南秦岭武当群和耀岭河群及结晶基底地质-地球化学特征

3.2.1.1 地质背景与特征

武当群为武当地区出露面积最大、最古老的变质火山-沉积岩系，组成武当山的主体。它为一套以绿片岩相为主的浅色变质岩系，由石英钠长片岩、石英（云母）片岩、长英变粒岩、浅粒岩、绿帘石（或阳起石）绿泥片岩及变砂岩、凝灰粉砂岩、石英岩等组成，构成若干韵律层。浅色岩的原岩以酸性火山岩为主，其次为正常的沉积碎屑岩；暗色岩原岩主要为基性火山岩。经鉴定，中酸性岩主要为英安-流纹岩与晶屑和岩屑凝灰岩，基性岩主要为玄武-安山岩和基性火山碎屑岩或凝灰岩。

对武当群原岩形成时代长期存在争论，近年研究表明，该群包含着不同时代形成的火山岩和少量沉积岩。在十堰市北武当群变火山岩中已获得了1927±75Ma的全岩Sm-Nd等时线年龄，岩石的Nd模式年龄（T_DM）介于1913～1986Ma之间，平均值1945±25Ma，其值和岩石的等时线年龄值在误差范围内一致（张宗清等，2002）。而在郧县太子坡和房县土城一带的武当群变火山岩中均不能获得Sm-Nd等时线，岩石样品Nd模式年龄变化范围很大，介于1175～2162Ma之间，并呈现出1175～1597Ma和1742～2162Ma两个模式年龄段，它们的峰值分别为1394Ma和2043Ma。经T_DM-1/［w（Nd）/10^-6］检验，发现T_DM随着1/Nd变化而变化，表明火山岩中有老地壳物质混入。在太子坡，通过几个混入老地壳物质最少的样品构成的Sm-Nd等时线，得出了（1251±190）Ma的火山岩形成年龄（张宗清等，2002）。因此，武当群应是一套古—中元古代的变质火山-沉积岩系，这点与南秦岭存在更老的古元古代结晶基底（陡岭群和佛坪群），且武当群又被耀岭河群所覆盖的地质关系是吻合的。

耀岭河群分布较武当群广泛得多，耀岭河群主要以海相基性火山岩为主，伴有酸性火山岩的火山-沉积岩系。岩性和厚度变化大，一般厚2000米以上，产于裂陷盆地（或裂谷）构造环境。由东到西围绕枣阳、内乡和安康牛山三个喷发中心分布，曾见其假整合、局部不整合覆盖于中元古界（武当群）之上（张二朋等，1993），也观察到耀岭河群与武当群之间以（推覆型）韧性剪切带（凌文黎等，2002b），或者剪切拆离滑脱带（张国伟等，2001）接触的关系。再者，在南秦岭人们常将以变玄武岩为主的新元古代火山-沉积岩系称为耀岭河群，而将同时代的以变酸性火山岩为主的火山-沉积岩系称为陨西群。根据两群火山岩在牛山和平利共同构成火山岩穹，并且酸性和基性火山岩交界处呈互层现象，可以认为两群火山岩为同期连续火山活动的产物（夏林圻等，1996），从而表明两群火山岩应属于双峰式岩套。这同它们产于陆内裂谷构造环境是吻合的。在武当地区，还发现有辉长-辉绿岩岩墙群，更确切说为似层状岩席侵入于武当群和耀岭河群两构造岩石单元中（张国伟等，2001），耀岭河群与武当群都被震旦系不整合覆盖。

耀岭河群基性火山岩包括细碧岩、细碧质角砾熔岩、细碧质凝灰岩，变质后为各种绿片岩，但原岩的火山岩面貌基本保留。酸性火山岩以流纹岩为主、夹少量粗面岩及凝灰岩、火山角砾岩，变质后为长英钠长片岩、浅粒岩、变粒岩等。正常变质沉积岩主要为云母片岩、石英片岩、炭硅质岩及变砂岩。在较接近大别的随县-枣阳地区，耀岭河群下段以变玄武岩（细碧岩）为主，上部夹变酸性火山岩；中段以绿片岩为主，中、上部夹钠长片岩、云母片岩、石英片岩等；上段云母片岩、绿片岩夹大理岩，总厚度逾1600m（张二朋等，1993）。岩石变质一般属于绿片岩相，局部可达高绿片岩相。

根据现有耀岭河群火山岩同位素年代学数据，湖北地区该群火山岩形成年代主要分布于700～800Ma（周高志等，1996），其中包括796±77Ma的锆石U-Pb年龄和806Ma的Sm-Nd全岩等时线年龄

白桑关幅、袁家山幅、习家店幅、玉堤店幅、栗子坪幅、武当山镇幅和丁家营幅区域地质调查报告（1：5万），湖北省区域地质矿产调查所，1997。。然而，在陕西安康牛山却获得了耀岭河群变玄武岩和陨西群变长英质火山岩分别为1016Ma和1009Ma的Sm-Nd全岩等时线年龄，且两群的火山岩的Nd模式年龄也同形成年龄相近（T_DM分别平均为1225Ma和1216Ma），玄武岩和长英质火山岩的ε_Nd（t）值也基本一致（分别为+5.98和+5.97）（张宗清等，2002），表明耀岭河群火山岩形成于中-新元古代之交，东部的较年轻，属于新元古代，西部的年代较老，属于中元古代末期。

南秦岭元古宙的结晶基底主要以古元古代陡岭岩群（2000Ma左右）和佛坪群（2000Ma左右）为代表。其中陡岭群分布于南秦岭东部河南西峡、淅川、内乡一带，向西至豫陕交界。据张寿广等（1996）研究，陡岭杂岩的组成是十分复杂的，主要由长英质片麻岩、斜长角闪岩、透辉粒变岩与少量的大理岩、石墨片岩及石英岩组成。长英质片麻岩是陡岭群的主体，由表壳岩和深成岩变质形成。经岩石学和地球化学化学研究判明，黑云斜长片麻岩和二云斜长片麻岩为副片麻岩，其原岩为泥质-砂质沉积岩。微量和稀土元素组成十分类似于许多钾质花岗岩的特征。角闪斜长片麻岩的原岩被证明属于火山岩类。而原岩属于深成岩的灰色片麻岩，则在主量元素组成上类似TTG质岩石。斜长角闪岩，按产状和岩石化学特征可分为两类：一类呈片麻岩夹层产出，并具有平坦型稀土元素组成模式，原岩应为拉斑玄武岩或玄武质火山凝灰岩，岩浆来源自亏损地幔源区；另一类呈透镜体产出，稀土元素具有右倾平滑型组成模式（L-、M-、HREE连续递减），负Eu弱至不明显，原岩应为基性侵入岩，岩浆遭受到陆壳物质的强烈混染，致使岩石向钙碱性玄武岩方向演化。透辉石粒变岩很可能为太古宙英云闪长岩和碳酸盐岩双源混合沉积岩变质形成。陡岭群岩石早期变质属于中压相系高角闪岩相，晚期变质属于绿片岩相（张寿广等，1996；赵子然等，1995）。

年代学研究表明（张宗清等，2002），在陡岭群下部瓦屋场组中，曾获得混合片麻岩锆石的1912±12Ma的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄及透辉石变粒岩锆石的1931±89Ma的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄；混合片麻岩Nd模式年龄（T_DM）1890～2145Ma，平均值2014Ma；斜长角闪岩（张宗清等的5个数据和我们测定的1个数据）Nd模式年龄（T_DM）介于1694～3911Ma，平均2982Ma，其中模式年龄为1694Ma的样品角闪石为绿色；而其余样品（多数模式年龄达太古宙）的角闪石呈褐色，推测后一种岩石有不同数量太古宙地壳物质的混入。上部层位大沟组中，曾获得片麻岩全岩等时线Sm-Nd等时线年龄为1860±350Ma（由于¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd分布范围较窄，年龄不确定性大），其Nd模式年龄（T_DM）介于2096～2144Ma之间，平均值2123Ma，完全与瓦屋场组片麻岩一致；大沟组斜长角闪岩Nd模式年龄（T_DM）介于2089～2254Ma，平均值2197±64Ma。灰色片麻岩锆石的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄为1918±2Ma，Nd模式年龄（T_DM）平均值为2014Ma。基于上述年代学资料陡岭群变质杂岩的原岩被认为属于古元古代（2000Ma±）的岩层（张寿广等，1996；张宗清等，2002）。

此外，在豫西淅川—内乡一带不整合覆盖于陡岭群结晶基底之上的岩层为由变质火山岩组成的毛堂群。该群下部姚营寨组为变质酸性火山岩，上部马头山组为变质基性火山岩。两岩组变质火山岩原岩均形成于1794Ma。其根据为姚营寨组变酸性火山岩中存在年龄为1794±11Ma的锆石，以及对马头山组变基性火山岩曾获得Sm-Nd参考等时线年龄约1780Ma。鉴于姚营寨组变酸性火山岩的具有与陡岭群岩石接近的Nd模式年龄（T_DM）（2079～2117Ma）和钕同位素特征，推测酸性火山岩浆很可能为陡岭群老陆壳岩石重熔产物；马头山组变基性火山岩按形成年龄为1780Ma的ε_Nd（t）计算值（5.79～6.69，平均值6.08）与同时期的MORB亏损地幔源区的ε_Nd（t）值（6.1）几乎完全一致，表明其岩浆应属于亏损地幔部分熔融产物。虽然毛堂群在岩石特征上与耀岭河群和郧西群相似，但是它们的形成年龄和Sm-Nd同位素组成不能对比（张宗清等，2002）。至于毛堂群与武当群的关系仍有待研究。

前面有关秦岭地壳结构-岩石组成论述中已经指出：南秦岭与扬子陆块相同，其下地壳是由太古宙陆核或基底组成，中地壳由元古宇组成，而不整合于其上的震旦纪-显生宙盖层则为上地壳组成，结合考虑上述南秦岭元古宙各岩群层位关系，可以看出南秦岭中地壳的下部主体应由古元古代陡岭群和佛坪群等结晶基底组成；其上应由毛堂群、武当群等古-中元古代岩层构成，而主体为新元古代的耀岭河群应是中地壳的上部或顶部组成。

3.2.1.2 武当群、耀岭河群及结晶基底岩石的地球化学特征

作为与大别的对比参照，下面重点说明武当群和耀岭河群火山岩系的地球化学特征。

（1）经主量元素TAS（Cox et al.，1979）图解和高场强元素Nb/Y-Zr/TiO₂图解（Winchester＆Floyd，1977）进行岩石类型判别发现（图3-6），耀岭河群火山岩具有明显双峰式火山岩岩套的特征；在相对稳定的高场强元素图解（图3-6b）中，这一特征显示得更为明显。而且相当比例的样品属于偏碱性岩石。岩墙群（应为岩席，下同）的辉长-辉绿岩总体特征与耀岭河群基性火山岩类似。然而，武当群火山岩以偏酸性（SiO₂＞70%）和偏基性（SiO₂＜53%）的岩石居多，存在一定比例的中性安山质岩，表明岩浆为连续演化序列，并且火山岩系总体显示钙碱性特征（图3-6 a）（凌文黎等，2002b）。

图3-6 武当地区武当群和耀岭河群火山岩的岩石类型TAS（a）和Nb/Y-Zr/TiO₂图解（b）判别图

（2）采用Sun＆McDonough（1989）原始地幔化学组成编制了武当群和耀岭河群岩石原始地幔标准化元素组成图（图3-7），结果显示：武当群酸性和基性火山岩（分别见图3-7a和图3-7b）均具有显著的Nb、Ta和Ti的负异常，表明其岩浆过程（岩浆源区或运移过程）有陆源物质的参与，或者属于类似与俯冲消减有关的岛弧火山岩的形成过程；而耀岭河群基性火山岩和酸性火山岩（分别见图3-7c和图3-7d）则一般无明显的高场元素（Nb、Ta等）异常，只有个别低HREE的基性火山岩样品显示出弱负Nb、Ta、Zr等异常（凌文黎等，2002b），推测后一情况可能同岩浆上侵和结晶过程中受到地壳物质的混染有关。岩墙群辉长-辉绿岩的元素组成特征与耀岭河群基性火山岩十分相似。此外，在SiO₂含量相近的情况下，无论基性和酸性岩石，耀岭河群火山岩的亲石大离子元素含量水平明显高于武当群火山岩。

（3）经Ta-Hf-Th（Wood et al.，1979）和Y-Ti-Zr（Pearce＆Cann，1973）等图解判别，耀岭河群基性火山岩的成分点均落于板内拉斑玄武岩区；而武当群基性火山岩则位于岛弧火山岩区。经Y-Nb（Pearce et al.，1984）图解判别，耀岭河群酸性火山岩成分点落入板内花岗岩区，而武当群酸性火山岩则归属于岛弧花岗岩区。在Ga/Al（×100）Zr图解（Whalen et al.，1987）中耀岭河群酸性火山岩成分点主体落于碱性（A型）花岗岩区，而武当群酸性火山岩则主要分布于I型或S型花岗岩区。总之，武当群火山岩系具有类似陆缘岛弧火山岩的地球化学特征，而耀岭河群火山岩系和辉长-辉绿岩墙群的岩石则显示相同的大陆裂谷型岩浆的地球化学特征（凌文黎等，2002b）。

图3-7 武当地区中、新元古代火山岩和基性岩墙原始地幔标准化元素组成模式

a—武当群酸性火山岩；b—武当群基性火山岩；c—耀岭河群酸性火山岩；d—耀岭河群基性火山岩；e—基性岩墙群岩石

3.2.1.3 陡岭群变质杂岩和毛堂群岩石的微量元素组成特征

前文已经介绍了陡岭群主要岩石的稀土元素组成特征。根据现有文献资料，该群主要组成岩石长英质片麻岩中，只有副片麻岩有微量元素的分析数据（4个样品，赵子然等，1995），经原始地幔标准化编制微量元素蛛网图揭示，岩石均具有Nb、Ta、P、Ti和Y相对于相临大离子亲石元素不同程度的亏损（图略）。陡岭群斜长角闪岩的洋脊玄武岩标准化元素组成模式表明（赵子然等，1995）：呈似层状产出的斜长角闪岩（变拉斑玄武岩）多数样品不具有Nb、Ta、Zr、Hf、Ti等高场强元素的明显亏损，但个别样品则显示出明显的Ta和Hf的负异常，其次也有样品具有弱的Nb和Zr负异常；而原岩属于侵入基性岩的斜长角闪岩（角闪石呈绿色）则多数样品显示强弱程度不同的Nb、Ta、Zr、Hf、Ti负异常。瓦屋场组原岩属于拉斑玄武岩的斜长角闪岩，其原始地幔标准化元素蛛网图（张宗清等，2002；赵子然等，1995）同样显示出两种组成模式；具有Nb、Zr、Hf 明显亏损、并伴有U和Th强烈亏损的模式，以及高场强元素不明显亏损、但伴有U和Th亏损的模式。大沟组侵入岩石成因的斜长角闪岩的原始地幔标准化元素蛛网图（张宗清等，2002，数据引自赵子然等，1995）显示，岩石均具有Nb、Zr、Hf、Ti等不同程度的亏损。

根据张宗清等（2002），毛堂群姚营寨组变酸性火山岩的原始地幔标准化元素蛛网图显示，岩石明显亏损于Nb、Ta和Ti，但不亏损Zr和Hf。马头山组变基性火山岩同样的蛛网图则显示，Nb、Sr、Ti和Y的亏损。

总之，上述南秦岭元古宙岩石的地球化学特征表明，多数岩石都显示出不同组合高场强元素不同程度的亏损，甚至产于裂谷构造环境的部分岩石也不例外。因此，这可能是该区岩石圈固有特征，而岩浆作用又在较多情况下受到陆壳物质的混染。所以，在这里不能仅根据岩石具有亏损高场强元素一种标志，就肯定岩石形成于岛弧环境。当然这是今后需要深入研究的问题。

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