2013, Vol. 29
2. 河南省金银多金属成矿系列与深部预测重点实验室, 洛阳 471000
2. Key Laboratory of Au-Ag-Polymetallic Deposit Series and Deep-seated Metallogenic Prognosis of Henan Province, Luoyang 471000, China
华北陆块南缘分别以三门峡-鲁山断裂和栾川断裂为北、南边界, 中生代以来受华北克拉通和秦岭造山带的双重影响, 是研究华北克拉通和秦岭造山带的关键地区, 一直以来受到国内外地质工作者的广泛重视并取得了很大的进展(Mattauer et al., 1985; Kröner and Zhang, 1993;卢欣祥等, 1991, 1999, 2002; Chen et al., 2000;袁学诚等, 1994, 2008;张国伟等, 2001;张本仁等, 2002;毛景文等，2005;翟明国, 2010)。地质、地球化学、地球物理等多学科的综合研究, 已揭示出东秦岭的北秦岭和南秦岭构造单元均具有扬子陆块的构造属性(张国伟等, 2001;张本仁等, 2002), 其基底组成包括暴露的前寒武纪岩块和新元古代底侵于下地壳的基性岩浆物质(张宏飞等, 1997;张国伟等, 2001;张本仁等, 2002);通过对西秦岭花岗岩类Pb-Nd同位素组成特征进行研究, 揭示出西秦岭地壳基底也具有扬子陆块的构造属性(张宏飞等, 2005)。由于华北陆块南缘经历多期地质运动, 构造复杂, 虽然已有研究成果探讨了华北陆块南缘地壳基底的性质(路凤香等, 2003;郭波等, 2009;高昕宇等, 2010;王振强等, 2011), 但是尚缺乏深入而系统的研究。华北陆块南缘基底性质的研究对讨论秦岭造山带深部构造-岩浆活动、晚侏罗世-早白垩世华北地区的构造体制大转折等方面具有重要科学意义, 而华北陆块南缘中生代花岗岩类分布广泛(卢欣祥等, 1991, 1999, 2002;李先梓等, 1993;陈岳龙等, 1994;Stein et al., 1997; Chen et al., 2000;刘振宏等, 2004;李永峰, 2005;庞振山, 2006;郭波等, 2009;叶会寿等, 2008;高昕宇等, 2010;王义天等, 2010;胡浩等, 2011;王晓霞等, 2011), 因此可以通过对花岗质岩浆进行源区示踪, 进而揭示地壳基底组成与性质。崤山地区是华北陆块南缘的重要组成部分, 本文通过对该地区具有代表性的8个燕山期花岗岩体进行系统的岩石学、地球化学和Sr-Nd-Pb同位素组成研究, 结合其中后瑶峪、柳关岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年数据(胡浩等, 2011), 对崤山地区燕山期花岗岩类的源区进行约束, 结合相邻的小秦岭和外方山地区的Sr-Nd-Pb测试数据(陈岳龙等, 1994;王团华等, 2008;郭波等, 2009;高昕宇等, 2010), 并在分析岩石成因的基础之上, 进一步探讨华北陆块南缘的基底属性。
1 区域地质背景崤山地区所属的华北陆块南缘夹持于北西西走向的三门峡-鲁山断裂和栾川断裂之间(图 1), 结晶基底主要由太华群的新太古代变质侵入岩及古元古代变质表壳岩 (Diwu et al., 2007;第五春荣等, 2010;时毓等, 2011)和古元古代铁铜沟组构成, 盖层由中元古代熊耳群火山岩系(Zhao et al., 2004)、中元古代-中三叠世的海相陆缘碎屑岩及碳酸盐岩、断陷盆地中发育的中-新生代陆相沉积岩和火山断陷盆地中发育的早白垩世晚期中酸性火山岩及火山碎屑岩组成(谢桂青等, 2007)。北西西走向的三门峡-鲁山逆冲断裂带、马超营走滑-转换断裂带和栾川逆冲断裂带构成了华北陆块南缘的主体构造格架, 自西向东依次发育的小秦岭山脉、朱阳-灵宝盆地、崤山山脉、卢氏-洛宁盆地、熊耳山山脉、潭头-嵩县盆地、外方山山脉、南阳盆地和桐柏-大别山脉呈现出典型的盆山耦合的构造格局, 而小秦岭变质核杂岩、崤山变质核杂岩和熊耳山变质核杂岩则是早白垩世伸展作用的产物(高光明等, 1993;胡正国和钱壮志, 1994;王志光等, 1997;张进江等, 1998;朱嘉伟等, 2001;石铨曾等, 2004)。华北陆块南缘燕山期岩浆活动频繁、分布面积广, 出露有老牛山、华山、李铁沟、花山、蒿坪、合峪、四棵树等大面积分布的岩基(卢欣祥等, 1991, 1999;李先梓等, 1993; Chen et al., 2000;刘振宏等, 2004;杨德彬等, 2004;庞振山, 2006;叶会寿等, 2008;包志伟等, 2009;郭波等, 2009;高昕宇等, 2010;王义天等, 2010;王晓霞等, 2011), 以及与成矿关系密切的蒲阵沟、八宝山、曲里、南泥湖、马房等小岩体(卢欣祥等, 1991, 1999, 2002;陈岳龙等, 1994; Stein et al., 1997; Chen et al., 2000;杨德彬等, 2004;包志伟等, 2009;胡浩等, 2011), 而崤山地区主要发育龙卧沟、后河、韩沟等小岩体。
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图 1 崤山及邻区花岗岩类岩体地质图 Fig. 1 Geological map of granitoids in Xiaoshan Mountain area and adjacent regions |
崤山地区呈北东向展布着龙卧沟、后河等燕山期花岗岩体, 均为出露面积不大于1.5km2的小岩体。这8个岩体中, 龙卧沟、后河等岩体位于崤山北部, 侵位于新太古代-古元古代太华群和中元古代熊耳群;后瑶峪、柳关等岩体位于崤山南部, 侵位于中元古代熊耳群和官道口群(图 1)。与小秦岭地区和熊耳山地区相比, 崤山地区的研究程度相对较低, 前人曾在20世纪70～90年代对崤山地区的燕山期花岗岩体进行过地球化学分析和K-Ar年龄测试 (张本仁等, 1982;陈岳龙等, 1994;庞振山等, 2006), 但得到的分析数据受限于当时的测试技术, 例如得到的测年结果跨度较大, 从89Ma到144Ma不等, 且同一个岩体的年龄数据也存在较大的差别(庞振山, 2006);近期, 胡浩等对后瑶峪、柳关等岩体进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试(胡浩等, 2011)。本文对崤山地区的龙卧沟、后河等8个岩体进行了系统的野外地质观察、样品采集和地球化学分析。
龙卧沟岩体(～0.56km2)位于崤山西北部, 侵位于太华群, 岩性为斑状二长花岗岩, 灰白色, 似斑状结构, 块状构造, 斑晶为钾长石(10%～15%), 板状, 呈浅肉红色, 粒度10～25mm, 含较多不规则钠长石条纹, 属于条纹长石, 包裹有斜长石、石英等, 被包裹斜长石有钠化净边, 石英呈不规则条纹或粒状。基质由半自形晶中-细粒钾长石(12%～18%), 斜长石(30%～40%)、石英(25%～35%)和少量白云母(＜2%)等组成, 斜长石板状, 具聚片双晶, 属于An=10±的钠-更长石, 分解少量绢云母, 钾长石呈不规则板状或粒状, 含不规则钠长石条纹, 属于条纹长石。石英他形粒状, 分布在长石粒间。副矿物为磁铁矿、锆石、金红石、白钛石、磷灰石。
后河岩体(～0.2km2)位于崤山西北部, 侵位于太华群, 岩性为二长花岗斑岩(图 2b), 灰白色, 斑状结构, 块状构造, 斑晶由钾长石(14%～20%)、斜长石(18%～24%)、石英(7%～13%)和黑云母(3%～5%)组成。钾长石呈板状, 粒度0.4～4.8mm, 有不规则裂纹, 包裹有绢云母化斜长石和黑云母, 个别钾长石颗粒呈环带构造(图 2d)。斜长石板状, 已不同程度绢云母化, 可见聚片双晶, 属于更长石, 有的斜长石有钠化净边, 与蠕虫状石英构成交代蠕虫结构(图 2f)。石英粒状, 粒度0.4～4.2mm, 有被基质熔蚀现象。黑云母斑晶少, 呈片状。基质由微粒-隐晶质(粒度＜0.001～0.2mm)钾长石、斜长石、石英和次生绢云母、高岭石等组成。副矿物为锆石、磷灰石、针状金红石。岩石蚀变为弱绢云母化和高岭石化。
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图 2 崤山地区燕山期花岗岩类部分露头及显微照片 (a)-白石崖二长花岗斑岩; (b)-后河二长花岗斑岩; (c)-小妹河斑状花岗闪长岩; (d)-后河二长花岗岩中钾长石的环带构造; (e)-赵家古洞花岗闪长斑岩中石英的聚合双晶; (f)-后河二长花岗斑岩中斜长石与蠕虫状石英构成交代蠕虫结构 Fig. 2 Field and microscopic photographs of partial Yanshanian grantoids in Xiaoshan Mountain area |
赵家古洞岩体(～0.8km2)位于崤山中部偏西, 侵位于熊耳群, 岩性为花岗闪长斑岩, 灰白色, 斑状结构, 块状构造, 斑晶由钾长石(4%～6%)、斜长石(25%～35%)和石英(17%～23%)组成。钾长石板状粒度1.3～4.2mm, 含少量不规则的钠长石条纹, 有交代并包裹斜长石、角闪石、黑云母现象。斜长石斑晶较多, 多呈棱角平直的板状, 粒度0.3～2.4mm, 具聚片双晶, 有些具环带构造, 属于An=28～33的更-中长石, 较新鲜, 一般见不到次生分解物。石英他形粒状, 颗粒很粗的为聚合双晶(图 2e), 由数粒石英聚合而成, 消光位不同, 颗粒度可达到6mm, 石英斑晶有被基质熔蚀现象。基质由微粒-隐晶质(粒度＜0.01~0.2mm)钾长石(8%～12%)、斜长石(20%～26%)、石英(8%～12%)、普通角闪石(1%～3%)、黑云母等组成, 矿物多为他形晶粒状。副矿物为磁铁矿、榍石、锆石、磷灰石。
小妹河岩体(～0.3km2)位于崤山中部偏西, 侵位于太华群及熊耳群, 岩性为斑状花岗闪长岩, 灰白色(图 2c), 似斑状结构, 块状构造, 斑晶由斜长石(18%～22%)和钾长石(8%～12%)组成。斜长石斑晶呈板状, 具聚片双晶, 有的具环带构造, 属更-中长石。大部分颗粒测得An=28±的更长石, 一些具明显环带构造的斜长石应属于中长石, An应大于30, 分解少量绢云母。钾长石斑晶板状, 具卡氏双晶, 含少量不规则钠长石条纹, 有的颗粒交代并包裹斜长石、黑云母、磁铁矿等, 构成交代残留结构。基质由细粒(粒度多＜0.2～0.5mm)斜长石(1%～3%)、钾长石(12%～18%)、石英(18%～22%)、黑云母(2%～4%)、角闪石(1%～2%)等组成, 具细粒花岗结构, 呈半自形粒状。斜长石、钾长石特征同斑晶, 石英他形粒状, 分布在长石粒间, 黑云母片状, 有少部分像绿泥石化现象。普通角闪石少, 呈柱状, 横切面具闪石或解理(解理交角56°和124°)。副矿物为磁铁矿、榍石、锆石、褐帘石和磷灰石。
白石崖岩体(～0.3km2)位于崤山地区东部(图 2a), 侵位于熊耳群, 岩性为二长花岗斑岩, 灰白色, 斑状结构, 块状构造, 斑晶由钾长石(12%～18%)、斜长石(15%～21%)、石英(15%～21%)、黑云母和角闪石组成。钾长石呈板状, 粒径0.2～3.2mm, 具卡式双晶, 属于正长石, 有交代包裹斜长石现象。斜长石呈板状, 粒径0.2～3.2mm, 具聚片双晶, 有的颗粒显环带构造, 属于An=25±的更长石, 分解有少量绢云母。石英呈粒状, 粒度0.2～2.6mm, 有被基质熔蚀现象。黑云母呈片状, 个别有绿泥石化现象。角闪石柱状, 横切面呈菱形或近于菱形的六边形, 角闪石多已蚀变为黑云母, 绿泥石等集合体, 仍保留角闪石的晶体外形。基质由隐晶质(粒度＜0.02mm)斜长石、钾长石(斜长石+钾长石=30%～35%)、石英(5%)、黑云母和绿泥石(黑云母+绿泥石=1%～3%)等组成, 自形程度为他形粒状。副矿物为磁铁矿、褐帘石、锆石、磷灰石、榍石已变为白钛石, 所保留榍石菱形切面。
韩沟岩体(～1.5km2)位于崤山地区东南部, 侵位于熊耳群, 岩性为角闪二长花岗斑岩, 灰白色, 似斑状结构, 块状构造, 斑晶由斜长石(25%～35%)、石英(8%～12%)、角闪石(4%～6%)组成。斜长石呈自形板状, 大小1～6mm, 聚片双晶发育, 具环带构造。石英呈半自形短柱状, 少数为浑圆状, 大小0.2～5mm, 。角闪石呈自形柱状, 大小0.5～3mm。基质主要由钾长石(30%～40%)和石英(10%～15%)组成, 另有少量角闪石和黑云母, 粒径0.03～0.5mm。副矿物为磁铁矿、磷灰石、锆石、榍石等。
后瑶峪岩体(～1.3km2)位于崤山西南, 侵位于官道口群, 岩性为二长花岗斑岩, 灰白色, 斑状结构, 块状构造。斑晶由钾长石(22%～28%)、斜长石(12%～18%)和石英(13%～19%)组成, 钾长石板状, 双棱平直, 粒度0.5～14mm, 多裂纹, 具卡氏双晶, 交代并包裹斜长石、黑云母等, 被包裹斜长石呈板条状大致呈定向分布, 构成岩石的的交代残留结构。斜长石呈板状, 粒度0.5～2mm, 具聚片双晶, 为An=25±的更长石, 不同程度绢云母化, 少数颗粒有完全变成绢云母或部分变为方解石的现象。石英多为边缘比较圆滑的粒状, 粒度0.3～2mm, 有被基质熔蚀现象。基质由微粒-隐晶状钾长石、绢云母化斜长石、石英等组成。副矿物为磁铁矿、锆石、磷灰石和白钛石(呈菱形切面, 由榍石变来)。蚀变主要为弱绢云母化和极微弱碳酸盐化。
柳关岩体(～0.45km2)位于崤山西南, 侵位于熊耳群, 岩性为二长花岗斑岩, 灰白色, 斑状结构, 块状构造。斑晶由钾长石(20%～24%)、斜长石(18%～22%)和石英(20%～24%)组成, 多在0.3～5.7mm, 钾长石板状, 具卡式双晶, 有裂纹, 包裹有斜长石, 被包裹斜长石已经完全变为显微鳞片状绢云母集合体, 但仍保留斜长石板条纹晶体外形。斜长石斑晶板状, 已经完全变为显微鳞片状绢云母集合体。石英斑晶多为粒状, 有被基质熔蚀现象。白云母少量呈片状。基质由隐晶质(粒度＜0.02mm)钾长石、绢云母化斜长石、石英、褐铁矿等组成。可见少量锆石、金红石等副矿物。
3 样品采集及分析方法样品采自崤山地区上述8个岩体, 对花岗岩新鲜样品进行筛选后, 选取代表性样品无污染破碎至200目以下。全岩主微量元素由国土资源部武汉综合岩矿测试中心测试, 主量元素采用四硼酸锂熔片-XRF法测定, 分析精度优于5%;微量元素中的Sc、Cr、Co、Cu、Zn、Pb、Rb、Cs、Th、U用四酸溶矿-ICP-MS法测定, Sr、V、Ni、Ba用四酸溶矿-ICP-OES法测定, Zr、Nb、Hf、Ta用氯化钠熔融-ICP-MS法测定, 稀土元素用过氯化钠熔融-ICP-MS法测定, 微量元素优于5%。测试结果见表 1。
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表 1 崤山地区燕山期花岗岩类主量元素(wt%)、微量元素(×10-6)分析测试结果 Table 1 Contents of major oxides (wt%) and trace elements (×10-6) of the Yanshanian grantoids in Xiaoshan Mountain area |
全岩Sr、Nd和Pb同位素测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室同位素室完成。Sr同位素分析采用仪器为MAT261固体同位素质谱计, 质量分馏校正采用87Sr/86Sr=0.1194标准化, NBS987的测定值为0.71025±0.00008, 国家标准GBW04411的测定值为： 87Sr/86Sr=0.75999±0.00004, 全过程本底为：Rb=30×10-10, Sr=1.2×10-10。 Nd同位素分析采用多接收等离子质谱仪MC-ICPMS(Neptune), 样品143Nd/144Nd比值用146Nd/144Nd=0.721900标准化, 标准样品(BCR-2)测定值为143Nd/144Nd=0.512643±0.000015 (2δ), 仪器标准的测定值JNdi-143Nd/144Nd=0.512116±8, 全过程本底为：Sm=30×10-10, Nd=1.2×10-10。Pb同位素分析采用多接收等离子体质谱仪(MC-ICPMS) (Neptune), 测试分析用国际标样NBS997 Tl 溶液进行内部校正, 同时用205Tl/203Tl=2.3872 校正仪器的质量分馏, 并用国际标样NBS981进行外部校正, 对NBS981分析结果为206Pb/204Pb=16.9325, 207Pb/204Pb=15.4852, 208Pb /204Pb=36.6853, 全流程过程本底小于50pg。Sr、Nd同位素测试结果见表 2, Pb同位素测试结果见表 3。
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表 2 崤山地区燕山期花岗岩类Sr、Nd同位素分析数据 Table 2 Sr, Nd isotope data of the Yanshanian grantoids in Xiaoshan Mountain area |
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表 3 崤山地区燕山期花岗岩类全岩Pb同位素分析数据 Table 3 Pb isotope data of the Yanshanian grantoids in Xiaoshan Mountain area |
崤山地区花岗岩类的全岩主量元素分析结果见表 1, 总体成分呈酸性。富Si(SiO2=64.69%～72.13%), 富碱(Na2O+K2O=6.03%～8.86%), 且相对富钾(K2O/Na2O=0.82～2.16), 富铝(Al2O3=14.88%～16.73%), 在SiO2-K2O图上(图 3g), 崤山地区花岗岩类大部分属于属于高钾钙碱性系列, 部分属于钾玄岩系列, 除部分样品属准铝质外, 大部分样品属过铝质, 高的DI值(74.72～88.64)表明岩体经历了高程度的分异演化作用, 主要氧化物Al2O3、MgO、FeOT、TiO2、Na2O、CaO、K2O和P2O5与SiO2呈现出明显的负相关关系(图 3a-f, h)。
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图 3 崤山地区燕山期花岗岩类Harker图解 后文图解图例均与本图同 Fig. 3 Harker diagrams for Yanshanian grantoids in Xiaoshan Mountain area |
花岗岩类全岩的微量元素及稀土元素的分析结果见表 1, 稀土元素总量为80.54×10-6～247.0×10-6, 在球粒陨石标准化图上(图 4), 各样品曲线相似, 近于平行, 曲线向右陡倾斜, 显示出强分异的稀土元素组成模式, 以富集轻稀土和亏损重稀土为特征, LREE/HREE=9.89～23.33, (La/Yb)N=9.52～41.21, Eu异常不明显(δEu=0.82～1.35), 大部分岩体呈现出微弱的负Eu异常, 少部分样品显示出微弱的正异常。岩体高Sr (392.8×10-6～916.9×10-6, 平均678.8×10-6), 低Y (8.12×10-6～21.34×10-6, 平均14.86×10-6)和Yb (0.503×10-6～1.756×10-6, 平均1.26×10-6), 暗示源区有石榴石残留, 花岗岩类的微量元素对原始地幔标准化分布图解(图 5)组成模式相似, 显示岩体富集Rb、Ba、Th、K、Pb、Hf和Y, 亏损Ta、Nb、Zr、P和Ti, Ta、Nb和Ti的亏损可能与它们的富集矿物金红石的分离结晶或源区残留有关(张旗等, 2007;Villaseca et al., 2007)。
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图 4 崤山地区燕山期花岗岩类稀土元素球粒陨石标准化模型(标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 4 Chondrite-normalized REE distribution patterns for Yanshanian grantoids in Xiaoshan Mountain area (normalization values after Sun and McDonough, 1989) |
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图 5 崤山地区燕山期花岗岩类元素原始地幔标准化模型(标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 5 Primitive-normalized spidergram for Yanshanian grantoids in Xiaoshan Mountain area (normalization values after Sun and McDonough, 1989) |
崤山岩体全岩的Sr-Nd同位素分析结果见表 2, 鉴于岩石初始Sr和初始Nd同位素比值在10Ma内变化较小, 结合后瑶峪(131Ma) 、柳关(130Ma)岩体最新的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果(胡浩等, 2011), 同时参考前人20世纪70～90年代采用K-Ar法取得的测年数据(庞振山, 2006), 取130Ma对上述8个崤山岩体的Sr、Nd同位素进行初始化计算。结果表明, 崤山岩体19个样品的ISr=0.70645～0.71022, 平均0.70828, (143Nd/144Nd)i=0.51146～0.51229, 平均0.51173, εNd(t)=-19.7～-3.4, 平均-14.6, fSm/Nd=-0.56～-0.45, 平均-0.50。由于受到陆壳部分熔融的影响, 造成Sm-Nd分馏并进一步影响Nd的模式年龄(李献华, 1996), 本文采用两阶段Nd模式年龄计算方法, 得到t2DM=1205～2520Ma, 集中分布在1827～2372Ma。
崤山岩体具有较为相似的Pb同位素比值, 现今铅同位素比值为206Pb/204Pb=17.290~18.747, 平均18.002;207Pb/204Pb=15.447~15.657, 平均15.548;208Pb/204Pb=37.603～38.754, 平均38.378。以t=130Ma对岩石初始Pb同位素比值进行统一计算, 得到初始铅同位素比值206Pb/204Pb=17.228～18.720, 平均17.905;207Pb/204Pb=15.444～15.656, 平均15.544;208Pb/204Pb=37.519～38.707, 平均38.187。
5 讨论 5.1 岩石成因类型崤山地区以二长花岗斑岩为主, 同时发育有二长花岗岩、钾长花岗岩、花岗闪长岩、花岗斑岩、花岗闪长斑岩、石英二长闪长岩。岩体的岩相学特征表现出具有很强的一致性, 指示岩体属于I型花岗岩：岩体富含黑云母和角闪石;发育褐帘石, 未发现石榴子石、夕线石或堇青石;可见磁铁矿和钛铁矿, 未见磁黄铁矿、石墨或独居石;榍石常见。同时, 在P2O5随SiO2变化的图解中(图 3h), 投点总体沿I型演化趋势分布, 即P2O5与SiO2呈负相关关系, 也表明岩体属I型花岗岩的范畴(Chappell, 1999; Wu et al., 2003; Li et al., 2007)。然而岩体的K2O/Na2O=0.82～2.16, A/CNK=0.951～1.885, (87Sr/86Sr)i=0.70645～0.71022, 这些指标均未能很好的区分研究区岩体的I型或S型属性, 出现上述情况的原因可能与华北陆块南缘复杂的构造发育有关, 源岩以变质火成岩为主的同时, 有变质沉积岩的参与。
崤山地区燕山期花岗岩类具有低的Y (8.12×10-6～21.34×10-6, 平均14.86×10-6)、Yb (0.503×10-6～1.756×10-6, 平均1.26×10-6)和HREE (3.31×10-6～14.27×10-6, 平均9.94×10-6)含量, 高的Sr (392.8×10-6～916.9×10-6, 平均678.8×10-6)、Ba (859.1×10-6～3078×10-6, 平均2013×10-6)和LREE (77.23×10-6～233.8×10-6, 平均160.8×10-6)含量, 以及高的Sr/Y (20.77～66.48, 平均47.52)和(La/Yb)N (9.52～41.21, 平均26.16), 这些指标均暗示源区石榴石的残留, 其形成深度可能大于50km(张旗等, 2006), 具深源特征。岩体的εNd(t)=-19.7～-3.4, 平均-14.6, 表明源岩为古老的地壳(或下地壳)。因此, 崤山地区燕山期花岗岩类是华北陆块南缘加厚地壳底部熔融的产物。
5.2 岩浆源区及深部地壳性质通过成因分析不难看出, 崤山地区燕山期花岗岩类的源区为华北陆块南缘加厚的中-下地壳, 通过对岩浆属性进行Sr-Nd-Pb同位素的系统分析, 能够进一步的制约源岩及基底的归属。太华群和熊耳群分别作为华北陆块南缘结晶基底和盖层的主要组成部分, 其混合成分曾一度被认为是该区燕山期花岗岩类的源岩(王志光等, 1997;李永峰, 2005)。太华群作为华北陆块南缘的结晶基底, 同位素年龄大多大于2.5Ga (Kröner and Zhang, 1993; Sun et al., 1994;薛良伟等, 1995;周汉文等, 1998), 最新的研究和数据也表明太华群的变质侵入岩和变质表壳岩的年龄分别为2.8～2.7Ga和2.2～2.0Ga (Diwu et al., 2007;第五春荣等, 2010), 远大于崤山岩体的Nd同位素二阶段模式年龄的下限, 表明太华群不可能单独作为崤山地区燕山期花岗岩类的源岩。熊耳群的形成时代为1.80～1.75Ga (Zhao et al., 2004), 处于崤山岩体Nd同位素二阶段模式年龄的跨度范围, 但是大于Nd同位素二阶段模式年龄的最小值, 同时熊耳群εNd(t=130Ma)为-25左右(高昕宇等, 2010), 远小于崤山岩体的εNd(t)值, 因此如果太华群和熊耳群的混合成分是崤山岩体的源岩的话, 那么一定有更年轻的物质参与。南秦岭地区的陡岭群和佛坪群的εNd(t=130Ma)值分别为-15.8和-12.8(张宗清等, 2002;张宏飞等, 2005), 与崤山岩体的εNd(t)值十分接近, 显示出很好的亲缘性。从铅同位素组成分析, 崤山岩体具有高放射性成因的初始铅同位素组成(206Pb/204Pb=17.290～18.747, 平均18.002), 而具有高放射成因铅同位素组成的花岗岩类是扬子陆块相比华北陆块独有的特征(张宏飞等, 2005), 从206Pb/204Pb-207Pb/204Pb和206Pb/204Pb-208Pb/204Pb图上可以看出, 崤山岩体Pb同位素投点大部分落入扬子陆块的区域(其中部分落入扬子陆块和华北陆块的叠合区域)(图 6a, b)。从上述分析不难看出, 具扬子陆块属性的南秦岭的结晶基底是崤山岩体的主要物质来源, 具有华北陆块属性的太华群和熊耳群也提供了部分成岩物质。
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图 6 崤山地区燕山期花岗岩类铅同位素206Pb/204Pb-207Pb/204Pb和206Pb/204Pb-208Pb/204Pb图(据张宏飞等, 2005) Fig. 6 206Pb/204Pb vs. 207Pb/204Pb and 206Pb/204Pb vs. 208Pb/204Pb correlation diagrams for Yanshanian grantoids in Xiaoshan Mountain area (after Zhang et al., 2005) |
从ISr-εNd(t)图解可以看出, 投点大部分落入BC区(图 7), 暗示岩浆中有幔源物质的加入。208Pb-206Pb的投点绝大部分落入下地壳和造山带之间(图 8), 表明崤山岩体岩浆中有幔源物质的混入。在206Pb/204Pb-207Pb/204Pb 与206Pb/204Pb-208Pb/204Pb的构造环境示意图中(图 9a, b), 投点大部分落入下地壳, 部分投点落入幔源, 同样指示有幔源物质混入。
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图 7 ISr-εNd(t)图解(据张旗等, 2008) Fig. 7 ISr-εNd(t) correlation diagrams for Yanshanian grantoids in Xiaoshan Mountain area (after Zhang et al., 2008) |
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图 8 铅同位素206Pb/204Pb-208Pb/204Pb增长曲线图(据Zartman and Doe, 1981) Fig. 8 Pb isotope ratios 206Pb/204Pb-208Pb/204Pb for Yanshanian grantoids in Xiaoshan Mountain area (after Zartman and Doe, 1981) |
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图 9 铅同位素206Pb/204Pb-207Pb/204Pb和206Pb/204Pb-208Pb/204Pb构造环境判别图(据Zartman and Doe, 1981) Fig. 9 Pb isotope ratios 206Pb/204Pb vs. 207Pb/204Pb and 206Pb/204Pb vs. 208Pb/204Pb diagrams for discriminating the tectonic settings of Yanshanian grantoids in Xiaoshan Mountain area (after Zartman and Doe, 1981) |
综上所述, 崤山岩体的源岩以南秦岭的陡岭群和佛坪群为主, 同时有华北陆块的太华群、熊耳群及幔源物质的混入。同时也表明, 扬子板块携秦岭微板块向华北板块的陆内俯冲使南秦岭至少已拆离俯冲至崤山北麓, 结合华北陆块南缘其他地区的研究(路凤香等, 2003;高昕宇等, 2010), 本文认为崤山北麓可作为此次俯冲在东秦岭的最北端。
5.3 岩体形成时代及成岩动力学背景华北板块、秦岭微板块、扬子板块在经历点接触之后, 于中生代初期的T1-2完成了陆陆碰撞闭合(Meng and Zhang, 2000;张国伟等, 2001), 碰撞阶段早期, 扬子板块携秦岭微板块向华北陆块之下作陆内俯冲, 岩石圈强烈挤压缩短加厚, 与此同时华北板块向南楔入秦岭微板块(袁学诚等, 1994, 2008;张国伟等, 2001;路凤香等, 2003), 并在华北陆块南缘形成自北而南逆冲推覆的洛南-栾川逆冲推覆构造系, 直至中侏罗世晚期完成全面的拼合, 岩石圈则在150Ma前后厚度达到最大值(毛景文等, 2005;张旗等, 2008;丁丽雪等, 2010), 其后开始趋于减薄。中侏罗世-早白垩世, 随着太平洋板块向欧亚板块的俯冲, 区域构造体制发生转换, 诱发了中国东部晚中生代巨量岩浆活动(Maruyama et al., 1997; 洪大卫等, 2003; Li and Li, 2007;丁丽雪等, 2010), 此次岩浆事件在华北的胶辽、燕山、太行山-苏鲁、华北陆块南缘以及华南和长江中下游地区广泛发育(Maruyama et al., 1997; Xu et al., 2004;李永峰, 2005;周新民, 2007;邱连贵等, 2008; Li et al., 2009;王晓霞等, 2011)。
华北陆块南缘广泛发育中侏罗世-中白垩世(160～100Ma)的中酸性侵入岩, 可分为两个主要时间段：160～130Ma期间的中酸性侵入岩形成于挤压向伸展转换的动力学背景(李永峰, 2005;毛景文等, 2005;周红升等, 2008;丁丽雪等, 2010;王义天等, 2010;王晓霞等, 2011);120～100Ma左右发育的A型花岗岩形成于陆内伸展环境, 标志着增厚地壳开始全面减薄(叶会寿等, 2008;周红升等, 2008)。崤山地区花岗岩类形成时代为130Ma左右(胡浩等, 2011), 花岗岩lg(CaO/(K2O+Na2O))-SiO2图解显示(图 10), 岩体主要位于挤压-伸展的叠合区域, 揭示成岩环境为挤压向伸展的过渡时期。结合区域构造演化, 崤山地区花岗岩类的形成机制可概括为：秦岭造山带于中生代初期完成全面的陆陆碰撞闭合, 扬子板块携秦岭微板块向华北板块之下作陆内俯冲, 扬子板块的地壳向北楔入秦岭微板块, 秦岭微板块则向北楔入华北板块南缘, 太平洋板块向欧亚板块的俯冲作用使区域应力场发生改变, 导致华北陆块南缘由挤压环境向伸展环境转换, 引起岩石圈巨量减薄和软流圈上涌(袁学诚等, 1994;Xu et al., 2000; Zhou et al., 2000; Yang et al., 2003;丁丽雪等, 2010), 软流圈不断底侵上覆下地壳, 导致先期形成的加厚地壳熔融, 形成的岩浆上升侵位形成中酸性侵入岩。
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图 10 lg(CaO/(K2O+Na2O))-SiO2图(据Brown, 1982) Fig. 10 lg(CaO/(K2O+Na2O))-SiO2 diagram for discriminating the tectonic settings of Yanshanian grantoids in Xiaoshan Mountain area (after Brown, 1982) |
崤山地区燕山期花岗岩类均为出露面积不大于1.5km2的小岩体, 岩石类型以二长花岗斑岩为主, 总体成分呈酸性, 主要属于高钾-钾玄质系列, 具有I型花岗岩的特征。岩体富含黑云母和角闪石, 发育褐帘石, 可见磁铁矿和钛铁矿, 榍石常见;富硅、富碱、相对富钾、富铝; LREE、HREE分馏明显, 无明显Eu异常;富集Rb、Ba、Th、K、Pb、Hf和Y等元素, 亏损Ta、Nb、Zr、P和Ti等元素; ISr=0.70645～0.71022, 平均0.70828, εNd(t)=-19.7～-3.4, t2DM集中在1827～2372Ma, 具有高放射成因铅同位素组成特征。
元素和同位素地球化学特征表明崤山地区燕山期花岗岩类是华北陆块南缘加厚下地壳底部熔融的产物, 源岩以南秦岭结晶基底为主, 同时有华北陆块的太华群、熊耳群及幔源物质的混入。岩体是扬子板块携秦岭微板块俯冲到华北板块之下, 随着区域构造体制由挤压向伸展转换, 岩石圈巨量减薄、软流圈上涌底侵上覆岩石圈, 加热加厚下地壳熔融形成, 表明南秦岭的结晶基底在拆离式俯冲的作用下向北已楔入崤山地区结晶基底之下, 而崤山北麓可能是其在东秦岭的北界。
致谢 本次工作得到河南省地矿局第一地质矿产调查院燕建设教授级高级工程师和崔燮祥高级工程师的帮助;Sr-Nd-Pb同位素的数据处理和分析得到了中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)周炼研究员、合肥工业大学资源与环境工程学院邓宇峰博士、同济大学海洋与地球科学学院高长贵博士的帮助;加拿大戴豪斯大学地球科学系张志海博士研究生, 美国奥斯汀大学地球科学系刘锦博士研究生, 天津地质矿产研究所王树庆博士, 成都地质矿产研究所王冬兵助理研究员, 武汉地质矿产研究所程顺波助理研究员、庞迎春助理研究员、段瑞春助理研究员和匿名审稿人对本文的写作给予了宝贵的建议；在此谨致谢意。| [] | Bao ZW, Li CJ, Qi JP. 2009. SHRIMP zircon U-Pb age of the gabbro dyke in the Luanchuan Pb-Zn-Ag orefield, East Qinling orogen and its constraint on mineralization time. Acta Petrologica Sinica, 25(11): 2951–2956. |
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