北秦岭丹凤地区晚古生代花岗岩年代学、地球化学特征及其地质意义

摘要

北秦岭地体位于洛南-栾川断裂带和商丹缝合带之间，是秦岭造山带重要的构造单元之一。古生代花岗岩记录了北秦岭商丹洋演化的重要信息，前人研究成果表明，北秦岭早古生代花岗质岩浆作用可以分为俯冲(505～470Ma)、同碰撞(450～422Ma)和后碰撞(415～400Ma)三个演化阶段，但区域上400Ma左右商丹洋碰撞后形成花岗岩体的研究资料相对薄弱，这些花岗岩成因研究对探讨商丹洋碰撞后地壳物质熔融机理及北秦岭基底的性质等科学问题具有重要意义。本文主要选取丹凤地区商丹缝合带北侧出露的晚古生代大房沟岩体、两岔河岩体、窑沟岩体和铁峪铺岩体作为研究对象，对其进行全岩主微量、Sr-Nd同位素、矿物化学、锆石U-Pb年代学和锆石Hf同位素方面的研究，厘定晚古生代花岗质岩浆作用的期次，研究岩浆源区性质及地壳物质部分熔融机理，最后结合区域地质研究花岗质岩浆形成的深部动力学背景。主要取得以下几方面的认识:
　　锆石U-Pb年代学研究表明，北秦岭晚古生代四个花岗岩体应分为两期，第一期约在440Ma左右，以文中铁峪铺岩体为代表，其锆石加权平均年龄为438±1.8Ma;第二期约在400Ma左右，以文中大房沟、两岔河和窑沟岩体为代表，其中大房沟岩体加权平均年龄为404.1±2.7Ma，两岔河岩体加权平均年龄为405.8±2.8Ma，窑沟岩体加权平均年龄为403±2Ma。
　　铁峪铺岩体主要由黑云母花岗闪长岩组成，其SiO2=69.1％～70.1％，Na2O=4.8％～5.51％，Al2O3=15.7％～15.0％，Na2O/K2O=1.9～2.26，为准铝质-弱过铝质系列，A/CNK=1.04～1.10，表现出Ⅰ型花岗岩的特征;岩石稀土总量较低(∑REE=55.4～60.8ppm)，具有正的Eu异常(δEu=1.04～1.10)，其高的Sr/Y比值，表现出类似于埃达克岩浆特征;岩石具有相对富集的Sr-Nd同位素组成，其εNd(t)值介于-0.6--0.3之间，锆石εHf(t)值变化范围为2.65到12.89之间;岩石锆石饱和温度中等(732～739℃)，综合分析其应为富斜长石的新生基性下地壳发生脱水部分熔融的产物，岩石源区可能有少量富集组分的加入，导致其相对富集Sr-Nd同位素特征。
　　大房沟岩体主要由黑云母二长花岗岩组成，SiO2含量介于68.4％～71.7％之间，Na2O=4.18％～5.59％，Na2O/K2O=1.07～2.74，Al2O3含量介于15.6％～17.9％之间，为准铝质-弱过铝质钙碱性岩系列，具富集的Sr-Nd同位素组成(εNd(t)=-10.4）和较低的稀土总量（ΣREE=52.6～90.4ppm），表现出S型花岗岩特征，δEu=0.73-1.23，锆石Hf同位素比值εHf(t)变化于-9.35～-0.25之间;岩浆形成温度最低(662～721℃)，综合分析，大房沟二长花岗岩应为古-中元古代古老中上地质壳物质发生脱水部分熔融的产物。
　　窑沟岩体主要由黑云母二长花岗岩组成，SiO2含量介于67.0％～68.7％，Na2O含量为3.80％～4.42％，Al2O3含量介于15.2％～17.1％之间，Na2O/K2O=0.81～1.00，岩石相对富K，属准铝质-弱过铝质高钾钙碱性岩系列，A/CNK介于1.04～1.08之间，为Ⅰ型花岗岩;岩石稀土总量较高（ΣREE=105～191ppm），富集P、K及Ba，δEu介于0.71-0.95之间，εNd(t)=+0.1，发育相对亏损的锆石Hf同位素比值(εHf(t)=1.24～12.22)，岩石的锆石饱和温度约为781～833℃，表明岩浆形成温度较高，综合分析窑沟二长花岗岩应为新元古代-古生代黑云母斜长片麻岩在800℃～850℃条件下发生黑云母脱水部分熔融而成。
　　两岔河岩体主要由片麻状黑云母二长花岗岩组成，SiO2含量变化于66.9％～68.0％之间，Na2O=4.85％～5.19％，Al2O3含量介于16.2％～17.4％～之间，Na2O/K2O=2.16～3.11，为准铝质-弱过铝质钠质系列，A/CNK=1.02～1.08，为Ⅰ型花岗岩，稀土总量较低(ΣREE=56.3～134ppm)，δEu=0.83～1.24，高Sr/Y比值，Nb/La(0.21～0.57)极低，与铁峪铺岩体类似，表现出类似于埃达克岩浆特征，岩石具有相对富集的Sr-Nd同位素组成(εNd(t)=-2）及变化范围较大的εHf(t)值(-14.97～9.80)，锆石饱和温度中等介于758～771℃之间，岩石的源岩应为新生基性下地壳和元古代成熟地壳的混合物。
　　结合区域地质资料及前人研究成果，本文提出丹凤地区四个花岗岩体的产出表明北秦岭地区自商丹洋闭合之后发生过两次重要的地壳熔融事件，第一期在早志留世(～440Ma)，主要是丹凤群基性岩石发生部分熔融形成的Na质花岗岩（铁峪铺岩体），形成于同碰撞构造环境;第二期熔融事件发生在早泥盆世(～400Ma)，包括丹凤群基性岩石发生部分熔融形成的Na质花岗岩（窑沟岩体）、丹凤群和秦岭群岩石混合组成的源区发生脱水部分熔融形成的Na质花岗岩（两岔河岩体）及这些Na质花岗岩的形成诱发上覆的中上地壳物质发生部分熔融形成的S型特征花岗岩（大房沟岩体），该期地壳熔融事件形成于后碰撞构造环境，可能是秦岭微地块和华北板块在早古生代碰撞造山晚期造山带由挤压向伸展体制转换阶段的产物。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 花岗岩研究历史及进展

1．2 北秦岭地区研究概况

1．3 北秦岭花岗岩研究概况

1．4 选题依据与研究意义

1．5 主要解决的问题及研究内容

1．6 论文主要技术路线

1．7 完成工作量

第二章 区域地质概况

2．1 区域主要构造边界

2．1．3 商丹断裂带

2．2 区域主要地层单元

2．2．1 宽坪群

2．2．2 二郎坪群

2．2．3 秦岭群

2．2．4 丹凤群

第三章 岩体地质及岩相学特征

3．1 大房沟(DFG)岩体

3．2 两岔河(LXH)岩体

3．3 窑沟(YG)岩体

3．4 铁峪铺(TYP)岩体

4．2 北秦岭晚古生代花岗岩体锆石U-Pb定年

4．1．1 大房沟岩体

4．1．2 两岔河岩体

4．1．3 窑沟岩体

4．1．4 铁峪铺岩体

第五章 岩石地球化学特征

5．1 元素地球化学

5．2 全岩Sr-Nd同位素测试方法及测试结果

第六章 锆石Hf同位素和矿物化学特征

6．1 锆石Hf同位素测试方法及测试结果

6．2 矿物化学特征

第七章 讨论

7．1 岩体年代学意义

7．2 岩石成因类型

7．3 岩浆形成温度条件

7．4 成岩物质来源

7．5 构造环境及地球动力学意义

结论

参考文献

致谢