陇山群斜长角闪岩LA—ICP—MS锆石U—Pb定年及Hf同位素分析

孟祥舒

摘 要： 陇山群为一套角闪岩相中深变质岩系，岩石组合主要包括长英质片麻岩、斜长角闪岩、富铝质片麻岩和大理岩。本文对陇山群中斜长角闪岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年和锆石Hf同位素分析，定年结果为444±9.3Ma（晚奥陶世），代表了斜长角闪岩的形成年龄。锆石Hf同位素分析结果显示正的εHf（t）值（3.46～8.94），揭示其物质源区应该来自于地幔物质。二阶段模式年龄介于855Ma～1203Ma之间，明显大于其形成年龄， 表明斜长角闪岩源区应该受到过地壳物质的混染或来源于富集地幔。锆石颗粒中内部没有发现古老继承锆石，二阶段模式年龄也较为集中，源区受过地壳物质的混染可能性较小。因此，我们认为陇山群斜长角闪岩源区应为富集地幔，是加里东期大陆扩张的产物。

关键词： 陇山群； 斜长角闪岩； 锆石U-Pb定年； Hf同位素； 晚奥陶世

1. 区域地质概况

陇山群主要分布于陕西陇县以西和陕甘接境地区，是一套角闪岩相中深变质岩系，岩石组合主要包括长英质片麻岩、斜长角闪岩、富铝质片麻岩和大理岩。其东北部被固关—八度断裂所截与鄂尔多斯地块相邻，南部与北秦岭造山带被新阳—元龙韧性剪切带分隔，西部被第四纪黄土覆盖。受加里东期和印支期岩浆侵吞作用，整体呈透镜体断续分布。陇山群最早被张庆昌等（1963）划分到牛头河群，依据岩性对比划归前寒武系或早元古代。宋志高等（1995）认为陇山群至少经历了晋宁期、加里东期和华力西期三次构造变质事件，其在宝鸡固川（坪头）侵入于片麻岩中伟晶岩采白云母K-Ar年龄为881Ma，另外，在张家川保平里，侵入片麻岩中的闪长岩体内选取锆石矿物，采用U-Pb谐和线法测得年龄为813Ma，认为是陇山岩群最早的一组构造热变质事件年龄，其形成年龄应老于这些年龄。吴茂炳（2002）通过Sm-Nd同位素方法测得陇山群片麻岩的年龄分别为1450Ma表明陇山群形成于中元古代。何艳红等（2005）通过LA-ICP-MS锆石U-Pb方法对其中的长英质片麻岩进行年龄测定，结果显示三组峰值年龄：1.9Ga，2.35Ga，2.5Ga，地球化学特征与太古代TTG类似，认为陇山杂岩与太华杂岩，湅水杂岩和登封杂岩共同构造成了华北克拉通南缘基底出露带。近年来，随着不断地研究发现陇山岩群各地质单元并非形成于同一时代和同一构造环境，从陇山群中解体出一套古生代变基性火山岩（斜长角闪岩）、（何艳红，2005；何世平等，2006），尽管前人对其地质年代学已经做了较为详细的研究工作，但是缺乏准确的同位素证据对其源区的限定。本文在北祁连造山带东段陇县三桥地区进行了野外地质勘查和样品采集。对斜长角闪岩样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年以及Hf同位素分析，为陇山群斜长角闪岩的形成时限和源区提供更详细的基础地质资料。

2. 岩体地质及岩石学特征

本文样品采自陇县三桥地区，该地区主要出露一套黑云角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩、白云石大理岩以及少量黑云母石英片岩、粒岩等。斜长角闪岩多呈灰黑色，中细粒结构，块状构造，片麻状构造，与围岩片麻岩平行接触或断层接触。主要造岩矿物包括斜长石（25%～30%），石英（5%～10%），角闪石（55%～60%），黑云母（5%）。副矿物中含有较多磁铁矿以及少量磷灰石、榍石、锆石等。斜长石呈半自形板状，发育聚片双晶、卡钠复合双晶，蚀变较强，多发生绢云母化；石英，它形粒状；普通角闪石呈半自形柱状，具黄褐—墨绿多色性，大部分颗粒发生绿泥石化，绿帘石化，明显定向排列；黑云母呈片状，明显定向排列。

3. 锆石U-Pb年龄及Hf同位素结果

本文对斜长角闪岩样品15LS12-03进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析，结果见（表1）该样品中锆石无色透明，颗粒较小，粒径介于50μm～120μm之间，多呈长柱状、粒状，部分锆石局部发育港湾状熔蚀结构。锆石阴极发光（CL）图像发光性强，显示不明显的震荡环带结构（图1），具有岩浆锆石结构特征（吴元保等，2004）。锆石的Th、U含量分别为0.3～49.8×10-6和2.4～11.0×10-6，对应的Th/U比值介于0.04～5.61之间，Th/U多数大于0.1，尽管Th、U含量较低，但Th/U比值并未发生较大变化，仍为岩浆锆石特征。锆石样品（15LS12-03）中30个测点的206Pb/238U年龄介于411.2～475.2Ma，加权平均年龄为444±9.3Ma，（MSWD=0.47）（图2），代表了陇山群斜长角闪岩的形成年龄。

本文选取斜长角闪岩样品（15LS12-03）中谐和度较好的12颗锆石进行了Hf同位素分析，测试结果见（表2）。所有测点的176Lu/177Hf比值在0.000014～0.000096之间，平均值为0.000030，均小于0.002，表明锆石在形成后具有极低的放射性成因Hf的积累，因此，176Lu/177Hf比值可以代表锆石形成时的176Lu/177Hf比值，從而为探讨其成因提供重要信息（吴福元等，2007）。斜长角闪岩样品（15LS12-03）中12颗锆石的176Hf/177Hf比值变化于0.282594～0.282749（平均值为0.282647），对应的εHf（t）（t=444Ma）值变化在3.46～8.94，亏损地幔二阶段模式年龄变化范围855～1203Ma，平均年龄为1084Ma。

4. 讨论

吴茂炳等，（2000）通过Sm-Nd等时线法测定张家川毛家磨附近陇山群基性岩墙（斜长角闪岩）形成年龄为983±22Ma和756±97Ma，认为该地区存在两次基性岩浆活动。何艳红（2005）和何世平等（2006）分别对天城乡铁佛寺和七桥地区的基性岩墙进行了（斜长角闪岩）样品采集，通过LA-ICP-MS锆石U-Pb定年方法测得斜长角闪岩形成年龄分别为447±5.4Ma和452.8±1.5Ma。本文斜长角闪岩样品采自陇县三桥地区，30颗锆石LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果为444±9.3Ma，进一步限定了陇山群中斜长角闪岩的形成时限为晚奥陶世，是加里东期的一次岩浆事件。

斜长角闪岩样品中12颗锆石的176Hf/177Hf比值变化于0.282594～0.282749，对应的εHf（t）值变化在3.46～8.94，介于球粒陨石和亏损地幔演化线之间（图3），表明岩浆源区应该来源于地幔物质。一般认为地幔来源的玄武质岩浆，如果Hf模式年龄与岩石形成年龄相近，表明源区来源于亏损地幔；如果Hf模式年龄大于其岩石形成年龄，则表明源区受到过地壳物质的混染或来自于富集地幔；若Hf模式年龄在误差范围内小于原始的形成年龄，大多数情况下应考虑数据的可靠性或者Nd-Hf同位素的解耦（吴福元等，2007）。本文斜长角闪岩二阶段模式年龄变化范围介于855～1203Ma（平均1084Ma），明显大于岩石的形成年龄（444Ma），表明斜长角闪岩源区应该受到过地壳物质的混染或来源于富集地幔。在30个锆石颗粒中内部没有发现古老继承锆石，二阶段模式年龄也较为集中，表明源区受过地壳物质的混染可能性较小。因此，我们认为陇山群斜长角闪岩源区应为富集地幔，是加里东期大陆扩张的产物。

5. 结论

（1）陇山群斜长角闪岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为444±9.3Ma，表明其形成时代为晚奥陶世。

（2）陇山群斜长角闪岩εHf（t）值变化在3.46～8.94，二阶段模式年龄变化范围介于855Ma～1203Ma，明显大于岩石的形成年龄（444Ma±9.3Ma），认为陇山群斜长角闪岩源区应为富集地幔，是加里东期大陆扩张的产物。

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