Age and origin of Muzidian fine-grained monzogranite dyke in Dabie orogenic belt: Zircon U-Pb dating and Hf isotopic constraints
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摘要:
用LA-ICP-MS技术对北大别木子店地区细粒二长花岗岩脉中的锆石进行原位U-Pb年龄和Hf同位素测定，结果表明，该花岗岩形成于128.9±0.7Ma，为早白垩世岩浆活动的产物，在锆石中发现古元古代和新元古代的锆石核；锆石εHf（t）介于-25.1~-19.2之间，平均值为-22.7，二阶段模式年龄TDM2主要介于2115~2505Ma之间，2个继承锆石分析点分别给出了-10.5和6.5的εHf（t）值，对应的二阶段模式年龄TDM2分别为1151Ma和1709Ma。木子店地区细粒二长花岗岩脉的锆石年龄和Hf同位素特征表明，花岗岩为古元古代古老地壳物质部分熔融形成，岩石源区可能有中元古代地幔物质及太古宙古老地壳物质的贡献，形成于大别造山带从挤压向伸展的转换阶段。
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关键词:
- 细粒二长花岗岩 /
- LA-ICP-MS锆石U-Pb测年 /
- Hf同位素 /
- 木子店 /
- 大别山
Abstract:This paper presents LA-ICP-MS zircon U-Pb dating and zircon in-situ Hf isotopic analytical results for the Muzidian fine-grained monzogranite dyke in northern Dabie orogenic belt. The dating results show that the granite was formed at 128.9±0.7Ma in Early Cretaceous. Two Paleoproterozoic and Neoproterozoic inherited zircons were found in the granites. The Hf isotopic analytical results show that the zircons εHf(t) values are from -25.1 to -19.2 with the mean of -22.7, and the two-stage Hf model ages (TDM2) generally range from 2115Ma to 2505Ma. The εHf(t) values of the two inherited zircons are -10.5 and 6.5, with the corresponding TDM2 of 1151Ma and 1709Ma, respectively. The zircon U-Pb dating and in-situ Hf isotopic results indicate that the parental magmas of Muzidian finegrained monzogranite dyke were derived from partial melting of Paleoproterozoic crustal rocks, with some Mesoproterozoic mantle and Archean crustal materials probably making contributions to the source. The Muzidian finegrained monzogranite dyke is considered to have been formed at the time of tectonic transition from compression to extension during Early Cretaceous in the Dabie orogen.
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大别山地区因超高压变质岩的发现，受到地质工作者的广泛关注。由于早白垩世岩石圈的强烈伸展垮塌，产生了大规模的以花岗岩类为主的岩浆活动，从目前已有资料看，早白垩世岩浆作用主要集中在 120~135Ma 之间[1-13]，早白垩世中酸性侵入岩被普遍认为是下地壳部分熔融产生的[14-17]，但对于其源岩存在较大分歧，主要有镁铁质榴辉岩和大别片麻岩 2 种观点[18-22] ，幔源物质也可能参与其形成 [15] ，因为大量的基性 -超基性岩也发育在该时期[23-27]，暗示了地幔来源的镁铁质-超镁铁质岩浆作用与花岗质岩浆作用之间的成因联系[4]。对于其形成构造背景主要存在 3 种观点：①形成于三叠纪陆-陆碰撞造山后环境[7, 15, 28]；②与太平洋板块的西向俯冲有关，形成于晚中生代整个中国东部岩石圈减薄的构造背景下 ，与三叠纪陆 -陆碰撞无关[29-31]；③形成机制可能与早白垩世地幔超柱事件热扰动所引起的部分熔融有关[32]。可见，对于该时期花岗岩类侵入体的成因和构造背景还存在争议。
①湖北省地质矿产局. 1∶5 万张广河幅、木子店幅H-50-15-D H- 50-27-B 地质图说明书. 1991: 1-86.
北大别地区是大别山早白垩世中酸性岩浆活动最强烈的地区，中酸性侵入岩广泛分布，较大的岩体包括主簿源、天柱山、白马尖、天堂寨、石鼓尖等。对该区岩浆岩尤其是燕山期中酸性岩体已积累了较多的年代学资料，如天柱山复式岩体中花岗闪长岩和碱长花岗岩的 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄分别为 127.8±0.7Ma 和 127.7±1.0Ma[4]；主簿源岩体 SHRIMP 年龄为 121~129Ma[32]；石鼓尖石英二长岩 SHRIMP 年龄为 132.8 ±4.3Ma[7]；天堂寨斑状二长花岗岩 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄为 130.0 ± 3.4Ma 等[22]。斑状二长花岗岩为大别山早白垩世中酸性侵入岩的主体岩性，遍布全区，凡较大规模的斑状二长花岗岩体中均可见小规模的细粒二长花岗岩，对于斑状二长花岗岩体已开展了较多的年代学及相关研究 [11, 22, 33]，而细粒二长花岗岩的年代学研究较少。锆石原位Hf 同位素分析是揭示地壳演化和示踪岩浆源区的重要手段[34-35]。近年来，对大别山地区早白垩世中酸性岩浆岩的 Hf 同位素特征也进行了较多的研究，主要集中在北大别地区的天堂寨、石鼓尖、舒潭等岩体及北淮阳地区[22, 31, 36-38]，但总体较薄弱。
木子店地区位于北大别变质杂岩带，中酸性岩类广泛发育 ，北与达权店岩体和商城岩体相邻，东临九资河和天堂寨岩体。本文通过对木子店地区细粒二长花岗岩高精度 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年和原位 Hf 同位素分析，并与邻区花岗岩类进行对比 ，探讨其成因和形成构造背景 ，以期为大别山地区燕山期中酸性岩类的形成提供进一步约束。
1. 地质背景及岩相学特征
大别造山带是三叠纪扬子板块和华北板块俯冲-碰撞形成的高压-超高压变质带，从北到南分为北淮阳构造带 、北大别变质杂岩带 、南大别高压、超高压变质带和宿松杂岩带 4 个部分[39-40]，大别山早白垩世中酸性岩在 4 个构造单元中均有分布，在北大别出露最广泛[14, 16, 32]。北淮阳构造带分布在晓天-磨子潭断裂与于栾川-明港韧性剪切带之间，主要由佛子岭和苏家河 2 个构造岩片，以及未变质的石炭系—二叠系浅海相和陆相类磨拉石沉积物组成 [41]。 北大别变质杂岩带分布在晓天-磨子潭断裂和五河-水吼断裂之间，主要岩石组成为混合岩化花岗岩-英云闪长质片麻岩，原岩时代为新元古代。
木子店地区位于团麻断裂和晓天-磨子潭断裂的交会区域，处于北淮阳构造带与北大别变质带的分界部位（图 1）。地层主要出露大别山群，岩性主要为黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩、大理岩等，以不同规模的捕虏体分布。该区岩浆岩主要出露中生代中酸性岩，少量元古宙片麻状石英闪长岩，中生代中酸性岩以斑状二长花岗岩和细中粒或中细粒二长花岗岩为主，矿物成分主要为钾长石、斜长石和石英，少量黑云母，二者呈涌动侵入接触关系，侵入到元古宙片麻状石英闪长岩，可见少量石英二长岩出露，与斑状二长花岗岩呈侵入接触关系，岩石中均可见暗色捕虏体分布。本次研究的细粒二长花岗岩脉在木子店地区呈斜切式侵入于斑状二长研究较少。锆石原位 Hf 同位素分析是揭示地壳演花岗岩和二长花岗岩中，面积约 1km2（图 1）。二长花岗岩呈浅肉红色，细粒结构，块状构造；矿物成分主要为斜长石、钾长石、石英，少量黑云母。钾长石主要为正长石和条纹长石 ，粒径大小为 1~ 2mm，含量约 35%，部分已次生变化呈细小鳞片状绢云母和粘土矿物；斜长石主要为钠-更长石，少量中长石，呈半自形-他形长板状，含量约 35%；石英呈他形粒状不均匀分布，大小为 0.5~1.2mm，含量约 25%；黑云母呈半自形片状，片径为 0.1~0.75mm，多色性明显，平行消光，且沿解理有少量不透明矿物析出，含量约 5%。野外及镜下照片见图 2。
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图 1 北大别木子店地区地质简图及大地构造位置①1—第四系；2—大别山群；3—斑状二长花岗岩；4—二长花岗岩；5—二长花岗岩脉；6—石英二长岩；7—片麻状石英闪长岩；8—英云闪长质片麻岩；9—断层；10—地质界线；11—研究区大地构造位置；12—采样位置Figure 1. Geological sketch map of the Muzidian area in North Dabie orogen![]()
图 2 样品野外（a）及镜下显微照片（正交偏光）（b）Pl—斜长石；Kf—钾长石；Q—石英；Bi—黑云母Figure 2. Field characteristics (a) and photomicrographs (b) of the sample2. 样品制备和分析方法
样品采自木子店镇东约 3km 处，采样点经纬度坐标为：北纬 31°12′15″、东经 115°26′06″。用于锆石 U-Pb 定年的样品为 D012，将清洗干净后的样品送至河北省廊坊区域地质调查研究所的实验室进行粉碎、淘洗后，经过重液、电磁分选出重矿物，然后在双目镜下挑选出晶形和透明度较好的锆石颗粒； 将锆石样品置于环氧树脂中制靶，然后打磨和抛光至锆石核部出露，再清洗、抛光。锆石的透射光、反射光及阴极发光显微照片在中国地质大学（武汉） 地质过程与矿产资源国家重点实验室（GPMR）完成，在阴极发光图片的基础上，结合反射光和透射光，挑选合适的锆石进行 U-Pb 定年测试，样品定年在 GPMR 激光剥蚀等离子质谱（LA-ICP-MS）仪器上完成，激光束斑直径为 32μm，同时测定 U-Th-Pb 同位素及微量元素。实验中采用氦作为剥蚀物质的载气。U-Th-Pb 同位素组成及微量元素分析应用标准锆石 91500 进行同位素分馏校正，用 29Si 做内标，NIST610 为外标，详细分析流程和仪器参数据参考文献 [42]。 实验获得的数据采用 ICPMS⁃ DataCal 软件进行处理。除 16 号点采用 207Pb/206Pb 年龄外，其余点采用 206Pb/238U 年龄，其加权平均值误差为 2σ。
锆石原位 Hf 同位素分析在 GPMR NeptunePlus 型 MC-ICP-MS 上完成 ，激光剥蚀系统为配备有 193 nmArF 准分子激光器的 GeoLas 2005。根据已测定过年龄的锆石颗粒相关部位的大小,选择相同/相似区域进行 Hf 同位素测试，激光束斑直径为 44μm，剥蚀频率为 8Hz，具体分析方法及仪器参数详见参考文献 [43]。 用 179Hf/177Hf =0.7325和 173Yb/171Yb=1.1248 标定测定样品的 179Hf/177Hf 和173Yb/171Yb 值[44]。实验获得的数据采用 ICPMSData⁃Cal 软件进行处理[42]。εHf 计算采用 176Lu 衰变常数为 1.865 × 10-11 a-1[45]，球粒陨石现今值 176Hf/177Hf= 0.282772 和 176Lu/177Hf=0.0332 [46]；二阶段亏损地幔 Hf 模式年龄（TDM2）计算采用现今亏损地幔值 176Hf/ 177Hf =0.28325 和 176Lu/177Hf =0.0384 [47]，大陆平均地壳 176Lu/177Hf=0.015 [48]。
3. 分析结果
3.1 锆石 U-Pb 年龄
木子店地区细粒二长花岗岩脉中的锆石为无色透明，主要为长柱状，少数为等粒，长度在 50~120μm 之间，少数可达 200μm，长宽比为 3∶2~2∶1，部分锆石表面可见少量裂纹，包裹体较少。阴极发光显示锆石生长振荡环带发育（图 3），可见少量继承锆石，选择韵律环带明显的锆石和部分继承锆石，进行了 12 个点的定年分析，锆石分析点 U 含量为 156×10-6~ 1737×10-6，Th 含量为 65×10-6~968×10-6，Th/U 值在0.27~1.91 之间（表 1），多数大于 0.3，为岩浆成因锆石。点 1 和点 16 分别给出 710±6Ma 和 1892±39Ma的残留锆石或继承锆石年龄，点 13 和点 17 年龄分别为 195±6Ma 和 176±2Ma，明显高于其他分析点的年龄，偏差较大，其他 8 个分析点均落在谐和线上或附近，其 206Pb/238U 年龄变化于 126±2~134±2Ma 之间 ，年龄加权平均值为 128.9 ± 0.7Ma（MSWD=0.023，N=8）（图 4），代表了木子店地区细粒二长花岗岩脉的结晶年龄。
表 1 木子店地区细粒二长花岗岩（D012）LA-ICP-MS 锆石 U-Th-Pb 同位素分析结果Table 1. LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating results of the fine grained monzogranite (D012) in Muzidian area点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Th U U207Pb/206 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 1 86.8 276 0.31 0.0628 0.002 1.0146 0.034 0.1164 0.0011 700 70.4 711 16.9 710 6.5 3 229 254 0.90 0.0519 0.0062 0.1396 0.017 0.0202 0.0004 280 252 133 15.4 129 2.2 4 431 426 1.01 0.522 0.0048 0.1397 0.012 0.0198 0.0003 295 211 133 10.9 126 1.7 5 422 456 0.92 0.0479 0.0036 0.1308 0.0098 0.0199 0.0003 95 170 125 8.8 127 1.7 7 63.4 156 0.41 0.0585 0.0099 0.1452 0.023 0.0201 0.0005 550 375 138 20.7 129 3.2 9 968 507 1.91 0.0464 0.0032 0.1333 0.0091 0.021 0.0004 17 159 127 8.2 134 2.3 10 122 634 0.19 0.0515 0.0025 0.1457 0.0072 0.0205 0.0002 261 111 138 6.3 131 1.4 13 124 340 0.37 0.0555 0.0033 0.226 0.016 0.0306 0.001 432 133 207 13.6 195 6.3 16 338 1737 0.19 0.1158 0.0025 4.8528 0.107 0.3036 0.0021 1892 39 1794 18.7 1709 10.3 17 65 244 0.27 0.0554 0.0039 0.2095 0.015 0.0277 0.0004 428 164 193 12.5 176 2.6 19 78 293 0.27 0.0461 0.0046 0.1221 0.012 0.0197 0.0004 400 -172 117 10.8 126 2.5 21 107 156 0.68 0.0494 0.0077 0.1317 0.02 0.0203 0.0004 165 330 126 17.5 129 2.4 ![]()
图 3 木子店地区细粒二长花岗岩中锆石阴极发光图像（实心圆圈和虚线圆圈分别代表 U-Pb、Lu-Hf 同位素测定位置，数字为 206Pb/238U 年龄（Ma）和εHf(t)值）Figure 3. Representative CL images of the fine grainedmonzogranite in Muzidian area![]()
图 4 木子店地区细粒二长花岗岩 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 谐和图（a）和 206Pb/238U 年龄图（b）Figure 4. Zircon U-Pb concordia diagram (a) and 206Pb/238U age diagram (b)of the fine grained monzogranite in Muzidian area据 1∶5 万张广河幅、木子店幅区域地质调查报告，木子店地区斑状二长花岗岩和二长花岗岩与邻区天堂寨花岗岩连为一体① ，天堂寨岩体中斑状二长花岗岩的 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄为 131.7± 3.6Ma，与天堂寨岩体相邻的舒潭岩体中斑状二长花岗岩的 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄为 132.3 ± 1.0Ma[36]，形成时代早于研究区的细粒二长花岗岩脉的年龄，这与研究区野外接触关系一致。
3.2 锆石 Hf 同位素
在 U-Pb 定年的基础上，利用 LA-ICP-MS 对其中 9 颗锆石进行了 Lu-Hf 同位素分析，结果见表 2。除 2 个继承锆石分析点（D012-01 和 D012-16） 外，其余分析点 176Yb/177Hf 和 176Lu/177Hf 值范围分别为 0.007337~0.029982 和 0.000281~0.001179，176Lu/177Hf值均小于 0.002，说明锆石在形成后具有极低的放射成因 Hf 积累，因此可以用初始 176Lu/177Hf 值代表锆石结晶时的 Hf 同位素组成[49]。除 2 个继承锆石点外，其余 7 个点的 176Hf/177Hf 值在 0.281415~0.282149 之间，用锆石 206Pb/238U 年龄计算出的锆石εHf(t)介于-25.1~-19.3 之间，平均值为-22.7；对应的单阶段模式年龄 TDM1主要介于 1536~1842Ma 之间，二阶段模式年龄 TDM2 主要介于 2115~2505Ma 之间；2 个继承锆石分析点分别给出 6.5 和-6.4 的εHf(t)值。考虑到锆石的 fLu/Hf=-0.99~-0.95，二阶段模式年龄应更能真实地代表其源区物质有亏损地幔抽取后在地壳的平均存留年龄[49]。
表 2 木子店地区细粒二长花岗岩 LA-MC-ICP-MS 锆石 Lu-Hf 同位素分析结果Table 2. LA-MC-ICP-MS zircon Lu-Hf isotopic compositions of thefine grained monzogranite in Muzidian area点号 176Hf/177Hf 2σ 176Lu/177Hf 2σ 176Yb/177Hf 2σ ε(o) 2σ 锆石年龄/Ma εHf(t) 2σ TDM1/Ma TDM2/Ma fLu/Hf 1 0.282538 0.000012 0.001818 0.000019 0.050251 0.00029 -8.29 0.66 710 6.5 0.7 1033 1151 -0.95 3 0.282014 0.000013 0.000482 0.000007 0.0128 0.0002 -26.82 0.68 129 -24 0.69 1719 2377 -0.99 5 0.282061 0.000015 0.000680 0.000007 0.017733 0.00021 -25.15 0.74 127 -22.4 0.75 1662 2287 -0.98 7 0.282149 0.000014 0.000556 0.000005 0.013359 0.00023 -22.03 0.70 129 -19.3 0.71 1536 2115 -0.98 9 0.281948 0.000014 0.001179 0.000019 0.029982 0.00043 -29.15 0.7 134 -26.3 0.71 1842 2505 -0.96 10 0.282077 0.000014 0.000431 0.000032 0.009498 0.00074 -24.59 0.71 131 -21.8 0.71 1630 2254 -0.99 16 0.281415 0.000014 0.000433 0.000015 0.011213 0.0004 -48.01 0.71 1892 -6.4 0.81 2528 2793 -0.99 19 0.282126 0.000015 0.000405 0.000015 0.008967 0.00043 -22.85 0.74 126 -20.1 0.75 1562 2161 -0.99 21 0.281981 0.000012 0.000281 0.000003 0.007337 0.0001 -27.96 0.66 129 -25.1 0.69 1754 2438 -0.99 4. 讨论
4.1 成岩时代
锆石由于富含 U 和 Th、低普通 Pb 及非常高的稳定性，使锆石 U-Pb 定年成为同位素年代学研究中最常用和最有效的方法之一 [50] 。 锆石是目前已知矿物同位素体系中封闭温度最高的，其 Pb 的扩散封闭温度高达 900℃[51] ，因此 ，锆石的 U-Pb 年龄可近似代表锆石的结晶年龄 ，也即岩浆岩的成岩年龄 [50] 。 本文通过高精度的 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 同位素定年 ，测得木子店岩体中细粒二长花岗岩脉的年龄为 128.9±0.7Ma，表明其形成于早白垩世，而不同于 1∶5 万木子店幅和 1∶20 万商城幅区域地质调查报告中认为的晚白垩世①② 。该年龄早于邻区达权店岩体（118± 1Ma）[37] ，而与研究区东部同属北大别构造带的主簿源花岗岩（128 ± 3Ma）[32] 、天柱山岩体（ 约 128Ma）[4] 、石鼓尖角闪石英二长闪长岩（132.8±4.3Ma）和舒潭钾长花岗斑岩年龄（127.9±0.8Ma）在误差范围内一致 [7] 。 高精度年代学数据显示 ，大别造山带中生代岩浆活动发生于 110~143Ma，126~134Ma 是大别腹地岩浆活动的高峰期 [13] ，研究区细粒二长花岗岩年龄也在该范围内，处于大别地区岩浆活动的高峰期。
②河南省地质局区域地质测量队. 商城幅H-50-Ⅱ 1∶20 万区域地 质调查报告. 1980: 1-254.
4.2 岩浆源区
近年来，锆石 Hf 同位素在地学研究中得到广泛的应用，特别是与锆石 U-Pb 定年结合，使锆石原位Hf 同位素分析成为揭示地壳演化和示踪岩浆源区的重要手段[35, 48]，锆石 Hf 同位素组成可以记录壳幔混合岩浆二端元的初始信息。通常认为，低εHf(t)值代表早期未受幔源组分影响的古老基底地壳物质熔融形成的岩浆成分，而偏高的εHf(t)值则指示受到不同程度幔源岩浆混染后结晶的产物[52]。研究区细粒二长花岗岩的 Hf 同位素测试结果显示εHf(t)为负值，主要介于-25.1~-19.3 之间，平均值为 -22.7，二阶段模式年龄 TDM2 主要介于 2115~ 2505Ma 之间，在εHf(t)与锆石结晶年龄的图解中落在球粒陨石 Hf 同位素演化线之下（图 5），表明研究区细粒二长花岗岩主要来源于地壳，为古元古代古老地壳物质部分熔融形成的。对于大别造山带深部地壳和岩石圈地幔是否存在华北物质还存在争议[28, 53-54]，但多数学者认为，大别造山带的地壳物质来自扬子板块[6, 20, 55-57]；陈伟等[58]通过对比华北、 长江中下游及以南 、扬子板块北缘等地区的 Sr-Nd-Pb-Hf 同位素组成测定，发现大别地区白垩纪花岗岩、大别杂岩（大别片麻岩和榴辉岩为代表）和扬子北缘的 TTG 岩石三者之间的元素地球化学和 Sr-Nd-Hf 同位素特征非常相似，源区具有密切联系；部分学者根据大别造山带内碰撞后花岗岩类与高压-超高压变质岩相似的地球化学特征认为，这些花岗岩来自大别造山带高压-超高压变质岩的部分熔融[18, 20-21]；扬子板块北缘 TTG 岩石源岩为元古宙—太古宙古老地壳物质[59-60]，其二阶段模式年龄TDM2 为 2.07~2.79Ga。研究区细粒二长花岗岩 TDM2 主要介于 2115~2505Ma 之间，二者较一致，而明显不同于大别片麻杂岩（εHf(t) 为 -15~-8，TDM2 为 1.0~ 2.0Ga）[61]，因此，木子店地区细粒二长花岗岩可能来源于扬子板块北缘的古老地壳，组成类似于扬子板块北缘 TTG 岩石。
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图 5 木子店地区细粒二长花岗岩锆石 U-Pb 年龄-Hf 同位素图解Figure 5. Plots of zircon U-Pb age versus Hf isotope of the fine grained monzogranite in Muzidian area通过对大别山地区中生代已有花岗岩类的 Hf同位素资料统计（表 3），形成时代越早的岩石具有更低的εHf(t)值和更高的二阶段模式年龄 TDM2，形成时代越晚的岩石越具有更高的εHf(t)值和偏低的TDM2 年龄，反映了岩石源区特征的变化。天堂寨斑状二长花岗岩 εHf(t) 在 -28.1~-20.9 之间 ，TDM2 为 2604~2949Ma[36]，与研究区细粒二长花岗岩脉的 Hf 同位素特征相比，前者εHf(t)略低，TDM2 值更大，反映了二者源区的不同，前者为太古代地壳物质熔融，后者为古元古代地壳物质熔融，从早到晚，εHf(t)值变大，TDM2 值变小，反映了源区物质成分的变化。研究区斑状二长花岗岩与天堂寨岩体连为一体，说明细粒二长花岗岩脉形成时代和源区特征明显不同于斑状二长花岗岩。
表 3 大别地区中生代花岗岩类同位素年龄及 Hf 同位素数据Table 3. Isotope ages and Hf isotope data of theMesozoic granitoid rocks in Dabie orogen岩体 岩性 年龄/Ma 测试对象及方法 εHf(t) TDM2/Ma 资料来源姚冲 姚冲 花岗斑岩 139.8±2.2 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -26.5~-23.6 2252~2414 [31] 姚冲 花岗岩 133.3±1.3 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -26.5~-20.0 2430~2830 [62] 新县 花岗岩 125.5±1.5 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -22.92~-19.4 2390~2610 [58] 商城 斑状黑云母二长花岗岩 137±2 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -30.2~-15.6 2173~3079 [37] 达权店 二长花岗岩 118±1 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -23.2~-16.7 2227~2628 [37] 千鹅冲 二长花岗岩 130±2 SHRIMP 锆石 U-Pb 集中在-24.5~-11.3 之间 1362~2736 [38] 千鹅冲 花岗斑岩 129±2 SHRIMP 锆石 U-Pb -19. 8~-11.2 1895~2385 [38] 石鼓尖 角闪石英二长闪长岩 132.8±4.3 SHRIMP 锆石 U-Pb -30.5~-27.9 2942~3100 [36] 舒潭 斑状二长花岗岩 132.3±1.0 SHRIMP 锆石 U-Pb -26.0~-20.9 2502~2824 [36] 舒潭 钾长花岗岩 127.9±0.8 SHRIMP 锆石 U-Pb -25.2~-15.1 2133~2766 [36] 天堂寨 斑状二长花岗岩 131.7±3.6 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -28.1~-22.5 2604~2885 [36] 沙坪沟 石英二长岩 134±2 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -33.6~-17.0 2556~3292 [63] 沙坪沟 正长花岗岩 132±1 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -28.2~-23.5 2640~2957 [63] 沙坪沟 花岗斑岩 138±8 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -23.7~-16.9 2253~2683 [63] 沙坪沟 石英二长斑岩 135±4 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -32.1~-20.3 2465~3198 [63] 沙坪沟 二长花岗岩 135±1 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -31.1~-24.2 2708~3142 [63] 沙坪沟 黑云母闪长岩 128±2 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -27.9~-22.0 2565~2934 [63] 沙坪沟 黑云母二长岩 129±2 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -26.6~-21.9 2564~2857 [63] 沙坪沟 石英正长岩 116±2 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -17.2~-12.9 1989~2261 [63] 沙坪沟 花岗岩斑岩 114±1 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -23.4~-10.4 1826~2642 [63] 木子店 细粒二长花岗岩 128.9±0.7 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -25.1~-19.2 2115~2505 本文 花岗质岩石中继承锆石核为岩浆的物质来源提供了重要线索[64]。研究区花岗岩锆石 U-Pb 年代学数据中显示存在 710Ma 和 1892Ma 的继承锆石，说明岩石源区有新元古代和古元古代地壳物质的参与，此外，710Ma 左右的继承锆石εHf(t)为正值，值为 6.5，TDM2 为 1151Ma 左右；1892Ma 左右的继承锆石εHf(t)值为-6.4，TDM2 为 2793Ma 左右，暗示源区可能有中元古代地幔物质及太古宙古老地壳物质的贡献。敖文昊等[65]对扬子北缘汉南祖师店奥长花岗岩 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年结果获得 728 ± 3Ma 的成岩年龄，锆石εHf(t)值在 5.0~12.2 之间，二阶段模式年龄 TDM2 为 870~1324Ma，主体集中于约1100Ma,与本文新元古代继承锆石 Hf 同位素特征一致，说明研究区细粒二长花岗岩的源区中可能有类似汉南祖师店奥长花岗岩的物质成分。古元古代地壳物质（年龄）广泛存在于扬子地块，在崆岭、莲沱、京山、宁乡、镇远地区，获得大量古元古代锆石U-Pb 年龄数据[66-70]，分布在 1786~2364Ma 之间，说明古元古代基底在扬子地块广泛存在；Qiu 等[66] 在崆岭变泥质岩中获得 1933±50Ma 变质锆石年龄，Zhang 等[68]在崆岭变沉积岩中获得 1974±25Ma 变质锆石年龄 ，其 εHf(t) 值为 -13.3~-1.0，TDM2 为 2665~ 3404Ma，本文古元古代继承锆石特征与其相似，说明岩石源区可能混入了崆岭变沉积岩的古老地壳物质。
根据锆石的 Hf 同位素和继承锆石特征，笔者认为，研究区细粒二长花岗岩主要为古元古代古老地壳部分熔融形成的，可能有新元古代新生地壳物质的加入，岩石源区还可能有中元古代地幔物质及太古宙古老地壳物质的贡献。
4.3 构造背景
大别造山带出露的高压-超高压榴辉岩相变质作用时间主要在 240~220Ma 之间 [71-75]，被认为是扬子板块向华北板块俯冲的时间[76]，即大别造山带碰撞的时间；碰撞导致造山带地壳加厚[77]，之后从挤压向伸展转换。对于大别造山带从挤压向伸展转换的时间还存在争议，许长海等[78]根据锆石（U-Th）/ He 热年代学研究认为，大别中生代强烈伸展和岩石剥露时间在 130~105Ma 之间；马昌前等[79]根据大别造山带的花岗岩和镁铁质岩石的年龄和地球化学特征认为，大别中生代地壳从挤压向伸展转换的时间约为 135Ma；Xu 等[7] 认为，早期变形的花岗岩类（约 132Ma）形成于增厚地壳（大于 50km）的下地壳部分熔融，晚期未变形的花岗岩（约 128Ma）形成于相对薄的地壳（小于 35km）的下地壳部分熔融；可见大别造山带中生代构造体制转换的时间在 130Ma左右。将大别山地区中生代中酸性岩目前已有的Hf 同位素数据统计分析（图 6），可分为 3 组，成岩年龄大于 128Ma 的花岗岩类，εHf(t)主要介于-28~-22 之间，TDM2 主要介于 2500~3000Ma 之间；成岩年龄小于 118Ma 的花岗岩类，εHf(t) 主要介于 18~-14，TDM2 主要介于 2000~2500Ma 之间；年龄在 118~128Ma 的花岗岩类，εHf(t)主要介于-26~-18，TDM2 主要介于 2000~3000Ma 之间，反映了源区的差异。成岩年龄大于 128Ma 的花岗岩类源区为太古宙古老地壳物质，成岩年龄小于 118Ma 的花岗岩类源区为古元古代地壳物质 ，而成岩年龄在 118~128Ma 的花岗岩类的源区既有太古宙古老地壳物质也有古元古代地壳古老物质 。 成岩年龄大于 128Ma 和小于 118Ma 的花岗岩类εHf(t)和 TDM2 数值分布集中，波动范围小 ，岩石源区物质成分变化较小 ，说明这 2 个时期大别造山带的地壳结构处于相对稳定的状态 ；在 118~128Ma 阶段 ，Hf 同位素变化范围大 ，岩石源区物质成分发生变化 ，处于前 2 个阶段的过渡阶段 ，地壳结构处于过渡调整时期 ，说明大别造山带从挤压向伸展转换的时间约为 128Ma，比以往认为的时间更晚，118~128Ma 可能代表了大别造山带伸展垮塌的时限 ，即在约 10Ma 内伸展垮塌。研究区细粒二长花岗岩脉形成于 128.9±0.7Ma，处于大别造山带从挤压向伸展的转换时期。
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斑状二长花岗岩占大别造山带中生代侵入岩的绝大部分，从发表的年代学数据看，其形成时间大于 130Ma，如商城岩体、舒潭岩体、天堂寨岩体等[7, 22, 37]，这类岩石富集大离子亲石元素、轻稀土元素，亏损高场强元素和重稀土元素，Eu 无异常和/ 或弱异常，高 Sr、低 Y 等特征，Sr 同位素初始比值高，εNd(t)值低，岩石整体上表现为埃达克质岩的特征，其形成环境为增厚地壳的部分熔融，与俯冲环境有关。木子店地区出露的中生代岩浆岩以酸性深成侵入岩为主，岩性主要为斑状黑云二长花岗岩、细中粒或中细粒黑云二长花岗岩，未见浅成侵入岩（脉），本研究涉及的细粒二长花岗岩呈岩脉产出，从野外接触关系看，形成时间最晚。陈玲等[29] 将大别造山带晚中生代中酸性侵入岩分为 2 类，第一类年龄在 140~130Ma 之间，为钙碱性和高钾钙碱性中酸性岩，高 Sr、低重稀土元素和 Y，无明显的负 Eu 异常，具有埃达克质岩的特点，形成于加厚下地壳部分熔融；第二类比第一类形成稍晚，主要为富硅和富钾的花岗岩类，呈岩株、岩脉产出，通常被认为是伸展构造体质下的产物。研究区细粒二长花岗岩形成于 128.9±0.7Ma，呈岩脉侵入到主体斑状黑云二长花岗岩或黑云二长花岗岩中，是大别造山带挤压向伸展转换阶段的产物，其形成可以作为大别造山带从挤压向伸展转换的标志。
5. 结论
（1） 木子店细粒二长花岗岩 LA-ICP-MS 锆石U-Pb 年龄结果为 128.9±0.7Ma，形成时代为早白垩世，处于大别地区岩浆活动的高峰期（126~134Ma）。
（2） 锆石 Hf 同位素组成特征表明，木子店细粒二长花岗岩源于古元古代古老地壳物质的部分熔融，与扬子板块北缘 TTG 岩石 Hf 同位素特征相似； 岩石中 710Ma 和 1892Ma 的继承锆石指示，源岩为古元古代地壳物质，可能有新元古代新生地壳物质的加入，岩石源区还可能有中元古代地幔物质及太古宙古老地壳物质的贡献。
（3） 木子店细粒二长花岗岩脉形成于大别造山带从挤压向伸展的转换阶段，是早白垩世挤压向伸展构造体制下地壳部分熔融的产物。
致谢: 锆石 Hf 同位素数据处理得到中国地质调查局武汉地质调查中心朱江博士的帮助，南京大学地球科学与工程学院王国光博士提供了部分锆石Hf 同位素原始数据资料，成文后得到中国地质大学（武汉）地球科学学院王连训老师的修改和建议，审稿专家对本文提出了宝贵的修改意见和建议，修改过程中得到中国地质大学（武汉）资源学院张金阳老师的指导和帮助，在此一并致谢。 -
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图 1 北大别木子店地区地质简图及大地构造位置①
1—第四系；2—大别山群；3—斑状二长花岗岩；4—二长花岗岩；5—二长花岗岩脉；6—石英二长岩；7—片麻状石英闪长岩；8—英云闪长质片麻岩；9—断层；10—地质界线；11—研究区大地构造位置；12—采样位置
Figure 1. Geological sketch map of the Muzidian area in North Dabie orogen
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图 2 样品野外（a）及镜下显微照片（正交偏光）（b）
Pl—斜长石；Kf—钾长石；Q—石英；Bi—黑云母
Figure 2. Field characteristics (a) and photomicrographs (b) of the sample
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图 3 木子店地区细粒二长花岗岩中锆石阴极发光图像
（实心圆圈和虚线圆圈分别代表 U-Pb、Lu-Hf 同位素测定位置，数字为 206Pb/238U 年龄（Ma）和εHf(t)值）
Figure 3. Representative CL images of the fine grainedmonzogranite in Muzidian area
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图 4 木子店地区细粒二长花岗岩 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 谐和图（a）和 206Pb/238U 年龄图（b）
Figure 4. Zircon U-Pb concordia diagram (a) and 206Pb/238U age diagram (b)of the fine grained monzogranite in Muzidian area
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图 5 木子店地区细粒二长花岗岩锆石 U-Pb 年龄-Hf 同位素图解
Figure 5. Plots of zircon U-Pb age versus Hf isotope of the fine grained monzogranite in Muzidian area
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表 1 木子店地区细粒二长花岗岩（D012）LA-ICP-MS 锆石 U-Th-Pb 同位素分析结果
Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating results of the fine grained monzogranite (D012) in Muzidian area
点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Th U U207Pb/206 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 1 86.8 276 0.31 0.0628 0.002 1.0146 0.034 0.1164 0.0011 700 70.4 711 16.9 710 6.5 3 229 254 0.90 0.0519 0.0062 0.1396 0.017 0.0202 0.0004 280 252 133 15.4 129 2.2 4 431 426 1.01 0.522 0.0048 0.1397 0.012 0.0198 0.0003 295 211 133 10.9 126 1.7 5 422 456 0.92 0.0479 0.0036 0.1308 0.0098 0.0199 0.0003 95 170 125 8.8 127 1.7 7 63.4 156 0.41 0.0585 0.0099 0.1452 0.023 0.0201 0.0005 550 375 138 20.7 129 3.2 9 968 507 1.91 0.0464 0.0032 0.1333 0.0091 0.021 0.0004 17 159 127 8.2 134 2.3 10 122 634 0.19 0.0515 0.0025 0.1457 0.0072 0.0205 0.0002 261 111 138 6.3 131 1.4 13 124 340 0.37 0.0555 0.0033 0.226 0.016 0.0306 0.001 432 133 207 13.6 195 6.3 16 338 1737 0.19 0.1158 0.0025 4.8528 0.107 0.3036 0.0021 1892 39 1794 18.7 1709 10.3 17 65 244 0.27 0.0554 0.0039 0.2095 0.015 0.0277 0.0004 428 164 193 12.5 176 2.6 19 78 293 0.27 0.0461 0.0046 0.1221 0.012 0.0197 0.0004 400 -172 117 10.8 126 2.5 21 107 156 0.68 0.0494 0.0077 0.1317 0.02 0.0203 0.0004 165 330 126 17.5 129 2.4 
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表 2 木子店地区细粒二长花岗岩 LA-MC-ICP-MS 锆石 Lu-Hf 同位素分析结果
Table 2 LA-MC-ICP-MS zircon Lu-Hf isotopic compositions of thefine grained monzogranite in Muzidian area
点号 176Hf/177Hf 2σ 176Lu/177Hf 2σ 176Yb/177Hf 2σ ε(o) 2σ 锆石年龄/Ma εHf(t) 2σ TDM1/Ma TDM2/Ma fLu/Hf 1 0.282538 0.000012 0.001818 0.000019 0.050251 0.00029 -8.29 0.66 710 6.5 0.7 1033 1151 -0.95 3 0.282014 0.000013 0.000482 0.000007 0.0128 0.0002 -26.82 0.68 129 -24 0.69 1719 2377 -0.99 5 0.282061 0.000015 0.000680 0.000007 0.017733 0.00021 -25.15 0.74 127 -22.4 0.75 1662 2287 -0.98 7 0.282149 0.000014 0.000556 0.000005 0.013359 0.00023 -22.03 0.70 129 -19.3 0.71 1536 2115 -0.98 9 0.281948 0.000014 0.001179 0.000019 0.029982 0.00043 -29.15 0.7 134 -26.3 0.71 1842 2505 -0.96 10 0.282077 0.000014 0.000431 0.000032 0.009498 0.00074 -24.59 0.71 131 -21.8 0.71 1630 2254 -0.99 16 0.281415 0.000014 0.000433 0.000015 0.011213 0.0004 -48.01 0.71 1892 -6.4 0.81 2528 2793 -0.99 19 0.282126 0.000015 0.000405 0.000015 0.008967 0.00043 -22.85 0.74 126 -20.1 0.75 1562 2161 -0.99 21 0.281981 0.000012 0.000281 0.000003 0.007337 0.0001 -27.96 0.66 129 -25.1 0.69 1754 2438 -0.99
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表 3 大别地区中生代花岗岩类同位素年龄及 Hf 同位素数据
Table 3 Isotope ages and Hf isotope data of theMesozoic granitoid rocks in Dabie orogen
岩体 岩性 年龄/Ma 测试对象及方法 εHf(t) TDM2/Ma 资料来源姚冲 姚冲 花岗斑岩 139.8±2.2 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -26.5~-23.6 2252~2414 [31] 姚冲 花岗岩 133.3±1.3 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -26.5~-20.0 2430~2830 [62] 新县 花岗岩 125.5±1.5 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -22.92~-19.4 2390~2610 [58] 商城 斑状黑云母二长花岗岩 137±2 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -30.2~-15.6 2173~3079 [37] 达权店 二长花岗岩 118±1 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -23.2~-16.7 2227~2628 [37] 千鹅冲 二长花岗岩 130±2 SHRIMP 锆石 U-Pb 集中在-24.5~-11.3 之间 1362~2736 [38] 千鹅冲 花岗斑岩 129±2 SHRIMP 锆石 U-Pb -19. 8~-11.2 1895~2385 [38] 石鼓尖 角闪石英二长闪长岩 132.8±4.3 SHRIMP 锆石 U-Pb -30.5~-27.9 2942~3100 [36] 舒潭 斑状二长花岗岩 132.3±1.0 SHRIMP 锆石 U-Pb -26.0~-20.9 2502~2824 [36] 舒潭 钾长花岗岩 127.9±0.8 SHRIMP 锆石 U-Pb -25.2~-15.1 2133~2766 [36] 天堂寨 斑状二长花岗岩 131.7±3.6 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -28.1~-22.5 2604~2885 [36] 沙坪沟 石英二长岩 134±2 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -33.6~-17.0 2556~3292 [63] 沙坪沟 正长花岗岩 132±1 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -28.2~-23.5 2640~2957 [63] 沙坪沟 花岗斑岩 138±8 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -23.7~-16.9 2253~2683 [63] 沙坪沟 石英二长斑岩 135±4 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -32.1~-20.3 2465~3198 [63] 沙坪沟 二长花岗岩 135±1 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -31.1~-24.2 2708~3142 [63] 沙坪沟 黑云母闪长岩 128±2 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -27.9~-22.0 2565~2934 [63] 沙坪沟 黑云母二长岩 129±2 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -26.6~-21.9 2564~2857 [63] 沙坪沟 石英正长岩 116±2 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -17.2~-12.9 1989~2261 [63] 沙坪沟 花岗岩斑岩 114±1 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -23.4~-10.4 1826~2642 [63] 木子店 细粒二长花岗岩 128.9±0.7 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb -25.1~-19.2 2115~2505 本文
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