岡底斯中段容果地區(qū)二長花崗巖鋯石U-Pb年齡及其地球化學(xué)特征

胡林， 徐剛， 劉大明

(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川西北地質(zhì)隊，綿陽 621000)

0 引言

巖漿巖是地殼生長、發(fā)展、再循環(huán)的地質(zhì)見證，對研究大陸地殼的形成、演化和區(qū)域巖漿成礦作用具有重要意義[1-4]。岡底斯花崗巖帶平行于雅魯藏布江縫合帶，呈近東西展布，長約2 000 km，寬約100 km，出露面積達11萬km2，構(gòu)成了一個巨大的構(gòu)造-巖漿巖帶[5-6]，帶內(nèi)廣泛分布中—新生代巖漿巖，是研究岡底斯構(gòu)造-巖漿演化的重要地區(qū)，因而備受關(guān)注。有關(guān)岡底斯巖漿巖特別是花崗巖類的研究積累了大量的研究成果[7-12]，極大地豐富了對岡底斯帶地質(zhì)演化的認識。但前人研究區(qū)域更多地集中在日喀則—大竹卡—曲水的G318國道沿線一帶，對于尼木縣北側(cè)容果地區(qū)的巖漿巖研究甚少。為補充和豐富這一地區(qū)的地質(zhì)資料，本文對容果地區(qū)的巖漿巖進行了同位素年代學(xué)和巖石地球化學(xué)研究，探討了其形成時代、地球化學(xué)特征、巖石成因以及地質(zhì)意義。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于岡底斯巖漿帶中段(圖1(a))，巖漿活動極為強烈，造山帶各演化階段均有不同規(guī)模、不同類型、不同成因的巖漿巖形成，出露面積約880 km2，既有出露面積巨大的深成復(fù)式巖體，又有巨厚的火山沉積地層[13-16]。區(qū)內(nèi)巖漿巖類型較多，基性、中性和酸性巖漿巖均有出露，其中以新生代火山巖以及中酸性侵入巖占主體，在測區(qū)大面積分布(圖1(b))。測區(qū)巖漿活動受構(gòu)造控制十分明顯，構(gòu)造控制著火山巖和侵入巖的空間展布，巖漿活動具多期性，巖漿活動時代從早白堊世—中新世。

本次研究的二長花崗巖巖體位于尼木縣北側(cè)容果地區(qū)(圖1(b))，出露面積約7.39 km2，侵入體呈巖株狀產(chǎn)出，林子宗群噴發(fā)巖不整合于其上，被后期始新世及中新世中酸性侵入巖侵入，由于受后期巖體的侵蝕，形態(tài)不規(guī)則。

JS.金沙江縫合帶； BNS.班公湖—怒江縫合帶； YZS： 雅魯藏布江縫合帶； 1.第四系； 2.始新世帕那組； 3. 始新世年波組； 4.古新世典中組； 5.中新世花崗斑巖； 6. 始新世正長花崗巖； 7. 始新世二長花崗巖； 8. 始新世花崗閃長巖； 9.晚白堊世二長花崗巖； 10.脈動接觸界線； 11.超動接觸界線； 12.角度不整合接觸界線； 13.實測斷層； 14.逆斷層及傾角； 15.年齡樣采樣位置； 16.巖石全分析樣品采樣位置

2 樣品采集及分析測試方法

2.1 樣品描述

本文研究的樣品采自西藏自治區(qū)尼木縣帕古鄉(xiāng)帕普村容果北側(cè)的山坡，鋯石年齡樣采樣位置見圖1。在年齡樣位置采取巖石全分析樣品1件(YQ2)，該位置的南側(cè)、北側(cè)各采集巖石全分析樣品1件，分別為YQ3和YQ1，所有樣品均采自新鮮巖石。巖石新鮮面為灰色，風(fēng)化面為灰色、灰白色，中—細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造； 顯微鏡下，巖石表面呈灰褐色，新鮮面灰白色，粗—中粒、中—細?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由堿性長石(35%±)、石英(30%±)、斜長石(30%±)、黑云母(4%±)及金屬礦物等組成，礦物粒徑主要集中在1～5 mm。

2.2 鋯石U-Pb同位素分析方法

樣品的破碎和鋯石挑選由河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所實驗室完成； 鋯石制靶、陰極發(fā)光照相及鋯石U-Pb定年由北京科薈測試有限責(zé)任公司完成，測試所用設(shè)備為德國耶拿公司生產(chǎn)的PQMSICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和美國NWR193激光剝蝕系統(tǒng)，激光能量和剝蝕直徑可調(diào)，束斑直徑為25 μm，數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDATACAL10.7軟件，具體分析條件及流程詳見參考文獻[18]。

2.3 巖石地球化學(xué)分析方法

地球化學(xué)分析在成都礦產(chǎn)資源檢測中心完成，其中主量元素測試采用XRF玻璃熔片法、容量法、ICP-AES法，稀土和微量元素采用ICP-AES、ICP-MS法，分析精度和準確度符合要求。測試分析具體的實驗原理、分析步驟和測試條件詳見參考文獻[19]。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年齡

鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像(圖2)結(jié)果顯示： 鋯石大多晶形較好，局部可見被溶蝕，呈不規(guī)則短柱狀或長柱狀； 鋯石顆粒大小約為100 μm，長寬比在1∶1～1∶3之間； 鋯石晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，可以看出具明顯的環(huán)帶韻律結(jié)構(gòu)特征； Th/U值為0.9～3.1，為典型的巖漿成因的鋯石特征[20-21]。樣品測試結(jié)果(表1)顯示，測點04、06、12、14和18諧和度較低，剩余16個測點206Pb/238U年齡在70.8～59.3 Ma之間，在諧和圖上投點均落在諧和線上或附近(圖3)，年齡加權(quán)平均值為(69±1) Ma(MSWD=0.30，n=16)，代表該二長花崗巖體形成時代，即晚白堊世。

圖2 測區(qū)二長花崗巖鋯石陰極發(fā)光圖像

表1 測區(qū)二長花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結(jié)果

圖3 測區(qū)二長花崗巖鋯石U-Pb諧和年齡(左)及加權(quán)平均年齡(右)

3.2 地球化學(xué)分析

3.2.1 主量元素特征

根據(jù)分析結(jié)果(表2)可知： 本次研究的侵入巖巖石SiO2含量為71.39%～72.67%，平均為72.03%，屬典型的酸性巖類； Al2O3含量為13.83%～14.41%，平均為14.12%； MgO含量為0.47%～0.53%，平均為0.51%； Na2O含量為3.68%～3.94%，平均為3.81%； K2O含量為4.28%～4.35%，平均為4.32%； 全堿(Na2O+K2O)含量為8.03%～8.22%； K2O/Na2O為1.08～1.18，相對富鉀。其CIPW標準礦物組合為Q+An+Ab+Or+C+Hy，未見Di分子。里特曼指數(shù)σ平均為2.27，小于3.3，為鈣堿性巖石； 其鋁飽和指數(shù)A/CNK平均為1.02，屬弱過鋁質(zhì)巖石。在花崗巖類TAS分類圖解中，樣品均落入花崗巖區(qū)域，與鏡下鑒定結(jié)果基本一致(圖4左)。而在K2O-SiO2圖解中樣品投點落入高鉀鈣堿性區(qū)域(圖4右)。

表2 測區(qū)二長花崗巖主量元素、微量元素和稀土元素分析結(jié)果

圖4 二長花崗巖TAS分類圖(左)和K2O -SiO2圖解(右)[22-23]

3.2.2 稀土和微量元素特征

分析結(jié)果(表2)顯示，測區(qū)侵入巖稀土元素總量(∑REE含量)為103.35×10-6～175.76×10-6，平均為136.02×10-6，總體在稀土元素分配型式圖上(圖5左)表現(xiàn)為輕稀土富集的右傾曲線，LREE含量為86.30×10-6～158.43×10-6，平均為119.31×10-6，HREE含量為15.74×10-6～17.33×10-6，平均為16.71×10-6，LREE/HREE為5.06～9.14，(La/Yb)N為5.99～10.54，說明輕稀土和重稀土元素分異程度較明顯。δEu為0.44～0.83，平均為0.61，銪負異常特征明顯。δCe為0.81～0.94，說明巖漿在演化過程中僅有極少量的Ce3+轉(zhuǎn)化為Ce4+，巖漿在演化的過程中應(yīng)該處于一種相對還原的環(huán)境。

圖5 測區(qū)侵入巖稀土元素配分型式(左)和微量元素蛛網(wǎng)圖(右)[24]

根據(jù)分析結(jié)果(表2)顯示，測區(qū)侵入巖微量元素特征表現(xiàn)為相對富集Rb、U、K等大離子親石元素，虧損Nb、Ta、Ti等高場強元素(圖5右)。Sr具有明顯的負異常，可能與斜長石有關(guān)； P和Ti的虧損主要與巖石中磷灰石和鈦鐵礦等關(guān)系密切，而Ti、Nb、Ta虧損的主要原因可能為地幔楔受到流體交代作用而發(fā)生部分熔融，與殘留金紅石及榍石有關(guān)。Sr和Yb元素是巖漿中2個非常有意義的地球化學(xué)指標，張旗等[25]以Sr含量為400×10-6和Yb含量為2×10-6為標志，劃分4類花崗巖，對形成的源區(qū)深度問題進行了討論。所采樣品在Sr-Yb圖解(圖6)中投點，均落入低Sr高Yb型花崗巖區(qū)域，說明其形成壓力較低(<0.8或1.0 GPa)，可能是在正常地殼厚度下形成的。

圖6 花崗巖Sr-Yb分類圖解[25]

4 討論

4.1 形成時代

岡底斯早白堊世花崗巖發(fā)現(xiàn)較少，而晚白堊世侵入巖出露廣泛。據(jù)紀偉強等[26]2009年統(tǒng)計岡底斯129個侵入巖鋯石年齡，其中白堊紀年齡主要集中在109～80 Ma之間。Wen等[27]認為岡底斯在80～68 Ma之間巖漿存在寧靜期，認為在這個時期岡底斯巖基停止了巖漿活動。但最近研究表明岡底斯在80～68 Ma之間并不存在寧靜期，如得明頂花崗巖形成年齡為70.4 Ma[28]，門巴區(qū)晚白堊世花崗巖年齡在91.2～68.8 Ma[29]，桑日花崗巖年齡在67.3～65.3 Ma[30]等，形成了大量的晚白堊世年齡數(shù)據(jù)資料。1∶25萬拉薩幅區(qū)調(diào)[31]系統(tǒng)總結(jié)了前人在拉薩附近獲得的晚白堊世侵入巖年齡為78.2～19.29 Ma，認為普遍較新的年齡值可能與后期的熱事件有關(guān)。但1∶25萬區(qū)調(diào)主要采用K-Ar法進行年齡測試，精度不高，導(dǎo)致年齡值不一，且差距較大。

本次研究的晚白堊世侵入巖被后期始新世、中新世酸性侵入巖侵蝕，同時被林子宗群帕那組火山噴發(fā)巖不整合覆蓋，從野外地質(zhì)特征上可初步推測其形成于始新世之前。結(jié)合前人研究成果[26-31]和本次區(qū)調(diào)獲得的二長花崗巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡(69±1) Ma，可知所測巖石為晚白堊世侵入巖形成時代。

4.2 巖石成因及源區(qū)

花崗巖分類較多，目前以I、S、M和A型花崗巖為主。研究表明M型花崗巖的K2O含量一般小于1%，測區(qū)K2O含量在4.28%～4.35%，排除M型； 同時晚白堊世時期處于新特提斯洋殼俯沖過程中，這與A型花崗巖的形成環(huán)境不符合，因此不是A型花崗巖。測區(qū)晚白堊世侵入巖Mg#為28～30，暗示巖漿成分中無明顯的幔源組分。A/CNK指數(shù)是判斷I型和S型花崗巖的重要標志，晚白堊世侵入巖鋁飽和指數(shù)A/CNK值平均為1.02，小于1.1，具有I型花崗巖的地球化學(xué)特征。在礦物組成上為由斜長石、鉀長石及黑云母等組成，缺乏白云母、堇青石等S型花崗巖的過鋁質(zhì)特征礦物，顯示出I型花崗巖的地化特征。實驗研究表明，磷灰石在I 型花崗巖中溶解度隨著SiO2含量升高而降低，而在S型花崗巖中趨勢變化相反。測區(qū)P2O5含量隨SiO2含量升高，呈降低趨勢，呈明顯負相關(guān)關(guān)系，進一步表明具I型花崗巖的特征[32]。在A型與I型花崗巖Zr-SiO2與Ce-SiO2判別圖中樣品均落入I型花崗巖區(qū)域(圖7)。綜上所述，測區(qū)晚白堊世侵入巖為I型花崗巖。

圖7 測區(qū)侵入巖A型與I型花崗巖Zr-SiO2(左)與Ce-SiO2(右)判別圖[32]

I型花崗巖是未經(jīng)風(fēng)化的火成巖部分熔融的產(chǎn)物，其成因復(fù)雜，可由地殼中的火成巖或變質(zhì)巖部分熔融而來，或者幔源的物質(zhì)加入到沉積物中重熔而來。研究表明Rb/Sr和Th/Ta比值，因它們的離子半徑相近，地球化學(xué)行為相似，大體受同一種因素制約，隨著巖漿的噴發(fā)，巖漿中的比值不會發(fā)生大的變化，可以反演巖漿的源區(qū)特征。幔源巖漿Rb/Sr<0.05，幔殼混合源介于0.05～0.5之間，>0.5者則以殼源為主，晚白堊世侵入巖Rb/Sr值平均為0.97，顯示以殼源為主。同時Th/Ta值平均為16.0，大于原始地幔和幔源成因巖石值2[33]，與上地殼值11.67[34]相近，亦顯示殼源的特征。此外研究表明，Nb/Ta及Eu/Sm值在巖漿分異中不會發(fā)生較大的分異，可以指示巖漿源區(qū)的特征及演化，幔源巖漿的Nb/Ta和Eu/Sm值分別為17.5±2和0.03～0.23，而殼源巖漿的Nb/Ta和Eu/Sm值分別為12～13和0.16～0.20[35]。測區(qū)侵入巖的Nb/Ta值為6.13～11.0(平均為9.20)，接近殼源巖漿； Eu/Sm值為0.14～0.26(平均為0.19)，介于地殼值和地幔值之間，表明巖漿可能遭受過地幔物質(zhì)的混染。Sm/Nd值可作為花崗巖的物質(zhì)來源的判別標志[36]，各種沉積巖和殼層花崗巖的Sm/Nd值一般小于0.3，地幔來源巖石的Sm/Nd值為0.260～0.375，而大洋玄武巖的Sm/Nd值介于0.234～0.425之間，測區(qū)侵入巖的Sm/Nd值為0.187～0.202，與殼源花崗巖一致。另外在(La/Yb)N-δEu源區(qū)判別圖[37](圖8左)中，2個樣品落入殼源區(qū)，1個樣品落入了殼?；煸磪^(qū)； 在La/Yb-∑REE 判別圖[38](圖8右)中，投點落在沉積巖區(qū)，顯示來源于沉積巖部分熔融的特征； 在Hf-La/Th圖解[39](圖9)中，樣品投點落在了長英質(zhì)、基性巖混合物源區(qū)，并靠近酸性島弧物源區(qū)。

綜上所述，測區(qū)侵入巖為典型的I型花崗巖，物質(zhì)來源于下地殼物質(zhì)的部分熔融，可能遭受了地幔物質(zhì)的混染，源區(qū)可能是長英質(zhì)的火成巖。

圖8 測區(qū)侵入巖稀土元素(La/Yb)N-δEu(左)及La/Yb-∑REE源區(qū)判別圖(右)[37-38]

圖9 測區(qū)侵入巖Hf-La/Th圖解[39]

4.3 構(gòu)造背景分析

花崗質(zhì)巖石可產(chǎn)出在多種構(gòu)造環(huán)境，如島弧造山帶、活動大陸邊緣、大陸碰撞帶、陸內(nèi)造山帶及大型逆沖斷層帶、大陸裂谷甚至大洋中脊等構(gòu)造部位。測區(qū)二長花崗巖在R1-R2構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖10)中，樣品全部落入同碰撞花崗巖內(nèi)； 在Rb-(Y+Nb)構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖11左)中，樣品落在火山弧花崗巖區(qū)域內(nèi)； 在Rb-(Yb+Ta)構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖11右)中，樣品投點均落在后碰撞花崗巖區(qū)域內(nèi)。前人研究表明，新特提斯洋殼自晚三疊世開始俯沖[37]，晚三疊世—晚白堊世(205～80 Ma)拉薩地塊南緣發(fā)育了連續(xù)的巖漿活動，包括岡底斯巖基巖漿活動和同期的火山作用。期間，早白堊世136.5 Ma和晚白堊世83～80 Ma分別發(fā)育了具有埃達克巖性質(zhì)的巖漿巖，Wen等[27]認為在80～68 Ma間岡底斯巖基停止了巖漿活動。

本次在測區(qū)獲得晚白堊世侵入巖年齡為(69±1) Ma，說明在80～69 Ma之間，巖漿活動并未停止，仍然持續(xù)在發(fā)生。綜上所述，該巖體是新特提斯洋殼俯沖的巖漿產(chǎn)物，形成于造山環(huán)境下，形成過程貫穿整個造山運動。

syn-COLG.同碰撞花崗巖； WPG.板內(nèi)花崗巖； VAG.火山弧花崗巖； ORG.洋中脊花崗巖

5 結(jié)論

(1)測得容果地區(qū)二長花崗巖LA-ICP-MS鋯石206Pb/238U年齡為(69±1) Ma(MSWD=0.30，n=16)，認為該巖石形成時代為晚白堊世。

(2)二長花崗巖主量元素特征表明，該侵入巖為富鉀、鈣堿性、弱過鋁質(zhì)巖石，其稀土元素表現(xiàn)為低稀土、負銪的特征，微量元素特征表現(xiàn)為富集Rb、U、K等大離子親石元素而虧損Nb、Ta、Ti等高場強元素。

(3)根據(jù)二長花崗巖的地球化學(xué)特征分析認為，該晚白堊世侵入巖為典型的I型花崗巖，其物質(zhì)來源于下地殼物質(zhì)的部分熔融，可能遭受了地幔物質(zhì)的混染，源區(qū)可能是長英質(zhì)的火成巖； 結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化背景，認為該巖體是新特提斯洋殼俯沖的巖漿產(chǎn)物，形成于造山環(huán)境下，形成過程貫穿整個造山運動。