北秦岭五朵山I-S型花岗岩成因及其对北秦岭早古生代构造演化的约束:来自锆石U-Pb年龄、地球化学和Sr-Nd-Hf同位素的证据

秦岭造山带地处华北板块与扬子板块结合带,经历了复杂的构造演化过程,其板块拼合机制及碰撞时限一直备受争议。通过对北秦岭五朵山黑云母二长花岗岩进行年代学、地球化学和Sr-Nd-Hf同位素组成研究,以期对北秦岭早古生代构造演化进行约束。五朵山岩体至少存在2期侵入,分别为431 Ma和417 Ma。岩石具有高硅(SiO_(2)=71.16%~74.22%),富碱富钾(K_(2)O+Na_(2)O=7.16%~8.88%,K_(2)O/Na_(2)O=0.69~2.34),过铝质(A/CNK=1.01~1.19))等特征。岩石稀土元素总量总体偏低,轻、重稀土元素分异较强,呈右倾配分模式,具轻微的负Eu异常。富集大离子亲石元素Rb、Th、U,亏损高场强元素(Nb、Ta、Zr)及Ba、Sr,在岩石类型上属于I-S过渡型花岗岩类。五朵山花岗岩具有相对低的(87 Sr/86 Sr)i值(0.70581~0.71093),εNd(t)值为-6.48~-3.18,对应的Nd的二阶段模式年龄为1.42~1.69 Ga;绝大多数测点具负的εHf(t)值(-6.9~-0.1),t DM2=1.50~2.34 Ga。同位素特征指示这些花岗岩为古—中元古代地壳物质部分熔融的产物。五朵山花岗岩的形成与二郎坪岛弧与北秦岭微陆块碰撞作用关系密切,属同碰撞-后碰撞型花岗岩,岩浆源区为北秦岭微陆块古老的地壳物质。

北秦岭五垛山花岗岩锆石U-Pb年代学和地球化学特征及成因

五垛山岩体是位于北秦岭地体东部的大型复式岩体,花岗岩类型复杂,并呈多期次侵位特征。对岩体中黑云母花岗岩和二长花岗岩的代表性样品进行锆石U-Pb定年,显示其形成年龄为441~431Ma,部分样品保留古元古代至新元古代的继承锆石。五垛山岩体花岗岩具有高硅、低镁、富碱、弱过铝至强过铝特征。微量元素蛛网图显示富集Rb、Ba、K和Pb,亏损Nb、Ta、P、Ti。稀土元素的球粒陨石分配模式显示轻、重稀土分馏明显,δEu为0.36~1.45。五垛山岩体花岗岩的87Sr/86Sr(i)为0.70304~0.71290,εNd(t)值为-4.6^-1.9,两阶段Nd模式年龄(TDM2)为1.34~1.58 Ga。稀土元素判别图显示这些花岗岩主要是由部分熔融作用形成,同位素特征指示源区为北秦岭变沉积岩与幔源物质的混合,其中一部分花岗岩形成于下地壳的深度,另一部分花岗岩形成于中上地壳,而源区的幔源物质可能为早期侵位于地壳中的中基性岩体。结合北秦岭早古生代地壳演化背景,认为五垛山岩体花岗岩反映了早志留世北秦岭地体在后碰撞环境下加厚地壳的垮塌过程。