小秦岭_熊耳山地区中基性岩墙的S_省略__Pb同位素组成及其大地构造意义_王团华

　　地

2008年11月

82　No.11

　质　学　报　　ACTAGEOLOGICASINICA　　Vol.

Nov.　2008

小秦岭-熊耳山地区中基性岩墙的Sr、Nd、Pb

同位素组成及其大地构造意义

王团华,毛景文,谢桂青,叶安旺,李宗彦

1)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,北京,100037;2)灵宝市地质矿产局,河南灵宝,472500;3)灵宝市金源矿业有限公司,河南灵宝,472500

87内容提要:对出露于华北南缘小秦岭-熊耳山地区的中基性岩墙的Sr、Nd、Pb同位素研究显示:岩墙的(Sr/86

143Sr)712310～0.735100,平均值0.722117,(Nd/144Nd)511160～0.512066,平均值i变化于0.i变化于0.

1)1)1)2)3)

0.511436。用t=130Ma计算的岩墙的εt)变化于113.06～436.61,εt)变化于-7.9～-25.57,岩墙的Sr、NdSr(Nd(同位素组成显示出极端富集特征。岩墙的206Pb/204Pb变化于16.1921～19.8149,平均17.7067,

207

Pb/204Pb变化于

15.3245～15.7540,平均15.6638,208Pb/204Pb变化于36.8607～41.6251,平均38.9494,其铅同位素比值显示出明显的富放射性成因铅的特征。通过对岩墙与区域太华群、熊耳群地层和中生代花岗岩的对比示踪研究表明,岩墙岩浆源区显示出与洋壳和深海沉积物质混染有关的特征,形成岩墙的岩浆物质与扬子陆块具有更大的亲缘性,由此证明秦岭造山带是由扬子陆块俯冲于华北陆块南缘之下造山的动力学演化过程。结合现今的秦岭造山带深部地球物理资料,认为中生代时期太平洋构造域的兴起是导致秦岭造山带地区由陆陆碰撞向岩石圈拉张伸展构造转化的根本原因,从而造成小秦岭-熊耳山地区燕山期大规模花岗岩体和中基性岩墙的浅成侵位活动。

关键词:岩墙;Sr、Nd、Pb同位素示踪;小秦岭-熊耳山地区;秦岭造山带

　　秦岭造山带是扬子陆块和华北陆块之间的会聚和拼合带,一直是动力学研究的热点地区。自中三叠纪扬子陆块及其所携持的秦岭微陆块与华北陆块南缘实现全面碰撞后,秦岭地区在中生代早期开始进入陆内造山构造演化阶段(张国伟等,1995)。燕山期是秦岭造山带乃至中国东部非常重要的构造活动期,在秦岭地区以岩石圈拉张伸展的构造背景和大规模花岗岩浆、中基性岩墙的浅成侵位活动为特征,并形成了众多的金矿。本文主要对小秦岭-熊耳山金矿区的中基性岩墙开展Sr、Nd、Pb同位素的示踪研究,探讨中生代(特别是燕山期)以来秦岭造山带的深部构造-岩浆起源和动力学演化机制。

主的中深变质岩系,变质程度普遍达角闪岩相,局部达麻粒岩相。太华群变质岩系主要分布在小秦岭、崤山、熊耳山等山岭的核部,构成变质核杂岩的主体(图1)。区内盖层岩系主要由元古宙浅变质岩系和少量古生代沉积岩构成,中元古宙熊耳群变质火山岩系是区内最主要的盖层岩系,为一套中基性-中酸性火山熔岩组成的浅变质火山岩,局部可见火山碎屑岩和沉积岩夹层,在小秦岭、崤山、熊耳山均广泛出露,以断层或角度不整合与下伏太华群接触。区内局部出露少量古生代沉积岩建造,主要由寒武纪含磷、铀炭质砂页岩、白云岩及灰岩等沉积岩建造构成。

区内中生代中晚期(140Ma±)以来主要以拉张伸展背景下的岩浆浅成侵位活动为主要特征,形成了燕山期大规模酸性岩浆侵入活动和区内的黑云母二长花岗岩岩体,如华山岩体、文峪岩体、娘娘山岩体、花山岩体等。燕山期中酸性花岗岩体侵位集中发生在110～145Ma(张本仁等,1996;金昕等,1996;卢欣祥等,2003;Maoetal.,2008)。同期区内

1　区域地质概况

小秦岭-熊耳山地区位于豫、陕交界的秦岭造山

带东段北缘,在大地构造上属于华北地块南缘。其区域地层由结晶基底和盖层岩系组成。结晶基底由晚太古宙太华群变质岩系构成,为一套以片麻岩为

注:本文为国家自然科学基金重点项目(编号40434011)、国土资源地质调查项目(编号1212010634001)和级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目(编号K0734)资助的成果。收稿日期:2008-07-12;改回日期:2008-09-03;责任编辑:郝梓国。

作者简介:王团华,男,1973年生。博士后研究人员,目前主要从事矿床学、地球化学的研究工作。Email:wangtuanhua@hotmail.com。

第11期　　　　　　王团华等:小秦岭-熊耳山地区中基性岩墙的Sr、Nd、Pb同位素组成及其大地构造意义1581

图1　小秦岭-熊耳山地区地质概略图(据张国伟等,1995;卢欣祥等,2004修改)

Fig.1　GeologicalsketchmapforXiaoqinling-Xiong'ershanarea(modifiedfromZhangetal.,1995;Luetal.,2004)

Arth—新太古代太华群结晶基底;Pt2—元古代变火山岩地层;Q+E—新生代沉积物;1—文峪金矿;2—东闯金矿;3—大西峪金矿;4—金洞岔金矿;5—马金矿;6—白桦峪金矿;7—崟鑫金矿;8—樊岔金矿;9—上宫金矿;10—祁雨沟金矿;11—华山花岗岩;12—文峪花岗岩;13—娘娘山花岗岩,14—花山花岗岩

Arth—Neo-ArcheanmetamorphiccrystallinebasementofTaihuagroup;Pt2—Proterozoicmetamorphicvolcaniccoverrocks;Q+E—Cenozoicsediments;1—Wenyugolddeposits;2—Dongchuanggolddeposits;3—Daxiyugolddeposits;4—Jindongchagolddeposits;5—Qiangmayugolddeposits;6—Baihuayugolddeposits;7—Yinxingolddeposits;8—Fanchayugolddeposits;9—Shanggonggolddeposits;10—Qiyugougolddeposits;11—Huashangranite;12—Wenyugranite;13—Niangniangshangranite;14—Huashangranite

还有众多的中基性岩墙侵位活动。根据岩墙形成于岩石圈拉张伸展的构造环境的认识(Hallsetal.,1987;邵济安等,2002),以及部分岩墙侵位于中生代花岗岩体(文峪和娘娘山)的现象,认为区内部分中基性岩墙可能的侵位年代在燕山期。Maoetal(2008)对东秦岭地区诸多花岗岩体获得的锆石U-Pb法SHRIMPⅡ高精度年代学研究结果显示,区内文峪花岗岩体形成年代为138.4Ma,娘娘山花岗岩体形成年代为141.7Ma,以及笔者所获得的侵位于文峪花岗岩体中岩墙(WY770)的锆石U-Pb法SHRIMP年龄(126.9～128.6Ma),笔者以130Ma作为计算岩墙Sr、Nd、Pb同位素初始值的年代依据。

区内部分地区还出露侏罗纪火山沉积岩和白垩纪沉积红层。新生代盖层分布于盆地低洼处,出露广泛,形成松散沉积物。

2　样品及测试结果

中基性岩墙样品主要采于河南省境内小秦岭地区的豫灵县、故县的文峪、东闯、大西峪、金洞岔、崟

鑫、马峪、白桦峪、樊岔等金矿的掘金巷道及其附近地表,熊耳山地区的秦岭金矿、沙沟、蒿坪沟等地,以及文峪、娘娘山花岗岩体中。多数岩墙侵位于新太古宙太华群变质岩系和中元古宙熊耳群变火山岩系中,部分岩墙侵位于燕山期花岗岩体中。岩墙边界平直,与围岩之间的界限清楚,二者之间不具有成分渐变、接触交代、变质晕等构造。岩石呈灰黑色,块状构造。手标本下观察,脉岩呈斑状结构或无斑隐晶结构,多数岩石中充填有微细石英脉。镜下观察,岩石主要具半自形粒状结构,斑状结构和煌斑结构。岩石中辉石、基性斜长石、普通角闪石和黑云母通常形成斑晶,石英、碳酸盐矿物和其他副矿物形成基质,基质呈细-微粒结构。岩石中矿物普遍具交代蚀变特征,绿泥石1582

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化常见。岩石的采样位置和岩石特征见表1。对岩石的岩石化学研究(王团华等,2008)显示,形成岩墙的岩浆很可能来自于受到富钾熔体交代的上地幔源区岩石的部分熔融,岩浆演化过程中明显受到壳源物质混染和强烈的结晶分异作用,岩墙微量元素的最显著特征是具Nb、Ti亏损的岛弧岩浆岩的特征。根据胡受奚等(2001)对胶东地体中煌斑岩类等岩墙状侵位的脉岩的研究,认为煌斑岩具有强烈的自变质特征。作者对小秦岭-熊耳山地区出露的岩墙的产状和矿物特征的观察,同样认为小秦岭-熊耳山地区岩墙的矿物为自变质作用形成,其同位素组成主要反映岩浆源区物质成分的特征。

全岩样品无污染处理在中国地质科学院地质研究所完成,过程如下:首先将采集的岩石样品切去表面明显氧化的部分,取岩块中心部分在洁净钢钵中粉碎,取过200目筛粉末送交相关实验室分析。全岩样品Sr、Nd同位素体系的含量和比值测试在中国地质科学院地质研究所同位素室完成。Sr同位素分析方法:仪器为MAT262固体同位素质谱计,标样采用NBS987SrCO387Sr/Sr=0.710247±12(2δ),Sr同位素质量分馏采用Sr/Sr=8.37521校正,全实验室流程Sr的空白本底为1～2ng。Nd同位素分析方法:仪器为NuPlasamHRMC-ICP-MS(NuInstruments),DSN-100膜去溶,标样采用JMCNd2O3143Nd/144Nd=0.511126±10(2δ)。Nd同位素质量分馏采用143Nd/144Nd=0.7219校正,全实验室流程的Nd空白本底<1ng。Rb-Sr、Sm-Nd含量分析方法为同位素稀释法,仪器为MAT262固体同位素质谱计。Pb同位素比值测试方法采用多接收器等离子体质谱法(MC-ICPMS),所用仪器为英国NuInstrumentHR。以205Tl/203Tl=2.3875为标准进行仪器的质量校正(何学贤等,2007)。Sr、Nd同位素测试结果见表2,Pb同位素测试结果见表3。

88

8686

i变化于0.(Sr/Sr)70904～0.73727,平均值i变化于0.71991,鲁西地区煌斑岩的(Sr/Sr)

87

86

0.70935～0.71097,平均值0.71006,三者的(Sr/

86

Sr)i值远高于平均的陆壳Sr同位素比值0.707。区

143内岩墙的(Nd/144Nd)i变化于0.511160～0.512066,143平均值0.511436,胶东地区煌斑岩的(Nd/144Nd)i

87

变化于0.511576～0.512444,平均值0.511923,鲁西地区煌斑岩的(Nd/

143

144

Nd)i变化于0.511573～

143

144

0.511700,平均值0.511653,三者的(Nd/Nd)i值明显低于原始地幔的Nd同位素比值0.512638。小秦岭-熊耳山地区岩墙的Sr、Nd同位素初始值比胶东、鲁西地区煌斑岩对应同位素值变化范围更大,可能暗示前者比后者经历了更为强烈的壳幔相互作用,同时也表明小秦岭-熊耳山地区岩墙岩石具有如此的高Sr、低Nd值,其数据是可信的。

为了查明小秦岭-熊耳山地区岩墙的岩浆物质来源与区内古老变质结晶基底和邻区(北秦岭)中生代花岗岩体的关系,本文同时收集了部分华北南缘的新太古代太华群、中元古代熊耳群、中生代花山花岗岩体和北秦岭中生代花岗岩体的Pb同位素数据(表3)。从表3可见,小秦岭-熊耳山地区岩墙的

206

Pb/204Pb变化于16.1921～19.8149,平均

207

17.7067,Pb/

204

Pb变化于15.3245～15.7540,平

204

均15.6638,Pb/Pb变化于36.8607～41.6251,平均38.9494,其铅同位素比值明显高于原始地幔的铅同位素相应比值(分别为17.51,15.33,37.63,ZindlerandHart1986),显示出明显的富放射性成因铅的特征。

用t=130Ma计算的小秦岭-熊耳山地区岩墙的εSr(t)变化于113.06～436.61,εNd(t)变化于-7.9～-25.57,多数在-15～-25之间(表2)。Sr、Nd同位素组成的相关性特征显示为Sr同位素比值很高且变化范围很大,Nd同位素比值很低但变化范围远不如Sr同位素大的近水平相关关系。这一方面可能与Rb-Sr同位素体系活动性较大,其演化受到的影响因素较多,而Sm-Nd同位素体系较为稳定的地球化学性质有关,而另一方面也可能暗示小秦岭-熊耳山地区岩墙的岩浆源区受到与海水蚀变作用有关的物质影响,受到海水蚀变影响的物质形成的岩浆,其锶同位素组成将发生明显改变而钕同位素则基本保持不变(朱炳泉,1998)。Gertisser等(2003)指出,如果在源区就发生沉积物混入而形成的岩浆,主要改变的是岩浆的Pb、Sr同位素组成。小秦岭-熊耳山地区岩墙的Sr、Nd、Pb208

3　讨论

为了比较小秦岭-熊耳山地区和胶东地区这两大金矿区内岩墙(辉绿岩类、煌斑岩类)的源区特征,同

时也为验证本文数据的可信度,表2中收集了部分胶东金矿区煌斑岩(徐红等,2000)和鲁西火山岩盆地的煌斑岩(邱检生等,1997)的Sr、Nd同位素数据。由表2可见,本文所研究的岩墙与胶东金矿区和鲁西地区的煌斑岩具有相似的Sr、Nd同位素特征,小秦岭-熊耳山地区岩墙的(Sr/Sr)i变化于0.712310～0.735100,平均值0.722117,胶东地区煌斑岩的87

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同位素组成特征可能与沉积物混入岩浆源区有关。小秦岭-熊耳山地区岩墙的εSr(t)-εNd(t)图(图2)显示岩浆的Sr、Nd同位素分散度很大,表明岩浆物质成分复杂,岩石的εSr(t)、εNd(t)投点多数落在地壳与沉积物范围内,而且投点呈εSr(t)变化很大的近水平分布,暗示岩墙的岩浆源区可能与海水蚀变作用影响的物质有关。

岩墙的铅同位素组成(表3)显示其范围变化很

大且明显富放射性成因铅,绝大多数岩石的Th/U值较为接近于原始地幔的Th/U值(4.04,SunandMcDonough,19),与华北南缘的太古代太华群结晶基底、元古代熊耳群变火山岩和中生代花岗岩体显示出显著的不同,绝大多数岩墙的μ值也较为接近于原始地幔的μ值(9.30,Hart,1988),与华北南

表3　小秦岭-熊耳山地区中基性岩墙和华北南缘结晶基底及扬子北缘燕山期花岗岩Pb同位素组成

Table3　Pbisotopecompositionsformeso-basicdikesinXiaoqinling-Xiong'ershanareaandmetamorphicrocksofcrystallinebasementinsourthernedgeofNorthChinalandmassandgraniteofYanshanepochinNorthernedgeofYangzilandmass

样号WY924WY770WYLSCDC1355CZY1230QM1485EBHY1380SFC1600QL1ZNG1DH-1NNSSGM103HPG540太华群1①太华群2①太华群3①太华群4①太华群5①太华群6①太华群7①熊耳群1①熊耳群2

①

采样位置206Pb/204Pb207Pb/204Pb208Pb/204Pb206Pb/207Pbμ9.309.309.369.4815.059.399.309.339.319.339.299.319.669.429.357.439.659.199.469.069.349.349.149.139.269.229.29.449.219.39.459.429.349.379.069.19

Th/U4.084.204.134.384.793.734.41

4.404.4.265.444.194.244.105.315.973.744.233.814.254.163.543.953.873.923.953.8.053.923.983.3.903.833.823.723.70

Δα-5.5432.3744.6165.7537.6563.541.34

-0.32-7.85-58.3927.3916.36152.2946.47127.84270.37208.73242.192.12283.33273.82115.4198.2684.54129.215.627.0813.53-0.4815.4468.3967.5263.4365.1948.1056.38

Δβ6.5010.0312.9017.991.2714.867.02

7.786.49-0.099.298.7527.9314.9331.32-15.9453.3342.9455.741.9950.4120.1312.1210.219.075.974.5312.624.218.3817.1516.0813.1314.322.887.97

Δγ9.5538.8441.8369.6960.9627.4931.68

29.9038.58-10.91108.0028.95116.9340.39126.17277.1988.36133.65130.01157.47145.6242.1957.3846.2970.8314.775.5418..4416.2240.0040.1633.9834.5320.8423.28

17.10117.75317.963

小秦岭地区

18.32717.84418.217.219

17.19117.06116.19217.66717.477

熊耳山地区

19.81517.99515.40617.353

熊耳山地区太华群地层

16.51116.96817.60917.53017.400

熊耳山地区熊耳群地层花山花岗岩体北秦岭牧护关岩体北秦岭二郎坪岩体北秦岭老君山岩体

16.90716.716.43917.11617.47617.32917.44017.19917.47317.76817.86017.84017.86517.58117.833

15.42615.48015.52415.60215.84415.55415.434

15.44515.42515.32515.46815.46015.75415.55515.18814.49215.51215.35915.54715.34515.46915.42115.30015.27115.40515.41815.39615.52015.39115.45515.55315.54415.50215.52015.34515.430

37.62338.71538.82639.86539.53938.29238.448

38.38238.70536.86141.29238.341.62538.77337.522.55836.26637.77537.65438.56938.17436.34636.87636.437.34537.83237.48837.97537.44737.88638.02838.16037.99138.00637.50637.731

1.1091.1471.1571.1751.0001.1761.116

1.1131.1061.0571.1421.1311.2581.1571.0141.1971.01.1051.1331.1421.1251.0961.0881.0771.1111.1341.1261.1241.1181.1311.1421.1491.1511.1511.1461.156

熊耳群3①熊耳群4①花山岩基1①花山岩基2①花山岩基3①花山岩基M

4①花山岩基5①H-1②MH-2②ELP-1②ELP-2②ELP-3②LJ-1②

注:①引自范宏瑞等(1994),其中的样号数字为笔者所加,②引自张宏飞等(1997),样品采自北秦岭中生代牧护关、二郎坪、老君山花岗岩体。其余数据来自本文。本文Pb同位素数据分析者:李世珍。表中206Pb/207Pb、μ、Th/U、Δα、Δβ、Δγ等参数用GeoKit地球化学处理软件(路远发,2005)计算得出。参数计算时选用的近似参照年龄:本文数据为130Ma,太华群2500Ma,熊耳群1600Ma,花山花岗岩岩体121Ma,北秦岭中生代花岗岩体120Ma。

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图2　小秦岭-熊耳山地区中基性岩墙和胶东及鲁西地区煌斑岩类εt)-εt)图(据朱炳泉等,1998)Sr(Nd(Fig.2　Thediagramofεt)-εt)formeso-basicdikeinXiaoqinling-Xiong'ershanareaandlamprophyresSr(Nd(

inJiaodongareaandwesternShandongprovince(afterZhuetal.,1998)

缘的地质体显著不同。这表明岩石的同位素组成可能主要继承了地幔岩浆源区的同位素特征。岩石的铅同位素Δβ-Δγ图显示投点多数落于造山带铅范围(图3),与岩墙产出的大地构造环境吻合,投点的较大范围也暗示岩浆物质来源的或岩浆演化过程的

复杂性。

通过对小秦岭-熊耳山地区岩墙与太华群、熊耳群、花山岩体和北秦岭花岗岩体的各铅同位素组成的示踪研究(图4),查明小秦岭-熊耳山地区岩墙的铅同位素组成明显不同于华北南缘的太华群、熊耳群,也不同于华北南缘燕山期的花山花岗岩体,而是显示出与张本仁等(1996)研究得出的扬子陆块东缘和南秦岭东缘的铅同位素组成更为接近。图4a中显示,岩墙岩石的投点主要落于地幔和造山带演化线之间,图4a、b显示多数岩石的投点落于张本仁(1996)画出的扬子陆块北缘东段和南秦岭东段的铅同位素范围或其附近,表明形成岩墙的岩浆源区与扬子陆块北缘东段及其所携持的南秦岭东段具有显著的亲缘性。

进一步的示踪研究显示(图5),小秦岭-熊耳山地区岩墙的铅同位素在Δγ-Δβ图中的投点多数落于深海沉积物和EMⅡ源区之内或附近,暗示岩浆源区与壳幔物质再循环作用有关,与深海沉积物具有密切的联系。这种特征与前述的Sr同位素受到海水蚀变作用可以互相印证,表明岩墙的岩浆成因很可能与洋壳俯冲及其所携带的洋壳沉积物混入有关。根据岩墙的Sr、Nd、Pb同位素组成的综合特

征,结合前人(张本仁等,1996,1997;张国伟等,1995,1996,1997,2004,周鼎武等,1998)对秦岭造山带构造块体属性和造山带演化过程的研究,本文研究结果进一步证实了扬子陆块向华北南缘活动边缘的俯冲作用。

张国伟等(1996)详细论述了秦岭造山带的形成和演化历史,提出了华北陆块南缘、扬子陆块北缘及其二者之间所夹的秦岭微陆块向华北南缘俯冲、拼合、碰撞造山的构造演化过程,指出秦岭造山带在中三叠纪完成全面陆陆碰撞,带内存在两条残存洋壳缝合带,北边的商丹缝合带和南侧的勉略缝合带。北秦岭作为由岛弧带和洋岛物质组成的拼合体,在中元古代-早古生代时期基本上已经同华北南缘陆块拼贴在一起,向南隔商丹有限洋盆与扬子陆块(南秦岭)相望。中奥陶世-中三叠世,扬子陆块携同南秦岭洋壳逐步向华北陆块南缘之下俯冲,在中三叠纪完成全面陆陆碰撞造山。第11期　　　　　　王团华等:小秦岭-熊耳山地区中基性岩墙的Sr、Nd、Pb同位素组成及其大地构造意义1587

薄、高、低速分布出现多次倒置转换的特征,由此可

推断40+0km深度处异常上地幔的存在。

秦岭-大别造山带地震波速度图像揭示出上地幔顶部层位的复杂结构(图6),这种结构所表现出的高、低速带非均匀成层性分布,甚至穿插、倒置的特征,笔者认为这是地幔热物质上涌侵蚀,造山带地壳基底发生拆沉作用造成。

笔者对侵位于小秦岭-熊耳山地区燕山期花岗岩和太华群变质结晶基底岩墙开展的锆石SHRIMPU-Pb法年代学研究显示(王团华,2008),锆石年龄从晚太古代到燕山期都有分布,且主要以华北南缘熊耳群火山喷发时期的年龄(峰值

图3　小秦岭-熊耳山地区中基性岩墙铅同位素Δβ-Δγ

图(据Zhuetal.,2001)

Fig.3　DiagramofΔβ-ΔγofLeadisotopeformeso-basicdikesinXiaoqinling-Xiong'ershanmountainsarea(afterZhuetal.,2001)

1—地幔源铅;2—上地壳铅;3—上地壳与地幔混合的俯冲带铅(3a—岩浆作用;3b—沉积作用);4—化学沉积型铅;5—海底热水作用铅;6—中深变质作用铅;7—深变质下地壳铅;8—造山带铅;9—古老页岩上地壳铅;10—退变质铅

1—Mantlesourcelead;2—uppercrustsourcelead;3—subductionbeltsourceleadbymixingmantlewithuppercrust(3a—magmatismleadisotope;3b—sedimentationleadisotope);4—chemicalsedimentaryleadisotope;5—hydrothermalleadisotopeinseafloor;6—moderate-strongmetamorphicleadisotope;7—hypometamorphicleadisotopeinlowercrust;8—leadisotopeinorogenicbelt;9—uppercrustleadisotopefrompaleoshale;10—retrogrademetamorphismleadisotope

1850Ma)为多,锆石多表现为继承性锆石特征。由此也证明秦岭造山带自中生代以来一直进行着以地幔物质上涌和岩石圈拆沉为基本特征的强烈壳-幔相互作用和动力学演化过程。

中-新生代以来,秦岭造山带的区域构造应力场和岩石圈结构发生了重大转变。对现今的东秦岭和商丹缝合带深部的重力、地震波研究资料解译(周国藩,1992;袁学诚,1994;刘建华,1995)表明,东秦岭造山带的岩石圈结构浅部以东西向构造为主,深部以近南北向构造为主,在60～80km以下的上地幔部分,显示为近南北向的深部结构异常状态。商丹断裂带深部的莫霍面附近的地震波组表现出其深部的莫霍面具有南北两侧较为协调地联系在一起,这种深部莫霍面状态表明商丹带南北两侧已不存在俯冲板片或山根,而是具有较统一的莫霍面,且莫霍面为东薄西厚。这些地球深部信息表明,秦岭地区岩石圈现今的深部结构显示出受东西向构造应力场的影响明显,而南北向构造应力场的作用痕迹不明显或已被改造(宋传中,2000)。

毛景文等(2003,2005)对华北克拉通及其邻区中-新生代大规模成矿作用的地球动力学背景的总结研究认为华北克拉通及邻区经历了碰撞造山(200～160Ma)、构造大转变(140Ma±)和岩石圈拉伸减薄(130～110Ma,峰期120Ma)三个阶段的演化过程。秦岭造山带在古生代-中生代时期经历了南北向的俯冲-碰撞造山过程,中-新生代时期出现区域构造应力场由南北向弱化而东西向应力场加强的转变,可能与太平洋板块向西的深俯冲作用有关。由于太平洋板块的深俯冲作用,包括东秦岭地区在内的整个中国中东部(E108°以东)进入新的太平洋构造域为主的演化期。秦岭造山带在燕山期可能通过俯冲板片的断离、熔离和岩石圈拆沉作用(Fanet　　本文对小秦岭-熊耳山地区岩墙的同位素示踪研究表明:岩墙的Pb同位素特征(图4)显示出岩墙的岩浆物质与扬子北缘东段和南秦岭东段基底岩石或花岗岩具有较大的亲缘性,并且岩墙的铅同位素

示踪(图5)显示岩墙的岩浆源区与深海沉积物具有密切的关系,从而证明了扬子陆块东段和南秦岭东段洋壳向华北南缘俯冲的过程。可能由于南秦岭洋壳的俯冲作用触发了板块拼合带的强烈壳-幔相互作用,导致华北陆块南缘之下的上地幔中混入了来自扬子陆块的洋壳沉积物。

刘建华等(1995)对秦岭-大别造山带南北緣地震层析成像的研究结果显示,秦岭-大别造山带及其毗邻地区地壳和上地幔存在显著的横向不均匀性,区域中地壳层位地震波速度图像揭示出一些地区出现低速带的倒置,该区域上地幔顶部40+0km深度处的地震波速度图像(图6)反映出地壳厚度西厚东1588地　质　学　报2008年

图4　小秦岭-熊耳山地区中基性岩墙和邻区中生代花岗岩类206Pb/204Pb-207Pb/204Pb和206Pb/204Pb-208Pb/204Pb图Fig.4　Correlationdiagramof

206

Pb/204Pb-207Pb/204Pband

206

Pb/204Pb-208Pb/204Pbformeso-basicdikestoMesozoic

graniteinXiaoqinlingandXiong'ershanareawithnearbyterrain

1—华北陆块南缘燕山期花山花岗岩,2—北秦岭燕山期花岗岩(图中1、2的圈闭线自本文);SNC—华北陆块南缘,NYCE+SQE—扬子北缘东段和南秦岭东段,NQ—北秦岭,SNC、NYCE+SQE、NQ的圈闭线范围自张本仁等,1996。上地壳、造山带、地幔、下地壳线自ZartmanandDoe,1981

1—HuashangraniteofYanshanepochinsourthernedgeofNorthChinalandmass,2—graniteofYanshanepochinNorthQinlingarea(enclosedlineof1and2addedbythepaper'sauthor);SNC—SouthernedgeofNorthChinalandmass,NYCE+SQE—EasternpartofNorthernedgeofYangzilandmassandEasternpartofSouthQinling,NQ—NorthQinling,theenclosedlineofSNC,NYCE+SQE,NQwerefromZhangetal.,1996;Thelinesofuppercrust,orogenicbelt,mantleandlowercrustwereafterZartmanandDoe,1981

al.,2004;Guoetal.,2004;Zhangetal.,2002;郭锋等,2005;高山等,1999)不断调整造山带深部结构,使造山带的莫霍面厚度差异逐渐减小并拉平。深部强烈的岩石圈去根、壳幔相互作用引发造山期后的

岩石圈伸展,导致燕山中、晚期大规模的玄武质岩浆底侵和中、下地壳岩石的部分熔融(王晓霞等,2005),形成了大规模的花岗岩体和中基性岩墙的侵

位活动。出露于华北南缘的小秦岭-熊耳山地区中

第11期　　　　　　王团华等:小秦岭-熊耳山地区中基性岩墙的Sr、Nd、Pb同位素组成及其大地构造意义

15

208

图5　小秦岭-熊耳山地区中基性岩墙的δPb/204Pb

207

-δPb/204Pb图(据Hart,1988)

208207

Fig.5　DiagramofδPb/204Pb-δPb/204Pbformeso-basic

图6　秦岭-大别造山带40km深部层位地震层析成像揭示的上地幔顶部结构(据刘建华等,1995.此图片在原文为图版Ⅱ-a)

Fig.6　Structureonthetopoftheuppermantlerevealsbyseismictomographyunder40kmdeepinQinling-Dabieorogenicbelts(afterLiuetal.,1995.thepictureisfromtheplateⅡ-aintheOriginalpaper)

dikesinXiaoqinlingandXiong'ershanarea(afterHart,1988)

208Pb/204Pb=208Pb/204Pb)208Pb/204Pb)δ[(m/c0-1]╳1000,(m207Pb/204Pb=207Pb/204Pb)为测试值,c0=37.63;δ[(m/b0-1]╳207Pb/204Pb)1000,(m为测试值,b0=15.33;b0和c0的取值据

ZindlerandHart1986

208Pb/204Pb=208Pb/204Pb)208Pb/204Pb)δ[(m/c0-1]╳1000,(m207207isthevalueforthesamplestest,c0=37.63;δPb/204Pb=[(207Pb/204Pb)m/b0-1]╳1000,(Pb/204Pb)misthevalueforthe

右(Royden,1993;张国伟等,1996)。

4　结论

(1)秦岭造山带的形成是扬子陆块俯冲于华北

陆块之下的洋壳(南秦岭)、陆壳俯冲和陆陆碰撞造山的动力学演化过程。小秦岭-熊耳山地区中基性岩墙的岩浆物质来自岩石圈地幔。岩墙与扬子陆块北缘东段和南秦岭东段的岩石具有亲缘性,表明华北南缘岩石圈地幔在古生代-中生代早期曾经受到由扬子板片俯冲及其携带的深海沉积物质熔融形成的流体的交代作用。

(2)地震波速度变化反映的地震层析成像所揭示的秦岭造山带上地幔顶部结构高、低速带非均匀成层性分布和穿插、倒置的特征,可能是地幔热物质上涌侵蚀,造山带地壳基底发生拆沉作用造成的。结合岩墙锆石SHRIMP年代学研究结果,地壳基底的岩石圈拆沉作用可能是秦岭造山带中生代以来壳幔相互作用的最根本方式。

(3)中生代时期,由于太平洋板块的深俯冲作用,触发秦岭造山带由陆内造山向造山期后的岩石圈伸展构造转变,秦岭造山带在中-新生代的演化过程可能与太平洋构造域的兴起有密切的成因联系。

致谢:笔者在野外工作期间,得到小秦岭金矿区工作在第一线的地勘工作人员郝蛟龙、张勇、祖宗虎、宋战波等人的鼎力帮助,在此深表感谢!samplestest,b0=15.33;thevalueofb0andc0isaccordingtoZindlerandHart,1986

基性岩墙和该地区的燕山期花岗岩岩浆物质来源不同,岩墙岩浆主要来源于俯冲洋壳及其携带的沉积

物和部分华北南缘和扬子中-下陆壳的物质,花岗岩浆的物质主要来源于华北南缘的中-下地壳。岩墙岩浆在上升侵位过程中遭受了由区域热效应形成的花岗质岩浆的混合(混染)作用和强烈的结晶分异作用,岩浆在晚期又受到由其自身分异演化而成的流体(石英脉)的蚀变作用,形成了化学组成变化很大的岩墙(王团华等,2008)。

扬子陆块北缘东段和南秦岭东段洋壳自古生代早期就开始向华北陆块南缘之下俯冲,直到燕山中期(140Ma)之后,才有大量岩墙或花岗岩体侵位。这可能是由于造山带环境的演化致使岩浆被长期圈闭在造山带岩石圈之下,直到太平洋构造域活化和兴起,触发中国东部构造大转折,导致秦岭造山带岩石圈在深部壳幔作用形成的岩浆影响下,逐步开始拉张伸展,岩墙的岩浆直到燕山中晚期才大量侵位并浅成。板块的碰撞是一个深部会聚、上部陆-陆收敛相互作用的地球物质复杂变化的物理化学过程,往往需要持续50～70Ma,甚至可以到100Ma左1590

地　质　学　报2008年

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1)

1)

1)

2)

3)

1)MLRKeyLaboratoryofMetallogenyandMineralAssessment,InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing,100037;　2)GeologicalandMiningBureauofLingbaocity,Henanprovince,472500;　3)JinyuanMiningCompanyofLingbaocity,Henanprovince,472500

Abstract

ResearchofSr,Nd,Pbisotopecompositionsofthemeso-basicdykesintheXiaoqinlingandXiong'

iand(Nd/ioftheershanareainthesouthernedgeofNorthChinaCraton,showsthat(Sr/Sr)Nd)dykesis0.712310～0.735100and0.511160～0.512066,respectively,withanaveragevalueof0.722117

87

86

143

144

and0.511436separately.ThedykeshaveεSr(t)andεNd(t)valuein113.06～436.61and-7.9～-25.57inthetimescaleof130Macalculated.Sr,Ndisotopecompositonshowthecharacteristicsofextremely

206

enrichedmagmasources.Pb/204Pb,207Pb/204Pb,208Pb/204Pbofthedykesvarybetweem16.1921～19.8149,15.3245～15.7540,and36.8607～41.6251,respectively,withaveraging17.7067,15.6638and38.9494,indicatingadistinctradiogenticleadfeature.ComparsionofdykeswithregionalTaihuaFormationandXiong'erstrataaswellasMesozoicgraniteshowsthatthesourceofdykemagmaisofmixingfeaturesofcrustalanddeepseasediments,andmagaticmaterialfordykesisofaffinitytotheYangtzePlate.SoitisprovedthattheQinlingorogenicbeltstandsforageodynamicevolutionprocessinwhichtheYangtzePlatesubductedtowardsthesouthernmarginofNorthChinaCraton.CombinedwithdeepgeophysicalinformationintheQinlingorogen,theauthorsthinkthatactivationofthePacifictectonicdomainisafundamentalfactorfortectonicregimetransitionfromintraplatecollisiontolithosphericextensionintheQinlingorogenicbeltinlateMesizoic,thusresultingintheemplacementoflargescalegraniteandmeso-basicdikesintheXiaoqinlingandXiong'ershanmountainsarea.

Keywords:dykerocks;tracingofSr,Nd,Pbisotope;XiaoqinlingandXiong'ershanmountainsarea;Qinlingorogenicbelt