青藏高原岡底斯北緣卡窮巖群形成時(shí)代的確定

何世平, 李榮社, 王 超, 辜平陽, 于浦生, 時(shí) 超, 查顯鋒

(西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所, 陜西 西安 710054)

0 引 言

卡窮巖群位于岡底斯北緣, 呈北西-南東向展布,為一套角閃巖相變質(zhì)巖系, 矽線黑云斜長片麻巖、二云片麻巖等巖石中產(chǎn)有退變質(zhì)榴輝巖包體[1–2]。該套變質(zhì)巖系最早被四川省地質(zhì)局第三區(qū)測隊(duì)(1∶100萬昌都幅地質(zhì)圖及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告, 1974)劃歸郭清黑云母二長花崗巖體, 西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局(1993)將其歸屬于中下三疊統(tǒng)西湖群(T1-2xh)[3],由四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)(1∶20萬八宿縣幅地質(zhì)圖及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告, 1997)解體出來,命名為卡窮巖群。由于該巖群巖類復(fù)雜, 經(jīng)歷過強(qiáng)烈區(qū)域變質(zhì)作用、塑性流變和部分熔融, 原始地層層序無法恢復(fù), 形成時(shí)代一直未得到有效限定。四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)(1997)利用鋯石U-Pb法, 獲得卡窮巖群混合巖化黑云斜長片麻巖及混合巖化黑云斜長變粒巖靠近上交點(diǎn)年齡為 1334 Ma, 由于無法確定該年齡是成巖年齡還是變質(zhì)年齡,將其時(shí)代籠統(tǒng)定為元古代; 李才等獲得卡窮巖群弱片麻狀黑云母堿長花崗巖鋯石 SHRIMP U-Pb年齡為(507±10)Ma[4], 認(rèn)為是泛非事件的巖漿活動(dòng)記錄,該年齡只能間接限定卡窮巖群原巖形成時(shí)代的上限。因而, 新近完成的1∶25萬區(qū)調(diào)(西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院, 1∶25萬八宿縣幅、貢覺縣幅、然烏區(qū)幅、芒康縣幅地質(zhì)圖及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告, 2007)將卡窮巖群時(shí)代暫劃歸古中元古代, 1∶150萬青藏高原及鄰區(qū)前寒武紀(jì)地質(zhì)圖及說明書(待出版)將卡窮巖群時(shí)代暫劃歸中新元古代。

由于卡窮巖群夾持于班公湖-怒江縫合帶之內(nèi),大地構(gòu)造位置處于岡瓦納大陸和勞亞大陸交匯的關(guān)鍵部位。盡管以往的研究多認(rèn)為卡窮巖群與其西同樣夾持于班公湖-怒江縫合帶之內(nèi)的聶榮巖群可以對(duì)比, 但對(duì)其物質(zhì)組成和構(gòu)造歸屬存在不同認(rèn)識(shí)。因而, 卡窮巖群的原巖形成時(shí)代及其經(jīng)歷的構(gòu)造-巖漿事件, 對(duì)深入研究岡底斯地區(qū)基底格架、構(gòu)造演化以及限定岡瓦納和勞亞兩個(gè)大陸的界限具有重要科學(xué)意義。

本文利用LA-ICP-MS技術(shù), 對(duì)西藏八宿縣同卡鄉(xiāng)北卡窮巖群條帶狀斜長角閃巖(正變質(zhì)巖)和卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖(古侵入體)進(jìn)行了精細(xì)的鋯石U-Pb同位素年代學(xué)研究, 力圖為限定該巖系的原巖形成時(shí)代及其構(gòu)造-巖漿事件提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于西藏八宿縣同卡鄉(xiāng)一帶, 地處岡底斯北緣, 大地構(gòu)造位置為夾持于班公湖-怒江縫合帶之內(nèi)的嘉玉橋地塊(圖1)。該區(qū)有兩套時(shí)代有待進(jìn)一步厘定的地層, 即卡窮巖群(Pt2-3K.)和嘉玉橋群(PzJy), 均呈斷塊狀產(chǎn)出, 本文研究重點(diǎn)為卡窮巖群?？ǜF巖群呈北西-南東向分布于西藏八宿縣才麻瑪果牛場-目特、曲扎湖西巴子柯-孟格等地, 與區(qū)域斷裂走向基本一致, 主要由矽線黑云斜長片麻巖、矽線藍(lán)晶石榴斜長片麻巖、二云片麻巖、黑云二長片麻巖、矽線黑云斜長變粒巖、斜長角閃巖、二云石英片巖及大理巖組成, 含有退變質(zhì)榴輝巖(部分已徹底轉(zhuǎn)變?yōu)榱耖W巖)包體, 變質(zhì)程度總體為低角閃巖相, 局部達(dá)高角巖相?？ǜF巖群的西南與俄學(xué)巖組(CPe)呈斷層接觸, 西北部被侏羅紀(jì)二長花崗巖侵入。區(qū)內(nèi)還出露少量中生界地層, 包括古竹同組(T3g)及拉貢塘組(J3l)。

從剖面上看, 卡窮巖群巖石組合為黑云斜長片麻巖、二云斜長片麻巖、二云石英片巖、斜長角閃巖、變粒巖及大理巖(圖 2), 揉皺變形強(qiáng)烈, 局部發(fā)育尖棱狀褶皺, 主片(麻)理產(chǎn)狀為北東向陡傾, 巖石普遍發(fā)生了塑性流變; 其中, 片麻狀二長花崗巖與變質(zhì)地層呈漸變過渡關(guān)系, 兩者片麻理產(chǎn)狀基本一致, 在接觸部位地層和侵入體往往無法截然分開,侵入體內(nèi)部則呈現(xiàn)半自形-他形粒狀、似斑狀等花崗巖類特有的結(jié)構(gòu), 反映出片麻狀二長花崗巖具有就地熔融的特征。變質(zhì)程度為高角閃巖相, 原巖主要為泥、砂質(zhì)巖, 次為中酸性凝灰?guī)r, 少量碳酸鹽巖及中基性火山巖。

2 樣品及其巖相學(xué)特征

用于同位素測年的樣品有兩件, 均采自西藏八宿縣同卡鄉(xiāng)北約6 km(圖1, 圖2)。其一為卡窮巖群條帶狀斜長角閃巖(樣號(hào): 09K-1, 地理坐標(biāo): 30°36′5.3″N, 96°36′39.6″E, H4300m), 質(zhì)量約 21 kg, 呈灰綠色, 粒狀變晶結(jié)構(gòu), 條帶狀構(gòu)造, 礦物沿片(麻)理方向呈定向排列(圖 3a); 主要為角閃石(54%±)、絹云化斜長石(40%±), 含少量石英(5%±), 副礦物為磷灰石(1%±); 變質(zhì)程度為低角閃巖相, 原巖為中基性火山巖。另一件為卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖(樣號(hào): 09K-2, 地理坐標(biāo): 30°37′12.2″N, 96°37′33.5″E,H4410m), 質(zhì)量約10 kg, 呈灰色, 半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)、似斑狀結(jié)構(gòu)、交代蠕蟲結(jié)構(gòu)、變余碎屑結(jié)構(gòu),片麻狀構(gòu)造, 礦物沿片(麻)理方向呈定向排列(圖3b); 主要為石英(32%±)、弱絹云化斜長石(30%±)、微斜長石(25%±), 含少量角閃石(3%±); 粗大的絹云母化斜長石構(gòu)成似斑晶, 少數(shù)斜長石邊部可見到交代形成的蠕蟲狀石英, 局部可見到保存有碎屑物和充填物的變質(zhì)殘余; 變質(zhì)程度為高角閃巖相, 可能為中酸性凝灰?guī)r或砂巖部分熔融(混合巖化)的產(chǎn)物。

圖2 西藏八宿縣同卡鄉(xiāng)北卡窮巖群路線剖面Fig.2 The geological section of the Kaqiong Rock Group in northern Tongka, Baxoi County, Tibet

3 分析方法

鋯石單礦物挑選在國土資源部河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局廊坊實(shí)驗(yàn)室完成, 將巖石樣品破碎至 20～30目,經(jīng)常規(guī)浮選和磁選方法分選, 在雙目鏡下挑選出形態(tài)較為完整、無裂痕、無包裹體的鋯石作為測定對(duì)象。在實(shí)驗(yàn)室將分選出的鋯石晶體粘在環(huán)氧樹脂膠上固制成靶, 拋磨至約一半, 使鋯石內(nèi)部充分暴露, 然后進(jìn)行鋯石顯微(反射光和透射光)照相、陰極發(fā)光(CL)顯微圖像研究及鋯石微區(qū)U-Pb同位素組成測定。

鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像在西北大學(xué)掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室完成, 采用FEI公司XL30型SFEG電子束進(jìn)行鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯微照相分析。測試點(diǎn)的選取首先根據(jù)鋯石反射光和透射光照片進(jìn)行初選, 再與 CL圖像反復(fù)對(duì)比, 力求避開內(nèi)部裂隙和包裹體, 以獲得較準(zhǔn)確的年齡信息。

LA-ICP-MS法鋯石微區(qū) U-Pb年齡測定在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的 Agilent7500型ICPMS 和德國Lambda Physik 公司的 ComPex102 ArF準(zhǔn)分子激光器(工作物質(zhì)ArF, 波長193 nm)以及MicroLas公司的GeoLas200M光學(xué)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)上進(jìn)行。激光束斑直徑為30 μm, 激光剝蝕深度為20 ～ 40 μm。實(shí)驗(yàn)中采用 He作為剝蝕物質(zhì)的載氣, 用美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM610進(jìn)行儀器最佳化, 采樣方式為單點(diǎn)剝蝕, 數(shù)據(jù)采集選用一個(gè)質(zhì)量峰一點(diǎn)的跳峰方式, 每完成4 ～ 5個(gè)待測樣品測定, 插入測標(biāo)樣一次。在所測鋯石樣品15 ～ 20個(gè)點(diǎn)前后各測2次NIST SRM610。鋯石年齡采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì), 元素含量采用NIST SRM610作為外標(biāo)。由于SiO2在鋯石中的含量較恒定, 選擇29Si作為內(nèi)標(biāo)來消除激光能量在點(diǎn)分析過程中以及分析點(diǎn)之間的漂移, 對(duì)于大多數(shù)元素單點(diǎn)分析的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為5% ～ 15%。詳細(xì)分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法參見相關(guān)文獻(xiàn)[5–6]。

采用Glitter (ver4.0, Macquarie University)程序?qū)︿喪耐凰乇戎导霸睾窟M(jìn)行計(jì)算, 并按照Andersen的方法[7], 用 LAMICPMS Common Lead Correction(ver3.15)對(duì)其進(jìn)行普通鉛校正, 年齡計(jì)算及諧和圖采用Isoplot(ver3.0)完成[8]。

4 結(jié) 果

卡窮巖群條帶狀斜長角閃巖(09K-1)中選獲的鋯石較少, 均為無色透明略帶淺黃色, 半自形短柱狀或渾圓狀(部分殘缺鋯石屬于碎樣時(shí)機(jī)械破損),粒徑較小, 多在 80 μm × 60 μm ～ 160 μm × 80 μm。鋯石CL圖像(圖4a)顯示, 呈現(xiàn)灰-深灰色, 部分內(nèi)部發(fā)育條帶狀結(jié)構(gòu)(21、25測點(diǎn)), 外圍具有較窄的淺色生長邊(1、20、21 測點(diǎn))。Th/U 比值一般在 0.33 ～ 0.78之間(表1), 具巖漿結(jié)晶鋯石特征。

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圖4 卡窮巖群條帶狀斜長角閃巖(09K-1)鋯石CL圖像(a)和鋯石U-Pb諧和圖(b)Fig.4 CL images (a) and U-Pb concordia diagram (b) of zircons from the banded amphibolite (09K-1) in the Kaqiong Rock Group

條帶狀斜長角閃巖(09K-1)的鋯石經(jīng)普通鉛校正后, U-Pb測試結(jié)果列于表1, 鋯石有效測試點(diǎn)共5個(gè)。在U-Pb諧和圖上呈線性分布, 構(gòu)成一條不一致線(圖 4b)。不一致線與諧和線上交點(diǎn)年齡為(1082±18) Ma (MSWD＝0.22)。這 5個(gè)測試點(diǎn)207Pb/206Pb 比值接近, 在 0.0753～0.0758 之間,207Pb/206Pb表面年齡集中于1076～1090 Ma之間, 表明這些鋯石為同期巖漿結(jié)晶成因, 表面年齡加權(quán)平均值為(1080±9) Ma (MSWD＝0.43), 該值在誤差范圍之內(nèi)與諧和線上交點(diǎn)年齡一致?？紤]到巖石經(jīng)歷了后期變形變質(zhì)改造, 發(fā)生了一定的U、Pb放射性同位素的變化,206Pb、235U、207Pb、238U含量及其比值均變化較大,207Pb/206Pb表面年齡加權(quán)平均值難以反映真實(shí)年齡, 而不一致線與諧和線上交點(diǎn)年齡則可以很好地反映巖石的成巖年齡。因此, 上交點(diǎn)年齡(1082±18) Ma應(yīng)為卡窮巖群條帶狀斜長角閃巖的巖漿作用期間原巖形成年齡。

卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖(09K-2)中的鋯石呈無色透明和淺黃色, 以長柱狀為主, 少數(shù)為渾圓狀(部分殘缺鋯石屬于碎樣時(shí)機(jī)械破損), 粒徑多在 120 μm × 60 μm ～ 300 μm × 100 μm。鋯石 CL 圖像(圖 5)顯示, 多數(shù)內(nèi)部發(fā)育具有震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(1、3、6～8、18、23、24、26、27、29、31、33～35 測點(diǎn))或條帶結(jié)構(gòu)(10、11、21、32測點(diǎn))的內(nèi)核, 外圍具有生長加大邊(1、3、6～8、10～12、18、19、21、23～27、32～35測點(diǎn))。具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)或條帶結(jié)構(gòu)鋯石內(nèi)核的Th/U比值(介于0.39～1.57之間, 平均1.03)總體高于生長加大邊的Th/U比值(介于0.32～1.29之間, 平均0.80)。

片麻狀二長花崗巖(09K-2)的鋯石經(jīng)普通鉛校正后, U-Pb測試結(jié)果列于表 1, 鋯石有效測試點(diǎn)共31個(gè)。在 U-Pb諧和圖上鋯石核部(4～9、11、14、18、21～25、27～35 測點(diǎn))和邊部(1、3、10、12、16、17、19、26測點(diǎn))測點(diǎn)均呈線性分布, 構(gòu)成兩條不一致線(圖6)。(1)核部測點(diǎn)不一致線與諧和線上交點(diǎn)年齡為(549±18) Ma (MSWD＝0.02, points=23), 23個(gè)測試點(diǎn)207Pb/206Pb比值接近, 在0.0583～0.0588之間,207Pb/206Pb表面年齡集中于540～561 Ma之間, 表明這些鋯石為同期巖漿結(jié)晶成因, 表面年齡加權(quán)平均值為(550±10) Ma (MSWD＝0.03), 該值在誤差范圍之內(nèi)與諧和線上交點(diǎn)年齡一致。考慮207Pb/206Pb表面年齡加權(quán)平均值難以反映真實(shí)年齡, 而不一致線與諧和線上交點(diǎn)年齡則可以很好地反映巖石的成巖年齡。因此, 上交點(diǎn)年齡(549±18) Ma應(yīng)為卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖的巖漿作用期間原巖形成年齡。(2)邊部測點(diǎn)不一致線與諧和線上交點(diǎn)年齡為(416±23) Ma (MSWD＝0.001, points=8), 8個(gè)測試點(diǎn)207Pb/206Pb比值接近, 在 0.0550～0.0551之間,207Pb/206Pb表面年齡集中于413～418 Ma之間, 表面年齡加權(quán)平均值為(416±20) Ma (MSWD＝0.002),該值在誤差范圍之內(nèi)與諧和線上交點(diǎn)年齡一致。考慮到這些測點(diǎn)位于鋯石暗色生長加大邊, Th/U比值總體低于鋯石核部測點(diǎn)。因此, 上交點(diǎn)年齡(416±23)Ma應(yīng)為卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖后期構(gòu)造-熱事件年齡。

圖5 卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖(09K-2)代表性鋯石CL圖像Fig.5 CL images of zircons from the gneissic monzogranite (09K-2) in the Kaqiong Rock Group

5 結(jié)論與討論

根據(jù)LA-ICP-MS鋯石微區(qū)U-Pb同位素測年結(jié)果, 西藏八宿縣同卡鄉(xiāng)北卡窮巖群條帶狀斜長角閃巖上交點(diǎn)年齡為(1082±18) Ma。由于條帶狀斜長角閃巖的原巖為中基性火山巖, 屬于卡窮巖群碎屑巖沉積過程中中基性火山活動(dòng)的產(chǎn)物, 因此(1082±18)Ma可作為卡窮巖群原巖的形成年齡, 相當(dāng)于中元古代末, 即晚薊縣世。

同時(shí), 西藏八宿縣同卡鄉(xiāng)北卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖的形成年齡為(549±18) Ma, 與泛非運(yùn)動(dòng)時(shí)限(600～500 Ma)相當(dāng)[9], 李才等曾在本次采樣點(diǎn)南約10 km的卡窮溝口獲得卡窮巖群中弱片麻狀黑云母堿長花崗巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡為(507±10)Ma[4], 表明卡窮巖群經(jīng)歷了強(qiáng)烈的泛非期構(gòu)造-熱事件。然而, 卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖還獲得(416±23) Ma的構(gòu)造-熱事件年齡, 反映出泛非運(yùn)動(dòng)之后, 還經(jīng)歷一次強(qiáng)烈的構(gòu)造作用, 這次構(gòu)造作用的地質(zhì)意義值得進(jìn)一步研究。片麻狀二長花崗巖除了具有半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)、似斑狀結(jié)構(gòu)等侵入巖特征外, 還具有交代蠕蟲結(jié)構(gòu), 并保留少量變余碎屑結(jié)構(gòu), 宏觀上與卡窮巖群呈漸變過度關(guān)系, 變質(zhì)地層和侵入體往往無法截然分開, 反映出片麻狀二長花崗巖屬于卡窮巖群火山-沉積巖系部分熔融的產(chǎn)物, 巖漿未發(fā)生遠(yuǎn)距離運(yùn)移侵位。以往多將這類片麻狀花崗巖作為片麻巖類歸入卡窮巖群的組成部分, 但兩者在巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、成因、原巖形成時(shí)代等方面均存在較大差異, 因而這些片麻狀花崗巖類應(yīng)視為構(gòu)造-巖漿作用過程中的古侵入體, 并從卡窮巖群中解體出來。

印度河-雅魯藏布江縫合帶與班公湖-怒江縫合帶之間的岡底斯為一條巨型構(gòu)造-巖漿帶, 有關(guān)岡底斯帶中新生代巖漿巖的時(shí)空分布、地球化學(xué)和成礦作用研究近年來取得了重要進(jìn)展[10–14]。目前, 在青藏高原南部獲得大量泛非運(yùn)動(dòng)的年齡信息[4,15–19],并陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了奧陶系與下伏地層的不整合[20–23], 表明泛非運(yùn)動(dòng)在高原南部具有廣泛的影響。結(jié)合近年來在班公湖-怒江板塊縫合帶所夾的卡窮微陸塊(嘉玉橋地塊)發(fā)現(xiàn)退變質(zhì)榴輝巖包體[1–2], 在聶榮微陸塊(聶榮地塊)中發(fā)現(xiàn)高壓麻粒巖[24]和泛非期花崗片麻巖[18], 認(rèn)為嘉玉橋地塊和聶榮地塊均是東岡瓦納大陸北緣裂解出來的塊體, 泛非期發(fā)生了地殼構(gòu)造增厚事件。岡底斯地區(qū)基底最終固結(jié)于泛非運(yùn)動(dòng),包括聶榮地塊和嘉玉橋地塊在內(nèi)的岡底斯地區(qū)均屬于東岡瓦納大陸的一部分。

新近研究表明, 青藏高原許多變質(zhì)沉積-火山地層時(shí)代為中元古-新元古代。其中, 祁連造山帶東段青海省化隆縣-循化縣之間化隆巖群形成時(shí)代在875～891 Ma之間[25]; 青海省湟源縣南日月鄉(xiāng)一帶化隆巖群條帶狀黑云斜長角閃巖(原巖為中性火山巖)的形成年齡為(884±9) Ma[26]。祁連造山帶西段甘肅省肅北縣黨河一帶北大河巖群形成時(shí)代在1400～724 Ma之間[27]。納木錯(cuò)湖西緣念青唐古拉巖群形成時(shí)限為(787±9)～(748±8) Ma[28]。作者利用 LA-ICP-MS 鋯石U-Pb同位素測年技術(shù), 獲得北羌塘他念他翁山一帶吉塘巖群酉西巖組石英綠泥片巖(原巖為中基性火山巖)的原巖形成年齡為(965±55) Ma, 綠泥片巖(原巖為基性火山巖)的原巖形成年齡為(1048.2±3.3)Ma(待刊); 北羌塘青海玉樹縣小蘇莽一帶寧多巖群形成時(shí)代為(1044±30) ～ (990.5±3.7) Ma (待刊); 西藏那曲縣北聶榮地塊聶榮巖群片麻狀斜長角閃巖諧和年齡為(863±10) Ma[29]。因此, 中元古-新元古代是青藏高原基底形成的重要時(shí)期。

圖6 卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖(09K-2)鋯石U-Pb諧和圖Fig.6 U-Pb concordia diagram of zircons from the gneissic monzogranite (09K-2) in the Kaqiong Rock Group

衷心感謝柳小明教授、袁洪林教授和第五春榮博士對(duì)論文提出的建設(shè)性意見！在數(shù)據(jù)測試過程中得到弓虎軍、賀國芬、李平、武鵬和唐卓的有益幫助, 謹(jǐn)此表示謝意！

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[1]董永勝, 謝堯武, 李才, 沙紹禮.西藏東部八宿地區(qū)發(fā)現(xiàn)退變質(zhì)榴輝巖[J].地質(zhì)通報(bào), 2007, 26(8): 1018?1020.Dong Yong-sheng, Xie Yao-wu, Li Cai, Sha Shao-li.Discovery of the retrometamorphic eclogite in the Baxoi area,eastern Tibet, China[J].Geol Bull China, 2007, 26(8):1018?1020 (in Chinese with English abstract).

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