西秦嶺北緣秦嶺雜巖麻粒巖相變質(zhì)作用：來自相平衡模擬和獨居石原位U-Pb定年的制約*

郭祺 毛小紅 張建新 路增龍 周桂生 滕霞 武亞威

高級變質(zhì)巖的P-T演化軌跡樣式一般與其經(jīng)歷的大地構(gòu)造背景密切相關(guān)，順時針P-T軌跡多與匯聚板塊邊界的俯沖作用、弧-陸碰撞、陸-陸碰撞等構(gòu)造背景有關(guān)(England and Thompson, 1984; Thompson and England, 1984; Harley, 1989; Brown, 1993)，而逆時針P-T軌跡通常與島弧、弧后、大陸裂谷或地幔柱構(gòu)造環(huán)境有關(guān)(Sandiford and Powell, 1986; Bohlen, 1987, 1991)。由此可見，造山帶核部出露的高級變質(zhì)巖是研究造山帶造山作用的重要窗口，也是揭示造山帶構(gòu)造演化過程的關(guān)鍵(Rubattoetal., 2013)。

秦嶺造山帶橫亙于我國華南和華北板塊之間，東接桐柏-蘇魯-大別造山帶，西接祁連造山帶，是我國中央造山帶的重要組成部分。前人以早古生代商丹縫合帶為界，將秦嶺造山帶劃分為北秦嶺和南秦嶺造山帶，以寶成鐵路為界(地理界限)，將秦嶺造山帶劃分為東秦嶺和西秦嶺造山帶；位于北秦嶺造山帶內(nèi)的秦嶺群主要由高級變質(zhì)巖組成，包括榴輝巖、高壓(HP)麻粒巖、中壓麻粒巖、超高溫(UHT)巖石和角閃巖相巖石，而且區(qū)域內(nèi)廣泛發(fā)育混合巖化現(xiàn)象。前人已對這些高級變質(zhì)巖進行了大量研究(主要以北秦嶺造山帶東部-桐柏造山帶的秦嶺群為主)，確定了高壓-超高壓(HP-UHP)巖石和中-低壓麻粒巖相巖石的變質(zhì)作用P-T條件、P-T軌跡和變質(zhì)作用時代(HP-UHP變質(zhì)作用：518～485Ma；中-低壓麻粒巖相-高角閃巖相變質(zhì)作用：440～400Ma)(楊經(jīng)綏等 2002; 陳丹玲等, 2004, 2015; 張建新等, 2011; 劉良等, 2013; Baderetal., 2013a, b; 向華等, 2014; Dong and Santosh, 2016; Liuetal., 2016; Xiangetal., 2018; Zhangetal., 2020)。但關(guān)于中-低壓麻粒巖相巖石的成因目前還存在以下爭議：(1)與商丹洋北向俯沖有關(guān)(王宗起等, 2009; 吳元保和鄭永飛, 2013; 向華等, 2014)；(2)形成于碰撞造山環(huán)境(張建新等, 2011; Dongetal., 2011b; Liuetal., 2016)。西秦嶺造山帶北緣(北秦嶺造山帶西部)一帶的秦嶺群(我們稱之為“秦嶺雜巖”)主要出露于寶雞-天水一帶，即出露于秦嶺造山帶和祁連造山帶的交匯部位，構(gòu)造位置特殊，相對于北秦嶺造山帶東部，對該區(qū)域秦嶺雜巖變質(zhì)作用的研究相對較少。近年來在寶雞眉縣附近識別出一套峰期變質(zhì)年齡為480～470Ma的退變榴輝巖(唐歡和張宏福, 2017)。唐源等(2022)根據(jù)出露于天水南部的石榴斜長角閃巖中的鋯石稀土元素特征，推測該巖石經(jīng)歷了497±3Ma榴輝巖相變質(zhì)作用以及452±3Ma和423±7Ma退變質(zhì)作用，認為北秦嶺造山帶東、西部均經(jīng)歷了早古生代的大陸俯沖事件。毛小紅等(2017)在天水花廟地區(qū)識別出了433～424Ma中壓麻粒巖相變質(zhì)作用和411～402Ma的退變質(zhì)作用，但未給出麻粒巖相巖石完整的P-T演化軌跡(毛小紅等, 2018)。由此可見，與北秦嶺造山帶東部-桐柏造山帶的秦嶺雜巖一樣，西秦嶺造山帶北緣秦嶺雜巖也經(jīng)歷了晚奧陶世(?)-志留紀中-低壓麻粒巖相變質(zhì)作用。那么，西秦嶺造山帶北緣中-低壓麻粒巖相巖石究竟經(jīng)歷了順時針P-T軌跡還是逆時針P-T軌跡？形成于早古生代巖漿弧背景還是與碰撞造山作用有關(guān)?這些問題的回答對重塑古生代秦嶺造山帶的構(gòu)造演化歷史具有重要的意義。

因此，本研究以天水北道地區(qū)出露的麻粒巖(石榴夕線黑云片麻巖)為研究對象，對其開展巖相學、礦物化學和相平衡模擬研究，確定了麻粒巖相變質(zhì)作用的峰期條件及其P-T演化軌跡，通過獨居石原位U-Pb定年和獨居石微量元素分析，結(jié)合相平衡模擬結(jié)果，厘定了麻粒巖相變質(zhì)作用的時代，揭示了中-低壓麻粒巖相巖石形成的可能構(gòu)造背景，為重塑北秦嶺造山帶早古生代構(gòu)造演化歷史提供了依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

秦嶺造山帶位于華北板塊與揚子板塊之間，是華北板塊和揚子板塊及夾于兩者之間的微陸塊經(jīng)過多期俯沖、碰撞和拼貼而形成的復合型造山帶。秦嶺造山帶內(nèi)發(fā)育兩條縫合帶，從北往南依次為早古生代商丹縫合帶和中生代勉略縫合帶，前人以商丹縫合帶為界將秦嶺造山帶分為了北秦嶺和南秦嶺造山帶，以寶成鐵路為界，將其劃分為東秦嶺和西秦嶺造山帶(張國偉等, 1995; 陸松年等, 2006; Dongetal., 2011a, b; Dong and Santosh, 2016；圖1a)。北秦嶺造山帶由南向北依次包括秦嶺群(我們稱之為“秦嶺雜巖”)、二郎坪群和寬坪群。秦嶺雜巖主體由變質(zhì)程度高的巖石組成，并伴有強烈的混合巖化現(xiàn)象，被認為代表了造山帶深部的物質(zhì)組成(張建新等, 2011及相關(guān)文獻)。近年來大量的年代學研究認為秦嶺雜巖的原巖形成于中元古代至新元古代早期(王浩和吳元保, 2013; Liuetal., 2016及相關(guān)文獻)，其構(gòu)造屬性為微陸塊或陸弧性質(zhì)(陸松年等, 2003; 吳元保和鄭永飛, 2013)。西秦嶺天水地區(qū)地處西秦嶺造山帶北部，前人將該地區(qū)劃分為三個構(gòu)造單元，自南向北依次為李子園俯沖雜巖帶(商丹縫合帶)、秦嶺弧(？)變質(zhì)-巖漿雜巖帶以及清水-張家川弧后(？)雜巖帶(毛小紅等, 2017；圖1b)。

圖1 秦嶺造山帶構(gòu)造簡圖(a, 據(jù)Dong et al., 2011a修改)、西秦嶺造山帶北部地質(zhì)廊帶圖(b, 據(jù)Mao et al., 2020修改)和北道地區(qū)地質(zhì)簡圖(c, 據(jù)陜西省地質(zhì)局，1969(1)陜西省地質(zhì)局. 1969. 1:20萬天水幅地質(zhì)圖修改)

李子園俯沖雜巖帶主要由一套中淺變質(zhì)的沉積-火山巖系(李子園群)組成，主要分布在天水市黨川以南花廟河-姚家壩一帶，向西延伸到了武山-關(guān)子鎮(zhèn)一帶。該雜巖帶北與秦嶺雜巖為韌性剪切帶接觸關(guān)系，南與泥盆系大草灘群碎屑沉積巖系為斷層接觸關(guān)系。裴先治等(2004)將李子園群解體為關(guān)子鎮(zhèn)蛇綠巖、李子園群(狹義)和流水溝變質(zhì)中基性雜巖體。關(guān)子鎮(zhèn)蛇綠巖以發(fā)育一套變質(zhì)基性火山巖為特征，還發(fā)育變輝長巖、變輝石巖和蛇紋巖構(gòu)造塊體。變玄武巖的地球化學和輝長巖的U-Pb年齡研究顯示關(guān)子鎮(zhèn)蛇綠巖可能為早-中寒武世古洋殼的殘片(李王曄等, 2007)，因此，關(guān)子鎮(zhèn)蛇綠巖被認為是東秦嶺商丹縫合帶向西的延伸(裴先治等, 2004; 李王曄等, 2007; 董云鵬等, 2008)。

秦嶺弧(？)變質(zhì)-巖漿雜巖帶主要由深變質(zhì)的秦嶺雜巖、草灘溝群和深成侵入巖體組成，主要出露在天水市新陽、北道和花廟地區(qū)。秦嶺雜巖主要由副片麻巖和原巖時代950～850Ma的正片麻巖組成(陸松年等, 2005; 裴先治等, 2007b)，并伴有強烈的混合巖化現(xiàn)象。副變質(zhì)巖主要以石榴黑云片麻巖、 石榴黑云變粒巖和石榴夕線黑云片麻巖為主，并夾有鈣硅酸鹽巖、 大理巖和少量斜長角閃巖 (局部含角閃二輝麻粒巖)或石榴斜長角閃巖。這些巖石普遍經(jīng)歷了強烈的變形，褶皺發(fā)育，已有研究顯示花廟地區(qū)的副片麻巖經(jīng)歷了433～424Ma中壓麻粒巖相變質(zhì)作用和深熔作用(毛小紅等, 2018)?；◤R地區(qū)的秦嶺雜巖與北側(cè)的草灘溝群、黨川花崗巖和南側(cè)的李子園俯沖雜巖帶均為韌性剪切帶接觸關(guān)系，天水北道地區(qū)出露的秦嶺雜巖與北側(cè)葫蘆河群為韌性剪切帶接觸關(guān)系(新陽-元龍韌性剪切帶)，前人研究顯示新陽-元龍韌性剪切帶內(nèi)變形黑云母的40Ar-39Ar年齡為371～356Ma，應(yīng)代表了高溫韌性變形冷卻的年齡(丁仨平等, 2009; Maoetal., 2020)。草灘溝群以火山碎屑巖和火山熔巖為主，研究顯示火山巖形成于與俯沖作用相關(guān)的島弧構(gòu)造環(huán)境(閆全人等, 2007)。深成侵入巖體包括438±3Ma的黨川巖體、435±2Ma的百花基性巖漿雜巖、434±10Ma的草川鋪花崗巖和220±2Ma的石門花崗巖。黨川巖體類似于C-型埃達克質(zhì)巖石，與增厚地殼物質(zhì)的部分熔融有關(guān)(Zhangetal., 2006; 王婧等, 2008)，百花基性巖漿雜巖形成于弧構(gòu)造環(huán)境(裴先治等, 2007a)。

清水-張家川弧后雜巖帶與南側(cè)的秦嶺弧(？)變質(zhì)-巖漿雜巖帶為韌性剪切帶接觸關(guān)系，分布在清水-張家川一帶，主要包括早古生代葫蘆河群、陳家河群和古元古代隴山群，還有一些中基性和酸性侵入巖。碎屑鋯石定年顯示葫蘆河群主體形成于志留紀，為一套綠片巖相-低角閃巖相變質(zhì)巖系，原巖主要為陸緣碎屑巖組合，局部保留成分韻律層，顯示復理石沉積特點(裴先治等, 2012)，主要分布在秦安-清水地區(qū)；在清水紅土堡地區(qū)，出露基性火山巖夾少量輝綠巖和硅質(zhì)巖，為從葫蘆河群分出的紅土堡組，其中輝綠巖墻的鋯石U-Pb年齡為500±3Ma(付長壘等, 2019)。早古生代陳家河群為一套淺變質(zhì)中酸性火山巖和陸源碎屑巖沉積組合，中酸性火山巖和火山碎屑巖均顯示島弧鈣堿性地球化學特征(胡波, 2005; 何世平等, 2007)，U-Pb定年顯示中酸性火山巖時代為447.4±8.5Ma(李王曄, 2008)。古元古代隴山群主要由變質(zhì)的副片麻巖、花崗質(zhì)片麻巖、大理巖、鈣硅酸鹽巖和斜長角閃巖組成，其中花崗質(zhì)片麻巖具有與太古代TTG相似的地球化學特征。隴山群經(jīng)歷了2.5Ga和2.35Ga的巖漿事件以及1.9Ga的變質(zhì)事件(何艷紅等, 2005)，該雜巖與南側(cè)陳家河群和周圍巖體均為斷層接觸關(guān)系。在該弧后雜巖帶內(nèi)還發(fā)育454～434Ma的侵入巖(主體為閃長巖和花崗巖)，多形成于島弧環(huán)境(Zhangetal., 2006; 陳雋璐等, 2007)，少量基性侵入體形成于弧后伸展環(huán)境(陳雋璐等, 2006)。

2 巖相學

石榴夕線黑云片麻巖(采樣位置：105°57′49.02″E、34°33′52.92″N)采自西秦嶺造山帶北部天水北道地區(qū)(圖1c)，該巖石露頭風化嚴重，大部分巖石表面可見粒徑1～2.5cm的石榴子石變斑晶和定向排列的灰白色夕線石(圖2a, b)。本文使用的礦物代號據(jù)Whitney and Evans (2010)。

圖2 石榴夕線黑云片麻巖野外露頭照片

巖相學觀察顯示該巖石主要由石榴子石(Grt)、黑云母(Bt)、斜長石(Pl)、鉀長石(Kfs)、夕線石(Sil)、石英(Qz)和鈦鐵礦(Ilm)組成，含少量金紅石(Rt)、白云母(Ms)、十字石(St)、藍晶石(Ky)和尖晶石(Spl)，副礦物有獨居石(Mnz)、磷灰石(Ap)、電氣石(Tur)和鋯石(Zrn)。

石榴子石變斑晶粒徑0.4～2.5cm不等，大部分具有核-幔-邊結(jié)構(gòu)，核部以含大量石英包裹體為主要特征，還可見尖晶石、十字石、黑云母、鈦鐵礦和金紅石包裹體(圖3b)；石榴子石核-幔過渡部位較核部包裹體含量少，主要以金紅石、鈦鐵礦、黑云母、白云母、十字石和藍晶石和石英為主(圖3c, d)；石榴子石幔部僅含少量包裹體，主要以金紅石、鈦鐵礦、夕線石、石英和多相礦物包裹體為主(圖3a, e)。石榴子石邊部多呈渾圓狀或港灣狀，多被細小斜長石、鉀長石、夕線石、黑云母和石英包圍，個別石榴子石邊部可見晚期白云母發(fā)育(圖3b)。

圖3 石榴夕線黑云片麻巖顯微照片及背散射圖像

黑云母部分呈包裹體產(chǎn)出于石榴子石變斑晶的核部，部分環(huán)繞石榴子石和鉀長石邊部生長，并與這些礦物形成了“壓力影”構(gòu)造(圖3f)，部分黑云母則與斜長石、鉀長石、夕線石和石英環(huán)繞港灣狀或渾圓狀石榴子石邊部生長(圖3c, e, f)。

鉀長石多呈板狀分布于基質(zhì)中，粒徑0.3～0.7cm不等，細小他形鉀長石則環(huán)繞石榴子石邊部生長(圖3a, d, e)。斜長石或呈橢圓狀包裹體分布于基質(zhì)鉀長石中，或呈不規(guī)則狀與黑云母、鉀長石、夕線石、石英和鈦鐵礦環(huán)繞石榴子石變斑晶生長(圖3b-e)，或呈細小不規(guī)則狀分布于基質(zhì)礦物顆粒之間。

夕線石呈毛發(fā)狀或細小針狀包裹體分布在石榴子石的幔部，或呈竹節(jié)狀與長石和石英環(huán)繞石榴子石邊部生長(圖3a, f)。金紅石呈渾圓狀包裹體產(chǎn)出于石榴子石的核部、幔部和邊部，基質(zhì)中也可見金紅石，但金紅石顆粒已被鈦鐵礦大部分替代。鈦鐵礦產(chǎn)出于石榴子石邊部和基質(zhì)礦物粒間(圖3c, e)。

白云母在基質(zhì)礦物粒間或者石榴子石邊部也有分布(圖3b)。藍晶石僅出現(xiàn)在石榴子石核-幔過渡部位(圖3c)，激光拉曼分析結(jié)果顯示其具有951.58cm-1、485.34cm-1和300.96cm-1特征峰(見后文)。尖晶石僅分布在粒徑～2cm的石榴子石核部，此外，作為包裹體位于石榴子石核部十字石包裹體中(圖3b)。

根據(jù)詳細的巖相學分析，表明該巖石經(jīng)歷了多期變質(zhì)作用：早期(M1)以石榴子石核部出現(xiàn)Rt+Ilm+Spl+St+Bt+Qz礦物組合為主要特征；第二期(M2)以石榴子石核-幔過渡部位出現(xiàn)Ms+Rt+Ilm+Bt+Qz+Ky+St礦物組合為主要特征；第三期(M3)以石榴子石幔部Sil、Rt、Ilm、Qz和多相礦物包裹體，基質(zhì)中鉀長石斑晶和石英為主要特征；第四期(M4)以環(huán)繞石榴子石變斑晶邊部生長的Sil+Bt+Ilm+Qz+Kfs+Pl礦物組合為特征。

3 礦物化學

礦物化學分析測試工作在中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所完成，采用日本電子(JEOL公司)JXA-8100型電子探針分析儀，分析參數(shù)為：加速電壓15kV，束流20nA，攝譜時間10sec，束斑2～5μm。采用ZAF校正，SPI組合標樣校正，分析誤差小于2%。代表性礦物成分詳見表1。

表1 石榴夕線黑云片麻巖(樣品WQL19-2-2.2)代表性礦物的化學成分(wt%)

樣品WQL19-2-2.2中代表性石榴子石變斑晶化學成分剖面如圖4所示，剖面位置見圖3c。圖4顯示從核部到幔部，石榴子石端元組分基本無顯著變化，這可能是高溫導致石榴子石內(nèi)部成分均一化的結(jié)果，而石榴子石邊部鎂鋁榴石組分(XPrp=Mg/(Mg+Mn2++Ca+Fe2+))和鈣鋁榴石成分(XGrs=Ca/(Mg+Mn2++Ca+Fe2+))逐漸降低，鐵鋁榴石(XAlm=Fe2+/(Mg+Mn2++Ca+Fe2+))和錳鋁榴石成分(XSps=Mn2+/(Mg+Mn2++Ca+Fe2+))逐漸升高，呈現(xiàn)出受擴散影響的退變質(zhì)環(huán)帶特征，這可能與冷卻過程中石榴子石的分解有關(guān)(Kohn and Spear, 2000)。

圖4 石榴夕線黑云片麻巖(樣品WQL19-2-2.2)中代表性石榴子石的成分環(huán)帶剖面

斜長石An值(XAn=Ca/(Ca+Na+K))為0.003～0.200(圖5a)，石榴子石邊部斜長石多具有更高An值，實測剖面顯示從核部到邊部An值逐漸減小(0.20→0.14, 圖5b)，少量較小斜長石則具有很低的An值，接近鈉長石端元組分，可能代表更晚期的長石(圖5a)。分布于基質(zhì)礦物之間的不規(guī)則狀細小長石An值變化特征與石榴子石邊部斜長石相似(圖5a)。

圖5 石榴夕線黑云片麻巖(樣品WQL19-2-2.2)中斜長石成分Ab-An-Or圖解(a)和代表性斜長石XAn成分環(huán)帶圖(b)

黑云母的XMg(=Mg/(Mg+Fe2+))值為0.25～0.44，Ti含量為0.04～0.28p.f.u.(圖6a)。石榴子石邊部黑云母XMg值0.25～0.35，Ti含量0.04～0.26p.f.u.，而包裹于石榴子石中的黑云母具有相對較高的XMg值。石榴子石中黑云母包裹體XMg值0.28～0.44，Ti含量0.13～0.28p.f.u.。

圖6 石榴夕線黑云片麻巖(樣品WQL19-2-2.2)中黑云母XMg-Ti圖解(a)和藍晶石激光拉曼譜圖(b)

十字石和尖晶石都富含ZnO，十字石的XMg=Mg/(Fe2++Mg)值為0.11～0.19，ZnO含量1.2%～2.5%；尖晶石XMg=Mg/(Fe2++Mg)值為0.105～0.115，ZnO含量13.51%～19.04%。

4 相平衡模擬

本文利用GeoPS程序(Xiang and Connolly, 2022，版本3.1.8155.22829)，基于實測全巖化學成分，選擇最接近實際巖石化學成分的MnNCKFMASHTO(MnO-Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-TiO2-O(Fe2O3))體系對樣品WQL19-2-2.2進行相平衡模擬計算。本次使用實測全巖成分模擬峰期及峰期之后的P-T演化軌跡(圖7)，標準化后的全巖各組分摩爾百分含量為：H2O=1.2、SiO2=68.22、Na2O=1.08、MgO=1.8、Al2O3=9.75、K2O=2.08、CaO=0.49、FeO=14.18、TiO2=0.69、MnO=0.49和O=0.02。通過計算P=0.5GPa時的T-MH2O和T-MO圖和實測礦物等值線共同限定計算P-T視剖面圖所使用H2O和O(Fe2O3)的摩爾百分含量，使得所觀察的最終礦物組合恰好在固相線之上可以穩(wěn)定存在(Korhonenetal., 2011, 2012)。利用熔體恢復后的全巖成分來模擬進變質(zhì)階段的P-T演化軌跡(圖8)，熔體恢復方法參考Indaresetal. (2008)，熔體恢復后的全巖各組分摩爾百分含量為：H2O=3.89、SiO2=67.12、Na2O=1.42、MgO=1.63、Al2O3=9.51、K2O=2.09、CaO=0.46、FeO=12.8、TiO2=0.62、MnO=0.44和O=0.02。

模擬采用的內(nèi)部一致性熱力學數(shù)據(jù)庫為Holland and Powell (2011)發(fā)表的最新版ds62，礦物活度模型分別為黑云母(Bt; Whiteetal., 2014)、堇青石(Crd; Whiteetal., 2014)、石榴子石(Grt; Whiteetal., 2014)、鈦鐵礦(Ilm; Whiteetal., 2014)、熔體(Liq; Whiteetal., 2014)、斜方輝石(Opx; Whiteetal., 2014)、尖晶石(Spl; Whiteetal., 2002)、十字石(St; Whiteetal., 2014)、白云母(Ms; Whiteetal., 2014)和長石(Pl，Kfs; Holland and Powell, 2003)。石英(Qz)、金紅石(Rt)、夕線石(Sil)和藍晶石(Ky)為純礦物相。

圖7為利用樣品WQL19-2-2.2實測全巖成分模擬的P=0.2～1.5GPa、T=600～1000℃范圍內(nèi)的P-T視剖面圖，固相線出現(xiàn)在700～800℃溫度區(qū)間；金紅石穩(wěn)定在P>0.85～1.28GPa的范圍；鈦鐵礦在P<1.05～1.32GPa范圍內(nèi)穩(wěn)定存在；藍晶石穩(wěn)定在Sil=Ky轉(zhuǎn)換線之上，P<0.88～1.5GPa的范圍內(nèi)；夕線石穩(wěn)定在Sil=Ky轉(zhuǎn)換線之下，P>0.23～0.75GPa的范圍；斜長石穩(wěn)定在T<715～875℃的范圍；鉀長石穩(wěn)定在T<915～1000℃、P>0.2～0.5GPa范圍內(nèi)；堇青石穩(wěn)定在P<0.38GPa、T>618℃范圍內(nèi)；白云母在P>0.56～0.75GPa、T<820℃范圍內(nèi)穩(wěn)定存在；黑云母穩(wěn)定存在于P<0.7GPa、T<740℃范圍內(nèi)。

在P-T視剖面圖中Bt+Grt+Ilm+Kfs+Pl+Sil+Qz礦物組合的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，長石的An等值線呈較緩的正斜率，隨著溫度升高An值逐漸增大，隨著壓力升高An值逐漸減小。在Bt+Grt+Ilm+Kfs+Pl+Sil+Qz+Liq礦物組合穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，長石的An等值線呈陡的正斜率。在Grt+Ilm+Kfs+Pl+Sil+Qz+Liq礦物組合穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，長石的An等值線呈緩的正斜率(圖7b)。第三期(M3)和第四期(M4)礦物組合Grt+Ilm+Rt+Sil+Qz+Kfs+Liq和Bt+Pl+Grt+Ilm+Sil+Qz+Kfs+Liq在視剖面圖中分別穩(wěn)定在P=1.02～1.32GPa、T=820～1000℃和P=0.33～0.69GPa、T=700～725℃范圍內(nèi)(圖7a黃色區(qū)域)，第三期(M3)礦物組合向第四期(M4)礦物組合的演化在視剖面圖中表現(xiàn)為大致等溫降壓的退變質(zhì)P-T軌跡。Grt+Ilm+Rt+Sil+Qz+Kfs+Liq穩(wěn)定域中P=1.02GPa、T=820℃的位置限定了最低的峰期溫壓條件，實測石榴子石邊部斜長石的An值從核部到邊部逐漸降低(0.20→0.14)，在視剖面圖Bt+Pl+Grt+Ilm+Sil+Qz+Kfs+Liq組合穩(wěn)定存在的區(qū)域表現(xiàn)為降溫的過程。

圖8a為樣品WQL19-2-2.2熔體恢復后的成分模擬的P=0.2～1.5GPa、T=550～950℃范圍內(nèi)的P-T視剖面圖，與圖7不同，該固相線為飽和水固相線，出現(xiàn)在668～730℃溫度區(qū)間；十字石穩(wěn)定在P<0.4GPa、T=550～608℃的范圍；黑云母在T<740℃范圍內(nèi)穩(wěn)定存在；固相線之上的拓撲關(guān)系基本上與圖7一致。根據(jù)十字石的穩(wěn)定域和石榴子石白云母包裹體的Si(3.07)，推測進變質(zhì)階段為升溫升壓的P-T演化軌跡(圖8b)。

圖7 MnNCKFMASH體系下石榴夕線黑云片麻巖(樣品WQL19-2-2.2) P-T視剖面圖及P-T演化軌跡

5 年代學

獨居石具有： (1)高的U、 Th含量和高的封閉溫度；(2)大量發(fā)育于角閃巖相-麻粒巖相變泥質(zhì)巖中；(3)微量元素特征(如：HREE，Y，Eu)與關(guān)鍵變質(zhì)礦物的演化密切相關(guān)(如：石榴子石、鉀長石和斜長石)，已成為準確限定高級變質(zhì)地體演化歷史的關(guān)鍵定年礦物(Fosteretal., 2002; Hermann and Rubatto, 2003; Dingetal., 2021; Wangetal., 2022)。獨居石原位U-Pb同位素定年可以將地質(zhì)年代信息與高級變質(zhì)巖石不同演化階段的礦物組合相聯(lián)系，從而更準確的限定其變質(zhì)演化過程，尤其是作為石榴子石包裹體的獨居石，因其難以發(fā)生成分擴散或與外界礦物和流體發(fā)生反應(yīng)，往往保留其形成時的化學成分特征(Goncalvesetal., 2004)。

本研究對采自天水北道地區(qū)同一露頭上的兩個石榴夕線黑云片麻巖(樣品WQL19-2-2.1和WQL19-2-2.2)樣品進行了獨居石原位LA-ICP-MS U-Pb同位素定年和微量元素分析。獨居石同位素比值詳見表2、表3，微量元素含量數(shù)據(jù)詳見電子版附表1和附表2。

表2 樣品WQL19-2-2.1獨居石LA-ICP-MS U-Pb定年分析結(jié)果

續(xù)表2

表3 樣品WQL19-2-2.2獨居石LA-ICP-MS U-Pb定年分析結(jié)果

續(xù)表3

5.1 分析方法

獨居石原位LA-ICP-MS U-Pb定年和微量元素分析工作在中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所礦物/包裹體微區(qū)分析實驗室完成，U-Pb同位素分析與微量元素分析同時完成。激光剝蝕平臺采用NWR 193uc型193nm深紫外激光剝蝕進樣系統(tǒng)(Elemental Scientific Lasers, 美國)，質(zhì)譜儀采用Agilent 7900型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 (Agilent, 美國)，儀器的詳細操作流程和分析方法見于超等(2019)。本次分析采用的激光束斑直徑為20μm，剝蝕頻率為5Hz、激光能量密度為2J/cm2。采用獨居石44069作為主標，Trebilcock作為副標，每隔10～12個樣品點分析兩個44069標樣及一個Trebilcock標樣(Aleinikoffetal., 2006; Tomascaketal., 1996)。通常采集20s的氣體空白，35～40s的信號區(qū)間進行數(shù)據(jù)處理，按指數(shù)方程進行深度分餾校正(Patonetal., 2010)。獨居石以NIST 610作為外標，140Ce作為內(nèi)標計算微量元素含量，分析誤差小于3%。數(shù)據(jù)處理采用Iolite程序(Patonetal., 2010)，諧和年齡計算及諧和圖繪制使用Isoplot/Ex(4.15)。

5.2 獨居石形貌特征

兩個樣品中的獨居石形貌特征相似，多呈渾圓狀、短柱狀或不規(guī)則狀，單偏光鏡下呈無色，淡黃色或褐色的半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)。用于地質(zhì)年代學分析的獨居石粒徑30～200μm，少數(shù)顆粒邊界有晶棱圓化現(xiàn)象(圖9a, c)，部分顆粒邊界呈港灣狀(圖9b)，顆粒表面可見發(fā)育溶蝕結(jié)構(gòu)(圖9b, d)。巖相學觀察結(jié)果顯示，樣品WQL19-2-2.1的獨居石產(chǎn)出位置大致可分為四類：(1)包裹于石榴子石中(圖9a, b)；(2)包裹于黑云母中；(3)與基質(zhì)礦物相接觸；(4)包裹于鉀長石中(圖9d)。樣品WQL19-2-2.2的獨居石多以礦物包裹體的形式產(chǎn)出，產(chǎn)出位置大致可分為三類：(1)包裹于石榴子石中；(2)包裹于黑云母中(圖9c)；(3)產(chǎn)出于礦物粒間與多個礦物相接觸。兩個樣品的獨居石背散射圖像(BSE圖像)顯示多數(shù)獨居石具有復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)育明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，環(huán)帶寬窄不一，最寬處約50μm，表現(xiàn)為發(fā)育：(1)同心環(huán)狀環(huán)帶(圖9c)；(2)隨機分布的零散型環(huán)帶(圖9b)；和(3)不規(guī)則的環(huán)帶(圖9a, d)。

圖9 石榴夕線黑云片麻巖中代表性獨居石背散射照片

5.3 獨居石微量元素特征

樣品WQL19-2-2.1中獨居石的Y含量為927×10-6～24920×10-6，Th含量為13000×10-6～80000×10-6，U含量為1212×10-6～9460×10-6，Pb含量為414×10-6～1738×10-6，Th/U比值介于3.27～39.94。球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖呈明顯的右傾，表現(xiàn)為LREE富集、HREE相對虧損和明顯的Eu負異常(圖10a)。不同點位Th和Y的含量變化顯著，但Y含量和∑HREE含量的變化呈正相關(guān)關(guān)系。

圖10 樣品WQL19-2-2.1 (a)和樣品WQL19-2-2.2 (b)的獨居石球粒隕石標準化稀土元素配分曲線(標準化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

樣品WQL19-2-2.2中獨居石的Y含量為1303×10-6～29390×10-6，Th含量為36800×10-6～111900×10-6，U含量為2528×10-6～11640×10-6，Pb含量為804×10-6～2039×10-6，Th/U比值介于3.67～18.86。不同點位Th和Y的含量變化顯著，但Y含量和∑HREE含量的變化呈正相關(guān)關(guān)系。BSE圖像中的暗色區(qū)域相比淺色區(qū)域更富集Y元素和具有更低的Th含量，但部分淺色區(qū)域相比暗色區(qū)域更富集Y元素和具有更高的Th含量。球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖總體呈明顯的右傾，表現(xiàn)為LREE富集、HREE相對虧損和明顯的Eu負異常(圖10b，圖中藍色折線的解釋詳見章節(jié)6.2部分)。

獨居石中HREE、Y和Eu的含量與變質(zhì)礦物石榴子石、斜長石和鉀長石的演化密切相關(guān)，為了結(jié)合相圖更好的限定獨居石的年齡意義，繪制了樣品WQL19-2-2.2的獨居石微量元素含量與年齡的關(guān)系圖解(圖11)。關(guān)系圖解顯示：樣品WQL19-2-2.2中包裹于石榴子石中的獨居石記錄了382～447.8Ma的年齡，礦物顆粒間隙中的獨居石記錄了358～363.2Ma的年齡，包裹于黑云母中的獨居石記錄了378.8～405.7Ma的年齡；整體上，隨著獨居石年齡變小，Eu/Eu*值逐漸減小，指示獨居石與(長石或鉀長石)同時生長(圖11a)；隨著獨居石年齡變小，∑HREE含量和Y含量逐漸增高(圖11b, c)，指示獨居石的生長伴隨著石榴子石的分解。

圖11 樣品WQL19-2-2.2的獨居石Eu/Eu*-年齡(a)、∑HREE-年齡(b)及Y-年齡(c)圖解

相比于圖11a較明顯的線性關(guān)系，圖11b和圖11c中多數(shù)點偏離趨勢線的程度較高。盡管，石榴子石中的獨居石相比于顆粒間隙和黑云母包裹體中的獨居石更不易受后期地質(zhì)事件的改造，但樣品中石榴子石中的獨居石多與石榴子石中的裂隙接觸(尤其是樣品WQL19-2-2.2)。此外，獨居石亮的和暗的區(qū)域未見明顯年齡差異，我們推測可能后期流體或變形作用造成石榴子石中部分獨居石包裹體成分環(huán)帶和年齡環(huán)帶之間的解耦(Zhu and O’Nions, 1999; Catlos, 2013; Ericksonetal., 2015)，使多數(shù)數(shù)據(jù)點偏離了整體的變化趨勢。

5.4 獨居石U-Pb年代學

獨居石原位定年分析以不同產(chǎn)狀獨居石為對象，樣品WQL19-2-2.1的73個獨居石分析點記錄的206Pb/238U年齡介于444.9±6.6Ma～361.3±7.3Ma之間(圖12a)。U-Pb諧和圖顯示，除部分數(shù)據(jù)未落在諧和線上外，大部分數(shù)據(jù)均落在諧和線上，落在諧和線上的數(shù)據(jù)明顯分為三組(圖12b)，對這三組數(shù)據(jù)獲得的206Pb/238U年齡的加權(quán)平均年齡分別為420.8±3.3Ma(N=32, MSWD=7.4)、388.7±1.6Ma(N=12, MSWD=1.02)和368.4±2.3Ma(N=15, MSWD=2.1)，其中2個數(shù)據(jù)點的年齡明顯偏老，分別為444.9±6.6Ma和 443.5±6.7Ma，其加權(quán)平均年齡為444.2±4.6Ma(N=2, MSWD=0.089)。加權(quán)平均年齡為420.8±3.3Ma的獨居石主要以石榴子石、鉀長石的獨居石包裹體和與基質(zhì)礦物接觸的獨居石為主；加權(quán)平均年齡為388.7±1.6Ma的獨居石多為黑云母的獨居石包裹體、石榴子石的獨居石包裹體(與石榴子石中的裂隙接觸)和鉀長石邊部獨居石包裹體(獨居石發(fā)育裂隙，圖9d)；加權(quán)平均年齡為368.4±2.3Ma的獨居石為黑云母、石榴子石的包裹體(與石榴子石中的裂隙接觸)和產(chǎn)出于礦物粒間的獨居石。

圖12 樣品WQL19-2-2.1的獨居石原位U-Pb年齡Tera-Wasserburg諧和圖(a)、原位U-Pb年齡統(tǒng)計直方圖(b)以及樣品WQL19-2-2.2的獨居石原位U-Pb年齡Tera-Wasserburg諧和圖(c)

樣品WQL19-2-2.2的56個獨居石分析點(石榴子石裹包體48個分析點，其他獨居石8個分析點)記錄的206Pb/238U年齡介于447.8±3.9Ma～358.0±11.0Ma之間。相比樣品WQL19-2-2.1，U-Pb諧和圖顯示：該樣品的大部分數(shù)據(jù)落在諧和線以外，諧和線上的年齡也可分為三組；第一組年齡共兩個數(shù)據(jù)點(358.0±11.0Ma和363.2±5.7Ma)，206Pb/238U年齡的加權(quán)平均年齡為362.1±5.0Ma(N=2, MSWD=0.7)；第二組年齡共4個數(shù)據(jù)點，它們的206Pb/238U年齡的加權(quán)平均年齡為 388.0±13.0Ma(N=4, MSWD=6.7)；第三組僅一個數(shù)據(jù)點，其206Pb/238U年齡為431.3±5.5Ma(圖12c)。206Pb/238U年齡為431.3±5.5Ma的獨居石為石榴子石的包裹體，具有相對低的∑HREE和Y含量，較高的Eu/Eu*值(圖11)。加權(quán)平均年齡為388.0±13.0Ma的獨居石具有相對高的∑HREE和Y含量，較低的Eu/Eu*值(圖11)。

通常獨居石中放射性Pb丟失與變形、溫度、晶體結(jié)構(gòu)和流體控制的溶解-沉淀過程有關(guān)(Teufel and Heinrich, 1997; Grechanovskyetal., 2013; Ericksonetal., 2015; Kirklandetal., 2016)。樣品WQL19-2-2.2中落在諧和線外的數(shù)據(jù)主要來自石榴子石的獨居石包裹體，這些獨居石多與石榴子石中發(fā)育的裂隙接觸，我們推測區(qū)域內(nèi)晚期變形作用和流體作用可能是造成這些獨居石Pb丟失的原因。雖然獨居石的原位U-Pb定年結(jié)果顯示樣品WQL19-2-2.2中大部分年齡點未落在諧和線上，但兩個樣品諧和的年齡數(shù)據(jù)顯示這些巖石經(jīng)歷了～421Ma、～388Ma和368～362Ma三期構(gòu)造熱事件。

6 討論

6.1 石榴夕線黑云片麻巖的變質(zhì)作用P-T演化軌跡

根據(jù)上述巖相學、礦物化學和相平衡模擬的結(jié)果，推測西秦嶺造山帶北緣天水北道地區(qū)的石榴夕線黑云片麻巖的變質(zhì)演化過程分為兩個階段：(1)升溫升壓進變質(zhì)階段和(2)大致近等溫降壓退變質(zhì)階段，經(jīng)歷了順時針的P-T演化軌跡。

峰期礦物組合Grt+Ilm+Rt+Sil+Qz+Kfs+Liq穩(wěn)定存在于P=1.02～1.32GPa、T=820～1000℃范圍內(nèi)(圖7b)，已有研究顯示天水花廟地區(qū)石榴夕線黑云片麻巖的峰期溫壓條件為P=0.88～0.95GPa、T=793～803℃(毛小紅等, 2018)，因此，溫壓條件P=1.02GPa、T=820℃應(yīng)更接近峰期變質(zhì)條件；峰期前升溫升壓的進變質(zhì)階段P-T軌跡是根據(jù)熔體恢復后相平衡模擬獲得的十字石穩(wěn)定區(qū)域和石榴子石白云母包裹體的Si來推測的(圖8b)；峰期之后大致近等溫降壓的退變質(zhì)P-T軌跡是根據(jù)M3和M4階段的礦物組合來限定的(圖7b)。降溫降壓過程中斜長石、黑云母和夕線石的生長是以消耗石榴子石、鉀長石和熔體來實現(xiàn)，這與巖相學觀察到的環(huán)繞港灣狀石榴子石邊部生長斜長石、黑云母和夕線石一致，此外，石榴子石中的金紅石包裹體邊部向鈦鐵礦的轉(zhuǎn)化也表明減壓過程的存在。天水花廟地區(qū)石榴夕線黑云片麻巖峰期之后經(jīng)歷了降溫降壓的P-T軌跡，與熔體固相線相交于P=0.78GPa、T=770℃(毛小紅等, 2018)，峰期后經(jīng)歷的P-T軌跡與本研究一致，但與本研究接近固相線的溫壓條件存在差異(第四期礦物組合Bt+Pl+Grt+Ilm+Sil+Qz+Kfs+Liq在視剖面圖中穩(wěn)定在P=0.33～0.69GPa、T=700～725℃的范圍內(nèi))，這可能與不同巖石中熔體丟失的程度有關(guān)(White and Powell, 2002)。

6.2 獨居石U-Pb年齡解釋

獨居石異常復雜的化學環(huán)帶常是階段性生長的體現(xiàn)，亞固相線條件下，獨居石成分受礦物之間離子交換的影響，固相線之上，獨居石的成分不僅與結(jié)晶環(huán)境相關(guān)，還與不同組分在熔體中的溶解度有關(guān)。此外，獨居石易受溶解-沉淀和應(yīng)力驅(qū)使的動態(tài)重結(jié)晶過程影響而發(fā)生年齡的重置(Zhu and O’Nions, 1999; Catlos, 2013; Ericksonetal., 2015)。這些復雜的因素常會造成獨居石成分環(huán)帶和年齡環(huán)帶之間的解耦。作為石榴子石包裹體的獨居石受到石榴子石的屏蔽，通常能夠有效阻隔獨居石與流體的相互作用，避免U-Th-Pb同位素體系部分或者完全重置，可更好地保留地質(zhì)年代信息(Zhu and O’Nions, 1999)。獨居石的生長通常與一些關(guān)鍵變質(zhì)礦物的生長和分解(如石榴子石、斜長石)有關(guān)(Hackeretal., 2015)，石榴夕線黑云片麻巖中獨居石輕稀土富集，重稀土虧損，Eu負異常的特征指示這些獨居石均形成于石榴子石和長石穩(wěn)定存在的環(huán)境。

樣品WQL19-2-2.1和WQL19-2-2.2中的獨居石記錄了西秦嶺造山帶北緣秦嶺雜巖經(jīng)歷了約421Ma、388Ma和368Ma的三期構(gòu)造熱事件。樣品WQL19-2-2.1石榴子石變斑晶中獨居石包裹體的206Pb/238U年齡介于 444.9±6.6Ma～412.6±6.3Ma之間(排除不諧和數(shù)據(jù)和與裂隙貫通的獨居石數(shù)據(jù))，其中一顆獨居石位于大石榴子變斑晶核部位置，兩個有效分析點獲得的206Pb/238U年齡分別為444.9±6.6Ma和443.5±6.7Ma；樣品WQL19-2-2.2石榴子石變斑晶中獨居石包裹體數(shù)據(jù)多落在諧和線之外，僅一個數(shù)據(jù)落在諧和線上，其206Pb/238U年齡為431.3±5.5Ma，具有相對低的∑HREE和Y含量，較高的Eu/Eu*值(圖11)，該獨居石產(chǎn)出于石榴子石變斑晶的核-幔過渡部位。雖然有研究顯示麻粒巖相變沉積巖中的鋯石和獨居石的生長可能發(fā)生在深熔熔體結(jié)晶過程中(Kelseyetal., 2008; Kelsey and Powell, 2011; Yakymchuk and Brown, 2014; 魏春景, 2016)，也有一些學者認為鋯石和獨居石可以在進變質(zhì)或接近峰期條件生長(Hermann and Rubatto, 2003; Rubattoetal., 2006; Ewingetal., 2013; Wangetal., 2017, 2022)。因此，431.3±5.5Ma可能代表了進變質(zhì)階段的時代，而420.8±3.3Ma應(yīng)近似代表了麻粒巖相峰期的時代，這與天水花廟地區(qū)出露的麻粒巖的峰期年齡433～424Ma誤差范圍內(nèi)一致(毛小紅等, 2018)。

樣品WQL19-2-2.2的兩個獨居石數(shù)據(jù)落在諧和線上，他們的206Pb/238U年齡分別為389.1±8.8Ma和389.1±5.5Ma，具有相對高的∑HREE和Y含量，較低的Eu/Eu*值(圖11)，這兩個數(shù)據(jù)點來自同一顆獨居石，該獨居石與石英、斜長石和黑云母產(chǎn)出于石榴子石邊部。此外，獨居石球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖顯示，與別的數(shù)據(jù)相比，這兩個數(shù)據(jù)點具有更顯著的Eu的負異常(圖10b)。相平衡模擬顯示，在Bt+Grt+Ilm+Pl+Sil+Kfs+Qz+Liq穩(wěn)定存在的區(qū)域，斜長石摩爾含量等值線密集分布，越靠近固相線斜長石摩爾含量越高，這表明存在大量斜長石的生長，體現(xiàn)在獨居石球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖中為Eu負異常的突變(圖10b藍色線條)。因此，388Ma可能代表了麻粒巖相峰期之后巖石接近固相線位置的冷卻年齡。

本次研究的采樣位置靠近新陽-元龍韌性剪切帶，前人的研究顯示該剪切帶內(nèi)變形黑云母的40Ar-39Ar年齡為371～356Ma(丁仨平等, 2009; Maoetal., 2020)。樣品WQL19-2-2.2中與黑云母和白云母相接觸的獨居石數(shù)據(jù)落在諧和線上，其206Pb/238U年齡為363.2±5.7Ma，與368～362Ma年齡在誤差范圍內(nèi)一致，因此，獨居石記錄的368～362Ma的年齡可能與新陽-元龍韌性剪切帶的韌性剪切變形有關(guān)，可能是獨居石受剪切作用影響發(fā)生了動態(tài)重結(jié)晶導致年齡的重置(Ericksonetal., 2015)。

6.3 構(gòu)造意義

北秦嶺造山帶東部秦嶺雜巖出露HP-UHP巖石、中-低壓麻粒巖和高角閃巖相巖石，區(qū)域內(nèi)廣泛發(fā)育混合巖化現(xiàn)象。前人已對這些高級變質(zhì)巖石的變質(zhì)作用進行了大量研究(Kr?neretal., 1993; 胡能高等, 1995; 劉良等, 1995, 1996; Zhaietal., 1998; 楊經(jīng)綏等, 2002; Ratschbacheretal., 2003; 陳丹玲等, 2004, 2015; 陳丹玲和劉良, 2011; 蘇犁等, 2004; 張建新等, 2009, 2011; Liuetal., 2011, 2013; Xiangetal., 2012, 2014, 2018; 王浩和吳元保, 2013; 向華等, 2014; Liaoetal., 2016; Yuetal., 2016)。但關(guān)于中-低壓麻粒巖相巖石的成因問題，仍存在爭議。在南陽盆地以東的桐柏地區(qū)，秦嶺雜巖以中-低壓麻粒巖相巖石為特征，變質(zhì)時代在430～420Ma之間，P-T軌跡以逆時針為特征，多數(shù)學者認為與商丹洋向北俯沖形成的島弧環(huán)境有關(guān)(Liuetal., 2011; Wangetal., 2011; Xiangetal., 2012)，Xiangetal. (2014)還識別出UHT變質(zhì)作用證據(jù)；但Kr?neretal. (1993)認為出露于桐柏山北部的麻粒巖的形成與大陸碰撞及地殼加厚有關(guān)，張建新等(2011)也認為東秦嶺區(qū)域上廣泛分布的麻粒巖相-角閃巖相變質(zhì)作用代表了早期大陸俯沖和碰撞作用之后的區(qū)域巴羅型(中壓相系)變質(zhì)事件。

研究表明分布在天水武山、關(guān)子鎮(zhèn)、唐藏等地的具有蛇綠巖性質(zhì)的混雜巖是秦嶺造山帶商丹縫合帶向西的延伸(裴先治等, 2004, 2007b; 楊釗等, 2006; 張國偉等, 2004; 張宏飛等, 2005, 2006)。與秦嶺雜巖同屬同一構(gòu)造單元的百花基性巖漿雜巖，形成于弧構(gòu)造環(huán)境，該雜巖中輝長巖的年齡(435±2Ma)代表了商丹洋向北俯沖和產(chǎn)生弧巖漿活動的時限(裴先治等, 2007a)。產(chǎn)出于秦嶺雜巖內(nèi)部的438±3Ma的黨川花崗巖，具有C-型埃達克質(zhì)巖石的特征，被認為其形成與增厚地殼物質(zhì)發(fā)生的部分熔融作用有關(guān)(Zhangetal., 2006; 王婧等, 2008; Wangetal., 2018)。近年來在寶雞眉縣附近識別出變質(zhì)年齡為480～470Ma的退變榴輝巖(唐歡和張宏福, 2017)。唐源等(2022)根據(jù)出露于天水南部的石榴斜長角閃巖中的鋯石稀土元素特征，推測其經(jīng)歷了497±3Ma榴輝巖相變質(zhì)作用和452±3Ma和423±7Ma退變質(zhì)作用，認為北秦嶺造山帶東、西部均經(jīng)歷了早古生代大陸俯沖事件。毛小紅等(2017)在天水花廟地區(qū)識別出了433～424Ma中壓麻粒巖相變質(zhì)作用和411～402Ma的退變質(zhì)作用，麻粒巖的峰期條件為：T=793～803℃、P=0.88～0.95GPa，但未給出麻粒巖相巖石完整的P-T演化軌跡(毛小紅等, 2018)。

本研究發(fā)現(xiàn)的中壓麻粒巖相巖石產(chǎn)出于天水北道地區(qū)，麻粒巖相變質(zhì)作用的峰期條件為：P=1.02GPa、T=820℃，經(jīng)歷了以升溫升壓的進變質(zhì)和峰期之后大致近等溫降壓的退變質(zhì)為特征的順時針P-T演化軌跡。獨居石原位U-Pb定年結(jié)果顯示431.3±5.5Ma可能代表了進變質(zhì)階段的時代，而420.8±3.3Ma應(yīng)近似代表了麻粒巖相峰期的時代。這表明巖石在431.3±5.5Ma的時候經(jīng)歷了埋藏加熱的地質(zhì)過程，這個時間與具有C-型埃達克質(zhì)巖石特征的黨川花崗巖(438±3Ma)的年齡誤差范圍內(nèi)一致。因此，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)、礦物組合特征和P-T演化軌跡，我們推測西秦嶺造山帶北緣天水地區(qū)早古生代麻粒巖相巖石可能是商丹洋閉合發(fā)生陸-陸碰撞造山作用的產(chǎn)物。

7 結(jié)論

(1)天水北道地區(qū)秦嶺雜巖中的石榴夕線黑云片麻巖經(jīng)歷了中壓麻粒巖相變質(zhì)作用，峰期溫壓條件為：P=1.02GPa、T=820℃；經(jīng)歷了進變質(zhì)階段以升溫升壓、峰期之后以大致近等溫降壓為特征的順時針P-T演化軌跡。

(2)獨居石原位U-Pb定年結(jié)果顯示，石榴夕線黑云片麻巖經(jīng)歷了～421Ma、～388Ma和368～362Ma的三期構(gòu)造熱事件，其中421Ma的年齡近似代表了中壓麻粒巖相峰期變質(zhì)作用的時代，388Ma近似代表了峰期之后降溫降壓到熔體固相線的年齡，368～362Ma可能代表了與韌性剪切變形相關(guān)的熱事件。

(3)西秦嶺造山帶北緣天水北道地區(qū)秦嶺雜巖發(fā)育的中壓麻粒巖可能是陸-陸碰撞造山作用的產(chǎn)物。

致謝獨居石原位U-Pb定年分析得到了中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所礦物/包裹體微區(qū)實驗室于超碩士的幫助；中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所激光拉曼實驗室張聰研究員在拉曼光譜實驗中給予了指導；審稿人提出了建設(shè)性的修改意見；在此一并表示感謝！