西藏桑耶寺西松卡村古新世石英閃長巖鋯石U-Pb定年和Lu-Hf同位素組成及其構(gòu)造意義

鄧科，袁仁華，何林武，張澤國，董玉杰，陳守關(guān)，辛堂

(西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊(duì)，青海 格爾木 816099)

0 引言

青藏高原屬于由多微陸塊經(jīng)過多期拼合作用形成了一系列溝—弧—盆體系[1-4]，以雅魯藏布江縫合帶、班公湖-怒江縫合帶和金沙江縫合帶為界，由南向北分別為喜馬拉雅地塊、拉薩地塊、羌塘地塊[5](圖1a)。拉薩地塊是一條近東西向延伸的巨型構(gòu)造-巖漿巖帶，即岡底斯帶(圖1b)，也是揭示印度與亞洲大陸碰撞的最重要的地區(qū)，其中廣泛發(fā)育的俯沖—碰撞—碰撞后巖漿作用記錄了這一地區(qū)從特提斯洋俯沖消減到印度大陸陸內(nèi)俯沖的全過程[6-11]。

古新世—始新世是岡底斯巖漿活動(dòng)最為劇烈的時(shí)期，該期花崗巖構(gòu)成岡底斯基巖的主體[12]。關(guān)于其巖石成因與動(dòng)力學(xué)機(jī)制尚存在不同意見，存在多種模型和解釋。朱弟成等[13-15]、潘桂棠等[7]、莫宣學(xué)等[6]認(rèn)為，岡底斯巖漿活動(dòng)是雅魯藏布江洋向北和班—怒洋向南俯沖消減共同作用的結(jié)果。黃俊平等[16]認(rèn)為，岡底斯巖漿巖帶花崗巖是新特提斯洋殼至少兩次俯沖消亡的結(jié)果或是多次俯沖—碰撞的結(jié)果。Dewye等[17]、Coulon等[18]、Ding等[19]認(rèn)為，岡底斯帶是晚燕山期—喜山期火山-巖漿弧帶，是新特提斯洋殼一次向北俯沖消亡、陸陸碰撞作用的產(chǎn)物。Scharer等[12]認(rèn)為，巖漿活動(dòng)與特提斯俯沖有關(guān)[12]。

本文筆者對(duì)桑耶寺西松卡村一帶出露的石英閃長巖進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查工作，基于巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)、同位素年代學(xué)等分析研究，力圖對(duì)該區(qū)中酸性侵入巖時(shí)代歸屬及構(gòu)造環(huán)境提供新的依據(jù)與認(rèn)識(shí)。

1 地質(zhì)概況

岡底斯巖漿弧是夾持于班公湖—怒江縫合帶(BNSZ)和雅魯藏布縫合帶(YZSZ)之間一條近東西向的巨型構(gòu)造-巖漿帶(圖1a—圖1b)，東西長約2500 km，南北寬約150～300 km，面積約4.5×105 km2[7]；依據(jù)出露火山巖的形成時(shí)代，岡底斯巖漿弧被劃分為南岡底斯帶和北岡底斯帶[18]。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖及地質(zhì)簡圖(據(jù)西藏地勘局第五地質(zhì)大隊(duì)地勘院資料修改, 2019)Fig.1 Map showing geotectonic position and geology of the study area1.第四系；2.中三疊統(tǒng)昌果組一段；3.古新統(tǒng)-始新統(tǒng)典中組；4.古新世石英閃長巖(δοE1)；5.晚白堊世石英二長閃長巖；6.晚白堊世花崗閃長巖；7.晚白堊世二長花崗巖；8.U-Pb測(cè)年及巖石化學(xué)樣品采樣位置BNSZ.班公湖—怒江縫合帶；JSSZ.金沙江縫合帶；YZSZ.雅魯藏布江結(jié)合帶

研究區(qū)地處南岡底斯帶，侵入體廣泛分布于雅魯藏布江結(jié)合帶北側(cè)，是南岡底斯巖漿弧南緣的重要組成部分，受特提斯洋盆的演化控制，大部分巖體呈近EW向帶狀分布，晚白堊世—始新世巖漿活動(dòng)較為強(qiáng)烈(圖1b—圖1c)。

石英閃長巖(δοE1)主要出露于松卡村北側(cè)(圖1c)，近EW向展布，呈巖株?duì)町a(chǎn)出，出露面積約9.57 km2。巖體侵入于中三疊統(tǒng)昌果組、晚白堊世石英二長閃長巖及晚白堊世花崗閃長巖之中，部分被第四系覆蓋。巖體中脈體較為發(fā)育，主要有閃長巖脈、閃長巖脈及花崗質(zhì)脈體，包體亦較為發(fā)育，主要為灰黑色閃長質(zhì)包體。

石英閃長巖巖石風(fēng)化面呈黃灰色(圖2a)，新鮮面呈灰白色(圖2b)，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石由斜長石、鉀長石、石英、黑云母、角閃石組成(圖2c—圖2d)。斜長石呈半自形板狀，約占65%，粒度2.0～5.0 mm，聚片雙晶、環(huán)帶發(fā)育，不均勻輕絹云母化，少簾石化，雜亂分布；鉀長石呈它形粒狀，約占5%，粒度0.5～2.0 mm，格子雙晶發(fā)育，具高嶺土化，零星分布。石英呈他形粒狀，約占10%，粒度0.5～3.0 mm，強(qiáng)帶狀、不均勻消光，填隙狀或雜亂分布。黑云母呈葉片狀，約占10%，片徑0.2～3.0 mm，褐色，部分交代角閃石，輕綠泥石化雜亂分布。角閃石呈半自形柱狀，約占10%；粒度0.2～3.0 mm，褐綠色，核部次閃石化、綠簾石化，多被黑云母交代，雜亂分布。

圖2 石英閃長巖野外地質(zhì)特征(a,b)及鏡下特征(c,d)Fig.2 Field geological characteristics (a,b) and microscopic characteristics (c,d) of quartz diorite

2 樣品及測(cè)試方法

在松卡村—多旺利一帶的石英閃長巖中采集主量、微量元素分析樣品共5件，單樣重1.5 kg。在松卡村北側(cè)出露規(guī)模較大的石英閃長巖巖株中選擇巖體出露較好、遠(yuǎn)離接觸帶邊部、蝕變較弱的巖石采集同位素樣品1件(樣號(hào)PM06TW1)，重約25 kg。

主量、微量元素測(cè)試工作由河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室完成，制樣過程中利用切喬特公式計(jì)算粗碎、中碎、細(xì)碎3個(gè)過程中用四分法縮分至需要的質(zhì)量并保留相應(yīng)的副樣。主量元素采用堿燒法制備樣品，使用AxiosmaxX射線熒光光譜儀分析測(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。稀土元素和微量元素的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)測(cè)試，Zr、Ti、K等元素在X射線熒光光譜儀(Axiosmax X)上測(cè)試，分析精度高于5%～10%，詳細(xì)測(cè)試方法參見文獻(xiàn)[21]。

鋯石單礦物分選、鋯石的制靶及CL照相均在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室完成。將完整的典型鋯石置于DEVCON環(huán)氧樹脂中，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及陰極發(fā)光照相。

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)譜儀，激光剝蝕系統(tǒng)為New wave 193，實(shí)驗(yàn)過程中的激光剝蝕束斑直徑為32 μm，剝蝕深度為20～40 μm。鋯石年齡計(jì)算采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石95100作為外標(biāo)，元素含量采用美國國家標(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ICPMS Datacal軟件，并采用Anderson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ISOPLOT 2.49軟件完成。

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)過鋯石U-Pb測(cè)試的同一測(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)，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。本次分析過程中使用鋯石國際標(biāo)樣Mud tank作為外標(biāo)。Mud tank的176Hf/177Hf值為0.282537±15。儀器分析條件和數(shù)據(jù)獲取方法見文獻(xiàn)[22-23]。

3 測(cè)試分析結(jié)果

3.1 巖石地球化學(xué)特征

(1)巖石化學(xué)特征

西藏桑耶寺西松卡村5件石英閃長巖樣品的全巖化學(xué)測(cè)試結(jié)果見表1。

石英閃長巖5件樣品的w(SiO2)=55.22%～63.69%，平均59.04%；w(Al2O3)=16.97%～18.33%，平均為17.49%；ALK值為4.46～6.56，平均5.39；w(K2O)/w(Na2O)為0.24～0.62，平均0.46。里特曼指數(shù)σ為1.55～2.04，平均1.77，堿度指數(shù)KN/A=0.37～0.55，堿度率(A.R.)為1.42～1.89，表明巖石屬鈣堿性巖。A/NK=1.81～2.68，A/CNK=0.89～0.98，表明巖石屬準(zhǔn)鋁質(zhì)。巖漿分異指數(shù)DI=44.43～68.12，固結(jié)指數(shù)SI=13.46～23.23，指示巖漿分異程度中等。鎂鐵指數(shù)MF=67.81～72.06與長英指數(shù)FL=37.77～60.11，說明巖漿分離結(jié)晶作用程度中等。

在TAS圖解(圖3a)中樣品落入花崗閃長巖、閃長巖及輝長閃長巖區(qū)域內(nèi)，為亞堿性巖系，綜合室內(nèi)薄片及野外特征綜合定名為石英閃長巖；w(K2O)—w(SiO2)圖解(圖3b)中，樣品投點(diǎn)均落于鈣堿性系列區(qū)；A.R.圖解(圖3c)中，樣品全部落于鈣堿性巖石區(qū)；鋁飽和指數(shù)圖解(圖3d)反映巖石屬準(zhǔn)鋁質(zhì)。

圖3 巖石地球化學(xué)圖解(據(jù)文獻(xiàn)[24])Fig.3 Geochemical plot of the rocka.TAS圖解；b.K-Si圖解；c.A.R.圖解；d.鋁飽和指數(shù)圖解

綜上，松卡村石英閃長巖的巖石化學(xué)特征顯示，該巖體為鈉質(zhì)巖石，具有富鋁特征，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)鈣堿性系列[24]。

(2)稀土及微量元素地球化學(xué)特征

松卡村5件石英閃長巖樣品的微量元素和稀土元素測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 石英閃長巖地球化學(xué)組成及主要地球化學(xué)參數(shù)Table 1 Geochemical composition and main geochemical parameters of quartz diorite

圖4 始新世石英閃長巖稀土元素配分曲線(據(jù)文獻(xiàn)[28])Fig4 REE pattern of Eocene quartz diorite圖5 始新世石英閃長巖微量元素蛛網(wǎng)圖(據(jù)文獻(xiàn)[29])Fig.5 Trace element spider diagram of Eocene quartz diorite

5件石英閃長巖稀土元素總量(包括Y元素)值w(ΣREE)=76.49×10-6～117.18×10-6，平均為94.17×10-6，明顯低于上地殼稀土總量(210×10-6)，高于下地殼稀土總量(74×10-6)[25]；輕重稀土含量比值w(LREE)/w(HREE)=2.21～3.31[26]，w(La)N/w(Yb)N值為4.38～6.65，輕稀土富集明顯；δEu值為0.92～1.15，Eu異常不明顯；w(La)N/w(Sm)N=2.67～3.78，w(Gd)N/w(Yb)N=1.03～1.30，顯示輕稀土較重稀土分餾強(qiáng)烈。稀土配分曲線(圖4)為LREE富集的右傾型。

5件石英閃長巖樣品的微量元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的蛛網(wǎng)圖見圖5。巖體相對(duì)富集大離子親石元素Rb、Ba、Th、U、K，顯著虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta、Nb、Ti，顯示出與板塊俯沖作用有關(guān)的巖漿巖特征[27]。

3.2 鋯石U-Pb年齡

本次工作在石英閃長巖采集1件同位素樣品(樣號(hào)PM06TW1)，樣品鋯石陰極發(fā)光(CL)影像與U-Pb諧和年齡圖見圖6，測(cè)試分析數(shù)據(jù)見表2。

本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試晶形較好的12顆鋯石共分析了12個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)試的鋯石樣品在CL圖像上顯示，大多數(shù)鋯石為長柱狀，震蕩環(huán)帶發(fā)育(圖6a)，w(Th)/w(U)值均在0.48～0.94之間，具明顯巖漿鋯石特征(>0.1)。12個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡值范圍為62 Ma—68 Ma(表2)，獲得加權(quán)平均年齡為65.0 Ma±1.2 Ma(圖6b—圖6c)，能夠代表該樣品的結(jié)晶年齡。

圖6 石英閃長巖鋯石CL影像(a)及U-Pb諧和年齡圖(b, c)(樣號(hào)PM06TW1)Fig.6 CL image of zircon (a) and U-Pb concordance age diagram (b,c) of quartz diorite

表2 石英閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果Table 2 LA-ICP-MS dated zircon U-Pb ages of quartz diorite

綜上，結(jié)合野外地質(zhì)關(guān)系，將松卡村石英閃長巖侵位時(shí)代厘定為古新世。

3.3 鋯石Hf同位素特征

本次對(duì)已做鋯石U-Pb定年的樣品進(jìn)行了Lu-Hf同位素測(cè)試，其同位素組成見表3。

表3 古新世侵入巖鋯石Hf同位素組成Table 3 Zircon Hf isotopic composition of Paleocene intrusive rocks

樣品的176Yb/177Hf為0.019031～0.041770，176Lu/177Hf為0.000894～0.001795，176Hf/177Hf為0.282995～0.283107，顯著虧損Hf同位素組成。εHf(t)值均為正值，變化于9.3～13.3之間。

單階段Hf模式年齡(tDM1)變化于207.1 Ma—370.2 Ma之間，平均為288.3 Ma；二階段Hf模式年齡(tDM2)變化于288.8 Ma—544.1 Ma之間，平均為418.4 Ma，大于侵入體形成年齡[30]。

4 討論

(1)構(gòu)造環(huán)境

Pearce J A等[31]提出元素Ta、Yb、Rb等是區(qū)分洋中脊花崗巖類(ORG)、板內(nèi)花崗巖類(WPG)、火山弧花崗巖類(VAG)和同碰撞花崗巖類(Syn-COLG)最為有效的判據(jù)。巖石地球化學(xué)顯示，古新世石英閃長巖屬準(zhǔn)鋁質(zhì)鈣堿性系列，無明顯Eu異常，相對(duì)富集大離子親石元素Rb、Ba、Th、U、K，顯著虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta、Nb、Ti，地球化學(xué)特征與島弧花崗巖非常相似，表明巖漿源區(qū)受到了俯沖板片流體或熔體的交代作用的影響。在構(gòu)造分析w(Yb+Ta)—w(Rb)、w(Yb)—w(Ta)、w(Y)—w(Nb)圖解中(圖7a—圖7c)，樣品集中落入島弧花崗巖區(qū)；在R1—R2圖解，樣品均落入板塊碰撞前區(qū)域(圖7d)，進(jìn)一步表明古新世侵入巖形成于板塊碰撞前的擠壓俯沖構(gòu)造體制內(nèi)。綜上所述，筆者認(rèn)為松卡村石英閃長巖體形成于擠壓俯沖的陸緣弧構(gòu)造環(huán)境。

圖7 構(gòu)造環(huán)境判別圖解(據(jù)文獻(xiàn)[31])Fig.7 Tectonic setting discrimination diagrama.巖石w(Rb)—w(Y+Ta)圖解；b.巖石w(Ta)—w(Yb)圖解；c.巖石w(Nb)—w(Y)圖解；d.巖石R2—R1圖解

(2)巖石成因

松卡村石英閃長巖w(Rb)/w(Sr)值為0.03～0.11，平均為0.07，高于上地幔平均值(0.025)，顯著低于大陸地殼平均值(0.24)；w(Nb)/w(Ta)值為10.30～15.22，平均為12.35，明顯低于幔源巖石(17.5±2)，接近陸殼巖石(11±)；w(Zr)/w(Hf)值為24.99～32.71，平均值為28.80，略低于殼源巖石(33±)。松卡村石英閃長巖Hf同位素εHf(t)值變化于9.3～13.3之間，單階段模式年齡集中在207.1 Ma—370.2Ma之間，大于其巖體形成年齡。在εHf(t)—t圖解中，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均落入球粒隕石與虧損地幔之間(圖8)，表明巖漿源區(qū)來自于二疊紀(jì)—三疊紀(jì)(單階段模式年齡)從虧損地幔中新增生的年輕地殼。以上表明，巖體成巖物質(zhì)為殼?；旌显矗抑饕獊碜杂谛律貧?；由于俯沖作用導(dǎo)致深部幔源巖漿底侵至殼幔結(jié)合處，使得新生下地殼局部熔融，并混合了部分幔源物質(zhì)[30]。

圖8 古新世侵入巖εHf(t)—t圖解Fig.8 Diagram of Paleocene intrusive rocks εHf(t)—t

5 結(jié)論

通過對(duì)西藏桑耶寺西松卡村古新世石英閃長巖主量元素、微量元素、稀土元素特征和鋯石LA-ICP-MS U-Pb測(cè)年、Lu-Hf同位素組成的研究，可以得出以下3點(diǎn)結(jié)論：

(1)松卡村石英閃長巖巖石地球化學(xué)具富鋁、富集大離子親石元素、貧高場(chǎng)強(qiáng)元素的地球化學(xué)特征，為典型俯沖島弧巖漿作用產(chǎn)物。

(2)松卡村石英閃長巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為65.0 Ma±1.2 Ma，表明其侵位時(shí)代為古新世。

(3)松卡村石英閃長巖的巖石地球化學(xué)、同位素、年代學(xué)特征表明，新特提斯洋在古新世仍處于俯沖階段。