大别造山带北部铁佛寺早古生代同碰撞型花岗岩_地球化学和年代学证据

中国科学D辑:地球科学2007年第37卷第1期: 1~9收稿日期: 2006-03-17; 接受日期: 2006-07-17国家自然科学基金重点项目(批准号: 40334037)和创新研究群体科学基金项目(批准号: 40521001)资助《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS大别造山带北部铁佛寺早古生代同碰撞型花岗岩:地球化学和年代学证据张金阳①马昌前①②*佘振兵①③张祥国①周红升①④(①中国地质大学地球科学学院, 武汉 430074; ②中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室, 武汉 430074;③西北大学大陆动力学教育部重点实验室, 西安710069; ④信阳师范学院城市与环境科学系, 信阳 464000)摘要出露于大别山西北部信阳市附近的铁佛寺岩体侵入元古代秦岭群, 通过锆石SHRIMP U-Pb法测得该岩体年龄为(436±11) Ma. 铁佛寺钾长花岗岩和二长花岗岩暗色矿物含量极少, 可见白云母, SiO2含量较高且变化范围很窄, K2O/Na2O比值很高, 属高钾钙碱性系列, ACNK＞1.1, 为强过铝质, FeO, Fe2O3及MgO含量很低. 岩石总体上相对富集大离子亲石元素, 亏损高场强元素. 岩石稀土元素及微量元素表现出三种不同的特征, 第Ⅰ类岩石Eu为弱负异常, (La/Yb)N比值最大, 稀土元素总量(ΣREE), Rb/Sr及Rb/Ba比值中等; 第Ⅱ类岩石Eu为中等负异常, (La/Yb)N比值最小, ΣREE, Rb/Sr及Rb/Ba比值最大; 第Ⅲ类岩石Eu表现正异常, (La/Yb)N比值中等, ΣREE, Rb/Sr及Rb/Ba比值最小. 全岩εNd(440 Ma)集中在−8.8~−9.9之间, Nd模式年龄为2.0 Ga左右, 与秦岭群副片麻岩相似. 综合分析表明铁佛寺花岗岩为壳源S型同碰撞花岗岩, Ⅰ类花岗岩浆形成于秦岭群副片麻岩低程度部分熔融, Ⅱ类花岗岩浆是由Ⅰ类花岗岩浆发生斜长石结晶分异形成, 而III类花岗岩可能与混杂了结晶分异的斜长石堆晶有关. 铁佛寺花岗岩形成于华北板块与扬子板块陆-陆碰撞有关的构造环境.关键词锆石SHRIMP年代学古生代同碰撞花岗岩大别造山带近十几年来, 大别造山带三叠纪超高压变质事件引起了国内外地质工作者极大的关注[1,2], 最近在大别山西部的祁连-秦岭一线又发现了一条巨型早古生代超高压变质带[3,4], 两个不同时代超高压变质带的共存使得祁连-秦岭-大别造山带格外引人注目. 祁连-秦岭一线早古生代中晚期与俯冲有关的岩浆岩组合已有报道[5~9], 最近秦岭地区又发现了泥盆纪早期同碰撞S型含石榴子石花岗岩[10], 从而揭示了秦岭地区早古生代俯冲-碰撞的完整演化过程. 在其东部的大别造山带, 近年来相继报道了一系列古生代地质事件[11,12], 如大别山北坡马畈杂岩体所反映的奥陶纪俯冲作用[13], 熊店榴辉岩记录的奥陶纪高压-超高压变质事件[4,14]等. 至石炭纪大别山北坡为残留海相沉积[15], 表明华北板块与扬子板块主体在石炭纪之前已经碰撞闭合, 但反映这一碰撞事件的岩浆活动此前还未报道过.本文涉及的信阳市西北部铁佛寺岩体侵位于秦岭群, 在构造位置上处于马畈杂岩体之西南, 区域地质调查研究中通过区域对比的方法将其暂定为海西期同碰撞S型花岗岩(游河幅1:50000区调报告). 本文详细研究了铁佛寺岩体的年代学、地球化学特征, 并据此讨论了大别山北部早古生代的构造演化.2中国科学D辑地球科学第37卷1区域地质背景铁佛寺岩体位于河南省信阳市西北南湾镇西 1 km处, 属于北淮阳构造带. 该区从南向北主要出露信阳群龟山组、秦岭群及二郎坪群三套岩石组合, 秦岭群北部出露卧虎变超基性-基性岩带(图1). 龟山组主要为一套早古生代变质火山-沉积岩类, 该组石榴斜长角闪片岩的角闪石Ar-Ar年龄为(401±3) Ma, 代表晚古生代初期强挤压应力条件下的高压变质事件[16]. 秦岭群主要由云母片岩类和斜长角闪岩等组成, 为一套深变质强变形带状无序地层, 发育强烈韧性剪切变形, 其主体可能形成于古元古代(约2.0 Ga), 并受晋宁期及加里东期两次强烈变质事件影响[17]. 二郎坪群为一套变火山-沉积岩系, 形成于早古生代[18]. 卧虎变超基性-基性岩带主要由蛇纹石化斜辉橄榄岩、变辉石岩、变角闪岩及变辉长岩组成. 此外, 该区秦岭群中发现了麻粒岩及高压麻粒岩, 其峰期变质时代可能为新太古代-古元古代[19], 本区还零星出露石炭纪及白垩纪地层, 其中石炭系为碳质石英砂岩及板岩, 白垩系为一套陆相红盆沉积.2岩体地质及岩相学铁佛寺岩体呈小岩株状侵入秦岭群, 岩体面积约15 km2, 见港湾状侵入接触界线(游河幅1:50000区调报告), 岩体内围岩捕虏体多见, 发育后期侵入的细粒闪长岩脉和伟晶岩脉. 铁佛寺岩体南部及秦岭群被一北西向左行韧性剪切带穿过, 剪切带内岩石塑性流变强烈, 见柔流褶曲变形、矿物旋转碎斑、S-C组构及鞘褶皱. 岩体变形面理与围岩变形面理一致, 走向均为北西向.铁佛寺花岗岩呈浅色, 岩性为二长花岗岩和钾长花岗岩, 长石和石英总量达98%以上, 钾长石含量高于斜长石, 白云母约占1%左右, 有少量褐帘石、锆石等副矿物. 长石主要有正条纹长石、微斜长石和斜长石, 呈眼球状, 大小和含量不一, 最大可达3 cm×4 cm, 局部眼球状长石含量可达15%, 镜下可见斜长石聚片双晶纹呈大弧度弯曲. 石英围绕眼球状长石分布并熔蚀长石使其呈港湾状, 白云母均呈丝状.图1 信阳市西北铁佛寺地区地质和样品分布简图1. 高压-超高压变质地块;2. 北淮阳绿片岩-低角闪岩带;3. 卧虎变超基性-基性岩带;4. 铁佛寺花岗岩;5. 断裂;6. 地质产状. Pt1q: 秦岭群; Pz x: 信阳群龟山组; Pz c: 蔡家凹灰岩; Pz1e: 二郎坪群; γ5: 燕山期花岗岩; C: 石炭系; Q+K: 第四系和白垩系. 采样位置: 实心圆形代表Ⅰ类花岗岩; 三角形代表Ⅱ类花岗岩; 方块代表Ⅲ类花岗岩. 12-1表示样品号的缩写, 完整样品号为04DG12-1, 后同第1期张金阳等: 大别造山带北部铁佛寺早古生代同碰撞型花岗岩33锆石SHRIMP U-Pb年龄从岩体中心变形较弱、无后期岩脉穿插的部位采集了进行锆石SHRIMP U-Pb同位素定年所需的岩石样品(04DG13-1)约5 kg, 采样位置如图1(32°09′35″N, 113°58′37″E). 样品采用机械破碎, 在重力和电磁分选后, 于双目镜下选出锆石. 锆石颗粒大小均匀, 呈浅棕色, 半透明, 多呈双锥状或长柱状, 晶面平直, 晶棱尖锐, 长约为100~200 µm, 长宽比约为2:1至6:1, 部分锆石局部含包裹体. 选取相对洁净透明的锥状和长柱状锆石颗粒粘在环氧树胶上, 磨平至一半厚度后抛光, 暴露出颗粒内部并镀金, 准备测试. 锆石SHRIMP U-Pb年龄测定在北京离子探针中心完成, 测试原理、方法及数据处理见文献[20].锆石样品共测定16个数据点, 测试结果见表1. 从阴极发光图像(图2)可见, 锆石样品13.1明显为继承锆石核, 其年龄为2.5 Ga, Th/U比值为0.29, 反映了该地区太古代末期一次岩浆事件. 其他锆石U平均含量为3055 µg/g, Th平均含量为197 µg/g, Th/U比值在0.06~0.07之间, 这样低Th/U比值的锆石通常被当作变质成因锆石, 但最近的研究表明Th/U比值并不能作为判别锆石成因的绝对有效标准[21,22], 而且阴极发光图像表明, 锆石均发育典型的振荡环带(图2), 应属岩浆成因. 数据点1.1, 3.1, 10.1, 12.1, 14.1及16.1偏离谐和线, 206Pb/238U表面年龄变化于304~374 Ma之间, 这些锆石的晶体形态、Th/U比值和阴极发光图像显示的振荡环带特征与其他锆石没有区别, 但它们内部微裂纹发育, 锆石Th和U含量高于其他锆石, 因而很可能经历了不同程度的放射性成因铅丢失而导致年龄值偏低. 其余9个数据在206Pb/238U- 207Pb/235U图上集中在谐和线附近(图3), 206Pb/238U表面年龄为418~459 Ma, 加权平均年龄为(436±11) Ma (MSWD＝1.7), 代表了岩体结晶年龄, 说明岩体形成于志留纪早期.4地球化学主量元素分析在湖北省地质实验研究所完成, 微量元素(含稀土元素)分析在中国科学院地质与地球物理研究所完成, 分析方法及流程见文献[20]. Nd同位素分析分别在中国科学院地质与地球物理研究所和国土资源部中南矿产资源监督检测中心完成, 分析方法及流程分别见文献[23]和[24], 计算选用的相关参数为: λ=6.54×10−12a−1, (143Nd/144Nd)CHUR= 0.512638, (147Sm/144Nd)CHUR=0.1967, 亏损地幔Nd同位素模式年龄T DM及T2DM的计算采用(143Nd/144Nd)DM 0.51325, (147Sm/144Nd)DM0.2137, (147Sm/144Nd)CC= 0.118, 其中CHUR代表球粒陨石, DM代表亏损地幔, CC代表大陆地壳. 计算公式为[25]表1 铁佛寺花岗岩样品04DG13-1锆石SHRIMP U-Pb年龄测定结果点号206Pb c a)/% U/µg·g−1 Th/µg·g−1232Th/238U 206Pb*b)206Pb/238U年龄/Ma±1σ207Pb*/235U±% 206Pb*/238U ±%γc)1.1 6.96 4152 260 0.06 188 308 9 0.400 22 0.04902.90.1342.1 0.46 1926 132 0.07 117 438 13 0.5943.9 0.0703 3.10.7993.1 1.25 3319 178 0.06 173 376 9 0.502 3.4 0.0601 2.60.7494.1 0.80 2843 168 0.06 177 447 11 0.548 2.8 0.0718 2.50.8935.1 0.24 3166 198 0.06 184 422 10 0.526 2.6 0.0676 2.50.9526.1 5.31 3064 202 0.07 186 418 10 0.557 4.6 0.0669 2.50.5447.1 3.03 2332 145 0.06 140 424 10 0.571 4.5 0.0680 2.50.5618.1 0.03 2807 164 0.06 167 431 11 0.546 3.7 0.0692 2.60.6969.1 0.27 2716 166 0.06 173 459 11 0.573 2.8 0.0738 2.50.91110.1 0.57 3719 254 0.07 174 340 8 0.429 2.8 0.0542 2.50.91811.1 0.00 2542 155 0.06 157 448 11 0.553 2.6 0.0720 2.50.96812.1 2.12 3454 236 0.07 164 339 8 0.440 3.1 0.0540 2.50.80213.1 0.18 224 65 0.03 92 2512 54 11.10 2.6 0.476 2.60.97614.1 6.27 4066 319 0.08 180 304 8 0.417 6.6 0.0483 2.60.38515.1 0.79 2605 184 0.07 161 444 11 0.555 2.9 0.0713 2.50.85816.1 4.86 3118 201 0.07 167 371 9 0.515 9.2 0.0592 2.60.279a) Pb c代表普通铅; b) Pb*放射成因铅; c) γ代表误差相关系数. 采用实测的204Pb进行普通铅校正4中国科学 D 辑 地球科学第37卷图2 铁佛寺花岗岩样品04DB13-1测年锆石阴极发光图像及206Pb/238U 年龄图3 铁佛寺花岗岩样品04DG13-1锆石SHRIMP U-Pb 年龄谐和图1431441471442DM Sample Sample147144143144CC DM 147144147144CC DM 1ln{1{(Nd /Nd)[(Sm /Nd)(Sm /Nd)](1)(Nd /Nd)}/[(Sm /Nd)(Sm /Nd)]},t T e λλ=+−−⋅−−−143144143144Sample DM DM147144147144Sample DM (Nd /Nd)(Nd /Nd)1ln 1.(Sm /Nd)(Sm /Nd)T λ⎧⎫−⎪⎪=+⎨⎬−⎪⎪⎩⎭主量元素分析表明(表2), 铁佛寺岩体SiO 2含量较高(平均为73.5%)且变化范围很窄(72.46%~74.56%), K 2O 含量高, FeO, Fe 2O 3及MgO 含量很低, 具低共熔岩浆的特征. 岩石样品多数属于高钾钙碱性系列, ACNK ＞1.1, 呈强过铝质, K 2O/Na 2O 平均达1.7. 随SiO 2含量升高, K 2O 和Al 2O 3含量降低, 其他氧化物无明显变化.第1期张金阳等: 大别造山带北部铁佛寺早古生代同碰撞型花岗岩5表2 铁佛寺花岗岩主量元素(%)、微量元素(µg/g)及同位素测试结果Ⅰ类花岗岩Ⅱ类花岗岩Ⅲ类花岗岩样品号12-1 14-2 17 23-3 24-1 21-126-1 29-1 30-2 13-1 18-2 30-131-173.2473.7974.72 73.34 73.6673.2573.5972.4674.3974.5672.84SiO2 73.9372.88TiO20.08 0.24 0.34 0.28 0.22 0.15 0.19 0.14 0.14 0.23 0.06 0.120.1215.6414.9214.7913.99Al2O3 14.8214.8614.60 14.12 15.0214.8313.94 14.91 14.27Fe2O30.30 0.49 0.86 0.59 0.77 0.48 0.40 0.34 0.17 0.39 0.19 0.190.17 FeO 0.18 0.75 0.48 0.48 0.32 0.12 0.58 0.22 0.65 0.33 0.28 0.280.32 MnO 0.01 0.02 0.02 0.01 0.02 0.01 0.02 0.01 0.04 0.01 0.03 0.010.01 MgO 0.18 0.41 0.27 0.41 0.27 0.23 0.28 0.21 0.31 0.32 0.17 0.180.44 CaO 0.76 1.84 1.09 1.04 1.47 1.10 0.82 0.50 0.83 0.97 1.53 1.210.25 Na2O 3.46 3.12 3.08 3.53 3.72 3.92 3.05 2.83 2.82 2.48 3.62 2.37 2.53 K2O 5.37 4.15 4.93 3.55 3.64 4.24 4.79 6.34 6.19 5.52 4.25 5.137.98 P2O50.05 0.10 0.06 0.04 0.04 0.03 0.04 0.04 0.04 0.09 0.02 0.030.03 H2O P0.68 0.92 0.88 1.07 0.94 0.77 0.90 0.89 0.68 0.90 0.74 0.630.65 CO20.03 0.03 0.06 0.09 0.03 0.06 0.06 0.06 0.03 0.03 0.06 0.090.06烧失量0.45 0.69 0.75 0.97 0.87 0.56 0.77 0.88 0.48 0.68 0.63 0.560.62总量100.30 100.50 100.26 100.74 100.57100.29100.56100.71100.31 100.33 100.4799.31100.43137.72135.38167.18189.57258.77230.57 185.36 133.62156.47233.98155.97157.98Rb 231.43532.88469.88201.08187.98175.76 338.17 248.31443.97226.57359.45265.70Sr 127.98856.78Y 2.61 5.28 9.38 3.63 4.62 4.25 9.61 7.92 13.87 5.98 3.49 1.46 1.5692.0917.1446.7251.73109.1082.0684.1360.1560.73Zr 57.70182.47177.06146.909.383.333.73 3.316.399.61 4.91 7.25 4.88Nb 4.246.8718.288.08Ba 227.09 612.73 2892.72 669.19 1460.101333.66759.32458.10500.40 2146.03 322.09999.94509.7221.2922.547.025.413.164.9815.398.0221.6824.77La 6.9537.5219.4448.7312.815.257.9151.548.76Ce 11.8950.1572.0136.9228.4016.3246.05Pr 1.59 5.22 7.68 4.38 3.41 1.80 5.23 5.34 5.55 1.65 0.99 0.580.9020.376.383.172.043.1219.2912.58 6.3518.55Nd 5.4926.2117.8415.731.343.844.30 4.73 1.720.640.380.672.94Sm 1.533.134.612.75Eu 0.40 0.86 1.00 0.84 0.60 0.21 0.65 0.59 0.64 0.74 0.35 0.440.42 Gd 1.30 2.45 3.35 2.22 2.10 1.17 3.32 3.18 4.18 1.77 0.63 0.350.59 Tb 0.19 0.31 0.44 0.26 0.26 0.17 0.47 0.39 0.59 0.26 0.11 0.060.09 Dy 0.69 1.29 2.17 0.97 1.12 0.84 2.18 1.85 2.94 1.33 0.62 0.320.37 Ho 0.08 0.22 0.38 0.15 0.19 0.17 0.38 0.34 0.54 0.21 0.13 0.070.07 Er 0.19 0.53 0.97 0.32 0.44 0.46 0.93 0.95 1.55 0.52 0.33 0.180.170.13 0.14 0.25 0.070.050.030.030.070.060.070.140.04Tm 0.03Yb 0.20 0.42 0.84 0.26 0.32 0.44 0.78 0.91 1.67 0.40 0.27 0.140.140.020.020.04Lu 0.03 0.06 0.13 0.03 0.05 0.06 0.11 0.13 0.27 0.06Hf 2.53 5.33 5.02 4.30 2.75 2.42 2.26 4.47 3.18 2.75 0.89 1.65 2.55 Ta 0.40 0.57 1.10 0.76 0.37 0.78 1.15 0.42 0.53 0.45 0.33 0.300.2818.382.141.301.53 1.8622.5413.3840.17Th 3.1011.4113.628.728.33U 1.67 2.20 4.46 2.02 1.94 1.70 3.07 5.43 6.18 1.02 0.41 0.55 1.6635.0114.613.019.5110.221.5157.4104.3107.3REE 30.637.484.5 67.7Eu/Eu*a)0.87 0.96 0.79 1.01 0.77 0.51 0.56 0.49 0.45 1.31 1.70 3.71 2.07 (La/Yb)N 22.6 38.5 29.5 49.8 31.5 12.0 18.3 15.5 8.9 11.4 13.3 14.823.1 Sm/10−6 1.700 2.267 3.791 4.632 4.192 1.6686.752Nd/10−6 6.428 12.140 17.68021.65017.600147Sm/144Nd 0.1600 0.1130 0.12980.12950.1442 0.1495143Nd/144Nd 0.512036 0.5118900.5119550.5119940.512004 0.5119951σ/10−67 11 10 10 12 8T2DM(Ga) 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0　εNd(440 Ma)−9.7 −9.9 −9.6 −8.8 −9.4 −9.9a) Eu/Eu*=Eu N/(Sm N×Gd N)1/2, 标准化值据文献[26]. 样品12-1, 13-1, 23-3及29-1在国土资源部中南矿产资源监督检测中心测试, 26-1和30-2在中国科学院地质与地球物理研究所测试6中国科学D辑地球科学第37卷岩石稀土元素和微量元素变化复杂(表2), 总体上稀土元素总量较低, 大离子亲石元素富集, 高场强元素亏损, Ba相对K和Rb亏损, Zr和Hf相对富集, Nb和Ta相对亏损. 稀土元素及微量元素表现出三种不同的特征(图4), 第Ⅰ类Eu为弱负异常, 轻重稀土元素强烈分异, (La/Yb)N比值最大, 稀土元素总量中等, Rb/Sr和Rb/Ba比值中等, 平均值分别为0.64和0.33; 第Ⅱ类Eu为中等负异常, 轻重稀土元素分异不显著, (La/Yb)N比值最小, 稀土元素总量最高, Rb/Sr 和Rb/Ba比值最大, 平均值分别为1.00和0.35; 第Ⅲ类Eu表现正异常, 轻重稀土元素中等程度分异, (La/Yb)N比值中等, 稀土元素总量最小, Rb/Sr和Rb/Ba比值最小, 平均值分别为0.62和0.28. 铁佛寺花岗岩εNd(440 Ma)集中位于−8.8~−9.9之间(表2). 岩石147Sm/144Nd普遍大于地壳岩石平均值0.12, 因此计算Nd同位素二阶段模式年龄(T2DM)[25], 结果表明岩体T2DM年龄较为集中, 约在2.0 Ga左右. 5讨论5.1源岩铁佛寺花岗岩矿物特征与地球化学特征表明其属壳源强过铝质S型花岗岩[27]. 广泛分布的秦岭群副片麻岩主体形成年龄及其Nd模式年龄在误差范围内均约为2.0 Ga, 这证实秦岭群是古元古代一次强烈的地壳增生形成的岩浆岩直接风化剥蚀沉积的产物[8,17], 铁佛寺花岗岩Nd模式年龄约为2.0 Ga, 指示古元古代地壳增生事件的年龄与秦岭群主体形成年龄、秦岭群Nd模式年龄在误差范围内相同; 秦岭群副片麻岩εNd(440 Ma)约为−10左右[17], 与铁佛寺花岗岩εNd(440 Ma)值重叠(图5(a)); 秦岭群副片麻岩在稀土元素配分图上轻稀土元素与铁佛寺Ⅰ类花岗岩相似(图6), 重稀土元素略高于铁佛寺花岗岩. 上述证据说明秦岭群副片麻岩可能为铁佛寺花岗岩源岩.研究表明, 相对泥质岩熔融生成的强过铝质花图4 铁佛寺花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分图(a) Ⅰ类、Ⅲ类花岗岩稀土元素配分曲线; (b) Ⅱ类花岗岩稀土元素配分曲线, 同时列出了运用软件MIX3模拟分离结晶作用产生的残余液相稀土元素配分曲线(菱形), 选用04DG14-2代表母岩浆, 模拟理想条件下Ⅰ类花岗岩浆的斜长石分离结晶作用, 结果表明, 斜长石分离结晶达到10%时, 形成的残余岩浆的稀土元素配分曲线与Ⅱ类花岗岩相似. 图中标准化值据文献[26]图5(a) 铁佛寺花岗岩及秦岭群副片麻岩εNd(440 Ma)频率分布直方图; (b) Rb/Sr-Rb/Ba图解(贫黏土源区、富黏土源区数值范围及分界线据文献[28])第1期张金阳等: 大别造山带北部铁佛寺早古生代同碰撞型花岗岩7图6 秦岭群副片麻岩与铁佛寺花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分图Leedy球粒陨石, 标准化值据文献[26]; 秦岭群稀土元素数据引自文献[17]岗岩, 砂屑岩熔融生成的强过铝质花岗岩CaO/Na2O 比值大于0.3, 在Rb/Sr-Rb/Ba图解上处于贫泥质区域[28], 铁佛寺花岗岩CaO/Na2O比值平均为0.33, 在Rb/Sr-Rb/Ba图解上落在贫泥质区域, 与秦岭群副片麻岩数据完全重叠(图5(b)), 表明其源岩为变杂砂岩, 秦岭群副片麻岩原岩正是一套变杂砂岩组合[8], 进一步说明秦岭副片麻岩作为铁佛寺岩体源岩是可能的.5.2岩石成因:部分熔融与岩浆分异以浅色矿物为主, 暗色矿物含量极少的高硅富碱过铝质花岗岩既可由部分熔融形成, 也可由结晶分异形成, 稀土元素及微量元素特征在限定该类岩石成因模式中至关重要. 与基性岩不同, 花岗岩中稀土元素的丰度主要与副矿物的贡献有关, 如锆石和石榴子石是重稀土元素的主要赋存相, 磷灰石稀土元素总量高且Eu呈负异常, 主要矿物斜长石Eu呈正异常[29]. 大离子亲石元素Ba和Sr属不相容元素, Rb 属高度不相容元素, 其比值Rb/Ba及Rb/Sr对岩浆作用敏感, 强烈的结晶分异作用可使得Rb/Ba及Rb/Sr 比值增高[30], 在S型花岗岩部分熔融过程中, 高Rb/Sr比值的(>2)花岗岩一般与含水矿物云母脱水熔融有关, 低Rb/Sr比值的(<2)花岗岩与含水条件下的部分熔融有关, 这种含水条件下的部分熔融往往是部分熔融的初始阶段, 这是因为Rb主要赋存于云母类矿物, Sr主要赋存于斜长石, 在含水部分熔融过程中斜长石的熔融量远多于云母, 熔体中Rb/Sr比值降低, 云母脱水熔融过程中斜长石的熔融量显著减少, 熔体Rb/Sr比值显著提高[31].铁佛寺Ⅰ类花岗岩轻稀土元素在稀土元素配分图上与秦岭群副片麻岩最为接近(图6), 重稀土元素低于秦岭群副片麻岩, 说明其主要受源区控制, 两者重稀土元素的差异是熔融程度较低、相容性较轻稀土元素高的重稀土元素还未在熔体及源岩之间达到平衡所致, Eu为弱负异常, Rb/Sr和Rb/Ba比值较低, CaO(平均值1.24)最高, 表明岩浆的形成与含水条件下部分熔融、斜长石大量进入熔体有关, 这是典型的低程度部分熔融, 与稀土元素指示的低程度部分熔融相互验证. 第Ⅱ类花岗岩Eu为中等负异常, 轻重稀土元素无显著分馏, 除Eu外稀土元素配分曲线与Ⅰ类花岗岩相似, Rb/Sr和Rb/Ba高于Ⅰ类, CaO(平均值0.81)最低, 是Ⅰ类花岗岩发生斜长石结晶分异成因的产物. 第Ⅲ类花岗岩Eu表现正异常, 稀土元素总量最低, Rb/Sr和Rb/Ba最低, CaO(平均值0.99)中等, 推测其中很可能混杂了分异的斜长石堆晶, 使得Eu 呈正异常, REE总量降低.为了验证斜长石结晶分异模式, 本文进行了稀土元素及大离子亲石元素的结晶分异模拟. 选用Ⅰ类样品04DG14-2作为母岩浆, 运用软件MIX3[32]模拟理想条件下的分离结晶作用. 结果表明, 斜长石分离结晶达到10%时, 形成了与Ⅱ类花岗岩稀土元素配分曲线相似的残余岩浆(图4(b)), 残余岩浆Rb/Sr 和Rb/Ba比值分别为1.93和0.45, 与具最高Rb/Sr和Rb/Ba比值的Ⅱ类花岗岩可以对比, 说明斜长石结晶分异模式就可以较好的解释铁佛寺花岗岩的地球化学特征.5.3成岩构造环境花岗岩地球化学特征主要反映其源区的性质, 也可提供构造环境方面的信息[33,34]. 岛弧岩浆组合以钙碱性系列Ⅰ型花岗岩为主, 后期形成钾玄岩系列岩石, 陆陆碰撞型侵入岩主要以钙碱性系列至高钾钙碱性系列强过铝质S型花岗岩为主. 在北淮阳构造带, 铁佛寺岩体属高钾钙碱性系列壳源强铝过质S 型花岗岩, Nb和Ta仅微弱亏损, 马畈杂岩体是来源于楔形交代地幔区生成的钙碱性系列岩石, Nb和Ta 强烈亏损[13]; 铁佛寺花岗岩εNd(440 Ma)值集中在−8.8~−9.9之间, T2DM值为2.0 Ga左右, 表明源区为古老地壳物质, 马畈杂岩体εNd(460 Ma)值分散在5.0~−2.0之间, Nd模式年龄为1.0 Ga左右, 属受地壳8中国科学D辑地球科学第37卷混染的幔源岩浆[13]; 铁佛寺花岗岩结晶年龄为(436±11) Ma, 晚于奥陶纪马畈杂岩体[13]. 可见, 铁佛寺花岗岩在地球化学特征上明显区别于马畈岛弧岩浆组合, 岩体形成时间也晚于马畈岛弧岩浆组合, 岩浆形成于低程度部分熔融, 也区别于碰撞后巨量的岩浆活动, 野外岩体变形面理与围岩变形面理一致, 而且在R1-R2构造判别图上也落入同碰撞花岗岩区(图略), 表明其更可能与同碰撞环境相关.6构造演化意义在北淮阳构造带, 本次研究证明铁佛寺花岗岩属志留纪早期同碰撞壳源S型花岗岩, 确证了继马畈杂岩体[13]及熊店榴辉岩[4,14]代表的460 Ma俯冲事件之后存在陆陆碰撞作用, 指示该时期华北板块与扬子板块已碰撞闭合. 信阳卧虎一带由超镁铁质、镁铁质岩块及与之伴生的变质辉长岩(439 Ma, Sm-Nd等时线年龄, 游河幅1:50000区调报告)、变质基性火山岩和硅质岩-深水复理石组成的蛇绿岩套[35]可能是古生代残留的原特提斯洋壳, 因而大别山存在古生代俯冲-碰撞完整演化过程的记录. 在大别山西部的秦岭一带, 早古生代与俯冲相关的侵入岩分布于510 Ma及460~430 Ma两个年龄段[9,10,36~40], 超高压变质事件发生于500 Ma左右[3,41~43], 同碰撞S型含石榴子石花岗岩年龄为410 Ma[10], 说明大别山俯冲作用起始时间晚于西部的秦岭地区, 结束时间早于秦岭地区, 志留纪大别山的碰撞事件大别山早于秦岭地区.大量证据显示, 秦岭-大别造山带各岩石构造单元富含放射性铅同位素组成[8,44,45], 是扬子板块基底的典型特征; 北淮阳-秦岭北部元古代-古生代变火成岩和陆源碎屑岩记录了扬子板块的年代学信息, 北淮阳构造带石炭纪胡油坊组碎屑锆石[46]及卢镇关群、佛子岭群锆石[47]均有400~500 Ma, 800~1000 Ma的峰值年龄, 与华北板块锆石峰值年龄 (2500, 1850 Ma)完全不同[48]; 大别山内部及其北缘中生代盆地中保留的前中生代岩浆活动主要为晋宁期和早古生代, 其中在大别山超高压变质带内, 还发育与扬子板块基底崆岭杂岩成分完全一致的变质岩块[24]. 基于秦岭-大别山一线北部普遍出露与俯冲有关的早古生代岩浆岩组合和南部出露与伸展有关的志留-泥盆纪基性岩墙群与双峰式岩浆岩组合这一基本地质事实[20,49], 考虑到秦岭-大别造山带与扬子板块的亲缘性, 根据马昌前等[50,51]的讨论, 可以认为在早古生代, 古秦岭洋俯冲于扬子板块之下, 在秦岭-大别山北部形成奥陶纪岩浆弧及榴辉岩, 而在秦岭-大别山南缘由于弧后伸展形成基性岩墙群及双峰式碱性岩墙群.7结论(1) 铁佛寺花岗岩属高钾钙碱性系列, 具有强过铝质的特点, 岩体侵位年龄为(436±11) Ma, 地球化学和Nd同位素特征表明其为壳源S型同碰撞花岗岩, 源岩为秦岭群副片麻岩.(2) 铁佛寺花岗岩稀土元素及微量元素体现三种不同的特征, 其中Ⅰ类属秦岭群副片麻岩低度部分熔融形成, Ⅱ类花岗岩是Ⅰ类花岗岩发生斜长石结晶分异形成, Ⅲ类花岗岩可能与混杂了结晶分异的斜长石堆晶有关.(3) 铁佛寺花岗岩形成于华北板块与扬子板块陆-陆碰撞有关的构造环境.致谢两位审稿人的宝贵意见和严谨的治学态度使作者受益匪浅, 北京离子探针中心万渝生研究员等专家和工作人员在锆石定年中给予了指导和大力支持, 在此作者对他们的无私帮助表示感谢.参考文献1 徐树桐, 苏文, 刘贻灿, 等. 大别山东段高压变质岩中的金刚石.科学通报, 1991, 36(17): 1318—13212 Jahn B M, Liu X C, Yui T F, et al. 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