S型花岗岩源区特征

3.2.3-2源岩特征 如前所述，党川花岗岩具典型的S型花岗岩特征，因而党川花岗岩的源区应为陆壳成分。党川花岗岩Nb、Ta、Ti的亏损以及Zr的相对富集亦明其源区中应以陆壳成分为主[34,35,36]；而P的亏损及K的含量较高也反映出党川花岗岩具有大陆地壳的性质[9]。党川花岗岩Yb含量低且HoN与YbN大体相当，暗示源区可能有石榴子石和角闪石残留[9]；Eu的负异常及低的Sr含量则暗示源区可能有斜长石存在[9]。因而，党川花岗岩的源岩可能是含斜长石、角闪石、石榴子石、辉石的高压麻粒岩。 前人研究可知，S型花岗岩部分熔融所产生熔体的CaO/Na2O值主要与源岩成分和成岩压力有关，而Al2O3/TiO2值则与成岩温度有关[43]。根据实验研究发现，由泥岩生成的花岗岩所含的CaO/Na2O比一般小于0.3，而碎屑岩生成的花岗岩所含的CaO/Na2O比一般大于0.3[39,43]；进一步研究显示，由碎屑岩部分熔融或玄武岩和泥岩的混融产生的S型过铝质花岗岩SiO2与TFeO+MgO+TiO2明显成反比，而泥质岩生成的花岗岩则没有这种现象[39]。党川花岗岩的CaO/Na2O比值为0.18~0.53，平均0.36，大于0.3；Al2O3/TiO2比值47.28~155.27，平均83.89，Al2O3/TiO2比较高（大于60）。在SiO2-（TFeO+MgO+TiO2）图解中（图3-8），党川花岗岩呈明显的负相关关系，且分布于合成黑云母片麻岩线附近，表明党川花岗岩应是由地壳内富含黑云母或基性程度高的源岩部分熔融产生的[32]；同时，党川花岗岩还具有较高的Al2O3/TiO2值，说明其形成温度相对较低。 本次研究所获得的党川花岗岩的εNd(t)值为-4.67~-2.32，显示明显的地壳组分参与的特征；而ISr值0.7059~0.7087，Sr初始值远小于大陆地壳的平均值(0.719)[45]，已知下地壳麻粒岩贫Rb，其现代Sr初始比值可能与亏损地幔一样低[27]，因此岩浆可能起源于下地壳。在εNd(t)-87Sr/86Sr图解中（图3-9），党川花岗岩基本落入了大陆玄武岩的范围内，而且εNd(t)与87Sr/86Sr线性关系不明显，说明并没有幔源物质加入[42]。党川花岗岩的TDM为1103.3~1595.7Ma，说明其源岩应是在中元古代从地幔分异出来的。因此，党川花岗岩的源岩应为中元古代从地幔分异出的下地壳麻粒岩相岩石，与前面所讨论的主、微量元素所显示的特征极为相符。 3.2.3-3岩石成因分析 花岗岩的源区的特征对于其形成的构造环境的判断是极为关键的。如前文讨论，党川花岗岩是下地壳基性程度较高的高压麻粒岩相组分在高压和相对低温的环境下部分熔融形成的，其源岩贫粘土而富斜长石，说明他们形成于未成熟的板块边缘（岛弧或大陆弧）的海槽或海沟俯冲带环境。而党川花岗岩亏损Nb，也反映其与成熟弧花岗岩相异，显示增生的大陆边缘的新地壳的特点[29]。在Nb-Y、Rb-Y+Yb构造环境判别图解[5,46]（图3-15，图3-16）[5,46]和R1-R2图解中[47]（图3-17），党川花岗岩均落入同碰撞花岗岩或火山弧花岗岩区域内。 党川花岗岩属于过铝质花岗岩，过铝质花岗岩大体分为两类：含白云母过铝质花岗岩类和含堇青石过铝质花岗岩类[48]。党川花岗岩富含白云母，属含白云母过铝质花岗岩。含白云母过铝质花岗岩的形成与含水流体参与的“湿”深熔作用有关，水和其他流体可以由深部地壳断裂或剪切构造来提供[39]。 板块的俯冲碰撞，不仅能为党川花岗岩的形成提供所需的高压，而且板片的俯冲伴随着的变质过程将导致水流体的产生[49]，也将为党川花岗岩的形成提供所需的含水流体。在含水流体的参与下，下地壳麻粒岩相岩石在高压和相对较低的温度下即会发生部分熔融作用（“湿”深熔作用），最终形成党川花岗岩体。因此，党川花岗岩应是形成于板块俯冲过程中的活动大陆边缘环境。 3.3.4-2源岩特征 如前所述，秦岭群黑云母片麻岩的原岩具典型的过铝质S型花岗岩特征，因而其源区应以陆壳成分为主。秦岭群黑云母片麻岩富K的特征亦显示其原岩更具陆壳的性质。秦岭群黑云母片麻岩虽亏损重稀土元素但其低Sr（明显小于400×10-6）高Yb（明显大于2×10-6），说明其原岩的源区可能并无石榴子石残留，源区压力较低（可能＜0.8GPa，30km左右）；Eu的明显负异常则暗示其原岩源区有斜长石残留；而HoN＜YbN则暗示其源区有角闪石残留。因此，秦岭群黑云母片麻岩原岩的源岩可能为角闪岩相（斜长石+角闪石+辉石）变质岩石。 秦岭群黑云母片麻岩的CaO/Na2O比值为0.64~0.73，平均0.68，大于0.3；Al2O3/TiO2比值26.10~31.15，平均28.63，Al2O3/TiO2比较低（明显小于60）。在SiO2-（TFeO+MgO+TiO2）图解中（图3-8），秦岭群黑云母片麻岩的TFeO+MgO+TiO2与SiO2呈明显的负相关关系，且分布于高温副片麻岩线附近，表明秦岭群黑云母片麻岩的原岩应是由地壳内变质的碎屑岩部分熔融而成；同时，秦岭群黑云母片麻岩还具有较低的Al2O3/TiO2值，说明其形成温度较高。 本次研究所获得的党川花岗岩的εNd(t)值为-5.00~-4.00，显示明显的壳源的特征；而ISr值0.7044~0.7100，Sr初始值变化较大，可能是后期变质作用所致。在εNd(t)-87Sr/86Sr图解中（图3-9），秦岭群黑云母片麻岩基本落入了大陆地壳岩石的范围内。秦岭群黑云母片麻岩的TDM为1845.5~1934.6Ma，说明其源岩应是在古元古代从地幔分异出来的。因此，秦岭群黑云母片麻岩的源岩应为壳源的角闪岩相变质碎屑岩。 3.3.4-3岩石成因分析 如前所述，秦岭群黑云母片麻岩的地球化学特征显示其应是在大陆碰撞过程中陆壳组分部分熔融形成的。在Nb-Y、Rb-Y+Yb构造环境判别图解[5,46]（图3-15，图3-16）和R1-R2图解中[47]（图3-17），秦岭群黑云母片麻岩也均落入同碰撞花岗岩区域内。由此可以推断秦岭群黑云母片麻岩原岩应是在陆陆碰撞过程中，陆壳重熔的产物。 Faure (1986)用计算方法求得大陆壳平均的87Sr /86S r 比值为0. 719 , 与大陆地壳和水中同位素的观察值相符。对代表上地幔同位素组成的大洋玄武岩87 S r / 86 S r 初始比值测定结果表明, 87 Sr /86 Sr 初始比值在0. 704 ±0. 0002 范围内。由于上地幔与大陆壳的87S r / 86Sr 之间存在着明显的差异, 人们可以利用这种差异来辨别岩浆岩是由上地幔玄武质源区分异而成还是地壳重熔而成的。Faure 等根据87S r / 86Sr 比值的差异, 将花岗岩的成因划为3 种类型:①地幔型花岗岩或称幔生型花岗岩, 它们的87 Sr /86 Sr 初始比值在0. 702 ～ 0. 706 之间, 接近上地幔的比值。②地壳型花岗岩或称壳生型花岗岩, 它们的87 S r /86S r 初始比值大于0. 720 。③过渡型花岗岩, 它们的87 Sr /86 Sr 初始比值介于0. 710 ～ 0. 720 之间。 早古生代岩浆活动是西秦岭北部乃至整个北秦岭造山带最为强烈的一期岩浆活动。西秦岭北部发育有早古生代关子-武山镇蛇绿岩（534±9Ma，517±8Ma[69]）、早古生代流水沟-百花岛弧型中基性杂岩（507.5±3Ma[12]和449.7±3.1Ma[55]）、弧后-陆缘型熊山沟花岗岩体（430±15Ma[10]）、后碰撞或造山晚期的火炎山岩体（375~399Ma[70]）以及李子园群弧前-岛弧型火山岩、草滩沟群岛弧型火山岩等，说明早古生代西秦岭为一发育有沟-弧-盆体系的活动大陆边缘环境。 本文研究的花庙子闪长岩脉具有富Na、高Mg、Fe、显富集大离子亲石元素Ba、Sr、K而相对亏损Rb及高场强元素Nb、Ta、P、Ti、Y、Yb等岛弧岩浆岩的地球化学特征，而其Sr-Nd同位素亦显示明显的壳幔混合的特点，由此说明其形成于岛弧环境，是早古生代商丹洋壳向北秦岭块体下俯冲的佐证。 本文研究的早古生代党川花岗岩体具有与俯冲有关的岛弧型花岗岩的特点，但同时其亦具有同碰撞型或后碰撞型花岗岩的特点（如R1-R2图解中明显落入同碰撞花岗岩区域内，以及其高钾钙碱性的特点显示与后碰撞环境相关）。王婧等[42]报道了党川花岗岩类似于C型埃达克岩，与增厚的地壳部分熔融有关；温志亮等[70]报道了党川花岗岩是形成于后造山阶段大陆抬升的构造环境，由地壳部分熔融产生的；李永军等[10]亦报道了党川花岗岩是后碰撞造山型花岗岩。众多的研究显示党川花岗岩应是形成于后碰撞环境中，但本文所研究的党川花岗岩的地球化学特征又明显显示其与俯冲消减相关。结合区域地质演化特征及众多高压-超高压变质岩的研究我们可以得知早古生代（早寒武世开始）北秦岭微陆块与华北南缘岛弧存在一次弧陆碰撞事件，至早志留世弧陆碰撞已进入碰撞后的抬升阶段，而此时商丹洋壳正向北秦岭陆块下俯冲（早古生代流水沟-百花岛弧型中基性杂岩及本文涉及的花庙子闪长岩脉即是此时形成），党川花岗岩即是弧陆后碰撞环境中有俯冲带流体的参与的条件下，由下地壳岩石部分熔融产生的，所以其兼具岛弧和后碰撞的特点。