（二）郭家溝丹鳳變質鎂鐵質火山巖同位素年齡測定結果和巖石同位素地球化學特征
1.Sm-Nd年齡和Nd同位素地球化學特征
對采自郭家溝的變質火山巖樣品進行了Sm-Nd年齡同位素分析，結果如表3-2-2所示。其中，對6個樣品進行了重復分析，計算年齡時采用平均值。樣品在143Nd/144Nd147Sm/144Nd圖上的分布如圖3-2-5。由圖明顯可見，除樣品Q8720、Q8722、Q8729、Q9436、Q9437外，其余樣品分布在壹個帶狀範圍內，如同商州北寬坪和洛南馬河廣東坪變質鎂鐵質火山巖壹樣（詳見本章第四節），丹鳳鎂鐵質火山巖可能存在兩個巖漿源區。壹個源區巖漿端元由樣品 Q8719、Q8724、Q8725、Q8726、Q8727、Q8788、Q9442、Q9445、Q9446、Q9449、Q9450、Q9451、Q9452、Q9453、Q9454 組成，***15個樣品，等時年齡t=960±49（2σ）Ma，INd=0.511745±48（2σ），MSWD=1.3。相應εNd（t）=+6.8。如果計算年齡時，樣品 Q9445 不考慮，則14個樣品，等時年齡 t=1006±59（2σ）Ma，INd=0.511704±56（2σ），MSWD=0.77。相應εNd（t）=+7.1；另壹個源區巖漿端元包括樣品Q8721、Q8723、Q8787、Q9438、Q9439、Q9440、Q9441 7個樣品，等時年齡t=965±180（2σ）Ma，INd=0.51163±18（2σ），MSWD=0.37。相應εNd（t）=+4.7。
表3-2-2 陜西省丹鳳縣郭家溝變質鎂鐵質火山巖及其原巖巖漿分異變質中、酸性火山巖樣品Sm-Nd年齡同位素分析結果
圖3-2-5 陜西省丹鳳縣郭家溝變質鎂鐵質火山巖及其原巖巖漿分異變質中、酸性火山巖Sm-Nd等時年齡
兩個源區巖漿端元樣品Nd模式年齡tDM值十分不同。εNd（t）=+6.8源區巖漿端元組樣品Nd模式年齡，除樣品Q9445 tDM值為1515Ma外，其余樣品tDM值介於1033～1169Ma，平均值1090±35（σ）Ma；另壹端元組，εNd（t）=+4.7，Nd 模式年齡tDM介於1300～1453Ma，平均值1360±55（σ）Ma。樣品tDM值變化與其147Sm/144Nd值變化關系不大，由圖3-2-6不難看出，除樣品Q9444、Q9445外，其余兩組樣品的147Sm/144Nd值基本處於同壹範圍內。樣品Q9444和Q9445高的Nd模式年齡值（tDM分別為1477Ma和1515Ma），可能與樣品大的147Sm/144Nd值有關。樣品Q9444147Sm/144Nd比值0.1829，Q9445 0.1895（表3-2-2）。由tDM公式（詳見本書第二章）計算模式年齡時，當樣品147Sm/144Nd值接近MORB的147Sm/144Nd值（0.2137）時，計算得到tDM值的誤差增大（江博明，1989；張宗清等，1997a、1998c）。兩個單元樣品Nd模式年齡tDM的差異，與其εNd（t）值相應，反映其源區不同。
樣品Q9444和Q9445類似，具有幾乎相同地球化學特征（圖3-2-3，圖3-2-4，表3-2-1），Nd同位素組成差異可能與εNd（t）=+4.7 源區巖漿混染有關（圖3-2-5）。樣品Q9722、Q8729、Q8736、Q8737的147Sm/144Nd、143Nd/144Nd比值比εNd（t）=+4.7源區巖漿端元樣品值還低，Nd模式年齡平均值1439±22（σ）Ma，在tDM-147Sm/144Nd圖上與εNd（t）=+4.7單元樣品大致位於同壹區域（圖3-2-6），它們可能是來自εNd（t）=+4.7源區巖漿遭老的地殼巖石物質混染結果。樣品Q8720元素地球化學和Nd同位素地球化學特征與丹鳳變質鎂鐵質火山巖有較大差別，可能是後期侵入的變質花崗質巖石。Q8720稀土分布模式與其他樣品不同（圖3-2-3），輕稀土強烈富集，La為球粒隕石的450.1倍，（La/Yb）N=35.6，其他樣品輕稀土富集程度低，分餾小，（La）N＜92.2，（La/Yb）N＜29.4。Nd同位素系統與其他樣品也不相同，遠離等時線（圖3-2-5）。Nd模式年齡年輕，tDM值810Ma。
圖3-2-6 陜西省丹鳳縣郭家溝變質鎂鐵質火山巖及其原巖巖漿分異變質中、酸性火山巖樣品Nd模式年齡tDM-147Sm/144Nd圖
Ⅰ—εNd（t）=+6.8源區巖漿端元樣品；Ⅱ—εNd（t）=+4.7源區巖漿端元樣品。兩端元樣品Nd模式年齡值差異與147Sm/144Nd值大小無關
化學組成上，兩單元樣品主元素組成類似，看不出其形成於不同源區的特征，僅εNd（t）=+4.7源區巖漿系列富MgO樣品多，顯示其巖漿分異程度低，但是大離子不相容微量元素仍然存在某些不同之處。圖3-2-7表明，兩個Nd同位素組成不同源區單元，大離子不相容微量元素仍然顯現某些小的，但明顯可見的不同特征，K-Rb、La-Nb、La-Th、Nb-Zr、Ce-La、La-Zr兩個單元樣品呈現不同演化趨勢。強不相容微量元素，如K、Rb、Th、Nb、La、Ce、Zr等，由地幔或其他源區部分熔融時，優先進入巖漿，並保持其相互比值不變。上述大離子不相容微量元素的不同演化趨勢，反映其源區差異，如同Nd同位素反映的壹樣，郭家溝變質鎂鐵質火山巖原巖巖漿可能是來自兩個Nd同位素組成虧損程度不同源區巖漿混合產物。
產出位置上，εNd（t）=+4.7源區巖漿單元樣品多分布於郭家溝北部，即溝腦處。
上面所獲得的Sm-Nd年齡結果與姜長義（1998）報道的采自同壹地點的變質鎂鐵質巖的Sm-Nd年齡結果壹致。姜長義等（1998）在郭家溝變質鎂鐵質火山巖中采集了7個樣品，由中國科學院地質與地球物理研究所同位素年代學實驗室分析，結果如表3-23。樣品在等時圖上的分布如圖3-2-8。7個樣品中，除樣品Ga3B3、Ga3B5外，其余5個樣品形成壹條等時線，用Ludwing（2000）軟件計算，等時年齡t=952±100（2σ）Ma，INd=0.51163±8（2σ），MSWD=0.61（原計算數據為t=973.9±85.9，INd=0.511614±7（2σ））。等時年齡值與上面我們獲得的等時線年齡值在誤差範圍內壹致（表3-2-2，圖3-2-5）。INd值與εNd（t）=+4.7源區巖漿端元樣品INd值壹致。圖3-2-8中落於線外的兩個樣品落於我們獲得的εNd（t）=+6.7源區巖漿端元樣品等時線上（圖3-2-9）。表3-2-2 和文獻數據壹起計算，除樣品Q8720、Q8722、Q8729、Q9436、Q9437、Q9444外，Q8719、Q8724等17個樣品，等時年齡t=972±82（2σ）Ma，INd=0.511737±80（2σ），MSWD=2.4，相應的εNd（t）=+6.9；Q8721、Q8723等12個樣品t=1003±61（2σ）Ma，INd=0.511595±57（2σ），MSWD=0.57，相應εNd（t）=+4.9。
圖3-2-7 陜西省丹鳳縣郭家溝變質鎂鐵質火山巖及其原巖巖漿分異變質中酸性火山巖樣品K-Rb、La-Nb、La-Th、Nb-Zr、Ce-La、La-Zr圖
為εNd（t）=+6.8源區巖漿單元樣品，包括樣品Q9444、Q9445； 為εNd（t）=+4.7源區巖漿單元樣品。兩單元樣品有不同演化關系；圖中不包含樣品Q8720；樣品Q8722、Q8729、Q9436、Q9437歸於εNd（t）=+4.7源區巖漿單元。圖據表3-2-1繪制
表3-2-3 姜長義等（1998）郭家溝變質鎂鐵質火山巖Sm-Nd年齡同位素分析數據
*據本書第二章tDM計算公式和有關參數重新計算。
圖3-2-8 陜西省丹鳳縣郭家溝變質鎂鐵質巖樣品143Nd/144Nd—147Sm/144Nd圖
年齡據表3-2-3數據計算
圖3-2-9 陜西省丹鳳縣郭家溝變質鎂鐵質火山巖Sm-Nd年齡同位素分析結果比較
為本次分析樣品； 為姜長義等（1998）采集，中國科學院地質與地球物理研究所同位素年代學實驗室分析樣品。可以看出，不同時間、不同采樣者、不同實驗室分析結果基本壹致
2.Rb-Sr年齡和Sr同位素地球化學特征
Rb-Sr年齡測定樣品和Sm-Nd年齡測定樣品相同。25個變質火山巖樣品被用於Rb-Sr年齡同位素分析。分析結果列於表3-2-4。樣品Rb含量低，Sr含量高，87Rb/86Sr比值由0.01606～0.4831，87Sr/86Sr比值，除樣品Q9443為0.70931外，其余樣品比值低於0.70738，最小值0.70396。樣品在Rb-Sr等時圖上的分布如圖3-2-10。可以看出，樣品分布分散，無嚴格等時線，但有壹定方向性，除樣品Q9443和Q9452外，由其余23個樣品進行計算可以得到壹個不確定性較大的Rb-Sr等時年齡值，t=474±180（2σ）Ma，ISr=0.70482±48（2σ），MSWD=014。這表明，早古生代474Ma左右巖石遭受過強烈變質改造。低的ISr值反映巖石源區大離子不相容微量元素強烈虧損特征。巖石形成時的ISr值無疑更低。
表3-2-4 陜西省丹鳳縣郭家溝變質鎂鐵質火山巖及其原巖巖漿分異變質中酸性火山巖樣品Rb-Sr年齡同位素分析結果
圖3-2-10 陜西省丹鳳縣郭家溝變質鎂鐵質火山巖及其原巖巖漿分異變質中酸性火山巖Rb-Sr等時年齡
3.鋯英石U-Pb年齡
鋯英石由變質安山質火山巖樣品Q9449分選。巖石淺灰白色、細粒致密塊狀，主要由斜長石、角閃石組成，石英、黑雲母次之，巖石化學組成見表3-2-1，稀土分布模式如圖3-2-3所示。鋯英石為淺紫紅色、無色透明柱狀，表面有裂紋。U-Pb年齡同位素分析結果列於表3-2-5。由表可以看出，樣品Q9449中存在兩類鋯石。壹類鋯石由鋯英石樣品No.1和No.2組成，表面年齡基性上壹致，鋯英石U-Pb同位素系統在其形成後基本上保持封閉，母、子體同位素沒有明顯由系統帶出或帶入，在諧和圖上，樣品差不多位於壹致線上（圖3-2-11），不壹致線與壹致線上交點年齡為709±48Ma，下交點年齡＜0。上交點年齡與表面年齡接近。另壹類鋯英石以鋯英石樣品No.3 為代表，U-Pb同位素系統明顯不同於鋯英石 No.1、No.2，Pb 明顯丟失，表面年齡 t（207Pb/206Pb）＞t（207Pb/235U）＞t（206Pb/238U）。207Pb/206Pb年齡1380Ma左右。由上述所獲得的該變質火山巖的地球化學特征和Sm-Nd等時年齡看，鋯英石No.3很明顯是巖石形成時巖漿由老的地殼巖石捕獲的，而鋯英石No.1 和No.2 可能是火山巖形成後遭受強烈區域變質作用時形成的。鋯英石樣品由偏鎂鐵質變質安山質火山巖樣品 Q9449 分選。巖石 SiO2含量53.61%，TiO20.72%，Fe2O3+FeO 9.04%，MgO 4.80%，化學組成相當基性，要在這種巖性火山巖中分選原生鋯英石可能性不大。已做的大量工作表明，秦嶺變質鎂鐵質火山巖中鋯英石十分稀少，即使有鋯英石分選出，也不外乎兩種成因：壹類為變質成因鋯英石，即鋯英石是巖石形成後，巖石遭受強烈變質作用形成的鋯英石；另壹類為繼承鋯石，即巖石形成時，巖漿由老的地層巖石捕獲或混入的碎屑鋯石（張宗清等，1994、2002）。樣品Q9449 Zr含量低，僅33×10-6，要在其形成時形成Zr的獨立礦物——鋯英石可能性小。郭家溝變質鎂鐵質火山巖除粗粒變質鎂鐵質火山巖外，其余變質鎂鐵質火山巖，包括變質中酸性火山巖，顆粒十分微小，多數變質中酸性火山巖呈隱晶質致密塊狀、帶狀，即使有極細小鋯英石存在，目前技術條件也分選不出來。
表3-2-5 陜西省丹鳳縣郭家溝變質火山巖鋯英石U-Pb年齡
圖3-2-11 陜西省丹鳳縣郭家溝變質火山巖鋯英石U-Pb年齡
變質中酸性火山巖原巖是稍晚期侵位與變質鎂鐵質火山巖原巖同源的侵入巖？有這種可能性。巖石與變質鎂鐵質火山巖無論元素地球化學特征，或是Nd同位素地球化學特征都具有地球化學親緣性。不過至今我們沒有發現樣品Q9449 巖石與變質鎂鐵質火山巖有侵入接觸關系。Q9449巖石屬晚期侵入巖的可能性不大。已獲得的Sm-Nd同位素年代學數據也不支持這種看法，它位於t=960±49Ma等時線上（圖3-2-5）。
4.Pb同位素地球化學特征
郭家溝變質鎂鐵質火山巖的 Pb同位素分析結果列於表3-2-6。206Pb/204Pb 介於18.105～19.053，207Pb/204Pb介於15.419～15.594，208Pb/204Pb介於37.840～38.146。張旗等（1995）認為，Pb同位素受到下地殼巖石物質影響和富集地幔物質混合作用，在（208Pb/204Pb）i-（206Pb/204Pb）i圖中，樣品位於下地殼範圍內，並落入北半球參考線（NHRL）之上。
表3-2-6 陜西省丹鳳縣郭家溝變質鎂鐵質火山巖Pb同位素分析結果