幔源岩浆作用和壳-幔混合(混染)作用(Benito et al., 1999; Meen, 1990)。本文的样品富集大离子亲石元素、轻稀土元素并且亏损高场强元素，显示岩浆形成时可能有：(1)源区受到俯冲流体的改造；(2)在上升过程中经历过陆壳混染作用或者(3)岩浆混合作用。由于锆石Hf同位素的封闭温度高，不会随着部分熔融或者结晶分异过程而改变(Cherniak and Watson, 2003)，因此锆石Hf同位素的不均一性可以反映出不同端元的岩浆混合作用。本文样品的锆石Hf同位素具有较大的变化范围，显示其具有不均一性，在锆石ε_Hf(t)-t图解上(图 7b)，部分锆石具有很高的ε_Hf(t)值，显示其起源于亏损地幔的部分熔融；而另外一部分锆石则具有很低的ε_Hf(t)值，显示其有古老的壳源物质加入。为了排除变质作用对元素的影响，选用Zr元素与其他不活动性元素做双变量图解，使用相关系数R＞0.70的元素进行微量元素图解判别(Polat and Hofmann, 2003)。微量元素蛛网图显示，样品呈现出明显的Nb-Ta-Ti的负异常，而无明显的Zr-Hf的负异常，显示出明显的大陆地壳混染的特征(Gao et al., 1998; Polat et al., 2011)。微量元素比值(图 7c, d)同样表明样品受到不同程度的地壳混染或者岩浆混合作用，并且样品的Mg^#值随着地壳混染作用的加强呈现降低的趋势(图 7d)。结合样品内出现的古老的“捕获锆石”，可以推断研究区样品的原岩是幔源岩浆经历了陆壳混染过程或者岩浆混合作用之后形成的钾质中性岩浆岩。

图 7

Fig. 7

图 7 李子园地区石榴石单辉麻粒岩MgO-FeOT图解(a)、εHf(t)-t(Ma)图解(b)、Nb/La-Nb/Th图解(c)和Lu/Hf-Hf/Yb图解(d) 括号中数值为样品Mg#值.原始地幔(Sun and McDonough, 1989)和上地壳(Rudnick and Gao, 2003)数据作为对比 Fig. 7 MgO vs. FeOT diagram (a), εHf(t) vs. t (Ma) diagram (b), Nb/La vs. Nb/Th diagram (c) and Lu/Hf vs. Hf/Yb diagram (d) for Grt-Cpx granulite in the Liziyuan area Values enclosed in parentheses represent the Mg# of sample. The ratios of the primary mantle (Sun and McDonough, 1989) and upper continental crust (Rudnick and Gao, 2003) are also plotted for comparison

研究表明，钾质-超钾质岩产出构造环境通常有板内裂谷、大陆弧、后碰撞弧、大洋弧，所代表的都是伸展的构造环境(Müller et al., 1992)。对于后碰撞弧岩浆，碰撞后板片断裂诱发的软流圈上涌是高钾钙碱性岩浆形成的可能机制(Oyhantçabal et al., 2007)；板内钾玄岩浆的形成通常与软流圈上涌和岩石圈伸展-减薄相关。前人多运用地球化学特征来进行构造环境判别(Müller et al., 1992)，但上述方法对于经历过强烈壳源物质混染的样品并不适用，况且地球化学特征并不能很好的区分大陆弧岩浆作用和后碰撞弧岩浆作用，实际上，高钾岩浆和花岗岩类岩体的出现、裂谷盆地的形成以及其他与裂解相关的岩浆作用能够更好地指示后碰撞及其随后的伸展的构造环境(Oyhantçabal et al., 2007)。区域上来看，位于研究区东北部的秦岭群与李子园群呈构造断层接触(图 1b)。秦岭群是构成北秦岭造山带基底的主体，其形成主体时代为古元古代，经历了晋宁期强烈构造热事件的叠加，主要表现为格林威尔期为碰撞造山型的花岗片麻岩侵入体，时代为1.0~0.8Ga(陆松年等, 2003, 2005; 王涛等, 2005; 裴先治等, 2007a)；0.8~0.7Ga，随着Rodinia超大陆的开始裂解，产生了一系列与裂解作用相关的岩浆活动以及变质的洋壳残片(Wang et al., 2013; 向华等, 2014)。在北秦岭造山带的西段，具有初始裂解洋壳残片性质的木其滩岩组斜长角闪岩的原岩形成时代为762Ma(张志国等, 2011)；北秦岭东段超高压变质带中的榴辉岩原岩形成时代为814~796Ma，为一套陆壳起源的拉斑玄武岩，显示北秦岭带的基底(秦岭群)可能是在Rodinia超大陆裂解过程中从华南陆块或相似构造属性陆块分离，并向北漂移到华北克拉通南缘的微陆块(Bader et al., 2013; Wang et al., 2013; 向华等, 2014)；邻近地区的南秦岭和华南板块北缘的裂谷岩浆作用，包括陨西群玄武岩(782.8±4.9Ma; 夏林圻等, 2008)、耀岭河群玄武岩(800~680Ma; 凌文黎等, 2007; 李怀坤等, 2003)、武当岩群玄武岩(755Ma; 凌文黎等, 2007)、汉南基性杂岩(778~764Ma; 赵凤清等, 2006)以及同时期的碱性酸性和基性火山岩(凌文黎等, 2002; Ling et al., 2003)共同显示该地区处于大陆裂谷的构造环境(Wang et al., 2013; Wu and Zheng, 2013; Xu et al., 2016)。从形成时代上来看，石榴石单辉麻粒岩的原岩形成于晋宁期碰撞结束到裂解初始的转换阶段，因此其形成的构造环境应与后碰撞阶段造山带伸展作用相关；从岩石成因上来看，可能为裂解初期幔源岩浆上涌与壳源岩浆混合，并受到陆壳物质混染而成的产物。综上所述，石榴石单辉麻粒岩的原岩可能是在格林威尔造山作用末期到Rodinia裂解初期，伴随着软流圈上涌和岩石圈伸展-减薄形成的一套高钾中性岩浆岩。

(1) 北秦岭造山带西延的天水李子园地区发现石榴石单辉麻粒岩，其峰期矿物组合为石榴石+单斜辉石+角闪石+斜长石±钛铁矿，利用温压计得到峰期麻粒岩相变质温压条件为：T=757~792℃，P=1.3~1.5GPa；其锆石变质增生边年龄为384±1.6Ma，结合锆石的阴极发光图像和极低的Th/U比值认为其大致代表变质峰期的时代。结合区域地质资料，认为这一期变质作用可能发生在商丹洋闭合之后碰撞造山阶段的地壳加厚过程。

(2) 石榴石单辉麻粒岩的原岩为高钾中性岩浆岩，其锆石核部的Hf同位素组成变化较大，对应的ε_Hf(t)值为-7.3~+13.2，表明其原岩可能经历过壳-幔岩浆混合作用或者陆壳混染作用。样品全岩地球化学特征以及较老的“捕获锆石”的出现显示其经历过陆壳混染作用或者壳源岩浆的混合作用。锆石核部给出的原岩的形成时代为796±2.2Ma。结合原岩的形成时代、区域上与裂解相关的岩浆作用和地质背景，我们认为原岩可能是造山带垮塌伸展阶段的壳-幔岩浆混合作用的产物，可能与新元古代Rodinia超大陆裂解事件有关。

致谢      中国地质大学(北京)科学研究院激光剥蚀等离子体质谱实验室张红雨老师及实验室的同学们在实验过程中给予了帮助；中国地质调查局西安地质调查中心国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室靳梦琪老师在锆石Hf同位素分析中给予了指导；段站站和彭卫刚在岩石学和矿物学方面给予了指导和帮助；审稿人提出了中肯的意见和建议；在此一并表示感谢。