張輝 彭平安 張文正

1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安 710018

2.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣州 510640

3.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710018

1 引言

一般來說，火山活動(dòng)對(duì)油氣藏的形成是不利的，它會(huì)破壞圈閉，最終導(dǎo)致油氣藏的破壞，但是一些研究也表明:火山活動(dòng)對(duì)油氣藏的形成有促進(jìn)作用。火山活動(dòng)向烴源巖散布了大量火山碎屑(熊壽生和盧培德，1996;張映紅等，2000)，同時(shí)還向烴源巖輸送了大量的氣液物質(zhì)和過渡金屬元素等(赫英等，1996，2001)。那些攜有高溫的火山碎屑物質(zhì)對(duì)有機(jī)質(zhì)有加熱促熟作用(郭占謙，2002)。過渡金屬元素(如Fe、Mn、Zn、Cu等)在有機(jī)質(zhì)演化生烴過程中起著催化劑作用(Mango et al.，1994;Mango，1996;Mango and Elrod，1999;郭占謙，2002;王先彬等，2005)，使沉積層中的有機(jī)碳與氫結(jié)合而生成更多的烴?；鹕絿姲l(fā)活動(dòng)帶來的熱液一方面給湖盆水體中的水生生物帶來了大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)水生生物繁殖，為優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成奠定了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ);另一方面，火山熱液使水體含鹽度增加，形成還原環(huán)境，為有機(jī)質(zhì)的保存和轉(zhuǎn)化提供了有利條件(高福紅等，2009)。

鄂爾多斯盆地在晚三疊世湖盆全盛期沉積的長(zhǎng)7段發(fā)育了一套富含有機(jī)質(zhì)黑色泥頁(yè)巖(含油頁(yè)巖)的優(yōu)質(zhì)烴源巖，其有機(jī)質(zhì)豐度、生排烴能力及規(guī)模明顯優(yōu)于其它巖性和層段的生烴巖，該套優(yōu)質(zhì)油源巖很可能是盆地中生界的主力油源巖。關(guān)于這套優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育機(jī)制，目前研究較少。對(duì)現(xiàn)代大洋和陸表地?zé)岙惓^(qū)的熱水噴流活動(dòng)研究，發(fā)現(xiàn)水底熱液活動(dòng)可刺激某些熱水生物群落和菌、藻類等低等生物空前繁盛(陰家潤(rùn)和王薇薇，1995;曾志剛等，2000)。這種深水湖盆底層低等水生生物和細(xì)菌的繁盛需要豐富的氮、磷及金屬元素等養(yǎng)料(Simoneit，1990;金強(qiáng)等，2005)。晚三疊世延長(zhǎng)組烴源巖沉積時(shí)伴隨火山活動(dòng)，可以為藻類等低等水生生物的大量繁殖提供豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此，延長(zhǎng)組優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育可能與火山活動(dòng)密切相關(guān)?；鹕交以诙鯛柖嗨古璧氐拇嬖谑潜娝苤氖聦?shí)，但很少有人將其與優(yōu)質(zhì)烴源的發(fā)育聯(lián)系起來。鑒于此，本文采用LA-ICP-MS方法研究了長(zhǎng)7段凝灰?guī)r中的鋯石U-Pb年齡和Hf同位素組成，以期準(zhǔn)確限定其沉積時(shí)代和物質(zhì)來源，為明確長(zhǎng)7段優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育時(shí)間及展布方向、探討長(zhǎng)7段優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育機(jī)制提供理論依據(jù)。長(zhǎng)7段優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育范圍、展布方向與鄂爾多斯原油勘探密切相關(guān)，目前還不能完全確定。本文的研究也具有明確生產(chǎn)意義。

2 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地南緣與秦嶺造山帶為鄰(圖1)，印支期形成的秦嶺造山帶拼接會(huì)聚后由于兩大塊體長(zhǎng)期處于擠壓狀態(tài)，并具有周期性持續(xù)強(qiáng)化過程。于是受其影響，秦嶺北麓山前斷裂活動(dòng)頻繁，而此時(shí)也正是與之相鄰的鄂爾多斯陸相盆地形成期，可見在時(shí)間和空間上，秦嶺造山活動(dòng)與鄂爾多斯盆地之間均有一定的內(nèi)在聯(lián)系。

長(zhǎng)7段烴源巖中紋層-薄層凝灰?guī)r十分發(fā)育，單層最大厚度可達(dá)1～2m。在正8井約9m的巖芯中可識(shí)別出182個(gè)中-酸性凝灰?guī)r紋層，反映了同期火山噴發(fā)作用十分頻繁(張文正等，2009)。長(zhǎng)7底部凝灰?guī)r厚度在平面上呈現(xiàn)出盆地西緣、西南緣向東及東北方向逐漸減薄，至陜北地區(qū)長(zhǎng)7底部凝灰?guī)r不發(fā)育。凝灰?guī)r在盆地西南的正寧地區(qū)及合水-慶城地區(qū)厚度可達(dá)1m以上(鄧秀琴等，2008)。

巖石薄片的鏡下觀察結(jié)果表明，長(zhǎng)7段烴源巖中常見晶屑凝灰?guī)r、玻屑凝灰?guī)r和雙屑凝灰?guī)r。晶屑凝灰?guī)r中，晶屑含量50%～70%，晶屑的組合類型主要有鉀長(zhǎng)石晶屑，鉀長(zhǎng)石-鈉長(zhǎng)石混合晶屑和石英-鉀長(zhǎng)石-鈉長(zhǎng)石混合的晶屑三種。紋層狀的鉀長(zhǎng)石晶屑凝灰?guī)r、鉀鈉長(zhǎng)石晶屑凝灰?guī)r在長(zhǎng)7油頁(yè)巖層中較為常見(見圖2)，反映出了堿性、鈣堿性噴發(fā)巖的特點(diǎn)。長(zhǎng)石晶屑具半自形晶，粒徑約分布于0.05～0.3mm之間，部分晶屑具溶蝕港灣狀構(gòu)造。玻屑凝灰?guī)r往往分布于紋層凝灰?guī)r的上部，粒徑細(xì)小，以塵灰級(jí)為主。雙屑凝灰?guī)r以晶屑和玻屑雙屑凝灰?guī)r居多。

巖石化學(xué)成分測(cè)試分析表明，長(zhǎng)7薄層凝灰?guī)r的SiO2、A12O3變化較大，SiO2含量分布在49.37% ～72.87%之間，A12O3含量在14.17% ～30.17%之間?？傮w來說，大多數(shù)薄層凝灰?guī)r的SiO2含量較高(＞53%)，反映長(zhǎng)7凝灰?guī)r以中、酸性為主，基性較少。里特曼指數(shù)σ介于0.26～4.00之間，反映了大部分樣品屬于鈣堿性系列。TAS圖解分析指出絕大部分樣品落在了英安巖區(qū)(張文正等，2009)，顯示出凝灰?guī)r呈中性-偏酸性特征。

3 樣品采集與分析方法

3.1 樣品制備

本次研究采用的樣品來自于鄂爾多斯盆地西南部合水-寧縣-旬邑地區(qū)的寧 36(1696.5m，編號(hào) A1)、正 8井(1288.3m，編號(hào)A5)井以及正9井(1327.35m，編號(hào)A8)三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段凝灰?guī)r，樣品具體位置見圖1。凝灰?guī)r樣品經(jīng)手工破碎、淘洗、電磁選、重液分離等進(jìn)行單礦物提純以后，在雙目鏡下挑選，得到含包裹體少、無明顯裂隙且晶型完好的鋯石單礦物。在雙目鏡下將鋯石樣品粘在雙面膠上，制成靶。

3.2 分析方法

鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像分析在西北大學(xué)地質(zhì)系大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室用配有英國(guó)Gatan公司的MonoCL3+型陰極熒光探頭的美國(guó)FEI公司Quanta 40 0FEG掃描電鏡完成，分析電壓為15kV，電流為19nA。

鋯石的U-Pb年齡測(cè)定分析在同一實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)的激光剝蝕系統(tǒng)為德國(guó)MicroLas公司生產(chǎn)的GeoLas 200M。該系統(tǒng)由德國(guó)Lamda Physik公司的ComPex102 ArF準(zhǔn)分子激光器(波長(zhǎng)193nm)與MicroLas公司設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)組成，斑束直徑可從4～120μm逐檔變化。單脈沖能量200mJ，最高重復(fù)頻率20Hz，平均功率4W。經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)勻光和聚焦，能量密度可達(dá)20J/cm2。ICP-MS為美國(guó)Agilent公司生產(chǎn)的Agilent 7500a。該儀器獨(dú)有的屏蔽炬可明顯提高分析靈敏度(對(duì)于1×10-6的 U，238U 在激光斑束直徑為40μm，頻率為10Hz時(shí)的每秒計(jì)數(shù)為(cps)4500)。

鋯石Lu-Hf同位素測(cè)試在同一實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行Nu Plasma多接收等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICP-MS)和193nm激光取樣系統(tǒng)上完成，分析時(shí)激光束直徑為50μm，激光剝蝕時(shí)間約30s。

圖1 秦嶺造山帶構(gòu)造簡(jiǎn)圖(a，據(jù)楊友運(yùn)，2004修改)及采樣位置圖(b)Fig.1 Simplified tectonic map of the Qinling orogenic belt(a，after Yang，2004)and distribution map of sampling location(b)

激光剝蝕時(shí)，斑束直徑為20μm，激光脈沖頻率為10Hz，采樣方式為單點(diǎn)剝蝕。以He作為剝蝕物質(zhì)的載氣。由于采用高純度的Ar和He氣，204Pb和202Hg的背景＜100cps。ICPMS數(shù)據(jù)采集選用一個(gè)質(zhì)量峰采集一點(diǎn)的跳峰方式，單點(diǎn)停留時(shí)間分別設(shè)定為 6ms(Si、Ti、Nb、Ta 和 REE)，15ms(204Pb、206Pb、207Pb和208Pb)和10ms(232Th 和238U)。每測(cè)定 5個(gè)樣品點(diǎn)測(cè)定一次鋯石91500，每10個(gè)樣品點(diǎn)測(cè)定一個(gè)NIST610。每個(gè)分析點(diǎn)的氣體背景采集時(shí)間為30s，信號(hào)采集時(shí)間為40s。數(shù)據(jù)處理采用Glitter(4.0版)軟件，年齡計(jì)算時(shí)以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外標(biāo)進(jìn)行同位素比值分餾校正。所得數(shù)據(jù)用Andersen的方法(Andersen，2002)進(jìn)行普通鉛校正，然后用Isoplot3.0(Ludwig，2003)獲得加權(quán)平均年齡和諧和圖。元素濃度計(jì)算采用NIST610作外標(biāo)，29Si作內(nèi)標(biāo)。

鋯石原位 Lu-Hf同位素測(cè)定用176Lu/175Lu=0.02669和176Yb/172Yb=0.5886(Chu et al.，2002)進(jìn)行同量異位干擾校正計(jì)算測(cè)定樣品的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf比值。在樣品測(cè)定期間，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)91500和GJ-1進(jìn)行分析，以進(jìn)行儀器狀態(tài)監(jiān)控和對(duì)樣品進(jìn)行校正。樣品分析期間獲得標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500的176Hf/177Hf=0.282295±0.00027(n=1，2σ)，GJ-1的176Hf/177Hf=0.282734±0.00015(n=16，2σ)，分別與推薦值 0.2823075±0.00058(2σ)(Wu et al.，2006)和0.282015 ±0.000019(2σ)(Elhlou et al.，2006)吻合，εHf的計(jì)算采用176Lu衰變常數(shù)為1.865×10-11a-1(Scherer et al.，2001)，球粒隕石現(xiàn)今的176Hf/177Hf=0.282772，176Lu/177Hf=0.0332(Blichert-Toft and Albarede，1997)，Hf虧損地幔二階段模式年齡(tDM2)的計(jì)算采用上地殼176Lu/177Hf=0.0093，fLu/Hf=-0.72(Vervoort et al.，1996)。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石CL圖象特征

鋯石內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)復(fù)雜的分區(qū)，每一區(qū)域可能都記錄了鋯石所經(jīng)歷的結(jié)晶、變質(zhì)、熱液蝕變等復(fù)雜的歷史過程。因此，在微區(qū)分析前，詳細(xì)研究鋯石的形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)解釋鋯石U-Pb年齡、微區(qū)化學(xué)成分和同位索組成的成因至關(guān)重要。只有對(duì)同一樣品直接進(jìn)行結(jié)構(gòu)和年齡的同步研究，才能得到有地質(zhì)意義的年齡。鋯石的陰極發(fā)光特征可以反映鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。鋯石CL照片顯示，大部分鋯石具有較密集的振蕩環(huán)帶(圖3)，表明為典型的巖漿鋯石。

4.2 鋯石Th、U含量和Th/U比值

延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段凝灰?guī)r中的鋯石的Th、U含量較高、變化大，3個(gè)凝灰?guī)r樣品Th含量為122×10-6～4439×10-6，U含量為273×10-6～6180×10-6(表1)。大量的研究表明，不同成因的鋯石具有不同的Th、U含量及Th/U比值。巖漿鋯石的Th、U含量較高，Th/U比值一般大于0.4;變質(zhì)鋯石的Th、U含量低，Th/U比值一般小于0.1(Rubatto and Gebauer，2000;Belousova et al.，2002;M?ller et al.，2003;吳元保和鄭永飛，2004)，這是因?yàn)門h4+比U4+具有更大的離子半徑，在鋯石晶格中Th比U更不穩(wěn)定，變質(zhì)重結(jié)晶過程中，Th比U更容易被逐出鋯石的晶格，造成重結(jié)晶變質(zhì)鋯石具有相對(duì)較低的Th/U比值(Pidgeon et al.，1998;Hoskin and Black，2000)。本次研究中3個(gè)凝灰?guī)r樣品的Th/U比值在0.34～1.21之間，平均值為0.58。其中三個(gè)鋯石顆粒的Th/U比值小于0.4，其余均大于0.4，顯示出典型巖漿成因鋯石的特點(diǎn)，與CL圖像(圖3)結(jié)論一致。

圖3 凝灰?guī)r中鋯石CL圖形(圖圈為激光剝蝕位置)Fig.3 Zircon CL images(the circle are the positions of laser points)

表1 凝灰?guī)r中鋯石U-Pb定年分析結(jié)果Table 1 U-Pb isotopic data for zircons obtained from tuff

4.3 鋯石微量元素

Belousova et al.(2002)的研究結(jié)果表明，正長(zhǎng)巖中鋯石具有正Ce異常、負(fù)Eu異常和中等富集重稀土元素(HREE)趨勢(shì)為特征;花崗質(zhì)巖石中鋯石具有明顯負(fù)Eu異常、Ce弱異常和無明顯HREF富集趨勢(shì)為特征;碳酸巖和偉晶巖以無明顯的Ce和Eu異常和輕、重稀土分異程度變化較大為特征;鎂鐵質(zhì)火山巖具有明顯的輕、重稀上分異的特征;金伯利巖中鋯石無明顯的Eu和Ce異常，輕、重稀土分異程度不明顯。延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段凝灰?guī)r中鋯石表現(xiàn)出Eu強(qiáng)虧損、Ce弱正異常(Eu*為0.14、Ce*為1.25)的特征，與Belousova圖中花崗巖類(Eu*為0.18、Ce*為1.53)稀土分配模式相似(圖4)，表明長(zhǎng)7段凝灰?guī)r中鋯石來源于花崗巖類。根據(jù)Watson and Harrison(2005)和Watson et al.(2006)中Ti含量與溫度的關(guān)系式，計(jì)算出鋯石的結(jié)晶溫度在619～886℃之間，平均為718℃，進(jìn)一步表明其來自是酸性巖漿。

圖4 不同巖類中鋯石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(據(jù)Belousova et al.，2002修改;球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù) Sun and McDonough，1989)Fig.4 Chondrite-normalised averaged REE patterns of zircons from a range of rock types(after Belousova et al.，2002;Chondrite values after Sun and McDonough，1989)

Ce正異常是因?yàn)榕cZr具有相同的電價(jià)和相似的8配位離子半徑的Ce4+優(yōu)于Ce3+被分配進(jìn)鋯石晶格(Ballard et al.，2002)，本文計(jì)算得出長(zhǎng)7段凝灰?guī)r中鋯石具有低的Ce4+/Ce3+比值(平均為44)，這與Ce*弱正異常一致。鋯石中Ce4+/Ce3+比值主要受巖漿的氧逸度控制，受巖漿結(jié)晶溫度影響有限(Ballard et al.，2002;Liang et al.，2006)，長(zhǎng)7段凝灰?guī)r中鋯石低Ce4+/Ce3+比值，表明凝灰?guī)r形成于缺氧環(huán)境。氧化程度控制著巖漿S的電價(jià)，低氧逸度S主要以S2-存在，高氧逸度S主要以 S6+存在(Carroll and Rutherford，1985)。與凝灰?guī)r成互層分布的長(zhǎng)7段優(yōu)質(zhì)烴源巖檢測(cè)出S2-，平均含量為7.37%(張文正等，2008)，反映烴源巖形成于其缺氧的沉積特征，也驗(yàn)證了同期的長(zhǎng)7段凝灰?guī)r的形成環(huán)境。

4.4 鋯石U-Pb年齡

延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段凝灰?guī)r鋯石U-Pb年齡分析結(jié)果見表1。由于樣品顆粒大小、厚度的影響本文在年齡諧和圖中剔除了206Pb/238U年齡相對(duì)于207Pb/235U偏差大的鋯石顆粒。

位于寧縣的樣品A1(寧36井)加權(quán)平均年齡為236.1±2.7Ma(MSWD=0.40，n=15)，一個(gè)分析點(diǎn)207Pb/235U同位素值偏大，表明存在鉛丟失。在CL圖形中，該鋯石顆粒邊部見到明顯的變質(zhì)亮邊，表明受到后期熱液流體改造，引起鉛的丟失。位于合水縣樣品A5(正8井)加權(quán)平均年齡為234.3±2.8Ma(MSWD=0.30，n=12)。位于旬邑縣的樣品 A08(正9井)加權(quán)平均年齡為234.9±2.6Ma(MSWD=0.44，n=14)(圖5)。

圖5 鋯石的U-Pb協(xié)和圖Fig.5 Zircon U-Pb concordia diagrams

已有資料研究表明，華北與揚(yáng)子板塊的主要碰撞時(shí)代為245～220Ma、大別山超高壓變質(zhì)時(shí)代為245～221Ma(Li et al.，1989;Hacker et al.，1998;Zhang et al.，2001;劉貽燦等，2000)。南秦嶺變質(zhì)變形和勉-略構(gòu)造帶洋盆閉合時(shí)間為206～221Ma(Sun et al.，2002a)。延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段凝灰?guī)r形成時(shí)代為234～236Ma，正好介于南秦嶺地體、華北板塊、揚(yáng)子板塊之間大規(guī)模碰撞的年齡范圍內(nèi)，這說明延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段凝灰?guī)r的形成很可能與勉略古生帶洋盆閉合后及隨之發(fā)生的陸殼基底向南秦嶺微陸塊下俯沖作用有關(guān)。

圖6 凝灰?guī)r中鋯石的Hf同位素組成直方圖Fig.6 Histograms of Hf isotopic component of zircon from tuff

中生代的強(qiáng)烈造山過程在秦嶺地區(qū)引發(fā)了巨量花崗巖漿的侵人。其中，東秦嶺地區(qū)陜西商州市以西勉略帶以北的前古生代地層中出露大量由多個(gè)侵入體構(gòu)成的中生代大巖體群，并以北部東江口和南部寧陜兩大巖體群最具代表性(嚴(yán)陣，1985)。Sun et al.(2002a)對(duì)南秦嶺勉略帶北部姜家坪、迷壩、張家壩、東江口、新院和光頭山等六個(gè)花崗巖體的樣品進(jìn)行了鋯石U-Pb定年，鋯石U-Pb年齡測(cè)定結(jié)果表明各花崗巖體的結(jié)晶時(shí)代在206～221Ma。弓虎軍等(2009)對(duì)南秦嶺地體東江口花崗巖及其基性包體的鋯石進(jìn)行了U-Pb定年，研究結(jié)果表明東江口巖體的形成年齡為223Ma，包體鋯石的結(jié)晶年齡為222Ma。從整個(gè)秦嶺大別造山帶來看，目前一致認(rèn)為東邊先碰撞，碰撞時(shí)代是226Ma(Li et al.，2000;Liu et al.，2006)到230Ma(Sun et al.，2002b)，西部的碰撞應(yīng)該位于226Ma。顯然，南秦嶺花崗巖是秦嶺微板塊與揚(yáng)子板塊最終碰撞、勉略主縫合帶形成時(shí)所形成的同碰撞花崗巖，而三疊系延長(zhǎng)組凝灰?guī)r應(yīng)該形成于俯沖階段。

稀土元素因其在巖石中廣泛分布，又比較穩(wěn)定，除受巖漿熔融外，能夠保持原來的分布模式和含量。因而，稀土元素配分模式及其有關(guān)參數(shù)已被人們用于巖石成因、物質(zhì)來源、成巖成礦物理化學(xué)條件，甚至地殼和地球等天體的形成和演化等研究。彭平安等(2008①彭平安等.2008.鄂爾多斯晚三疊世長(zhǎng)7、長(zhǎng)9期火山灰與高有機(jī)質(zhì)沉積旋回的盆地動(dòng)力學(xué)背景分析)對(duì)比延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段凝灰?guī)r和南秦嶺勉略帶北部花崗巖體的稀土元素分布特征，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)7段凝灰?guī)r與南秦嶺花崗巖體REE配分模式相似，均具有明顯的Eu負(fù)異常，P、Ti強(qiáng)虧損。因此，REE分布特征表明三疊系延長(zhǎng)組凝灰?guī)r與南秦嶺花崗巖體具有相似的母質(zhì)來源。

4.5 鋯石Hf同位素

Zr和Hf的地球化學(xué)性質(zhì)相似，鋯石中通常含有l(wèi)% ～2%的HfO2，是Hf的最重要的寄主礦物，也是Hf同位素測(cè)定的理想礦物。Hf與Zr呈類質(zhì)同象存在于鋯石的礦物晶格中，相對(duì)其他礦物，鋯石中Hf高，即HfO2≈1%;同時(shí)其 Lu/Hf值極低，通常小于0.002(凌文黎和程建萍，1999;李獻(xiàn)華等，2003)，因此鋯石形成后隨時(shí)間積累的由放射性同位素176Lu衰變而形成的放射成因176Hf很少，對(duì)鋯石形成后的Hf同位素組成的影響甚微，這樣鋯石的Hf同位素組成基本上代表了鋯石結(jié)晶時(shí)的初始Hf同位素組成。加上鋯石化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有很高的Hf同位素封閉溫度，即使經(jīng)歷了麻粒巖相等高級(jí)變質(zhì)作用也能很好地保留初始Hf同位素組成，因此鋯石中的 Hf非常適合于巖石成因的Hf同位素研究(Andersen et al.，2002;Griffin et al.，2004)。如果把鋯石的Lu-Hf同位素示蹤和U-Pb定年相結(jié)合，就能夠?qū)ζ浼闹鲙r石的形成時(shí)代和成因提供重要信息。

鋯石的Hf同位素分析結(jié)果見(表2)所示。3個(gè)鋯石樣品的176Lu/177Hf比值均小于0.002，表明鋯石在形成以后具有較少的放射性成因Hf的積累，因而測(cè)定的176Hf/177Hf比值應(yīng)能較好地反映其形成過程中Hf同位素的組成特征。分析點(diǎn)的176Hf/177Hf比值變化在0.282449～0.282679之間，其εHf(t)值在-6.6～1.6之間，平均值為-2.4(表2)，從圖6可知εHf(t)值主要分布在-4～0之間，主峰為-3。這些特征表明延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段凝灰?guī)r主要來自地殼巖石的部分熔融，并且有一定的地幔物質(zhì)的加入。

表2給出了Hf單階段模式年齡tDM1(Hf)和二階段模式年齡tDM2(Hf)。由于鋯石的fLu/Hf比(平均為-0.97)顯著小于大陸地殼的fLu/Hf比，因此二階段模式年齡應(yīng)更真實(shí)地反映其源區(qū)物質(zhì)從虧損地幔被抽取的時(shí)間(或其源區(qū)物質(zhì)在地殼的平均存留年齡)(吳福元等，2007)。稀土元素配分模式分析表明研究樣品的母巖是花崗質(zhì)的，所以二階段模式年齡tDM2(Hf)的計(jì)算采用硅鋁質(zhì)大陸地殼的Lu/Hf比值可能更合理。二階段模式年齡tDM2(Hf)為978～1397Ma，大部分集中在1.1～1.3Ga，其中以1.2Ga為主峰(圖6)。延7段花崗質(zhì)凝灰?guī)rtDM2值明顯大于其形成時(shí)代(234～236Ma)，反映巖漿主要來自地殼物質(zhì)，同時(shí)指示這種巖漿源區(qū)物質(zhì)在地殼中的存留時(shí)代大約在元古代。

表2 凝灰?guī)r中鋯石Hf同位素組成Table 2 Hf isotopic compositions for zircons obtained from tuff

張宏飛等(1997)對(duì)南秦嶺花崗巖的Nd同位素研究表明南秦嶺花崗巖的tDM值變化于1.0～1.7Ga之間，tDM峰值年齡為1.1Ga。弓虎軍等(2009)對(duì)南秦嶺地體東江口花崗巖及其基性包體的鋯石Hf同位素研究，發(fā)現(xiàn)寄主巖體的εHf(t)值分布在-25.2～13.2，包體εHf(t)值分布在-17.7～13.3，巖體和包體εHf(t)值為負(fù)值的鋯石二階段模式年齡分別介于1.1～2.4Ma和1.1～1.9Ma，主要集中在1.0～1.5Ga。這與本文得到的二階段模式年齡tDM2(Hf)比較接近。表明盆地內(nèi)延長(zhǎng)組凝灰?guī)r與南秦嶺花崗巖具有相似的母質(zhì)來源。

在南秦嶺，從西往東分布有魚洞子群、碧口群、佛坪群、鄖西群、耀嶺河群、武當(dāng)群和陡嶺群等前寒武紀(jì)巖塊，它們構(gòu)成了南秦嶺的基底物質(zhì)。它們的同位素地質(zhì)年齡主要介于1000～2700Ma之間(張本仁，1994)。參考張宏飛等(1997)Sm-Nd同位素資料，在相當(dāng)于長(zhǎng)7段凝灰?guī)r形成時(shí)代(235Ma，平均年齡)，魚洞子群中黑云斜長(zhǎng)片麻巖εNd(t)=-23.8，tDM=3.11Ga;變粒巖 εNd(t)=-25.4，tDM=3.19Ga;斜長(zhǎng)角閃巖εNd(t)=-16.1.tDM=2.77 Ga;佛坪群中黑云石榴片麻巖和黑云斜長(zhǎng)片麻巖εNd(t)分別為-13.3和-10.8，tDM分別為2.03Ga和1.86Ga;陡嶺群中黑云斜長(zhǎng)片麻巖εNd(t)=-10.9，tDM=1.90Ga。顯然，魚洞子群、佛坪群、陡嶺群巖石不可能作為延7段花崗質(zhì)凝灰?guī)r的主要源巖。鄖西群火山巖(1010±41Ma，Sm-Nd)和耀嶺河群火山巖(1019±81Ma，Sm-Nd)，為同時(shí)同源的產(chǎn)物。根據(jù)黃萱和吳利仁(1990)和張宗清等(2002)Sm-Nd同位素資料計(jì)算，在t=235Ma時(shí)，耀嶺河群中、基性火山巖εNd(t)介于-3.7～2.5之間，tDM介于1.17～1.44Ga之間;鄖西群酸性火山巖εNd(t)介于-4.1～1.2之間，tDM介于1.14～1.29Ga之間。這與延7段花崗質(zhì)凝灰?guī)r中鋯石Hf同位素模式年齡相接近，表明耀嶺河群基性火山巖和鄖西群酸性火山巖可能是延7段花崗質(zhì)凝灰?guī)r的主要源巖。巖石化學(xué)組成特征研究表明長(zhǎng)7凝灰?guī)r以中、酸性為主。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)已證明地殼中基性巖類(玄武質(zhì)成分)的部分熔融可形成化學(xué)成分為偏基性的準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖類(Beard and Lofgren，1991;Wolf and Wyllie，1992;Sisson et al.，2005)。因此，延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段凝灰?guī)r的源區(qū)可能為南秦嶺基底中的耀嶺河群基性火山巖和鄖西群酸性火山巖按一定比例的混合產(chǎn)物。

5 結(jié)論

(1)鋯石U-Pb年代學(xué)研究得到的206Pb/238U年齡分布在234Ma左右，對(duì)比勉略縫合帶、南秦嶺的花崗巖的年齡，南秦嶺花崗巖是秦嶺微板塊與揚(yáng)子板塊最終碰撞、勉略主縫合帶形成時(shí)所形成的同碰撞花崗巖，而三疊系延長(zhǎng)組凝灰?guī)r應(yīng)該形成于俯沖階段。

(2)鋯石的Hf同位素分析表明延長(zhǎng)組凝灰?guī)r主要來自于地殼巖石的部分熔融，并且有一定的地幔物質(zhì)的加入。Hf同位素二階段模式年齡tDM2(Hf)為978～1397Ma，大部分集中在1.1～1.3Ga，其中以1.2Ga為主峰。

(3)延長(zhǎng)組凝灰?guī)r模式年齡表明其源區(qū)主要來自于元古代增生的地殼物質(zhì)，在物質(zhì)組成和時(shí)代上可能類似于南秦嶺基底中的耀嶺河群基性火山巖和鄖西群酸性的混合，而相對(duì)古老的地殼物質(zhì)在巖漿中的組成比例是較為有限的。

致謝審稿人對(duì)本文提出了十分有益的修改意見，在此表示誠(chéng)摯的謝意。

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