南秦岭中—新元古代关键地质事件

南秦岭主要地质组成及构造演化~

南秦岭（图2-1）作为秦岭造山带的重要组成部分，与秦岭主体造山带一样，经历了漫长的历史和复杂的演化。已有的较多研究结果表明（张国伟等，1994，1997，2000；张宗清等，2002；董云鹏等，2002；杜远生等，1997），现今的南秦岭主要经历了四个大的演化阶段。其中新太古—古元古代结晶基底和中元古代火山岩过渡基底是南秦岭地质演化的基础；新元古代火山-沉积建造是由火山盆地向现代板块构造体制转换过程的物质表现；震旦纪—早古生代形成统一扬子板块北缘的沉积盖层；海西期勉略-石泉构造蛇绿岩残片的存在表明秦岭曾从扬子板块分离而形成一独立的小板块；印支期俯冲型花岗岩带与蛇绿岩带平行展布，标志着南秦岭板块构造体制的结束；燕山多期陆内巨大的向南推覆构造造就了南秦岭构造岩片系统、勉略-石泉巨大构造混杂岩带和巴山推覆构造前锋带三大构造单元的构造格局。

图2-1 陕西南秦岭构造地质略图

（据陕西省区域重力成果报告，1996）
1—商丹缝合带；2—饶峰-麻流坝-钟宝缝合带；3—区域性大断裂；4—华北地块；5—秦岭地块；6—扬子地块；7—结晶基底出露区；8—过渡基底出露区；9—加里东陆内裂谷带
一、基底形成阶段
（一）新太古代—古元古代结晶基底形成阶段
该结晶基底包括后河群、三花石群、鱼洞子群及铁佛店、龙草坪片麻岩等。同位素年龄集中在30亿～25亿年和23亿～18亿年，分别属于新太古代和古元古代。各岩群呈大小不同的构造岩块（岩片）、夹块等残存状态以构造裹挟形式分散孤零地夹持于南秦岭构造带中，都经历了多期构造变形变质。原岩既有以火山-沉积岩系为主体的活动性碎屑岩建造，也有古老的侵入体经多期变形变质。不同岩群在地球化学上的显著差异，说明其分属于不同的地球化学省。然而都经历了20亿～17亿年左右的一次克拉通化作用，有地幔物质的大量加入和地壳结构的重大调整（董云鹏等，2002）。
（二）中元古代浅变质火山岩过渡基底
该基底是以火山岩为主体、绿片岩相变质为特点的强变形构造-岩石地层组合，包括陨西群和跃岭河群的一部分、三花石群大部、西乡群、火地哑群麻窝子组和上两组、大安岩群、陈家坝岩群等地层。不同地带的岩石组合虽不同，但共同的特点是同位素年龄主要集中在10亿～16亿年，个别早于18亿年，部分可能延续到7亿～8亿年。火山岩主要为大陆边缘性非典型双峰式火山岩建造。火山岩形成的构造环境从早到晚表现为由大陆裂谷—大洋盆地—陆缘火山岩演化的特点。
二、新元古代—早古生代扬子板块北缘火山-沉积岩建造
（一）新元古代火山-沉积岩组合
主要分布有勉略宁碧口岩群火山岩—火山沉积岩、汉南火山岩—火山沉积岩及跃岭河群火山岩—火山沉积岩及武当基性岩墙。这些火山岩的大量发育表明：晚古生代在南秦岭曾存在着广泛的火山活动。据董云鹏（2002）等系统研究，火山岩的岩石成分特征显示出与中元古代火山岩化学成分的明显不同，耀岭河群在不同地区岩性的变化较大，武当地区以基性火山岩为主的耀岭河群，其与下伏武当群或郧西群不整合接触，显示两者不是连续岩浆演化产物。基性火山岩富集Ba、Rb、Th、La、Ce，轻微亏损Nb、Ta，类似于大陆拉斑玄武岩，全岩Sm-Nd等时年龄分别为1019ma±81ma，εNd（t）＝＋5.8，806Ma±37ma，εNd（t）＝＋3.7，711ma±31ma，εNd（t）＝＋2.1；锆石U-Pb年龄796Ma±162ma和730ma左右。显然，耀岭河群火山岩主体形成于新元古代，同位素组成以143Nd/144Nd相对稳定、87Sr/86Sr变化范围大，以及δ18O值高且变化大为特征，显示存在陆壳混染作用，无疑是形成于陆内扩张环境中，但与南秦岭其他中新元古代火山岩具有明显的差别。耀岭河群基性火山岩具有类似南秦岭的高Pb同位素比值特征，但以明显低的εNd（t）区别于南秦岭中元古代火山岩，显示其源区性质存在显著差异。地质、元素和同位素地球化学研究揭示，耀岭河群火山岩与武当岩群中的基性岩墙群具有类似的地球化学组成，可能是同源异相的岩浆活动产物。武当地区的基性岩墙群主要由绿片岩相-低角闪岩相变质的辉绿岩和辉长岩组成，全岩 Sm-Nd 等时年龄782ma±164ma，εNd（t）＝＋1.5，辉石Ar-Ar年龄750ma±4ma，表明岩墙形成于8亿年左右的伸展地球动力学背景下。它以稳定的δ18O值（7.1‰～7.8‰）和相对变化大的87Sr/86Sr初始值为特征，143Nd/144Nd和87Sr/86Sr初始值分别为0.5115～0.5119和0.703～0.706，尤其是明显的低Pb同位素比值，指示岩浆源区是由亏损地幔与第I类富集地幔（EMI）混合而成的，反映了一次可能的板内地幔柱构造活动。新元古代，南秦岭由中元古代长期的伸展扩张裂谷构造逐步转化为以耀岭河基性火山岩和武当岩墙群为代表的特殊地球动力学背景，地幔源区明显以低εNd（t）和Pb同位素比值为特征，并区别于南秦岭中元古代岩浆源区的地球化学特征。耀岭河基性火山岩和武当岩墙群具有相同的时空演化特点，前者呈面状分布，属大陆拉斑玄武岩系列，后者则为共生的高位基性侵入体。近年来的研究表明，基性岩墙群是在大陆岩石圈伸展背景下，由来自岩石圈地幔或软流圈的岩浆上涌侵入地壳上部形成的，常常与地幔柱活动有关。野外地质填图表明，南秦岭基性岩墙群只侵入于武当群、郧西群和随县群中，而在其他前寒武纪地质体中不存在，显示特殊的形成区域和构造背景。综合地质、地球化学、年代学研究，推断武当基性岩墙群及共生的耀岭河群基性火山岩可能生成于南秦岭8亿年左右的小型地幔柱。
（二）震旦纪—早寒武世扬子北缘碎屑-碳酸盐岩建造
自晋宁运动以来，南秦岭归属于统一的扬子板块北部边缘，发育了震旦系与下寒武统。南沱组和陡山沱组碎屑岩普遍不整合于下伏不同地层或岩体之上，上部普遍夹欠补偿沉积的硅质岩、薄层灰岩或磷、锰、菱铁矿层。灯影组白云岩、灰岩覆盖全区。下寒武统下部在不同地带称谓各异，名称不同反映了岩性上的微小差异，但总体上为一套硅质岩、碎屑状碳酸盐岩或薄层状灰岩夹泥质岩，由南向北有沉积环境水体由浅而深变化。其时代与构造环境在勉略-石泉构造带无明显差异，为扬子北缘一套稳定的盖层沉积。
三、勉略-石泉海槽演化阶段
加里东运动使统一的扬子板块从北缘发生裂解，逐渐进入勉略-石泉海槽演化时期（张国伟等，1997）。该海槽的演化可分为三个阶段：一是加里东差异性升降阶段；二是勉略-石泉海槽形成阶段，即南秦岭微板块从扬子地台的游离；三是海槽闭合，板块碰撞造山阶段。图2-2（张国伟等，1997）反映了秦岭构造演化过程中南秦岭微板块从游离到板块碰撞造山阶段的完整过程。
四、陆内造山演化阶段
印支期的海槽闭合结束了南秦岭的板块构造演化历史。但板块运动机制并未完全终止，而是紧接着发生了大规模的陆内造山作用。这种陆内造山作用在南秦岭主要表现在以下几个方面：①形成了由北向南的巨大逆掩推覆构造，造就了南秦岭的构造-岩片系统，并伴随低绿片岩相变质作用，本次构造事件主要发生于燕山早期；②第二期的高角度由北向南逆冲推覆运动伴随扬子地块北缘不同块体差异性向北运动形成巴山弧形弯曲，从而造就了勉略-石泉构造带晚期西部的左旋走滑与东部右旋斜冲的构造现象（张国伟等，1997）。

图2-2 秦岭造山带构造演化图

（据张国伟等，1997）

南秦岭区位于北秦岭区之南，商丹断裂带和勉略断裂带之间区域。在秦岭造山带研究中，这一区域也经常被称为“秦岭微板块”（张国伟等，1995b）。出露该区域地层齐全、发育良好。
太古宇鱼洞子群变质岩出露于本区西南略阳鱼洞子一带，主要由斜长角闪岩、浅粒岩组成，夹磁铁石英岩，是一套变质火山-沉积岩系。岩石可能形成于中太古代。变质岩锆英石U-Pb年龄2655±27Ma（秦克令等，1990），全岩样品Sm-Nd等时年龄2688±100（2σ）Ma，INd=0.509128±72（2σ），MSWD 3.6。相应εNd（t）=-0.4。Nd模式年龄tDM3017±39Ma（张宗清等，2001a、2002b）。近年还发现，该区陕西佛坪-商南-河南西峡瓦屋场一线也可能存在或曾经存在过太古宙岩块。商南湘河楼房沟斜长角闪岩-浅粒岩锆英石SHRIMP U-Pb年龄≥2488±8Ma（张宗清等，2005b），全岩Sm-Nd等时年龄2518±81Ma，INd=0.509183±9（2σ），相应εNd（t）=-3.7。Nd模式年龄tDM3141±131（σ）Ma。西峡瓦屋场陡岭群中透辉变粒岩块Nd模式年龄tDM2673±88（σ）Ma，SHRIMP锆英石207Pb/206Pb年龄2652±3Ma（张寿广等，2004）。佛坪变质岩中存在SHRIMP207Pb/206Pb年龄老至2745±20Ma锆英石（张宗清等，2004）。
区域元古宙、显生宙地层发育。元古宙地层为火山-沉积岩系，年龄中、新元古代。显生宙地层，寒武系至二叠系均有出露，其中志留系和泥盆系最为发育，出露面积大，主要由砂岩、片岩和灰岩组成。
南秦岭区域中生代地层分布局限，仅佛坪以西凤州盆地有出露。
南秦岭南缘勉略构造带显生宙地层中夹有大量变质镁铁质火山岩块，具岛弧火山岩-蛇绿岩性质，过去认为形成于泥盆纪-石炭纪。新获得的同位素年代学资料，没有被证实。

南秦岭虽有新太古界鱼洞子岩群的分布，但出露面积太小，难以揭示新太古代地壳演化的基本特征。然而，区内中—新元古代地层却保留了重要的地质信息，现在予以进一步分析。

一、新元古代初期大陆边缘火山弧

南秦岭地区武当群和耀岭河群中的一部分属于新元古代早期火山岩系，它们的地球化学特征指示该火山岩系形成于大陆边缘火山弧的构造环境。凌文黎等（2002）通过对武当群火山岩系的详细研究后，指出武当群属钙碱性火山岩系的总体特征，无论是基性，抑或酸性火山岩显示出显著的Nb、Ta和Ti的负异常，表现出与岛弧火山岩类似的特征。这套新元古代早期岛弧火山岩与陕西镇安磨沟峡火山岩及扬子陆台西北缘西乡群火山岩在层位、地球化学特征及钕同位素特征上均可对比。西乡群下部白勉峡组锆石U-Pb年龄为（946±18）Ma；上部孙家河组为（904±18）Ma，因此，凌文黎等提出，现在的南秦岭和扬子陆块曾属同一个大陆板块，且新元古代初期弧火山岩系的发育暗示有来自该区以北洋壳俯冲作用的存在，本书作者赞同凌文黎等的分析和看法。

二、新元古代中期大陆裂解火山岩

南秦岭耀岭河群火山岩的另一部分是新元古代中期大陆裂解的产物，火山岩地球化学特征显示板内火山作用的特征。其中亲石大离子元素含量明显高于武当群，且无Nb和Ta的异常，表现出大陆裂谷火山岩的基本特征。夏林圻等（1996）主要从两方面阐述了耀岭河群形成于大陆裂解背景的证据：第一，火山岩系的自然共生组合显示双峰式的特点；第二，基性火山岩地球化学特征与大陆板内火山岩相似，富Ba、Th、Rb、La和Ce，低富集Nb和Ta，与岛弧及洋岛玄武岩明显有别。

与耀岭河群形成时代和构造背景相似的火山岩地层还有碧口群及汉南铁船山组。最新同位素年代学研究结果表明，这些火山岩U-Pb同位素年龄集中在南华纪的时限范围内，例如碧口群玄武岩SHRIMP法的U-Pb年龄为（790±15）Ma和（776±13）Ma（闫全人等，2003），TIMS法U-Pb年龄为（737.3±2.4）Ma（待发表）；耀岭河群TIMS法U-Pb年龄分别为（808.1±5.7）Ma（陕西石泉水库附近）和（744.1±4.4）Ma（河南西峡南）。这些年龄数据与扬子克拉通南华系南沱组之下火山岩的同位素年龄完全吻合（王剑，2000），并共同处在同一裂解的构造环境之中。

三、新元古代中期侵入杂岩

河南淅川以北陡岭岩群分布区范围内及邻区已鉴别出一系列花岗质-闪长质侵入体，尽管它们具有不同的岩性和地球化学特征，但空间分布上很接近，形成的时代几乎相同，应形成于同一构造背景之中。我们将这些南华纪形成的侵入体统称为“陡岭侵入杂岩”，包括前人所称的“三坪沟、甘沟、上张营岩体”及吐雾山A型花岗岩等，其形成时代集中于730～710Ma之间。

1.老君殿含暗色微粒包体的花岗闪长岩-石英闪长岩

老君殿岩体出露于河南淅川以北老君殿一带，侵入于陡岭岩群中，岩石呈块状构造，未遭受明显变形作用的叠加改造。岩石主体具中粒结构。该岩体的一个显著特征是其中含有大量暗色基性包体，这些包体可呈浑圆状、不规则状或条带状，与寄主岩矿物组成常呈过渡变化关系，其中的不规则状和条带状包体常呈现塑性变形现象，说明暗色基性包体与寄主岩曾同时处于一种塑性状态，表明岩体的形成可能为双峰式源岩浆或壳、幔源岩浆混合的结果。

石英闪长岩类具有中粒花岗结构、块状构造，主要矿物组成为斜长石（50%～55%）、角闪石（40%）和石英（＞5%）。斜长石为自形粒状，粒径3～5mm，个别晶体可见解理和聚片双晶，表面高岭土化强烈。角闪石中粒自形，粒径2～3mm，具有淡绿—绿—深绿多色性，菱形解理发育，解理夹角56°，可见双晶。石英为中细粒他形，粒径1～3mm，无色，表面干净，波状消光。老君殿岩体的另一个重要组成岩石类型花岗闪长岩具有中细粒花岗结构、块状构造，主要矿物组成为斜长石（40%～45%）、石英（25%～30%）和角闪石（20%～25%）等，另含有少量磁铁矿。值得注意的是，该岩体中含有堆晶角闪石岩包体，具有斑状结构，岩石呈绿褐色，角闪石呈堆晶状，石英和斜长石呈镶嵌状充填于角闪石缝隙间。角闪石粒径0.5～10mm，自形，裂理发育，裂理中充填有石英集合体。

老君殿岩体花岗闪长岩（DQ07）和石英闪长岩（QL93TW01）样品中SiO₂含量分别为63.63%和68.18%；Al₂O₃的含量分别为16.08%和15.04%；Na₂O的含量略高于K₂O含量（分别为3.01%和2.72%，3.87%和2.49%）。在ACF图上均落在S型花岗岩区。花岗闪长岩在稀土元素和不相容元素分配特征上与北岩浆岩带的火山弧型或同碰撞型花岗岩相似，二者无法区别。但是，根据同位素测年资料，老君殿岩体和区内耀岭河群、典型的板内花岗岩吐雾山岩体等形成于同一时期，应该是统一的裂解机制下的产物。其微量和稀土元素地球化学特征，可能是继承了源岩的特征，即老君殿岩体是原形成于火山弧或同碰撞环境的基性程度较高的岩石在后来拉张机制下发生重熔的产物。

该样品的锆石U-Pb SHRIMP年龄为（717±10）Ma（10个点的²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄权重平均值）。

2.吐雾山A型花岗岩

吐雾山A型花岗岩位于陡岭岩群露头分布区的东南侧，地表近椭圆形，面积约1.5km²。其北侧有少量陡岭岩群角闪质片麻岩、大理岩围岩，其余为第四系。岩体主体为钠闪石霓辉石花岗岩，另有少量钾长花岗岩。岩石具文象结构和花斑结构，块状构造，主要矿物组成为钾长石（50%～60%）、石英（30%±），少量斜长石、钠闪石和霓辉石（5%±），副矿物为磁铁矿、锆石和磷灰石等。根据卢欣祥等（1999）资料，吐雾山A型花岗岩的SiO₂含量为74.41%，w（Na₂O+K₂O）=9.19%，σ=2.68，w（Al₂O₃）/w（CaO+Na₂O+K₂O）=0.91，w（Fe₂O₃）/w（Fe₂O₃+FeO）=0.68，岩石中F、Cl含量甚高，F为901×10^-6，Cl为105×10^-6，［w（Y）/w（Nb）］_N=2.14，［w（Y）/w（Ta）］_N=3.77。岩石的REE含量高达457.78×10^-6，∑Ce/∑Y=2.95，［w（La）/w（Yb）］_N=7.29，Eu强烈亏损，δEu=0.29，稀土元素含量和配分特征属典型A型花岗岩。微量元素地球化学显示典型板内花岗岩特征。

卢欣祥等曾测得该岩体的TIMS法锆石U-Pb年龄为（725±39）Ma（卢欣祥等，1999），我们利用高分别率高灵敏度离子探针质谱仪进行了核定，其²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄权重统计平均值为（711±11）Ma，在误差范围内与前人报道的TIMS法年龄数据一致，该年龄代表了吐雾山A型花岗岩体的结晶时代。

四、汉南基性—超基性侵入杂岩

扬子克拉通西北缘汉南地区望江山基性岩体是标志南华纪大陆裂解的重要地质记录。汉南地区大地构造位置属于扬子克拉通西北缘的向北突出部分，又称“巴山弧”的米仓山系，其北缘紧邻秦岭造山带勉-略构造带，而东西两侧分别为龙门山和大巴山推覆构造带。望江山基性岩群由多个岩体组成（总面积约400km²），其中主岩体出露面积约120km²，为秦岭造山带及两侧陆缘规模最大的南华纪基性侵入岩体。望江山基性岩体主要岩性为辉长岩、橄榄辉长岩和苏长辉长岩，具辉长辉绿结构。主要造岩矿物为普通辉石（少量透辉石和紫苏辉石）、中—基性长石（An=40～80，平均约65），具少量橄榄石、角闪石、黑云母及不透明矿物等。最突出的地球化学特征是多数样品缺乏明显的Nb、Ta负异常特征。望江山岩体总体显示板内构造环境地球化学属性，结合该基性岩体群的规模（＞400km²）分析，其成因应与大陆溢流型玄武岩的形成机制类似，标志南华纪扬子克拉通北缘较大规模的陆内裂谷岩浆活动的开始。凌文黎等（2001）曾测得（785±88）Ma的Sm-Nd等时线年龄，推测望江山岩体侵位时代为南华纪早期。

五、汉南酸性侵入体

汉南侵入杂岩出露于扬子克拉通北缘的陕西西乡—汉中一带，分布面积约2100km²。侵入杂岩主体是以斜长花岗岩为主的不同类型花岗质岩石，其次为石英闪长岩和辉长岩。前述望江山基性岩体即是汉南杂岩的组成单元之一。斜长花岗岩主要由斜长石（50%～60%）、石英（20%～25%）、黑云母和角闪石（5%～10%）组成。5个样品主元素的百分含量平均值（严阵等，1985）如表4-4所示。

表4-4 样品主元素的百分含量平均值（w_B/%）

（据严阵等，1985）

本次研究过程中，我们采集了陕西西乡三溪关（汉江边）英云闪长岩样品（样号QL65TW01）。该处英云闪长岩显示中粒结构，块状构造，片麻理不发育，主要组成矿物石英和斜长石呈镶嵌状。矿物成分除石英（35%）、斜长石（50%）外，还有角闪石（8%）、黑云母（5%）和白云母（2%）等。

对汉南侵入杂岩的年龄和成因前人曾进行过积极探索，例如最早严阵等（1985）曾报道过一个Rb-Sr等时线年龄数据，张宗清等对该数据利用Isoplot进行了重新计算，得到等时线年龄为（806±140）Ma。他亦获得了斜长花岗岩中的黑云母⁴⁰Ar-³⁹Ar年龄为（796±20）Ma、以中酸性侵入岩为主的19个点的Sm-Nd等时线年龄为（837±26）Ma，根据上述年龄资料，推断汉南侵入杂岩形成于837～800Ma（张宗清等，2000）。

作者等采用TIMS法测定了上述英云闪长岩（样品号：QL65TW01）锆石U-Pb年龄，其²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄权重平均值为（723.3±2.7）Ma。这一年龄值表明汉南侵入杂岩中至少有部分侵入体形成于南华纪，是罗迪尼亚超大陆初期裂解阶段的产物。

秦岭造山带南岩浆岩带同位素测年结果可参见表4-5。

表4-5 秦岭造山带南部岩浆岩带同位素测年结果

裂谷带中发育了各种指示地壳减薄环境中形成的基性及酸性侵入体以及相近时期的火山岩。这些地质体中的双峰式火山岩、辉长岩和A型花岗岩明确指示形成于板内伸展环境，其形成时代集中在810～700Ma之间。然而与上述地质体在地域上相邻、形成时代相近的部分花岗岩却显示岛弧岩浆岩的地球化学特征。我们不认为同一地域、同一时代的岩浆岩是两种构造背景的产物，它们应统一反映一种相同的伸展环境的动力学机制，而地球化学特征的差异主要受原岩的制约。

该裂谷带的范围北被商-丹构造带所截，南达扬子克拉通区的汉南一带，其东延部分与桐柏-大别山和苏鲁造山带中红安群、宿松群、海洲群中的南华纪裂谷型火山岩带（汤家富等，2003）及大面积发育的南华纪深成花岗质侵入岩带相连；南可能与扬子克拉通西缘南华纪康滇裂谷（即刘鸿允等1991所称的“康滇-龙门山-米仓山火山裂谷带”）相接；西延部分虽被西秦岭晚古生代至中生代沉积地层所覆，但仍不能排除存在以汉南为中心的三叉裂谷的可能性。这支三叉裂谷的东支和南支延伸均超过1000km以上，位于三叉裂谷中心的汉南一带可能是“热点”所在，因此发育了规模较大的望江山等基性侵入体。如果这一推断属实，该三叉裂谷可能是我国保存最好、规模最大的新元古代裂谷系统。由于这一时期的裂解与Rodinia超大陆的解体有关，因此它将为研究Rodinia超大陆中的劳伦西部与澳大利亚、塔里木-扬子克拉通之间破裂的动力学机制提供重要的线索。

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