王 碩, 王金貴, 楊鑫朋, 侯德華, 張立國(guó)

河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院, 河北 廊坊 065000

1 引言

青藏高原位于岡瓦納大陸與歐亞大陸之間的東特提斯構(gòu)造域, 由一系列性質(zhì)不同的塊體南北向拼貼而成, 以雅魯藏布縫合帶、 班公湖—怒江縫合帶和金沙江縫合帶為界, 由南向北分成印度大陸、 拉薩地塊、羌塘地塊和松潘—甘孜地塊, 其中拉薩地塊又稱為岡底斯帶, 是一條近東西向延伸的構(gòu)造—巖漿巖帶, 常被看作是新特提斯洋盆向北俯沖消減以及印度—?dú)W亞板塊碰撞的產(chǎn)物, 保存有大量地質(zhì)演化記錄, 是研究大陸動(dòng)力學(xué)的理想場(chǎng)所, 長(zhǎng)期以來(lái)備受地學(xué)界的關(guān)注[1-10]。 以班公湖—怒江縫合帶、 獅泉河—納木錯(cuò)混雜巖、 洛巴堆—米拉山斷裂帶以及雅魯藏布江縫合帶為界, 可將岡底斯帶大致分為3 個(gè)亞帶(圖1a): 北岡底斯、 中岡底斯和南岡底斯。 其中, 南岡底斯即為傳統(tǒng)的“岡底斯”, 發(fā)育大面積的復(fù)式巖基, 并伴生同期大規(guī)模的中酸性火山巖帶, 莫宣學(xué)等[4]認(rèn)為該帶主要由4 類巖石構(gòu)成: 俯沖型花崗巖類 (127 ～70 Ma)、 同碰撞花崗巖類(65～45 Ma)、 同碰撞—后碰撞強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖(56～8 Ma, 主要在該帶北側(cè)及東、 西段)、 含銅斑巖帶(約18 ～12 Ma), 以前2 類出露最為廣泛。

始新世作為印度板塊與歐亞板塊相互作用的重要階段, 一直是廣大學(xué)者研究的焦點(diǎn), 關(guān)于這一時(shí)期花崗巖類的成因(部分學(xué)者認(rèn)為其源于新生地殼的部分熔融[9,11,12], 也有人認(rèn)為其主要為加厚下地殼部分熔融的產(chǎn)物[13]) 以及印—亞陸陸碰撞的時(shí)限[多數(shù)學(xué)者認(rèn)為這一事件發(fā)生于始新世早期(～55 Ma)[8,14-18],少數(shù)學(xué)者認(rèn)為這一事件發(fā)生在±45 Ma[19]或±34 Ma 左右[20]] 等問(wèn)題更是大家討論的熱點(diǎn)。

始新世花崗巖作為岡底斯巖漿巖帶的重要組成部分, 對(duì)研究新特提斯洋演化過(guò)程、 限定印—亞陸陸碰撞的時(shí)限等問(wèn)題均具有重要的科學(xué)意義。 本文在前人工作的基礎(chǔ)之上, 選取岡底斯南緣中段班則一帶始新世石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖為研究對(duì)象, 通過(guò)對(duì)其鋯石U-Pb年代學(xué)、 Lu-Hf 同位素及全巖地球化學(xué)的研究, 推斷其形成的大地構(gòu)造背景及相關(guān)的殼—幔作用過(guò)程, 為岡底斯南緣始新世構(gòu)造演化提供依據(jù)。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于岡底斯南緣中段(圖1b), 區(qū)內(nèi)始新世巖漿活動(dòng)較為強(qiáng)烈, 是南岡底斯巖漿弧的重要組成部分, 受控于特提斯洋盆演化, 區(qū)內(nèi)主構(gòu)造線方向呈近東西向, 主要的構(gòu)造行跡為北東向走滑斷層及近東西向逆斷層。 班則石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖體出露于夏弄卓—班則—日阿一帶, 由大小不等的3 個(gè)侵入體組成, 平面形態(tài)不規(guī)則, 局部被第四紀(jì)松散堆積物覆蓋, 呈巖株?duì)町a(chǎn)出, 被始新世花崗閃長(zhǎng)巖及二長(zhǎng)花崗巖侵入,并侵入中三疊世昌果組及早侏羅世葉巴組(圖1c)。

圖1 岡底斯帶分區(qū)圖、 岡底斯帶巖漿巖分布圖及研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[21] 修改)Fig.1 Division map of the Gangdise belt, distribution map of magmatic rocks in Gangdise belt and geological map of the study area

3 巖體地質(zhì)及巖相學(xué)特征

巖體中發(fā)育閃長(zhǎng)巖及石英閃長(zhǎng)巖脈體, 局部可見(jiàn)變質(zhì)火山巖捕虜體, 巖體無(wú)明顯定向特征(圖2a)。

巖石呈灰白色, 細(xì)中粒半自形粒狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造, 主由斜長(zhǎng)石(55%±)、 鉀長(zhǎng)石(15%～20%)、 石英(5%～10%)、 角閃石(10%±) 及黑云母(10%±)組成。 斜長(zhǎng)石主呈半自形板狀, 大部分2 ～5 mm, 雜亂狀排列, 不均勻絹云母化、 黝簾石化、 綠簾石化等, 根據(jù)垂直{010} 晶帶最大消光角法測(cè)得An=35,為中長(zhǎng)石, 多見(jiàn)環(huán)帶構(gòu)造, 次生礦物多沿斜長(zhǎng)石核部及環(huán)帶分布。 被鉀長(zhǎng)石蠶蝕狀交代可見(jiàn)蠕蟲(chóng)結(jié)構(gòu)、 交代凈邊結(jié)構(gòu)。 鉀長(zhǎng)石呈它形粒狀, 直徑多＜5 mm, 個(gè)別5～9 mm, 零散分布, 為微斜長(zhǎng)石, 粒內(nèi)較多見(jiàn)斜長(zhǎng)石、 角閃石、 黑云母嵌布, 交代斜長(zhǎng)石。 石英呈它形粒狀, 粒徑＜2.0 mm, 填隙于斜長(zhǎng)石粒間, 粒內(nèi)具波狀、 帶狀消光。 角閃石主呈半自形—近半自形柱狀、粒狀, 部分2～3.5 mm, 部分＜2 mm, 雜亂狀排列, 有的與黑云母混雜略顯堆狀聚集, 顯綠色, 多色性明顯。黑云母呈葉片狀, 片徑＜2 mm, 分布狀況基本同角閃石, 顯棕褐色, 多色性明顯(圖2b)。

圖2 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖露頭特征及顯微照片F(xiàn)ig.2 Outcrop characteristics of the quartz monzodiorite and micrograph

4 測(cè)試方法及測(cè)試結(jié)果

4.1 測(cè)試方法

巖石地球化學(xué)分析測(cè)試由河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室完成, 樣品加工過(guò)程均在無(wú)污染設(shè)備中進(jìn)行。主量元素采用堿燒法制備樣品, 使用Axiosmax X 射線熒光光譜儀完成分析測(cè)試, 相對(duì)誤差不大于2%, 燒失量、 H2O+和H2O-采用P1245 電子分析天平完成測(cè)試。 稀土元素和微量元素分析采用酸溶法制備樣品,稀土元素和多數(shù)微量元素使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS) (X Serise2) 完成測(cè)試, Zr、 Ti、 K 等元素在X 射線熒光光譜儀(Axiosmax X) 上完成測(cè)試, 分析精度高于5%～10%, 測(cè)試方法見(jiàn)文獻(xiàn) [22]。

鋯石單礦物分選在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行, 將完整的典型鋯石置于DEVCON 環(huán)氧樹(shù)脂中,待固結(jié)后拋磨, 使鋯石內(nèi)部充分暴露后進(jìn)行鋯石的反射光和透射光照相及鋯石陰極發(fā)光照相, 鋯石的制靶及透射光、 反射光、 陰極發(fā)光照相在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室完成。 鋯石U-Pb 定年采用LA-ICP-MS法, 在北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司進(jìn)行。 同位素分析測(cè)試儀器為+Jena PQMS 多接收等離子體質(zhì)譜, 激光剝蝕系統(tǒng)為New wave 193, 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的激光剝蝕斑束直徑為32 μm, 激光剝蝕深度為20 ～40 μm。 鋯石年齡計(jì)算采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石95100 作為外標(biāo), 元素含量采用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)局人工合成硅酸鹽玻璃NIST610 作為外標(biāo),29Si 作為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正。 樣品的同位素比值和元素含量數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal軟件, 并采用Anderson (2012) 軟件對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行普通鉛校正, 年齡計(jì)算及諧和圖采用 ISOPLOT2.49軟件完成[23]。

鋯石Lu-Hf 同位素分析在北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司進(jìn)行, 利用LA-ICP-MS 系統(tǒng)對(duì)經(jīng)過(guò)LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年的同一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了Hf 同位素組成測(cè)試。Lu-Hf 同位素分析激光進(jìn)樣系統(tǒng)為NWR 213 nm 固體激光器, 分析系統(tǒng)為多接收等離子體質(zhì)譜儀(NEPTUNE plus), 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用He 作為剝蝕物質(zhì)載氣, 激光束直徑為55 μm, 激光脈沖頻率為4～6 Hz。 本次分析過(guò)程中使用鋯石國(guó)際標(biāo)樣Mud tank 作為外標(biāo)。Mud tank 的176Hf/177Hf 值為0.282 537±15 (n=515)。儀器分析條件和數(shù)據(jù)獲取方法見(jiàn)文獻(xiàn) [24, 25]。

4.2 測(cè)試結(jié)果

4.2.1 地球化學(xué)

班則始新世石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的全巖主量、 微量元素分析結(jié)果及特征參數(shù)列于表1。

表1 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖主量元素和微量元素含量分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)Table 1 Analysis results of major elements and trace elements and related parameters of the quartz monzodiorite

續(xù)表1

續(xù)表1

4 件樣品SiO2含量介于60.64%～65.36%, 平均為62.62%, 屬中酸性巖類。 Al2O3含量平均為16.22%, ALK 平均為6.53%, K2O/Na2O 平均值為0.78, 里特曼指數(shù)σ 介于2.04 ～2.29, 屬鈣堿性巖。固結(jié)指數(shù)SI 變化于15.36 ～19.28, 分異指數(shù)DI 介于61.77～69.94, 指示巖漿分異程度較高; 鎂鐵指數(shù)MF值平均為68.40; 長(zhǎng)英指數(shù)FL 值平均為58.51, 二者均處于中位數(shù)附近, 說(shuō)明巖漿分離結(jié)晶作用程度中等。 圖3 中, 樣品落入Irvine 線下方的二長(zhǎng)巖、 石英二長(zhǎng)巖、 英云閃長(zhǎng)巖及花崗閃長(zhǎng)巖交匯處附近, 為亞堿性巖系, 這顯然不能給出樣品恰當(dāng)?shù)亩? 需進(jìn)一步結(jié)合巖石鏡下特征(圖2b) 進(jìn)行綜合定名; 圖4中, 樣品均落于高鉀鈣堿性系列區(qū); A/NK=1.66 ～1.83, A/CNK=0.90 ～0.94, 巖石屬準(zhǔn)鋁質(zhì)(圖5);堿度率(A.R.) 值介于1.85～2.06, 在A.R. 圖解中樣品均落于鈣堿性巖石區(qū)(圖6)。 上述特點(diǎn)顯示,巖石屬準(zhǔn)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列。

圖3 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖TAS 圖解[26]Fig.3 TAS diagram of the quartz monzodiorite

圖4 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖K2O-SiO2 圖解[27]Fig.4 K2O-SiO2 diagram of the quartz monzodiorite

圖5 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖A/NK-A/CNK 圖解[28]Fig.5 A/NK-A/CNK diagram of the quartz monzodiorite

圖6 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖A.R. 圖解Fig.6 A.R. diagram of the quartz monzodiorite

稀土元素總量∑REE (包括Y 元素) 介于96.65×10-6～116.48×10-6之間, 平均值為108.27×10-6, 低于上地殼稀土元素總量(210×10-6), 高于下地殼稀土元素總量(74×10-6)[29]; LREE/HREE 值介于2.44 ～2.83 之間, (La/Yb)N值在4.85～6.55 之間, 輕稀土富集; δEu 值變化于0.88～0.95, 平均值為0.92, 略顯負(fù)異常; (La/Sm)N均值為3.07, (Gd/Yb)N均值為1.22, 顯示輕稀土較重稀土分餾強(qiáng)烈。 稀土配分曲線(圖7) 為L(zhǎng)REE 富集的右傾型。 在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的蜘蛛網(wǎng)圖中(圖8), 相對(duì)富集大離子親石元素Rb、Th、 U、 K, 虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta、 Nb、 P、 Ti。

圖7 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖稀土配分曲線Fig.7 Rare earth partition curve of the quartz monzodiorite

圖8 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖微量元素蜘蛛網(wǎng)圖Fig.8 Spider web pattern of trace elements in quartz monzodiorite

4.2.2 鋯石U-Pb 年齡

班則石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖鋯石多數(shù)呈長(zhǎng)柱狀, 半自形—自形, 震蕩環(huán)帶發(fā)育(圖9), 為巖漿鋯石。 對(duì)晶形較好的15 顆鋯石共分析了15 個(gè)測(cè)點(diǎn) (表2)。Th/U 值介于0.55 ～1.27 之間, 顯示巖漿鋯石特征。206Pb/238U 年齡在48～50 Ma 之間, 數(shù)據(jù)和諧性好、集中度高, 15 個(gè)數(shù)據(jù)的加權(quán)平均年齡為 (48.75±0.64) Ma (N=15, MSWD=0.40) (圖10), 能夠代表該樣品的結(jié)晶年齡。

表2 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 測(cè)年結(jié)果Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the quartz monzodiorite

圖9 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖鋯石CL 圖像及206Pb/ 238U 年齡、 測(cè)點(diǎn)位置及其編號(hào)Fig.9 Zircon CL image of the quartz monzodiorite and its 206Pb/ 238U age, location and serial number

圖10 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb 諧和圖Fig.10 Zircon U-Pb harmonic map of the quartz monzodiorite

4.2.3 鋯石Hf 同位素

班則始新世石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖鋯石Lu-Hf 同位素分析結(jié) 果 見(jiàn) 表3。 15 顆 鋯 石176Yb/177Hf 的 范 圍 在0.019 883～0.044 851,176Lu/177Hf 的變化范圍在0.000 881～0.001 885,176Lu/177Hf 比值均小于0.002, 表明這些鋯石在形成以后僅有較少的放射性成因Hf 的積累[31]。fLu/Hf變化于-0.94 ～-0.97, 小于鎂鐵質(zhì)地殼的fLu/Hf(-0.34) 和硅鋁質(zhì)地殼的fLu/Hf(-0.72)[32]。εHf(t)均為正值, 變化于10.0 ～13.3。 單階段Hf 模式年齡(tDM1) 變化于189.5 ～324.2 Ma, 平均為276.55 Ma;兩階段Hf 模式年齡(tDM2) 介于272.6 ～483.8 Ma,平均為410.05 Ma。

表3 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖Lu-Hf 同位素組成Table 3 Lu-Hf isotopic compositions of the quartz monzodiorite

5 討論

5.1 巖石成因及巖漿源區(qū)

班則石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖Mg#值平均為53.74, 而玄武質(zhì)下地殼部分熔融產(chǎn)生的熔體Mg#值不會(huì)高于40[33],表明有幔源物質(zhì)加入; Rb/Sr 比值介于0.18 ～0.24,平均0.21, 接近大陸地殼平均值(0.24), 明顯高于上地幔平均值(0.025); Nb/Ta 比值平均為16.10,低于幔源巖石(17.5±2)[34,35], 明顯高于陸殼巖石(11 ±)[29,35]; Zr/Hf 比 值 為29.57 ～59.53, 平 均37.59, 高于殼源巖石(33±)[29,35]。 在FeOT-MgO 圖解中巖漿混合趨勢(shì)明顯(圖11a), (La/Yb)N-δEu 圖解(圖11b) 表明巖石屬殼?；旌闲汀?在Na2O-K2O圖解中(圖12), 樣品均落入I 型花崗巖區(qū)。 綜上所述, 班則石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖巖漿源區(qū)存在幔源成分, 屬I 型花崗巖類。

圖11 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖FeOT-MgO 圖解和(La/Yb)N-δEu 圖解[36]Fig.11 FeOT-MgO diagram of the quartz monzodiorite and (La/Yb)N-δEu diagram

圖12 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖Na2O-K2O 圖解Fig.12 Na2O-K2O diagram of the quartz monzodiorite

在εHf(t) -t圖解(圖13) 上, 來(lái)自石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖中的鋯石Hf 同位素全部落于球粒隕石和虧損地?；€之間, 說(shuō)明其形成過(guò)程中有虧損幔源物質(zhì)的加入。 花崗巖形成過(guò)程中, 幔源物質(zhì)的加入有2 種主要的方式, 一是殼幔作用引起的巖漿混合, 二是幔源巖石的部分熔融。 野外未發(fā)現(xiàn)該巖體中存在鎂鐵質(zhì)包體等指示巖漿混合作用的特征, 區(qū)域上也沒(méi)有見(jiàn)到有同期幔源巖石的報(bào)道, 說(shuō)明幔源巖漿直接參與其成巖的可能性較小。 在班則石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖巖體南側(cè)約8 km 的劉瓊一帶, 發(fā)育有中生代早期玄武巖及輝長(zhǎng)巖, 說(shuō)明研究區(qū)周邊中生代早期地殼中存在一定數(shù)量的幔源巖石, 這些源于虧損地幔的巖石作為花崗質(zhì)巖漿源區(qū)的組成部分造成正的εHf(t) 值。

圖13 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖εHf (t) -t 圖解Fig.13 εHf (t) -t diagram of the quartz monzodiorite

5.2 地質(zhì)時(shí)代及大地構(gòu)造意義

前人將岡底斯帶的巖漿活動(dòng)劃分為212 ～152 Ma、109～80 Ma、 65 ～41 Ma 和33 ～13 Ma 4 個(gè)階段[14,37]。其中65～41 Ma 是岡底斯帶巖漿活動(dòng)最為劇烈的時(shí)期,并且在50 Ma 左右?guī)r漿活動(dòng)達(dá)到了頂峰[14,38,39]。 部分學(xué)者通過(guò)對(duì)林子宗火山巖(65 ～41 Ma) 的研究認(rèn)為該時(shí)期為同碰撞環(huán)境, 并認(rèn)為65 ～45 Ma 期間的岡底斯巖基花崗巖為同碰撞花崗巖[4,40]。 本文測(cè)年樣品位于岡底斯帶中段南緣 (圖1), 鋯石U-Pb 年齡為(48.75±0.64) Ma, 屬于岡底斯巖漿活動(dòng)的第3 階段(65～41 Ma)。 微量元素蜘蛛網(wǎng)圖顯示其相對(duì)富集大離子親石元素Rb、 Th、 U、 K, 顯著虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta、 Nb、 P、 Ti, 具碰撞型花崗巖的特征。 在Nb-Y 圖解中(圖14a) 樣品均落于火山弧花崗巖和同碰撞花崗巖區(qū)域, 在Rb-Y+Nb 圖解中(圖14b), 樣品集中落入后碰撞花崗巖區(qū)。 綜合考慮區(qū)域地質(zhì)背景及巖石地球化學(xué)特征, 班則始新世石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖應(yīng)形成于同碰撞后期階段。 其兩階段模式年齡為272.6 ～483.8 Ma, 平均410.05 Ma, 暗示著古生代中期可能是岡底斯中段南緣地區(qū)重要的地殼增生期。

圖14 石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖Nb-Y 圖解和Rb-Y+Nb 圖解[41Fig. 14 Nb-Y diagram of the quartz monzodiorite and Rb-Y+Nb diagram

6 結(jié)論

(1) 班則石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖體的LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 測(cè)年表明其結(jié)晶年齡為(48.75±0.64) Ma, 時(shí)代為始新世。

(2) 班則石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖體鋯石εHf(t) 均為正值, 兩階段Hf 模式年齡 (tDM2) 介于272.6 ～483.8 Ma, 說(shuō)明其形成過(guò)程中源區(qū)存在虧損幔源物質(zhì), 古生代中期可能是岡底斯中段南緣地區(qū)重要的地殼增生期。

(3) 班則石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖形成于同碰撞后期, 表明在(48.75±0.64) Ma 之前印—亞大陸已經(jīng)發(fā)生碰撞。