北秦岭孤山坪地区辉长岩地球化学特征、锆石U-Pb年龄及Lu-Hf同位素组成

翟文建; 赵焕; 崔霄峰; 何凯; 翟文芳; 杨俊峰; 李承东

doi:10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0511

北秦岭孤山坪地区辉长岩地球化学特征、锆石U-Pb年龄及Lu-Hf同位素组成

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0511

翟文建^{1, 2,},
赵焕^{1, 2},
崔霄峰^{1, 2, ,},
何凯¹,
翟文芳¹,
杨俊峰¹,
李承东³

基金项目:

中国地质调查局项目"河南1:5万二郎坪幅等三幅区域地质矿产调查" DD20160043-03

"中条-熊耳山成矿区地质矿产调查" DD20160043

河南省项目"华北陆块南缘碱性岩型稀有稀土金属富集机理与找矿方向研究" 豫财招标采购-2020-165-3

详细信息

作者简介:
翟文建(1983-), 男, 高级工程师, 主要从事区域基础地质研究工作。E-mail:zhaiwenjian@163.com

通讯作者:
崔霄峰(1969-), 男, 高级工程师, 主要从事区域基础地质矿产研究工作。E-mail:1161367097@qq.com

中图分类号: P588.12⁺4
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出版历程
- 收稿日期: 2019-06-27

Geochemical characteristics, zircon U-Pb ages and Lu-Hf isotope composition of gabbro in Gushanping area, north Qinling

Zhai Wenjian^{1, 2
,},
Zhao Huan^{1, 2},
Cui Xiaofeng^{1, 2
, ,},
He Kai¹,
Zhai Wenfang¹,
Yang Junfeng¹,
Li Chengdong³

摘要

摘要: 北秦岭孤山坪地区辉长岩的研究程度较低，而辉长岩通常是下地壳或上地幔玄武质岩浆结晶的产物，可以在一定程度上反映特定地质时代壳幔演化格局。为了研究其成因和形成机制，对其锆石U-Pb年代学、岩石地球化学及锆石Hf同位素进行了研究。结果表明：辉长岩的侵位结晶年龄为（457.4±1.4）Ma，即形成于晚奥陶世；总体上富集轻稀土元素和大离子亲石元素K、Rb、Ba、Sr，相对亏损高场强元素Nb、P、Ti、Zr，指示其可能形成于活动陆缘弧环境；锆石ε_Hf（t）=6.4~9.1，一阶段模式年龄（t_DM1=822~708 Ma）和二阶段模式年龄（t_DM2=1 268~1 025 Ma）均大于锆石结晶年龄。综合研究认为，孤山坪地区辉长岩原始岩浆应来源于受俯冲流体交代作用改造的富集型地幔，可能形成于二郎坪群早期岛弧与秦岭地块之间的弧陆碰撞所导致的增生造山作用过程，代表了晚奥陶世二郎坪群由岛弧向弧后盆地转化的初始岩浆记录。本研究可以为北秦岭早古生代构造演化的厘定提供进一步的约束资料。
- 北秦岭 /
- 孤山坪地区 /
- 二郎坪群 /
- 辉长岩 /
- 锆石U-Pb定年 /
- Hf同位素
Abstract: The gabbros, which are usually the product of the basaltic magma crystallization in lower crust or upper mantle, and to a certain extent, can reflect the specific geological era crust-mantle evolution history, are not well documented in Gushanping area, North Qinling. In order to confirm its petrogenesis and mechanism of formation, this study carried out zircon LA-ICP-MS U-Pb chronology, petrogeochemistry and zircon Hf isotope studies. The results indicate that emplacement crystallization age of the gabbros in Gushanping area is (457.4±1.4) Ma, indicating that the gabbros were formed in Late Ordovician. A geochemical study suggests the gabbros are generally enriched in LREE, rich in K, Rb, Ba, Sr, and relatively depleted in HFSE, Nb, P, Ti and Zr, which indicat the gabbros may form in an island arc setting of active continental margin. The ε_Hf(t) values vary from 6.4 to 9.1, the single model age t_DM1 is 822-708 Ma and the two model age t_DM2 is 1 268-1 025 Ma, both of which are older than the crystallizational age of zircon. Comprehensive studies suggest that the magma of the gabbros in Gushanping area originated from an enriched mantle which may be modified by subduction metasomatic fluids, and may have been formed in accretionary orogenesis caused by arc-continent collision between the early island arc of Erlangping Group and Qinling geolgogical block. The authors thus infer that the gabbros in Gushanping area ought to be initial magmatism records of the transition from island arc to back-arc basin in Erlangping Group in Late Ordovician. And this study can provide a new basis for the research on the Early Paleozoic tectonic evolution of North Qinling.
- north Qinling /
- Gushanping area /
- Erlangping Group /
- gabbro /
- zircon U-Pb dating /
- Hf isotope

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图 1 北秦岭构造带地质简图(a)(据文献[9]修改)和孤山坪地区地质简图(b)

Figure 1. Sketch geological maps of the north Qinling (a) and Gushanping aera (b)

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图 2 孤山坪地区辉长岩野外露头(a, b)和显微照片(c, d)

a.辉长岩侵入至钠长阳起片岩内，具糜棱岩化特征；b.辉长岩发育大量镁铁质微粒包体，且沿区域构造线NNW向分布；c.辉石矿物边缘被角闪石交代(正交偏光)；d.角闪石完全交代辉石，但残留辉石解理(单偏光)；Px.辉石；Hb.角闪石；Pl.斜长石

Figure 2. Macro photograph (a, b) and microphotograph (c, d) of the gabbro in Gushanping area

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图 3 样品Y1310/1的锆石阴极发光图像

Figure 3. Cathodoluminescence images for zircon of sample Y1310/1

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图 4 样品Y1310/1锆石U-Pb谐和年龄(a)和加权平均年龄图(b)

Figure 4. Zircon U-Pb concordia diagram (a) and average age (b) of sample Y1310/1

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图 5 样品Y1310/1锆石ε_Hf(t)(a)和t_DM1(b)柱状图

Figure 5. Zircon ε_Hf(t) (a) and single-stage Hf model ages (b) for sample Y1310/1

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图 6 辉长岩TAS图解(a)、AFM图解(b)和w(K₂O)-w(SiO₂)图解(c)

Figure 6. TAS diagram (a), AFM diagram (b) and K₂O-SiO₂ diagram(c) for the gabbro

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图 7 辉长岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(标准化数据据文献[65])

N-MORB.正常型洋中脊玄武岩；E-MORB.富集型洋中脊玄武岩；OIB.洋岛玄武岩

Figure 7. Chondrite-normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle-normalized spider diagram(b) for the gabbro

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图 8 样品Y1310/1锆石ε_Hf(t)-t图解

Figure 8. Zircon ε_Hf(t)-t diagram for sample Y1310-1

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图 9 辉长岩Th/Ta-La /Yb图解

Figure 9. Th/Ta-La /Yb diagram of the gabbro

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图 10 孤山坪地区辉长岩Hf/3-Th-Nb/16图解(a)和Th/Yb-Ta/Yb图解(b)(底图据文献[71])

IAT.岛弧拉斑玄武岩；CAB.岛弧钙碱性玄武岩；N-MORB.正常型洋中脊玄武岩；E-MORB+WPT.幔柱型洋中脊玄武岩+板内拉斑玄武岩；WPB.碱性板内玄武岩；SHO.岛弧橄榄玄粗岩系列；ICA.岛弧钙碱性系列；IAB.岛弧玄武岩；MORB.洋中脊玄武岩；WPB.板内玄武岩；ALK.碱性玄武岩；TR.过渡玄武岩；TH.拉斑玄武岩

Figure 10. Hf/3-Th-Nb/16 (a) and Th/Yb-Ta/Yb (b) discrimination diagrams of the gabbro in Gushanping area

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表 1 样品Y1310/1 LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果

Table 1. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results for sample Y1310/1

测点	Pb	U	Th	Th/U	²⁰⁶Pb/²³⁸U	²⁰⁷Pb/²³⁵U	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb	²⁰⁶Pb/²³⁸U	²⁰⁷Pb/²³⁵U	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb
测点	w_B/10^-6			Th/U	U-Th-Pb同位素比值±1σ			U-Th-Pb同位素(年龄±1σ)/Ma
1	26	338	306	1.11	0.734±0.007	0.559 6±0.008 6	0.553±0.008	456.5±4.7	451.3±6.9	424.9±33.0
2	18	249	210	1.19	0.728±0.008	0.564 2±0.008 9	0.562±0.008	453.0±4.7	454.2±7.2	460.3±33.5
3	17	179	208	0.86	0.722±0.008	0.561 8±0.009 4	0.564±0.009	449.4±4.7	452.7±7.6	469.5±36.2
4	23	271	258	1.05	0.728±0.008	0.579 7±0.008 8	0.578±0.008	452.7±4.7	464.3±7.1	521.7±32.1
5	12	97	142	0.68	0.737±0.008	0.569 8±0.012 2	0.561±0.012	458.6±4.9	457.9±9.8	454.7±45.8
6	14	164	165	0.99	0.732±0.008	0.578 4±0.010 4	0.573±0.010	455.3±4.8	463.4±8.3	504.0±38.5
7	19	175	235	0.75	0.732±0.008	0.566 5±0.009 2	0.561±0.009	455.6±4.8	455.7±7.4	456.4±34.6
8	18	210	200	1.05	0.733±0.008	0.567 7±0.009 4	0.562±0.009	456.0±4.8	456.5±7.6	459.0±36.1
9	19	222	215	1.03	0.740±0.008	0.574 0±0.009 5	0.563±0.009	460.2±4.9	460.6±7.6	462.6±34.8
10	42	454	458	0.99	0.734±0.008	0.570 1±0.008 1	0.563±0.008	456.8±4.8	458.0±6.5	464.1±30.2
11	18	173	202	0.86	0.739±0.008	0.575 1±0.010 8	0.565±0.010	459.4±4.9	461.3±8.7	470.8±40.5
12	15	116	146	0.79	0.858±0.010	0.689 6±0.012 9	0.583±0.010	530.5±6.2	532.6±9.9	541.3±37.1
13	17	195	190	1.02	0.734±0.008	0.570 3±0.009 5	0.563±0.009	456.8±4.8	458.2±7.6	465.1±36.1
14	14	162	158	1.02	0.728±0.008	0.582 1±0.010 4	0.580±0.010	453.3±4.7	465.8±8.3	528.2±37.9
15	12	116	145	0.80	0.733±0.007	0.571 3±0.010 6	0.565±0.010	455.9±4.6	458.9±8.5	473.5±40.5
16	20	259	220	1.18	0.733±0.007	0.568 9±0.010 3	0.563±0.010	455.7±4.6	457.3±8.2	465.2±39.3
17	14	177	161	1.10	0.742±0.008	0.562 2±0.010 6	0.549±0.010	461.6±4.7	453.0±8.6	409.3±41.7
18	31	418	350	1.19	0.734±0.007	0.566 3±0.008 1	0.560±0.008	456.4±4.5	455.6±6.5	451.8±31.3
19	24	300	265	1.13	0.734±0.008	0.570 1±0.010 9	0.563±0.010	456.7±4.7	458.1±8.8	465.0±38.0
20	20	245	232	1.06	0.736±0.007	0.580 6±0.010 0	0.572±0.010	457.5±4.5	464.8±8.0	501.0±37.5
21	13	115	162	0.71	0.742±0.007	0.567 7±0.018 3	0.555±0.018	461.3±4.6	456.5±14.7	432.4±72.2
22	19	219	218	1.01	0.742±0.007	0.577 0±0.009 6	0.564±0.009	461.3±4.6	462.5±7.7	468.8±36.0
23	53	634	564	1.12	0.745±0.007	0.577 3±0.007 8	0.562±0.007	463.3±4.6	462.7±6.2	460.1±29.4
24	10	90	116	0.78	0.741±0.008	0.588 0±0.014 8	0.576±0.014	460.6±4.7	469.6±11.8	513.9±54.4
25	24	291	274	1.06	0.735±0.008	0.574 2±0.009 1	0.567±0.008	457.3±5.0	460.7±7.3	478.1±32.7
26	14	169	160	1.06	0.743±0.008	0.576 2±0.010 4	0.562±0.010	462.2±4.8	462.0±8.3	461.2±39.2
27	25	182	318	0.57	0.739±0.007	0.568 9±0.008 3	0.559±0.008	459.4±4.6	457.3±6.7	446.9±31.6
28	15	180	173	1.04	0.732±0.008	0.574 6±0.009 7	0.569±0.010	455.7±4.7	461.0±7.8	487.6±36.9
29	21	132	277	0.48	0.732±0.008	0.590 0±0.008 8	0.585±0.008	455.4±4.8	470.8±7.0	546.7±31.0
30	11	115	127	0.91	0.734±0.008	0.571 0±0.021 6	0.565±0.019	456.4±4.9	458.7±17.4	470.2±75.6
31	24	153	307	0.50	0.738±0.008	0.598 4±0.008 8	0.588±0.008	458.9±4.9	476.2±7.0	560.3±30.7
32	31	342	343	1.00	0.728±0.008	0.571 4±0.009 1	0.569±0.008	453.3±4.9	458.9±7.3	487.2±32.6
33	25	180	325	0.55	0.735±0.008	0.574 5±0.008 4	0.567±0.008	457.4±4.8	461.0±6.8	478.6±31.1
34	15	116	84	0.63	0.735±0.008	0.585 6±0.010 0	0.578±0.010	457.3±4.8	468.1±8.0	521.4±36.1
35	21	129	261	0.49	0.747±0.008	0.569 8±0.008 7	0.553±0.008	464.3±4.8	457.9±7.0	425.7±32.3
36	23	262	258	1.02	0.738±0.007	0.582 7±0.008 8	0.572±0.008	459.1±4.6	466.2±7.1	501.1±32.4
37	19	104	246	0.42	0.730±0.008	0.589 2±0.011 2	0.585±0.011	454.1±4.7	470.3±8.9	550.2±40.8
38	20	189	245	0.77	0.733±0.008	0.585 6±0.009 1	0.580±0.009	455.9±4.7	468.1±7.2	528.2±33.0
39	37	276	459	0.60	0.740±0.008	0.582 6±0.008 2	0.571±0.008	460.3±4.8	466.1±6.6	494.6±29.6
40	25	309	284	1.09	0.733±0.007	0.590 3±0.008 8	0.584±0.009	456.2±4.6	471.1±7.0	544.0±32.4
41	12	126	142	0.89	0.730±0.008	0.578 7±0.012 2	0.575±0.012	454.1±4.9	463.7±9.8	511.4±44.9
42	13	128	142	0.91	0.739±0.008	0.566 6±0.012 0	0.556±0.011	459.6±4.7	455.8±9.6	436.4±45.3
43	8	74	99	0.75	0.739±0.008	0.567 8±0.012 9	0.557±0.012	459.5±4.8	456.6±10.4	442.2±49.6
44	26	320	290	1.10	0.736±0.008	0.583 5±0.008 9	0.575±0.008	458.1±4.9	466.7±7.1	509.4±31.0

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表 2 样品Y1310/1锆石的LA-MC-ICP-MS Lu-Hf同位素分析结果

Table 2. LA-MC-ICP-MS zircon Lu-Hf isotopic compositions for sample Y1310/1

测点	¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf	±2σ	¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf	±2σ	¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf	±2σ	年龄/ Ma	(¹⁷⁶Hf/ ¹⁷⁷Hf)_i	ε_Hf(t)	2σ	f_Lu/Hf	t_DM1 / Ma	2σ	t_DM2/ Ma	2σ
1	0.282 752	0.000 016	0.000 950	0.000 004	0.029 3	0.000 1	457.4	0.282 744	9.1	0.6	-0.97	708	45	1 025	63
2	0.282 688	0.000 016	0.002 035	0.000 006	0.065 8	0.000 2	457.4	0.282 671	6.5	0.6	-0.94	821	46	1 259	63
3	0.282 687	0.000 017	0.001 717	0.000 005	0.055 6	0.000 1	457.4	0.282 672	6.5	0.6	-0.95	816	49	1 254	67
4	0.282 689	0.000 016	0.001 027	0.000 005	0.033 2	0.000 1	457.4	0.282 680	6.8	0.6	-0.97	798	45	1 229	63
5	0.282 722	0.000 016	0.001 196	0.000 007	0.038 6	0.000 2	457.4	0.282 712	7.9	0.6	-0.96	755	45	1 128	63
6	0.282 700	0.000 017	0.001 286	0.000 016	0.041 3	0.000 5	457.4	0.282 689	7.1	0.6	-0.96	788	48	1 200	67
7	0.282 691	0.000 017	0.001 170	0.000 004	0.037 0	0.000 1	457.4	0.282 681	6.9	0.6	-0.96	798	48	1 226	67
8	0.282 711	0.000 021	0.002 889	0.000 005	0.093 6	0.000 0	457.4	0.282 686	7.0	0.7	-0.91	807	62	1 209	83
9	0.282 682	0.000 017	0.001 658	0.000 005	0.050 2	0.000 1	457.4	0.282 668	6.4	0.6	-0.95	822	49	1 268	67
10	0.282 733	0.000 018	0.001 516	0.000 009	0.048 1	0.000 3	457.4	0.282 720	8.2	0.6	-0.95	746	52	1 101	71
11	0.282 736	0.000 018	0.002 045	0.000 002	0.059 9	0.000 1	457.4	0.282 718	8.2	0.6	-0.94	752	52	1 106	71
12	0.282 730	0.000 020	0.001 941	0.000 003	0.057 2	0.000 0	457.4	0.282 713	8.0	0.7	-0.94	759	58	1 123	79

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表 3 孤山坪地区辉长岩主量元素和微量元素分析结果

Table 3. Major and trace elements data of the gabbros in Gushanping area

元素	Y1310/1	Y1310/2	Y175/226	Y172/122	Y327/21	元素	Y1310/1	Y1310/2	Y175/226	Y172/122	Y327/21
SiO₂	47.76	49.27	50.28	50.41	50.91	Be	0.47	0.26	0.41	0.27	0.64
TiO₂	0.79	0.73	0.46	0.42	1.21	Th	2.28	0.63	4.10	1.13	2.36
Al₂O₃	17.75	16.20	13.04	15.41	15.89	U	0.50	0.16	0.63	0.27	0.41
Fe₂O₃	3.98	3.31	2.89	2.02	3.43	Ba	309.94	179.26	288.37	214.54	294.80
FeO	6.80	7.02	5.28	4.88	6.52	Cr	44.69	237.19	604.90	357.71	53.40
MnO	0.20	0.18	0.15	0.15	0.21	Ni	23.02	80.57	171.50	124.00	17.80
MgO	5.91	8.16	11.57	9.16	5.78	Sr	561.76	347.89	183.54	293.61	45.00
CaO w_B/%	10.86	9.70	11.06	12.33	10.19	V	385.70	320.64	209.01	156.73	267.90
Na₂O	2.12	2.81	2.40	1.78	3.25	Sn	0.74	0.62	0.53	0.69	0.96
K₂O	0.53	0.34	0.35	0.44	0.79	La	18.46	10.39	14.33	5.11	8.34
P₂O₅	0.24	0.10	0.09	0.06	0.14	Ce w_B/10^-6	35.16	19.04	24.47	10.10	17.65
烧失量	0.10	0.36	1.56	2.15	0.72	Pr	4.50	2.69	3.28	1.55	2.71
总和	97.05	98.19	99.14	99.21	99.04	Nd	18.48	11.38	12.27	6.68	12.20
FeO^T	10.37	9.99	7.87	6.69	9.60	Sm	3.68	2.46	2.66	1.73	3.33
Mg^#	50.37	59.30	72.37	70.94	51.77	Eu	1.34	0.90	0.78	0.67	1.18
K₂O/Na₂O	0.25	0.12	0.15	0.25	0.24	Gd	3.40	2.52	2.46	1.91	3.87
K₂O+Na₂O	2.65	3.16	2.75	2.22	4.04	Tb	0.49	0.39	0.38	0.33	0.71
Sc	41.24	41.37	47.12	42.86	33.79	Dy	3.34	2.70	2.34	2.04	4.32
Co	29.27	36.38	46.11	41.28	28.14	Ho	0.63	0.52	0.46	0.46	0.88
Ga	15.10	13.55	10.29	11.38	16.85	Er	1.78	1.60	1.30	1.34	2.53
Rb	21.30	12.25	25.08	17.37	20.82	Tm	0.27	0.23	0.20	0.20	0.37
Zr	32.74	27.85	36.20	31.30	71.80	Yb	1.79	1.52	1.24	1.24	2.25
Nbw_B/10^-6	2.55	1.31	1.64	0.96	3.01	Lu	0.29	0.25	0.18	0.20	0.34
Mo	0.15	0.12	0.10	0.16	0.65	Y	15.51	12.56	12.19	11.78	20.76
Cs	2.21	2.07	6.38	3.30	3.72	ΣREE	93.62	56.58	66.35	33.56	60.69
Hf	1.70	1.10	1.30	1.10	2.00	(La/Yb)_N	7.40	4.89	8.28	2.96	2.66
Ta	0.66	0.35	0.37	0.20	0.44	δEu	1.16	1.11	0.93	1.13	1.01
W	0.86	1.16	0.59	0.43	0.82	δCe	0.95	0.88	0.88	0.88	0.91

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