1.Sm-Nd年龄和Nd同位素地球化学特征
对采自郭家沟的变质火山岩样品进行了Sm-Nd年龄同位素分析，结果如表3-2-2所示。其中，对6个样品进行了重复分析，计算年龄时采用平均值。样品在143Nd/144Nd147Sm/144Nd图上的分布如图3-2-5。由图明显可见，除样品Q8720、Q8722、Q8729、Q9436、Q9437外，其余样品分布在一个带状范围内，如同商州北宽坪和洛南马河广东坪变质镁铁质火山岩一样（详见本章第四节），丹凤镁铁质火山岩可能存在两个岩浆源区。一个源区岩浆端元由样品 Q8719、Q8724、Q8725、Q8726、Q8727、Q8788、Q9442、Q9445、Q9446、Q9449、Q9450、Q9451、Q9452、Q9453、Q9454 组成，共15个样品，等时年龄t=960±49（2σ）Ma，INd=0.511745±48（2σ），MSWD=1.3。相应εNd（t）=+6.8。如果计算年龄时，样品 Q9445 不考虑，则14个样品，等时年龄 t=1006±59（2σ）Ma，INd=0.511704±56（2σ），MSWD=0.77。相应εNd（t）=+7.1；另一个源区岩浆端元包括样品Q8721、Q8723、Q8787、Q9438、Q9439、Q9440、Q9441 7个样品，等时年龄t=965±180（2σ）Ma，INd=0.51163±18（2σ），MSWD=0.37。相应εNd（t）=+4.7。
表3-2-2 陕西省丹凤县郭家沟变质镁铁质火山岩及其原岩岩浆分异变质中、酸性火山岩样品Sm-Nd年龄同位素分析结果
图3-2-5 陕西省丹凤县郭家沟变质镁铁质火山岩及其原岩岩浆分异变质中、酸性火山岩Sm-Nd等时年龄
两个源区岩浆端元样品Nd模式年龄tDM值十分不同。εNd（t）=+6.8源区岩浆端元组样品Nd模式年龄，除样品Q9445 tDM值为1515Ma外，其余样品tDM值介于1033～1169Ma，平均值1090±35（σ）Ma；另一端元组，εNd（t）=+4.7，Nd 模式年龄tDM介于1300～1453Ma，平均值1360±55（σ）Ma。样品tDM值变化与其147Sm/144Nd值变化关系不大，由图3-2-6不难看出，除样品Q9444、Q9445外，其余两组样品的147Sm/144Nd值基本处于同一范围内。样品Q9444和Q9445高的Nd模式年龄值（tDM分别为1477Ma和1515Ma），可能与样品大的147Sm/144Nd值有关。样品Q9444147Sm/144Nd比值0.1829，Q9445 0.1895（表3-2-2）。由tDM公式（详见本书第二章）计算模式年龄时，当样品147Sm/144Nd值接近MORB的147Sm/144Nd值（0.2137）时，计算得到tDM值的误差增大（江博明，1989；张宗清等，1997a、1998c）。两个单元样品Nd模式年龄tDM的差异，与其εNd（t）值相应，反映其源区不同。
样品Q9444和Q9445类似，具有几乎相同地球化学特征（图3-2-3，图3-2-4，表3-2-1），Nd同位素组成差异可能与εNd（t）=+4.7 源区岩浆混染有关（图3-2-5）。样品Q9722、Q8729、Q8736、Q8737的147Sm/144Nd、143Nd/144Nd比值比εNd（t）=+4.7源区岩浆端元样品值还低，Nd模式年龄平均值1439±22（σ）Ma，在tDM-147Sm/144Nd图上与εNd（t）=+4.7单元样品大致位于同一区域（图3-2-6），它们可能是来自εNd（t）=+4.7源区岩浆遭老的地壳岩石物质混染结果。样品Q8720元素地球化学和Nd同位素地球化学特征与丹凤变质镁铁质火山岩有较大差别，可能是后期侵入的变质花岗质岩石。Q8720稀土分布模式与其他样品不同（图3-2-3），轻稀土强烈富集，La为球粒陨石的450.1倍，（La/Yb）N=35.6，其他样品轻稀土富集程度低，分馏小，（La）N＜92.2，（La/Yb）N＜29.4。Nd同位素系统与其他样品也不相同，远离等时线（图3-2-5）。Nd模式年龄年轻，tDM值810Ma。
图3-2-6 陕西省丹凤县郭家沟变质镁铁质火山岩及其原岩岩浆分异变质中、酸性火山岩样品Nd模式年龄tDM-147Sm/144Nd图
Ⅰ—εNd（t）=+6.8源区岩浆端元样品；Ⅱ—εNd（t）=+4.7源区岩浆端元样品。两端元样品Nd模式年龄值差异与147Sm/144Nd值大小无关
化学组成上，两单元样品主元素组成类似，看不出其形成于不同源区的特征，仅εNd（t）=+4.7源区岩浆系列富MgO样品多，显示其岩浆分异程度低，但是大离子不相容微量元素仍然存在某些不同之处。图3-2-7表明，两个Nd同位素组成不同源区单元，大离子不相容微量元素仍然显现某些小的，但明显可见的不同特征，K-Rb、La-Nb、La-Th、Nb-Zr、Ce-La、La-Zr两个单元样品呈现不同演化趋势。强不相容微量元素，如K、Rb、Th、Nb、La、Ce、Zr等，由地幔或其他源区部分熔融时，优先进入岩浆，并保持其相互比值不变。上述大离子不相容微量元素的不同演化趋势，反映其源区差异，如同Nd同位素反映的一样，郭家沟变质镁铁质火山岩原岩岩浆可能是来自两个Nd同位素组成亏损程度不同源区岩浆混合产物。
产出位置上，εNd（t）=+4.7源区岩浆单元样品多分布于郭家沟北部，即沟脑处。
上面所获得的Sm-Nd年龄结果与姜长义（1998）报道的采自同一地点的变质镁铁质岩的Sm-Nd年龄结果一致。姜长义等（1998）在郭家沟变质镁铁质火山岩中采集了7个样品，由中国科学院地质与地球物理研究所同位素年代学实验室分析，结果如表3-23。样品在等时图上的分布如图3-2-8。7个样品中，除样品Ga3B3、Ga3B5外，其余5个样品形成一条等时线，用Ludwing（2000）软件计算，等时年龄t=952±100（2σ）Ma，INd=0.51163±8（2σ），MSWD=0.61（原计算数据为t=973.9±85.9，INd=0.511614±7（2σ））。等时年龄值与上面我们获得的等时线年龄值在误差范围内一致（表3-2-2，图3-2-5）。INd值与εNd（t）=+4.7源区岩浆端元样品INd值一致。图3-2-8中落于线外的两个样品落于我们获得的εNd（t）=+6.7源区岩浆端元样品等时线上（图3-2-9）。表3-2-2 和文献数据一起计算，除样品Q8720、Q8722、Q8729、Q9436、Q9437、Q9444外，Q8719、Q8724等17个样品，等时年龄t=972±82（2σ）Ma，INd=0.511737±80（2σ），MSWD=2.4，相应的εNd（t）=+6.9；Q8721、Q8723等12个样品t=1003±61（2σ）Ma，INd=0.511595±57（2σ），MSWD=0.57，相应εNd（t）=+4.9。
图3-2-7 陕西省丹凤县郭家沟变质镁铁质火山岩及其原岩岩浆分异变质中酸性火山岩样品K-Rb、La-Nb、La-Th、Nb-Zr、Ce-La、La-Zr图
表3-2-3 姜长义等（1998）郭家沟变质镁铁质火山岩Sm-Nd年龄同位素分析数据
*据本书第二章tDM计算公式和有关参数重新计算。
图3-2-8 陕西省丹凤县郭家沟变质镁铁质岩样品143Nd/144Nd—147Sm/144Nd图
年龄据表3-2-3数据计算
图3-2-9 陕西省丹凤县郭家沟变质镁铁质火山岩Sm-Nd年龄同位素分析结果比较
2.Rb-Sr年龄和Sr同位素地球化学特征
Rb-Sr年龄测定样品和Sm-Nd年龄测定样品相同。25个变质火山岩样品被用于Rb-Sr年龄同位素分析。分析结果列于表3-2-4。样品Rb含量低，Sr含量高，87Rb/86Sr比值由0.01606～0.4831，87Sr/86Sr比值，除样品Q9443为0.70931外，其余样品比值低于0.70738，最小值0.70396。样品在Rb-Sr等时图上的分布如图3-2-10。可以看出，样品分布分散，无严格等时线，但有一定方向性，除样品Q9443和Q9452外，由其余23个样品进行计算可以得到一个不确定性较大的Rb-Sr等时年龄值，t=474±180（2σ）Ma，ISr=0.70482±48（2σ），MSWD=014。这表明，早古生代474Ma左右岩石遭受过强烈变质改造。低的ISr值反映岩石源区大离子不相容微量元素强烈亏损特征。岩石形成时的ISr值无疑更低。
表3-2-4 陕西省丹凤县郭家沟变质镁铁质火山岩及其原岩岩浆分异变质中酸性火山岩样品Rb-Sr年龄同位素分析结果
图3-2-10 陕西省丹凤县郭家沟变质镁铁质火山岩及其原岩岩浆分异变质中酸性火山岩Rb-Sr等时年龄
3.锆英石U-Pb年龄
锆英石由变质安山质火山岩样品Q9449分选。岩石浅灰白色、细粒致密块状，主要由斜长石、角闪石组成，石英、黑云母次之，岩石化学组成见表3-2-1，稀土分布模式如图3-2-3所示。锆英石为浅紫红色、无色透明柱状，表面有裂纹。U-Pb年龄同位素分析结果列于表3-2-5。由表可以看出，样品Q9449中存在两类锆石。一类锆石由锆英石样品No.1和No.2组成，表面年龄基性上一致，锆英石U-Pb同位素系统在其形成后基本上保持封闭，母、子体同位素没有明显由系统带出或带入，在谐和图上，样品差不多位于一致线上（图3-2-11），不一致线与一致线上交点年龄为709±48Ma，下交点年龄＜0。上交点年龄与表面年龄接近。另一类锆英石以锆英石样品No.3 为代表，U-Pb同位素系统明显不同于锆英石 No.1、No.2，Pb 明显丢失，表面年龄 t（207Pb/206Pb）＞t（207Pb/235U）＞t（206Pb/238U）。207Pb/206Pb年龄1380Ma左右。由上述所获得的该变质火山岩的地球化学特征和Sm-Nd等时年龄看，锆英石No.3很明显是岩石形成时岩浆由老的地壳岩石捕获的，而锆英石No.1 和No.2 可能是火山岩形成后遭受强烈区域变质作用时形成的。锆英石样品由偏镁铁质变质安山质火山岩样品 Q9449 分选。岩石 SiO2含量53.61%，TiO20.72%，Fe2O3+FeO 9.04%，MgO 4.80%，化学组成相当基性，要在这种岩性火山岩中分选原生锆英石可能性不大。已做的大量工作表明，秦岭变质镁铁质火山岩中锆英石十分稀少，即使有锆英石分选出，也不外乎两种成因：一类为变质成因锆英石，即锆英石是岩石形成后，岩石遭受强烈变质作用形成的锆英石；另一类为继承锆石，即岩石形成时，岩浆由老的地层岩石捕获或混入的碎屑锆石（张宗清等，1994、2002）。样品Q9449 Zr含量低，仅33×10-6，要在其形成时形成Zr的独立矿物——锆英石可能性小。郭家沟变质镁铁质火山岩除粗粒变质镁铁质火山岩外，其余变质镁铁质火山岩，包括变质中酸性火山岩，颗粒十分微小，多数变质中酸性火山岩呈隐晶质致密块状、带状，即使有极细小锆英石存在，目前技术条件也分选不出来。
表3-2-5 陕西省丹凤县郭家沟变质火山岩锆英石U-Pb年龄
图3-2-11 陕西省丹凤县郭家沟变质火山岩锆英石U-Pb年龄
变质中酸性火山岩原岩是稍晚期侵位与变质镁铁质火山岩原岩同源的侵入岩？有这种可能性。岩石与变质镁铁质火山岩无论元素地球化学特征，或是Nd同位素地球化学特征都具有地球化学亲缘性。不过至今我们没有发现样品Q9449 岩石与变质镁铁质火山岩有侵入接触关系。Q9449岩石属晚期侵入岩的可能性不大。已获得的Sm-Nd同位素年代学数据也不支持这种看法，它位于t=960±49Ma等时线上（图3-2-5）。
4.Pb同位素地球化学特征
郭家沟变质镁铁质火山岩的 Pb同位素分析结果列于表3-2-6。206Pb/204Pb 介于18.105～19.053，207Pb/204Pb介于15.419～15.594，208Pb/204Pb介于37.840～38.146。张旗等（1995）认为，Pb同位素受到下地壳岩石物质影响和富集地幔物质混合作用，在（208Pb/204Pb）i-（206Pb/204Pb）i图中，样品位于下地壳范围内，并落入北半球参考线（NHRL）之上。
表3-2-6 陕西省丹凤县郭家沟变质镁铁质火山岩Pb同位素分析结果
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