岡底斯巖漿弧東段沉積巖的晚白堊世變質(zhì)作用及其構(gòu)造意義*

李中堯 丁慧霞 袁玥 張澤明,2

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083 2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037

青藏高原是由多塊體、多島弧經(jīng)歷多期聚合與碰撞拼貼形成的巨型復(fù)合造山帶，其自北向南依次是以金沙江縫合帶(JSSZ)、龍木措-雙湖縫合帶(LSSZ)、班公湖-怒江縫合帶(BNSZ)、印度-雅魯藏布江縫合帶(ITYSZ)劃分的松潘-甘孜地體、北羌塘地體、南羌塘地體、拉薩地體和喜馬拉雅造山帶(Yin and Harrison,2000;潘桂棠等,2004;許志琴等,2006,2011,2019)。位于青藏高原南部的拉薩地體經(jīng)歷了新特提斯洋向北俯沖的安第斯型造山作用和印度-歐亞大陸碰撞造山作用，是研究青藏高原形成與演化的關(guān)鍵地區(qū)(Yin and Harrison,2000;莫宣學(xué)等,2005;Panetal.,2012;Zhangetal.,2013,2015)。

位于拉薩地體南部的岡底斯巖漿弧形成于中生代新特提斯洋北向俯沖過程中，疊加了新生代的碰撞造山作用(莫宣學(xué)等,2005,2007;莫宣學(xué)和潘桂棠,2006;趙志丹等,2006;Wuetal.,2007,2010;Moetal.,2008;Guoetal.,2013;Liuetal.,2014;Panetal.,2016;Zhuetal.,2018)。因此，岡底斯巖漿弧是研究弧巖漿作用、大陸地殼生長(zhǎng)與再造的天然實(shí)驗(yàn)室。

由于新生代晚期的大規(guī)模抬升和強(qiáng)烈剝蝕作用，在岡底斯巖漿弧東段廣泛出露了大量的中、新生代變質(zhì)巖和深成侵入巖。這些來(lái)自地殼深部的巖石為探討岡底斯弧地殼的深部組成與生長(zhǎng)再造提供了難得的機(jī)會(huì)。目前，盡管我們對(duì)岡底斯巖漿弧的研究已較為深入，但與世界上其它的巖漿弧相比，對(duì)岡底斯弧的下地殼組成和形成演化的研究還相對(duì)較少。本文對(duì)岡底斯巖漿弧東段米林田興村附近的變沉積巖進(jìn)行了巖石學(xué)和鋯石U-Pb年代學(xué)研究，確定了其變質(zhì)作用的條件與時(shí)間，探討了變質(zhì)作用發(fā)生的機(jī)制及其構(gòu)造意義，為揭示岡底斯巖漿弧中-下地殼的組成、變質(zhì)條件和時(shí)間在空間上的變化提供了重要約束。

1 地質(zhì)背景和樣品

拉薩地體由前寒武紀(jì)的結(jié)晶基底、古生代-中生代的沉積巖和古生代-新生代的巖漿巖組成(Xuetal.,1985,2013;潘桂棠等,2004,2006;Zhuetal.,2011;Zhangetal.,2012;Linetal.,2013;Huetal.,2018)。位于拉薩地體南部的岡底斯巖漿弧延長(zhǎng)超過2000km，主要由中、新生代的岡底斯巖基和古近紀(jì)的林子宗火山巖系組成(圖1a;Yin and Harrison,2000;潘桂棠等,2004;Chungetal.,2005;莫宣學(xué)等,2005;Zhuetal.,2011,2015,2018;Wangetal.,2016;Zhouetal.,2018)。

本文研究區(qū)位于岡底斯巖漿弧東段，即東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)西側(cè)。這里包括三個(gè)構(gòu)造單元，即北部的岡底斯弧、中部的印度-雅魯藏布江縫合帶和南部的喜馬拉雅造山帶。印度-雅魯藏布江縫合帶呈“幾”字型分布(圖1)，為一套蛇綠混雜巖，代表殘余的新特提斯洋殼，變質(zhì)程度為低角閃巖相，同時(shí)混雜有少量?jī)蓚?cè)地塊的變質(zhì)巖(耿全如等,2000,2004;張澤明等,2007,2009)。研究區(qū)東南部的喜馬拉雅帶以藏南拆離系為界可以劃分為特提斯喜馬拉雅和高喜馬拉雅巖系。高喜馬拉雅巖系，即南迦巴瓦雜巖，由中、高級(jí)變質(zhì)巖和新生代的淡色花崗巖組成(Zhangetal.,2012;田作林等,2017)。南迦巴瓦雜巖的變質(zhì)程度為高角閃巖相和麻粒巖相(Zhangetal.,2012;向華等,2013;劉鳳麟和張立飛,2014;田作林等,2017)。特提斯喜馬拉雅帶變質(zhì)程度較低，為綠片巖相到綠簾角閃巖相(Zhangetal.,2013)。

圖1 青藏高原及岡底斯巖漿弧地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a)和岡底斯巖漿弧東段地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)KSZ-昆侖縫合帶；JSSZ-金沙江縫合帶；LSSZ-龍木措-雙湖縫合帶；BNSZ-班公湖-怒江縫合帶；IYSZ-印度-雅魯藏布江縫合帶.圖中岡底斯巖漿弧變質(zhì)巖變質(zhì)條件及年齡據(jù)董昕等(2009,2012)，Zhang et al. (2010b,2013)；康東艷等(2019)；牛志祥(2019);牛志祥等(2019)；秦圣凱等(2019)；張寧(2019)；江媛媛等(2020)；張成圓等(2020)和Jiang et al. (2021)Fig.1 Sketched geological maps of the Tibetan Plateau and Gangdese arc (a)and the eastern Gangdese arc (b)

研究區(qū)西北部的岡底斯弧發(fā)育古生代-中生代沉積巖、侏羅紀(jì)火山巖、侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)和古近紀(jì)花崗巖、晚白堊世的花崗閃長(zhǎng)巖、晚白堊世和古新世-始新世的輝長(zhǎng)巖和變沉積巖(Jietal.,2014;Zhuetal.,2017;Zhouetal.,2018;Zhangetal.,2020)。岡底斯巖漿弧東段的前漸新世巖石經(jīng)歷了不同程度的變質(zhì)作用，廣泛分布的中-高級(jí)變質(zhì)巖包括各類片巖、片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖、麻粒巖和大理巖。這些中-高級(jí)變質(zhì)巖的變質(zhì)作用發(fā)生在晚白堊世至始新世中、下地殼條件下，變質(zhì)巖的原巖主要為組成岡底斯弧的中生代和早新生代巖漿巖，所以代表岡底斯巖漿弧東段的中、下地殼組成(董昕等,2009,2012;Zhangetal.,2010a,b,2013;Guoetal.,2011,2012;Xuetal.,2013;Palinetal.,2014)。

本文研究的變質(zhì)沉積巖樣品采集于米林縣城西約30km的田興村，位于岡底斯巖漿弧東段中-高級(jí)變質(zhì)巖分布區(qū)的南部，即以前確定的角閃巖相與麻粒巖相變質(zhì)帶分界線附近(圖1b;Zhangetal.,2020)。所研究的變沉積巖呈透鏡狀產(chǎn)于晚白堊世里龍巖基的變質(zhì)輝長(zhǎng)巖中。該透鏡體寬約50m，主要由呈互層狀的石榴夕線黑云片巖、含石榴鈣硅酸鹽巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖和大理巖組成。

2 分析方法

礦物化學(xué)成分分析在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所應(yīng)用JEOL JXA-8100電子探針(EPM)完成。采用5μm直徑的探針，15kV的加速電壓和20nA的電流并選取10s的峰期和背景時(shí)間，實(shí)驗(yàn)的分析誤差在2%以內(nèi)并采用SPI標(biāo)準(zhǔn)礦物校正。全巖主量元素分析在武漢上譜分析科技有限公司利用射線熒光光譜儀(型號(hào)為日本理學(xué)Primus Ⅱ)完成，分析精度優(yōu)于5%。

鋯石U-Pb同位素和微量元素分析在武漢上譜分析科技有限公司利用激光剝蝕-等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS，ICP-MS型號(hào)為Agilent 7700e)完成，誤差分析在2%左右。LA-ICP-MS裝置包括高能的激光器、光束傳輸系統(tǒng)、樣品池和觀測(cè)系統(tǒng)。據(jù)陰極發(fā)光圖所示的鋯石結(jié)構(gòu)特征，采用32μm的激光束斑和5Hz的頻率。實(shí)驗(yàn)過程中的分餾校正分別采用了標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500和玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NIST610作外標(biāo)。時(shí)間分辨離線處理的樣品信號(hào)為50s，空白信號(hào)為20～30s。對(duì)分析數(shù)據(jù)采用了基于Excel的ICPMSDataCal(V10.6)軟件(Liuetal.,2010)完成離線處理，詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法見Liuetal.(2010)。U-Pb年齡諧和圖和加權(quán)平均年齡計(jì)算利用了Isoplot/Ex_ver3(Ludwig,2003)程序完成。

3 巖相學(xué)和礦物化學(xué)

所研究的石榴夕線黑云片巖呈斑狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。變斑晶為石榴石(12%)，粒度在2～7mm之間，變基質(zhì)由斜長(zhǎng)石(27%)、黑云母(22%)、石英(18%)和夕線石(14%)組成，含有少量鉀長(zhǎng)石(7%)，副礦物為鈦鐵礦。黑云母和夕線石定向分布構(gòu)成片理(圖2a,b)。石榴石變斑晶核部含有斜長(zhǎng)石、石英和黑云母包體，部分石榴石邊部呈港灣狀，被細(xì)粒的黑云母、夕線石、斜長(zhǎng)石、石英和鈦鐵礦替代。石榴夕線黑云片巖的礦物組合為石榴石+黑云母+斜長(zhǎng)石+鉀長(zhǎng)石+石英+夕線石+鈦鐵礦。

圖2 石榴夕線黑云片巖(a、b)、含石榴鈣硅酸鹽巖(c、d)、黑云斜長(zhǎng)片麻巖(e)和大理巖(f)顯微照片(a)石榴夕線黑云片巖(D630605)中石榴石為變斑晶，斜長(zhǎng)石、黑云母、石英、夕線石和鉀長(zhǎng)石為變基質(zhì).紅線為圖3中石榴子石成分剖面的分析位置；(b)石榴夕線黑云片巖(D630605)的石榴石邊部呈港灣狀，被黑云母、夕線石和斜長(zhǎng)石替代；(c)含石榴鈣硅酸鹽巖(D630603)中石榴石為變斑晶，斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、角閃石、單斜輝石、方解石和黑云母為變基質(zhì)；(d)含石榴鈣硅酸鹽巖(D630606)由斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、角閃石和單斜輝石組成；(e)黑云斜長(zhǎng)片麻巖(D630602)由斜長(zhǎng)石、石英、黑云母、角閃石、鉀長(zhǎng)石和白云母組成；(f)大理巖(D630601)由方解石和少量綠簾石組成.礦物代號(hào)：Grt-石榴石；Bt-黑云母；Mus-白云母；Pl-斜長(zhǎng)石；Kfs-鉀長(zhǎng)石；Qz-石英；Cpx-單斜輝石；Amp-角閃石；Ep-綠簾石；Sill-夕線石；Ilm-鈦鐵礦Fig.2 Microphotographs of the garnet-sillimanite-biotite schist (a,b),garnet-bearing calc-silicate rock (c,d),biotite-plagioclase gneiss (e)and marble (f)

含石榴鈣硅酸鹽巖樣品D630603呈斑狀變晶結(jié)構(gòu)，變基質(zhì)為柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。變斑晶為石榴石(13%)，粒徑大約為2～5mm，變基質(zhì)由斜長(zhǎng)石(38%)、鉀長(zhǎng)石(16%)、石英(12%)組成，含有少量角閃石(8%)、單斜輝石(7%)、方解石(3%)和黑云母(2%)，副礦物為鈦鐵礦(圖2c)。含石榴鈣硅酸鹽巖樣品D630604呈柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由斜長(zhǎng)石(40%)、石英(25%)組成，含有少量鉀長(zhǎng)石(8%)、黑云母(8%)、石榴石(5%)、角閃石(4%)、單斜輝石(3%)、方解石(3%)和白云母(<2%)，副礦物為鈦鐵礦。含石榴鈣硅酸鹽巖樣品D630606呈斑狀變晶結(jié)構(gòu)，變基質(zhì)為柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。變斑晶為石榴石(8%)，粒徑大約為2～4mm。變基質(zhì)由斜長(zhǎng)石(36%)、石英(24%)和鉀長(zhǎng)石(16%)組成，含有少量角閃石(8%)、單斜輝石(6%)、方解石(3%)和黑云母(3%)，副礦物為鈦鐵礦(圖2d)。

黑云斜長(zhǎng)片麻巖呈鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，由斜長(zhǎng)石(42%)、石英(30%)、黑云母(12%)，角閃石(7%)、鉀長(zhǎng)石(5%)和白云母(<2%)組成，副礦物為鈦鐵礦(圖2e)。大理巖呈粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由方解石(97%)組成，含有少量綠簾石(2%)和副礦物鈦鐵礦(圖2f)。

電子探針分析結(jié)果表明，石榴夕線黑云片巖中的變斑晶石榴石具有較高的鐵鋁榴石(Alm=0.615～0.677)和鎂鋁榴石(Prp=0.284～0.349)組分，以及較低的鈣鋁榴石(Grs=0.027～0.040)和錳鋁榴石(Spe=0.003～0.006)組分(表1)。石榴石發(fā)育弱的成分環(huán)帶，鐵鋁榴石組分從核部到邊部略有增加，鎂鋁榴石組分從核部到邊部略有降低，鈣鋁榴石組分在核部區(qū)域均勻，在邊部區(qū)域有輕微增加，錳鋁榴石組分基本不變(圖3)。含石榴鈣硅酸鹽巖和黑云斜長(zhǎng)片麻巖中角閃石的Si陽(yáng)離子數(shù)為6.08～6.78(p.f.u.,O=23)，Ca陽(yáng)離子數(shù)為1.67～1.92(p.f.u.,O=23)，Na陽(yáng)離子數(shù)為0.30～0.47(p.f.u.,O=23)，K陽(yáng)離子數(shù)為0.14～0.47(p.f.u.,O=23)，Mg/Mg+Fe2+=0.27～0.68(表2)。據(jù)角閃石分類定名方法(Leakeetal.,1997)，含石榴鈣硅酸鹽巖中的角閃石是鐵鎂鈣閃石，黑云斜長(zhǎng)片麻巖中的角閃石是鎂閃石。石榴夕線黑云片巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖和含石榴鈣硅酸鹽巖中的黑云母具有較大的成分變化，F(xiàn)eO含量為14.14%～27.75%，MgO為3.92%～11.92%，Ti陽(yáng)離子數(shù)為0.12～0.22(p.f.u.,O=11)(表3)，其中石榴夕線黑云片巖和黑云斜長(zhǎng)片麻巖中的黑云母是高鐵鎂云母，含石榴鈣硅酸鹽巖中的黑云母是高鐵黑云母。石榴夕線黑云片巖中斜長(zhǎng)石的An=0.28～0.31，為中長(zhǎng)石和更長(zhǎng)石，含石榴鈣硅酸鹽巖中斜長(zhǎng)石的An=0.35～0.39，為中長(zhǎng)石，黑云斜長(zhǎng)片麻巖中斜長(zhǎng)石的An=0.41～0.45，為中長(zhǎng)石(表4)。

圖3 石榴夕線黑云片巖中石榴石化學(xué)成分剖面圖Alm-鐵鋁榴石；Prp-鎂鋁榴石；Grs-鈣鋁榴石；Spe-錳鋁榴石Fig.3 Garnet compositional profile of the garnet-sillimanite-biotite schist

表1 岡底斯巖漿弧東段石榴夕線黑云片巖中石榴石的代表性電子探針分析結(jié)果(wt%)Table 1 Representative microprobe of garnet from garnet-sillimanite-biotite schist from the eastern Gangdese magmatic arc (wt%)

續(xù)表1Continued Table 1

表2 岡底斯巖漿弧東段含石榴鈣硅酸鹽巖和黑云斜長(zhǎng)片麻巖中角閃石的代表性電子探針分析結(jié)果(wt%)Table 2 Representative microprobe analyses of amphibole from garnet-bearing calc-silicate rocks and biotite-plagioclase gneiss from the eastern Gangdese magmatic arc (wt%)

表3 岡底斯巖漿弧東段石榴夕線黑云片巖、含石榴鈣硅酸鹽巖和黑云斜長(zhǎng)片麻巖中黑云母的代表性電子探針分析結(jié)果(wt%)Table 3 Representative microprobe analyses of biotite from garnet-sillimanite-biotite schist,garnet-bearing calc-silicate rocks and biotite-plagioclase gneiss from the eastern Gangdese magmatic arc (wt%)

續(xù)表3Continued Table 3

表4 岡底斯巖漿弧東段石榴夕線黑云片巖、含石榴鈣硅酸鹽巖和黑云斜長(zhǎng)片麻巖中斜長(zhǎng)石的代表性電子探針分析結(jié)果(wt%)Table 4 Representative microprobe analyses of plagioclase from garnet-sillimanite-biotite schist,garnet-bearing calc-silicate rocks and biotite-plagioclase gneiss from the eastern Gangdese magmatic arc (wt%)

4 變質(zhì)作用P-T條件

4.1 地質(zhì)溫壓計(jì)

本文采用石榴石-黑云母地質(zhì)溫度計(jì)(Holdaway,2000)和石榴石-黑云母-斜長(zhǎng)石-石英地質(zhì)壓力計(jì)(Wuetal.,2004)(GB-BGPQ)，對(duì)石榴夕線黑云片巖(樣品D630605)的變質(zhì)條件進(jìn)行了估算。選擇巖石中變質(zhì)斑晶石榴石核部、基質(zhì)黑云母和斜長(zhǎng)石的平均成分計(jì)算得到的變質(zhì)溫壓條件是814℃和7.5kbar。

4.2 相平衡模擬

圖4是在650～900℃和5～9kbar條件下計(jì)算出的P-T視剖面。如圖所示，藍(lán)晶石在小于760℃、大于6.7kbar的區(qū)域穩(wěn)定；夕線石穩(wěn)定范圍大，除了在高溫低壓(即>800℃、<5.5kbar)以及藍(lán)晶石穩(wěn)定域不穩(wěn)定外，在視剖面圖其他區(qū)域皆穩(wěn)定；黑云母穩(wěn)定在小于860℃的區(qū)域內(nèi)；石榴石在整個(gè)圖中穩(wěn)定；堇青石在溫度大于750℃、壓力小于7.0kbar的區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定。體系的固相線位于775～800℃之間(圖4)。P-T視剖面圖顯示了石榴石的XMg[=MgO/(MgO+FeO+CaO+MnO)]和XCa[=CaO/(MgO+FeO+CaO+MnO)]等值線(圖4a)，以及熔體體積含量等值線(圖4b)。石榴石的XMg等值線與溫度軸近垂直，其數(shù)值隨溫度的升高而增加，XCa等值線具有正斜率，其數(shù)值隨壓力的升高而增加，熔體含量隨溫度的升高而增加。

圖4 石榴夕線黑云片巖的P-T視剖面圖圖(a)中橙色與黃色細(xì)實(shí)線分別代表石榴石的XMg和XCa等值線;圖(b)中紅色細(xì)虛線為熔體體積等值線.兩圖中紅色橢圓區(qū)域?yàn)閹r石變質(zhì)作用的溫壓條件范圍Fig.4 P-T pseudosections for the garnet-sillimanite-biotite schist

在計(jì)算的溫度與壓力區(qū)間，石榴夕線黑云片巖礦物組合(Grt+Bt+Pl+Kfs+Qz+Sil+Ilm)穩(wěn)定在787～865℃、6.3～9kbar和熔體存在的區(qū)域內(nèi)(圖4中紅色字體標(biāo)注的礦物組合區(qū)域)，相應(yīng)的熔體體積含量為4%～8%?；谑袷瞬孔罡叩腦Mg值(0.35)和相應(yīng)的XCa值(0.003)的交點(diǎn)，以及石榴石核部最高XCa值(0.040)和相應(yīng)XMg值(0.32)的交點(diǎn)，可得出的變質(zhì)溫、壓條件約為810～820℃和6.4～7.8kbar(圖4紅色橢圓區(qū)域)。

結(jié)合溫壓計(jì)與相平衡模擬結(jié)果，石榴夕線黑云片巖的變質(zhì)條件很可能在810～820℃和6.4～7.8kbar范圍。這表明石榴夕線黑云片巖經(jīng)歷了中壓麻粒巖相變質(zhì)作用和部分熔融，熔體含量約占巖石體積的4%～8%。

5 鋯石U-Pb年代學(xué)

對(duì)1個(gè)石榴夕線黑云片巖、3個(gè)含石榴鈣硅酸鹽巖和1個(gè)大理巖中的鋯石進(jìn)行了鋯石陰極發(fā)光、U-Pb定年和微量元素分析，分析結(jié)果見表5和表6。鋯石陰極發(fā)光圖像(圖5)顯示，片巖、鈣硅酸鹽巖和大理巖中的鋯石特點(diǎn)相似，形態(tài)上大多為半自形粒狀，少部分為半自形柱狀，長(zhǎng)寬比約為 2.5:1。極少的鋯石發(fā)育核-邊結(jié)構(gòu)，大部分鋯石顆粒無(wú)繼承核，但多具有一個(gè)較強(qiáng)發(fā)光的細(xì)邊。除去繼承核和細(xì)邊部分的鋯石結(jié)構(gòu)域，即所定年的鋯石結(jié)構(gòu)域具有弱同心環(huán)狀環(huán)帶，或具有補(bǔ)丁狀分帶。

表5 石榴夕線黑云片巖、含石榴鈣硅酸鹽巖和大理巖中鋯石U-Pb定年結(jié)果Table 5 Zircon U-Pb data for garnet-sillimanite-biotite schist,garnet-bearing calc-silicate rocks and marble

續(xù)表5Continued Table 5

表6 岡底斯巖漿弧東段石榴夕線黑云片巖、含石榴鈣硅酸鹽巖和大理巖中鋯石的稀土元素分析結(jié)果(×10 -6)Table 6 The REE analysis of zircon for garnet-sillimanite-biotite schist,garnet-bearing calc-silicate rocks and marble from the eastern Gangdese magmatic arc (×10-6)

續(xù)表6Continued Table 6

續(xù)表6Continued Table 6

圖5 石榴夕線黑云片巖(a)、含石榴鈣硅酸鹽巖(b-d)和大理巖(e)中鋯石的陰極發(fā)光圖像，示分析點(diǎn)位和年齡(Ma)Fig.5 Cathodoluminescence images of representative zircon grains,showing the analytical spots and related ages (Ma)from the garnet-sillimanite-biotite schist (a),garnet-bearing calc-silicate rocks (b-d)and marble (e)

鋯石U-Pb諧和圖見圖6。5件樣品共74個(gè)分析點(diǎn)均獲得了諧和或近諧和的U-Pb年齡，其206Pb/238U年齡在92～79Ma之間。除去個(gè)別較大的和較小的分析點(diǎn)后，石榴夕線黑云片巖、含石榴鈣硅酸鹽巖和大理巖樣品鋯石的206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別為86±1.1Ma(MSWD=2.00)、83±0.97Ma(MSWD=2.80)、83±0.70Ma(MSWD=0.86)、85±1.2Ma(MSWD=1.70)和87±0.79Ma(MSWD=1.90)。

圖6 石榴夕線黑云片巖、含石榴鈣硅酸鹽巖和大理巖中鋯石U-Pb諧和圖(a、c、e)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式(b、d、f，標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough,1989)Fig.6 U-Pb concordia diagram (a,c,e)and chondrite-normalized REE patterns (b,d,f,normalization values after Sun and McDonough,1989)of zircons from the garnet-sillimanite-biotite schist,garnet-bearing calc-silicate rocks and marble

所分析鋯石結(jié)構(gòu)域的Th/U值大都小于0.4，其中石榴夕線黑云片巖鋯石的Th/U值為0.01～0.20，鈣硅酸鹽巖鋯石的Th/U值為0.04～0.53，大理巖的Th/U值為0.01～0.05(圖7)。鋯石的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖見圖6。石榴夕線黑云片巖的鋯石具有低的稀土元素含量，富集但平坦的重稀土元素配分模式，具有明顯的Eu負(fù)異常。3個(gè)含石榴鈣硅酸鹽巖樣品的鋯石具有從弱到強(qiáng)分異的重稀土元素配分模式，具弱的Eu負(fù)異常。大理巖中的鋯石具有很低的稀土元素含量，輕稀土元素多低于檢出限，具有分異的稀土元素模式。

圖7 石榴夕線黑云片巖、含石榴鈣硅酸鹽巖和大理巖中鋯石的Th和U含量圖Fig.7 Th and U diagram of zircons from the garnet-sillimanite-biotite schist,garnet-bearing calc-silicate rocks and marble

由于變質(zhì)流體往往富集U而虧損Th，因此變質(zhì)鋯石多具有較低的Th/U值(Mojzsis and Harrison,2000;Hermann,2002;Rubatto,2002;Chenetal.,2015)。此外，在含石榴石的變質(zhì)巖中，重稀土優(yōu)先賦存于石榴石中，所以石榴石的生長(zhǎng)和分解控制變質(zhì)鋯石的重稀土含量。石榴石生長(zhǎng)過程中所形成的鋯石具有低的重稀土含量，而在石榴石分解過程中生長(zhǎng)的鋯石具有高的重稀土含量(Rubatto,2002;吳元保和鄭永飛,2004)。本文所研究的富石榴石巖石，如片巖和一個(gè)鈣硅酸鹽巖樣品的鋯石具有較低的Th/U值，較低的重稀土含量，平坦或弱分異的重稀土配分模式，表明所分析的鋯石是變質(zhì)成因的。對(duì)于不含或含少量石榴石的巖石，盡管其鋯石具有分異的重稀土配分模式，但它們具有變質(zhì)鋯石特有的形態(tài)、環(huán)帶和低的Th/U比，也是變質(zhì)成因的。因此，5個(gè)樣品獲得的鋯石年齡應(yīng)代表巖石的變質(zhì)作用時(shí)間，即這些沉積巖的變質(zhì)作用發(fā)生在晚白堊世(87～83Ma)的新特提斯洋俯沖晚期。

6 討論

6.1 岡底斯巖漿弧東段變質(zhì)條件的空間變化

現(xiàn)有研究表明，岡底斯巖漿弧東段中-高級(jí)變質(zhì)巖的變質(zhì)作用發(fā)生在中、新生代，其原巖主要由中生代和早新生代的弧型巖漿巖組成。因此，這些變質(zhì)巖代表岡底斯巖漿弧東段的中-下地殼組成(Zhangetal.,2020)。本文和現(xiàn)有研究表明，這些巖石的變質(zhì)條件存在系統(tǒng)的空間變化。如圖1b所示，在米林、扎西、江河匯流和孜熱地區(qū)分布的變質(zhì)巖為高壓麻粒巖，峰期變質(zhì)的溫、壓條件為740～830℃和9～10.5kbar，變質(zhì)時(shí)代為90～41Ma(Zhangetal.,2010b,2013;Palinetal.,2014;康東艷等,2019;牛志祥,2019;牛志祥等,2019;秦圣凱等,2019;Tianetal.,2020;Xiaetal.,2019;Jiangetal.,2021)。上述地區(qū)西北部林芝地區(qū)經(jīng)歷了角閃巖相變質(zhì)作用，變質(zhì)條件為625～750℃和4～7.4kbar，變質(zhì)年齡為72～49Ma(董昕等,2009,2012;江媛媛等,2020;張成圓等,2020)。在高壓麻粒巖相分布區(qū)西南部的才巴村地區(qū)經(jīng)歷了角閃巖相變質(zhì)作用，變質(zhì)條件為720～750℃和5～6kbar，變質(zhì)時(shí)間為79～74Ma(張寧,2019)。本文研究區(qū)位于高壓麻粒巖分布區(qū)的西南部，所研究的石榴夕線黑云片巖經(jīng)歷了中壓高溫麻粒巖相變質(zhì)作用，變質(zhì)條件為810～820℃和6.4～7.8kbar，變質(zhì)時(shí)間為87～83Ma。綜合現(xiàn)有的研究成果，米林、扎西、江河匯流和孜熱地區(qū)分布的高壓麻粒巖代表岡底斯巖漿弧的下地殼，而該分布區(qū)的北部和西部的變質(zhì)巖經(jīng)歷了中壓麻粒巖相至角閃巖相變質(zhì)作用，代表巖漿弧的中-下地殼。

6.2 岡底斯巖漿弧東段的中-下地殼組成

巖漿弧以幔源巖漿作用和新生地殼生長(zhǎng)為特征(Miller and Snoke,2009)。岡底斯巖漿弧發(fā)育有大型花崗質(zhì)巖基和同時(shí)代火山巖系。這些準(zhǔn)鋁質(zhì)和鈣堿質(zhì)弧型巖漿巖具有虧損地幔的同位素組成，是新生的大陸地殼(Chuetal.,2006,2011;莫宣學(xué)等,2007;Moetal.,2008;Jietal.,2009;Wuetal.,2010;Zhuetal.,2011;Niuetal.,2013;Houetal.,2015;Zhouetal.,2018)。

本文和現(xiàn)有研究表明，岡底斯巖漿弧下地殼的高壓麻粒巖分布區(qū)主要由里龍巖基輝長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖、古新世至始新世輝長(zhǎng)巖和花崗巖變質(zhì)形成的高壓基性和長(zhǎng)英質(zhì)麻粒巖組成，含有少量的變質(zhì)沉積巖。在北部的中-下地殼變質(zhì)巖分布區(qū)，主要由古新世至始新世花崗巖變質(zhì)形成的正片麻巖組成，含有較多的變質(zhì)沉積巖。在西南部的中-下地殼變質(zhì)巖分布區(qū)，主要由里龍巖基輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖和花崗巖變質(zhì)形成的斜長(zhǎng)角閃巖和正片麻巖組成，含少量的變質(zhì)沉積巖(圖1b)。由此可見，無(wú)論是岡底斯弧的下地殼，還是中-下地殼都有長(zhǎng)英質(zhì)變質(zhì)巖和變質(zhì)沉積巖產(chǎn)出。這與以前的研究結(jié)論是一致的，即大陸巖漿弧的下地殼主要由基性麻粒巖組成，但也含有豐富的長(zhǎng)英質(zhì)麻粒巖和變質(zhì)沉積巖(Saleebyetal.,2003;Hackeretal.,2008,2011;Miller and Snoke,2009;DeBari and Greene,2011;Jagoutz and Schmidt,2012;Jagoutz and Kelemen,2015)。岡底斯巖漿弧中、下地殼的變質(zhì)沉積巖主要由副片麻巖和片巖組成。這些相對(duì)富SiO2的沉積巖和長(zhǎng)英質(zhì)巖漿巖進(jìn)入到巖漿弧的中、下地殼改變了新生地殼的組成和化學(xué)成分，很可能是導(dǎo)致巖漿弧中-下地殼由基性轉(zhuǎn)變?yōu)橹行猿煞值闹匾颉?/p>

大陸巖漿弧上地殼的沉積巖進(jìn)入到中-下地殼有三種機(jī)制(Chinetal.,2013)。第一種是巖漿弧地殼的底沖(Underthrusting)，即巖漿弧的上地殼巖石被底沖到下地殼；第二種機(jī)制是巖漿上升過程中的粘性回流導(dǎo)致巖體周轉(zhuǎn)的上地殼沉積物向中、下地殼運(yùn)移；第三種機(jī)制是底墊作用，俯沖的、或俯沖剝蝕下來(lái)的低密度沉積物在浮力作用下上升并底墊至巖漿弧的下地殼(Behnetal.,2011;Hackeretal.,2011;Guoetal.,2019)。

研究表明，在岡底斯巖漿弧下地殼分布區(qū)，即在米林和布久地區(qū)產(chǎn)出的變質(zhì)沉積巖具有170～60Ma的繼承碎屑鋯石年齡(Xuetal.,2013;Zhangetal.,2015)。這些碎屑鋯石年齡與岡底斯弧巖漿巖的年齡譜一致，很可能表明這些變質(zhì)沉積巖是通過俯沖剝蝕作用運(yùn)移到巖漿弧下地殼的弧前盆地沉積物。但是，岡底斯弧中-下地殼產(chǎn)出的大多數(shù)變質(zhì)沉積巖具有3100～310Ma的碎屑鋯石年齡范圍，并具有1200～900Ma、650～500Ma和～320Ma的年齡峰值(董昕等,2009,2012)。這很可能說(shuō)明，這些變質(zhì)沉積巖并不是來(lái)源于弧前或弧后盆地，而更可能是拉薩地體的晚石炭系地層被底沖到巖漿弧中-下地殼后變質(zhì)形成的。晚石炭世的沉積巖在岡底斯弧東段變質(zhì)巖分布區(qū)的西北部廣泛產(chǎn)出(圖1b)。因此，本文認(rèn)為岡底斯巖漿弧在晚白堊世處于擠壓構(gòu)造體制下，地殼的變形縮短和底沖是導(dǎo)致上地殼巖石進(jìn)入下地殼的主要機(jī)制。此外，晚白堊世大體積幔源巖漿的增生導(dǎo)致了巖漿弧地殼的生長(zhǎng)和加厚，也可以將巖漿巖中的沉積巖包體帶入到深地殼。

6.3 岡底斯弧晚白堊世的構(gòu)造演化

新特提斯洋巖石圈在晚三疊世開始向拉薩地體之下的俯沖形成了在岡底斯弧廣泛分布的巖漿巖(Dingetal.,2003;Panetal.,2012;Mengetal.,2016;Wangetal.,2016)。岡底斯巖漿弧東段晚白堊世的巖漿、變質(zhì)和深熔作用很可能發(fā)生在擴(kuò)張的新特提斯洋洋中脊俯沖過程中(張澤明等,2009,2019;Zhangetal.,2010a,b,2014a,b;管琪等,2010;Guoetal.,2011,2013;Zhengetal.,2014;Zhuetal.,2018)?；顒?dòng)的洋中脊發(fā)生俯沖導(dǎo)致軟流圈沿板片窗上涌，誘發(fā)了強(qiáng)烈的幔源巖漿作用，形成了大面積分布的里龍巖基(張澤明等,2009,2019;Zhangetal.,2010a,b)。大量幔源巖漿的增生使巖漿弧地殼發(fā)生了顯著的生長(zhǎng)和加厚(Zhangetal.,2014a;Guoetal.,2020)。在新特提斯洋中脊俯沖過后，將是年輕的大洋巖石圈發(fā)生俯沖。由于年輕的大洋巖石圈具有熱、薄和低密度的特征，將發(fā)生平俯沖，導(dǎo)致巖漿弧地殼在擠壓的環(huán)境下發(fā)生構(gòu)造加厚(Guoetal.,2020;Zhangetal.,2021)。在這樣的構(gòu)造環(huán)境下，巖漿弧上地殼的沉積巖被底沖到加厚的中下地殼，發(fā)生高溫變質(zhì)作用和部分熔融。

岡底斯弧加厚下地殼的晚白堊世部分熔融形成了分布在上地殼的花崗巖(Tangetal.,2020;Dingetal.,2021;Zhangetal.,2021)。所形成的花崗巖具有虧損地幔的地球化學(xué)特征，表明其起源于新生下地殼的部分熔融(Jietal.,2014)。而且，這些晚白堊世的花崗巖具有高的 Sr/Y(47～450)和(La/Yb)N(6～38)比值，這說(shuō)明其來(lái)源于加厚下地殼的部分熔融(Zhengetal.,2014;Tangetal.,2020;Dingetal.,2021)。因此，岡底斯巖漿弧中、下地殼的晚白堊世高溫變質(zhì)和部分熔融導(dǎo)致新生地殼在俯沖過程中發(fā)生了明顯的再造。

7 結(jié)論

(1)岡底斯弧東段米林田興村地區(qū)的變沉積巖經(jīng)歷了晚白堊世(87～83Ma)的中壓麻粒巖相變質(zhì)作用和部分熔融，變質(zhì)作用的溫、壓條件為810～820℃和6.4～7.8kbar。

(2)巖漿弧中-下地殼含有少量變質(zhì)沉積巖，其改變了新生弧地殼的組成。巖漿弧地殼在擠壓構(gòu)造環(huán)境下的底沖導(dǎo)致上地殼的沉積巖被構(gòu)造埋藏到中-下地殼。

(3)巖漿弧的中-下地殼經(jīng)歷了晚白堊世的高溫變質(zhì)與部分熔融，形成了上地殼的花崗巖，表明巖漿弧的地殼在俯沖過程中發(fā)生了再造。

致謝感謝董漢文和田作林博士審閱全文，并提出重要修改意見。