班公湖-怒江縫合帶西段特提斯洋盆南向俯沖的地球化學(xué)和年代學(xué)證據(jù)

胡 雋, 萬永文, 陶 專, 張 旦, 陳國東

1.成都理工大學(xué) 數(shù)學(xué)地質(zhì)四川省重點實驗室，成都 610059; 2.中國冶金地質(zhì)總局 中南地質(zhì)勘察院，武漢 430080)

班公湖-怒江縫合帶位于羌塘地塊和拉薩地塊之間，東西方向延伸達(dá)2 000余千米。由于班公湖-怒江縫合帶的各種地質(zhì)特征研究對于理解特提斯洋的演化和青藏高原的隆升過程具有極其重要的意義，長期以來各國地質(zhì)學(xué)者對此區(qū)域展開了廣泛、持續(xù)的研究，取得了一系列有價值的成果。目前最為熱烈的爭論仍集中在縫合帶的俯沖時間和俯沖極性問題。班公湖-怒江洋盆的打開時間，主流觀點有三疊紀(jì)[1,2]、早侏羅世[3]、中晚侏羅世[4-6]，俯沖消減時間為中侏羅世，閉合時間為晚侏羅世-中白堊世[3,7-14]。對班公湖-怒江洋盆的俯沖極性問題也存在很大爭議，一部分學(xué)者認(rèn)為該洋盆是向北俯沖，即向羌塘地塊下俯沖[13,15-18]；另一部分則認(rèn)為俯沖向南發(fā)生，即向拉薩地塊俯沖[3,10,19-22]；還有學(xué)者提出了南北雙向俯沖的觀點和證據(jù)[13,23-27]。

作者依托西藏納屋錯地區(qū)1∶50 000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目，在革吉縣鹽湖鄉(xiāng)開展了為期3年的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，掌握了班公湖-怒江縫合帶南側(cè)巖漿作用的數(shù)據(jù)，以鹽湖復(fù)式島弧型侵入巖巖體和去申拉組火山巖的地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)為研究對象，探討班公湖-怒江縫合帶南側(cè)巖漿巖的成因和形成環(huán)境，并結(jié)合鋯石U-Pb LA-ICPMS測齡數(shù)據(jù)，分析和論證班公湖-怒江縫合帶的俯沖時間和俯沖極性問題。

1 巖漿巖產(chǎn)狀和巖相學(xué)

筆者參與的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查圖幅位于西藏自治區(qū)阿里地區(qū)革吉縣鹽湖鄉(xiāng)，處于班公湖-怒江縫合帶西段，北為羌塘陸塊，南為拉薩地塊(圖1)。研究的島弧型巖漿巖主要分布于圖幅南側(cè)阿翁錯陸緣火山-巖漿弧帶鹽湖復(fù)式巖體中，島弧型侵入巖體以巖基形式大致呈NWW-SEE方向產(chǎn)出，地表出露長度約155 km，寬度約55 km，出露面積約850 km2，巖體主要由大小、產(chǎn)狀各異的數(shù)十個侵入體構(gòu)成。侵入巖類型主要為中細(xì)?；◢弾r和花崗閃長巖?；◢弾r呈中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；以微具黏土礦化的隱紋長石為主，石英為次，再次為微具絹云母化的斜長石和綠泥石化的黑云母、磷灰石、粒狀不透明礦物，主要礦物組分為微紋長石(面積分?jǐn)?shù)：55%～60%)、石英(25%～30%)、斜長石(15%～20%)，黑云母、磷灰石、不透明礦物少量?；◢忛W長巖呈似斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，斑晶由具絹云母化、環(huán)帶狀構(gòu)造的斜長石構(gòu)成，基質(zhì)組分以細(xì)粒為主；成分以具環(huán)帶狀構(gòu)造、微具絹云母化的斜長石為主，次為石英，再次為綠泥石化黑云母、角閃石、黏土礦化的隱紋長石，礦物分布均勻。主要礦物組成為斜長石斑晶(面積分?jǐn)?shù)：10%～14%)；基質(zhì)為斜長石(面積分?jǐn)?shù)：50%～55%)、石英(25%～30%)、隱紋長石(5%～10%)、黑云母和角閃石(5%～10%)；磷灰石微量，不透明礦物少量，鋯石偶見。

阿翁錯陸緣火山-巖漿弧帶的中基性火山巖隸屬于去申拉組第三段，其中可圈定多個火山機構(gòu)，巖性與巖相特征主要表現(xiàn)為火山溢流相的安山巖、玄武巖和火山管道相的安山質(zhì)火山角礫巖、火山集塊巖。用于本文地球化學(xué)分析的樣品為安山巖和安山質(zhì)玄武巖。安山巖為斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為交織結(jié)構(gòu)，斑晶由角閃石和絹云母化的斜長石構(gòu)成，基質(zhì)略顯微粒半自形柱粒結(jié)構(gòu)，主要由板條狀微具絹云母化的斜長石微晶構(gòu)成，次為綠泥石化角閃石微晶，另見少量微晶黑云母、石英微脈及團粒。主要礦物組成為角閃石斑晶(面積分?jǐn)?shù)：2%～5%)、斜長石斑晶(1%～2%)；基質(zhì)為斜長石(面積分?jǐn)?shù)：55%～60%)、角閃石(35%～38%)、石英(1%～2%)、黑云母(2%～4%)；榍石、簾石少許。玄武巖為斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)呈間隱結(jié)構(gòu)，斑晶主要為保持短柱粒狀的輝石斑晶，次為具綠簾石化的斜長石斑晶，基質(zhì)以斜長石為主，微粒柱粒狀的輝石為次。礦物組分為輝石斑晶(面積分?jǐn)?shù)：6%～10%)、斜長石斑晶(1%～2%)；基質(zhì)為斜長石和輝石(面積分?jǐn)?shù)：90%～95%)，石英少量，磷灰石、不透明礦物微量。

2 巖石地球化學(xué)

本文涉及樣品的巖石化學(xué)及巖石地球化學(xué)的測試工作在西南冶金地質(zhì)測試所完成，主元素采用Axios X射線熒光儀分析，主要分析方法為X射線熒光法 、質(zhì)量法、滴定法，分析精度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))優(yōu)于2%～5%。痕量元素采用NexION 300x ICP MS型等離子質(zhì)譜儀、JP-2D極譜儀測定，主要分析方法為發(fā)射光譜法、質(zhì)譜法、極譜法，分析精度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))優(yōu)于2%。相關(guān)分析結(jié)果見表1、表2和表3。

圖1 西藏納屋錯地區(qū)鹽湖復(fù)式巖體地質(zhì)簡圖Fig.1 Simplified geological map of the Yanhu complex massif in the Nawucuo area of Tibet

表1 鹽湖復(fù)式巖體巖漿巖樣品的主元素分析結(jié)果(w/%)Table 1 Major element analysis result of the magmatic rock samples from the Yanhu complex massif

2.1 主元素分析

鹽湖復(fù)式巖體中出露的侵入巖從基性的輝長巖，到中性的石英閃長巖、中酸性的花崗閃長巖、酸性的花崗巖都有產(chǎn)出，其SiO2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為47.57%～76.07%，變化范圍覆蓋了酸性到基性的范圍。在K2O-SiO2圖解(圖2)中主要出現(xiàn)在中鉀鈣堿性和高鉀鈣堿性區(qū)域，屬于典型的島弧型巖漿巖。

圖2 鹽湖復(fù)式巖體巖漿巖SiO2-K2O圖解Fig.2 SiO2-K2O diagram of the magmatic rock in the Yanhu complex massif

火山巖的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wSiO2)變化相對較小，為49.72%～59.87%(平均值為52.01%)，具有中等的Na2O含量(w平均為2.74%)和較低的K2O含量(w平均為0.95%)，因此得到的K2O/Na2O比值較小(平均值為0.35)，3例火山巖樣品在TAS分類圖(圖3)中均落在亞堿性范圍內(nèi)，巖性分別為安山巖和安山玄武巖，為中性和中基性巖類。同時，在K2O-SiO2圖解(圖2)中，3例火山巖均在中鉀鈣堿性區(qū)域，與島弧區(qū)巖石組合特征吻合。

圖3 去申拉組火山巖TAS分類圖Fig.3 TAS diagram of Qushenla Formation vocanic rocks

2.2 痕量元素和稀土元素分析

在痕量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖4-A)上，8件侵入巖樣品具有類似的配分模式，總體上富集大離子不相容元素(HFSE)Rb、K、Pb、Th、Sr，虧損高場強元素(LILE)Nb、Ta、Zr、P，表現(xiàn)出明確的島弧型特征[28]。

圖4 島弧型侵入巖樣品的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)痕量元素蛛網(wǎng)圖和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式圖Fig.4 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram and rare earth element chondrite-normalized patterns of the arc intrusive rock samples

鹽湖復(fù)式巖體的島弧型侵入巖富含稀土元素(wΣREE=143.06×10-6～181.40×10-6)。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式(圖4-B)表現(xiàn)出8件侵入巖樣品具有LREE富集、HREE相對虧損的右傾模式(LREE/HREE=8.05～10.06)，微弱的Eu負(fù)異常表明巖漿具有較低的分異程度；結(jié)合Sr元素的相對負(fù)異常，說明演化過程中沒有經(jīng)歷明顯的斜長石分離結(jié)晶作用。

2.3 構(gòu)造環(huán)境分析

痕量元素的Rb-(Yb+Ta)圖解(圖5)和Rb-(Y+Nb)圖解(圖6)中鹽湖復(fù)式巖體的12個中酸性和基性侵入巖樣品都落在火山弧花崗巖VAG區(qū)域。在花崗巖構(gòu)造環(huán)境FeO-MgO判別圖解(圖7)中，所有中酸性和基性侵入巖樣品都落在IAG(島弧型花崗巖)+CAG(大陸弧花崗巖)+CCG(大陸碰撞花崗巖)區(qū)域之中，其中唯一的基性侵入巖(輝長巖)樣品的FeO、MgO含量更高。這3個圖解都表明鹽湖復(fù)式巖體侵入巖的島弧型巖漿巖特征明顯[28]，并且都形成于班公湖-怒江特提斯洋殼的南向俯沖階段的活動大陸邊緣。

圖5 鹽湖復(fù)式巖體侵入巖(Yb+Ta)-Rb圖解Fig.5 (Yb+Ta)-Rb diagram of the Yanhu complex massif intrusive rock

圖6 鹽湖復(fù)式巖體侵入巖(Y+Nb)-Rb圖解Fig.6 (Y+Nb)-Rb diagram of the Yanhu complex massif intrusive rock

圖7 花崗巖構(gòu)造環(huán)境MgO-FeO判別圖解Fig.7 MgO-FeO diagram of granite rocks tectonic settings

在判斷火山巖形成構(gòu)造環(huán)境的TiO2-Zr圖解(圖8)中，可見3個去申拉組火山巖樣品均位于火山弧玄武巖VAB區(qū)域內(nèi)，說明島弧型玄武巖形成于班公湖-怒江特提斯洋殼向南面的拉薩地塊之下俯沖消減過程，由俯沖洋殼上部局部熔融形成的巖漿向上侵位并噴發(fā)形成。

圖8 火山巖形成構(gòu)造環(huán)境的TiO2-Zr圖解Fig.8 Zr-TiO2 diagram of volcanic rocks tectonic settings

3 鋯石U-Pb LA-ICPMS 測齡

鋯石單礦物分選在河北省地礦局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊測試實驗室完成，鋯石制靶、鋯石陰極發(fā)光(CL)研究和鋯石年齡測定在中國地質(zhì)大學(xué)“地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源”國家重點實驗室完成。

在阿翁錯陸緣火山-巖漿弧帶鹽湖復(fù)式巖體中共取得10余件島弧型侵入巖的鋯石U-Pb年齡樣品，本文提出其中3例進行討論。

花崗閃長巖體樣品(D3660)和石英二長閃長巖體樣品(D3658-TW1)的鋯石顆粒大小較均一，具完好的短柱狀晶形。鋯石粒度在100～150 μm之間，可見清晰韻律環(huán)帶。詳見圖9-A和圖10-A。圖9-B和圖10-B表明11個和17個U-Pb分析結(jié)果分別給出了104(+5.0/-6.6) Ma (MSWD=5.5)和114.7(+11/-6.6) Ma(MSWD=7.6)的加權(quán)平均年齡，說明鹽湖復(fù)式巖體在早白堊世的巖漿活動較為強烈。從圖11-A中可見花崗巖體樣品(D3093-TW1)的鋯石粒度多在150 μm左右，寬度約在80～120 μm之間，部分鋯石粒度約在200～300 μm，長寬比大致在1∶1～1∶3之間。絕大多數(shù)鋯石為完整的柱狀鋯石顆粒，晶棱平直，多數(shù)鋯石樣品具清晰的環(huán)帶結(jié)構(gòu)。圖11-B顯示16個U-Pb測齡結(jié)果的加權(quán)平均年齡為93.0(+2.3/-3.2) Ma (MSWD=2.9)，說明直至晚白堊世仍然存在一定規(guī)模的巖漿活動。

圖9 鹽湖復(fù)式巖體花崗閃長巖(D3660)鋯石陰極發(fā)光圖和U-Pb一致線加權(quán)平均年齡Fig.9 Zircon CL images and U-Pb weighted mean age of granodiorite(D3660) formed in the Yanhu complex massif

圖10 鹽湖復(fù)式巖體石英二長閃長巖(D3658-TW1)鋯石陰極發(fā)光圖和U-Pb一致線加權(quán)平均年齡Fig.10 Zircon CL images and U-Pb weighted mean age of quartz monzobiorite (D3658-TW1) formed in the Yanhu complex massif

圖11 鹽湖復(fù)式巖體花崗巖(D3093-TW1)鋯石陰極發(fā)光圖和U-Pb一致線加權(quán)平均年齡Fig.11 Zircon CL images and U-Pb weighted mean age of granite (D3093-TW1) formed in the Yanhu complex massif

4 討 論

4.1 班公湖-怒江特提斯洋盆的俯沖方向

主元素地球化學(xué)分析表明所有侵入巖樣品均為中鉀鈣堿性和高鉀鈣堿性巖漿巖；痕量元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)顯示其富集大離子不相容元素Rb、K、Pb、Th、Sr，虧損高場強元素Nb、Ta、Zr、P：這些特征都說明具有島弧型巖漿巖的基本特征。從空間上看，鹽湖復(fù)式巖體緊鄰班公湖-怒江縫合帶南界以南、拉薩地塊北緣，其島弧型侵入巖指示著特提斯洋盆向南面的拉薩地塊之下的俯沖。

班公湖-怒江特提斯洋盆的南向俯沖一直以來缺少直接的島弧火山巖證據(jù)[22],本文則以去申拉組火山巖為例，從巖石地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)證明鹽湖復(fù)式巖體中的3個火山巖樣品均為典型的島弧型火山巖(圖3)，形成于特提斯洋殼南向俯沖消減過程(圖8)，為特提斯洋盆的南向俯沖提供了直接的地球化學(xué)新證據(jù)。

4.2 班公湖-怒江特提斯洋盆的俯沖時間

筆者對班公湖-怒江縫合帶南界的鹽湖復(fù)式巖體獲得的花崗閃長巖和石英二長閃長巖的鋯石U-Pb LA-ICPMS年齡數(shù)據(jù)都在早白堊世(約104 Ma B.P., 114.7 Ma B.P.)，花崗巖的年齡數(shù)據(jù)則推遲到了晚白堊世(約93.0 Ma B.P.)。說明研究區(qū)內(nèi)縫合帶南界的俯沖消減時間至少持續(xù)了21.7 Ma；并且隨著俯沖的進行，巖漿巖從早到晚由中性逐漸向酸性過渡。需指出，早白堊世的島弧型侵入巖年齡與班公湖-怒江縫合帶南向俯沖的110 Ma B.P.左右?guī)r漿大爆發(fā)理論在時間上是吻合的[29]。另有前人提出的特提斯洋盆南向俯沖時間為166.4 Ma B.P.[26]，與本文的島弧巖漿巖俯沖時間相差甚遠(yuǎn)，說明長達(dá)2 000余千米的班公湖-怒江縫合帶可能存在多期次俯沖和多條洋內(nèi)俯沖帶[30]。

4.3 班公湖-怒江縫合帶特提斯洋盆的屬性

關(guān)于班公湖-怒江縫合帶特提斯洋盆的屬性問題存在兩大觀點，一方認(rèn)為它是一個連通的、單一的大洋盆[31-33]，另一方則認(rèn)為它是由一系列局限性小洋盆組成[4,6]。筆者所在的島弧巖漿巖研究區(qū)隸屬于鹽湖復(fù)式巖體，該巖體沿NWW-SEE方向延伸155 km，相比2000余千米長的班公湖-怒江縫合帶，分布規(guī)模是局部的。區(qū)域上縫合帶東段相鄰的改則北部巖體中的鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡約為142.15 Ma[26]，與本文島弧型巖漿巖相差近28 Ma。這一數(shù)據(jù)不僅驗證了前面提到的班公湖-怒江縫合帶的多期次俯沖和多條洋內(nèi)俯沖帶的論點，也說明班公湖-怒江縫合帶特提斯洋盆的屬性更符合一系列局限性小洋盆。

4.4 巖石成因

稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解顯示右傾型元素配分型式，說明輕稀土相對富集，重稀土明顯虧損；δEu= 0.67～0.93,δCe=0.45～0.91，Eu異常不顯著;wSr/wY值較高，介于38.0～42.4之間:表明中性侵入巖體具有下地殼部分熔融的地球化學(xué)特征，其巖漿的形成與古老下地殼物質(zhì)的部分熔融有關(guān)[34]。

對島弧型侵入巖樣品中的6個花崗巖樣品進行分析，發(fā)現(xiàn)它們都屬于A型花崗巖(圖12)。由于近年來A型花崗巖的構(gòu)造背景范圍得到很大拓展，不再局限于傳統(tǒng)的“非造山環(huán)境”，還包括了如造山后期、造山晚期等多種與板塊俯沖相關(guān)的構(gòu)造環(huán)境[35-37]，這種解釋與本文討論的俯沖環(huán)境吻合。進一步分析發(fā)現(xiàn)6個A型花崗巖樣品都細(xì)分在A1型花崗巖之中，其成巖環(huán)境位于洋島玄武巖OIB區(qū)域(圖13)，說明其成因可能與洋島玄武巖來源相似，為巖漿侵位于大陸裂谷或在板內(nèi)巖漿作用過程中的分異產(chǎn)物[38]。

綜上，本研究所涉及的島弧型花崗巖來源于地幔玄武巖漿的演化，為玄武巖漿上升后與虧損地殼混染、熔融、分異而形成的產(chǎn)物，其構(gòu)造環(huán)境則與班公湖-怒江縫合帶特提斯洋南向俯沖消減相關(guān)。

圖12 花崗巖成因的K2O-Na2O圖解Fig.12 K2O-Na2O diagram of granite genesis

圖13 不同構(gòu)造環(huán)境中A型花崗巖的Yb/Ta-Y/Nb圖解Fig.13 Yb/Ta-Y/Nb diagram of A-type granite in different tectonic settings

5 結(jié) 論

a.對班公湖-怒江縫合帶西段的鹽湖復(fù)式巖體進行了巖石地球化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)侵入巖樣品為中鉀鈣堿性和高鉀鈣堿性，去申拉組火山巖樣品均為中鉀鈣堿性，且在TAS圖解中都落在亞堿性區(qū)域，說明它們都是典型的島弧型巖漿巖。

b.痕量元素分析表明侵入巖樣品都存在富集大離子不相容元素(HFSE)Rb、K、Pb、Th、Sr，虧損高場強元素(LILE)Nb、Ta、Zr、P的島弧型特征。稀土元素配分模式具有LREE富集、HREE相對虧損的右傾模式。

c.班公湖-怒江縫合帶南面的3件島弧型巖漿巖的鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)處于早白堊世-晚白堊世，該數(shù)據(jù)指示縫合帶向南俯沖的時代。結(jié)合年齡數(shù)據(jù)，侵入巖體現(xiàn)了隨著時代從早到晚巖漿巖從中鉀鈣堿性巖向高鉀鈣堿性巖演化、巖性從中基性向酸性演化的趨勢。

d.通過對火山巖和花崗巖的巖石成因分析，認(rèn)為島弧型玄武巖產(chǎn)生于俯沖消減過程，由俯沖洋殼上部局部熔融形成的巖漿向上侵位并噴發(fā)形成。島弧型花崗巖則來源于地幔玄武巖漿演化，為玄武巖漿與下地殼熔融形成的產(chǎn)物。

e.經(jīng)過分析，筆者認(rèn)為班公湖-怒江西段特提斯洋向南俯沖的證據(jù)充分，俯沖時代明確，且存在多期次俯沖和多條洋內(nèi)俯沖帶，特提斯洋盆的屬性為一系列小洋盆。

一同參與野外地質(zhì)調(diào)查工作的還有王玉蘭副教授、孟佳克老師、吳小雙同學(xué)、羅遙逸同學(xué)，在此向他們表示感謝。

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