西藏岡底斯帶那曲地區(qū)中生代火山巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡和地質(zhì)意義

李奮其,劉 偉,耿全如

成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,四川成都 610082

西藏岡底斯帶那曲地區(qū)中生代火山巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡和地質(zhì)意義

李奮其,劉 偉,耿全如

成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,四川成都 610082

大規(guī)模的早白堊世火山巖呈孤島狀廣泛展布于岡底斯北部地區(qū)。1:25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查在那曲地區(qū)圈定出晚白堊世、中-晚侏羅世火山巖。在充分研究前人資料的基礎(chǔ)上,對出露狀況較好的那曲縣城晚白堊世火山巖、哈爾麥中-晚侏羅世火山巖進(jìn)行了野外調(diào)研,它們均為安山質(zhì)火山巖系,均與一套黑色砂板巖呈角度不整合接觸,同時對其進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年,便于進(jìn)行區(qū)域?qū)Ρ?。那曲地區(qū)的中生代火山巖多數(shù)鋯石具有生長環(huán)帶,部分鋯石顯示核邊結(jié)構(gòu)。采自那曲東縣城、哈爾麥的2件安山巖樣品的年齡分別為116.3±1.4 Ma、111.37±0.73 Ma,它們的形成時代基本一致,應(yīng)該為同一地質(zhì)事件的產(chǎn)物。區(qū)域?qū)Ρ缺砻?早白堊世火山作用是北岡底斯帶最為強(qiáng)烈的一次火山活動,其活動時間大致在110 Ma左右,之后是早白堊世島弧型深成中酸性侵入活動。岡底斯北帶早白堊世火山作用究竟與獅泉河-嘉黎大洋俯沖有關(guān),還是與班公湖-怒江洋殼俯沖有關(guān),目前尚難定論。

鋯石U-Pb年齡;早白堊世火山巖;那曲地區(qū);西藏岡底斯

本文涉及的西藏岡底斯帶是指位于其南側(cè)的印度河-雅魯藏布江縫合帶(IYSZ)與北部的班公湖-怒江縫合帶(BNSZ)之間的狹長地域,東西長逾 2500km,南北寬達(dá) 150～450km,面積達(dá) 4.5×105km2的巨型構(gòu)造-巖漿帶。岡底斯帶廣泛分布著侏羅-白堊紀(jì)火山巖(圖1),前人的研究主要集中在獅泉河-嘉黎蛇綠混雜巖帶(SJMO)以南的岡底斯中南部地區(qū)(常承發(fā)等,1973;周云生等,1981;Coulon et al.,1986;李才等,2003;翟慶國等,2005;Wang,2000),認(rèn)為分布在拉薩地塊南部的桑日群和葉巴組火山巖為新特提斯洋向北俯沖消減的產(chǎn)物,認(rèn)為分布于中部的則弄群火山巖可能與班公湖-怒江特提斯洋殼向南的俯沖作用有關(guān)(朱弟成等,2006,2008)。岡底斯北帶即獅泉河-嘉黎蛇綠混雜巖帶與班公湖-怒江縫合帶之間的區(qū)域,早白堊世火山巖較為發(fā)育,但很少受到地質(zhì)研究者關(guān)注,同位素年齡約束程度也極低。近年來,隨著1:25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的相繼開展,以及在革吉、改則、色林錯、納木錯、比如等地圈定了規(guī)模宏大的早白堊世火山巖,岡底斯北帶的中生代火山作用陸續(xù)引起人們的關(guān)注;它們或被認(rèn)為是與班怒洋俯沖有關(guān)的弧火山巖(西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院,2005a;吉林省地質(zhì)調(diào)查院,2003;四川省地質(zhì)調(diào)查院,2006),或被認(rèn)為與新特提斯洋向南俯沖造成的拉薩地塊北部的陸內(nèi)伸展作用有關(guān)(Zhang et al.,2004;康志強(qiáng)等,2009),或被認(rèn)為是岡底斯與羌塘地塊碰撞過程中增厚下地殼的重熔造成的(Xu et al.,1985;Pearce et al.,1988);還有人認(rèn)為,獅泉河-嘉黎洋殼雙向俯沖作用,在南部形成以則弄群為代表的火山巖,北部形成以多尼組為代表的火山巖(袁四化,2009)。另外,1:25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查在那曲、邊巴和那曲哈爾麥鄉(xiāng)等地發(fā)現(xiàn)一系列孤島狀展布的安山質(zhì)火山巖(西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院,2005b,2005c),前兩者本文稱為那曲火山巖,前人將其定為晚白堊世宗給組;后者本文稱為哈爾麥火山巖,前人將其歸為拉貢塘組火山巖(圖1);總之,它們對研究岡底斯北部地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造演化具有重要意義。本文主要目的是,報道前人在岡底斯北帶那曲地區(qū)圈定的那曲火山巖、哈爾麥火山巖的U-Pb年代學(xué)數(shù)據(jù),并進(jìn)行區(qū)域?qū)Ρ?簡要討論它們對研究岡底斯北帶中生代巖漿作用對地球動力學(xué)背景的意義。

圖1 西藏岡底斯帶中生代含火山巖地層分布圖Fig.1 Distribution of Mesozoic volcanics-bearing strata in the Gangdise belt,Tibet

1 地質(zhì)背景和樣品描述

西藏岡底斯帶的晚白堊世火山巖賦存于宗給組中。該組零星分布于昂龍崗日-班戈-伯舒拉嶺構(gòu)造-巖漿帶東部地區(qū),原義是指下部為河湖相碎屑巖,上部為火山巖的一套地層(西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1997)。那曲火山巖是一套厚逾535 m的紫紅色中性火山巖系,面積逾 560km2;但由于第四系的掩蓋,造成它與早白堊世多尼組河湖相含煤碎屑巖的關(guān)系不清。樣品采集于那曲—比如公路旁側(cè),地理坐標(biāo):30°12￠51.62N,92°41￠542E;該區(qū)基巖露頭良好,以安山巖、安山質(zhì)巖屑火山角礫巖為主,總體向北傾斜,傾角約 30°±,厚度大于 535 m;樣品巖石類型為安山巖,斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)具交織結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造;斑晶為更長石(30%±),半自形板狀,粒徑 0.5～3mm;基質(zhì)中,更長石約占 52%±,細(xì)小板條狀,不規(guī)則分布,間隙內(nèi)充填褐鐵礦、赤鐵礦和方解石等礦物。哈爾麥火山巖發(fā)育于哈爾麥鄉(xiāng)附近,被認(rèn)為夾于拉貢塘組砂板巖中(西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院,2005c),厚逾3300 m,出露面積470km2;實地調(diào)研表明,此套火山巖在地貌上表現(xiàn)為山峰、山脊,巖石類型以安山巖、火山角礫巖和火山角礫凝灰?guī)r為主,向北傾斜,傾角約20°,而地勢相對低洼處則為褶曲較為強(qiáng)烈的砂板巖(圖2,圖3),與前人所謂的代表半深水-深水環(huán)境的拉貢塘組基本一致(西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1997);因此,此套火山巖的時代值得質(zhì)疑。我們的樣品采集于哈爾麥鄉(xiāng)北西4km處,地理坐標(biāo):30°12￠51.62N,92°41￠542E;巖石類型為紫紅色安山巖,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造;斑晶以更長石為主(25%±),自形柱狀,粒徑 0.5～2.5mm;基質(zhì)中,更長石約50%±,粒徑0.05～0.3mm;絹云母20%±,不均勻分布;石英4%±;副礦物為磷灰石、褐鐵礦。

圖2 西藏岡底斯帶那曲地區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院,2006)Fig.2 Geological map of Nagqu area in Gangdise,Tibet (after Tibet Geological Survey,2006)

在邊巴縣之西的岡底斯北帶,迄今未見到晚白堊世、中-晚侏羅世火山巖。該區(qū)廣泛發(fā)育的早白堊世火山-沉積巖系在改則縣城之東被稱為多尼組,它是一套海陸交互相或河湖相地層,該組的火山巖成片、成帶的分布于納木錯北岸、果忙錯一帶,主要為紫紅色安山巖、火山角礫巖和安山質(zhì)凝灰?guī)r;但在改則之西,它被稱為下白堊統(tǒng)去申拉組,火山活動遠(yuǎn)較東部廣泛(圖1),火山巖類型主要為安山巖、玄武質(zhì)和安山質(zhì)火山角礫巖?？梢?那曲地區(qū)的中生代火山巖與區(qū)域上的早白堊世火山巖具有較大的相似性。

2 分析方法

所采的測年樣品在成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所采用常規(guī)方法粉碎至80～100目,按常規(guī)方法分選后在雙目鏡下分類挑選,得到＞200粒鋯石后,再在雙目鏡下挑選出晶形和透明度較好的鋯石顆粒作為測定對象。將鋯石顆粒粘在雙面膠上,然后用無色透明的環(huán)氧樹脂固定,待環(huán)氧樹脂充分固化后,對其表面進(jìn)行拋光至鋯石內(nèi)部暴露,然后進(jìn)行鋯石顯微(反射光和投射光照相)、陰極發(fā)光(CL)顯微圖象研究及LA-ICP-MS分析。鋯石的陰極發(fā)光(CL)顯微照相在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室的Cameca電子探針儀器上完成,分析電壓15 KV,電流為19 nA。

LA-ICP-MS鋯石原位微區(qū)U-Pb定年及微量元素分析在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成。ICP-MS為Agilent 7500a,激光剝蝕系統(tǒng)為配備有 193 nm ArF準(zhǔn)分子(Excimer)激光器的GeoLas 2005。分析中采用的激光斑束直徑為30 μm,以氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣,同位素組成用標(biāo)準(zhǔn)鋯石 91500作為外標(biāo)進(jìn)行校正,元素含量用NIST610作外標(biāo)、Zr作內(nèi)標(biāo)進(jìn)行校正。鋯石測定點的Pb同位素比值、U-Pb表面年齡和微量元素含量采用 ICPMSDataCal 3.5程序計算(Liu et al.,2008)。鋯石加權(quán)平均年齡的計算及諧和圖的繪制采用ISOPLOT 3.0程序(Ludwig,2003)。

圖3 那曲地區(qū)中生代火山巖地貌景觀Fig.3 Landscape of Mesozoic volcanic rocks in Nagqu area

3 分析結(jié)果

西藏岡底斯那曲地區(qū)中生代火山巖2件樣品的部分代表性鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像見圖4,鋯石U-Pb年齡圖見圖5,分析結(jié)果見表1、表2。

樣品NQs中的鋯石顯示短柱狀或長柱狀的半自形到自形的晶形,見清楚的生長韻律或振蕩環(huán)帶,部分樣品顯示核-邊結(jié)構(gòu)(圖3a、3b)。1～23號測點的Th/U比值介于 0.65～1.21之間,該比值高于變質(zhì)成因的鋯石(通常＜0.1)而與巖漿成因鋯石一致(＞0.1,Hoskin et al.,2000);23個測點顯示的206Pb/238U年齡變化范圍在 115～126 Ma之間,在置信度 95%時的206Pb/238U 加權(quán)平均年齡值為116.3±1.4 Ma(MSWD=4.4)(圖5a),代表了安山巖的成巖時代。第24號測點位于核部,Th/U比值0.0756,與變質(zhì)成因鋯石一致,206Pb/238U年齡為1215 Ma;第25號測點亦位于核部,但 Th/U比值與巖漿成因鋯石相似(0.659),206Pb/238U年齡1772 Ma;這些信息很可能暗示著安山巖漿上侵過程中捕獲了元古代物質(zhì)。

樣品 QLs中的鋯石普遍較大,以短柱狀自形晶為主,顯示明顯的生長韻律或振蕩環(huán)帶,具有非常清楚的灰白色生長邊和灰色內(nèi)核(圖4c、4d)。26個測點的Th/U比值介于0.60～1.35之間,屬巖漿成因鋯石(Hoskin et al.,2000),這些測點的206Pb/238U年齡變化范圍在107～116 Ma之間,在置信度95%時的206Pb/238U 加權(quán)平均年齡值為111.37±0.73 Ma(MSWD=2.8)(圖5b),代表了安山巖的成巖時代。

4 地質(zhì)意義

4.1 年代學(xué)格架

用于LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年的2件樣品分別來自那曲縣城東、哈爾麥北部的紫紅色中性火山巖建造中,這 2個地區(qū)的火山巖分別角度不整合于中-晚侏羅世拉貢塘組砂板巖、早白堊世多尼組灰白色河湖相碎屑巖建造之上,它們的巖石類型基本一致,這種構(gòu)造-地層關(guān)系指示了這里的火山巖應(yīng)該代表了那曲地區(qū)中生代火山活動的重要記錄。本文用LA-ICP-MS方法獲得的兩件樣品的年齡數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)是一致的,加權(quán)平均年齡分別為116.3±1.4 Ma和111.37±0.73 Ma(圖5a、5b),表明那曲地區(qū)最為強(qiáng)烈的中生代火山活動很可能開始于 110 Ma左右。關(guān)于該區(qū)是否存在晚白堊世、中晚侏羅世火山活動,值得進(jìn)一步調(diào)查研究。

圖4 西藏岡底斯那曲地區(qū)中生代火山巖定年樣品的CL圖像Fig.4 Cathodoluminescence (CL)images of Mesozoic volcanic rocks in Nagqu area of Gangdise,Tibet

圖5 西藏岡底斯那曲地區(qū)中生代火山巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡圖Fig.5 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagram of Mesozioc volcanic rocks in Nagqu area of Gangdise,Tibet

由于那曲地區(qū)的這些火山建造多呈孤島狀產(chǎn)出,上覆地層或被剝蝕,或被第四系掩蓋(圖2),這種構(gòu)造-地層關(guān)系導(dǎo)致很難對該區(qū)早白堊世火山活動的上限進(jìn)行年代學(xué)約束。研究區(qū)這些火山巖被K-Ar全巖年齡為69.2 Ma的花崗巖侵位,但西藏地質(zhì)調(diào)查院在研究區(qū)東部的比如地區(qū)、吉林省地質(zhì)調(diào)查院在西部的色林錯南岸花崗巖中分別獲得了 88 Ma的鋯石U-Pb年齡、105 Ma的K-Ar全巖年齡(西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院,2005a;吉林省地質(zhì)調(diào)查院,2003),同時西藏地質(zhì)調(diào)查院在研究區(qū)西鄰的班戈一帶的花崗閃長巖、英云閃長巖和石英閃長巖中分別獲得了 118 Ma(K-Ar)、121 Ma(Sm-Nd)和 124 Ma(黑云母 K-Ar)年齡,這些花崗巖年代學(xué)數(shù)據(jù)與本次獲得的火山巖年齡較為接近,可能暗示著那曲地區(qū)早白堊世火山活動持續(xù)時間較短,隨后轉(zhuǎn)入大規(guī)模的花崗巖類巖漿活動(西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院,2002)。

4.2 北岡底斯早白堊世火山作用的區(qū)域?qū)Ρ燃耙饬x

北岡底斯早白堊世火山巖成串珠狀分布于革吉縣物瑪、申扎縣雄梅、色林錯南岸、納木錯北岸和比如一帶,年代學(xué)研究相對較少。1:25萬當(dāng)雄幅在班戈且果村早白堊世多尼組底部流紋質(zhì)晶屑熔巖中獲得了112.43 Ma的K-Ar年齡和114.2 Ma的鋯石SHRIMP U-Pb年齡(中國科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,2003),袁四化在雄梅鎮(zhèn)西南早白堊世多尼組英安巖獲得了115.7-114.3 Ma的鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡(袁四化,2009),康志強(qiáng)等在達(dá)過村和尼瑪?shù)鸟R躍鄉(xiāng)的早白堊世分別獲得了 116 Ma和 115 Ma的鋯石LA-ICP-MS年齡(康志強(qiáng)等,2009),這些年齡與本文報道的那曲地區(qū)中生代火山巖相當(dāng),表明1:25萬那曲幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所謂的“中-晚侏羅世拉貢塘組火山巖”,以及“晚白堊世宗給組火山巖”實為早白堊世火山巖,同時也表明大約在110 Ma左右,北岡底斯在東西綿延長約1300km的范圍內(nèi),發(fā)生了廣泛的火山活動。

早白堊世火山活動在北岡底斯中生代巖漿活動歷史中占據(jù)重要地位,但不排除有侏羅紀(jì)或晚白堊世火山活動的存在。關(guān)于此套火山巖系,一些研究者將其歸為導(dǎo)源于新特斯洋殼俯沖造成的拉薩地塊北部的陸內(nèi)伸展作用造成的(Zhang et al.,2004;康志強(qiáng)等,2009);但其巖石地球化學(xué)特征均顯示出弧火山巖的特征(西藏地質(zhì)調(diào)查院,2005a,b,c;四川省地質(zhì)調(diào)查院,2006;吉林省地質(zhì)調(diào)查院,2003;中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,2003),且廣泛發(fā)育中性火山巖類,與裂谷環(huán)境的雙峰式火山巖構(gòu)成有較大的區(qū)別;本文報道的那曲地區(qū)中生代火山巖鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)及區(qū)域?qū)Ρ冉Y(jié)果表明,在北岡底斯帶發(fā)生了規(guī)模宏大的弧火山作用,此種作用可能是在高角度俯沖環(huán)境下發(fā)生的,因為低角度或平板俯沖要么形成隔熱層不能產(chǎn)生島弧巖漿(因不存在交代的軟流圈地幔楔),要么在俯沖板片前緣形成埃達(dá)克巖(Cutscher et al.,2000);而那時南岡底斯帶則為低角度或平板俯沖環(huán)境下發(fā)生的埃達(dá)克質(zhì)火山作用和早白堊世花崗巖類的侵位(Coulon et al.,1986;Copeland et al.,1995;Kapp et al.,2005,2007;Leier et al.,2007;朱弟成等,2008),顯然用新特提斯洋俯沖解釋岡底斯北帶早白堊世火山作用是有困難的。

岡底斯北帶的早白堊世火山巖綿延于獅泉河-嘉黎蛇綠混雜巖帶(STOMZ)與班公湖-怒江縫合帶(BNSZ)之間東西長達(dá)1200km的范圍內(nèi),尤其是它具典型的弧火山巖特征,暗示著它們之間具有內(nèi)在的聯(lián)系。目前,多數(shù)學(xué)者認(rèn)為班公湖-怒江大洋于侏羅-白堊紀(jì)向南俯沖(Li et al.1999;潘桂棠等,2006;莫宣學(xué)等,2005;朱弟成等,2006),以及晚侏羅世末期閉合(曹圣華等,2004)和早侏羅世末期閉合(邱瑞照等,2004)等3種觀點。至于獅泉河-嘉黎大洋,學(xué)者們多傾向于侏羅紀(jì)就已打開,早白堊世早期還在俯沖,晚期閉合(鄭守業(yè)等,2006;曹圣華等,2004;西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院,2004;袁四化,2009);但也有持向南俯沖(曹圣華等,2004),以及持雙向俯沖兩種觀點(袁四化,2009);值得指出的是,持雙向俯沖觀點者還指出,在南部形成以則弄群為代表的火山巖系,北部形成多尼組火山巖,但二者在發(fā)生時代、噴發(fā)強(qiáng)度、東西延展長度等方面存在一定的差異(圖1)?？傊?岡底斯北帶早白堊世火山作用地球動力學(xué)問題,涉及到獅泉河-嘉黎蛇綠混雜巖帶、班公湖-怒江縫合帶形成演化的方方面面,已超出研究范圍,有待進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

(1)2件LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年,結(jié)合野外實地調(diào)研表明,那曲火山巖、哈爾麥火山巖均形成于早白堊世,其成巖時代大致在110 Ma左右,研究區(qū)不存在晚白堊世,或中-晚侏羅世火山巖。

(2)區(qū)域?qū)Ρ缺砻?岡底斯北帶那曲地區(qū)的火山活動為早白堊世火山事件的產(chǎn)物,是該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造演化過程最為醒目的事件,火山活動很可能發(fā)生于 110～120 Ma,火山作用的發(fā)生或與獅泉河-嘉黎大洋,或與班公湖-怒江大洋的俯沖作用有關(guān),其地球動力學(xué)背景有待進(jìn)一步的年代學(xué)和地球化學(xué)研究。

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Zircon LA-ICP-MS U-Pb Ages of the Mesozoic Volcanic Rocks in Nagqu Area of Gangdise in Tibet and Their Geological Significance

LI Fen-qi,LIU Wei,GENG Quan-ru
Chengdu Institute of Geology and Mineral Resources,Ministry of Land and Resources,Chengdu,Sichuan610082

Island-like early Cretaceous volcanic rocks are extensively distributed in northern Gangdise,Tibet.Regional geological survey at the scale of 1:250000 has mapped the late Cretaceous and middle-late Jurassic volcanic rocks in Nagqu area.Based on geological data available,the authors investigated the late Cretaceous and the middle-late Jurassic volcanic rocks which are well exposed respectively in Nagqu County town and Haermai Village.They both are andesitic volcanic rocks and exhibit angular unconformity with the underlying bed composed of black sandy slate.Meanwhile,they were sampled to perform zircon U-Pb dating by using the LA-ICP-MS system at the State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources in Wuhan for regional comparison.Most zircons separated from these volcanic rocks exhibit striped absorption and obvious oscillatory zoning,with a few ones showing the core-rim structure.The ages of two andesite samples collected respectively from eastern Nagqu and Haermai are 116.3±1.4 Ma and 111.37±0.73 Ma,suggesting that the volcanic rocks were formed basically at the same time.Regional comparison shows that early Cretaceous volcanism might have been the strongest one in northern Gangdise,with its activation time being 110 Ma or so,and the strong emplacement of early Cretaceous island-arc granitoids took place subsequently.The problem whether the early Cretaceous volcanism resulted from Shiquanhe-Lhari ocean subduction or from Bangong Co-Nujiang ocean subduction requires further study for final conclusion.

zircon U-Pb age;early Cretaceous volcanic rocks;Nagqu area;Gangdise,Tibet

P588.144;P597.1

A

1006-3021(2010)06-781-10

本文由中國地質(zhì)調(diào)查局項目“雅魯藏布江成礦帶基礎(chǔ)地質(zhì)綜合研究”(編號:1212010818016)資助。

2010-03-26;改回日期:2010-07-20。責(zé)任編輯:魏樂軍。

李奮其,男,1966年生。博士,副研究員。從事青藏高原基礎(chǔ)地質(zhì)研究。通訊地址:610082,成都市一環(huán)路北三段2號。E-mail:lifenqi2009@sina.com。