楊 虎,王根厚,李宏偉,羅 濤
(1.中國地質(zhì)調(diào)查局軍民融合地質(zhì)調(diào)查中心,成都 610036;2.中國地質(zhì)大學(xué),北京 10083)
關(guān)鍵字:羌塘;長蛇山;輝長巖;地球化學(xué)特征;構(gòu)造意義
長蛇山地處西藏羌塘地塊中部,行政區(qū)劃隸屬尼瑪縣絨馬鄉(xiāng)。新中國成立后,大批科研機(jī)構(gòu)和地質(zhì)工作者對羌塘地區(qū)展開地質(zhì)研究,在造山帶地質(zhì)理論研究等基礎(chǔ)地質(zhì)方面取得重大進(jìn)展。例如,鄧萬明等[1]曾對茶布—雙湖一線的超基性和基性巖漿巖進(jìn)行了初步的巖石地球化學(xué)分析,認(rèn)為其不同于一般的洋中脊基性巖,可能形成于板內(nèi)裂谷環(huán)境,并認(rèn)為雙湖—龍木錯一線并不存在古特提斯的縫合帶,而是一條陸內(nèi)裂谷;李才等[2-6]在1/25萬瑪依崗日幅區(qū)調(diào)的基礎(chǔ)上提出了龍木錯—雙湖為岡瓦納大陸與歐亞大陸間的一條古特提斯縫合帶;Paul Kapp、尹安等[7-8]認(rèn)為,羌塘在晚古生代為統(tǒng)一地塊,古特提斯洋位于其北部的金沙江帶,羌塘中部大面積分布的變質(zhì)巖具有變質(zhì)核雜巖的性質(zhì)。而后通過許多學(xué)者(常承法[9];鄧希光[10-11];李才等[12];翟慶國等[13];黃繼鈞[14])的研究和地球物理資料的證實(shí),現(xiàn)在普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為龍木錯-雙湖縫合帶是一條晚古生代古特提斯洋縫合帶,同時(shí)在該帶也發(fā)現(xiàn)了大量的蛇綠巖套和各類脈巖出露。其中,翟慶國等對角木日地區(qū)的基性巖,進(jìn)行了系統(tǒng)的地球化學(xué)分析(李才等[15-16];翟慶國等[17]),認(rèn)為角木日地區(qū)的基性巖形成于洋中脊或者準(zhǔn)洋脊環(huán)境。
前人對龍木錯—雙湖一線出露脈巖的研究,基本確定了角木日地區(qū)的基性巖形成于洋中脊或者準(zhǔn)洋脊環(huán)境,但針對雙湖岡瑪日地區(qū)的地質(zhì)研究依然較少,筆者通過對該地區(qū)長蛇山輝長輝綠巖的研究和區(qū)域?qū)Ρ?,認(rèn)為北西-南東向的輝長輝綠巖形成于大陸裂谷環(huán)境,與角木日東西向的基性巖所反映的洋中脊環(huán)境有較大差別。同時(shí),對于古特提斯洋的寬度以及閉合時(shí)限等問題,地質(zhì)學(xué)家仍有較大爭論,本文通過岡瑪日長蛇山研究區(qū)的輝長輝綠巖的地球化學(xué)和年代學(xué)的研究,也可為該問題的解決提供依據(jù)。
研究區(qū)地處青藏高原羌塘盆地的腹地,為歐亞大陸與岡瓦納大陸的結(jié)合地帶,李才[18]等通過區(qū)地質(zhì)調(diào)查和研究,認(rèn)同了劉本培[19]對于該地區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的認(rèn)識,即雙湖縫合帶以及昌寧—孟連縫合帶兩者之間是相互連接的關(guān)系;并在此基礎(chǔ)上,提出羌南和羌北處于不同的地質(zhì)環(huán)境。
王根厚等[20~25]通過對野外地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象以及巖性認(rèn)識的劃分,確定了龍木錯—雙湖縫合帶的存在,并通過填圖確定了其具體分布,由此劃分出羌南與羌北兩處不同的地質(zhì)構(gòu)造系統(tǒng),羌南屬于一套增生雜巖體系,而羌北屬于史密斯地層體系。據(jù)[26]地球物理數(shù)據(jù)顯示,羌塘盆地的構(gòu)造格局為“兩坳夾一隆”,即岡瑪錯-戈木日-瑪依崗日-雙湖一系列條帶為羌塘盆地的“一隆”,區(qū)分隔了“兩坳”,即北羌塘和南羌塘坳陷。
區(qū)域內(nèi)基性巖墻群發(fā)育,瑪依崗日以西巖脈多為北西-南東向,以東為東西向或近南北向?;詭r墻的巖石類型與巖脈(體)的規(guī)模有關(guān),規(guī)模大者多為輝長巖,小型脈體以輝綠巖、石英輝綠巖為主。巖墻侵入于上石炭統(tǒng)含冰海雜礫巖的砂板巖中,巖墻對圍巖沒有明顯的熱蝕作用。
本文重點(diǎn)研究區(qū)域?yàn)殚L蛇山地區(qū)(圖2),區(qū)內(nèi)基性侵入巖多為輝長巖,主要呈北西-南東向小巖脈產(chǎn)出,筆者在4個(gè)地質(zhì)點(diǎn)(Y001-Y004)采集了25件輝長巖樣品。
圖2 長蛇山地區(qū)地質(zhì)簡圖(改自王根厚等[23~25])Fig.2 Sketch geological map of Changsheshan area(after Wang Genhou.et al.[23~25])
為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量,樣品采集盡量選取新鮮巖塊,摒除一些表面風(fēng)化較為嚴(yán)重的巖塊。樣品處理和測試由河北省廊坊地質(zhì)區(qū)調(diào)所實(shí)驗(yàn)室完成,主量、微量及稀土分析使用的檢測儀器主要有AxiosmasX射線熒光光譜儀,P1245電子分析天平,50 ml滴定管,X Serise2等離子體質(zhì)譜儀,光柵攝譜儀等,其中主量元素是由X射線熒光光譜法(XRF)測得,而微量元素則根據(jù)元素的不同分別使用X射線熒光譜法和等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定。
所采樣品經(jīng)河北廊坊區(qū)調(diào)所實(shí)驗(yàn)室鑒定,均為蝕變輝長巖,輝長結(jié)構(gòu),局部嵌晶含長結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物成分為斜長石、輝石、角閃石(圖3)。斜長石含量為60%左右,呈半自形板狀、板條狀,雜亂分布,局部似格架狀,大小為0.2~1.8 mm,簾石化明顯,局部絹云母化、高嶺土化。輝石含量為35%左右,呈自形-半自形柱狀,為單斜輝石,分布于斜長石間,大小0.05~2 mm,少綠泥石化,局部粒內(nèi)及邊緣嵌晶斜長石顆粒。角閃石含量大于5%,褐綠色,多分布于輝石邊緣,大小為0.05~1 mm,綠泥石化,交代輝石。
圖3 長蛇山輝長巖Y001~Y004鏡下顯微照片F(xiàn)ig.3 Microscopy of gabbro Y001~Y004 in Changsheshan
巖石化學(xué)分析結(jié)果見表1。輝長巖SiO2含量在45.29%~50.32%之間,平均為47.19%;MgO含量變化范圍相對較大,介于6.22%~15.33%之間,平均為11.02%;Mg#范圍在53.89~72.24之間,平均64.79,少部分(9組,總數(shù)25組)符合原生巖漿范圍(Mg#=68~75)[27],說明本區(qū)域內(nèi)侵入巖結(jié)晶分異作用不強(qiáng)烈。TiO2含量在1.41%~2.27%之間,平均為1.84%,高于中國區(qū)域內(nèi)輝長巖(1.67%);Al2O3含量較高,在8.62%~14.45%之間,平均為11.24%,CaO含量較高,在9.02%~13.11%之間,平均為11.02%。巖石中全鐵含量較高,平均值TFeO為10.35%,樣品Fe2O3/FeO比值均小于1,說明巖石在弱還原環(huán)境下形成[28];Na2O含量在1.10%~3.36%之間,平均為1.72%;巖石中K2O含量為0.54%~1.68%之間,平均值為0.99%,;全堿Na2O+K2O,含量為1.80%~4.16%,平均值為2.71;P2O5的含量較高介于0.11%~0.21%之間。MgO/(FeO+MgO)的比值介于0.44~0.64之間,相對于原始地幔的MgO/(FeO+MgO)比值(0.68~0.72)要低,說明其原生巖漿與原始地幔有一定差別[29],推測其在巖漿演化過程中存在地殼物質(zhì)的混染熔融。
表1 長蛇山輝長巖化學(xué)成分Table1 Chemical composition of gabbro from changsheshan mountains
在TAS圖中(圖4),本區(qū)樣品均投在輝長巖區(qū),基本都屬于拉斑玄武巖(亞堿性玄武巖)系列。在FAM圖解中,具有明顯的拉斑系列演化趨勢(圖5)。
圖4 輝長巖樣品的TAS圖[30-31]Fig.4 TAS diagram of basic intrusive rock[30-31]
圖5 輝長巖FAM圖Fig.5 FAM diagram of gabbro
4.2.1 稀土元素地球化學(xué)特征
稀土分析數(shù)據(jù)顯示,輝長巖稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)∑REE=77.50×10-6~144.14×10-6,平均為105.34×10-6,LREE/HREE=4.16~5.85,平均值為4.99,輕重稀土分餾較為明顯,LREE富集,(La/Yb)N比值在3.75~6.48之間,平均為4.99,(Ce/Yb)N比值在3.34~5.32之間,平均為4.39。與原生地幔巖漿相近的Mg#以及較低的(Ce/Yb)N值,都一定程度上說明,該研究區(qū)內(nèi)的結(jié)晶分異作用不甚強(qiáng)烈。
樣品的δEu為0.92~1.11,平均為1.00,基本無銪異常,說明基本無斜長石的分離結(jié)晶,基本偏向于原生巖漿。
表2 稀土地球化學(xué)數(shù)據(jù)Tab.2 Rare earth geochemical data
在稀土配分模式圖[47]上(圖6),稀土曲線呈明顯的右傾,表明輕稀土相對重稀土呈較強(qiáng)富集。
4.2.2 不相容元素地球化學(xué)特征
前人研究表明,大多數(shù)基性熔巖由于受到地殼混染等作用,具有Nb、Ta、Ti的負(fù)異常,這些可以作為它們的判別因子來確定巖石產(chǎn)生的構(gòu)造環(huán)境[32]。
研究區(qū)的輝長巖不相容元素(Cs、Ba、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Th、Ti、U)的分析結(jié)果見表3,結(jié)合微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖[47](圖7),可以看出該區(qū)域輝長巖Nb明顯具有負(fù)異常,負(fù)的Nb異常是大陸地殼的特征,同時(shí)也可能是地殼巖石對巖漿的混染作用,這點(diǎn)結(jié)論與之前的結(jié)論相一致。
表3 微量元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)Table 3 Geochemical data of trace elements
圖7 輝長巖微量元素蛛網(wǎng)圖[47]Fig.7 Spidergram of gabbro trace elements[47]
大離子親石元素(LILE)Rb、Ba等較富集,高場強(qiáng)元素(HFSE)Hf、Th、Ta相對較為富集,不相容元素Nb虧損。由表中微量元素計(jì)算可知,研究區(qū)輝長巖的Nb/La<1,表明其基性熔巖遭受到了比較強(qiáng)烈的地殼混染作用[32]。
將本區(qū)輝長巖與典型環(huán)境不相容元素比值特征做對比(表4),本區(qū)的輝長巖與大陸殼成分各不相容元素的比值最為相近,由此可以推斷本區(qū)輝長巖產(chǎn)自陸殼環(huán)境。
表4 本區(qū)輝長巖與典型環(huán)境不相容元素比值特征對比[33]Table 4 Comparison of ratio characteristics of incompatible elements between gabbro and typical environment in this area(According to Weaver B L[33])
由于地殼混染作用對于巖石中Zr和Y的含量影響不大,所以通過Zr/Y-Zr圖解,判斷出研究區(qū)的大致構(gòu)造環(huán)境[34-35]。根據(jù)研究區(qū)所采樣的微量元素,作圖如下,從中可看到Y(jié)001-Y004地質(zhì)點(diǎn)樣品均為板內(nèi)玄武巖環(huán)境(圖8)。
圖8 Zr/Y-Zr構(gòu)造環(huán)境判別圖[36]Fig.8 Zr/Y-Zr tectonic environment discrimination diagram[36]
在輝長巖Zr-Nb-Y圖解(圖9)上,其點(diǎn)也基本上在C區(qū)和B區(qū),即板內(nèi)拉斑玄武巖區(qū)和E-MORB區(qū),結(jié)合Zr/Y-Zr圖解,判定其為板內(nèi)拉斑玄武巖區(qū)域。
圖9 Nb*2-Zr/4-Y構(gòu)造環(huán)境判別圖[37]Fig.9 Nb*2-Zr/4-Y tectonic environment discrimination diagram[37]
在Ti-Zr-Y圖解(圖10)中,可以看出所投環(huán)境地質(zhì)點(diǎn)基本落于D區(qū),即板內(nèi)玄武巖環(huán)境,此環(huán)境與之前的投圖所指示的環(huán)境相一致。
圖1 研究區(qū)構(gòu)造單元劃分圖(據(jù)王根厚(2012年)[20~22])Fig.1 Division of tectonic units in the study area[20~22]
圖10 Ti-Zr-Y圖解[35]Fig.10 Ti-Zr-Y diagram[35]
根據(jù)以上圖解以及微量元素分析,可知研究區(qū)的輝長巖基本屬于陸殼內(nèi)構(gòu)造環(huán)境,其間可能伴有圍巖混染,致使微量元素有輕微異常。
在研究大地構(gòu)造背景時(shí),需要分析區(qū)內(nèi)輝長巖的源區(qū)性質(zhì),并研究地殼物質(zhì)對巖漿巖的影響。巖石地球化學(xué)研究證實(shí),如果鐵鎂質(zhì)巖漿受來自陸殼的混染,其大離子親石元素及一些主量元素含量相對較高,同時(shí)Zr/Nb、La/Nb比值較高,Ce/Pb、Nb/U比值相對較低[38]。典型地幔:Ce/Pb=25±5,地殼:Ce/Pb<15[39],本研究區(qū)輝長巖的Ce/Pb比值為1.80~13.03之間,平均值為7.27,從而得知其為典型的地殼環(huán)境,與前文所得結(jié)果相同。根據(jù)前人研究成果,當(dāng)巖漿源區(qū)遭受來自俯沖板片來源的流體作用或地殼物質(zhì)的混染時(shí)都可能使得Ce/Pb比值較低,受來自俯沖消減板片脫水或熔融流體流體改造的地幔,它們的Ta、Zr、Hf和Nb將發(fā)生不同程度的分異作用[40]。
由趙崇賀[41]的中基性火山巖成分ATK圖解(圖11),可以看出本研究區(qū)的所有輝長巖均產(chǎn)出于大陸玄武巖環(huán)境,結(jié)合之前所得結(jié)論,可得出研究區(qū)內(nèi)輝長巖形成環(huán)境為大陸板內(nèi)玄武巖。板內(nèi)玄武巖廣泛定義為產(chǎn)出于板塊內(nèi)部,遠(yuǎn)離板塊邊緣的地幔源火山巖,其主要分為拉斑玄武巖及堿性玄武巖。本研究區(qū)的輝長巖經(jīng)微量地球化學(xué)投圖,顯示其主要成分為拉斑玄武巖系列。大洋內(nèi)的板內(nèi)玄武巖,主要構(gòu)成洋島、海底高原及海山。而本區(qū)的大陸板內(nèi)玄武巖,首先為大陸溢流玄武巖,其主要組成為拉斑玄武巖,大陸溢流型玄武巖為陸上大火成巖?。黄浯问谴箨憠A性玄武巖帶,其主要成分以堿性玄武巖為主,分布較為分散,基本每個(gè)大陸都有分布,但出露面積不大[42]。
圖11 TiO2-Al2O 3-K2O圖解[41]Fig.11 TiO2-Al2O3-K2O diagram[41]
研究表明板塊內(nèi)部構(gòu)造,主要分為大洋殼以及大陸殼兩類,大洋殼為大洋板塊,大陸殼為大陸板塊,板內(nèi)構(gòu)造,顧名思義,為構(gòu)造上構(gòu)造相對穩(wěn)定地區(qū)。本區(qū)輝長巖屬于大陸板塊,主要由拉斑玄武巖系列組成。大陸板內(nèi)玄武巖主要有大陸裂谷和陸內(nèi)熱柱兩種成因,而陸內(nèi)熱柱屬于堿性玄武巖,結(jié)合研究區(qū)內(nèi)輝長巖地球化學(xué)數(shù)據(jù),Th/Ta為1.77~4.19,平均值為2.89,Ta/Hf為0.24~0.44,平均值為0.32,而大陸板內(nèi)玄武巖Th/Ta>1.6,Ta/Hf>0.1,且典型裂谷玄武巖的Th/Ta值為1.6~4[43],說明研究區(qū)內(nèi)輝長巖屬于典型的裂谷玄武巖(圖12)。
圖12 Th/Hf-Ta/Hf構(gòu)造環(huán)境判別圖解[43]Fig.12 Th/Hf-Ta/Hf diagram[43]
通過對印度洋洋中脊玄武巖的研究,Le Roex等[44]認(rèn)為Nb、Zr和Y的豐度可以直接反應(yīng)地幔源類型,富集地幔的Zr/Y比值低于18,而虧損地幔具有大于18。在本研究區(qū)中,Zr/Y為4.09~7.02,平均值為4.94,Zr/Nb為7.66~12.72,平均值為9.54,由此可知該巖漿巖為富集型地幔源。
本研究區(qū)共從Y001-Y004四個(gè)點(diǎn)位各采集大塊巖體,在河北廊坊地質(zhì)調(diào)查研究所制取人工重砂,由于輝長巖中鋯石獲取較難,所以所獲得鋯石數(shù)量有限,通過陰極發(fā)光、透射光、反射光圖像,發(fā)現(xiàn)本次采集的鋯石環(huán)帶不清晰,且多具有核幔邊結(jié)構(gòu),為捕擄鋯石,僅有幾粒鋯石具有環(huán)帶結(jié)構(gòu),但較為破碎,無法完成激光測年實(shí)驗(yàn)。因李才、翟慶國等在本區(qū)或相鄰區(qū)域采集了相同巖性的巖體進(jìn)行年齡分析實(shí)驗(yàn),故本文使用其年齡分析結(jié)果作為參考。
本區(qū)域內(nèi)所采集的輝長巖,宏觀上看,其屬于一系列大的基性巖墻群的部分組成,該巖墻群整體延伸方向與龍木錯-雙湖縫合帶相同,且分布較為廣泛,延伸亦較遠(yuǎn),故推測巖墻群相同延伸方向在同一構(gòu)造環(huán)境下產(chǎn)生。
李才[4]等在瑪依崗日地區(qū)進(jìn)行區(qū)調(diào)工作時(shí),對區(qū)域內(nèi)的基性巖墻群有一定的認(rèn)識了解,并采取樣品分析該區(qū)域內(nèi)基性巖墻群的年齡,其中鋯石U-Pb年齡為312±4 Ma,全巖Sm-Nd年齡為299±13 Ma、314±5 Ma,并認(rèn)定此結(jié)果為整個(gè)基性巖墻群的年齡。
翟慶國[45]對羌塘這一套基性巖墻群進(jìn)行進(jìn)一步的研究分析,通過鋯石激光測年得出羌塘中部的基性巖墻群年代為283 Ma。相比于其之前[46]采集戈木日地區(qū)得出的加權(quán)平均年齡284±3 Ma,數(shù)據(jù)較為接近可靠。
綜上所述,由于長蛇山地區(qū)輝長巖屬于基性巖墻群的一小部分,故結(jié)合前人的研究成果以及野外地質(zhì)觀察,推測其形成時(shí)代應(yīng)與李才等人的研究結(jié)果相同,年齡300 Ma左右,即晚石炭-早二疊之間。
對于該區(qū)域的野外特征、室內(nèi)研究以及其地球化學(xué)特征在前文中都有了較為詳細(xì)的論述,進(jìn)一步探討其構(gòu)造環(huán)境背景以及在羌塘構(gòu)造體中的意義。
岡瑪日圖幅內(nèi)的基性侵入巖墻,主要分為東西向和北西-南東向兩個(gè)方向,野外工作時(shí),筆者發(fā)現(xiàn)兩者的野外特征有所區(qū)別,根據(jù)所采樣品進(jìn)行的地化分析顯示,它們的化學(xué)組分也有所差異,瑪依崗日地區(qū)內(nèi)東西向基性侵入巖構(gòu)造投圖為洋中脊環(huán)境,而本研究區(qū)基性侵入巖(輝長巖)投圖為板內(nèi)大陸裂谷環(huán)境,洋中脊環(huán)境說明其處于成熟的大洋時(shí)期,可能為威爾遜旋回的成熟或衰退時(shí)期,而大陸裂谷環(huán)境為大陸形成的威爾遜旋回的萌芽階段,兩個(gè)方向的基性侵入巖應(yīng)為不同時(shí)期的產(chǎn)物,它們的巖漿源亦為不同階段的巖漿源。
長蛇山地區(qū)的輝長巖巖體位于瑪依崗日雪山峰南部,增生雜巖體系內(nèi),該處的基性侵入巖規(guī)模較大,且分布廣泛,研究區(qū)的輝長巖巖體只是整個(gè)青藏高原中的小部分,通過地化填圖得知,它的形成環(huán)境為板內(nèi)環(huán)境,且為大陸板內(nèi)環(huán)境,亦板內(nèi)裂谷。
本人通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn),結(jié)合整個(gè)區(qū)域地質(zhì)演化史,認(rèn)為長蛇山地區(qū)的輝長巖,其所反應(yīng)的大陸裂谷環(huán)境,有如下可能:
(1)其發(fā)育環(huán)境為中特提斯洋的萌芽階段,在該階段,古特提斯洋已經(jīng)完成閉合,大陸重新處于拉伸環(huán)境下,地殼減薄,地幔基性巖漿巖隨之噴發(fā)而出,其形成時(shí)代厘定了中特提斯洋的開啟。
(2)由于與其相近的東西向輝長巖墻,其所反映的構(gòu)造環(huán)境為洋中脊環(huán)境,由此可以推斷,處于大陸裂谷時(shí)期的基性巖噴出后,經(jīng)過后期地質(zhì)改造,地殼抬升等一系列過程,使得兩處不同構(gòu)造環(huán)境的輝長巖在現(xiàn)階段基本處于同一區(qū)域。
(3)關(guān)于特提斯洋系列發(fā)育的時(shí)代及演變期次,在地質(zhì)界一直都有較大爭議,本文認(rèn)為長蛇山地區(qū)的基性侵入巖巖墻與大洋形成的初始大陸拉張減薄環(huán)境相關(guān)。
(1)長蛇山地區(qū)北西-南東向的輝長巖MgO/(FeO+MgO)的比值介于0.44~0.64(53.9~72.2)之間,該比值相對于原始地幔的MgO/(FeO+MgO)比值(0.68~0.72)要低,熔漿成份與原生巖漿有差異,推測在巖漿演化過程中有一定程度的結(jié)晶分異或地殼混染。
(2)研究區(qū)輝長巖輕重稀土總量分?jǐn)?shù)比值:LREE/HREE=4.16~5.85,平均為4.99,其分餾作用較為明顯,LREE富集。本區(qū)的輝長巖與大陸殼成分(富集Pb,虧損Nb、Ta、P)最為接近,本文推斷長蛇山地區(qū)輝長巖產(chǎn)自陸殼環(huán)境。
(3)長蛇山地區(qū)輝長巖構(gòu)造環(huán)境判別形成于大陸裂谷環(huán)境,巖漿源來自富集型地幔。結(jié)合前人研究基礎(chǔ),該區(qū)域巖墻群形成于威爾遜旋回的萌芽階段,屬于大陸伸展背景下的初始裂谷環(huán)境,對龍木錯-雙湖縫合帶的構(gòu)造演化具有重要的制約作用,有助于深化對特提斯洋演化的認(rèn)識。