隴山群斜長角閃巖LA—ICP—MS鋯石U—Pb定年及Hf同位素分析

孟祥舒

摘 要： 隴山群為一套角閃巖相中深變質巖系，巖石組合主要包括長英質片麻巖、斜長角閃巖、富鋁質片麻巖和大理巖。本文對隴山群中斜長角閃巖進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年和鋯石Hf同位素分析，定年結果為444±9.3Ma（晚奧陶世），代表了斜長角閃巖的形成年齡。鋯石Hf同位素分析結果顯示正的εHf（t）值（3.46～8.94），揭示其物質源區(qū)應該來自于地幔物質。二階段模式年齡介于855Ma～1203Ma之間，明顯大于其形成年齡， 表明斜長角閃巖源區(qū)應該受到過地殼物質的混染或來源于富集地幔。鋯石顆粒中內部沒有發(fā)現古老繼承鋯石，二階段模式年齡也較為集中，源區(qū)受過地殼物質的混染可能性較小。因此，我們認為隴山群斜長角閃巖源區(qū)應為富集地幔，是加里東期大陸擴張的產物。

關鍵詞： 隴山群； 斜長角閃巖； 鋯石U-Pb定年； Hf同位素； 晚奧陶世

1. 區(qū)域地質概況

隴山群主要分布于陜西隴縣以西和陜甘接境地區(qū)，是一套角閃巖相中深變質巖系，巖石組合主要包括長英質片麻巖、斜長角閃巖、富鋁質片麻巖和大理巖。其東北部被固關—八度斷裂所截與鄂爾多斯地塊相鄰，南部與北秦嶺造山帶被新陽—元龍韌性剪切帶分隔，西部被第四紀黃土覆蓋。受加里東期和印支期巖漿侵吞作用，整體呈透鏡體斷續(xù)分布。隴山群最早被張慶昌等（1963）劃分到牛頭河群，依據巖性對比劃歸前寒武系或早元古代。宋志高等（1995）認為隴山群至少經歷了晉寧期、加里東期和華力西期三次構造變質事件，其在寶雞固川（坪頭）侵入于片麻巖中偉晶巖采白云母K-Ar年齡為881Ma，另外，在張家川保平里，侵入片麻巖中的閃長巖體內選取鋯石礦物，采用U-Pb諧和線法測得年齡為813Ma，認為是隴山巖群最早的一組構造熱變質事件年齡，其形成年齡應老于這些年齡。吳茂炳（2002）通過Sm-Nd同位素方法測得隴山群片麻巖的年齡分別為1450Ma表明隴山群形成于中元古代。何艷紅等（2005）通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb方法對其中的長英質片麻巖進行年齡測定，結果顯示三組峰值年齡：1.9Ga，2.35Ga，2.5Ga，地球化學特征與太古代TTG類似，認為隴山雜巖與太華雜巖，湅水雜巖和登封雜巖共同構造成了華北克拉通南緣基底出露帶。近年來，隨著不斷地研究發(fā)現隴山巖群各地質單元并非形成于同一時代和同一構造環(huán)境，從隴山群中解體出一套古生代變基性火山巖（斜長角閃巖）、（何艷紅，2005；何世平等，2006），盡管前人對其地質年代學已經做了較為詳細的研究工作，但是缺乏準確的同位素證據對其源區(qū)的限定。本文在北祁連造山帶東段隴縣三橋地區(qū)進行了野外地質勘查和樣品采集。對斜長角閃巖樣品進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年以及Hf同位素分析，為隴山群斜長角閃巖的形成時限和源區(qū)提供更詳細的基礎地質資料。

2. 巖體地質及巖石學特征

本文樣品采自隴縣三橋地區(qū)，該地區(qū)主要出露一套黑云角閃斜長片麻巖、斜長角閃巖、白云石大理巖以及少量黑云母石英片巖、粒巖等。斜長角閃巖多呈灰黑色，中細粒結構，塊狀構造，片麻狀構造，與圍巖片麻巖平行接觸或斷層接觸。主要造巖礦物包括斜長石（25%～30%），石英（5%～10%），角閃石（55%～60%），黑云母（5%）。副礦物中含有較多磁鐵礦以及少量磷灰石、榍石、鋯石等。斜長石呈半自形板狀，發(fā)育聚片雙晶、卡鈉復合雙晶，蝕變較強，多發(fā)生絹云母化；石英，它形粒狀；普通角閃石呈半自形柱狀，具黃褐—墨綠多色性，大部分顆粒發(fā)生綠泥石化，綠簾石化，明顯定向排列；黑云母呈片狀，明顯定向排列。

3. 鋯石U-Pb年齡及Hf同位素結果

本文對斜長角閃巖樣品15LS12-03進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年分析，結果見（表1）該樣品中鋯石無色透明，顆粒較小，粒徑介于50μm～120μm之間，多呈長柱狀、粒狀，部分鋯石局部發(fā)育港灣狀熔蝕結構。鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像發(fā)光性強，顯示不明顯的震蕩環(huán)帶結構（圖1），具有巖漿鋯石結構特征（吳元保等，2004）。鋯石的Th、U含量分別為0.3～49.8×10-6和2.4～11.0×10-6，對應的Th/U比值介于0.04～5.61之間，Th/U多數大于0.1，盡管Th、U含量較低，但Th/U比值并未發(fā)生較大變化，仍為巖漿鋯石特征。鋯石樣品（15LS12-03）中30個測點的206Pb/238U年齡介于411.2～475.2Ma，加權平均年齡為444±9.3Ma，（MSWD=0.47）（圖2），代表了隴山群斜長角閃巖的形成年齡。

本文選取斜長角閃巖樣品（15LS12-03）中諧和度較好的12顆鋯石進行了Hf同位素分析，測試結果見（表2）。所有測點的176Lu/177Hf比值在0.000014～0.000096之間，平均值為0.000030，均小于0.002，表明鋯石在形成后具有極低的放射性成因Hf的積累，因此，176Lu/177Hf比值可以代表鋯石形成時的176Lu/177Hf比值，從而為探討其成因提供重要信息（吳福元等，2007）。斜長角閃巖樣品（15LS12-03）中12顆鋯石的176Hf/177Hf比值變化于0.282594～0.282749（平均值為0.282647），對應的εHf（t）（t=444Ma）值變化在3.46～8.94，虧損地幔二階段模式年齡變化范圍855～1203Ma，平均年齡為1084Ma。

4. 討論

吳茂炳等，（2000）通過Sm-Nd等時線法測定張家川毛家磨附近隴山群基性巖墻（斜長角閃巖）形成年齡為983±22Ma和756±97Ma，認為該地區(qū)存在兩次基性巖漿活動。何艷紅（2005）和何世平等（2006）分別對天城鄉(xiāng)鐵佛寺和七橋地區(qū)的基性巖墻進行了（斜長角閃巖）樣品采集，通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年方法測得斜長角閃巖形成年齡分別為447±5.4Ma和452.8±1.5Ma。本文斜長角閃巖樣品采自隴縣三橋地區(qū)，30顆鋯石LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結果為444±9.3Ma，進一步限定了隴山群中斜長角閃巖的形成時限為晚奧陶世，是加里東期的一次巖漿事件。

斜長角閃巖樣品中12顆鋯石的176Hf/177Hf比值變化于0.282594～0.282749，對應的εHf（t）值變化在3.46～8.94，介于球粒隕石和虧損地幔演化線之間（圖3），表明巖漿源區(qū)應該來源于地幔物質。一般認為地幔來源的玄武質巖漿，如果Hf模式年齡與巖石形成年齡相近，表明源區(qū)來源于虧損地幔；如果Hf模式年齡大于其巖石形成年齡，則表明源區(qū)受到過地殼物質的混染或來自于富集地幔；若Hf模式年齡在誤差范圍內小于原始的形成年齡，大多數情況下應考慮數據的可靠性或者Nd-Hf同位素的解耦（吳福元等，2007）。本文斜長角閃巖二階段模式年齡變化范圍介于855～1203Ma（平均1084Ma），明顯大于巖石的形成年齡（444Ma），表明斜長角閃巖源區(qū)應該受到過地殼物質的混染或來源于富集地幔。在30個鋯石顆粒中內部沒有發(fā)現古老繼承鋯石，二階段模式年齡也較為集中，表明源區(qū)受過地殼物質的混染可能性較小。因此，我們認為隴山群斜長角閃巖源區(qū)應為富集地幔，是加里東期大陸擴張的產物。

5. 結論

（1）隴山群斜長角閃巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為444±9.3Ma，表明其形成時代為晚奧陶世。

（2）隴山群斜長角閃巖εHf（t）值變化在3.46～8.94，二階段模式年齡變化范圍介于855Ma～1203Ma，明顯大于巖石的形成年齡（444Ma±9.3Ma），認為隴山群斜長角閃巖源區(qū)應為富集地幔，是加里東期大陸擴張的產物。

參考文獻：

[1] 何世平，王洪亮，徐學義等. 北祁連東段紅土堡基性火山巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學及其地質意義[J]. 地球科學進展， 2007， 22（2）：143-151.

[2] 何艷紅，隴山雜巖的地球化學特征以及年代學研究[D]. 2005， 1-56.

[3] 何艷紅，孫勇，陳亮等. 隴山雜巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及其地質意義[J].巖石學報， 2005， 21（1）：125-134.

[4] 宋志高，賈群子，張治洮等. 北秦嶺—北祁連天水—寶雞間早生古代火山巖系及其構造連接關系的研究[J]. 中國地質科學院西安地質礦產研究所所刊， 1991， 34：1-82.

[5] 吳福元，李獻華，鄭永飛等. Lu-Hf同位素體系及其巖石學應用. 巖石學報， 2007， 23（2）：185-220.

[6] 吳茂炳，傅碧宏. 甘肅東部隴山群中斜長角閃巖的形成時代和構造背景[J].地質地球化學， 2000， 28（2）：45-50.

[7] 吳茂炳，郭彥如，劉春燕等. 甘肅東部隴山群的Sm-Nd年齡及其構造意義[J]. 地質論評， 2002， 48（s1）：59-63.

[8] 吳元保，鄭永飛. 鋯石成因礦物學研究及其對U-Pb年齡解釋的制約[J]. 科學通報， 2004， 49（16）：1589-1604.

[9] 徐琳， 肖進. 內蒙古阿拉善北部阿拉克克爾特晚二疊世火山巖鋯石U-Pb年齡及其地球化學特征[J]. 西部資源， 2015（1）：107-111.

[10] 肖進， 孫萍， 徐琳. 阿拉善北部諾爾公地區(qū)早二疊世輝長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡、地球化學特征及成因[J]. 西部資源， 2016（4）：55-60.