地質大學張宏飛

1. 東秦嶺地球化學分區與構造格局

張本仁張宏飛韓吟文

（中國地質大學，湖北武漢）

秦嶺和大別為同一造山帶的不同段落，大別地段碰撞後的隆升剝蝕程度明顯大於東秦嶺。前者已剝蝕至造山帶的深部截面，顯生宙地層較少保存，這是大別構造格局認識難以統一的重要原因之一；而東秦嶺只剝蝕到造山帶的中深截面，古生代的地質記錄保存得較全，區域主要構造單元劃分爭論較少。因此，開展大別與東秦嶺地質構造的對比，應是解決大別構造格局的一條重要途徑。為了便於對比，下面將對東秦嶺殼幔地球化學分區和演化及其對構造格局的約束作一簡要介紹。

1東秦嶺殼和幔地球化學分區

1.1地殼增生趨勢

秦嶺4個構造單元的殼源岩石（沉積岩和花崗岩）釹模式年齡頻數直方圖揭示：華北陸塊地殼主體形成於太古宙與占元古代；揚子陸塊地殼主體形成於0.8Ga前的元古宙，但存在新太古代陸殼基底；南秦嶺地殼和北秦嶺地殼主體均形成於0.8Ga前的元古宙，但不同的是南秦嶺具有新太古代陸殼基底，而北秦嶺則缺少。

1.2前寒武紀玄武岩地幔源區的性質和演化

華北陸塊南緣與整個華北陸塊一致，即太古宙與古元古代的漫長歷史中地幄源區的ε_Nd（t）一直相對穩定於＋2.9～＋2.2，或者＋3左右；揚子北緣和南秦嶺地幔源區由新太古代至中元古代中期ε_Nd（t）一直沿著或平行虧損地幔演化線增長，自中元古代晚期ε_Nd（t）值向減小方向發展，但仍保持在＋5～＋4水平；然而，北秦嶺玄武岩地幔源區的ε_Nd（t）值則在整個元古宙期間保持在＋7.3～＋6.3的范圍，表明具較強的虧損特徵。

1.3前寒武紀玄武岩地幔源區的化學組成特徵

以玄武岩的強不相容元素和化學性質相似元素對比值示蹤為主，參照元素含量規律，揭示了4個構造單元玄武岩地幔源區的化學特徵。結果表明：華北南緣元古宙玄武岩地幔源區具有相對富Fe、Mg、Mo和高Zr/Hf比值的特徵，而揚子北緣、南秦嶺和北秦嶺地幔源區一致顯示相對富Cu、Nb、Sc、Li、Rb、Be及高Nb/Ta、Ba/Sr、Ba/La和Nb/La比值，只是北秦嶺地幔源區具有全區中最高的Ca和Sc含量及最高的Sc/Th、Ba/La、Th/La和Yb/Hf比值。這種源區地幔化學特徵的主要差異基本可由新太古代保持到近代。

1.4Pb同位素填圖

通過中生代花崗岩長石、前寒武紀基底岩石和中、新生代玄武岩Pb同位素組成數據對比，證明了揚子陸塊北緣、南秦嶺和北秦嶺殼-幔一致具有較華北陸塊南緣殼-幔明顯富放射成因鉛的Pb同位素組成。其中南秦嶺與揚子北緣西段較東段（以東經約108°為界）的岩石更富於放射成因鉛。北秦嶺各類基底岩石、蛇綠岩和新元古代及早古生代花崗岩長石一致顯示較華北及揚子和南秦嶺東段更富放射成因鉛的特徵，並同揚子和南秦嶺西段岩石的Pb同位素比值基本相似。

以上4點一致表明，區域最明顯、最重要的一級地球化學界面位於北秦嶺與華北陸塊間的地質分界處，區域二級地球化學界面才是商-丹主縫合帶。

2東秦嶺的構造格局

東秦嶺的構造格局主體是由新元古代至印支期主造山運動奠定的，後受到中新生代構造的強烈疊加改造。依據上述區域殼-幔地球化學分區可以看出，盡管各塊體的構造性質和構造歸屬可以隨時間發生變化，但其殼-幔仍能長期穩定地保持其原有的地球化學特徵，據之可以追索塊體的原來歸屬及爾後的構造變遷。

2.1揚子和華北原來應為兩個獨立發展的古陸塊

鑒於揚子和華北在地殼增生歷史和地幔性質演化方面的明顯差異及殼幔化學和Pb同位素組成上的長期穩定不同，它們原來應為兩個獨立發展的陸塊，或不同大陸的裂解部分。因而，秦嶺造山帶應為不同陸塊之間的會聚碰撞帶，而非同一陸塊的裂解和再拼合。

2.2南秦嶺原屬揚子板塊

南秦嶺在殼幔演化歷史及化學和Pb同位素組成方面均與揚子陸塊一致，並同揚子陸塊一樣具有新太古代陸殼基底，因此應屬於揚子板塊的組成部分，只在晚古生代勉略洋盆打開後才成為獨立活動的微板塊。據此可以認為，勉略洋盆應是揚子板塊內部裂開類型。

2.3北秦嶺新元古代前屬於揚子板塊的證據

（1）北秦嶺的殼、幔化學和Pb同位素組成基本類似揚子，而同華北明顯不同，並以區域一級地球化學界面與華北陸塊分隔。

（2）北秦嶺地殼主要形成於0.8Ga前的元古宙，也同揚子和南秦嶺相同，差別只在於北秦嶺缺少新太古代陸殼基底。

（3）北秦嶺的最老基底秦嶺群主體為副片麻岩。對其原始不成熟碎屑岩進行的物源地球化學鑒別證明，由雙模式鹼性岩套的基性和酸性兩端元岩石提供碎屑物質，而與秦嶺兩側揚子的崆嶺群和華北的太華群、登封群無關。這表明北秦嶺極可能是在揚子板塊洋殼、洋島基礎上發展形成的微陸塊。

（4）秦嶺群的變拉斑玄武岩具有與松樹溝蛇綠岩片中E-MORB和一般洋島玄武岩完全可對比的化學和同位素組成，這也能支持北秦嶺前身為洋島的觀點。

（5）北秦嶺的洋島前身表明其最初基底由地幔柱源岩漿岩構成，其後地幔柱源岩漿於整個元古宙期間不斷加入地殼。這既能較好地解釋上面指出的北秦嶺殼幔化學組成的特殊性及高放射成因鉛的Pb同位素特徵，又能說明北秦嶺缺新太古代陸殼基底的原因。

（6）古-中元古代裂谷構造體制統治著秦嶺地區，在北秦嶺與揚子和南秦嶺之間在新元古代前不存在分割板塊的界面。

2.4商丹洋盆屬於揚子板塊內部打開類型

勉略洋盆位於揚子與南秦嶺之間，為確定的揚子內部裂開類型。松樹溝和勉略蛇綠岩中N-MORB型岩石在特徵元素比值（Ba/Sr、Ba/La、Nb/Ta、Yb/Hf、Zr/Zr^*、Ti/Zr、Ti/V等）和Pb、Nd同位素組成方面存在著相互可對比性，而且特徵元素比值和Pb同位素比值均較華北地幔明顯偏高，證明了商丹古洋殼同勉略古洋殼一樣也應屬於揚子板塊內部裂解形成的類型，而與華北陸塊地幔發展無關。這點同樣可以支持北秦嶺於新元古代前應是揚子板塊的組成部分。當商丹洋盆於新元古代形成後，北秦嶺就轉化成為華北板塊的大陸邊緣構造單元，商丹斷裂帶則成為揚子和華北板塊的縫合帶。

2.5北秦嶺和南秦嶺兩類性質不同的大陸邊緣

新元古代到早古生代北秦嶺具有活動大陸邊緣性質的發展歷史。該構造單元中發育著新元古代具有洋內島弧玄武岩化學特徵的丹鳳群火山岩系，顯示弧後盆地火山岩與沉積岩化學特徵的二郎坪群火山—沉積岩系，具有消減帶組分特徵的大陸島弧型和（或）陸緣弧型新元古代富水基性雜岩和早古生代垃圾廟—秦王山蘇長—輝長岩，以及新元古代和早古生代兩期侵入秦嶺群並具有島弧長英質岩石化學特徵的花崗岩類。這種情況暗示著，這里曾發生過不止一次的洋殼俯沖消減，並應經歷過洋內島弧的形成、弧—陸碰撞、弧後盆地形成發展及大陸弧和陸緣弧的發展等階段。然而，由於現有丹鳳群和二郎坪群同位素年代數據與化石定年的矛盾，北秦嶺和商—丹會聚帶發生的洋—陸相互作用的細節過程尚未完全理順，有待於進一步探討。

南秦嶺新元古代至泥盆紀被動陸緣發展階段的地球化學特徵表現為：所有的岩漿噴發和侵入活動均與板內裂谷和拉張裂陷構造有關，表現為岩漿顯示鹼性和較富於高場強元素；海相沉積作用基本是在揚子陸塊邊緣海中進行，陸源碎屑物質只來自揚子陸塊；花崗岩長石的Pb同位素比值隨時代發生正常的規律增長，反映被動陸緣地殼的相對穩定狀態。

2.6印支期陸陸碰撞晚期大陸的俯沖疊置

北秦嶺晚海西—印支期晚碰撞型花崗岩類，其長石Pb同位素比值低於北秦嶺的基底和早古生代及其前的花崗岩長石，表明這期花崗岩的源區不應是北秦嶺的原有基底。在Pb、Nd、Sr同位素與特徵微量元素組成方面，此類花崗岩類基本與南秦嶺的印支期晚碰撞型花崗岩類及元古宙基底基性岩層（尤其耀嶺河群細碧岩）一致，而明顯不同於北秦嶺和華北陸塊南緣的基底岩層。這證明北秦嶺晚碰撞型花崗岩類是以南秦嶺基底為源的。因此，這一結果就為有關印支期碰撞造山期間曾發生揚子陸塊北緣（南秦嶺）基底俯沖疊置於北秦嶺之下的地質推斷提供了直接的證據。這是造山帶中深截面上的情況，而在大別造山帶深部截面中就顯示為陸殼的深俯沖、超高壓變質岩的形成與爾後的折返。

3關於大別與秦嶺地質構造對比的幾點建議

（1）思想上要明確大別和東秦嶺所代表的分別是造山帶的深部與中深截面，對比時應注意剝蝕深度對地質構造記錄的影響。

（2）東秦嶺的商丹斷裂帶是較為公認的揚子和華北板塊的縫合帶，應重視追索其東延至大別通過的部位，這有利於解決大別的構造格局。

（3）北秦嶺是揚子板塊裂出微陸塊，新元古代秦嶺主洋盆打開後轉變為華北板塊的大陸邊緣構造單元。其早古生代前的幔源和殼源岩石具有全區最高的Pb同位素比值，且前寒武紀變玄武岩顯示全區最高的Sc/Th、Ba/La、Th/La和Yb/Hf比值。北秦嶺不僅存在早古生代島弧型岩石（蘇長輝長岩、火山岩、花崗岩類），而且還產出新元古代島弧型基性火山岩和侵入岩及花崗岩類，這些可作為北秦嶺的標志。但需注意：①北秦嶺為洋島基礎上發展形成的微陸塊，其延伸可能是有限的（現已證明其在桐柏北側還存在，應再向東追索）；②北秦嶺印支後已逆沖推覆於南秦嶺陸殼基底之上，到大別地區有可能不少記錄已被剝蝕。

（4）加強大別變質雜岩同南秦嶺中-下地殼岩層的綜合對比。

（5）勉略縫合帶的東延問題尚未解決，在大別地區確定其相當部位應慎重。

（6）鉛同位素填圖在大別地區的情況是復雜的，燕山晚期花崗岩和玄武岩的Pb同位素組成是明顯不同的，應注意中生代晚期陸內俯沖構造對殼幔岩漿源區的約束或限定。

2. 花崗岩類元素豐度研究歷史與現狀

基本岩石類型的元素平均含量，是採用全球地殼模型來計算地殼元素豐度的必不可少的數據。花崗岩類的元素豐度值則是其中最重要的一種。

Daly（1933）最早發表了根據546個分析數據計算出的花崗岩中SiO₂（70.18%）、TiO₂（0.39%）、Al₂O₃（14.47%）、Fe₂O₃（1.57%）、FeO（1.78%）、MnO（0.12%）、MgO（0.88%）、CaO（1.99%）、Na₂O（3.48%）、K₂O（4.11%）、H₂O⁺（0.84%）、P₂O₅（0.19%）等12種主要氧化物的平均化學成分。

Nocholds（1954）根據173個分析數據也計算並提出了鈣鹼性、鹼性、過鹼性花崗岩SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、MgO、CaO、Na₂O、K₂O、H₂O⁺、P₂O₅12種常量元素的平均化學成分，而且他們的數據至今仍然在被引用。

根據發表的大量文獻資料，Turekian和Wedepohl（1961）匯編了富鈣和貧鈣花崗岩類中60餘種元素的平均含量。他們同時也指出，無論是對原始研究者還是編者，這種匯編的數據在分析測試、取樣的代表性和岩性描述的可靠性方面均存在著較大的不確定性。

繼後，Vinogradov（1962）也匯總提出了花崗岩類約70種元素的豐度資料，其對基礎地球化學和地殼元素豐度的研究起了重要作用。1972，蘇聯的Beus發表了世界花崗岩類的平均成分。

依據CLAIR數據系統，在2485個花崗岩化學分析數據的基礎上，Le Maitre（1976b）統計計算出了世界花崗岩類的12種主要氧化物的平均化學成分、分異指數（84.24）和結晶指數（9.27）。他所用的這些數據全部取自世界各地已公開發表的197篇文獻。

在國內，最早由黎彤和饒紀龍（1963）根據從1925～1960年發表的文獻中收集的221個花崗岩分析數據，計算並發表SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、MgO、CaO、Na₂O、K₂O、H₂O⁺、P₂O₅、CO₂13個組分的中國花崗岩類的平均化學成分。1998年，黎彤等根據有關文獻中發表的12265個花崗岩類樣品化學分析結果，重新求得我國花崗岩類化學成分（SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、MgO、CaO、Na₂O、K₂O、H₂O⁺、P₂O₅）的總平均值；並結合Daly（1933）、Nocholds（1954）、Beus（1972）的花崗岩類統計資料，採用區域綜合平均法進一步求出包含中國花崗岩類在內的世界花崗岩類11種元素的總平均化學成分。

鄢明才等（1996，1997a）以中國東部地區500餘個較大的和有代表性的花崗岩類岩體實測數據為基礎，同時在未采樣的地區（主要為中國西部）收集了有代表性、分析質量良好的300餘個花崗岩類岩體的常量元素數據，求出中國花崗岩類及不同岩石類型花崗岩（即鹼長花崗岩、正長花崗岩、二長花崗岩、奧長花崗岩、花崗閃長岩）、中國東部不同構造單元 [即內蒙興安-吉黑造山帶、華北地台、秦嶺-大別造山帶、揚子地台（東）和華南褶皺系]花崗岩類以及東部不同構造單元不同時代酸性岩的76種元素或成分的平均含量。

史長義（2003）和史長義等（2005a，2005b，2007）依據采自全國范圍內750個有代表性的大中型花崗岩類岩體的767件組合樣的實測分析數據為基礎（分析樣品數為768件），計算提出了中國花崗岩類和不同岩石類型花崗岩[即鹼長花崗岩、正長花崗岩、二長花崗岩、花崗閃長岩、石英二長岩、石英二長閃長岩]以及不同構造單元（即天山-興安造山系、中朝准地台、昆侖-祁連-秦嶺造山系、滇藏造山系、揚子准地台、華南-右江造山帶、喜馬拉雅造山帶）、不同時代（即太古宙、元古宙、早古生代、晚古生代、中生代、新生代）花崗岩類和不同岩石類型花崗岩的近70種化學元素和成分的豐度。

國內外不同學者發表的中國和世界花崗岩類岩石的地球化學豐度值見表1-1。

此外，關於區域性、地區性或單個岩體的花崗岩（類）的化學成分的研究也取得了很多成果，它們主要體現在大量的有關花崗岩（類）岩石地球化學方面的文獻中。如中國科學院貴陽地球化學研究所（1979）、南京大學地質系（1981）、中國科學院青藏高原綜合科學考察隊（1982）、新疆地礦局區域地質調查大隊（1985）、嚴陣（1987）、陸傑（1987）、於崇文等（1987）、王成發（1987）、張德全等（1988）、廖慶康（1989）、王伏泉（1989）、張本仁等（1990）、李石等（1991）、李之彤（1991）、李先梓等（1993）、張宏飛等（1994）、王焰等（2001）、Witt等（1997）、Nashar（1999）、Jahn等（1981）、Dodge 等（1982）、Pearce（1982，1984）、Taylor等（1986）、Sheralong等（1988）、Vielzeuf等（1988）、Sauerer等（1990）、Truscott（1990）、Champion等（2000），以及中國各省（區、市）的區域地質志等。但是，這些文獻中的數據主要涉及花崗岩的主要化學成分的含量，微量元素的分析數據比較少。

例如，通過對華南花崗岩類的研究，計算提出華南花崗岩類的岩石化學成分和不同時代花崗岩類中18種微量元素的平均含量（中國科學院貴陽地球化學研究所，1979）。於崇文等（1987）通過對南嶺地區9個花崗岩類岩體的研究，提出了不同時代花崗岩類岩體的常量元素的平均含量，以及不同時代花崗岩類40種元素的豐度。

李石等（1991）對桐柏山-大別山花崗岩類的地球化學進行了較詳細的研究，根據80個岩體的262個樣品的數據（其中179個是引用前人的），計算出不同岩石類型及全區的岩石化學算術平均值；根據60個岩體的95個樣品的數據（其中25個是引用前人的）計算出不同岩石類型及全區的稀土元素平均含量；根據52個岩體的82個樣品的分析數據計算出不同岩石類型及全區的21種微量元素平均含量。

另外，王炳成（1986）研究了玲瓏花崗岩的岩石化學和V、Cr、Co、Cu、Pb、Zn、As、Sb、F、Li、Rb、Bi、Sr、Ba、Cd、Ga、Te、W、Sn、Mo、Zr、Nb、Ta、Hg、Be、Bi、Hf、Cs、U、Th、Tl、Se、Ag、Au34種微量元素的地球化學特徵。陸傑（1987）對個舊花崗岩的Ni、Co、Cu、Pb、Zn、Li、Cs、Rb、Sr、Ba、Nb、Ta、U、Th、Zr、Hf、Sc、Sn、W、Mo、F、B 共22種微量元素和稀土元素地球化學特徵進行了研究。廖慶康（1989）研究了廣西地區不同時代、不同成因花崗岩中微量元素及其組合的豐度變化。王伏泉（1989）對大余花崗質岩體的稀土元素、27種微量元素和常量元素的地球化學特徵進行了論述。黎彤和張西繁（1992）計算出了華北花崗岩類的總平均化學成分。張宏飛等（1994）計算出了東秦嶺花崗岩類總體、各時代、各構造單元花崗岩類的51種元素的豐度。王焰等（2001）分析研究了八達嶺花崗雜岩常量元素、稀土元素、11種微量元素的地球化學特徵。許德如等（2001）結合前人研究結果，研究了海南島中元古代花崗岩的常量元素、稀土元素、12種微量元素的地球化學。Witt等（1997）研究了Eastern Goldfields省西南部花崗岩類岩石的39種元素含量的地球化學特徵。Dodge等（1982）對加利福尼亞Central Sierra Nevada Batholith的花崗岩類岩石的29種元素的豐度進行了研究。

表1-1 中國和世界花崗岩類的平均化學組成和元素豐度Table1-1 Total average chemical compositions and element abundances of granitoid in China and the world

續表

1—史長義等（2005a）；2—Nockolds（1954）（2a為鈣鹼性，2b為鹼性，2c為過鹼性）；3—Le Maitre（1976b）；4—Turekian和Wedepohl（1961）（4a為富鈣，4b為貧鈣）；5—Vinogradov（1962）；6—黎彤等（1998）；7—鄢明才等（1996）。含量單位：Au、Hg為10^-9；氧化物為%；其餘為10^-6。

1—Shi et al.（2005a）；2—Nockolds（1954）（2a—calc-alkali，2b—alkali，2c—peralkaline）；3—Le Maitre（1976b）；4—Turekian and Wedepohl（1961）（4a—rich calcium，4b—poor calcium）；5—Vinogradov（1962）；6—Li et al.（1998）；7—Yan et al.（1996）.Content units：10^-9for Au，Hg；10^-2for major elements；10^-6for others.

3. 張宏飛的介紹

張宏飛，男，中共黨員，漢族，江蘇省人，1962年11月出生，研究生學歷，博士學位，教授，博士生導師，楚天學者，1986年8月參加工作，現任中國地質大學（武漢）人事處處長。

4. 中國地質大學地球化學哪些教授比較牛

中國地質大學（武漢）高山院士