大别造山带各块体属于扬子的地球化学证据

5.4.1.1 Pb同位素组成的约束

前面已经证明，出露于北淮阳、北大别、南大别和宿松四个构造变质单元中的白垩纪花岗岩类均以大别核杂岩为源，表明在北淮阳古生代岩层、南大别UHP变质岩片和宿松HP变质岩片之下，均有类似北大别杂岩那样的岩层基底。在Pb同位素组成上，大别全区白垩纪花岗岩类与大别核杂岩（花岗质片麻岩和斜长角闪岩）均可互相对比（见表5-3）。由表5-3可见，大别山全区白垩纪花岗岩，无论是长石铅还是全岩铅，在铅同位素206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值上，均与扬子块体B2-1亚省和华北块体南缘A3-2亚省的同位素组成相重叠（见表5-1），大别核杂岩Pb同位素组成也如此（对比表5-1和表5-3有关数据）。因此，根据这些铅同位素比值难以确定的它们的构造归属，但根据长石铅和全岩铅的206Pb/208Pb比值（平均值分别为0.4503和0.4425）和206Pb/207Pb比值（平均值分别为1.1054和1.0770）均与扬子块体B2-1亚省相近（分别为0.4498和1.0971），而不同于华北块体南缘A3-2亚省（分别为0.4567和1.1226）。同样，大别核杂岩的206Pb/208Pb比值（平均为0.4453）和206Pb/207Pb比值（平均为1.1091）也均与扬子B2-1亚省的相应值相同，而明显低于华北南缘A3-2亚省的相应值。这表明大别造山带现今的上地壳和基底在铅同位素组成上应归属于扬子陆块B2-1铅同位素亚省。原来张理刚等（1995）将大别造山带归属于华北A3-2亚省是不符合实际的。

南大别超高压变质杂岩（榴辉岩和UHP片麻岩），在各个铅同位素比值上（对比表5-3和表5-1），较为接近于扬子块体B2-2亚省的铅同位素特征，并在数值上更与西部南秦岭的耀岭河群火山岩相接近。这既可说明大别主体应属于扬子板块，又可佐证超高压变质岩片的原岩可能相当于南秦岭的耀岭河群火山-沉积岩系。

位于晓天-磨子潭断裂以北的北淮阳块体中，古生代碎屑岩类（主要是佛子群、南湾组和龟山组）和古生代变基性岩类（龟山组），以相对高放射成因铅同位素组成为特征（见表5-3），在各个铅同位素比值上，类似于扬子B2-3亚省的铅同位素组成，并基本可与北秦岭块体的Pb同位素组成相对比，表明北淮阳现今上地壳与北秦岭块体具有某种亲缘关系。

大别造山带腹部和南部孝昌、黄陂、新洲和麻城一带产出的晚白垩世玄武岩（K-Ar年龄为81.3Ma），为亚碱性-碱性过渡系列的石英拉斑玄武岩、橄榄拉斑玄武岩、碱性橄榄玄武岩和碱玄岩。经多种方法检验，岩浆具有未受地壳明显污染的原始岩浆特征，岩石应能反映地幔源区特征（匡少平等，2001，2002）。这些玄武岩均以富放射成因铅同位素组成为特征，在各个Pb同位素比值上均类似扬子块体省B2-3亚省的铅同位素组成（对比表5-3和表5-1）。这表明在大别造山带具有扬子B2-1亚省Pb同位素组成特征的前寒武纪基底上，后来于新元古代叠加了具有扬子B2-2亚省铅同位素组成特征的UHP变质岩原岩，而后于中生代又叠加了具有扬子B2-3亚省铅同位素组成特征的玄武岩浆活动。这种演化值得研究。

以上Pb同位素填图的结果表明，大别地区各构造单元（包括北淮阳、北大别、南大别和宿松）中主要类型岩石在铅同位素组成上均显示属于扬子块体Pb同位素省的特征。然而，造山带内部不同结构层的岩层和不同时代形成的岩石却又显示出不同的铅同位素组成，分别类似于扬子地块的不同Pb同位素亚省。这反映了大别造山带地壳发展和构造演化的复杂性，在后面将结合大别与东秦岭的对比再讨论这一问题。

5.4.1.2 Nd同位素模式年龄

大别造山带已有各种壳源岩石的Sm-Nd同位素资料150多件（其中80件为本课题组测定，其余为收集前人资料），这些样品主要来自北大别片麻岩类、南大别超高压片麻岩类、北淮阳变沉积岩类和各个构造单元中的花岗岩类。在这些Sm-Nd同位素资料中，剔除147Sm/144Nd比值大于0.15的样品，用Nd同位素单阶段演化模型统一计算TDM值，据此，构筑TDM分布直方图（图5-4）。由图可见，大别山各种壳源岩石的Nd同位素模式年龄分布于1.0～3.4Ga范围内，但绝大多数样品集中于1.4～2.4Ga范围内，表明大别山陆壳主体形成于元古宙，峰值年龄1.8～2.0Ga反映该时期为大别山陆壳的主要增长期，少量样品的Nd同位素模式年龄分布于2.5～3.4Ga，说明在大别山，有少量地壳物质形成于太古宙。

图5-4 大别造山带各类壳源岩石TDM分布直方图

因此，大别造山带的陆壳增长历史与扬子陆块和南秦岭的地壳增长历史相似，而明显不同于华北陆块的陆壳增长历史，这说明大别块体应为扬子陆块的组成部分。

5.4.1.3 地幔地球化学特征

用来反映大别造山带上地幔化学特征的样品主要来自北大别童家冲、祝家铺、青山、沙河、柳家洼的辉石岩、辉长石，南大别清水河辉石岩、辉长岩，春秋庙-王母观辉长岩及大别腹部和南部黄石、麻城、新洲、黄陂、孝昌等地产于白垩纪红层中的玄武岩，这些样品覆盖了大别造山带晚古生代末期和中生代的镁铁-超镁铁质火成岩。为了对比，还引用了华北克拉通南缘河南汝阳一带第三纪玄武岩的数据。此外，对所涉及的镁铁质岩石均进行了多种途径的检验，证明岩浆未受陆壳明显污染。

表5-7列出了大别造山带幔源辉石岩、辉长岩和玄武岩类的化学成分。将表5-7同表5-2中大别幔源岩石分别与华北陆块南缘和扬子陆块北缘幔源岩石的化学成分进行对比，可以发现：大别山西部地段产出的晚海西期王母观辉长岩的化学成分与华北、扬子两陆缘中新生代玄武岩比较，则岩带东部的辉长岩在相对富集Cu、Sc和高Rb/Sr、Ba/Sr、Ba/La、Nb/Ta、Yb/Hf比值等特征上与扬子上地幔一致，并具有扬子上地幔特征的低Zr/Hf比值；而岩带西部的辉长岩除Zr/Hf比值较高这点与华北地幔相似以外，在相对富集Cu、Sc，低MgO和高Rb/Sr、Ba/Sr、Ba/La、Nb/Ta、Yb/Hf比值等特征上也与扬子上地幔相似（匡少平和张本仁，2002）。因此，王母观辉长岩带的岩浆源区显示出同扬子地幔具有亲缘性。

大别造山带碰撞后（包括北大别和南大别）早燕山期镁铁-超镁铁质岩石成分，在高Rb/Sr、Ba/Sr、Ba/La、Nb/Ta、Yb/Hf比值等特征上与扬子北缘玄武岩源区地幔一致，并具有扬子地幔特征的低Zr/Hf比值。反映其源区基本受扬子上地幔组成控制。

大别山中生代（晚白垩世）玄武岩化学成分与华北南缘和扬子北缘中、新生代玄武岩相比，尽管在富集∑FeO和高Zr/Hf比值上与华北南部玄武岩相似，但在相对富集Cu、Sc，贫MgO及高Rb/Sr、Ba/Sr、Ba/La、Nb/Ta、Yb/Hf比值等特征上完全与扬子北缘玄武岩一致；许多组分如Nb、Ta、Zr、Hf、Th、Be、V、La、REE等元素含量与扬子北缘玄武岩十分接近，而比华北南缘第三纪碱性玄武岩明显偏低。这些特征反映大别造山带玄武岩的源区地幔与扬子北缘玄武岩源区地幔特征更相似，而与华北陆块南缘存在较大区别。此外，在U-Th、206Pb/204Pb-Th、206Pb/204Pb-Th/U和206Pb/204Pb-Ta图解中，大别中生代基性侵入岩和玄武岩成分范围均与扬子北缘同类岩石吻合，而华北陆块南缘新生代玄武岩的成分则明显地构成另外一区（图5-5）。这进一步证明产出这些岩石的南北大

表5-7 大别造山带各类晚古生代和中生代幔源岩石的化学成分

注：部分华北南缘新生代玄武岩据周文戈（1996）；其他数据均来自本课题。氧化物及常量元素含量单位为%，微量元素含量单位为10-6。别块体应属于扬子陆块。

图5-5 大别造山带中、新生代基性火山岩和侵入岩

U-Th、206Pb/204Pb-Th、206Pb/204Pb-Th/U和206Pb/204Pb-Ta图解

由以上对比可见，大别造山带海西期以来不同幔源岩石基本都具有富集Sc、Cu，贫MgO、∑FeO和高Rb/Sr、Ba/Sr、Ba/La、Nb/Ta、Yb/Hf比值，并具有特征的低Zr/Hf比值；这些特征显示岩石源区地幔化学组成均与扬子地幔相似，反映在海西期以来整个大别岩浆活动一直处在扬子地幔的成分控制之下。

5.4.1.4 早期玄武岩浆地幔源区的性质与演化

大别核杂岩中，除TTG片麻岩外，还有变质表壳岩组合。后者呈不规则较大面积块体或大小不同的包体状分布于TTG片麻岩之中，主要由斜长角闪岩、斜长片麻岩、大理岩组成。斜长角闪岩的样品，经能够很好地区分高级变质区的正、副斜长角闪岩的TiO2F（其中F=（FeO+Fe2O3）/（FeO+Fe2O3+MgO））图解和MnO-TiO2图解（S.N.Misra，1971）判别，所研究的斜长角闪岩全部属于正斜长角闪岩，即均为玄武岩变质产物（侯青叶等，2004）。这为通过地幔派生岩石揭示大别地区前寒武纪地幔源区性质和演化提供了可能。

迄今为止，大别核杂岩中斜长角闪岩缺少同位素年代数据，由于它们呈包体形式产于TTG片麻岩中，推测斜长角闪岩原岩的形成总体上应早于TTG片麻岩的原岩。第四章中已经提及，采自大别核杂岩中Nd模式年龄（TDM）属于古元古代（2101～2401Ma）的斜长角闪岩（8个样品），具有与TDM值接近的Sm-Nd等时线年龄（2220±210Ma），并且原岩的初始εNd（t）值（+5.4）与同时代亏损地幔的εNd（t）值（+5.8）基本吻合。这不仅表明所确定原岩形成年龄值的合理性与古元古代曾有基性岩浆的喷发活动，同时还证明了该期岩浆源自亏损地幔源区。大别杂岩中TDM属于中元古代（1442～1570Ma）的斜长角闪岩（7个样品），给出几乎同时代的Sm-Nd等时线年龄（1444±180Ma），而且原岩的初始εNd（t）值（+6.2）同样比较接近于同时代亏损地幔的εNd（t）值（+6.8），表明大别于中元古代中期又有亏损地幔源派生的玄武质岩浆活动。大别杂岩内古元古代和中元古代中期的幔源岩石（成壳物质）均由亏损地幔源区派生，这点完全与扬子和南秦岭地幔（源区）Nd同位素组成由古元古代至中元古代晚期之前一直沿亏损地幔演化线发展是一致的。

大别杂岩中斜长角闪岩样品Sm-Nd同位素组成列于表5-8中。样品的Nd模式年龄（TDM）值变化于2.92～1.07Ga之间。将斜长角闪岩样品的Nd模式年龄（TDM）用频率分布直方图表示（图5-6），可以清楚地显示出，斜长角闪岩有四个不连续的TDM年龄段：新太古代、古元古代、中元古代早中期和中元古代晚期（图5-6）。此外，大别杂岩中还存在个别TDM值大于3.0Ga的斜长角闪岩和长英质片麻岩样品（表4-1和图5-4）。根据近年对邻区南秦岭变质火山岩地层年代学研究的新成果，南秦岭构造带地壳增生可分为以下5期：中太古代（＞3.0Ga），新太古代—古元古代早期（2.45～2.50Ga），古元古代中期（1.90～2.25Ga），中元古代早中期（1.55～1.75Ga）和中新元古代过渡时期（0.90～1.30Ga）（张宗清等，2002），据此可以认为大别造山带（含大别杂岩主要出露区北大别）和南秦岭，在地壳形成历史（成壳期次）方面，应该是基本一致的。

图5-6 大别核杂岩中斜长角闪岩Nd模式年龄（TDM）频率分布直方图

顺便说明，地表核杂岩的这种多Nd模式年龄段的特征，很可能是大别造山带碰撞后地壳遭受了强烈隆升剥蚀、流变增厚，使得原来岩层的严格层序不复保存、部分深部岩层可能混杂地出露于地表的结果和表现。