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1、壳幔相互作用深部过程的壳幔相互作用深部过程的地球化学论证地球化学论证以古洋壳和陆壳俯冲以古洋壳和陆壳俯冲- -再循环为例再循环为例张本仁 欧阳建平 张宏飞 赵志丹 凌文黎一、引 言l壳幔相互作用是推动大陆发展的直接动力，壳幔相互作用是推动大陆发展的直接动力，是整个地球动力学系统的重要组成部分。是整个地球动力学系统的重要组成部分。l壳幔物质再循环是壳幔相互作用的重要表现，壳幔物质再循环是壳幔相互作用的重要表现，揭示壳幔物质再循环是探讨壳幔作用及其动揭示壳幔物质再循环是探讨壳幔作用及其动力学的必经途径。力学的必经途径。l已提出的壳幔再循环类型有：已提出的壳幔再循环类型有： 1 板块会聚带与板块会聚
2、带与B型俯冲有关的壳幔再循环；型俯冲有关的壳幔再循环； 2 岩石圈的底侵和拆沉；岩石圈的底侵和拆沉； 3 陆壳俯冲有关的超高压变质岩的形成和折返陆壳俯冲有关的超高压变质岩的形成和折返。二、秦岭商丹古会聚带洋壳俯冲与壳幔再二、秦岭商丹古会聚带洋壳俯冲与壳幔再循环论证循环论证（一）研究基础（一）研究基础： 1 会聚带共存着能代表古洋岩石圈残留的松树沟蛇绿会聚带共存着能代表古洋岩石圈残留的松树沟蛇绿岩片（构造侵位时代为岩片（构造侵位时代为983 140 Ma)与形成于洋内岛与形成于洋内岛弧的丹凤群以玄武岩为主的火山岩系（弧的丹凤群以玄武岩为主的火山岩系（984 36 Ma)，它们的岩石可提供古洋岩石
3、圈及岛弧岩浆的化学组成它们的岩石可提供古洋岩石圈及岛弧岩浆的化学组成信息，为研究设置本区域壳幔的具体约束；信息，为研究设置本区域壳幔的具体约束； 2 古洋岩石圈特征：古洋岩石圈特征： 岩石圈地幔岩石圈地幔: Y/Tb = 36.5; 206Pb/204Pb = 18.248, 207Pb/204Pb = 15.699, 208Pb/204Pb = 38.441; Nd(t) = + 7.3. 古洋壳玄武岩平均：古洋壳玄武岩平均： Y/Tb = 40 ； 206Pb/204Pb = 18.462， 207Pb/204Pb = 15.579, 208Pb/204Pb = 38.293; Nd(t)
4、 = +6.8.（二）研究现状与思路二）研究现状与思路l近代板块会聚带壳幔再循环已经有了一些研究成功的近代板块会聚带壳幔再循环已经有了一些研究成功的实例，但古会聚带壳幔再循环研究尚很少见有报道。实例，但古会聚带壳幔再循环研究尚很少见有报道。l一般论证的思路是：通过岛弧玄武岩地幔源区中有俯一般论证的思路是：通过岛弧玄武岩地幔源区中有俯冲洋壳物质，尤其洋壳上沉积物参与的揭示，来证明冲洋壳物质，尤其洋壳上沉积物参与的揭示，来证明洋壳俯冲和壳幔再循环的发生洋壳俯冲和壳幔再循环的发生；l一般采用一般采用PbPb、SrSr、NdNd同位素，尤其同位素，尤其1010BeBe同位素为指示剂，同位素为指示剂，其
5、中宇宙成因短寿命其中宇宙成因短寿命1010BeBe在近代岛弧玄武岩中的高含量，在近代岛弧玄武岩中的高含量，成为海洋沉积物被带入玄武岩地幔源区的令人信服的成为海洋沉积物被带入玄武岩地幔源区的令人信服的标记标记 。l然而，然而，1010BeBe同位素的半衰期仅为同位素的半衰期仅为1.5 1.5 m.y.,m.y.,不适用于古不适用于古俯冲作用的研究，这给此问题研究带来了难题。俯冲作用的研究，这给此问题研究带来了难题。( (三）新的示踪标记三）新的示踪标记Y/Y/TbTb比值比值l为为克克服服上上述述困困难难，我我们们考考虑虑应应用用深深海海沉沉积积物物独独有有的的低低Y/Y/TbTb比比值值（平平
6、均均1515，TurekianTurekian & & WedepohlWedepohl, , 19611961）作作为为代代替替1010BeBe的的标标志志。Y Y和和TbTb化化学学行行为为彼彼此此相相近近，在在地地幔幔岩岩石石部部分分熔熔融融过过程程中中Y/Y/TbTb比比值值不不受受熔熔融融程程度度影影响响，因因此此玄玄武武岩岩的的Y/Y/TbTb比比值值可可以以代代表表地地幔幔源源区区的的该该比值（比值（BougaultBougault et al.1980 et al.1980）。）。l基基于于洋洋壳壳沉沉积积物物与与洋洋壳壳玄玄武武岩岩比比较较，具具有有相相对对低低的的Y/Tb和
7、和NdNd(t)(t)、相相 对对 高高 的的8787SrSr/ /8686SrSr或或 SrSr(t)(t)， 以以 及及 相相 对对 高高 的的206206PbPb/ /204204PbPb、207207Pb/Pb/204204PbPb和和208208PbPb/ /204204PbPb比比值值。因因此此，玄玄武武岩岩地地幔幔源源区区中中若若有有深深海海沉沉积积物物随随俯俯冲冲洋洋壳壳的的带带入入地地幔幔源源区区，必必然然导导致致玄玄武武岩岩Y/Y/TbTb比比值值和和NdNd(t)(t)的的降降低低及及PbPb和和SrSr同同位位素素比比值值的的升升高高，并并且且随随加加入入的的沉沉积积物
8、物的的数数量量增增减减，在在玄玄武武岩岩的的Y/Tb和和NdNd(t)(t)分分别别与与PbPb和和SrSr同同位位素素比比值值之间均应呈现负相关关系之间均应呈现负相关关系。 综合上述的示踪结果应能得出较为可信的结论。综合上述的示踪结果应能得出较为可信的结论。（四）丹凤玄武岩及地幔源区的地球化学特征（四）丹凤玄武岩及地幔源区的地球化学特征（四）丹凤玄武岩及地幔源区的地球化学特征（四）丹凤玄武岩及地幔源区的地球化学特征l丹凤玄武岩显示洋内岛弧玄武岩的地球化学特征，表现为源区中丹凤玄武岩显示洋内岛弧玄武岩的地球化学特征，表现为源区中基本无陆源碎屑沉积物的混入（图基本无陆源碎屑沉积物的混入（图1），
9、以及在），以及在Ti、Nb、Ta、Zr、Hf、Th、La、Y等组成上类似洋内岛弧玄武岩（图等组成上类似洋内岛弧玄武岩（图2）。）。l丹凤玄武岩系岩石丹凤玄武岩系岩石多种组分对多种组分对DI(DI(分异指数）和分异指数）和SISI（固结指数）的固结指数）的关系，尤其关系，尤其TiTi对对MgMg含量的协变关系明显地反映出两种源区岩浆的含量的协变关系明显地反映出两种源区岩浆的演化趋势演化趋势( (图图3)3)。其中一种岩浆。其中一种岩浆( (A)A)显示相对低显示相对低TiTi的特征的特征, , 其演化其演化线线( (a)a)以此类岩石中的镁铁质岩石包体的成分为起点以此类岩石中的镁铁质岩石包体的成
10、分为起点, , 后者已被证后者已被证明属于该岩浆早期结晶岩石的碎片。另一种岩浆明属于该岩浆早期结晶岩石的碎片。另一种岩浆( (B)B)具有相对高具有相对高TiTi的特征的特征, ,其演化线其演化线( (b)b)以该类岩石中所含的镁铁质岩石包体的成分以该类岩石中所含的镁铁质岩石包体的成分为起点为起点, ,后者根据成分与结构构造特征已被鉴别为可能属于洋壳的后者根据成分与结构构造特征已被鉴别为可能属于洋壳的组成岩石组成岩石, ,但已受到岩浆熔蚀和改造的影响。但已受到岩浆熔蚀和改造的影响。lY/Y/TbTb Y Y图解判别表明（图图解判别表明（图4 4），丹凤玄武岩应具有），丹凤玄武岩应具有Y/Y/T
11、bTb值波动于值波动于36.536.5和和2929的两个岩浆源区。的两个岩浆源区。l经样品数据关系核查：丹凤玄武岩具有高经样品数据关系核查：丹凤玄武岩具有高TiTi- -低低Y/Y/TbTb比值与低比值与低TiTi- -高高Y/Y/TbTb比值两个岩浆源区。比值两个岩浆源区。图图1 丹凤群玄武丹凤群玄武岩岩Nd-Nb/Th、Nd-La/Nb和和Nd-Ba/Nb图解图解(据李曙光, 1994)基础数据引自张旗等(1995).图图2 丹凤群变玄武岩的丹凤群变玄武岩的Th/Yb-Ta/Yb图解（图解（Pearce,1983) (引自张旗等，引自张旗等，1995）DM: 亏损地幔；MORB：洋脊玄武岩
12、（N型）；OIB：洋岛玄武岩； TH：拉斑玄武岩； CAB：钙碱性玄武岩；SHO：钾玄岩。空圈为三十里铺玄武岩；黑圆点为郭家沟玄武岩；：LREE亏损型玄武岩.图图3 丹丹凤凤群群基基性性火火山山岩岩Ti/1000(10-6)对对 Mg(%)图图解解, 显显示示岩岩浆浆的的演演化化趋势趋势a: 岩岩浆浆A; b: 岩岩浆浆B; c: 混混合合岩岩浆浆C. 演演化化线线a起起点点处处的的断断线线圈圈代代表表早早期期结结晶晶岩岩石石的的包包体体; 演演化化线线b起起点点处处的的实实线线圈圈代代表表具具有有接接近近N-MORB化化学学成成分分的镁铁质岩石包体的镁铁质岩石包体.图图4 丹凤群和二郎坪群基
13、性火山岩丹凤群和二郎坪群基性火山岩Y/Tb-Y图解图解 1. 丹凤群丹凤群; 2. 二郎坪群二郎坪群. （五）玄武岩地幔源区（五）玄武岩地幔源区（五）玄武岩地幔源区（五）玄武岩地幔源区（1 1 1 1） Y/Y/Y/Y/TbTbTbTb比值示踪比值示踪比值示踪比值示踪l洋内岛弧产于洋壳之上，其上必然存在低洋内岛弧产于洋壳之上，其上必然存在低Y/Y/TbTb比值的比值的深海沉积物。深海沉积物。l低低TiTi- -高高Y/Y/TbTb的源区，由于的源区，由于Y/Y/TbTb比值波动于比值波动于36.536.5左右，左右，十分接近于商丹古洋岩石圈地幔，推测应为俯冲板片十分接近于商丹古洋岩石圈地幔，推
14、测应为俯冲板片之上地幔楔之上地幔楔。l高高TiTi- -低低Y/Y/TbTb的源区，由于的源区，由于Y/Y/TbTb比值波动于比值波动于2929左右，且左右，且这部分样品的这部分样品的Y/Y/TbTb与与PbPb同位素比值之间存在规律的反同位素比值之间存在规律的反相关关系，推测岩浆来自加入了俯冲洋壳和深海沉积相关关系，推测岩浆来自加入了俯冲洋壳和深海沉积物的地幔源区；物的地幔源区； 样号样号 10 4 2 1 3 10 4 2 1 3 Y/Y/Tb Tb 23.52 25.15 26.71 28.87 30.4223.52 25.15 26.71 28.87 30.42 206206Pb/Pb
15、/204204Pb 18.283 18.240 18.197 18.142 18.011Pb 18.283 18.240 18.197 18.142 18.011（五）源区（五）源区（五）源区（五）源区（2 2 2 2）PbPbPbPb、NdNdNdNd、SrSrSrSr同位素示踪同位素示踪同位素示踪同位素示踪l高高Y/Y/TbTb源区：样品源区：样品NdNd(t)(t)值均大于值均大于+7+7，十分接近该区岩石圈地幔，十分接近该区岩石圈地幔值（值（+7.3), +7.3), 且且PbPb同位素比值均较高，波动于岩石圈地幔岩石的同位素比值均较高，波动于岩石圈地幔岩石的PbPb同位素比值左右，与
16、同位素比值左右，与NdNd(t)(t)值缺少明显相关性（图值缺少明显相关性（图5 5）；在）；在NdNd(t) - (t) - SrSr(t)(t)图解中，这部分样品在保持图解中，这部分样品在保持NdNd(t)(t)值大于值大于+7+7的的情况下，情况下， SrSr(t) (t) 值沿水平线增长（图值沿水平线增长（图6 6），即），即SrSr(t)(t)同同NdNd(t)(t)值之间不存在相关性。值之间不存在相关性。综合表明此源区应为大洋岩石圈地幔楔，综合表明此源区应为大洋岩石圈地幔楔，玄武岩玄武岩SrSr同位素组成的变化应为海相火山岩遭受海水蚀变的结果。同位素组成的变化应为海相火山岩遭受海水
17、蚀变的结果。l低低Y/Y/TbTb源区：样品源区：样品NdNd(t)(t)值均小于值均小于+7+7，NdNd(t)(t)值与三个值与三个PbPb同位素同位素比值之间均呈明显的负相关关系（图比值之间均呈明显的负相关关系（图5 5）；）；在在NdNd(t) - (t) - SrSr(t)(t)图图解中（图解中（图6 6）样品点则沿着水平的海水蚀变线与岛弧玄武岩和沉积）样品点则沿着水平的海水蚀变线与岛弧玄武岩和沉积物混合线构成的夹角的近平分线分布物混合线构成的夹角的近平分线分布, , 并且样品的并且样品的NdNd(t)(t)值和值和SrSr(t)(t)值之间显示出很清楚的负相关关系。这进一步支持了形
18、成值之间显示出很清楚的负相关关系。这进一步支持了形成这部分玄武岩的岩浆这部分玄武岩的岩浆, , 应来自有相当数量俯冲洋壳和深海沉积物应来自有相当数量俯冲洋壳和深海沉积物质加入的地幔源区质加入的地幔源区, , 只是由于这部分玄武岩的只是由于这部分玄武岩的SrSr同位素组成受到同位素组成受到沉积物加入和海水蚀变的双重影响沉积物加入和海水蚀变的双重影响, , 以至岩石的以至岩石的NdNd(t)(t)值和值和SrSr(t)(t)值之间的变异趋势线既未沿海水蚀变线、也未沿沉积物影值之间的变异趋势线既未沿海水蚀变线、也未沿沉积物影响线响线, , 而沿两者夹角的近平分线而沿两者夹角的近平分线( (代表两种作
19、用的共同效应代表两种作用的共同效应) )演变。演变。图图 5 丹凤群变玄武岩丹凤群变玄武岩Nd(t)对对206Pb/204Pb、207Pb/204Pb 和和208Pb/204Pb图解图解图图 6 丹凤群变玄武岩丹凤群变玄武岩Nd(t)-Sr(t)图解图解（六）结论（六）结论l 丹凤岛弧玄武岩至少有一个地幔源区被确证有俯冲洋丹凤岛弧玄武岩至少有一个地幔源区被确证有俯冲洋壳和深海沉积物质的卷入，可以证明秦岭商丹古会聚壳和深海沉积物质的卷入，可以证明秦岭商丹古会聚带曾发生过洋壳的俯冲，丹凤玄武岩应为与俯冲消减带曾发生过洋壳的俯冲，丹凤玄武岩应为与俯冲消减作用有关的岩浆作用的产物，是壳幔再循环的表现。
20、作用有关的岩浆作用的产物，是壳幔再循环的表现。l丹凤玄武岩所显示的自南而北的成分极性应能指示，丹凤玄武岩所显示的自南而北的成分极性应能指示，洋壳是向北俯冲于北秦岭岩石圈之下的。洋壳是向北俯冲于北秦岭岩石圈之下的。l弧后盆地中的二郎平群玄武岩同样显示岩浆来自弧后盆地中的二郎平群玄武岩同样显示岩浆来自Y/Tb高、低不同的两个源区（图高、低不同的两个源区（图4），表明洋壳俯冲消减作），表明洋壳俯冲消减作用的影响已波及到弧后地区。用的影响已波及到弧后地区。三、秦岭大别造山带陆壳深俯冲的三、秦岭大别造山带陆壳深俯冲的地球化学论证地球化学论证（一）问题的提出一）问题的提出l大别碰撞造山期间陆壳深俯冲是基于
21、所出露的超高压大别碰撞造山期间陆壳深俯冲是基于所出露的超高压变质岩，尤其含柯石英和金刚石微粒的榴辉岩而推定变质岩，尤其含柯石英和金刚石微粒的榴辉岩而推定的，并未涉及陆壳深俯冲的直接证据。的，并未涉及陆壳深俯冲的直接证据。l在大别地区关于超高压变质岩的原始岩层最可能为扬在大别地区关于超高压变质岩的原始岩层最可能为扬子北缘新元古代双模式火山子北缘新元古代双模式火山- -沉积岩系的认识，也只是沉积岩系的认识，也只是根据变质岩研究提出的推测，并无与扬子地壳岩层对根据变质岩研究提出的推测，并无与扬子地壳岩层对比的可靠证据。比的可靠证据。 这些均造成陆壳深俯冲及超高压变质岩形成和折返这些均造成陆壳深俯冲及
22、超高压变质岩形成和折返边界条件的不确定性，不利于争论的消除。边界条件的不确定性，不利于争论的消除。（二）研究设想（二）研究设想 秦岭秦岭- -大别本是统一造山带，但在碰撞造山后，两大别本是统一造山带，但在碰撞造山后，两地段经历了不同的抬升剥蚀，致使大别地区出露的是地段经历了不同的抬升剥蚀，致使大别地区出露的是造山带的深部或根部截面，相当扬子北缘（南秦岭）造山带的深部或根部截面，相当扬子北缘（南秦岭）的震旦系的震旦系- -显生宙盖层（上地壳）在造山带主体部分已显生宙盖层（上地壳）在造山带主体部分已剥蚀殆尽，大量超高压变质岩石见于地表；东秦岭地剥蚀殆尽，大量超高压变质岩石见于地表；东秦岭地区见到的
23、是造山带中深截面区见到的是造山带中深截面，这里中深部和浅部地质这里中深部和浅部地质构造层次交互出现。构造层次交互出现。 基于这种难得的地质条件，我们设想对该造山带基于这种难得的地质条件，我们设想对该造山带不同深度截面进行综合对比研究，以期获得陆壳俯冲不同深度截面进行综合对比研究，以期获得陆壳俯冲深、浅部特征的全貌，充实和提高俯冲岩层及俯冲边深、浅部特征的全貌，充实和提高俯冲岩层及俯冲边界条件的信息与确定性，为碰撞造山和陆壳深俯冲过界条件的信息与确定性，为碰撞造山和陆壳深俯冲过程研究提供依据。这里仅侧重陆壳深俯冲的研究。程研究提供依据。这里仅侧重陆壳深俯冲的研究。（三）东秦岭陆壳深俯冲论证的构思
24、三）东秦岭陆壳深俯冲论证的构思l地表地质观察及地球物理测深成果分析地表地质观察及地球物理测深成果分析,提出了印支期提出了印支期陆陆碰撞造山晚期曾发生扬子板块北缘（南秦岭）陆陆碰撞造山晚期曾发生扬子板块北缘（南秦岭）陆壳基底俯冲叠置于北秦岭上部地壳之下的推断。显陆壳基底俯冲叠置于北秦岭上部地壳之下的推断。显然这种推断尚需直接证据的支持。然这种推断尚需直接证据的支持。分分布布于于南南、北北秦秦岭岭的的印印支支期期碰碰撞撞型型花花岗岗岩岩类类，为为通通过过岩浆源区示踪解决这一问题，提供了基础。岩浆源区示踪解决这一问题，提供了基础。北北秦秦岭岭印印支支期期碰碰撞撞型型花花岗岗岩岩类类( (蟒蟒岭岭、翠
25、翠华华山山、宝宝鸡鸡岩岩体体) )长长石石的的铅铅同同位位素素比比值值显显著著低低于于该该单单元元中中的的新新元元古古代代和和早早古古生生代代花花岗岗岩岩类类的的长长石石铅铅( (表表1)1)。这这种种违违反反地地壳壳铅铅同同位位素素系系统统正正常常演演化化规规律律的的现现象象, , 强强烈烈地地暗暗示示作作为为花花岗岗质质岩岩浆浆源源区区的的北北秦秦岭岭深深部部地地壳壳在在印印支支期期可可能能发发生生了了变变化化。这这启启发发我我们们产产生生了了如如下下研研究究构构想想，即即试试图图通通过过证证明明北北秦秦岭岭碰碰撞撞型型花花岗岗岩岩类类是是否否是是以以南南秦秦岭岭地地壳壳基基底底为为源源的
26、的途途径径, , 来来证证明明南南秦秦岭岭地地壳壳基基底底是是否否俯俯冲冲叠叠置置北北秦岭上地壳之下。秦岭上地壳之下。表表1 1 南秦岭和北秦岭花岗岩长石和有关岩石南秦岭和北秦岭花岗岩长石和有关岩石PbPb同位素组成同位素组成 年代与岩石类型年代与岩石类型 样品数样品数 206206PbPb/ /204204Pb Pb 207207PbPb/ /204204Pb Pb 208208PbPb/ /204204PbPb北秦岭北秦岭新元古和早古生代岛弧花岗岩新元古和早古生代岛弧花岗岩 12 18.234 15.578 38.172 12 18.234 15.578 38.172晚海西晚海西- -印支
27、碰撞型花岗岩印支碰撞型花岗岩 8 17.617 15.442 37.658 8 17.617 15.442 37.658燕山期花岗岩燕山期花岗岩 4 17.853 15.537 38.193 4 17.853 15.537 38.193元古宙基底岩石元古宙基底岩石 38 18.352 15.580 38.366 38 18.352 15.580 38.366南秦岭南秦岭新元古代花岗岩新元古代花岗岩 3 17.330 15.449 37.446 3 17.330 15.449 37.446早古生代花岗岩早古生代花岗岩 3 17.489 15.441 37.408 3 17.489 15.441
28、37.408印支期碰撞型花岗岩印支期碰撞型花岗岩 22 17.737 15.486 37.701 22 17.737 15.486 37.701元古宙基底岩石元古宙基底岩石 23 17.823 15.486 38.319 23 17.823 15.486 38.319耀岭河群玄武岩耀岭河群玄武岩 11 17.776 15.471 38.407 11 17.776 15.471 38.407注：花岗岩测定的样品全部为长石；基底岩石为全岩样品。注：花岗岩测定的样品全部为长石；基底岩石为全岩样品。（四）北秦岭碰撞型花岗岩以南秦岭基底四）北秦岭碰撞型花岗岩以南秦岭基底岩层为源的地球化学证据岩层为源的地
29、球化学证据1 北秦岭碰撞型花岗岩在北秦岭碰撞型花岗岩在Pb同位素组成上基本与南秦岭同位素组成上基本与南秦岭碰撞型花岗岩和元古宙基底岩层，尤其耀岭河群火碰撞型花岗岩和元古宙基底岩层，尤其耀岭河群火山岩系相似，而与北秦岭元古宙基底岩层不同（表山岩系相似，而与北秦岭元古宙基底岩层不同（表1）；）；2 南、北秦岭碰撞型花岗岩的南、北秦岭碰撞型花岗岩的Nd同位素组成和演化范围同位素组成和演化范围基本与南秦岭耀岭河群变玄武岩基本与南秦岭耀岭河群变玄武岩Nd同位素组成一致同位素组成一致或重叠（图或重叠（图7）；）；3 在在NdNd(t)- (t)- SrSr(t)(t)图解图解( (t=200 Ma)t=2
30、00 Ma)南、北秦岭碰撞型南、北秦岭碰撞型花岗岩（除受上覆岩层明显污染的岩体）均接近耀花岗岩（除受上覆岩层明显污染的岩体）均接近耀岭河群变玄武岩的平均成分点（图岭河群变玄武岩的平均成分点（图8 8）；）；图图7 南、北秦岭晚华力西南、北秦岭晚华力西-印支期花岗岩类及有印支期花岗岩类及有关基底岩石关基底岩石Nd -t (Ga)图解图解 1.北秦岭晚海西-印支期花岗岩类; 2.南秦岭印支期花岗岩类; 3.耀岭河群变玄武岩; 4.佛坪群片麻岩; 5.鱼洞子群片麻岩. 图图8 8 南、北秦岭晚华力西南、北秦岭晚华力西- -印支期花岗岩类及有关基底岩石印支期花岗岩类及有关基底岩石NdNd(t)- (t
31、)- SrSr(t)(t)图解图解( (t=200 Ma)t=200 Ma)岩体名称代号: 北秦岭(NQ)ML-蟒岭, BJ-宝鸡, CH-翠华山; 南秦岭(SQ)DJK-东江口, XH- 小河口, YZ-胭脂坝, LC-老城, DH-东河台子, WL-五龙, HY-华阳, XB-西坝, LB-留坝, GTS-光头山. 大倒黑三角(YLH): 耀岭河群变玄武岩平均成分; 大正黑三角(YDZ): 鱼洞子群变质杂岩平均成分; 大空心菱形(FP): 佛坪群片麻岩平均成分. 2.右上角小插图为南秦岭印支期花岗岩类投点区的放大, 表示花岗岩类的Nd(t)值和Sr(t)值随岩体侵位的位置自东而西的变化。4
32、 4 微量元素的证据微量元素的证据 南南、北北秦秦岭岭碰碰撞撞型型花花岗岗岩岩类类还还一一致致显显示示出出较较高高的的NbNb/Th/Th、NbNb/La/La、NbNb/U/U、NbNb/ /PbPb、BaBa/Th/Th、BaBa/U/U和和BaBa/ /PbPb比比值值及及较较低低的的U U和和ThTh含含量量, , 而而不不同同于于北北秦秦岭岭的的新新元元古古代代和和早早古古生生代代花花岗岗岩岩类类, , 并并且且这这种种差差别别同同南南、北北秦秦岭岭元元古古宙宙基基底底变变基基性性火火山山岩岩平平均均成成分分的的差差别别正正好好是是一一致致的的( (图图9 9和和表表2)2)。这这同
33、同样样表表明明南南秦秦岭岭的的基基底底岩岩层层应应为为南南、北北秦秦岭岭晚晚海海西西- -印印支支期期晚晚碰碰撞撞型型花花岗岗岩岩类类岩岩浆浆的共同源区。的共同源区。 表2 北秦岭(NQ)和南秦岭(SQ)元古宙基底变玄武岩的地球化学特征图图9 南、北秦岭花岗南、北秦岭花岗岩类微量元素比值岩类微量元素比值-含含量图解量图解1 北秦岭新元古代和早古生代花岗岩类; 2 北秦岭晚海西印支期花岗岩类; 3 南秦岭印支期花岗岩类.5 5 秦岭群变质相和隆升证据秦岭群变质相和隆升证据 秦岭群为北秦岭出露的古元古代最老结晶基底，岩石变质主体秦岭群为北秦岭出露的古元古代最老结晶基底，岩石变质主体达角闪岩相，局部
34、达麻粒岩相，变质温压条件研究证明该变质核达角闪岩相，局部达麻粒岩相，变质温压条件研究证明该变质核杂岩形成深度为杂岩形成深度为26 26 kmkm（游振东等，游振东等，19911991）, ,鉴于秦岭群已成为现鉴于秦岭群已成为现今上地壳的主要组成，表明该变质岩层形成后已由原中地壳底部今上地壳的主要组成，表明该变质岩层形成后已由原中地壳底部或下地壳上部被抬升到上地壳。或下地壳上部被抬升到上地壳。 这种大幅度抬升应与碰撞造山期间陆壳深俯冲，南秦岭基底叠这种大幅度抬升应与碰撞造山期间陆壳深俯冲，南秦岭基底叠置于其下有关。置于其下有关。 结论：结论：北秦岭碰撞型花岗岩以南秦岭基底岩层为源的确定，为北秦岭
35、碰撞型花岗岩以南秦岭基底岩层为源的确定，为碰撞造山期间曾发生扬子板块北缘基底岩层深俯冲叠置于北秦岭碰撞造山期间曾发生扬子板块北缘基底岩层深俯冲叠置于北秦岭之下的推断提供了重要证据，表明陆壳深俯冲之下的推断提供了重要证据，表明陆壳深俯冲在莫霍面之上的地在莫霍面之上的地壳范围内表现特征为，造成地壳结构的重大改变，使俯冲盘基底壳范围内表现特征为，造成地壳结构的重大改变，使俯冲盘基底成为仰冲盘中成为仰冲盘中- -下地壳组成，以及仰冲盘中原中下地壳岩层抬升为下地壳组成，以及仰冲盘中原中下地壳岩层抬升为现今上地壳组成。现今上地壳组成。东秦岭地质构造研究还表明，东秦岭地质构造研究还表明，（1 1）陆壳的深俯
36、）陆壳的深俯冲是滑脱性的，南秦岭基底不整合面以上的震旦纪冲是滑脱性的，南秦岭基底不整合面以上的震旦纪- -显生宙盖层并显生宙盖层并未卷入俯冲体系；未卷入俯冲体系；（2 2）南秦岭碰撞型花岗岩多数侵位于泥盆系盖）南秦岭碰撞型花岗岩多数侵位于泥盆系盖层中，因此它们在南北大别应被剥蚀而未能保存层中，因此它们在南北大别应被剥蚀而未能保存。（五）大别超高压变质单元原岩对比研究五）大别超高压变质单元原岩对比研究1 1 问题的提出问题的提出l在大别地区，如能证明超高压变质单元原岩是否相当在大别地区，如能证明超高压变质单元原岩是否相当秦岭俯冲陆壳单元中的某一岩层，则可将两地区的陆秦岭俯冲陆壳单元中的某一岩层，
37、则可将两地区的陆壳深俯冲遗迹联系起来揭示其总体运动和特征。壳深俯冲遗迹联系起来揭示其总体运动和特征。l已有资料初步揭示，大别超高压变质单元的原始岩层已有资料初步揭示，大别超高压变质单元的原始岩层极可能同南秦岭耀岭河群变火山极可能同南秦岭耀岭河群变火山-沉积岩系相对比。沉积岩系相对比。2 2 初步依据初步依据 (1)(1)大别超高压变质单元由含柯石英或金刚石微粒的榴大别超高压变质单元由含柯石英或金刚石微粒的榴辉岩、长英质片麻岩（以正片麻岩为主）、硬玉石英辉岩、长英质片麻岩（以正片麻岩为主）、硬玉石英岩和大理岩等组成。经研究，其原岩组合类似于双模岩和大理岩等组成。经研究，其原岩组合类似于双模式火山
38、式火山- -沉积岩系，形成于新元古代，这点与耀岭河群沉积岩系，形成于新元古代，这点与耀岭河群的形成时代和岩石组成是吻合的的形成时代和岩石组成是吻合的。2 2 2 2 依据（续依据（续依据（续依据（续）(2) (2) 超高压榴辉岩与耀岭河群变玄武岩具有相似的超高压榴辉岩与耀岭河群变玄武岩具有相似的PbPb同位素组成：同位素组成： 岩石类型岩石类型 样品数样品数 206206PbPb/ /204204Pb Pb 207207PbPb/ /204204Pb Pb 208208PbPb/ /204204Pb Pb 206206PbPb/ /208208PbPb UHP UHP变质岩变质岩 17 17.
39、830 15.482 38.239 0.4663 17 17.830 15.482 38.239 0.4663 YLHYLH火山岩火山岩 16 17.858 15.481 38.569 0.4629 16 17.858 15.481 38.569 0.4629(3) (3) 超高压榴辉岩与耀岭河群变玄武岩的原始地幔标准化微量元素超高压榴辉岩与耀岭河群变玄武岩的原始地幔标准化微量元素组成模式基本相似（图组成模式基本相似（图1010、1111）；）；（4 4）两者的）两者的NdNd同位素模式年龄同位素模式年龄( (二阶段二阶段) )也是可以对比的，分别平均也是可以对比的，分别平均为：为：1.10
40、1.10 GaGa和和 1.13 1.13 GaGa（5 5）在南秦岭耀岭河群是卷入俯冲体系的最上部岩层，其下伏有中）在南秦岭耀岭河群是卷入俯冲体系的最上部岩层，其下伏有中元古代过渡基底岩层和古元古代结晶基底岩层。大别地区，以折元古代过渡基底岩层和古元古代结晶基底岩层。大别地区，以折离面为界垫于离面为界垫于UHPUHP变质岩层之下的为大别核杂岩，后者由古元古代变质岩层之下的为大别核杂岩，后者由古元古代和中元古代变质表壳岩（片麻岩为主、次为斜长角闪岩）（图和中元古代变质表壳岩（片麻岩为主、次为斜长角闪岩）（图1212）和其中侵入体变质形成的灰色片麻岩（所获原岩同位素年龄）和其中侵入体变质形成的灰
41、色片麻岩（所获原岩同位素年龄集中于新元古代）组成，变质达角闪岩相，伴有基性麻粒岩。集中于新元古代）组成，变质达角闪岩相，伴有基性麻粒岩。因因此此 UHPUHP变质岩在地壳中所处层位或结构位置也与耀岭河群相当。变质岩在地壳中所处层位或结构位置也与耀岭河群相当。图图10 10 大别大别UHPUHP榴辉岩原始地幔标准化微量元素组成模式榴辉岩原始地幔标准化微量元素组成模式图图11 南秦岭耀岭河群酸性火山岩（上）和基性火山岩（下）南秦岭耀岭河群酸性火山岩（上）和基性火山岩（下）原始地幔标准化微量元素组成模式原始地幔标准化微量元素组成模式图图12 大别杂岩中斜长角闪岩大别杂岩中斜长角闪岩Sm-Nd等时线年
42、龄等时线年龄（TDM）a. Nd模式年龄介于1442 1570 Ma,平均值为1506 Ma的样品;b. Nd模式年龄介于2102 2401 Ma,平均值为2199 Ma的样品.3 3 讨论和初步认识讨论和初步认识（1 1）上述五方面对比结果初步表明，超高压变质岩的原始岩层应相上述五方面对比结果初步表明，超高压变质岩的原始岩层应相当以玄武岩为主的耀岭河群双模式变火山当以玄武岩为主的耀岭河群双模式变火山- -沉积岩系，沉积岩系，存在的问题存在的问题为为UHPUHP榴辉岩与耀岭河变玄武岩在榴辉岩与耀岭河变玄武岩在NdNd(t)(t)值差异显著（分别介于值差异显著（分别介于- -6 6 至至 -20
43、 -20 和和+2.4 +2.4 至至 +5.2 +5.2 ），），这是否是由于超高压变质过程中这是否是由于超高压变质过程中SmSm- -NdNd同位素系统发生重置所致，尚待研究。同位素系统发生重置所致，尚待研究。（2 2）大别核杂岩变质最高达麻粒岩相，无遭受超高压变质痕迹，虽）大别核杂岩变质最高达麻粒岩相，无遭受超高压变质痕迹，虽然核杂岩的原岩层也发生过俯冲或埋深加大过程（使原中元古代然核杂岩的原岩层也发生过俯冲或埋深加大过程（使原中元古代过渡基底岩层发生角闪岩相变质），过渡基底岩层发生角闪岩相变质），但毕竟未经历但毕竟未经历UHPUHP相变质。这相变质。这表明发生表明发生UHPUHP变质的
44、岩层在深俯冲时与下上岩层均呈折离关系，并变质的岩层在深俯冲时与下上岩层均呈折离关系，并且是单独俯冲到地幔深度。且是单独俯冲到地幔深度。因此，研究陆壳俯冲、因此，研究陆壳俯冲、 UHPUHP变质岩形变质岩形成和折返时，必须顾及这一方面的约束。成和折返时，必须顾及这一方面的约束。（3 3）如果）如果UHPUHP变质岩由耀岭河群火山变质岩由耀岭河群火山- -沉积岩系变质形成最终能被确沉积岩系变质形成最终能被确证，则在秦岭所证明的陆壳俯冲，就自然与大别根据证，则在秦岭所证明的陆壳俯冲，就自然与大别根据UHPUHP变质岩而变质岩而推断的陆壳俯冲深达地幔、发生推断的陆壳俯冲深达地幔、发生UHPUHP变质后，又部分折返是同一事变质后，又部分折返是同一事件，只是在大别所见到的是造山带深部截面中的陆壳深俯冲的表件，只是在大别所见到的是造山带深部截面中的陆壳深俯冲的表现和特征。现和特征。谢谢 谢谢 ！
