管琪 張敏杰 曹軍林 史宏江 李增勝 王對興

與俯沖相關(guān)的巖漿弧形成在匯聚板塊邊緣,故而這些地帶是太古代以來大陸地殼形成的重要場所(Taylor and McLennan,1985;Rudnick and Gao,2005),而弧巖漿作用也被認為是大陸地殼生長的主要機制(Jagoutz and Schmidt,2012),因此,對于巖漿弧剖面的清晰刻畫有助于人們深入理解大陸地殼的組成和生長、改造過程。位于青藏高原南部的岡底斯巖漿弧形成于中生代新特提斯洋巖石圈北向俯沖和新生代印度-亞洲大陸碰撞的背景下,是典型的復(fù)合型大陸巖漿弧(Yin and Harrison,2000;Panetal.,2012)。其中,廣泛發(fā)育在中性至長英質(zhì)巖體中的暗色鎂鐵質(zhì)微粒包體(MMEs)包含了弧巖漿演化的深部信息,可以為揭示巖漿弧的發(fā)育歷史提供重要線索。目前關(guān)于MMEs來源及性質(zhì)的探討仍然莫衷一是,但由于在巖相學(xué)與地球化學(xué)方面判別標準的相似性(Vernon,1984;Dodge and Kistler,1990;Niuetal.,2013;Rodríguez and Castro,2017),分離結(jié)晶作用、堆晶作用以及巖漿混合作用在其形成過程中仍不能得到有效區(qū)分。然而,隨著越來越多的研究開始更加關(guān)注與包體和寄主巖相關(guān)的同生巖漿巖(Jiangetal.,2018;Rodríguezetal.,2021),人們對于這一問題的認識也會逐漸清晰。

本文對出露于西藏南部拉薩地體曲水縣至貢嘎縣一帶的MMEs和寄主巖石,以及同時期的中性侵入巖進行鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素、全巖及單礦物地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)測試分析,揭示了MMEs的形成過程,及其與寄主巖、同生侵入巖的關(guān)系,并結(jié)合區(qū)域上的已有成果,為探討岡底斯弧巖漿的演化過程提供重要的信息。

1 地質(zhì)背景及樣品特征

青藏高原隸屬于東特提斯構(gòu)造域,是經(jīng)歷了特提斯洋俯沖消減和陸/弧-陸碰撞形成的復(fù)雜造山帶(Tapponnier,2001;Chungetal.,2005;Moetal.,2006;Houetal.,2015;Zhuetal.,2015;Huetal.,2016)。其由一系列性質(zhì)不同的地體拼貼而成,位于南端的拉薩地體是夾持于印度河-雅魯藏布縫合帶與班公湖-怒江縫合帶之間近東西向的狹長巨型構(gòu)造-巖漿帶(Yin and Harrison,2000;潘桂棠等,2006)。以獅泉河-納木錯蛇綠巖混雜巖帶和洛巴堆-米拉山斷裂為界限,拉薩地體由北向南可依次分為北部拉薩地體、中部拉薩地體和南部拉薩地體。其中,中部拉薩地體曾經(jīng)是一個具有古老基底的微陸塊,而南部拉薩地體和北部拉薩地體則是新近增生于其南北兩側(cè)的陸塊(Jietal.,2009b;Zhuetal.,2011,2013,2019;Houetal.,2015)(圖1)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖(a)西藏拉薩地塊構(gòu)造單元劃分圖(據(jù)Zhu et al.,2011修改);(b)岡底斯巖漿巖帶分布圖(據(jù)Zhu et al.,2019修改),文獻定年數(shù)據(jù)引自Zhu et al.(2019)及其中參考文獻;(c)曲水地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Simplified geological maps of the study area(a) tectonic framework of the Lhasa terrane (after Zhu et al.,2011);(b) location of the Gangdese magmatic belt (after Zhu et al.,2011),literature data are after Zhu et al.(2019) and references therein;(c) geological map of the Quxu region

研究區(qū)位于南部拉薩地體中東段曲水縣至貢嘎縣一帶(圖1c),區(qū)內(nèi)出露地層由老到新依次為上三疊統(tǒng)朗杰學(xué)巖群(T3L)、姐德秀組(T3j)、江雄組(T3jx),中侏羅統(tǒng)葉巴組(J1-2y),上侏羅統(tǒng)桑日群(J3S)、多底溝組(J3d),侏羅系-白堊系嘎學(xué)復(fù)理石混雜巖群(JKG)、林布宗組(J3K1l),古近系典中組(E1d)和第四系沉積物(Qh)。

本文樣品分別采自曲水縣達嘎鄉(xiāng)其奴村西約1km處和貢嘎縣奴巴村北東約5～10km處(圖1c),包括暗色鎂鐵質(zhì)微粒包體HGG1702-02和HGG1702-04(29.334°N、90.909°E)、黑云母二長花崗巖HGG1701-01和HGG1701-03(29.334°N、90.909°E)以及石英閃長巖HGG1705-01(29.333°N、90.907°E)、HQS1703-01、HQS1703-02、HQS1703-03、HQS1703-04和HQS1703-05(29.296°N、90.598°E)。

鎂鐵質(zhì)微粒包體呈不規(guī)則狀、透鏡狀等形態(tài)零星分布于黑云母二長花崗巖中(圖2a-c),相對于寄主巖石粒度更細、顏色更深,具有典型的巖漿結(jié)構(gòu)(圖2d),無明顯變質(zhì)變形。包體與寄主巖之間界線清晰,未見明顯的冷凝邊和礦物分級現(xiàn)象,但在包體邊部可以觀察到不規(guī)則的寄主巖碎片(圖2c)。

圖2 曲水晚白堊世中酸性侵入巖野外特征及顯微照片F(xiàn)ig.2 Field occurrence and photomicrographs of the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks

黑云母二長花崗巖呈灰白色,花崗結(jié)構(gòu)。礦物組成主要為石英(Qtz,25%～30%)、鉀長石(Kfs,20%～25%)、斜長石(Pl,35%～40%)、黑云母(Bt,～5%),以及少量角閃石(Hbl);副礦物包括磷灰石(Ap)、鋯石、榍石以及鐵鈦氧化物等。其中,斜長石呈自形-半自形,發(fā)育雙晶及環(huán)帶,斜長石環(huán)帶由核部向邊部逐漸變窄,部分顆?？梢娝卧錾?內(nèi)部含有磷灰石、鋯石和不透明礦物包裹體;自形鉀長石顆粒,厚板狀,發(fā)育格子雙晶,部分鉀長石和石英呈半自形-他形充填于斜長石堆晶的空隙中;黑云母呈自形-半自形,部分顆粒發(fā)生綠泥石化,可見磷灰石、鋯石以及不透明礦物包裹體(圖2g)。

鎂鐵質(zhì)微粒包體具有斑狀結(jié)構(gòu),礦物組成與黑云母二長花崗巖十分相似,但鎂鐵礦物含量更高。其中,斑晶為斜長石(～10%)、角閃石(～5%)和黑云母(～5%);基質(zhì)含量約80%,主要由斜長石(50%～60%)、角閃石(15%～25%)、黑云母(5%～10%)、石英(5%～10%)以及少量副礦物(針狀磷灰石、鋯石、榍石、磁鐵礦等)組成。斜長石較自形且發(fā)育環(huán)帶;角閃石多為針狀斑晶、多晶集合體,部分顆粒邊緣為次生陽起石;黑云母呈他形,部分綠泥石化。此外,包體中存在具有暗色礦物鑲邊的眼球狀石英和斜長石斑晶,形成典型的環(huán)斑結(jié)構(gòu)(圖2e,f)。

石英閃長巖呈灰白色,半自形中粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。礦物組成為斜長石(50%～60%)、角閃石(10%～15%)、石英(10%～15%)、黑云母(5%～10%)、單斜輝石(Px,～5%)以及少量鉀長石和不透明礦物。斜長石多呈自形-半自形長板狀,發(fā)育聚片雙晶和卡鈉復(fù)合雙晶,部分顆粒發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu);輝石呈半自形-他形,粒徑為0.4～0.6mm,部分已轉(zhuǎn)變?yōu)榻情W石,以包裹體或殘留核形式呈現(xiàn);角閃石多為半自形,含不透明礦物(磁鐵礦、鈦鐵礦)包裹體,也會形成多晶集合體;黑云母呈半自形-他形,顆粒內(nèi)可見磷灰石、鋯石以及不透明礦物包裹體(圖2h,i)。

2 分析方法

2.1 鋯石U-Pb定年及Hf同位素分析

本文定年樣品的鋯石挑選、制靶、透反射圖像及陰極發(fā)光(CL)圖像在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年和鋯石微量元素測試工作在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)礦物激光微區(qū)分析實驗室(Milma Lab)完成,使用NewWave 193UC型ArF準分子激光器進行剝蝕取樣,Agilent 7900 四級桿型等離子質(zhì)譜儀測試離子信號強度,所用激光束斑直徑為30μm。實驗過程中采用NIST 610作為元素含量外標,鋯石91500 (Wiedenbecketal.,1995)作為U-Pb同位素比值外標,鋯石GJ-1 (Jacksonetal.,2004)和Plesovice (Slámaetal.,2008)作為未知樣品的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控標來進行分析。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal 軟件(Liuetal.,2008,2010a,b),同位素比值及年齡誤差均為1σ。普通鉛采用Andersen (2002)程序進行校正,諧和圖采用Isoplot軟件(Ludwig,2003)進行繪制。

鋯石原位Hf同位素分析在桂林理工大學(xué)激光剝蝕-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀實驗室完成,MC-ICP-MS儀器型號為Nu Plasma,選擇已經(jīng)進行鋯石U-Pb定年分析的相同位置進行Hf同位素分析,測試激光束斑直徑為50μm,激光脈沖頻率為10Hz。實驗所測鋯石標樣GJ-1的176Hf/177Hf值為0.282015±0.000009(1σ),與用其它方法獲得的值0.282013±0.000003(2σ)(Yuanetal.,2008)在誤差范圍內(nèi)一致。儀器運行條件和詳細分析流程參見(Huangetal.,2016)。

2.2 全巖主量、微量元素和同位素分析

樣品分析前處理和全巖主量、微量元素測試均在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成。將新鮮樣品清洗、烘干后粉碎至200目以下進行測試。其中,主量元素測試采用X射線熒光光譜(XRF)法,分析精度優(yōu)于5%;微量元素和稀土元素通過等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)分析,分析精度優(yōu)于10%。

Sr-Nd同位素組成分析在天津地質(zhì)調(diào)查中心實驗測試室完成。將樣品粉末溶解于HF+HNO3中,分離提純后在Triton同位素質(zhì)譜儀上采用TIMS方法測定。Sr、Nd同位素比值分別采用86Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219進行質(zhì)量分餾校正。實驗所用標樣BCR-2測得的87Sr/86Sr值為0.705022±0.000008(2SD),146Nd/144Nd值為0.512639±0.000007(2SD),與推薦值在誤差范圍內(nèi)一致(Lietal.,2007;Liuetal.,2017)。

2.3 礦物成分分析

礦物主量元素分析在河北地質(zhì)大學(xué)河北省戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源重點實驗室完成,測試所用實驗儀器為JEOL JXA-8230,測試電壓為15kV,電流為20nA,束斑直徑為5μm。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素

選取4件樣品開展鋯石U-Pb定年工作,測試結(jié)果列于表1。定年所選鋯石大多為黃白色,晶形完好,長寬比在1.5：1 ～3：1之間,由CL圖像可見(圖3),鋯石普遍具有清晰的生長環(huán)帶,Th/U值均大于0.1,符合巖漿成因鋯石的特征(Hoskin and Schaltegger,2003)。所分析鋯石的球粒隕石標準化稀土元素配分型式均表現(xiàn)為重稀土元素(HREE)富集、輕稀土元素(LREE)虧損,具有較明顯的Ce正異常和Eu負異常(圖3)。

表1 曲水晚白堊世中酸性侵入巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb analysis data of the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks

續(xù)表1Continued Table 1

黑云母二長花崗巖(HGG1701-01)16個測點的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為91.79±0.49Ma(MSWD=0.60)(圖4a);鎂鐵質(zhì)微粒包體(HGG1702-02)15個測點的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為89.71±0.49Ma(MSWD=1.96),其中,具有暗色核部的鋯石顆粒與亮色邊部測得相近的206Pb/238U加權(quán)平均年齡(圖4b);兩件石英閃長巖(HGG1705-01、HQS1703-01)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別為90.06±0.58Ma(MSWD=1.22,n=16)和88.04±0.63Ma(MSWD=1.27,n=16)(圖4c,d)。

圖4 曲水晚白堊世中酸性侵入巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 Concordia diagrams for zircons from the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks

3.2 全巖地球化學(xué)特征

表3 曲水晚白堊世中酸性侵入巖全巖主量元素(wt%)、微量元素(×10-6)和Sr-Nd同位素組成Table 3 Major (wt%) and trace (×10-6) elements and Sr-Nd isotopic data of the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks

圖5 曲水晚白堊世中酸性侵入巖TAS圖解(a,據(jù)Wilson,1989)和A/NK-A/CNK圖解(b,據(jù)Maniar and Piccoli,1989)Fig.5 Total alkalis vs.silica (a,after Wilson,1989) and A/NK vs.A/CNK (b,after Maniar and Piccoli,1989) diagrams of the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks

在球粒隕石標準化稀土元素配分圖中,輕、重稀土元素分餾顯著((La/Yb)N=7.06～33.46),且HREE分布較平坦((Gd/Yb)N=1.58～2.23),除黑云母二長花崗巖外(δEu=1.04～1.11),其余樣品均表現(xiàn)出不同程度的Eu負異常(δEu=0.68～0.82)(圖6a)。在原始地幔標準化微量元素蜘蛛圖上,所有樣品均富集Rb、Bb、Th、U等元素,虧損部分高場強元素,Nb、Ta、Ti負異常明顯(圖6b),高Sr含量(503.3×10-6～672.1×10-6)和較大變化范圍的Sr/Y值(21.5～82.6)。相對于黑云母二長花崗巖,鎂鐵質(zhì)微粒包體具有更高的相容元素(Cr、Ni)和HREE元素含量。

圖6 曲水晚白堊世中酸性侵入巖球粒隕石標準化稀土元素配分圖(a,標準化值據(jù)Boynton,1984)和原始地幔標準化微量元素蜘蛛圖(b,標準化值據(jù)Sun and McDonough,1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a,normalization values after Boynton,1984) and primitive-mantle-normalized trace element patterns (b,normalization values after Sun and McDonough,1989) for the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks

選取黑云母二長花崗巖(HGG1701-01)、鎂鐵質(zhì)微粒包體(HGG1702-02)和石英閃長巖(HQS1703-01)樣品進行Sr-Nd同位素測試,獲得的結(jié)果較為一致,(87Sr/86Sr)i值為0.703594～0.703939,εNd(t)值為4.6～4.8,Nd一階段模式年齡為0.42～0.50Ga,與已報道的南部拉薩地體晚白堊世巖漿作用的Sr-Nd同位素組成十分相近(εNd(t)集中在+2.0～+4.6之間)(Guoetal.,2020;Jiangetal.,2012;Maetal.,2013b;Xuetal.,2015;Zhangetal.,2019)。

3.3 礦物地球化學(xué)特征

對黑云母二長花崗巖和包體中的斜長石、角閃石,石英閃長巖中的單斜輝石、角閃石、斜長石和黑云母進行礦物成分分析,電子探針測試結(jié)果見表4-表7。盡管礦物含量不同,但黑云母二長花崗巖與包體中的礦物成分非常相近,按照Leakeetal.(1997)的分類方案,角閃石為鈣質(zhì)角閃石,屬于淺閃石(圖7a),所測黑云母均為鎂質(zhì)黑云母(圖7e)。對黑云母二長花崗巖和包體中發(fā)育環(huán)帶的斜長石進行成分剖面分析,斜長石從核部到邊部An值變化明顯,總體上,黑云母二長花崗巖中斜長石的核部An值(29.05～37.93)略低于包體中斜長石的核部An值(31.04～57.19),未發(fā)育反環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖8)。

圖7 曲水晚白堊世中酸性侵入巖中角閃石(a-d)和黑云母(e、f)的分類圖解(a)角閃石分類圖(Leake et al.,1997);(b)角閃石P-T圖(Ridolfi et al.,2010);(c)角閃石T-H2Omelt圖;(d)角閃石logfO2-T圖 ;(e)黑云母分類圖(Foster,1960);(f)黑云母Fe3+-Fe2+-Mg圖Fig.7 Classification diagrams of amphibole (a-d) and biotite (e,f) from the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks(a) classification diagram of amphibole (Leake et al.,1997);(b) P vs.T diagram of amphibole(Ridolfi et al.,2010);(c) T vs.H2Omelt diagram of amphibole;(d) logfO2 vs.T diagram of amphibole;(e) classification diagram of biotite (Foster,1960);(f) Fe3+-Fe2+-Mg diagram of biotite

圖8 曲水晚白堊世中酸性侵入巖中斜長石環(huán)帶顯微照片及探針成分變化關(guān)系圖Fig.8 Photomicrographs and the compositional profiles of plagioclase from the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks

表4 曲水晚白堊世中酸性侵入巖中角閃石的主量元素地球化學(xué)組成 (wt%)Table 4 Chemical compositions (wt%) of hornblende from the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks

石英閃長巖中的單斜輝石屬于普通輝石-透輝石,SiO2含量為49.39%～52.51%,TiO2含量為0.02%～0.34%,MgO含量為11.93%～13.45%,FeO含量為10.1%～14.04%,En=34.89～38.22,平均值為36.63,Fs=16.31～23.28,平均值為19.14,Wo=37.44～44.34,平均值為42.60(表7)。斜長石為中長石,An 、Ab和Or值分別為43.52～45.32、50.24～53.44和3.05～5.32。角閃石同樣為鈣質(zhì)角閃石,黑云母為鎂質(zhì)黑云母。

表5 曲水晚白堊世中酸性侵入巖中黑云母的主量元素地球化學(xué)組成 (wt%)Table 5 Chemical compositions (wt%) of biotite from the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks

表6 曲水晚白堊世中酸性侵入巖中斜長石的主量元素地球化學(xué)組成 (wt%)Table 6 Chemical compositions (wt%) of plagioclase from the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks

表7 曲水晚白堊世中酸性侵入巖中單斜輝石的主量元素地球化學(xué)組成 (wt%)Table 7 Chemical compositions (wt%) of clinopyroxene from the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks

4 討論

4.1 巖石成因

4.1.1 鎂鐵質(zhì)微粒包體(MME)

鎂鐵質(zhì)微粒包體廣泛發(fā)育于I型花崗巖中,它們或以大小不等的孤立個體分散在黑云母二長花崗巖中,或以不同的形狀、大小分組成群出現(xiàn)且含量可達50%以上(Barbarin,2005;Patersonetal.,2016;Clemensetal.,2017;Rodríguez and Castro,2018)。早期研究將花崗巖中的MME解釋為鎂鐵質(zhì)巖漿與長英質(zhì)巖漿的混合產(chǎn)物(Eichelberger,1980;Vernon,1984)、與寄主巖石有關(guān)的同源包體(Dodge and Kistler,1990;Donaireetal.,2005)、巖漿源區(qū)的難熔殘留體(Chappelletal.,1987;Chappell,1996)、基性圍巖的捕虜體(Farneretal.,2018)等。

難熔殘留體和圍巖捕虜體通常相對寄主巖石年齡更老,且殘留體往往具有變質(zhì)結(jié)構(gòu),以出現(xiàn)石榴石、堇青石等礦物為特征(Whiteetal.,1999)。奴巴鎂鐵質(zhì)包體呈透鏡狀或不規(guī)則的扁平狀分布于寄主巖中,長軸方向與寄主巖的流動面理近平行(圖2a),且具有典型的火成巖結(jié)構(gòu)(圖2d-i),說明其在遇到寄主巖漿時仍然處于塑性或半塑性狀態(tài),這也符合二者鋯石U-Pb年齡相近的結(jié)果,因此,這些暗色包體不太可能是難熔殘留體或圍巖捕虜體。

圖9 曲水晚白堊世中酸性侵入巖哈克圖解(a,據(jù)Wilson,1989)岡底斯弧下地殼巖石數(shù)據(jù)引自Guo et al.,2020,圖10-圖12數(shù)據(jù)來源同此圖Fig.9 Harker diagram of the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks (a,after Wilson,1989)Data of the Gangdese arc lower crust are after Guo et al.,2020,and the data cited in Fig.10-Fig.12 are the same

通過上述討論及地球化學(xué)測試結(jié)果可知,奴巴鎂鐵質(zhì)包體與黑云母二長花崗巖具有相近的鋯石U-Pb年齡、同位素組成、礦物組合和成分特征,表明二者形成于同一時代,同源且成因相似。在安山質(zhì)熔體中,Ti、Sc、V、Y 和 MREE-HREE等元素在角閃石中富集(Nandedkaretal.,2016),本文包體中的角閃石含量高于黑云母二長花崗巖中的角閃石含量,這些元素的含量也明顯偏高。同時,由于磷灰石通常只有在弧玄武質(zhì)熔體演化為安山-流紋質(zhì)組分時才達到飽和(Lee and Bachmann,2014),而奴巴鎂鐵質(zhì)包體的P2O5含量較高,SiO2含量(～54%)相對較低,也就是說,包體形成于寄主巖漿完全結(jié)晶之前,推測其可能為早期堆晶的產(chǎn)物。母巖漿在上升侵位過程中,經(jīng)歷快速結(jié)晶和間隙熔體排出,形成細粒淬火結(jié)構(gòu)(Rodríguez and Castro,2017;Rodríguezetal.,2021)。

因此,本文認為奴巴鎂鐵質(zhì)包體是巖漿早期結(jié)晶的堆晶巖,隨后被寄主巖漿捕獲成為包體,且捕獲時間發(fā)生在其快速結(jié)晶之后,完全結(jié)晶之前,即二者混合時包體仍處于半塑性狀態(tài)。

4.1.2 黑云母二長花崗巖

奴巴黑云母二長花崗巖具有高Sr含量和Sr/Y、低HREE和Y含量的特點,顯示埃達克質(zhì)巖石特征(圖10;(Defant and Drummond,1990)。一般來說,關(guān)于埃達克質(zhì)巖石形成機制的認識包括：(1)俯沖的年輕或熱洋殼的部分熔融(Defant and Drummond,1990;Yogodzinskietal.,1995);(2)加厚或拆沉下地殼部分熔融(Xuetal.,2002;Chungetal.,2003);(3)基性巖漿與長英質(zhì)巖漿混合(Strecketal.,2007;Chenetal.,2013);(4)分離結(jié)晶作用(Castilloetal.,1999;Macphersonetal.,2006)。

圖10 曲水晚白堊世中酸性侵入巖Sr/Y-Y (a)和(La/Yb)N-YbN (b)圖解(據(jù)Defant and Drummond,1990;Petford and Atherton,1996)Fig.10 Plots of Sr/Y vs.Y (a) and (La/Yb)N vs.YbN (b) for the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks (after Defant and Drummond,1990;Petford and Atherton,1996)

奴巴黑云母二長花崗巖具有相對較低的MgO和相容元素(Cr、Ni)含量以及 Mg#值,明顯不同于源自俯沖板片且經(jīng)歷與地幔楔橄欖巖相互作用的埃達克質(zhì)巖石(Zhuetal.,2009;Zhangetal.,2010)。與加厚或拆沉下地殼部分熔融有關(guān)的埃達克質(zhì)巖石,往往具有“石榴石”印記,與此相反,形成于晚白堊世的奴巴黑云母二長花崗巖中稀土元素更為虧損,在球粒隕石標準化稀土元素配分圖中表現(xiàn)出MREE下凹的型式(圖6a),這與“角閃石”印記更為吻合,該時期南部拉薩地體發(fā)生了大致平行于雅魯藏布縫合帶走向的巖漿大爆發(fā)(90±5Ma),學(xué)者們普遍認為這與新特提斯大洋板片俯沖有關(guān)(Zhuetal.,2019)。顯然,加厚或拆沉下地殼部分熔融無法合理解釋奴巴埃達克質(zhì)巖石的形成。

圖11 曲水晚白堊世中酸性侵入巖微量元素協(xié)變圖解Fig.11 Variation diagrams of selected trace elements vs.SiO2 for the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks

在長英質(zhì)和安山質(zhì)巖漿體系中,MREE的相對富集主要受控于角閃石,HREE的富集則主要受控于石榴石,這兩種礦物的分離結(jié)晶會導(dǎo)致(La/Sm)N值增加,石榴石的(Dy/Yb)N值逐漸增加,角閃石的(Dy/Yb)N值保持穩(wěn)定或持續(xù)降低(Davidsonetal.,2007)。本文所討論的晚白堊世巖漿巖(La/Sm)N值隨著SiO2含量的增加緩慢增加,而(Dy/Yb)N值變化范圍很小 (圖11d,e),與巖漿從鎂鐵質(zhì)向長英質(zhì)演化過程中角閃石的分離結(jié)晶一致。重要的是,有研究表明南部拉薩地體中東段存在晚白堊世受角閃石分離結(jié)晶控制的埃達克質(zhì)巖漿作用(Zhengetal.,2014;Xuetal.,2015),結(jié)合高Sr含量和弱Eu異常,排除了斜長石分離結(jié)晶的可能性,本文認為奴巴黑云母二長花崗巖是幔源巖漿經(jīng)歷角閃石為主的分離結(jié)晶作用形成,其可能代表了鎂鐵質(zhì)包體形成后的殘余熔體組分。

4.1.3 石英閃長巖

圖12 曲水晚白堊世中酸性侵入巖0.5×(Mg+Fe)/K-Si/K圖解(a)和Sc/Nb-Y/Nb圖解(b)Fig.12 Plots of 0.5×(Mg+Fe)/K vs.Si/K(a) and Sc/Nb vs.Y/Nb(b) for the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocks

根據(jù)石英閃長巖樣品的礦物組合特征,運用Putirka(2008)的單斜輝石溫度計進行了溫壓條件的計算,獲得的溫度和壓力分別為1155～1171℃和460～980MPa。同時,應(yīng)用Ridolfietal.(2010)的角閃石溫壓計公式計算巖漿結(jié)晶溫度、壓力、含水量和氧逸度,溫度為806～835℃,壓力為140～170MPa,含水量為5.1%～6.0%,氧逸度對數(shù)(logfO2)在-13.26～-12.43之間,屬于高氧逸度范圍(圖7b-d)。由此可見,石英閃長巖中的輝石和角閃石分別代表了不同層次的巖漿房環(huán)境,結(jié)晶輝石的母巖漿代表的是早期的基性熔體,而結(jié)晶角閃石的母巖漿代表的是已經(jīng)發(fā)生了分離結(jié)晶作用的熔體,而后聚合到一起。巖相學(xué)觀察可見單斜輝石多以包裹體或殘留核形式存在(圖2h),部分已轉(zhuǎn)變?yōu)榻情W石,說明輝石結(jié)晶較早,后被帶至更淺部的富水巖漿房內(nèi),這種不平衡結(jié)構(gòu)也暗示單斜輝石可能經(jīng)歷了不同批次巖漿補給/混合事件(王文魯?shù)?2023),是基于“穿地殼巖漿系統(tǒng)”理念指導(dǎo)下,在不同層級巖漿儲庫內(nèi)發(fā)生熔燭、交代或再生長的“再循環(huán)晶”(羅照華等,2013;馬昌前等,2020)。

綜合以上分析,曲水地區(qū)的鎂鐵質(zhì)微粒包體、黑云母二長花崗巖和石英閃長巖為同期巖漿作用(91～88Ma),且樣品間顯示出重要的地球化學(xué)相似性,支持了成因聯(lián)系的假設(shè)。所有樣品的Nd-Hf同位素組成較均一,高εNd(t)值(+4.6～+4.8)和鋯石εHf(t)值,石英閃長巖的εHf(t)值(+12.2～+15.6)明顯高于黑云母二長花崗巖(+10.9～+13.5)和鎂鐵質(zhì)包體(+11.0～+12.8),與雅魯藏布蛇綠巖相近(Milleretal.,2003;Xu and Castillo,2004;Zhangetal.,2005)(圖13)。此外,礦物地球化學(xué)特征顯示,黑云母的分析點基本都在Ni-NiO緩沖線與Fe3O4-Fe2O3緩沖線之間(圖7f),表明黑云母形成時的巖漿體系具有較高的氧逸度,與角閃石計算獲得的氧逸度范圍非常一致,符合俯沖環(huán)境下弧巖漿通常具有較高氧逸度的特點。因此,本文認為它們分別代表了源自虧損地幔的母巖漿通過分離結(jié)晶作用所派生的不同階段的產(chǎn)物。石英閃長巖最先由基性巖漿發(fā)生以輝石、Ti-Fe氧化物和磷灰石為主的分離結(jié)晶作用形成,繼而作為母巖漿進一步分異演化,鎂鐵質(zhì)微粒包體是巖漿早期結(jié)晶的堆晶產(chǎn)物,而黑云母二長花崗巖代表了包體形成后殘余熔體的組分。

圖13 曲水晚白堊世中酸性侵入巖εNd(t)-(87Sr/86Sr)i (a)和εHf(t)鋯石- εNd(t) (b)圖解印度洋深海沉積物數(shù)據(jù)引自Ben Othman et al.,1989;文獻數(shù)據(jù)引自Guo et al.,2020;Jiang et al.,2012;Ma et al.,2013b;Xu et al.,2015;Zhang et al.,2019Fig.13 Plots of εNd(t) vs.(87Sr/86Sr)i (a) and εHf(t)Zircon vs.εNd(t) (b) for the Quxu Late Cretaceous intermediate-acid intrusive rocksData of Indian Ocean pelagic sediment from Ben Othman et al.,1989;Other data from Guo et al.,2020;Jiang et al.,2012;Ma et al.,2013b;Xu et al.,2015;Zhang et al.,2019

4.2 弧巖漿演化啟示

大陸碰撞帶巖漿作用記錄了從大洋俯沖消減到陸陸碰撞的一系列地質(zhì)過程,陸陸碰撞前的大陸弧巖漿作用蘊含了關(guān)于大陸地殼生成、生長的重要信息(Rudnick,1995;Cawoodetal.,2013;Zheng and Gao,2021)。由于弧地殼中包含大量中性至長英質(zhì)侵入體,一般認為大陸地殼具有安山質(zhì)至英安質(zhì)組分(Rudnick and Gao,2005;Hackeretal.,2011)。學(xué)者們提出包括下地殼拆沉(Herzbergetal.,1983;Debari and Sleep,1991;Kay and Mahlburg-Kay,1991)、俯沖物質(zhì)再循環(huán)(Scholl and von Huene,2007;Hackeretal.,2011)、原生幔源安山質(zhì)巖漿發(fā)生分離結(jié)晶(Kelemen,1995)、巖漿同化與巖漿混合作用(Martin,1986;McBirneyetal.,1987)等多種假設(shè),以解釋安山質(zhì)至英安質(zhì)的大陸地殼是如何形成的。藏南岡底斯巖漿巖帶經(jīng)歷了中生代新特提斯洋巖石圈俯沖和新生代印度-亞洲大陸碰撞,帶內(nèi)大陸弧巖漿作用出露廣泛、保存良好(Jietal.,2009a;Zhuetal.,2015,2019;張澤明等,2018),是研究碰撞帶大陸地殼生長和改造的絕佳地點。

南部拉薩地體廣泛發(fā)育晚白堊世(100～80Ma)與新特提斯大洋巖石圈俯沖有關(guān)的弧巖漿作用,且存在90± 5Ma的巖漿“大爆發(fā)”,該時期巖漿巖以中性至輝長質(zhì)巖石為主,同時形成了大量鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)堆晶巖以及代表伸展背景的～90Ma巖脈(Wenetal.,2008;Jietal.,2009a;Zhangetal.,2010;管琪等,2010,2011;Jiangetal.,2012;Guoetal.,2013,2020;Maetal.,2013a,b,c,2015;Zhengetal.,2014;Xuetal.,2015;葉麗娟等,2015;Zhuetal.,2019;唐演等,2019;高家昊等,2020;楊昕等,2021;趙志丹等,2021)。研究表明,岡底斯巖漿巖帶在大洋俯沖期(>60Ma)以幔源巖漿分離結(jié)晶為主,隨后經(jīng)歷了不同階段的弧地殼重熔過程,導(dǎo)致大陸地殼產(chǎn)生分異(Zhuetal.,2022)。實驗巖石學(xué)(Nandedkaretal.,2014;Ulmeretal.,2018)以及對全球弧巖漿(Lee and Bachmann,2014;Kelleretal.,2015;Xingetal.,2020)和中下地殼堆晶巖的研究也表明(Jagoutzetal.,2009;Walkeretal.,2015;Xuetal.,2019,2021),分離結(jié)晶作用在中性巖漿的產(chǎn)生過程中占主導(dǎo)地位。

本文所研究樣品形成于晚白堊世(91～88Ma),處于南部拉薩地體巖漿“大爆發(fā)”時期,地球化學(xué)特征表明其源自虧損地幔,并在隨后的演化過程中經(jīng)歷了分離結(jié)晶作用,將這些巖漿巖與里龍岡底斯弧下地殼剖面中的同期巖漿巖進行對比分析,表現(xiàn)出較為一致的分離結(jié)晶趨勢,對石英閃長巖中角閃石的分析表明巖漿體系在角閃石結(jié)晶時含水量較高(5.1%～6.0%),這些特征符合對岡底斯巖漿巖帶在大洋俯沖期(>60Ma)以富水幔源巖漿分離結(jié)晶為主的認識(Zhuetal.,2022),表明富水條件下的殼內(nèi)巖漿分異和堆晶作用對大陸地殼的形成和生長具有重要的作用。

5 結(jié)論

(1)西藏南部拉薩地體曲水至貢嘎一帶發(fā)育晚白堊世黑云母二長花崗巖、鎂鐵質(zhì)微粒包體以及同生石英閃長巖,鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示其形成于91～88Ma。

(2)本文黑云母二長花崗巖、鎂鐵質(zhì)微粒包體以及同生石英閃長巖分別代表了源自虧損地幔的母巖漿通過分離結(jié)晶作用所派生的不同階段的產(chǎn)物。石英閃長巖最先由基性巖漿發(fā)生以輝石、Ti-Fe氧化物和磷灰石為主的分離結(jié)晶作用形成,繼而作為母巖漿進一步分異演化,鎂鐵質(zhì)微粒包體是巖漿早期結(jié)晶的堆晶產(chǎn)物,黑云母二長花崗巖代表了包體形成后殘余熔體的組分。

(3)富水條件下的殼內(nèi)巖漿分異和堆晶作用對大陸地殼的形成和生長具有重要的作用。

致謝中國地質(zhì)大學(xué)(北京)礦物激光微區(qū)分析實驗室謝錦程、張亮亮在鋯石U-Pb定年實驗測試和分析過程中提供了幫助;河北地質(zhì)大學(xué)戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源重點實驗室魏浩在礦物成分分析過程中提供了幫助;審稿專家提出了寶貴的修改意見和建議;在此一并致謝。