北秦岭地体东段是秦岭造山带的重要组成部分,以复杂多样的岩石组成、多期次的构造岩浆作用、变质地体的相互叠置为特点,地体内不仅大量产出秦岭造山带中最古老的前寒武纪基底—秦岭群,而且广泛出露晋宁期和加里东-海西期的花岗闪长质侵入岩类,因而它既是探讨中国南北两大陆块(华南和华北)碰撞、拼合关系的关键位置,又是研究秦岭造山带地壳的形成和演化、花岗岩类的成因物源及其构造属性的最佳理想场所。为了较好地约束秦岭群的源区特征和构造背景,揭示北秦岭地体的岩浆作用和地壳演化规律,本文运用多种测试方法和分析手段,主要包括主、微量元素分析、全岩Rb-Sr和Sm-Nd同位素分析以及锆石原位U-Pb定年和O-Hf同位素测试等,重点研究了秦岭群基底片麻岩和角闪岩两种主要岩石类型、晋宁期和加里东-海西期花岗侵入岩类,尤其详细剖析了后者的岩石组合特征、时空分布规律,并对不同成因类型侵入岩的源区及岩石成因进行了系统讨论,最后建立了晋宁期和加里东-海西期岩浆作用的年代学格架,通过与其邻区华北南缘、南秦岭及扬子北缘地体岩浆作用和地壳演化的对比,系统总结了北秦岭地体地壳的生长和再造历史。研究结果不仅为岩石的成因提供可靠的数据支持和地球化学制约,而且有助于认识秦岭造山带基底的演化和构造的归属,对揭示岩浆形成的深部地球动力学背景和探索大陆碰撞造山过程中地壳的生长、分异和演化具有重要的科学意义。秦岭群主要由片麻岩、角闪岩和少量大理岩组成,记录了北秦岭地体形成和早期的陆壳演化过程,经历了多期变形和变质作用。其中,长英质片麻岩富集轻稀土元素和大离子亲石元素(Rb、Ba、Th、K和Pb),Eu负异常和亏损高场强元素(Nb, Ta, P, Ti),锆石δ18O值变化略大且位于6.5-9.3‰之间,全岩初始εNd值-4.6,两阶段Nd模式年龄TDM2=1.99Ga;斜长角闪岩也富集大离子亲石元素和轻稀土元素,且亏损Nb和Ta,锆石δ18O值均一为5.0-6.0‰,但具有较高的全岩初始ENd值(2.8～3.3)和较年轻的TDM2(1.29～1.24Ga)。锆石U-Pb年龄表明长英质片麻岩和斜长角闪岩均形成于～960Ma与火山弧相关的构造背景之中,而非前人所认为的裂谷环境,同时发现一期早古生代的变质热事件。秦岭群碎屑锆石年龄谱显示其可能为一个独立的地质单元,并在新元古代早期具有不同于南北两大陆块的演化历史,很可能为格林威尔造山带的一个残留体。晋宁早期(-940)的花岗岩侵入体在南秦岭地体中极为少见,在北秦岭地体中却出露相当广泛且几乎都经历了明显的变质变形作用,这些岩体记录了秦岭造山带前寒武纪基底地壳的形成和演化历史。本文选取方庄和德河两个岩体为代表。结果表明,方庄花岗质糜棱岩的锆石结晶年龄为933.4±9.2Ma,δ18O值8.3～11.9‰,初始87Sr/86Sr比值0.72455,初始εNd值-6.0,Nd模式年龄2.09Ga (TDM2)；德河黑云斜长片麻岩的锆石结晶年龄为939.7+7.6Ma和948.1+8.9Ma,δ180值8.6～10.0‰,初始87Sr/86Sr比值变化较大为0.70986～0.72455,初始εNd值-5.3--4.8,Nd模式年龄2.05～2.00Ga(TDM2)。结合已报道的15个新元古代花岗岩类岩体的年龄和地球化学数据,北秦岭地体新元古代岩浆作用可以划分为980～870Ma挤压碰撞作用和～844Ma伸展裂解作用两大阶段,包括～940Ma强烈变形S型同碰撞花岗岩、-880Ma弱-无变形后碰撞Ⅰ型花岗岩和～844Ma板内A型花岗岩三类花岗岩体。地球化学组成显示,这些花岗岩类岩石可能源自不同时期形成的秦岭群基底杂岩的部分熔融,但在后碰撞阶段幔源物质或年轻地壳物质的加入明显增加。北秦岭地体中新元古代岩浆活动与Rodinia超大陆演化基本同时代,可能记录超大陆形成过程中的地壳响应。在新元古代之前,北秦岭地体或许具有不同于华北陆块和华南陆块的演化历史。加里东一海西期岩浆活动在北秦岭地体东段广泛发育,在其周缘地体中几乎未见出露。本文对研究区内共10个中酸性侵入体19件样品和中基性富水杂岩体中的4件样品进行锆石U-Pb定年分析。结合近期公开报道的53件锆石U-Pb年龄数据,建立和查明北秦岭地体东段加里东-海西期岩浆活动的年代学格架和时空分布特征,将该期岩浆活动划分为3个阶段：第一阶段(-487Ma),主要分布于研究区东部；第二阶段(-450Ma),遍布整个研究区；第三阶段(-417Ma),分布于研究区中部。第一阶段(-487Ma)：Ⅰ型花岗岩以板山坪、西庄河及麻池河乡等岩体为代表,具有类似于俯冲洋壳成因埃达克质岩石的地球化学特征,具有较高的初始εNd值(0.19～3.17)、较低的初始87Sr/86Sr比值(0.70257～0.70524)、较高的初始εHf值(2.51～13.97)、TDM2(Nd)=0.92～1.21Ga和TDM2(Hf)=0.56～1.28Ga及相对低的全岩δ18O值(7.03-7.60‰),这些特征指示该阶段Ⅰ型花岗岩可能源自俯冲洋壳板片的部分熔融。结合空间上与之共生的岛弧成因的富水杂岩的产出,两种岩浆作用类型共同证实了研究区内早古生代板块俯冲-消减事件的存在。S型花岗岩以漂池和蛮子营岩体为代表,具有高硅、钾,低钛、镁的特征,属高钾钙碱性过铝质系列,其初始εNd值=-7.98～-10.05、初始87Sr/86Sr比值=0.70352～0.72737、初始εHf值=-13.75～-0.78、TDM2(Nd)=1.89～2.06Ga、TDM2(Hf)=1.46～2.33Ga、锆石δ180值较高位于7.88～8.65‰之间,略低于全岩618O值10.9-11.7‰,这些特征共同指示该S型花岗岩具有板块俯冲过程中诱发活动陆缘陆壳物质熔融成因特征。第二阶段(～450Ma):～460Ma I型花岗岩以灰池子岩体最为典型,具有加厚下地壳成因埃达克岩的地球化学特征,具有中等的初始εNd值(-0.51～1.54,多数大于0),较低的初始07Sr/86Sr比值(0.70463～0.70612),变化较大的初始EHf值(-10.89～12.80),TDM2(Nd)=1.08～1.25Ga和TDM2(Hf)=0.61～1.70Ga,全岩δ180值相对较高为7.60～9.08‰,这些特征结合继承锆石的大量出现和在岩体内部未见中基性暗色包体的地质事实共同指示该阶段Ⅰ型花岗岩可能是新生的加厚下地壳部分熔融的产物,其源岩物质与第一阶段Ⅰ型花岗岩基本类似,其形成背景与古生代期间商丹洋壳的俯冲-汇聚-碰撞,进而导致新生下地壳的缩短-叠置-加厚有关；-450Ma I-S型花岗岩,以五垛山、宽坪、枣园、黄柏岔及桃坪岩体为代表,岩体岩石兼具碰撞型和俯冲型岩石的成因特点,总体显示其成因及物源与-460MaⅠ型花岗岩相似,不同之处较前者富集Nd同位素和具有较高的全岩δ18O值(9.96-10.34‰),可能暗示了幔源物质的贡献相对早期较少；-440Ma Ⅰ型花岗岩以沿商丹缝合带分布的武关及小王涧岩体为代表,它们可能是造山过程中滞后的消减源区发生部分熔融的产物。S型花岗岩以安吉坪和土桥岗岩体为代表,具有类似于第一阶段中S型花岗岩的高钾钙碱性过铝质系列岩石的特征,其初始ENd值=-7.64～-8.20、高初始87Sr/86Sr比值=0.71025～0.71263、TDM2(Nd)=1.8l～1.88Ga、锆石δ18O值较高位于9.60～13.30%o之间,总体呈现挤压碰撞成因的岩石地球化学特点。第三阶段(-417Ma)：Ⅰ型花岗岩以侵入于二郎坪群的张家庄岩体为代表。该岩体岩石具有低钾(Na2O/K2O=3.30～28.83)拉斑玄武岩系列过铝质的特点,其高初始εNd值=3.19～5.07、低初始87Sr/86Sr比值=0.70331～0.70471以及TDM2(Nd)=0.74～0.89Ga,这些地球化学和同位素特征可能是新元古代期间形成的新生底侵基性岩浆或早期就位于造山带根部的早期基性岩浆混染了较少量的古老壳源物质熔融所致；物源方面与形成于新元古代的北秦岭第一类基性火山岩有较好的亲缘关系,暗示新元古代晚期存在又一期新生地壳的生长事件。S型花岗岩以丹凤岩体为代表,总体显示高硅和钾、富碱、低镁等特点,稀土和微量元素显示陆壳重熔S型花岗岩的特征。总体上,三个阶段中的Ⅰ型花岗岩,其物源基本与南秦岭火山岩或北秦岭第一类基性火山岩有很好的亲缘性,与华北物质基本无关；而S型花岗岩的物源则主要来自秦岭群片麻岩、宽坪群变沉积岩以及北秦岭第二类基性火山岩,华北基底物质对其也无贡献。北秦岭地体东段地壳生长以幕式增生为主,主要形成于古-中元古代及新元古代。在～2300Ma和～2000Ma主要表现为古老地壳物质的再造,在～1600Ma、1000～630Ma及～500Ma以地壳的增生为主,同时兼具古老地壳物质的再循环。通过与邻区地壳演化过程对比发现,华北南缘发生显著地壳增生时代为中太古代(～2700Ma);北秦岭地体在中元古代以后才开始发生大规模的地壳生长；南秦岭地壳增生事件可能主要发生在新元古代；扬子北缘主要在太古代和中元古代发生大规模的地壳生长或再造。在这四个构造地体中,仅有北秦岭地体缺少太古宙时期地壳的生长或改造事件。因此,元古代之前(>2000Ma),北秦岭地体可能为一个独立的地质体,具有不同于华北南缘、南秦岭以及扬子北缘的独特地壳演化历史。