2014, Vol. 30
1 引言
秦岭是一条复合型大陆碰撞造山带(张宗清等，2006)。自北向南，以洛南-栾川断裂、商(南)-丹(凤)断裂和勉(县)-略(阳)断裂为界将秦岭造山带及其邻区分为华北区、北秦岭区、南秦岭区(也称秦岭微板块)和扬子北缘区(图 1a)。秦岭造山带中生代强烈的造山过程，引发了巨量的岩浆活动及壳幔相互作用(图 1b)，备受地质界关注(胡健民等，2004；王晓霞和卢欣祥，2003；王晓霞等， 2005，2011；张宗清等，2006；秦江锋等，2007；秦江锋，2010；张成立等， 2008，2009；王涛等，2009；杨恺等，2009；弓虎军等， 2009a，b；雷敏，2010；刘仁燕等，2011)。
 | 图 1 秦岭造山带及其邻区大地构造略图(图 1a，据周文戈等，1999)、北秦岭花岗岩分布图(图 1b，据雷敏，2010)和东江口、柞水和梨园堂一带区域地质简图(图 1c，据地质部陕西省地质局秦岭区域地质测量大队八分队，1966)Pt1-古元古代，秦岭群顶部，黑云母角闪片麻岩、角闪片麻岩、炭质大理岩； 3-寒武系，硅质灰岩、白云质灰岩；Zbdy-震旦系，灯影组，硅质灰岩；D2g-泥盆系，古道岭组，灰岩、千枚岩、砂岩、砾岩；D3l-泥盆系，刘岭组，方柱石角岩、钙质板岩、黑云母角岩、变质砂岩、云母石英片岩；C2r1-石炭系，二峪河组下部，砂岩、钙质粉砂岩、板岩、石灰岩；γ3-古生代，片麻状花岗岩、黑云母花岗岩；γ1-b5-中生代，角闪石黑云母斑状花岗岩；γ1-c5-中生代，花岗岩；γδ15-新元古代，花岗闪长岩、石英闪长岩Fig. 1 Sketch of a geological map showing the main tectonic units of the Qinling orogenic belt(a，after Zhou et al., 1999)，map showing distribution of granitoids in the northern margin of the Qinling orogenic belt(b，after Lei，2010) and regional geological map of Dongjiangkou，Zhashui， and Liyuantang rock bodies(c)Pt1-Paleoproterozoic，Upper Qinling Group，biotite hornblende gneiss，hornblende gneiss，carbonaceous marble; 3-Cambrian，siliceous limestone，dolomitic limestone; Zbdy-Sinian，Dengying Formation，siliceous limestone; D2g-Devonian，Gudaoling Formation，limestone，phyllite，s and stone，gravelstone; D3l-Devonian，Liuling Formation，Scapolite hornstone，calc-slate，biotite hornstone，metas and stone，mica quartz schist; C2r1-Carboniferous，lower Eryuhe formation，s and stone，calc-siltstone，slate，limestone; γ3-Palaeozoic，gneissic granite，biotite granite; γ1-b5-Mesozoic，hornblende biotite porphyritic granite; γ1-c5-Mesozoic，granite; γδ15-Neoproterozoic，granodiorite，quartz diorite |
东江口、柞水和梨园堂岩体紧临商丹断裂南侧发育(图 1c)，属于南秦岭的东江口岩体群(弓虎军等， 2009a，b)。前人从岩石学、地球化学、年代学和同位素组成等方面对东江口和柞水岩体及其包体进行了研究，所给出的岩体侵位年龄差别较大。东江口岩体的同位素稀释法年龄为211Ma(Sun et al., 2002)；东江口黑云母二长花岗岩的黑云母40Ar-39Ar坪年龄198±2Ma(张宗清等，2006)；东江口岩体锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄分别为223Ma(弓虎军等，2009a)，219±2Ma和209±2Ma两个谐和年龄(杨恺等，2009)，225~215Ma(秦江锋，2010)。柞水岩体黑云母二长花岗岩矿物Rb-Sr等时年龄185±8Ma，黑云母二长花岗岩的黑云母40Ar-39Ar坪年龄196.6±1.9Ma(张宗清等，2006)；柞水岩体锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄分别为213.6±1.8Ma(胡健民等，2004)，224.8±1.1Ma(弓虎军等，2009b)，209±2Ma和199±2Ma两个谐和年龄(杨恺等，2009)。前人对梨园堂岩体研究较少，该岩体的同位素年龄尚未测定。那么，东江口和柞水岩体是否存在多期岩浆事件？还是同一期岩浆事件持续时间较长，这个时间跨度有多大？梨园堂岩体形成于哪个时代？不同岩体的源岩时代和物质来源是什么？梨园堂岩体与东江口和柞水岩体是否存在联系？这些岩浆事件对应哪期构造演化阶段？本文的研究目的旨在探讨这些问题，考虑到不同的同位素定年方法的可比性不高，本文选用锆石LA-ICP-MS U-Pb定年法，对东江口、柞水和梨园堂岩体做了进一步年代学限定。并对锆石Lu-Hf同位素组成进行了测定，探讨了这些岩体的源岩及成岩地球动力学背景。
2 地质背景
东江口岩体出露于陕西省周至县、柞水县一带，出露面积约550km2，岩体近东西向展布。岩体侵位于泥盆纪刘岭组(D3l)中。商丹断裂将岩体东北部与古元古代秦岭群和古生代片麻状花岗岩隔开(图 1c)。据崔建堂等(1999)在秦岭造山带进行的沙沟街、向坪和柞水三幅1 5万地质图联测的结果，东江口岩体为典型的大型复式岩体，从外向内主要包括小川街、营盘街、药王堂、沙洛帐和梅庄5个岩相学单元，从外向内，表现出由早到晚的同心环状分布特征，小川街单元断续分布在岩体边缘，面积较小；其他4个单元面积较大。秦江锋(2010)进一步研究表明东江口岩体的营盘街、药王堂、沙洛帐3个单元主要由英云闪长岩组成，梅庄单元主要由花岗闪长岩-闪长岩组成。本文采样点位于东江口岩体营盘街单元。
柞水岩体出露于陕西省柞水县东北，岩体长轴方向近北东向延伸，出露面积约265km2。岩体侵位于泥盆系刘岭组(D3l)和石炭系二峪河组(C2r1)中。柞水岩体与围岩呈明显的侵入接触关系(图 1b，c)。柞水岩体由外向内主要包括老安寺、西川街和洞耳沟3个岩相学单元(崔建堂等，1999)。本文采样点位于西川街单元，这个单元占据的岩体面积最大，基本代表主体岩体的特征。
梨园堂岩体位于柞水岩体南侧，属于小茅岭复式岩体的一部分，岩体被北东向和北西向的多个次级断裂切割(刘仁燕等，2011)(图 1c)。1 20万商县幅地质图中(地质部陕西省地质局秦岭区域地质测量大队八分队，1966.①)将梨园堂岩体划定为中生代的花岗闪长岩和石英闪长岩，本文定年结果证明梨园堂岩体为新元古代晋宁期石英二长岩，并在其中发育一个中生代的小花岗岩体。岩体周围出露震旦系、寒武系和泥盆系地层。
① 地质部陕西省地质局秦岭区域地质测量大队八分队. 1966. 1 20万商县幅地质图
3 岩相学特征
东江口岩体为花岗闪长岩(图 2a，b)。样品09CL284-1(33°47.646′N，109°01.843′E，H=967m)取自营盘收费站的“营盘镇项目区标牌”处，距营盘镇2km处。12CL215-1(33°45.995′N，109°02.835′E，H=952m)取自四道河一号隧道北口高速边。岩石为浅肉红色-灰白色，中粒结构-中粗粒似斑状结构。斑晶为斜长石(更(奥)长石)、钾长石(正长石、微斜长石和条纹长石)，1×1.5cm左右，含量约5%；基质为中粒-中细粒钾长石、斜长石(更(奥)长石)、石英、镁质黑云母和镁角闪石等。主要矿物组成：石英(25%~30%)、斜长石(30%~45%)，钾长石(25%~30%)、黑云母和少量的角闪石及白云母(5%~10%)。副矿物主要有榍石、磷灰石、锆石和磁铁矿等。岩体中可见少量椭球状暗色微粒花岗质包体(图 2b)。
 | 图 2 东江口、柞水和梨园堂花岗岩类显微镜下照片(a、b)-东江口岩体，花岗闪长岩，斜长石聚片双晶和环带结构发育，钾长石的卡式双晶和环带结构发育，微斜长石的格子双晶发育，还有少量的条纹长石，偶见暗色微粒花岗质包体，黑云母的多色性明显；(c、d)-柞水岩体，花岗岩，斜长石和钾长石的环带结构发育，斜长石有轻度的蚀变；(e、f)-梨园堂岩体:(e)-石英二长岩，黑云母发生了变形，并具有定向排列，斜长石有轻度的蚀变；(f)-花岗岩，斜长石有轻度的蚀变.Q-石英；Pl-斜长石；Kf-钾长石；Bi-黑云母；Per-条纹长石；Mc-微斜长石Fig. 2 Photomicrographs of granitoids from Dongjiangkou，Zhashui， and Liyuantang rock bodies(a，b)-the Dongjiangkou rock body is composed of granodiorite. Plagioclase is rich in polysynthetic twinning and zonal structure; K-feldspar is rich in clathrate twinning and zonal structure; microcline is rich in cross-twinning. This rock mass contains a small amount of perthite and particulate-grained granite inclusions and exhibits significant biotite pleochroism.(c，d)-the Zhashui rock body is composed of granite. K-feldspar and plagioclase are rich in zonal structures; plagioclase shows slight alteration.(e，f)-the Liyuantang rock body:(e)-quartz monzonite showing biotite deformation and alignment; plagioclase shows slight alteration.(f)-granite rocks also show slight plagioclase alteration. Q-quartz; Pl-plagioclase; Kf-K-feldspar; Bi-biotite; Per-perthite; Mc-microcline |
柞水岩体为花岗岩(图 2c，d)。样品09CL286-1(33°39.905′N，109°07.055′E，H=787m)取自柞水收费站东南200m处。样品09CL287-1、12CL218-1(33°39.319′N，109°07.638′E，H=769m)取自柞水县石门镇。灰白色-肉红色，中粗粒似斑状结构。斑晶主要为钾长石(正长石、微斜长石和条纹长石)，1×2cm~0.5×1cm，也含少量的斜长石(更(奥)长石)斑晶，含量约10%~15%，比东江口岩体中斑晶含量高，基质中细粒-中粒，基质主要矿物斜长石、石英、镁质黑云母和少量镁角闪石。偶见钾长石岩脉，脉宽1×1.5cm；偶见暗色微粒包体，椭圆形，20×40cm~2×4cm不等。主要矿物组成：斜长石(35%~45%)、石英(25%~30%)、钾长石(25%~30%)、黑云母和少量的角闪石及白云母(5%)。副矿物为榍石、磷灰石、锆石、磁铁矿等。
梨园堂岩体石英二长岩和花岗岩(图 2e，f)。样品09CL289-1(33°38.833′N，109°04.268′E，H=916m)、09CL290-1(33°37.241′N，109°03.474′E，H=1124m)、09CL291-1(33°38.385′N，109°03.694′E，H=983m)取自梨园堂镇。09CL289-1(蚀变石英二长岩)和09CL291-1(石英二长岩)灰黑色-灰色，中-中细粒结构，主要矿物斜长石、钾长石、石英、黑云母等；岩体有变质变形现象，裂隙发育，沿裂隙绿泥石化和绿帘石化严重，可能为含矿岩体，岩体中可见4~7cm宽的伟晶岩脉。09CL290-1(细粒花岗岩)在1 20万商县幅地质图上是花岗岩小侵入体，肉红色-粉红色，中细粒结构，主要矿物斜长石、钾长石、石英、黑云母等。
4 分析方法 4.1 全岩化学分析
样品破碎和化学全分析由河北省区域地质矿产调查研究所完成，氧化物用X荧光光谱仪3080E测试，执行标准分别为：Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、K2O、CaO、TiO2、MnO、Fe2O3、FeO按GB/T 14506.28—1993标准；H2O+按GB/T 14506.2—1993标准；CO2按GB 9835—1988标准；LOI按LY/T 1253—1999标准。分析的相对标准偏差小于2%~8%。稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和微量元素Cu、Pb、Hf、Ta、Sc、Cs、V、Co、Ni用等离子质谱(ICP-MS)Excell测试，执行标准为DZ/T 0223—2001；微量元素Sr、Ba、Zn、Rb、Nb、Zr、Ga用X荧光光谱仪2100测试，执行JY/T 016—1996标准。分析精度大多数元素可达到10-8，少量元素为10-6(Zr、Ba)和10-7(Hf、Nb)，其相对标准偏差小于10%。
4.2 锆石 LA-ICP-MS U-Pb定年
野外分别采集样品各约2kg，破碎至80~120目，依次用重力分选法、电磁分选法和重液分选法选出锆石，由河北省区域地质矿产调查研究所完成。然后在双目镜下挑选出具有代表性的锆石制成锆石靶并拍摄阴极发光照片，由中国地质科学院地质研究所大陆动力学实验室完成。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)锆石原位微区U-Pb定年在中国科学技术大学壳幔物质与环境重点实验室完成，仪器型号：ICP-MS ELAN DRC-Ⅱ型。激光剥蚀束斑直径在60~44μm，激光剥蚀样品的深度为40~20μm。实验中采用He作为剥蚀物质的载气，采样方式为单点剥蚀。锆石年龄采用标准锆石91500作为外部标准物质，元素含量采用NIST SRM610作为外标，用29Si作为内标来消除激光能量在点分析过程中以及分析点之间的漂移。U/Pb比值数据处理使用软件LaDating@Zrn，校正Pb同位素处理使用软件ComPb corr#3-18(Anderson，2002)，加权平均年龄计算及谐和图采用Isoplot(ver 3.0)完成。
4.3 锆石Lu-Hf同位素
锆石Lu-Hf同位素测试在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室完成，所用仪器为Neptune多接收等离子质谱和Newwave UP213紫外激光剥蚀系统(LA-MC-ICP-MS)，实验过程中采用He作为剥蚀物质载气，根据锆石大小，剥蚀直径采用55μm或40μm，测定时使用国际上通用的锆石标样GJ1作为参考物质，分析过程中锆石标准GJ1的176Hf/177Hf测试加权平均值为0.282015±8(2σ，n=10)。相关仪器运行条件及详细分析流程见侯可军等(2007)。
5 分析结果 5.1 全岩化学分析 5.1.1 主量元素
分析结果见表 1。在TAS岩石分类图解(图 3)上，东江口、柞水和梨园堂花岗岩类样品分别落在花岗闪长岩、花岗岩和石英二长岩-花岗岩区。东江口岩体SiO2=66.77%~68.29%，Al2O3=14.46%~14.59%、Fe2O3=1.38%~1.41%、FeO=1.76%~1.87%、MgO=2.15%~2.64%、CaO=2.96%~3.04%、Na2O＋K2O=6.87%~7.64%(表 1)。柞水岩体SiO2=70.65%~71.20%，Al2O3=14.43%~15.05%、Fe2O3=1.09%~1.25%、FeO=1.03%~1.22%、MgO=0.82%~0.91%、CaO=2.09%~2.33%、Na2O＋K2O=7.28%~8.03%。梨园堂石英二长岩SiO2=65.01%~69.18%，Al2O3=16.15%~16.42%、Fe2O3=0.40%~1.43%、FeO=0.94%~2.54%、MgO=0.77%~2.02%、CaO=1.71%~2.72%、Na2O＋K2O=7.61%~8.43%。梨园堂花岗岩SiO2=77.01%，Al2O3=13.05%、Fe2O3=0.16%、FeO=0.32%、MgO=0.08%、CaO=0.41%、Na2O＋K2O=8.24%。所有样品δ<3.3，均为钙碱性。在A/NK-A/CNK图(图 4)上，东江口的样品落在准铝质区，柞水和梨园堂的样品落在过铝质区。在K2O-SiO2岩浆岩系列判别图(图 5)上，样品均落在高钾钙碱性区。
 | 图 3 东江口、柞水和梨园堂花岗岩类(Na2O＋K2O)-SiO2分类图解(据Middlemost，1994) Fig. 3(Na2O＋K2O)-SiO2 diagram of granitoids from Dongjiangkou，Zhashui and Liyuantang(after Middlemost，1994) |
 | 表 1 东江口、柞水和梨园堂花岗岩类的主量元素(wt%)、微量元素(×10-6)分析结果Table 1 Major elements(wt%) and trace elements(×10-6)compositions of granitoids from Dongjiangkou，Zhashui and Liyuantang |
 | 图 4 东江口、柞水和梨园堂花岗岩类A/NK-A/CNK图(据Rollinson，1993)Fig. 4 A/NK-A/CNK diagram of Granitoids from Dongjiangkou，Zhashui and Liyuantang(after Rollinson，1993) |
 | 图 5 东江口、柞水和梨园堂花岗岩类K2O-SiO2岩浆岩系列判别图解(据Rickwood，1989) Fig. 5 K2O-SiO2 diagram of granitoids from Dongjiangkou，Zhashui and Liyuantang(after Rickwood，1989) |
5.1.2 稀土元素
LREE/HREE=11.22~14.07，(La/Yb)N=13.97~16.39，δEu=0.69~0.91，δCe=0.95~0.98；柞水岩体ΣREE=140×10-6~162×10-6，LREE/HREE=10.02~12.02，(La/Yb)N=10.91~16.58，δEu=0.65~0.71，δCe=0.95~1.00；梨园堂石英二长岩ΣREE=122×10-6~150×10-6，LREE/HREE=8.66~9.78，(La/Yb)N=9.9~10.61，δEu=0.78~0.84，δCe=0.89~1.02；梨园堂花岗岩ΣREE=75×10-6，LREE/HREE=7.89，(La/Yb)N=8.62，δEu=0.38，δCe=0.93。LREE/HREE比值较大，表明其轻稀土富集，重稀土亏损(图 6、图 7)。除梨园堂花岗岩具有较明显δEu负异常(图 7)外，其余δEu负异常不明显。δCe异常不明显，球粒陨石标准化配分曲线为右倾型(图 6、图 7)。
 | 图 6 东江口和柞水花岗岩类稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(球粒陨石值据Sun and McDonough， 1989) Fig. 6 Chondrite-normalized REE diagram of granitoids from Dongjiangkou and Zhashui(chondrite values after Sun and McDonough， 1989) |
 | 图 7 梨园堂花岗岩类稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(球粒陨石值据Sun and McDonough， 1989) Fig. 7 Chondrite-normalized REE diagram of granitoids from Liyuantang(chondrite values after Sun and McDonough， 1989) |
5.1.3 微量元素
微量元素蛛网图(图 8、图 9)亏损Nb、Ce、Zr、Ti、U和P等高场强元素，略富Rb、K等大离子亲石元素。Pb具有明显的正异常，说明源岩可能以壳源成分为主(Hofmann，1997)。东江口和柞水岩体Rb/Sr比值介于0.07~0.38(平均0.26)，Y=14.03×10-6~17.74×10-6＜18×10-6，Sr/Y比值为22.69~45.55，Y/Yb比值为9.15~10.35之间；梨园堂石英二长岩Rb/Sr=0.19~0.56(平均0.37)，Sr/Y比值为8.25~23.99(平均16.12)，Y/Yb比值为9.12~9.14。梨园堂花岗岩Rb/Sr=3.39，Y=11.96×10-6，Sr/Y比值为5.06，Y/Yb比值为9.66。样品表现出高Sr低Y、Yb的特点，表明岩石的源区有石榴子石残余(张旗等，2006；秦江锋，2010)。梨园堂花岗岩类微量元素组成明显分为2组，一组为P、Ti亏损较严重的花岗岩，另一组为石英二长岩；与东江口和柞水花岗岩类的微量元素组成差别较大，东江口和柞水样品微量元素总体趋势较为一致。
 | 图 8 东江口和柞水花岗岩类微量元素原始地幔标准化微量元素蛛网图(原始地幔标准化值据Sun and McDonough， 1989) Fig. 8 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram of granitoids from Dongjiangkou and Zhashui(primitive mantle values after Sun and McDonough， 1989) |
 | 图 9 梨园堂花岗岩类微量元素原始地幔标准化微量元素蛛网图(原始地幔标准化值据Sun and McDonough， 1989) Fig. 9 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram of granitoids from Liyuantang(primitive mantle values after Sun and McDonough， 1989) |
5.2 锆石 LA-ICP-MS U-Pb 定年
东江口09CL284-3(花岗闪长岩)锆石为自形，粒度0.30×0.09mm~0.15×0.09mm，长宽比为3.5 1~1.5 1。阴极发光照片显示部分锆石(测点1、2、13、14、19、23、24、25)具有明显的振荡环带(图 10a)。该样品锆石的U、Th含量(表 2)变化分别为：6×10-6~62×10-6(平均28×10-6)和4×10-6~49×10-6(平均20×10-6)，U和Th之间相关性很好，线性趋势线R2=0.977(图 11a)，Th/U值变化于0.58~0.94之间，平均0.72。Pb*含量在0.30×10-6~2.78×10-6之间，平均1.24×10-6。206Pb/238U年龄在240±9Ma~253±6Ma，其加权平均年龄为246.8±2.5Ma(MSWD=0.26)，下交点年龄246.1±3.2Ma(MSWD=0.22)(图 12a)。
柞水09CL287-3(花岗岩)锆石为自形，粒度0.30×0.10mm~0.19×0.09mm，长宽比为3 1~2 1。阴极发光照片显示锆石具有明显的振荡环带，为岩浆成因的锆石(图 10b)。该样品锆石的U、Th含量(表 2)变化分别为：43×10-6~121×10-6(平均75×10-6)和16×10-6~84×10-6(平均43×10-6)，U和Th之间相关性较好，线性趋势线R2=0.751(图 11b)，Th/U值变化于0.38~0.79之间，平均0.57。Pb*含量在1.66×10-6~4.89×10-6之间，平均3.04×10-6。206Pb/238U年龄在229±4Ma~237±4Ma，其加权平均年龄为233.6±1.3Ma(MSWD=0.48)，下交点年龄234.5±2.2Ma(MSWD=0.34)(图 12b)。
梨园堂09CL289-3(石英二长岩)锆石为自形，粒度0.16×0.09mm~0.1×0.1mm，长宽比为2 1~1 1。阴极发光照片显示锆石具有明显的振荡环带(图 10c)。该样品锆石的U、Th含量(表 2)变化分别为：14×10-6~43×10-6(平均27×10-6)和9×10-6~32×10-6(平均19×10-6)，U和Th之间相关性很好，线性趋势线R2=0.901(图 11c)，Th/U值变化于0.58~0.87之间，平均0.71。Pb*含量在2.53×10-6~7.77×10-6之间，平均4.87×10-6。206Pb/238U年龄在943±14Ma~968±12Ma，其加权平均年龄为956.1±4.5Ma(MSWD=0.16)，下交点年龄952.8±9.6Ma(MSWD=0.13)(图 12c)。
梨园堂09CL290-3(花岗岩)锆石为半自形-自形，粒度小，在0.05×0.038mm~0.038×0.1mm之间，长宽比为2.5 1~1 1，阴极发光照片显示部分锆石颜色为黑色，受到过后期流体的改造，部分锆石的环带不明显(图 10d)。该样品锆石的U、Th含量(表 2)变化分别为：32×10-6~901×10-6(平均248×10-6)和24×10-6~997×10-6(平均238×10-6)，U和Th之间相关性很好，线性趋势线R2=0.962(图 11d)，Th/U值变化于0.72~1.38之间，平均0.92。Pb*含量在1.21×10-6~37.53×10-6之间，平均9.74×10-6。206Pb/238U年龄在198±6Ma~207±4Ma，其加权平均年龄为203.6±2.2Ma(MSWD=0.33)，下交点年龄205.6±5.4Ma(MSWD=0.33)(图 12d)。
 | 图 10 东江口、柞水和梨园堂花岗岩类锆石的阴极发光CL图像Fig. 10 Zircon cathodoluminescence(CL)images of granitoids from Dongjiangkou，Zhashui and Liyuantang |
| 表 2 东江口、柞水和梨园堂花岗岩类锆石LA-ICP-MS U-Th-Pb同位素分析结果Table 2 Zircon LA-ICP-MS U-Th-Pb dating results of granitoids from Dongjiangkou，Zhashui and Liyuantang |
 | 图 11 东江口、柞水和梨园堂花岗岩类锆石的Th和U关系图Fig. 11 Relationship between Th and U in the zircons of granitoids from Dongjiangkou，Zhashui and Liyuantang |
 | 图 12 东江口、柞水和梨园堂花岗岩类锆石的U-Pb协和线图和平均年龄图Fig. 12 Zircon U-Pb concordia diagram and averaged age of granitoids from Dongjiangkou，Zhashui and Liyuantang |
5.3 锆石 Lu-Hf同位素
东江口09CL284-3锆石的εHf(t)值为-4.98~-0.67，数值集中(表 3)；东江口DJK-02的εHf(t)有2个正值(2.7和13.2)和18个负值，数值分散，-25.5~-0.2(弓虎军等，2009a)。柞水09CL287-3锆石的εHf(t)值除-1.39外，其余为0.03~4.21，数值集中；柞水ZSHUI-1的εHf(t)有5个负值和14个正值，为-5.8~4.4，数值集中(弓虎军等，2009b)。梨园堂09CL289-3锆石的εHf(t)值为6.84~12.36，全为正值；梨园堂09CL290-3锆石的εHf(t)值为-0.95~4.93，11个正值，4个负值，数值集中(图 13)。锆石的fLu/Hf(s)值为-0.99~-0.79(表 3)，显著小于大陆镁铁质地壳fLu/Hf(s)=-0.34(Amelin et al., 1999)，因此二阶段模式年龄能更真实地反映其源区物质从亏损地幔抽取的时间(第五春荣等，2007)。09CL284-3、09CL287-3、09CL289-3和09CL290-3两阶段Hf模式年龄(tDM2)分别为1318~1592Ma(平均1479Ma)，997~1353Ma(平均1153Ma)，1036~1385Ma(平均1221Ma)和927~1301Ma(平均1128Ma)，年龄集中在中元古代。DJK-02的tDM2为1068~2348Ma(εHf(t)=2.7和13.2对应的tDM2为920Ma和376Ma)(弓虎军等，2009a)。ZSHUI-1的tDM2为1353~833Ma(平均1160Ma)(弓虎军等，2009b)。
| 表 3 东江口、柞水和梨园堂花岗岩类锆石Lu-Hf同位素分析结果Table 3 Zircon Lu-Hf isotopic results of granitoids from Dongjiangkou，Zhashui and Liyuantang |
 | 图 13 东江口、柞水和梨园堂花岗岩类锆石206Pb/238U- εHf(t)和εHf(t)同位素组成图 DJK-02弓虎军等，2009a；ZSHUI-1引用弓虎军等，2009bFig. 13 206Pb/238U-εHf(t) and εHf(t)isotopic compositions diagrams of granitoids from Dongjiangkou，Zhashui and Liyuantang |
6 讨论 6.1 地球化学
埃达克岩地球化学特征以SiO2≥56%，Al2O3≥15%，MgO＜3%，Mg#＜0.5为前提；Y＜18×10-6，Yb≤1.9×10-6，Sr＞400×10-6为标志(即贫Y、Yb和富Sr)，LREE富集，HREE亏损，无明显的负铕异常(张旗等， 2003a，b)。本文研究的3个岩体具有类似埃达克岩的地球化学特征，但不同于典型的埃达克岩，主要存在以下区别：东江口花岗闪长岩Mg#=0.56~0.60(＞0.5)，Al2O3=14.46%~14.59%(~15%)；柞水花岗岩Mg#=0.41~0.42，Al2O3=14.43%~15.05%(~15%)。梨园堂石英二长岩Mg#=0.49~0.52，Sr=(152~471)×10-6，Yb=(2.02~2.15)×10-6＞1.9×10-6，Y=(18.46~19.64)×10-6＞18×10-6；梨园堂花岗岩Mg#=0.24，Al2O3=13.05%，Sr=61×10-6＜400×10-6。秦江锋(2010)也认为秦岭造山带三叠纪花岗岩不同程度具有高钾钙碱性、准铝质、埃达克岩的地球化学特征。据Miller et al.(2003)的锆元素在岩浆中的饱和浓度温度计估算了东江口花岗闪长岩、柞水花岗岩、梨园堂石英二长岩和梨园堂花岗岩的初始岩浆温度分别为785~790℃(平均788℃)、781~795℃(平均786℃)、778~797℃(平均788℃)和743℃；据Montel(1993)的稀土元素在岩浆中的饱和浓度温度计估算的初始岩浆温度分别为732~772℃(平均752℃)、783~788℃(平均786℃)、768~771℃(平均770℃)和761℃(表 1)。
6.2 岩体年代
一般认为岩浆成因的锆石Th/U大于0.3(Hoskin and Schaltegger， 2003)，本文4个样品锆石的Th/U均大于0.3，并且锆石具有明显的振荡环带，表明东江口岩体群是岩浆结晶成因的。东江口花岗闪长岩、柞水花岗岩、梨园堂石英二长岩和梨园堂花岗岩锆石U-Pb加权平均年龄分别为246.8±2.5Ma(MSWD=0.26)，233.6±1.3Ma(MSWD=0.48)，956.1±4.5Ma(MSWD=0.16)，203.6±2.2Ma(MSWD=0.33)，分别为早三叠纪、中三叠纪、新元古代和晚三叠纪，这组年龄可以解释为岩浆结晶的年龄。
6.2.1 秦岭太古宙-新元古代花岗岩类
秦岭太古宙-中元古代的老花岗岩不多(张宗清等，2006)。新元古代花岗岩体也不多，年龄主要集中在944~815Ma，少数岩体形成年龄800~700Ma(张宗清等，2006)。小茅岭复式岩体自西向东、由北至南的迷魂阵蚀变石英闪长岩、磨沟峡黑云母闪长岩、叶家湾黑云母石英二长闪长岩的锆石U-Pb年龄分别为846.7±2.7Ma、859.4±1.7Ma、861.1±1.8Ma(刘仁燕等，2011)。梨园堂石英二长岩位于小茅岭复式岩体的东北角，与叶家湾岩体临近，较刘仁燕等(2011)测定的该复式岩体的其他岩体年代早约100Ma(表 4)。
| 表 4 东江口、柞水和梨园堂岩体的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果Table 4 Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating results of rocks from Dongjiangkou，Zhashui and Liyuantang |
6.2.2 秦岭古生代-中生代花岗岩类
综合王涛等(2009)、雷敏(2010)和王晓霞等(2011)及本文成果，可将秦岭造山带古生代-中生代花岗质岩浆活动分为四期：第Ⅰ期早古生代(507~422Ma)；第II期晚古生代(415~400Ma)；第III期早中生代(247~197Ma)；第IV期晚中生代(167~100Ma)。本文的东江口花岗闪长岩、柞水花岗岩、梨园堂花岗岩属于第III期(表 4)。
6.3 岩浆源区
Green(1995)认为幔源岩浆和壳源岩浆的Nb/Ta分别约17.5和11~12之间，Dostal and Chatterjee(2000)认为球粒陨石的Zr/Hf约36。东江口花岗闪长岩、柞水花岗岩、梨园堂石英二长岩和梨园堂花岗岩的Nb/Ta(表 1)分别为8.72~10.93，10.46~14.26(平均12.04)，10.12~10.66，6.56；Zr/Hf分别为20.63~24.17，21.85~26.29，20.64~21.23，21.01，Nb/Ta值具有壳源岩浆特征，Zr/Hf值低于球粒陨石值，表明其与壳源组分特征更为相近。
09CL284-3锆石两阶段Hf模式年龄(tDM2)峰值为1.4~1.6Ga，锆石的εHf(t)值为-4.98~-0.67，表明东江口岩体的源岩主要为中元古代早期地壳物质。东江口DJK-02的εHf(t)有2个正值(2.7和13.2)和18个负值(-25.5~-0.2)，表明东江口岩体的物质来源为地壳的部分熔融，且有幔源物质的加入(弓虎军等，2009a)。09CL287-3的tDM2为1.0~1.3Ga，锆石的εHf(t)值为0.03~4.21(还有一个负值-1.39)，表明柞水岩体的物质来源主要为中元古代亏损地幔物质，还有少量壳源物质加入。而弓虎军等(2009b)认为柞水ZSHUI-1的εHf(t)有5个正值和14个负值，表明柞水岩体的物质来源可能为地壳物质，且有幔源物质加入。因此，柞水岩体的物质来源至少存在上述两种类型。09CL289-3的tDM2为1.0~1.3Ga，锆石的εHf(t)值为6.84~12.36，表明新元古代梨园堂石英二长岩的物质来源主要为中元古代亏损地幔物质。09CL290-3的tDM2为1.0~1.3Ga，还有一个0.9Ga，锆石的εHf(t)值为-0.95~4.93，11个正值，4个负值，正值对应的年代较晚(0.9~1.2Ga)，负值对应的年代较早(~1.3Ga)，表明新元古代梨园堂花岗岩的物质来源主要为中元古代晚期的亏损地幔物质，并有少量中元古代中期地壳物质加入，还有极少量新元古代新生地壳物质加入。秦岭造山带晚三叠世花岗岩类的全岩Nd模式年龄主要集中在1.1~1.3Ga，和扬子地块中元古代地壳增生时间完全一致，而明显不同于华北地块，表明该区晚三叠世花岗岩的物质来源主要为扬子地块中元古代地壳(秦江锋，2010)。亏损的幔源岩浆与南秦岭(或扬子)的基底地壳物质可能为南秦岭地区中生代花岗岩的源区(弓虎军等， 2009a，b)。秦岭造山带三叠纪花岗岩是幔源岩浆和花岗质岩浆混合的结果(张成立等，2009；弓虎军等， 2009a，b；秦江锋，2010)。
综上所述，南秦岭早三叠纪花岗岩的物质来源主要为扬子地块中元古代早期地壳物质和之后的少量亏损地幔物质(如东江口岩体)。晚三叠纪花岗岩的物质来源主要为扬子地块中元古代晚期的亏损地幔物质和少量中元古代中期的地壳物质，并有极少量的新元古代新生地壳物质加入(如梨园堂花岗岩)。中三叠纪花岗岩包括上述两种物质来源类型(如柞水岩体)，具有过渡类型的特点。梨园堂石英二长岩、柞水岩体和梨园堂花岗岩的锆石两阶段Hf模式年龄一致(1.0~1.3Ga)，柞水岩体和梨园堂花岗岩的物质来源有一部分是中元古代的亏损地幔物质；而新元古代梨园堂石英二长岩正好是中元古代亏损地幔底侵形成的；那么，这三者的部分原始物质来源是一致的。
6.4 动力学背景
秦岭造山带三叠纪花岗岩形成的动力学背景目前还存在争论：秦岭造山带三叠纪花岗岩最初被认为是同碰撞型花岗岩(孙卫东等，2000)；张国伟等(2003)认为勉略构造带北侧的中生代花岗岩是勉略古洋壳北向俯冲作用的产物；也有学者认为这些花岗岩可能形成于后碰撞构造环境(王晓霞等， 2003，2005；张成立等， 2005，2008)；弓虎军等(2009a)认为东江口岩体是挤压向伸展构造体制转变过程中，岩石圈拆沉的结果。秦江锋(2010)认为东江口岩体锆石U-Pb年龄为225~215Ma，明显晚于秦岭造山带主碰撞期的峰期年龄241~22lMa(李曙光等，1996)，也明显晚于大别-苏鲁造山带高压-超高压岩石发生榴辉岩相变质作用的年龄255~226Ma(郑永飞，2008)，表明东江口岩体形成于岩石圈处于伸展状态的后碰撞环境。东江口花岗闪长岩、柞水花岗岩和梨园堂花岗岩的Nb/Ta比值为6.56~14.26，接近太古代TTG(英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质片麻岩)的Nb/Ta比值，而低于现代岛弧环境下形成的埃达克岩的Nb/Ta比值(秦江锋，2010)。而且秦岭三叠纪花岗岩富集Sr-Nd同位素，全岩Nd模式年龄为1.1~1.3Ga，这也表明其源岩不可能是古生代新生洋壳，而应为秦岭造山带中元古代基性下地壳，不可能形成于洋壳俯冲环境(秦江锋，2010)。本文最新的年代学数据显示，东江口岩体和柞水岩体分别存在246.8Ma的花岗闪长岩和233.6Ma的花岗岩(表 4)。因此，本文认为，东江口和柞水岩体是两个大型复式岩体，形成时间跨度较大，经历了同碰撞和后碰撞两种构造环境。早期东江口246.8Ma的花岗闪长岩和柞水233.6Ma的花岗岩是在南秦岭勉-略构造带洋盆闭合后，扬子板块和华北板块的同碰撞构造环境下形成的。晚期东江口(209~222.6Ma)和柞水(199.0~224.8Ma)花岗岩类以及梨园堂花岗岩(203.6Ma)都形成于后碰撞的伸展环境。
秦岭造山带三叠纪花岗岩形成机制为：(1)勉略洋壳在晚古生代向南秦岭地块之下俯冲，~250Ma时勉略洋闭合；(2)之后扬子板块和华北板块发生碰撞，扬子陆块俯冲至南秦岭地块之下(250~220Ma)，俯冲的扬子陆壳在地幔高温环境下发生小规模的部分熔融形成早-中三叠纪的花岗岩类(如246.8Ma和233.6Ma)；(3)碰撞结束后，秦岭造山带由挤压向伸展构造体制转变，扬子陆块最终发生板片断离，诱发软流圈地幔上涌，同时俯冲陆壳由于浮力作用开始构造折返，在地幔热和构造减压的条件下，俯冲陆壳及上覆岩石圈地幔发生广泛的部分熔融，形成具埃达克质地球化学特征的晚三叠纪花岗岩类(如199.0~224.8Ma)。
7 结论
(1)东江口、柞水和梨园堂岩体具有类似埃达克质岩的地球化学特征，但不同于典型的埃达克质岩。属于高钾钙碱性岩系列的准铝质-过铝质花岗岩，除梨园堂花岗岩具有较明显δEu负异常外，其余样品表现为铀负异常不明显的相对平滑的右倾稀土配分模式。亏损Nb、Ce、Zr、Ti、U和P等高场强元素，富Rb、K等大离子亲石元素，具高Sr低Y、Yb的特点。初始岩浆温度TZr=743~788℃，TREE=752~786℃。
(2)东江口花岗闪长岩、柞水花岗岩、梨园堂石英二长岩和梨园堂花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄分别为246.8±2.5Ma(MSWD=0.26)，233.6±1.3Ma(MSWD=0.48)，956.1±4.5Ma(MSWD=0.16)，203.6±2.2Ma(MSWD=0.33)，为其岩浆结晶年龄。其锆石的两阶段Hf模式年龄(tDM2)分别为1.4~1.6Ga、1.0~1.3Ga、1.0~1.3Ga和1.0~1.3Ga。
(3)早期东江口246.8Ma的花岗闪长岩和柞水233.6Ma的花岗岩是在扬子板块和华北板块的同碰撞构造环境下形成的。晚期东江口(209~222.6Ma)和柞水(199~224.8Ma)花岗岩类以及梨园堂花岗岩(203.6Ma)都形成于后碰撞的伸展环境。
致谢 中国科学技术大学壳幔物质与环境重点实验室侯振辉老师，中国地质科学院矿产资源研究所郭春丽老师、侯可军老师在实验过程中给予了大量的指导和帮助；中国地质科学院矿产资源研究所聂凤军研究员和赵元艺研究员提出了十分宝贵的修改意见；在此一并表示衷心的感谢！
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