梁濤，盧仁，劉小麗

1) 河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，鄭州，450052;2) 河南省有色金屬深部找礦勘查技術(shù)研究重點實驗室，鄭州，450052

內(nèi)容提要: 神林花崗巖能夠為反演東秦嶺燕山期區(qū)域構(gòu)造演化提供新的制約。它的主體巖性為斑狀黑云母二長花崗巖，其鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年結(jié)果為130.6±0.7 Ma。神林花崗巖樣品具有高硅富堿和貧鎂低鈣的特征，屬于高鉀鈣堿性系列，以準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)為主。它們富集大離子親石元素(如Rb、Th和K)和虧損高場強元素(如Nb、Ta和Ti)，具有輕稀土富集、重稀土虧損的特征，其(La/Yb)N范圍為17.6～22.2，δEu值為0.59～0.72。在LaN—(La/Yb)N圖解中，神林花崗巖樣品顯示正相關(guān)關(guān)系，表明是源區(qū)組成和部分熔融作用控制其成分變異。神林花崗巖樣品顯示了高Sr、低Y和Yb的特征，Sr/Y值為24.3～37.9，屬于高鍶低釔中酸性巖(adakite, 有人音譯為埃達克巖)。神林花崗巖形成于加厚大陸下地殼的部分熔融，其源區(qū)深度大于50 km，部分熔融源區(qū)殘余相包括石榴子石、金紅石和角閃石，無或者少量的斜長石。神林花崗巖鋯石具有輕稀土虧損、重稀土富集、Ce正異常的特征，鋯石的形成溫度介于624～701 ℃之間，重稀土元素分配系數(shù)與年齡的變化特征表明神林花崗巖經(jīng)歷了深部巖漿/流體的注入與混合，這與暗色微粒包體所揭示的神林花崗巖深部成巖過程相吻合。混合活化后的巖漿/流體體系沿區(qū)域深大斷裂上侵，在其次級斷裂帶內(nèi)的斷裂交匯處就位成巖。神林花崗巖形成于東秦嶺陸(板)內(nèi)造山階段，是約131 Ma區(qū)域巖石圈拆沉作用的巖漿響應(yīng)。

秦嶺造山帶是中央造山帶的重要組成部分，它是一個多期次、多體制的復(fù)合型大陸造山帶(張國偉等，2001)，不同時代、成因及構(gòu)造背景的巖漿巖成為記錄其地殼生長與造山演化信息的重要載體，尤其是廣泛出露的燕山期花崗巖(盧欣祥，2000)。東秦嶺魯山—南召—方城地區(qū)強烈發(fā)育燕山期花崗巖，形成了近北西向的南、北兩個巖帶，南巖帶規(guī)模大，包括伏牛山、四棵樹(魯山)、交口、房山、祖師頂、角子山等巖基和營子園、頭道河、雞冢、郭莊、牛心山、七峰山、葉莊等巖株，北巖帶規(guī)模小，由熊背、神林、吳溝和張士英四個巖株構(gòu)成。它們的巖石成因研究集中于伏牛山、祖師頂和角子山巖基及張士英巖株。

伏牛山巖基的形成時代存在中元古代(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)、中元古代薊縣紀(jì)和燕山期(王志宏等，2000)、新元古代和燕山期(劉振宏等，2004)和燕山期(王金貴和盧欣祥，1988；張正偉和盧欣祥，1990；Gao Xinyu et al., 2014；張昕等，2018)4種認(rèn)識。燕山期伏牛山花崗巖的成因存在以下4種認(rèn)識：① 形成于陸陸碰撞背景下交代—重熔作用而成的S型花崗巖(王金貴和盧欣祥，1988；張正偉和盧欣祥，1990)； ② 存在混合型、S型和A型三種花崗巖類型，對應(yīng)于陸內(nèi)造山過程中擠壓—走滑—伸展構(gòu)造旋回(劉振宏等，2004)；③ 經(jīng)歷殼?；旌隙傻腎型花崗巖，形成于太平洋板塊西向俯沖所致的伸展背景環(huán)境(Gao Xinyu et al., 2014)；④ 存在約145 Ma和約119 Ma兩期與太平洋板塊西向俯沖相關(guān)的I型花崗巖，分別對應(yīng)于秦嶺造山帶斷裂構(gòu)造復(fù)活和巖石圈拆沉作用(張昕等，2018)。

祖師頂巖基及其南側(cè)黃山花崗巖的鋯石U-Pb年齡分別為131.9±1.1 Ma和132.8±0.8 Ma，角子山巖基的鋯石U-Pb年齡為120.9±0.8 Ma，其形成與燕山期古太平洋板塊向亞歐板塊俯沖有關(guān)(周紅升等，2008)，而劉振宏等(2004)認(rèn)為它們是陸內(nèi)造山作用的巖漿響應(yīng)。張士英巖株的鋯石U-Pb年齡值介于124～107 Ma，其形成存在與太平洋板塊俯沖有關(guān)(向君峰等，2010；段友強等，2015)和華北克拉通巖石圈伸展減薄及殼幔相互作用相關(guān)(李創(chuàng)舉和包志偉，2010)兩種不同的認(rèn)識。此外，魯山—南召—方城地區(qū)郭莊石英閃長巖和吳溝花崗巖形成于早白堊世(約131 Ma)，均經(jīng)歷了巖漿混合作用，是華北克拉通巖石圈減薄作用的產(chǎn)物(盧仁等, 2021；梁濤等，2021)。

圖1東秦嶺神林花崗巖地質(zhì)簡圖Fig. 1 Simplified geologic map of the Shenlin granite in the eastern Qinling Orogenic Belt(a)秦嶺造山帶構(gòu)造分區(qū)簡圖(底圖據(jù)張國偉等，2001簡化)，LLWF—靈寶—魯山—舞陽斷裂，LLF—洛南—欒川—方城斷裂；(b)東秦嶺魯山—南召—方城地區(qū)燕山期花崗巖分布簡圖(據(jù)河南省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局第一地質(zhì)調(diào)查隊?簡化)，LLF—洛南—欒川—方城斷裂，F(xiàn)NS—伏牛山，SKS—四棵樹，YZY—營子園，TDH—頭道河，JZ—雞冢，JK—交口，GZ—郭莊，SL—神林，XB—熊背，NXS—牛心山，QFS—七峰山，ZSY—張士英，WG—吳溝，F(xiàn)S—房山，ZSD—祖師頂，JZS—角子山；(c)神林花崗巖地質(zhì)簡圖(據(jù)河南省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局第一地質(zhì)調(diào)查隊?簡化)；Q—第四系，Z—震旦系，Pt3gn—新元古界官道口群，Pt3ln—新元古界欒川群，Pt2gs—中元古界高山河群，Pt2ry—中元古界汝陽群，Pt2xn—中元古界熊耳群(a) Simplified tectonic map of the Qinling Orogenic Belt showing the major tectonic division and units (Simplified after Zhang Guowei et al., 2001), LLWF—Lingbao—Lushan—Wuyang fault, LLF—Luonan—Luanchuan—Fangcheng fault; (b) simplified distribution map of the Yanshanian granites in Lushan—Nanzhao—Fangcheng area, eastern Qinling Orogenic Belt (Simplified after the note ?), LLF—Luonan—Luanchuan—Fangcheng fault , FNS—Funiushan, SKS—Sikeshu, YZY—Yingziyuan, TDH—Toudaohe, JZ—Jizhong, JK—Jiaokou, GZ—Guozhuang, SL—Shenlin, XB—Xiongbei, NXS—Niuxinshan, QFS—Qifengshan, ZSY—Zhangshiying, WG—Wugou, FS—Fangshan, ZSD—Zushiding, JZS—Jiaozishan; (c) simplified geological map of the Shenlin granite (Simplified after the note ?); Q—Quaternary，Z—Sinian(Ediacaran) System，Pt3gn—Guandaokou Group (Pt3)，Pt3ln—Luanchuan Group (Pt3)，Pt2gs—Gaoshanhe Group (Pt2)，Pt2ry—Ruyang Group (Pt2)，Pt2xn—Xiong’er Group (Pt2)

不難發(fā)現(xiàn)，東秦嶺魯山—南召—方城地區(qū)僅少部分燕山期花崗巖獲得了不同程度的巖石成因認(rèn)識，全面開展燕山期花崗巖成因研究有助于建立整合的深部構(gòu)造—巖漿響應(yīng)模型，這不僅有利于探討魯山—南召—方城地區(qū)燕山期花崗巖之間的成因聯(lián)系，而且能夠為反演東秦嶺燕山期深部構(gòu)造演化提供新的約束條件。神林花崗巖是魯山—南召—方城地區(qū)北巖帶規(guī)模最大的巖株，本文對其開展了鋯石U-Pb定年及地球化學(xué)成分測試，分析了其巖石成因和深部構(gòu)造過程。

1 地質(zhì)特征

神林花崗巖地處華北克拉通南緣，位于秦嶺造山帶東段的魯山—南召—方城地區(qū)(圖1a、b)，它侵入于中元古界熊耳群和汝陽群。熊耳群主要巖性為斜長片巖、斜長角閃片巖和片理化斑狀安山巖；汝陽群巖性以石英砂巖、泥巖和白云巖為主?。此外，中元古界高山河群呈北西向帶狀展布于神林花崗巖西南部，巖性以石英巖和絹云母片巖為主；新元古界欒川群、官道口群及震旦系出露于神林花崗巖的南部，欒川群以石英砂巖、黑云母大理巖和二云片巖為主，官道口群巖性以白云石大理巖為主，震旦系巖性以石英砂巖、白云巖和硅質(zhì)巖為主?。

神林花崗巖出露區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育(圖1c)，以近北西向、近北東向、近南北向和近東西向四組斷裂為主??。近北西向的水塔寺—三道溝(F1)、斗金洞(F2)、大橫山(F9)、臥羊山(F11)和燕山坡—小豹溝(F4)斷裂是華北克拉通南緣與北秦嶺造山帶分界斷裂——欒川—方城斷裂的次級斷裂，F(xiàn)1位于神林和交口花崗巖之間，總體上連續(xù)，北東傾，F(xiàn)2、F9和F11均南西傾，推測它們?nèi)呤沁B續(xù)的同一條斷裂，因受神林花崗巖侵位和北東向、北北西向及北西西向斷裂的錯斷而不連續(xù)。近北東向斷裂以程化溝—查山溝(F3)、三駝—石灰窯(F6)和上靠隊(F8)為代表，F(xiàn)3傾向北西，是神林花崗巖和汝陽群的分界線，F(xiàn)6和F8近平行，傾向分別為南東和北西。近南北向的頭道溝斷層(F7)和近東西向的小橫山—下傅家(F10)位于神林花崗巖東側(cè)，分別西傾和南傾。從神林花崗巖和斷層構(gòu)造的平面分布特征來看，神林花崗巖出露于區(qū)域性北西向深大斷裂帶的近平行次級斷裂帶內(nèi)，且就位于近北西和北東向斷裂交匯部位，這表明它的上侵受控于斷裂構(gòu)造。

東秦嶺魯山—南召—方城地區(qū)巖漿活動強烈且頻繁，形成了中—新元古代、古生代和燕山期3個構(gòu)造巖漿旋回。火山巖主要為中元古代熊耳群的中基性—中酸性火山巖，侵入巖包括中元古代、新元古代、古生代和燕山期4期，中元古代侵入巖以伏牛山混合二長花崗巖和王家營及河北岸片麻狀鉀長花崗巖為代表；新元古代侵入巖主要為正長(斑)巖(王志宏等，2000)，其中雙山正長巖的鋯石U-Pb年齡為844 Ma(包志偉等，2008)；毛谷堆變輝長巖是古生代侵入巖的典型代表(王志宏等，2000)；燕山期侵入巖在魯山—南召—方城地區(qū)廣泛分布，以伏牛山、四棵樹(魯山)、交口、房山、祖師頂?shù)葞r基和神林、郭莊、吳溝等巖株為典型代表，其中燕山期伏牛山花崗巖的鋯石U-Pb年齡存在約145 Ma、約130 Ma和約118 Ma 3個階段(Gao Xinyu et al., 2014；張昕等，2018)，祖師頂巖基黑云母二長花崗巖的鋯石U-Pb年齡為131.9±1.1 Ma(周紅升等，2008)，郭莊石英閃長巖和吳溝花崗巖形成于約131 Ma(盧仁等, 2021；梁濤等，2021)。

神林花崗巖南北長約9.5 km，東西寬約7.5 km，出露面積約59 km2，它的北側(cè)和南側(cè)侵入熊耳群，東西兩側(cè)與汝陽群分別為侵入和斷層接觸(圖1c)，其與圍巖界線清楚，可見烘烤邊。神林花崗巖的主體巖性為斑狀黑云母二長花崗巖(圖2a、b)，發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)的鉀長石巨斑晶和暗色微粒包體(圖2b、c)。神林花崗巖多呈灰白色—淺肉紅色，塊狀構(gòu)造，具有自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)和似斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶含量10%～15%，以鉀長石巨斑晶為主，基質(zhì)含量85%～90%，礦物主要為鉀長石(30%～40%)、斜長石(30%～40%)和石英(25%～35%)，斜長石表面新鮮，發(fā)育聚片雙晶和弱環(huán)帶(圖2d、e)，部分斜長石具有中部發(fā)育絹云母化而邊部新鮮的特征(圖2e)，鉀長石表面發(fā)育一定程度的黏土化(圖2f)，發(fā)育卡氏雙晶，可見脈狀客晶的條紋長石。暗色礦物以黑云母為主，含量5%～10%，副礦物主要為磁鐵礦、榍石、磷灰石及鋯石。

圖2 東秦嶺神林花崗巖的巖石照片: (a)斑狀黑云母二長花崗巖；(b)具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)的鉀長石巨斑晶；(c)中—細(xì)粒斑狀黑云母二長花崗巖中的暗色微粒包體；(d)具有自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)的神林花崗巖，斜長石發(fā)育聚片雙晶，鉀長石發(fā)育卡氏雙晶；(e)發(fā)育聚片雙晶和環(huán)帶結(jié)構(gòu)的斜長石，其內(nèi)部發(fā)育一定程度的黏土化和絹云母化；(f)發(fā)育卡氏雙晶的條紋長石Fig. 2 Petrographs of the Shenlin granites in the eastern Qinling Orogenic Belt: (a) porphyritic biobite monzonitic granite; (b) the mega-phenocryst of K-feldspar with zonal structure; (c) mafic microgranular enclave; (d) the xenomorphic—granular texture, plagioclase with polysynthetic twin, and K-feldspar with Carlsbad twin; (e) plagioclase with zonal structure and its polysynthetic twin, the inner part shows clayization and sericitizationis, and the outer is fresh; (f) perthite and its Carlsbad twinKfs—鉀長石；Pet—條紋長石；Plg—斜長石；Qtz—石英； Bt—黑云母Kfs—K-feldspar；Pet—perthite；Plg—plagioclase；Qtz—quartz；Bt—biotite

2 鋯石LA-ICP-MS測試

2.1 分析方法

神林花崗巖定年樣品YHD01的坐標(biāo)為112°59′47″E和33°34′52″N，鋯石分選由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成，巖石樣品在破碎、淘洗之后使用重、磁方法分選鋯石，鋯石制靶和鋯石顆粒的反射光、透射光及陰極發(fā)光(CL)照相由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。分析測試前，對所有靶上鋯石顆粒圖像進行了晶型、粒徑、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面的綜合分析，優(yōu)選出不含包裹體、雜質(zhì)和裂縫等不利部位的鋯石測點。

鋯石U-Pb定年測試在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室LA-ICP-MS實驗室完成，激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas2005，等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)型號為Agilent 7500a。定年測試中，標(biāo)樣91500、JG-1、NIST SRM610和樣品鋯石有序穿插進行，數(shù)據(jù)處理使用ICPMSDataCal程序(Liu Yongsheng et al., 2010)，鋯石U-Pb諧和圖繪制和加權(quán)平均年齡計算使用Isoplot程序(Ludwing, 2001)。

2.2 樣品特征

定年樣品YHD01的巖性為斑狀黑云母二長花崗巖，分選出鋯石多于1000粒，大部分鋯石無色透明，少量鋯石呈淺淡黃色，個別鋯石內(nèi)發(fā)育裂紋和礦物包裹體，大多數(shù)鋯石顆粒晶型完整，多呈長柱狀，長軸粒徑以100～200 μm為主，短軸粒徑以50～100 μm為主，它們發(fā)育均勻、清晰、致密的韻律振蕩環(huán)帶(圖3)。

圖3 東秦嶺神林花崗巖定年樣品YHD01的鋯石陰極發(fā)光圖像Fig. 3 Cathodoluminescence images of zircons in sample YHD01 from the Shenlin granite in the eastern Qinling Orogenic Belt

2.3 鋯石U-Pb定年結(jié)果

樣品YHD01的LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果見表1和圖4。

對樣品YHD01累計進行了30個鋯石測點的分析，其中測點YHD01-05、-21和-27等3個測點的測定值明顯偏離n(207Pb)/n(235U)—n(206Pb)/n(238U)諧和線，它們的諧和度低于90%(表1)，在年齡計算中不予考慮。剩余27個鋯石測點的同位素比值位于或者接近U-Pb諧和線，它們的Th/U值介于0.31～0.60，n(206Pb)/n(238U)年齡介于127.2±1.4 Ma～133.7±1.4 Ma，加權(quán)平均年齡為130.6±0.7 Ma(MSWD=2.1；圖4a、b)。

圖4 東秦嶺神林花崗巖LA-ICP-MS鋯石定年結(jié)果： (a)樣品YHD01中27顆鋯石的U-Pb諧和圖(不含測點YHD01-05、-21和-27)；(b)樣品YHD01中27顆鋯石測點的n(206Pb)/n(238U)年齡加權(quán)平均年齡Fig. 4 LA-ICP-MS U-Pb concordia diagrams of the Shenlin granite in the eastern Qinling Orogenic Belt： (a) Concordia diagrams for 27 spots (without YHD01-05, -21 and -27) in sample YHD01; (b) n(206Pb)/n(238U) weighted average age of 27 spots in sample YHD01

表1 東秦嶺神林花崗巖樣品YHD01鋯石LA-ICP-MS定年結(jié)果Table 1 Zircon LA-ICP-MS dating results of sample YHD01 from the Shenlin granite in the eastern Qinling Orogenic Belt

2.4 鋯石微量元素

對神林花崗巖樣品YHD01進行鋯石U-Pb定年的同時，也獲得了其30個鋯石測點的微量元素含量，但YHD01-05、-21和-27等3個測點未獲得有效鋯石U-Pb年齡，在分析微量元素數(shù)據(jù)中也不考慮它們，其余27個測點的微量元素含量分析結(jié)果見表2。

表2 東秦嶺神林花崗巖樣品YHD01鋯石微量元素含量(×10-6)Table 2 Trace elements (×10-6) contents in the zircons of sample YHD01 from the Shenlin granite in the eastern Qinling Orogenic Belt

樣品YHD01中27顆鋯石測點的Ce含量范圍介于13.8×10-6～67.2×10-6，Ho含量的最小值和最大值分別為11.7×10-6和30.5×10-6，Yb和Lu的含量范圍分別為221×10-6～536×10-6和48.6×10-6～122×10-6，稀土元素總量介于436×10-6～1047×10-6。它們的Y含量范圍為488×10-6～1279×10-6，Ti含量介于0.38×10-6～7.52×10-6。在樣品YHD01的鋯石稀土元素配分模式圖中，顯示了輕稀土虧損和重稀土富集的特征，具有明顯的Ce正異常及Pr、Nd負(fù)異常(圖5a)，δEu值介于0.38～0.56之間。

應(yīng)用Ferry和Watson(2007)的鋯石Ti溫度計計算了神林花崗巖樣品YHD01的鋯石形成溫度(表2)，計算中αSiO2取值為1，溫度范圍是510～720℃。在鋯石測點年齡—溫度圖解中(圖5b)，數(shù)據(jù)點呈現(xiàn)波動，總體上在128～129 Ma和131～132 Ma處出現(xiàn)兩個溫度拐點，即由早及晚，鋯石形成溫度經(jīng)歷了降低—升高—再降低的過程。

綜合樣品YHD01的鋯石稀土元素含量與全巖稀土元素含量，計算了神林花崗巖稀土元素i在鋯石—熔體體系的分配系數(shù)。在計算中，將7件神林花崗巖全巖樣品稀土元素i的平均含量作為熔體中i的含量，27顆鋯石的Ce和Ho分配系數(shù)范圍分別為0.33～1.59和53.3～139，Yb和Lu的分配系數(shù)范圍分別是290～702和334～837，Y分配系數(shù)的最小值和最大值分別為74.3和195(表2)。在年齡—分配系數(shù)KdYb圖解中，在128～129 Ma和131～132 Ma處出現(xiàn)兩個拐點，即經(jīng)歷了降低—升高—降低的過程(圖5c)。

(1)

(2)

神林花崗巖鋯石測點YHD01-02和-19的Ce4+/Ce3+值分別為8.93和3.71，其余25顆鋯石測點的Ce4+/Ce3+值介于16.2～49.9(表2)。在Ce4+/Ce3+值—年齡圖解中(圖5d)，由老及新數(shù)據(jù)點具有先降低后升高的趨勢，轉(zhuǎn)折點位于129～130 Ma處。

圖5 東秦嶺神林花崗巖定年樣品YHD01的鋯石稀土元素圖解: (a)鋯石稀土元素配分模式圖，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)據(jù)Boynton(1984)；(b)鋯石形成溫度—年齡圖解；(c)鋯石—神林花崗巖熔體體系內(nèi)Yb分配系數(shù)KdYb—年齡圖解；(d)神林花崗巖中鋯石Ce4+/Ce3+值—年齡圖解Fig. 5 Diagrams of rare earth elements in zircons of the sample YHD01 from the Shenlin granite in the eastern Qinling Orogenic Belt: (a) Chondrite-normalized REE patterns, the chondrite values are from Boynton (1984)；(b) diagram of ages vs. temperatures of zircons; (c) diagram of ages vs. distribution coefficients for Yb between zircons and melts formed the Shenlin granite; (d) diagram of ages vs. the ratio of Ce4+/Ce3+ of zircons

3 地球化學(xué)特征

神林花崗巖7件樣品的全巖主量和微量元素成分分析由澳實分析檢測(廣州)有限公司完成。主量元素的分析方法代碼為ME-XRF26d，X熒光光譜儀型號為PANalytical PW2424，相對的偏差和誤差分別低于5%和2%。微量元素的分析方法代碼為ME-MS862，使用Agilent 7900和Perkin Elmer Elan 9000兩臺質(zhì)譜儀組合測試，相對的偏差和誤差均低于10%。

3.1 主量元素

7件樣品的SiO2介于73.19%～76.00%，Al2O3介于12.72%～13.42%，TFe2O3的最低值和最高值分別為1.34%和2.30%，MgO介于0.16%～0.42%，CaO介于0.85%～1.48%，Na2O和K2O分別介于3.69%～3.93 %和4.09%～4.51%(表3)。在哈克圖解中(圖6)，神林花崗巖樣品的MgO、TiO2、Al2O3、TFe2O3和P2O5投點趨勢整體上為負(fù)相關(guān)關(guān)系，CaO投點總體上為發(fā)散趨勢，Na2O和K2O投點總體上為近水平趨勢，這些成份協(xié)變特征是斜長石及鉀長石結(jié)晶分異難以解釋的。

圖6 東秦嶺神林花崗巖哈克圖解(數(shù)據(jù)來源：1—河南省地質(zhì)礦產(chǎn)廳區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊?；2—本次研究)Fig. 6 Harker diagrams of the Shenlin granite in the eastern Qinling Orogenic Belt (Data from: 1—the note?; 2—this study)

表3 東秦嶺神林花崗的主量元素(%)、微量元素(×10-6)和稀土元素(×10-6)分析結(jié)果Table 3 Major (%) , trace (×10-6) and rear earth (×10-6) elements compositions of the Shenlin granite in the eastern Qinling Orogenic Belt

神林花崗巖的(Na2O+K2O)介于7.82%～8.27%，在SiO2—(Na2O+K2O)圖解中，樣品點均落入花崗巖分類區(qū)內(nèi)(圖7a)，神林花崗巖樣品屬于高鉀鈣堿性系列巖石(圖7b)。神林花崗巖的A/CNK和A/NK值范圍分別為0.99～1.03和1.17～1.25，以準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)為主(圖7c)。

圖7 東秦嶺神林花崗的SiO2—(Na2O+K2O) 圖解 (a)(底圖據(jù)Middlemost，1989，圖中堿性與亞堿性系列界線據(jù)Irvine and Baragar， 1971)；SiO2—(K2O圖解(b)(底圖據(jù)Rollison，1993)；A/CNK—A/NK圖解(c)(底圖據(jù)Maniar和Piccoli, 1989)。圖例同圖6Fig. 7 SiO2—(Na2O+K2O) diagrams (a) (base map after Middlemost, 1989, and the boundary of alkaline and sub-alkaline from Irvine and Baragar,1971); SiO2—K2O diagram (b) (base map after Rollison, 1993) and A/CNK—A/NK diagram (c) (base map after Maniar and Piccoli, 1989) for the Shenlin granite in the eastern Qinling Orogenic Belt.The legends are the same to Fig. 6

3.2 微量元素

7件神林花崗巖樣品顯示其富集大離子親石元素，它們的Rb和Th含量分別介于189×10-6～241×10-6和19.6×10-6～25.2×10-6。高場強元素Nb、Ta、Zr和Hf的含量依次為13.8×10-6～19.3×10-6、0.9×10-6～1.2×10-6、76×10-6～140×10-6和3.3×10-6～4.5×10-6，Nb/Ta和Zr/Hf值分別介于15.3～18.7和22.4～32.6。在微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖8a)，神林花崗巖樣品顯示了明顯的Rb、Th和K的異常峰及Nb、Ta和Ti的異常谷。

圖8 東秦嶺神林花崗微量元素蛛網(wǎng)圖(a) (球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)據(jù)Thompson, 1982) 和稀土元素配分模式圖(b)(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)據(jù)Boynton, 1984)。 圖例同圖6Fig. 8 Diagrams of trace elements spider (a) ( chondrite values from Thompson, 1982) and chondrite-normalized REE patterns (b) ( chondrite values are from Boynton, 1984) for the Shenlin granite in the eastern Qinling Orogenic Belt. The legends are the same to those in Fig. 6

+n(Ca)+n(Na)+n(K)+n(P)=1；Zrmelt為熔體中Zr含量，用全巖Zr含量代替(熊雙才等，2019)。

神林花崗巖7件樣品的稀土總量介于71.1×10-6～114×10-6，(La/Yb)N值范圍是17.6～22.2，δEu值介于0.59～0.72。稀土配分模式具有右傾、輕稀土富集及重稀土虧損的特征(圖8b)。此外，神林花崗巖樣品的LaN—(La/Yb)N投點顯示了線性正相關(guān)關(guān)系，表明是源區(qū)組成和部分熔融作用控制了神林花崗巖的成分變異，而非結(jié)晶分異作用。

神林花崗巖樣品的Sr含量介于131×10-6～311×10-6之間，Y和Yb含量范圍分別為5.3×10-6～8.2×10-6和0.61×10-6～0.91×10-6，Sr/Y值介于24.3～37.9，屬于高鍶低釔中酸性巖(adakite)(圖9)。

圖9 東秦嶺神林花崗的Y—Sr/Y圖解(底圖據(jù)Defant et al., 2002)。圖例同圖6)Fig. 9 Diagram of Y—Sr/Y for the Shenlin granite in the eastern Qinling Orogenic Belt (The base map is from Defant et al., 2002. The legends are the same to those in Fig. 6)

應(yīng)用Watson和Harrison(1983)的方法計算了神林花崗巖熔體的鋯石飽和溫度(表3)，介于724～770 ℃，高于鋯石Ti溫度計的計算結(jié)果(510～720 ℃)，這反應(yīng)出神林花崗巖由熔體體系階段到鋯石晶出階段正常的溫度降低演化過程。

4 討論

4.1 神林花崗巖的形成時代

神林花崗巖LA-ICP-MS定年樣品YHD01為似斑狀黑云母二長花崗巖，塊狀構(gòu)造，具有似斑狀和自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)，定年鋯石CL圖像發(fā)育巖漿振蕩環(huán)帶，27顆鋯石的Th/U值介于0.31～0.60，它們的加權(quán)平均年齡為130.6±0.7 Ma，應(yīng)是同巖漿鋯石的結(jié)晶年齡，表明神林花崗巖形成于早白堊世。

伏牛山巖基的鋯石U-Pb年齡值出現(xiàn)了～145 Ma、～131 Ma和～115 Ma 3個峰值(Gao Xinyu et al., 2014; 張昕等，2018)，說明區(qū)域上存在一期約131 Ma巖漿作用。神林花崗巖西南出露交口巖基和郭莊石英閃長巖，它們的鋯石U-Pb年齡分別為132～133 Ma(梁濤未發(fā)表數(shù)據(jù))和131.4±1.4 Ma(盧仁等, 2021)。神林巖體東南出露祖師頂巖基和黃山、吳溝、銅山和天目山等花崗巖，其LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡值介于132.8～129.2 Ma(周紅升等，2008；盧仁和梁濤，2020；梁濤和盧仁，2021)。

由此可見，神林花崗巖是早白堊世約130 Ma的酸性巖漿活動的產(chǎn)物，東秦嶺南召—魯山—方城地區(qū)發(fā)育與之時代相近的巖漿活動。

4.2 源區(qū)基本特征

神林花崗巖的SiO2、Al2O3、MgO、Sr和Yb及Y的含量特征表明其為高鍶低釔中酸性巖(表3和圖9)。揚子板塊與華北板塊在印支末期完成了俯沖拼合，秦嶺造山帶的地質(zhì)構(gòu)造演化隨之進入板內(nèi)(陸內(nèi))階段(盧欣祥，2000；張國偉等，2001)，這說明神林花崗巖的形成與板塊俯沖之間不具有成因聯(lián)系。此外，神林花崗巖具有高SiO2(73.19%～76.00%)和低MgO(0.16%～0.42%)的特征(表3和圖6)，說明其不是玄武質(zhì)巖漿經(jīng)AFC演化或拆沉下地殼經(jīng)部分熔融形成的。

高鍶低釔中酸性巖部分熔融源區(qū)的深度是一個重要參數(shù)。基于高溫高壓巖石學(xué)實驗結(jié)果的反演，一種觀點認(rèn)為它是在壓力大于1.5 GPa(深度大于50 km)的條件下形成(如Rapp et al., 1999；Xiong Xiaolin, 2006；Xiong Xiaolin et al., 2009)，另外一種觀點認(rèn)為它的形成壓力小于1.5 GPa(深度小于50 km，如30～40 km；Qian Qing and Hermann, 2013; Ma Qiang et al., 2015)。這說明高鍶低釔中酸性巖源區(qū)深度的估算(大于或者小于50 km)需要參考區(qū)域構(gòu)造演化證據(jù)進行限定。秦嶺造山帶是一個復(fù)合造山帶，經(jīng)歷了多階段俯沖碰撞造山過程，沿商丹(商南—丹鳳)和勉略(勉縣—略陽)帶發(fā)生的向北陸—陸俯沖碰撞作用使得秦嶺、華北和揚子板塊于印支晚期最終拼合，之后到早白堊世未見有大規(guī)模巖漿活動(盧欣祥，2000；張國偉等，2001)，這說明在約131 Ma之前秦嶺造山帶整體上保持有厚大的巖石圈。所以，我們認(rèn)為神林花崗巖的部分熔融源區(qū)深度大于50 km。

神林花崗巖顯示了Nb、Ta、Ti虧損(圖8a)，考慮到Nb、Ta在金紅石/長英質(zhì)熔體體系中的元素行為(Xiong Xiaolin, 2006)以及金紅石本身也是富Ti礦物相，說明其部分熔融源區(qū)殘余相包含金紅石。在石榴子石/熔體體系中，輕、重稀土分餾程度以及釔含量主要受控于石榴子石，神林花崗巖的(La/Yb)N值范圍介于17.6～22.2，且Y含量低(5.3×10-6～8.2×10-6)，這是部分熔融源區(qū)殘余相包含石榴子石所致。神林花崗巖的稀土配分模式中也顯示了明顯的Dy—Ho—Er“洼斗”(圖8b)，這與華北克拉通南緣龍臥溝巖體的稀土配分模式相似(盧仁等，2014)，表明其部分熔融源區(qū)殘余相中的角閃石參與控制了神林花崗巖的Dy、Ho和Er含量。斜長石是主要的富Al、Sr及控制Eu含量的重要礦物，神林花崗巖的高Al2O3和Sr含量及無明顯Eu異常，這表明其部分熔融源區(qū)無或者僅存在少量的斜長石殘留。

所以，神林花崗巖形成于加厚下地殼，其源區(qū)深度大于50 km，部分熔融源區(qū)的殘余相礦物包括石榴子石、金紅石和角閃石，無或者少量的斜長石。

4.3 巖漿混合作用

稀土元素的分配系數(shù)受晶體/熔體體系的成分、溫度、壓力、氧逸度和離子半徑等多種因素制約(Rollison, 1993)，總體上而言，隨著體系SiO2含量的升高，或者是壓力的升高，或者是溫度的降低，稀土元素的分配系數(shù)增大。

神林花崗巖的鋯石溫度隨其年齡呈現(xiàn)波動，總體上在128～129 Ma和131～132 Ma為兩個拐點，即由早及晚，它經(jīng)歷了降低—升高—再降低的過程(圖5b)，表明存在高溫巖漿/流體的注入。另外一方面，神林花崗巖巖漿向上侵位是一個壓力逐漸降低的過程，Yb在鋯石—熔體體系中的分配系數(shù)應(yīng)是逐漸降低的，而實際情形卻是降低—升高—降低的波動過程(圖5c)，暗示了其它地質(zhì)過程的存在。

在神林花崗巖鋯石—熔體體系中，Yb的分配系數(shù)在128～129 Ma和131～132 Ma兩個溫度拐點處的實際值與理論預(yù)計存在明顯出入，低溫拐點131～132 Ma處的KdYb較小，高溫拐點128～129 Ma處KdYb反而出現(xiàn)極高值(圖5b、c)。鋯石/花崗巖熔體體系中重稀土分配系數(shù)與鋯石年齡之間的變化關(guān)系被認(rèn)為是巖漿混合作用的結(jié)果(梁濤和盧仁，2017；盧仁和梁濤，2017，2020)，這表明體系成分的改變(低SiO2含量巖漿/流體注入)主導(dǎo)了神林花崗巖鋯石—熔體體系中元素Yb的分配系數(shù)變化，這與其內(nèi)暗色微粒包體具有相同的指向，Ce4+/Ce3+值降低則說明注入的巖漿/流體具有低氧逸度，這表明神林花崗巖形成中經(jīng)歷了中(基)性巖漿/流體的注入與混合。

所以，高溫、低SiO2含量、低氧逸度的深部巖漿/流體是形成神林花崗巖的物質(zhì)端元之一，它是經(jīng)歷了巖漿/流體混合活化作用的產(chǎn)物。

4.4 構(gòu)造背景

在經(jīng)歷了復(fù)雜的俯沖碰撞造山作用之后，揚子與華北板塊在印支末期拼接完成，夾持于二者之間的秦嶺—大別造山帶的構(gòu)造演化進入了陸內(nèi)階段(盧欣祥，2000；張國偉等，2001)，因深部巖石圈—軟流圈系統(tǒng)匯聚作用的持續(xù)進行，區(qū)域構(gòu)造演化步入陸內(nèi)碰撞造山階段及后續(xù)的巖石圈垮塌(拆沉)作用(鄧晉福等，1996，2004，2007)。另外一方面，經(jīng)歷復(fù)雜構(gòu)造拼合形成的大陸板塊具有復(fù)雜巖石學(xué)結(jié)構(gòu)的厚大巖石圈，尤其是拼合部位的造山帶，這會形成明顯的重力不穩(wěn)定異常區(qū)(羅照華等，2006，2007，2009，2014)。

東秦嶺造山帶內(nèi)廣泛出露陸(板)內(nèi)造山背景下由巖石圈拆沉作用形成的早白堊世約130 Ma中酸性巖，崤山以龍臥溝(盧仁等，2014)、后河(盧仁等，2013；梁濤和盧仁，2017)和小妹河(梁濤和盧仁，2015)等酸性小巖體為代表，熊耳山以蒿坪溝(梁濤等，2015)和斑竹寺花崗斑巖(梁濤等，2014，2016)為代表，伏牛山余脈以天目山(盧仁和梁濤，2020)和銅山花崗巖(梁濤和盧仁，2021)為代表，北秦嶺和桐柏山分別有煙鎮(zhèn)花崗巖(梁濤和盧仁，2018)和三合店及雞公山巖基(Zhang Jinyang et al., 2013；Zhang Wenxiang et al., 2018)。另外，北秦嶺磨口基性脈巖的形成時代為早白堊世約132 Ma，它們是巖石圈拆沉作用的產(chǎn)物(Liang Tao et al., 2020)。形成時代相近的它們應(yīng)是東秦嶺造山帶同一期巖漿作用的產(chǎn)物，受控于相同的深部構(gòu)造過程，神林花崗巖的形成與區(qū)域巖石圈拆沉作用相關(guān)。

神林花崗巖屬于高鍶低釔中酸性巖，其部分熔融源區(qū)深度大于50 km，表明約131 Ma時神林地區(qū)地殼厚度也應(yīng)不小于50 km，現(xiàn)如今東秦嶺莫霍面埋深約35 km(周國藩，1992；袁學(xué)誠，1996)，二者之間至少15 km的差距表明神林地區(qū)在早白堊世約131 Ma發(fā)生了巖石圈拆沉作用。在此巖石圈災(zāi)變過程中，深部巖漿/流體得以快速釋放，它在上升途中注入到未完全固結(jié)巖漿/流體庫內(nèi)，這在鋯石—熔體中重稀土元素的分配系數(shù)中得以記錄(圖5)，混合活化之后的巖漿/流體沿深大斷裂上侵，在其次級斷裂內(nèi)的斷裂交匯部位固結(jié)形成神林花崗巖。所以，神林花崗巖形成于東秦嶺陸(板)內(nèi)造山階段，是約131 Ma區(qū)域巖石圈拆沉作用的巖漿響應(yīng)。

5 結(jié)論

綜上所述，獲得以下結(jié)論：

(1) 神林花崗巖形成于早白堊世130.6 Ma，它具有高硅富堿和貧鎂低鈣的特征，屬于高鉀鈣堿性系列，以準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)為主。

(2) 神林花崗巖屬于高鍶低釔中酸性巖(adakite)，成于加厚下地殼，其源區(qū)深度大于50 km，部分熔融源區(qū)的殘余相礦物包括石榴子石、金紅石和角閃石，無或者少量的斜長石。

(3) 神林花崗巖的鋯石稀土元素具有輕稀土虧損、重稀土富集及Ce正異常的特征，神林花崗巖鋯石—熔體體系重稀土元素分配系數(shù)隨年齡的變化特征是深部巖漿/流體注入活化作用的顯示。

(4) 神林花崗巖形成于東秦嶺陸(板)內(nèi)造山階段，是早白堊世(約131 Ma前)區(qū)域巖石圈拆沉作用的產(chǎn)物。

注 釋/Notes

? 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局第一地質(zhì)調(diào)查隊. 2005. 豫西南地區(qū)1∶250,000地質(zhì)圖.

? 河南省地質(zhì)調(diào)查院. 2003. 平頂山市幅1∶250,000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告. 鄭州：1～375.

? 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)廳區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊. 1993. 神林幅1∶50,000地質(zhì)圖說明書. 鄭州：1～46.

? 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)廳區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊. 1995. 張官營幅1∶50,000地質(zhì)圖說明書. 鄭州：1～40.