桐柏地区北秦岭地体中片麻状花岗岩的锆石 U-Pb年龄、地球化学特征及地质意义

李运冬，张盼，何孝良，张洒

(河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院，河南 郑州 450008)

夹持于华北陆块与扬子陆块之间的秦岭造山带为一典型的复合型大陆造山带，在中国大陆形成与演化史中占有突出的地位(张国伟等，2001)。该造山带至少经历了新元古代、古生代和中生代3次重要的构造岩浆事件和造山作用，特别是早古生代存在的大洋俯冲、岛弧岩浆作用及弧-陆碰撞等事件(吴元保等，2013；刘晓春等，2015；DONG Y P et al.，2011)，使得对于该时期的研究尤为重要。在秦岭造山带中变质级别最高的地层——秦岭岩群中发育有较多的花岗质岩石。其中，早古生代花岗岩占重要地位，前人已做了大量的研究，取得了一批精细年代学及地球化学资料，其主要形成于400～500 Ma，以I型花岗岩为主，部分为S型花岗岩，少量具埃达克质岩石特征(王涛等，2009；LIU X C et al.，2011；刘丙祥，2014)。但这些研究大多集中于南襄盆地以西的东秦岭地区，对桐柏地区侵入秦岭岩群的花岗质岩石研究则相对较少。笔者将桐柏地区原秦岭岩群的花岗质岩石解体出来，选取2个代表性的岩体进行LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年，结合其地球化学特征，探讨其对秦岭岩群变质事件年龄的限定及构造意义，为进一步研究秦岭造山带加里东期构造岩浆演化提供了新的依据。

1 区域地质概况

秦岭造山带以镇坪-松扒断裂(商南-丹凤断裂)为界划分为北秦岭、南秦岭构造带。桐柏地区北秦岭地体宽约为3～5 km，是一个被断裂围限的狭长区域，秦岭岩群为该变质地体的主体组成部分(图1)。以朱阳关-大河断裂为界，其北侧发育早古生代岛弧或弧后盆地成因的二郎坪群(陆松年等，2003；赵姣等，2012)；以松扒断裂为界，其南侧产出中新元古代龟山增生杂岩。秦岭岩群为一套中深变质岩系，分为郭庄岩组和雁岭沟岩组：郭庄岩组由黑云斜长片麻岩、斜长角闪片麻岩、(石墨)矽线石片麻岩、铁镁质麻粒岩组成；雁岭沟岩组以石墨大理岩、白云质大理岩为主。这些岩石经历了高角闪岩相-麻粒岩相变质作用，并在晚期经历了强烈变形作用的改造和退变质作用。虽然对秦岭岩群的构造环境认识仍存争议，但除张国伟等(2001)认为其来源于华北板块外，一般认为它是从扬子板块分离出的一个微陆块，在早古生代转变成一个大陆岛弧(张本仁等，1996，1998；陆松年等，2003；HACKER B R et al.，2004；向华等，2014)。

2 岩体地质及岩石学特征

桐柏地区北秦岭地体中的片麻状花岗岩呈北西—南东向带状展布，单个岩体宽300～500 m，最宽达2 km，长1～5 km不等，总出露面积约为20 km2，出露面积较大的有新庄片麻状花岗岩体、保水寺片麻状花岗岩体和喇叭沟片麻状花岗岩体。

1.新生界；2.泥盆系南湾组；3.下古生界二郎坪群；4.下古生界歪头山组；5.南华系肖家庙岩组；6.中新元古界龟山岩组；7.中元古界秦岭岩群雁岭沟岩组；8.中元古界秦岭岩群郭庄岩组；9.中生代二长花岗岩；10.北秦岭早泥盆世基性-超基性岩；11.北秦岭早志留世花岗岩；12.北秦岭早古生代片麻状花岗岩；13.南秦岭晚古生代花岗岩；14.南秦岭新元古代花岗岩；15.元古代桐柏片麻杂岩；16.断裂及编号：①三门峡-鲁山断裂；②栾川断裂；③朱阳关-大河断裂；④镇平-松扒断裂；⑤襄樊- 广济断裂；⑥郯庐断裂；17.锆石U-Pb年龄样品采样位置图1 桐柏地区地质简图Fig.1 Simplified geological map of the Tongbai area

新庄片麻状花岗岩体位于北秦岭地体北部，岩体侵入秦岭岩群(图2a)，主要岩性为片麻状白云母二长花岗岩，细粒花岗结构，片麻状构造，普遍具糜棱岩化(图2b)。矿物成分主要由钾长石、斜长石、石英和白云母组成(图2c)。其中钾长石为30%～35%，粒径为0.1～1.6 mm，格子状双晶发育，有一定的磨圆度，呈眼球状、透镜体状，强烈波状消光，可见书斜现象。斜长石为25%～30%，粒径为0.1～1.5 mm，强烈绢云母化，有一定的磨圆度，呈眼球状、透镜体状，定向分布。石英为30%～35%，塑性变形强烈，流动现象明显，具强烈波状消光、亚晶粒现象、粒化重结晶现象。白云母为2%～5%，片径为0.05～0.9 mm，围绕长石定向排列。副矿物为锆石、磷灰石，次生矿物为绢云母和赤铁矿。

保水寺片麻状花岗岩体位于北秦岭地体中南部，岩体侵入岩群岩群，但目前大多表现为与秦岭岩群韧性剪切带接触(图2d)。主要岩性为片麻状二长花岗岩，细粒花岗结构，片麻状构造，大多具有糜棱岩化，局部能见到变形的肠状浅色脉体(图2e)。矿物成分主要由钾长石、斜长石、石英和少量黑云母组成(图2f)。石英约为25%～30%，粒度为0.5～1 mm，碎裂粒状，多压扁拉长，无解理干净明亮，波状消光。斜长石约为25%，粒度为0.5～2 mm，碎裂粒状、透镜状，绢云母化及土化较强，聚片双晶模糊或无，见解理，定向排列，可能为钠长石。钾长石含量约为35%，粒度为0.5～2 mm，碎裂粒状、透镜状，绢云母化及土化较弱，见格子双晶及条纹，微斜长石、条纹长石为主，定向排列。黑云母含量约为1%～3%，细鳞片状变晶，小于0.2 mm。副矿物为榍石、锆石、磷灰石和金属矿物。次生矿物为绢云母和黏土矿物。变形、变质弱的地段可见岩石具似斑状结构，斑晶为钾长石，粒径为1～15 mm，含量为1%左右。在糜棱岩化较强的地段，岩石中常见少许石榴子石，呈他形粒状，粒径为0.1～1.3 mm，浅紫红色，高正突起，均质性。

a.新庄片麻状花岗岩体侵入秦岭岩群；b.新庄片麻状花岗岩野外露头；c.新庄片麻状花岗岩镜下照片(正交偏光)；d.保水寺片麻状花岗岩体与秦岭岩群断层接触；e.保水寺片麻状花岗岩野外露头；f.保水寺片麻状花岗岩镜下照片(正交偏光)； Kfs.钾长石；Qtz. 石英；Pl.斜长石；Ser.绢云母；Ms.白云母；Hm.赤铁矿图2 北秦岭地体中片麻状花岗岩的宏观及微观特征图Fig.2 Macroscopic and microscopic characteristics of the gneissic granite in North Qinling terrain

3 样品采集与分析方法

锆石U-Pb年龄样品D9090-TW1采集于新庄片麻状花岗岩体内，采样位置为N：32°32′2.1″，E：113°16′33.3″，样品岩性为片麻状白云母二长花岗岩。PM26-TW1采集于保水寺片麻状花岗岩内，采样位置N：32°30′50.1″，E：113°12′54.3″，样品岩性为花岗质初糜棱岩。另外，8个岩石地球化学样品采集于上述年龄样位置和相关剖面中，尽量选择未-弱糜棱岩化的岩石。

锆石分选在河北区调所实验室完成。将原岩粉碎至所有粉末都能通过80目筛网后进行淘洗，再用电磁选、重液分选等分选出锆石单矿物。挑选裂纹少、透明度较好、干净的锆石颗粒制靶。样品靶打磨抛光后，拍摄反射光、透射光和阴极发光(CL)图像，将其作为测定时选取颗粒及其测定位置的依据。锆石U-Pb分析在天津地质矿产研究所进行，采用激光烧蚀多接收器等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)进行微区原位U-Pb同位素测定。仪器配置和实验流程见李怀坤等(2009)。用标准锆石GJ-1进行U-Pb同位素分馏校正(JACKSON S E et al.，2004)，采用ICPMSDataCal程序(LIU Y S et al.，2009)和Isoplot程序(LUDWIG K R，2003)进行数据处理和谐和图绘制，应用208Pb校正法对普通铅进行校正(ANDERSON T，2002)，利用NIST612玻璃标样作为外标计算锆石样品的Pb、U、Th含量。所有测点的误差均为1σ，因样品较年轻，故采用206Pb/238U年龄，其加权平均值具95%的置信度。

常量元素、稀土元素和微量元素在国土资源部郑州矿产资源监督检测中心进行测试。常量元素采用四硼酸锂熔片-XRF法测定，在实验室将样品进行破碎、缩分，最后过160目，将1g岩石粉末与四硼酸锂熔融按1∶10混合，在1300℃的坩埚中熔融制成玻璃片，最后利用X射线荧光(XRF)仪器测定各种氧化物含量，分析误差小于2%。其中，二价Fe含量采用湿化学方法测定；微量元素和稀土元素采用等离子光谱质谱法(ICP-MS)进行测试，采用的检测仪器为XSERIES2电感耦合等离子体质谱仪。将所测样的岩石粉末约0.1 g，与适量的氢氟酸(HF)和硝酸(HNO3)溶液混合后，置于高压钢套内，在保温箱中静置24 h以上保证粉末充分溶解，最后再进行质谱分析，并采用SY-4及BHVO-1作为标样参考，稀土、微量元素分析相对误差小于5%。各元素的具体分析方法严格遵照GB/T 14506-2010执行。

4 分析结果

4.1 锆石U-Pb年龄

新庄片麻状花岗岩体D9090-TW1样品挑选的锆石呈柱状、长柱状，个别可见四方双锥状，颜色为无色、灰褐色，长度为80～150 μm，宽度约为50～100 μm，长宽比在1～1.5。阴极发光图像(CL)显示，所有锆石振荡环带结构较为明显(图3)，没有明显的变质增生边。25个测点数据结果显示(表1)，其Tu、U含量变化分别为237×10-6～2 508×10-6和550×10-6～1 355×10-6，Th/U值为0.27～2.13，绝大部分大于0.4，显示为岩浆成因的锆石特征(BELOUSOVA E A et al.，2002；RUBATTO D，2002)。在锆石U-Pb年龄谐和图上(图4)，25个测试数据明显分为2组，其中第一组(1～8、12、14、18～19、21～22、24～25)共16个点次的206Pb/238U的年龄范围在469～473 Ma，其206Pb/238U加权平均值为(471±2)Ma(MSWD=0.05)；第二组(9～11、13、15～17、20、23)9个点次的206Pb/238U的年龄范围在425～430 Ma，其206Pb/238U加权平均值为(429±3)Ma(MSWD=0.12)。笔者认为第一组锆石应该为捕获锆石，该组年龄与北秦岭存在的岩浆活动时间基本一致[(二郎坪群基性火山岩年龄为463～475 Ma(赵姣等，2012)；桐柏地区侵入秦岭岩群的瓦屋庄花岗质岩石年龄为(476±3)Ma(LIU X C et al.，2011)]；第二组锆石的年龄，即(429±3)Ma(MSWD=0.12)代表了新庄片麻状花岗岩的形成年龄，该年龄与LIU X C et al.(2011)测得桐柏地区侵入秦岭岩群的含石榴子石片麻状花岗岩侵位年龄(428±3)Ma基本一致，应该属于同期岩浆活动所形成。

图3 北秦岭地体中片麻状花岗岩的锆石CL图像及测点年龄图Fig.3 CL images and dating spots of zircons from the gneissic granite in North Qinling terrain

测点Th(10-6)U(10-6)Th/U同位素比值同位素年龄(Ma)206Pb/238U1σ207Pb/235U1σ207Pb/206Pb1σ206Pb/238U1σ207Pb/235U1σ207Pb/206Pb1σD9090-TW1(新庄片麻状花岗岩)11 271 7051.80 0.075 5 0.000 8 0.588 9 0.008 1 0.056 5 0.000 7 469547064742828291 072 0.77 0.076 2 0.000 7 0.592 5 0.007 7 0.056 4 0.000 7 473547264692631 494 8071.85 0.075 6 0.000 7 0.592 3 0.007 7 0.056 8 0.000 7 470547264842542 508 1 355 1.85 0.075 5 0.000 7 0.590 3 0.007 6 0.056 7 0.000 6 469547164812556625501.20 0.075 6 0.000 8 0.586 4 0.007 9 0.056 2 0.000 7 470546964612666526481.01 0.075 7 0.000 7 0.589 6 0.008 6 0.056 5 0.000 7 470547174712971 245 6232.00 0.075 8 0.000 7 0.590 7 0.008 6 0.056 5 0.000 7 471547174722981 720 8082.13 0.075 7 0.001 0 0.589 8 0.008 3 0.056 5 0.000 7 471647174722792378880.27 0.068 6 0.000 7 0.525 6 0.006 9 0.055 5 0.000 6 4284429643426104261 138 0.370.068 6 0.000 7 0.525 2 0.007 0 0.055 5 0.000 7 4284429643326111 740 1 005 1.730.068 7 0.000 7 0.526 7 0.007 8 0.055 6 0.000 7 4294430643529125985891.02 0.076 0 0.000 7 0.591 4 0.008 4 0.056 5 0.000 7 4725472747128131 835 9471.94 0.068 7 0.000 7 0.524 2 0.006 8 0.055 4 0.000 6 4284428642726141 234 8511.45 0.075 8 0.000 7 0.591 6 0.007 7 0.056 6 0.000 6 4715472647725158949580.930.069 0 0.000 7 0.525 6 0.006 8 0.055 2 0.000 7 4305429642227161 068 8421.27 0.068 7 0.000 7 0.526 4 0.007 2 0.055 6 0.000 6 4284429643526175887730.760.068 7 0.000 7 0.524 7 0.007 0 0.055 4 0.000 7 4284428642927186157660.800.075 7 0.000 7 0.588 8 0.007 9 0.056 4 0.000 7 4715470646726199566431.49 0.075 6 0.000 8 0.589 8 0.008 1 0.056 5 0.000 7 4705471647426201 180 7661.540.068 8 0.000 7 0.527 4 0.007 0 0.055 6 0.000 6 4294430643826217476011.240.075 9 0.000 7 0.590 7 0.008 2 0.056 4 0.000 7 4725471746927221 077 8391.280.075 8 0.000 7 0.588 5 0.007 7 0.056 3 0.000 6 4715470646526239131 089 0.84 0.068 1 0.000 7 0.524 8 0.007 2 0.055 9 0.000 6 4254428644925244086000.680.075 8 0.000 7 0.590 5 0.008 0 0.056 5 0.000 7 4715471647127251 618 8451.92 0.075 7 0.000 7 0.589 6 0.007 8 0.056 5 0.000 7 4715471647126PM26-TW1(保水寺片麻状花岗岩)14062 043 0.20 0.070 9 0.000 9 0.666 3 0.008 5 0.068 2 0.000 8 441651878742321324 775 0.03 0.071 1 0.000 9 0.569 4 0.007 3 0.058 1 0.000 7 443645865332531914 006 0.05 0.071 8 0.000 9 0.653 9 0.008 4 0.066 0 0.000 7 447651178072441503 307 0.05 0.071 3 0.000 9 0.611 3 0.007 8 0.062 2 0.000 7 444648466802454614 280 0.11 0.071 6 0.000 9 0.763 0 0.010 0 0.077 2 0.000 9 446657681 128 236312 768 0.010.067 6 0.000 9 0.513 4 0.006 5 0.055 1 0.000 6 42254215416257744 305 0.02 0.071 0 0.000 9 0.540 1 0.007 1 0.055 1 0.000 6 442643964182687402 234 0.330.071 2 0.000 9 0.779 9 0.011 3 0.079 4 0.001 0 443658591 183 2692334 048 0.06 0.071 1 0.000 9 0.633 6 0.008 1 0.064 6 0.000 7 4436498676124102434 024 0.060.071 2 0.000 9 0.719 3 0.009 2 0.073 2 0.000 8 444655071 020 23

续表1

测点Th(10-6)U(10-6)Th/U同位素比值同位素年龄(Ma)206Pb/238U1σ207Pb/235U1σ207Pb/206Pb1σ206Pb/238U1σ207Pb/235U1σ207Pb/206Pb1σ111013 492 0.03 0.069 6 0.000 9 0.545 4 0.007 1 0.056 8 0.000 7 4345442648525121554 196 0.04 0.070 8 0.000 9 0.540 2 0.006 9 0.055 3 0.000 6 4416439642625132335 278 0.040.070 3 0.000 9 0.634 9 0.008 1 0.065 5 0.000 7 438649967902414643 079 0.020.071 3 0.000 9 0.550 1 0.007 4 0.055 9 0.000 7 4446445645027152103630.580.269 0 0.003 4 3.611 0 0.048 2 0.097 3 0.001 2 1 536 191 552 211 574 2216981 248 0.080.072 9 0.000 9 0.575 1 0.008 5 0.057 2 0.000 8 4546461749929173251 275 0.250.071 5 0.000 9 0.804 6 0.010 2 0.081 7 0.000 9 445659981 237 22181603 189 0.050.071 9 0.000 9 0.578 5 0.007 4 0.058 4 0.000 7 447646365442519911 446 0.060.073 5 0.000 9 0.570 3 0.007 9 0.056 3 0.000 7 4576458646228201241 051 0.12 0.072 1 0.000 9 0.557 3 0.007 2 0.056 1 0.000 6 449645064562521873 012 0.03 0.071 8 0.000 9 0.597 7 0.007 7 0.060 4 0.000 7 447647666172422792 419 0.030.072 1 0.000 9 0.565 4 0.008 4 0.056 9 0.000 8 4496455748730

注：测试单位：天津地质矿产研究所实验室。

图4 北秦岭地体中片麻状花岗岩的锆石U-Pb谐和图Fig.4 U-Pb concordia diagram of the zircon from the gneissic granite in North Qinling terrain

保水寺片麻状花岗岩体PM26-TW1样品挑选的锆石呈柱状、长柱状，颜色多呈灰褐色，长度为80～150 μm，宽度约为50～100 μm，长宽比在1～2。阴极发光(CL)图像显示，大多锆石振荡环带结构比较清晰(图3)，其中6、15测点锆石具明显的变质生长边，为变质锆石。6号测点的422 Ma年龄应该为变质年龄，15号测点的1 574 Ma年龄应该为继承性锆石年龄。其余20个测点结果的显示(表1)，其Th含量为74×10-6～406×10-6；U含量比较高，在1 051×10-6～4 775×10-6；Th/U值大多小于0.1，部分在0.11～0.58。20个测点的206Pb/238U测年结果在434～457 Ma。综合锆石形态判断，应均为岩浆锆石。在谐和图上，下交点为(443±5)Ma(MSWD=1.90)，扣除偏离谐和线较远的5、8、10、17外，其余16个点的加权平均值为(445±3)Ma(MSWD=1.02)，该值与下交点年龄在误差范围内，代表了保水寺片麻状花岗岩的形成年龄。新庄和保水寺片麻状花岗岩体均形成于志留纪。

4.2 岩石地球化学特征

4.2.1 常量元素

新庄和保水寺片麻状花岗岩体的常量元素、稀土及微量元素分析结果见表2。新庄片麻状花岗岩具有较高的SiO2(73.12%～76.06%)和Al2O3含量(13.71%～15.24%)，较低的MgO(0.25%～0.60%)和TFe2O3含量(0.90%～2.29%)，Mg#在30.11～46.92，在TAS图解中落入花岗岩区域(图5)；铝饱和指数A/CNK为1.09～1.43，通过CIPW计算的C(刚玉)含量为1.21%～4.69%，属于强过铝质花岗岩(图6a)； K2O+Na2O含量为6.24%～7.58%，K2O/Na2O为0.90～1.76，相对富钾贫钠；里特曼指数σ为1.17～1.89，均小于2。在SiO2-K2O判别图解中(图6b)，样点投于钙碱性和高钾钙碱性区域内。结合其主要岩性为片麻状白云母二长花岗岩，故认为新庄片麻状花岗岩为强过铝质S型花岗岩，属于高钾钙碱性系列。

保水寺片麻状花岗岩也具有较高的SiO2(70.82%～74.00%)和Al2O3含量(14.18%～15.30%)，较低的MgO(0.27%～0.50%)和TFe2O3含量(0.53%～1.15%)。在TAS图解中落入花岗岩区域(图5)。K2O+Na2O含量为8.13%～8.97%，K2O/Na2O为0.96～1.56，相对富钾贫钠。在SiO2-K2O判别图解中(图6b)，样点投于高钾钙碱性和钾玄岩区域内。相对于新庄片麻状花岗岩，保水寺片麻状花岗岩具更低的Mg#(42.66～56.17)、更高的里特曼指数σ(2.24～2.86)，相对较低的铝饱和指数A/CNK(1.03～1.19)，为弱过铝质I型花岗岩，属于高钾钙碱性系列(图6a)。部分样品A/CNK>1.1可能与糜棱岩化后产生的少许石榴子石有关。

图5 北秦岭地体中片麻状花岗岩的TAS图解(底图据MAITRE R W L，1989)Fig.5 TAS classification diagram for the gneissic granite in North Qinling terrain

(图例同图5)图6 (a)北秦岭地体中片麻状花岗岩的A/CNK-A/NK图解(底图据MANIAR P et al.，1989)和(b)SiO2-K2O图解(底图据PECCERILLO A et al.，1976)Fig.6 (a)A/CNK-A/NK diagram and (b)SiO2-K2O diagram for the gneissic granite in North Qinling terrain

样号新庄片麻状花岗岩保水寺片麻状花岗岩D9026PM50/4PK-11*039-YQ2*PM26/1PM26/2PM26/3PM27/1SiO273.1276.0673.1472.6472.4073.0270.8274.00TiO20.150.150.200.150.200.150.240.13Al2O315.2413.9414.4913.7115.2615.0015.3014.18Fe2O30.710.790.990.890.860.260.670.10FeO0.400.100.321.260.260.390.260.39MnO0.030.050.020.100.000.020.010.01MgO0.250.330.600.500.430.270.500.34CaO0.490.691.181.971.151.571.030.96Na2O2.753.203.523.423.304.383.623.34K2O4.833.043.563.084.834.185.355.20P2O50.040.020.030.050.040.040.080.05H2O+1.651.02——1.220.191.090.78LOSS1.581.111.311.651.320.211.451.09∑99.6599.3899.3699.4299.9599.4698.9799.46A/CNK1.431.421.231.091.191.031.121.10A/NK1.561.631.501.531.431.281.301.28σ1.891.171.661.422.242.432.862.34Mg#30.1142.2846.9230.2042.6643.4751.1456.17R12 7873 2462 8062 9062 5192 3252 1972 542R2371370449516449479445403Rb199.0091.6058.00147.30138.30151.8087.35Ba986.001 533.001 170.00924.10644.201 261.50906.80Th16.9018.9021.5025.9310.3331.7332.92U3.289.161.584.211.793.261.40Ta1.210.490.800.340.200.570.15Nb8.994.395.907.707.6511.554.38Sr237.0095.10150.00322.40368.00357.70306.90Zr102.0064.7098.00125.9070.90158.40157.80Hf3.270.992.803.482.044.124.31Ga20.2021.00—21.4622.5822.0313.13Cr3.6413.702.0013.398.3933.347.06La25.9037.5036.0040.4215.3760.5247.12Ce42.1064.5062.0072.5029.2488.3475.76Pr4.726.648.107.523.2212.088.24Nd15.4021.9031.0024.4711.2440.2525.81Sm2.473.395.003.841.996.493.21Eu0.470.790.710.710.471.420.52

续表2

样号新庄片麻状花岗岩保水寺片麻状花岗岩D9026PM50/4PK-11*039-YQ2*PM26/1PM26/2PM26/3PM27/1Gd2.053.793.703.381.585.723.25Tb0.270.500.550.310.150.620.25Dy1.172.843.100.890.442.380.62Ho0.210.630.400.120.060.400.09Er0.572.011.200.380.211.200.34Tm0.090.380.170.040.020.160.03Yb0.632.781.100.230.130.990.20Lu0.100.480.170.040.020.150.03Y5.7017.706.333.101.7910.632.42∑REE101.90165.80159.50157.9065.92231.30167.90LREE91.06134.70142.80149.5061.52209.10160.70HREE5.0913.4110.395.382.6111.614.81LREE/HREE17.8910.0513.7427.8023.5718.0133.42(La/Yb)N29.499.6823.48127.7088.2043.98169.00(La/Sm)N6.777.144.656.795.006.029.48(Gd/Yb)N2.691.132.7812.2710.464.7813.42δEu0.620.670.480.590.780.700.49δCe0.870.920.850.950.970.760.87

注：测试单位：国土资源部郑州矿产资源监督检测中心。*数据来源于桐柏县幅1∶5万区调报告(张宗恒等，1994)。

4.2.2 稀土、微量元素

新庄片麻状花岗岩的稀土总量(含Y)较低，∑REE=101.85×10-6～165.83×10-6，LREE=91.06×10-6～142.81×10-6，HREE=5.09×10-6～10.39×10-6。LREE相对富集，HREE相对亏损，LREE/HREE=10.05～17.89。(La/Yb)N=9.68～29.49，(La/Sm)N=4.65～7.14，(Gd/Yb)N=1.13～2.78，表明轻稀土分馏较强，重稀土分馏程度较弱。Eu负异常中等，δEu=0.48～0.67。在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图中(图7)，大体表现为向右倾斜较为平坦的曲线。岩石富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Ba、Th、U、K，亏损高场强元素(HFSE)Nb、Ta及P、Ti。在微量元素蛛网图(图8)中，各样品具有较为一致的配分模式，右侧Y、Yb、Lu三元素较平坦，具典型的上部大陆地壳的微量元素分布特征(赵如意等，2014)。稀土元素及微量元素的特点与北秦岭的加里东期安吉平、土岗S型花岗岩相似(刘丙祥，2014)。

保水寺片麻状花岗岩的稀土总量(含Y)也较低，∑REE=65.92×10-6～231.34×10-6， LREE=61.52×10-6～209.10×10-6，HREE=2.61×10-6～11.61×10-6。LREE强烈富集，HREE强烈亏损，LREE/HREE=18.01～33.42。(La/Yb)N=43.98～127.72，(La/Sm)N=5.00～9.48，(Gd/Yb)N=4.78～13.42，表明轻重稀土发生了强烈的分馏较强。Eu负异常中等，δEu=0.49～0.78。在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图中(图7)，大体表现为向右陡倾的曲线，同时表现出了高分异I型花岗岩的四组分特点，个别样品则具S型花岗岩特征。

图7 北秦岭地体中片麻状花岗岩的球粒陨石标准化 REE配分模式图(标准化值据SUN S S et al.，1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE pattern of the gneissic granite in North Qinling terrain

图8 北秦岭地体中片麻状花岗岩的原始地幔标准化 微量元素蛛网图(标准化值据SUN S S et al.，1989)Fig.8 PM-normalised incompatible element spider pattern of the gneissic granite in North Qinling terrain

微量元素方面，富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Ba、Th、U、K，亏损高场强元素(HFSE)Nb、Ta及P、Ti的特点(图8)与新庄片麻状花岗岩大体相同，但Y、Yb、Lu重稀土明显亏损的特点又不同于后者，具岛弧花岗岩的特征更为明显。Sr含量为322.40×10-6～368.00×10-6，Y含量为1.79×10-6～10.63×10-6，Sr/Y=33.65～206.05，表现出高Sr低Y的特点，兼具有加厚下地壳成因的埃达克岩的特征(张旗等，2006)，与北秦岭东部的枣园、黄柏岔岩体相似(刘丙祥，2014)。

5 讨论

5.1 对秦岭岩群变质事件年龄的限定

桐柏地区秦岭岩群在加里东期先后发生了麻粒岩相变质作用和角闪岩相退变质作用。前人通过不同的测试方法测定秦岭岩群中的镁铁质(或长英质)麻粒岩形成时代来判断变质作用时限，或通过侵入该岩群的未发生麻粒岩相变质的侵入岩体或岩脉来限定变质作用发生的时间下限。多数学者认为秦岭岩群发生麻粒岩相变质作用在445～424 Ma左右，个别学者认为麻粒岩相峰期变质作用在～498 Ma左右，而关于角闪岩相退变质作用则有～472Ma、～432 Ma两种认识(表3)。

20世纪90年代研究主要采用单颗粒锆石207Pb/206Pb蒸发法，但由于缺少锆石内部结构的制约，其数据可靠性有待增强。向华等(2009)对镁铁质麻粒岩变质锆石进行研究，认为麻粒岩的峰期变质年龄在445～430 Ma，并进一步划分了麻粒岩相初始变质(443 Ma)—峰期变质(432 Ma)—角闪岩相变质(419 Ma)—绿片岩相变质(400 Ma)4个变质阶段(XIANG H et al.，2012)。WANG H et al.(2011)则认为在424～438 Ma同时发生了麻粒岩相变质和岩浆侵入作用。LIU X C et al.(2011)通过对含石榴子石镁铁质麻粒岩和副片麻岩的变质锆石SHRIMP定年研究，认为麻粒岩相变质作用可能在440～430 Ma，约420 Ma的峰值为峰期变质之后的冷却年龄。

由于秦岭岩群遭受了多期构造-热事件影响，其锆石很可能产生多次变质，锆石同位素体系可能发生重启改造，利用变质锆石的年龄来确定不同变质相的时间很可能产生误判。本次研究采用不同地质体的先后关系来研究相关变质时限。区内麻粒岩仅见于秦岭岩群的黑云斜长片麻岩(副变质)中，在本次研究的片麻状花岗岩中并未见到麻粒岩，且这些花岗岩的矿物组合也说明其均未经历麻粒岩相变质作用，形成于秦岭岩群发生麻粒岩相变质作用之后；与区域构造一致的片麻理的存在及普遍具糜棱岩化则进一步说明岩石经历了角闪岩相变质及强烈剪切变形。本次测得保水寺岩体和新庄片麻状花岗岩体的侵位年龄分别为445 Ma、429 Ma左右，说明麻粒岩相变质作用应早于445 Ma。另外，侵入秦岭岩群形成于430 Ma左右的碱性岩脉也未发生麻粒岩相变质(曲玮等，2013)，瓦屋庄附近紧邻麻粒岩的花岗闪长质片麻岩形成于476 Ma，常湾附近侵入秦岭岩群的花岗质糜棱岩形成于488 Ma，其岩石也只仅经历了角闪岩相变质作用(LIU X C et al.2011)。也就说明，桐柏地区秦岭岩群麻粒岩相变质作用应该发生于488 Ma之前。任留东等(2016)获得的长英质麻粒岩中较集中的锆石年龄(498.0±4.8)Ma，可能代表了麻粒岩相峰期变质年龄。据此，笔者认为桐柏地区秦岭岩群麻粒岩相变质时限为498～488 Ma，角闪岩相退变质时限在488～428 Ma，区域糜棱岩化作用很明显发生在428 Ma之后。当然，这些时间限定主要是通过有关岩体年龄及与围岩的接触关系来讨论的，更确切的时限应根据变质矿物组合来直接限定，需作进一步研究。

表3 桐柏地区秦岭岩群变质作用研究情况表Tab.3 Metamorphism research of Qinling group-complex in Tongbai area

5.2 构造意义

区域资料显示，秦岭造山带在早古生代时期发生了大洋俯冲、岛弧增生及弧陆碰撞事件(张国伟等，2001；刘晓春等，2015)。古特提斯洋(商丹洋)向北俯冲及其后的碰撞过程中，在北秦岭产生了数量众多的花岗岩，记录了相关事件过程。王涛等(2009)通过研究，对于北秦岭早古生代花岗岩的演化划分为3个阶段(分别为505～470 Ma、450～422 Ma、415～400 Ma)：第一阶段以I型花岗岩为主，形成于板块俯冲背景；第二阶段发育I型花岗岩(如板山坪、小王涧)，显示出明显的火山弧花岗岩特征，部分花岗岩具有高Sr低Y的特点(灰池子岩体)，形成于块体碰撞挤出略后的抬升环境；第三阶段以I型花岗岩为主，略偏中性，形成于碰撞晚期阶段。刘丙祥(2014)将豫西地区北秦岭加里东期侵入岩划分了跟上述差不多的3个阶段(～487 Ma、～450 Ma、～417 Ma)，分别对应区内高压-超高压峰期变质作用和两次地体抬升事件，并将第二阶段细分为I型(～460 Ma，加厚下地壳部分熔融)、I-S型(～450 Ma，兼具俯冲和碰撞特点)、I型(～440 Ma，消减源区部分熔融)和S型(～430 Ma，挤压碰撞)。

在桐柏地区北秦岭也存在与上述三阶段差不多的早古生代岩浆活动：瓦屋庄—新庄花岗闪长质—花岗质片麻岩476～488 Ma(LIU X C et al.，2011)；本次花岗质片麻岩445～428 Ma、桃园岩体430 Ma左右(江思宏等，2009)、柳树庄基性岩405～414 Ma，说明桐柏地区加里东期岩浆活动与区域上东秦岭地区岩浆活动总体保持一致，但桐柏地区并不存在500 Ma作用的高压/超高压变质事件(刘晓春等，2015)，说明在加里东期桐柏地区北秦岭与豫西北秦岭的同期侵入岩的形成过程略有差异。本次研究的保水寺和新庄片麻状花岗岩体均处于前人总结的第二阶段岩浆活动。

形成于445 Ma的保水寺片麻状花岗岩体主要为弱过铝的I型花岗岩，Nb、Ta、P和Ti的亏损，总体显示其具火山弧花岗岩的特征，高Sr低Y的特点显示其兼具有加厚下地壳成因的埃达克岩的特征，说明其形成于岛弧环境，与古特提斯洋(商丹洋)的向北俯冲有关。形成于428 Ma左右的新庄片麻状花岗岩体为高钾钙碱性的强过铝质S型花岗岩，富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th、U、K，亏损高场强元素Nb、Ta及P、Ti，重稀土相对平坦且分异不明显，显示挤压碰撞成因的S型花岗岩特征(刘丙祥，2014)，说明新庄岩体形成于碰撞环境，与该时期发生的弧-陆碰撞事件有关，即在古生代末秦岭大陆弧和二郎坪洋内弧与华北陆块南缘发生的碰撞事件。

根据现有资料，笔者总结保水寺岩体和新庄岩体的形成过程大致如下：古特提斯洋(商丹洋)向北俯冲引发大规模大陆-弧岩浆作用，使北秦岭微陆块转变成大陆弧，在华北陆块南缘与秦岭微陆块(弧)之间形成二郎坪弧后盆地或洋内弧(冯胜斌等，2007；王浩，2014)。在俯冲的过程中，秦岭微陆块(弧)地壳不断加厚，从而造成了约445 Ma左右具岛弧特征的保水寺岩体侵位。随着俯冲作用的持续进行，约440～420 Ma(刘晓春等，2015)，秦岭大陆弧和二郎坪洋内弧与华北陆块南缘发生碰撞，北部大洋关闭，引发新一轮的岩浆作用。约428 Ma具S型花岗岩特征的新庄岩体的形成，则主要与这次弧-陆碰撞事件有关系。如此，在增生的华北陆块南缘形成一个新的安第斯型活动大陆边缘(曲玮等，2013；LIU X C et al.，2013)。

6 结论

(1)桐柏地区北秦岭地体中新庄片麻状花岗岩体的主要岩性为片麻状白云母二长花岗岩，LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年的206Pb/238U加权平均值为(429±3)Ma(MSWD=0.12，n=9)代表其的形成年龄；保水寺片麻状花岗岩体的主要岩性为片麻状二长花岗岩，LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年的206Pb/238U加权平均值为(445±3)Ma(MSWD=1.02，n=16)代表其形成年龄。两者均形成于志留纪。

(2)新庄和保水寺片麻状花岗岩均具有高硅、高铝、低镁、低铁的特点；稀土元素总量较低，LREE相对富集，HREE相对亏损，Eu负异常中等；富集大离子亲石元素Rb、Ba、U，亏损高场强元素Nb、Ta及P、Ti。新庄片麻状花岗岩为强过铝质S型花岗岩；保水寺片麻状花岗岩为弱过铝质I型花岗岩，重稀土元素Y、Yb、Lu明显亏损。

(3)根据有关岩体的形成年龄及与围岩的接触关系，限定了桐柏地区秦岭岩群麻粒岩相变质时限为498～488 Ma，角闪岩相退变质时限在488～428 Ma，区域糜棱岩化作用发生在428 Ma之后。

(4)保水寺片麻状花岗岩体形成于岛弧环境，其形成与古特提斯洋(商丹洋)的向北俯冲有关；新庄片麻状花岗岩体形成于碰撞环境，其形成与桐柏地区早古生代末发生的弧陆碰撞事件有关。

致谢：本文在撰写的过程中得到中国地质科学院刘晓春研究员的指导，锆石测试得到天津地质矿产研究所实验室王家松的帮助，修改过程中得到审稿专家的指点，在此表示衷心感谢。