北秦岭枣园岩体的岩石成因及其对I型花岗岩成分多样性的指示意义

In this project, we will carry out an integrated study of petrology, geochronology, whole-rock geochemistry, in situ mineral elements as well as Hf-O isotopes of zircon grains for the Zaoyuan I-type granites, which were likely resulted from hybridization of multiple sources in terms of the isotope compositions, from the North Qinling Orogenic Belt, with aims to: 1) determine the precise formation ages, nature and proportions of the potential source end-members and 2) clarify the evolutionary processes occurring in magmatic systems and the main cause of the exhibited isotopic features. Combined with previous results, the origin of geochemical diversity in I-type granites will be deeply discussed.

本项目将对北秦岭造山带具有同位素混合特征的枣园I型花岗岩开展详细的岩石学、年代学、全岩地球化学、矿物微区元素以及锆石Hf-O同位素分析，确定它们的精确形成时代、源区端元组分的性质和贡献大小，并揭示后期的岩浆演化过程以及同位素混合特征产生的原因。结合前人研究成果，本项目将深入探讨I型花岗岩地球化学成分多样性的主要来源。

本项目以北秦岭造山带早古生代枣园岩体为主要研究对象，进行了系统的锆石U–Pb年代学、岩石学、地球化学和Sr–Nd–Hf–O同位素研究，探讨了造山带I型花岗岩的成因和成分多样性的形成机制；最后试图建立秦岭造山带加里东期的构造演化模型，并探讨陆弧花岗岩与大陆地壳演化的关系，主要获得以下认识：枣园岩体不同岩性单元均侵位于~420Ma，具有造山带I型花岗岩的属性，较高的SiO2含量(67.15~73.84 wt.%)以及高于正常地幔的δ18OZir值 (6.95~8.25‰)，表明其主要来自地壳岩石的部分熔融。全岩Sr-Nd以及锆石Hf-O同位素的模拟结果显示，枣园岩体的源区主要为北秦岭单元新生基性岩石以及少部分古老沉积物。CL图像显示岩浆锆石存在两阶段生长，早期结晶的核部锆石具有较为均一的δ18OZir值 (7.36~7.96‰) 以及相似的锆石形态，说明枣园岩体源区地壳物质的混合发生于母岩浆形成之前。岩浆锆石核部到边部，Th、U含量系统升高，且δ18O与εHf(t)值呈现负相关性，为岩浆演化过程中混染了少量古老地壳围岩所致。这证明寄主岩浆的复杂演化过程可以通过锆石很好的记录下来。此外，Hf同位素组成更亏损的样品具有更高的MgO、Cr、Ni含量，说明其源区含有更多的新生基性岩石，枣园岩体的源区并不均一。没有任何证据表明地幔岩浆对枣园岩体进行了物质贡献，造山带不均一地壳源区的部分熔融、汇聚以及围岩的同化混染可能是造山带I型花岗岩获得同位素混合特征和成分多样性的一个重要形成机制。结合区内最新的年代学结果，对北秦岭地区提出了新的构造演化模型，北秦岭东段早古生代弧岩浆从北往南表现出明显变年轻的趋势，可能与商丹洋的俯冲回转过程有关。在加厚的造山带地壳，北秦岭早古生代陆弧岩浆作用以地壳重熔为主，较少记录大陆地壳的生长。陆弧岩浆的同位素组成受造山带地壳基地属性的影响较大，因此，在利用同位素组成来讨论大陆地壳生长时需要充分考虑造山带基底本身的性质。