川西甘孜－理塘結(jié)合帶洋島型玄武巖地球化學(xué)、年代學(xué)特征及其地質(zhì)意義

羅紹強(qiáng)，唐 華，肖 進(jìn)，劉大明，代 倫

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

0 引言

甘孜－理塘結(jié)合帶作為川西義敦島弧與揚(yáng)子地塊的縫合線，是三江特提斯造山帶與松潘－甘孜造山帶的重要組成部分［1］.甘孜－理塘洋盆的時空演化多年來一直存在爭議，通常認(rèn)為該洋盆形成于晚二疊世或早三疊世，閉合于晚三疊世末期［2］①.玄武巖作為重要的基性巖在巖石學(xué)方面有著重要的意義，對其地球化學(xué)特征的研究，對于探討松潘－甘孜造山帶地質(zhì)構(gòu)造演化具有非常重要的地質(zhì)意義.然而前人對甘孜－理塘結(jié)合帶中洋島火山巖的研究較少，僅鄒光富等［2］曾提出過混雜巖中部分玄武巖屬于洋島型玄武巖（OIB）.而洋島－海山作為古洋殼的重要表征之一，通常認(rèn)為洋島的出現(xiàn)代表其所在洋盆已發(fā)育為成熟的洋殼，在蛇綠混雜巖帶研究中具有與蛇綠巖同等重要的地位［3-4］.

2012—2015年，筆者所在團(tuán)隊在木里地區(qū)開展區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，發(fā)現(xiàn)了大量由“基性火山巖＋碳酸鹽巖”構(gòu)成的“洋島－海山”巖石組合.本文從洋島型玄武巖的地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)特征等方面入手，結(jié)合前人研究成果，初步探討其大地構(gòu)造環(huán)境，以期為該地區(qū)的地質(zhì)演化提供更多新的證據(jù).

1 區(qū)域地質(zhì)背景

甘孜－理塘結(jié)合帶北起青海治多，向南東經(jīng)四川甘孜、理塘，往南至木里一帶，呈北西向的不對稱反“S”型展布，其長度約700 km，寬度為5～50 km，是雅江三疊紀(jì)殘余盆地及義敦晚三疊世島弧帶的分界［5-6］①（圖1）.筆者團(tuán)隊在木里地區(qū)該帶南段開展區(qū)調(diào)工作時，根據(jù)物質(zhì)原始形成環(huán)境及后期構(gòu)造成因組合，在結(jié)合帶內(nèi)劃分出基底殘片、外來巖片（斜坡－盆地邊緣沉積）、洋島－海山組合、洋內(nèi)弧、洋盆系統(tǒng)等多個單元（圖1）①四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川西北地質(zhì)隊.1∶5萬東朗鄉(xiāng)、桐翁、納巴、麥日鄉(xiāng)、唐央鄉(xiāng)、博窩區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.2016..本文所研究的洋島型火山巖分布于洋島－海山組合內(nèi).

圖1 研究區(qū)甘孜－理塘結(jié)合帶物質(zhì)組成單元劃分及采樣位置示意圖Fig.1 Material component unit division map of Garze-Litang junction zone with sampling locations

2 巖石組合特征

結(jié)合帶內(nèi)洋島型基性火山巖＋碳酸鹽巖的二元結(jié)構(gòu)出露較好，屬典型的古海山巖石組合.洋島型玄武巖多為塊狀，經(jīng)后期構(gòu)造改造有片理化、劈理化現(xiàn)象；塊狀（顆粒）灰?guī)r覆蓋于洋島型玄武巖之上，基本未變形或弱變形，局部地區(qū)可見明顯的沉積噴發(fā)韻律，表現(xiàn)為玄武巖與灰?guī)r或大理巖互層產(chǎn)出.玄武巖類型包括角礫狀玄武巖、杏仁狀玄武巖、玄武質(zhì)集塊巖等，與結(jié)晶灰?guī)r及角礫狀灰?guī)r共生（圖2）.火山碎屑物整體粒度較粗，表明其沉積環(huán)境應(yīng)離火山口較近，應(yīng)屬于洋島臺地相.

圖2 洋島－海山巖石組合特征Fig.2 Field photographs of ocean island-seamount rock assemblages

3 數(shù)據(jù)采集及分析

本文所引用的樣品全部由筆者團(tuán)隊實(shí)地采集，主要采樣位置分布見圖1，樣品采集過程中避開脈體發(fā)育地段.樣品分析全部在國土資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心（武漢綜合巖礦測試中心）完成.主量元素使用X射線熒光光譜儀（XRF－1800）法測試，精度優(yōu)于2%～3%；微量元素及稀土元素利用酸溶法制備樣品，使用電感耦合等離子光譜儀（X2）測試，分析精度一般優(yōu)于5%.年齡樣品采集火山巖10～15 kg新鮮巖石，一般挑單礦物0.5～2 g，純度大于98%，主要測定對象為鋯石、獨(dú)居石、磷灰石、晶質(zhì)鈾礦.年齡測試在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所MC－ICP－MS實(shí)驗(yàn)室完成，主要測試儀器為Finnigan Neptune型LA－MC－ICP－MS，并配備有與之配套的Newwave UP 213激光剝蝕系統(tǒng)［7］.

4 討論

4.1 巖石地球化學(xué)特征

玄武巖主量元素含量見表1.該套火山巖SiO2含量平均為45.21%，低于中國玄武巖平均值（48.28%），具有超基性巖—基性巖過渡的特征；TiO2含量平均2.83%，近似于堿性洋島玄武巖平均值（2.90%）［8］；Al2O3含量平均11.45%，低于中國玄武巖平均值（14.99%）；MgO含量變化較大，介于3.85%～17.75%，平均為10.67%，高于中國玄武巖平均值（7%）；樣品的全堿含量（K2O＋Na2O）為0.87%～6.33%，平均3.42%，大部分玄武巖K2O＞Na2O；Mg＃介于0.30～0.74，平均值0.59，僅部分介于0.65～0.75之間，屬于原生巖漿范圍［9-10］，說明該套玄武巖部分來自原生巖漿，另一部分則經(jīng)歷了巖漿結(jié)晶分異演化［9-10］.里特曼指數(shù)σ變化較大，介于－18.52～＋22.52，平均總體上顯示堿性的特征.在Zr/TiO2－Nb/Y圖解（圖3）中，樣品均落在堿性玄武巖范疇內(nèi).

圖3 玄武巖Zr/TiO2-Nb/Y圖解（據(jù)文獻(xiàn)［11］修改）Fig.3 The Zr/TiO2-Nb/Y diagram of basalts（After Reference［11］）

表1 樣品巖石化學(xué)成分及特征值表Table 1 Contents of major elements in basalt samples

研究區(qū)洋島型玄武巖稀土元素含量及特征值見表2.稀土總量∑REE值較高，為106.21×10－6～378.83×10－6，（La/Yb）N比值為9.23～39.41，為輕稀土富集型，反映輕重稀土分餾程度的LREE/HREE值為12.18～31.68，輕重稀土分餾，說明巖漿結(jié)晶分異作用較弱，且上升速度較快，地球化學(xué)特征基本反映源區(qū)性質(zhì).研究區(qū)玄武巖的稀土配分曲線（圖4）總體表現(xiàn)為右傾型，反映玄武巖稀土元素特征與標(biāo)準(zhǔn)洋島型玄武巖（OIB）相近［13-14］.從表2可見，δEu變化區(qū)間為0.80～1.11，δCe變化區(qū)間為0.90～1.02，無明顯的銪、鈰異常.

圖4 玄武巖稀土元素配分模式圖Fig.4 The REE distribution patterns of basalts

表2 樣品稀土元素含量及特征值表Table 2 Contents of REEs in basalt samples

研究區(qū)洋島型玄武巖微量元素含量及特征值見表3.微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（圖5）呈“M”型，Nb（12.1×10－6～58.5×10－6）、Ta（0.86×10－6～4.41×10－6）含量較高，顯示巖石經(jīng)歷了明顯的分異作用.在圖5中總體看來，玄武巖微量元素表現(xiàn)出大離子親石元素Rb、Th、Ba等富集，說明巖石可能有Th等含量較高的大洋沉積物加入［8］，而虧損高場強(qiáng)元素Nb、Zr，說明玄武質(zhì)巖漿被大陸殼物質(zhì)或花崗質(zhì)巖石所混染，表現(xiàn)出匯聚板塊邊緣玄武巖的特征［12］.樣品特征值Nb/Ta平均為14.56，Zr/Hf平均值為30.76，均低于原始地幔值（Nb/Ta為17.5±2.0，Zr/Hf為36.27），高于大陸地殼值（Nb/Ta為12～13；Zr/Hf為11），表明巖漿在源區(qū)和上升過程中受地殼混染作用比較小，可能僅部分巖石受到陸殼物質(zhì)的混染.通過與原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值對比（圖5），研究區(qū)玄武巖與標(biāo)準(zhǔn)OIB曲線特征相近［14］.樣品Zr/Nb、Ba/Nb、Rb/Nb、Th/Nb值分別為8.72、12.35、1.09、0.16，與幾種典型玄武巖特征值相比（表4），具有與EMIOB（富集地幔I端洋島型玄武巖）相似的特征［13］.

表3 樣品微量元素含量表Table 3 Contents of trace elements in basalt samples

表4 玄武巖微量元素特征值Table 4 Eigenvalues of trace elements in basalt samples

圖5 玄武巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解（據(jù)文獻(xiàn)［14］修改）Fig.5 Primitive mantle-normalized trace element spidergram of basalts（After Reference［14］）

4.2 源區(qū)及構(gòu)造環(huán)境

4.2.1 源區(qū)分析

洋島型玄武巖漿的形成和演化，涉及到來自地幔柱、軟流圈、巖石圈地幔和地殼等不同端元組分的貢獻(xiàn)［15］，因此在分析玄武巖巖漿源區(qū)時首先要分析地殼的混染作用.從玄武巖微量元素蛛網(wǎng)圖（圖5）可知，巖石中的微量元素僅Rb變化較大，其余特別是高場強(qiáng)元素Nb、Zr、Hf等變化較小，表明玄武巖在演化過程受地殼混染較小，基本不受后期蝕變作用的影響，其地球化學(xué)特征指示源區(qū)特征及巖石成巖過程［11，16］.

如前所述，本研究之玄武巖具有與EMIOB（富集地幔I端洋島型玄武巖）相似的特征，此處采用Mg＃判斷幔源原始巖漿成分.鄧晉福認(rèn)為幔源原始巖漿成分的Mg＃應(yīng)為0.65～0.75［10］，本次16個樣品中，有8個樣品的Mg＃值介于原生巖漿范圍內(nèi)（表1），說明地幔柱上升過程中，有部分巖漿可能經(jīng)歷了熔融、分離結(jié)晶、同化混染等作用.Apler等認(rèn)為，Y、Nb、Zr的豐度可以反映地幔源的類型，富集地幔的Zr/Y比值一般低于18，而虧損地幔的Zr/Nb比值通常大于18［17］.本研究之玄武巖元素特征值Zr/Y值為8.87～13.11，Zr/Nb值為5.73～14.13，與前面論述吻合，均反映富集地幔特征.樣品的La/Nb值均小于2.5，La/Ta值均小于30，表明其源區(qū)為軟流圈地幔而不是巖石圈地幔［13，18］.在Ce/Y－Zr/Nb圖解（圖6）上，樣品多數(shù)落入或接近虧損石榴石橄欖巖與原始石榴石橄欖巖之間，表明玄武巖原始巖漿來源于軟流圈地幔石榴石橄欖巖的部分熔融［19］.

圖6 玄武巖Ce/Y-Zr/Nb圖解（據(jù)文獻(xiàn)［20］修改）Fig.6 The Ce/Y-Zr/Nb diagram of basalts（After Reference［20］）

4.2.2 構(gòu)造環(huán)境分析

前人研究表明，產(chǎn)于現(xiàn)今構(gòu)造環(huán)境中的巖石可以通過一系列有效的判別圖解分析出其形成時的構(gòu)造環(huán)境［4，20］.玄武巖的Zr/Y－Zr圖解是一種比較有效的微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解，主要利用Zr和Y在大陸玄武巖遭到地殼或巖石圈混染時沒有受到強(qiáng)烈的影響而發(fā)生濃度改變的原理，為廣大學(xué)者用于區(qū)分島弧、洋中脊和板內(nèi)玄武巖［21-23］.將樣品投入Zr－Zr/Y構(gòu)造判別圖解（7a）中，樣品落入板內(nèi)玄武巖區(qū)；在TiO2－MnO×10－P2O5×10判別圖解（圖7b）中，所有樣品均落入洋島玄武巖區(qū)，洋島堿性玄武巖與洋島拉斑玄武巖均有涉及.采用Nb－Zr－Y圖解（圖7c）及Ti－Zr－Y圖解（圖7d）判斷，樣品也均屬于洋島玄武巖.結(jié)合玄武巖粒度較粗，多具角礫狀、杏仁狀構(gòu)造等特征，判斷玄武巖應(yīng)形成于洋島臺地環(huán)境.

圖7 火山巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.7 Tectonic setting discrimination diagrams of volcanic rocks

4.3 年代學(xué)特征

為確定研究區(qū)洋島型玄武巖的形成時代，在洋島型玄武巖中采集兩件鋯石U－Pb測試樣品，采樣位置見圖1.激光剝蝕所用斑束直徑為25μm，頻率為10 Hz，能量密度約為2.5 J/cm2，以He為載氣.LA－MC－ICP－MS激光剝蝕采樣采取單點(diǎn)剝蝕的方法，數(shù)據(jù)分析前用鋯石GJ－1進(jìn)行儀器調(diào)試，使之達(dá)到最佳狀態(tài).鋯石U－Pb定年以鋯石GJ－1為外標(biāo)，U、Th含量以鋯石M127為外標(biāo)進(jìn)行校正.數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal程序，測量過程中絕大多數(shù)的分析點(diǎn)206Pb/204Pb＞1 000.未進(jìn)行普通鉛校正，204Pb由離子計數(shù)器檢測.204Pb含量異常高的分析點(diǎn)可能是受包裹體等普通Pb的影響，對204Pb含量異常高的分析點(diǎn)在計算時予以剔除，鋯石年齡諧和圖用Isoplot 3.0程序獲得［7］.

根據(jù)測試結(jié)果（表5），玄武巖中238U的含量變化范圍為196.52×10－6～595.46×10－6，232Th的含量變化范圍為157.93×10－6～775.20×10－6，206Pb/238U的比值為0.03，206Pb/238U年齡范圍為218.96～221.71 Ma，表明研究區(qū)玄武巖形成時代為晚三疊世中期.

表5 研究區(qū)玄武巖鋯石U－Pb測試結(jié)果Table 5 Zircon U-Pb dating results of basalts in the study area

4.4 地質(zhì)意義

洋島玄武巖的存在標(biāo)志著洋盆中存在成熟的洋殼.前人研究表明，甘孜－理塘洋盆在泥盆紀(jì)之前已經(jīng)打開并發(fā)展為深水盆地［27-29］，而在研究區(qū)內(nèi)洋盆開始打開的時間為中晚二疊世至早三疊世，在中—晚三疊世洋盆擴(kuò)張到最大，并發(fā)育為成熟的洋殼［21］①四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川西北地質(zhì)隊.1∶5萬東朗鄉(xiāng)、桐翁、納巴、麥日鄉(xiāng)、唐央鄉(xiāng)、博窩區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.2016..本次區(qū)調(diào)工作及區(qū)域上前人獲得的大量洋脊、洋島型玄武巖年齡集中在218～225 Ma之間，本文所研究的玄武巖正是洋盆擴(kuò)張到鼎盛時期并存在成熟洋殼的佐證，為探討甘孜－理塘結(jié)合帶的物質(zhì)組成及構(gòu)造演化提供了更多最直接的證據(jù).

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)內(nèi)古海山巖石組合為角礫狀玄武巖、杏仁狀玄武巖、玄武質(zhì)集塊巖、塊狀（顆粒）灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r，屬于洋島臺地相.

（2）巖石地球化學(xué)特征顯示，本研究之玄武巖為堿性系列，源區(qū)為軟流圈地幔石榴石橄欖巖，且部分經(jīng)歷了巖漿結(jié)晶分異，稀土元素及微量元素特征與標(biāo)準(zhǔn)洋島型玄武巖大致相同.結(jié)合玄武巖粒度較粗，多具角礫狀、杏仁狀構(gòu)造等特征，判斷玄武巖應(yīng)形成于洋島臺地環(huán)境.

（3）研究區(qū)洋島型玄武巖年齡值為218.96～221.71Ma，表明其形成與晚三疊世中期.

（4）結(jié)合本次區(qū)調(diào)工作及區(qū)域上前人獲得的大量洋脊、洋島型玄武巖年齡，本地區(qū)甘孜－理塘洋盆于中晚二疊世至早三疊世打開，在中—晚三疊世洋盆擴(kuò)張到最大，并發(fā)育為成熟的洋殼.研究為探討甘孜－理塘結(jié)合帶的物質(zhì)組成及構(gòu)造演化提供了更多最直接的證據(jù).