西藏日喀則地區(qū)白朗蛇綠巖中石榴輝石巖的巖石地球化學(xué)、年代學(xué)及其構(gòu)造意義*

趙佳楠 許志琴 梁鳳華

ZHAO JiaNan1，2，XU ZhiQin2＊＊ and LIANG FengHua2

1. 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083

2. 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，大陸構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037

1. School of the Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，China

2. State Key Laboratory for Continental Tectonics and Dynamics，Institute of Geology，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China

2015-06-10 收稿，2015-09-09 改回.

位于西藏南部的雅魯藏布江縫合帶(簡(jiǎn)稱“雅江縫合帶”，英文簡(jiǎn)寫“YZSZ”)近東西向展布，延伸2000 多千米，該縫合帶是印度板塊和歐亞板塊的碰撞邊界(Aitchison and Davis，2004)。從構(gòu)造上看，雅魯藏布江混雜巖帶向南以雅魯藏布江縫合帶為界，向北以南傾大型反向逆沖斷層為界(Yin et al.，2006)，該大型反向逆沖斷層局部與雅魯藏布江縫合帶一致(Yin et al.，1999)(圖1)。在雅江縫合帶上蛇綠巖分布不連續(xù)(Mascle，1985;Reuber，1986a，b)，西部為東波-普蘭-當(dāng)雄蛇綠巖，中部為薩嘎-桑桑-吉定-日喀則蛇綠巖，東部為澤當(dāng)-羅布莎蛇綠巖。白朗蛇綠巖位于雅江縫合帶的中部，且出露較好。自潘裕生發(fā)現(xiàn)白朗蛇綠混雜巖以來，激起了諸多學(xué)者對(duì)此處蛇綠巖的研究興趣，并提出對(duì)該處蛇綠巖的研究有助于確定雅江蛇綠巖的侵位機(jī)制(潘裕生，1980)。楊經(jīng)綏等在西藏羅布莎鉻鐵礦和地幔橄欖巖中發(fā)現(xiàn)超高壓礦物金剛石，并以此為依據(jù)提出早MOR(洋中脊)晚SSZ(洋內(nèi)超俯沖)的雅魯藏布江蛇綠巖帶成因模式(Allégre et al.，1984;Dilek and Furnes，2001;Dilek and Thy，2009;Dubois-C?té et al.，2005;楊經(jīng)綏等，2008;Xu et al.，2012，2013;許志琴等，2011)。夏斌等(2012)在日喀則地區(qū)白朗縣白崗村發(fā)現(xiàn)尖晶石石榴石二輝橄欖巖，并通過對(duì)巖石中橄欖石、輝石、尖晶石和石榴子石的研究，提出存在溫度大于800℃、壓力大于1.8GPa 的地幔石榴子石域超高壓環(huán)境。Xu et al. (2015)對(duì)雅魯藏布江縫合帶上典型蛇綠巖露頭進(jìn)行了詳細(xì)巖石學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)及其侵位機(jī)制的剖析，認(rèn)為沿縫合帶出露的蛇綠巖體形成于130 ～120Ma 弧后盆地環(huán)境(圖1)，是新特提斯洋巖石圈殘片，并提出雅魯藏布江縫合帶具有明顯的構(gòu)造分異特征，既具有向南和向北的逆沖作用，又具有與韌脆性變形相關(guān)的組構(gòu)特征。

張澤明等(2007)研究東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)南迦巴瓦巖群中的石榴輝石巖是產(chǎn)于麻粒巖相變質(zhì)巖中的超高壓變質(zhì)巖，是榴輝巖相高壓變質(zhì)作用的產(chǎn)物，而門清波等(2013)研究的河北漢諾壩石榴輝石巖則為巖漿底侵于上地幔頂部形成的堆晶巖，是殼幔過渡帶的典型超基性巖，前人對(duì)石榴輝石巖的研究因產(chǎn)出不同研究的結(jié)果也有差別。巖石命名中輝石巖和輝巖是不同的，輝石巖屬火成巖中超基性巖類，可含石榴子石;而輝巖類通常是已到達(dá)麻粒巖相或榴輝巖相的變質(zhì)巖(常麗華等，2009;陳曼云等，2009)。本文選取白朗蛇綠巖中的石榴輝石巖為研究對(duì)象，通過對(duì)該巖石的巖石學(xué)、地球化學(xué)和年代學(xué)研究，剖析巖石形成的物理化學(xué)環(huán)境，并對(duì)該巖石的地球動(dòng)力學(xué)成因進(jìn)行討論。

1 地質(zhì)背景

圖1 雅魯藏布江縫合帶構(gòu)造格架與年齡圖STD-藏南拆離系;MCT-主中央逆沖斷層;MBT-主邊界逆沖斷層;MFT-主前緣逆沖斷層;IYSZ-印度雅魯藏布江縫合帶. 圖中文獻(xiàn)來源:Bédardé et al. ，2009;Dai et al. ，2012;Guilmette et al. ，2009，2012;Hébert et al. ，2003，2012;Liu et al. ，2010;Malpas et al. ，2003;McDermid et al. ，2002;Wang et al. ，2006;李建峰等，2008，2009;劉釗等，2011;夏斌等，2008;熊發(fā)揮等，2011Fig.1 Tectonic map of Yarlung Zangbo ophiolite belt with dating dataSTD-South Tibet detachment;MCT-Main central thrust;MBT-Main Boundary thrust;MFT-Main Front thrust;IYSZ-India-Yarlung Zangbo suture zone

圖2 日喀則地區(qū)白朗蛇綠巖地質(zhì)簡(jiǎn)圖T3-晚三疊世地層;J-K-侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)地層;K1-早白堊世地層;J3K1opm-晚侏羅世至早白堊世蛇綠混雜巖;Q-第四季沉積物Fig.2 Geological map of Bailang ophiolite belt within the Xigaze regionT3-Late Triassic stratum;J-K-Jurassic-Cretaceous stratum;K1-Early Cretaceous stratum;J3K1opm-Late Jurassic-Early Cretaceous ophiolite mélange;Q-Quaternary sediments

圖3 白朗石榴輝石巖野外照片①、③、④為蛇綠巖與石榴子石輝石巖界限;②石榴子石輝石巖Fig.3 Field occurrence of the Bailang garnet pyroxenitePhotograph ①，③and ④are the boundary between ophiolite and garnet pyroxenite. Photograph ②is the details of garnet pyroxenite

新特提斯蛇綠巖巖體沿著雅魯藏布江縫合帶出露不連續(xù)，這些分散且以斷層為界的蛇綠巖體通常被含有蛇綠巖、深海沉積巖和變質(zhì)巖塊體的混雜巖覆蓋。雅魯藏布江蛇綠巖帶下伏為復(fù)理石單元，該復(fù)理石單元包括晚二疊世灰?guī)r、早三疊世遠(yuǎn)洋灰?guī)r和晚白堊世鈣質(zhì)片巖和枕狀玄武巖(Diener，1898;Von Kraft，1902)。蛇綠巖帶北部為日喀則前陸盆地和岡底斯巖漿島弧帶，日喀則前陸盆地位于拉薩地體的南緣，由碎屑復(fù)理石夾少量泥灰?guī)r組成，岡底斯巖基由晚侏羅世至古近紀(jì)的鈣堿性花崗巖類組成，該花崗巖類的形成與碰撞前亞洲南部活動(dòng)大陸邊緣有關(guān)(Chu et al.，2006)。蛇綠巖帶南部為喜馬拉雅造山帶，由特提斯喜馬拉雅地層序列、高喜馬拉雅地層序列和低喜馬拉雅地層序列組成，且均屬于印度板塊被動(dòng)大陸邊緣(圖1)。特提斯喜馬拉雅地層序列由元古代至始新世的硅質(zhì)碎屑巖、碳酸鹽巖組成，夾古生代、中生代火山巖。白朗蛇綠巖位于雅魯藏布江蛇綠巖帶的中段，是日喀則蛇綠巖的一部分。白朗蛇綠巖總體呈近東西向展布，在白朗縣附近的蛇綠巖局部呈北東-南西向展布，寬約16km，主要由地幔橄欖巖、輝綠巖墻群和玄武巖組成，其西北側(cè)與早白堊世復(fù)理石沉積地層斷層接觸，且蛇綠巖向北逆沖于早白堊世復(fù)理石沉積地層之上;其東南側(cè)與放射蟲硅質(zhì)巖和晚三疊世沉積巖斷層接觸，且蛇綠巖向南逆沖于放射蟲硅質(zhì)巖之上(Xu et al.，2015)(圖2)。

圖4 白朗石榴輝石巖顯微照片(a、c、e)為透射光下觀察;(b、d、f)為正交偏光下觀察. Grt-石榴子石;Opx-斜方輝石;Am-角閃石Fig.4 Micrographs of the Bailang garnet pyroxeniteFig.4a，c，e are observed under transmissive light. Fig.4b，d，f are observed under orthogonal polarized light. Grt-garnet;Opx-orthopyroxene;Amamphibole

白朗石榴輝石巖地處西藏日喀則地區(qū)白朗縣東北方雪布村東側(cè)，地理坐標(biāo)為29°08'03″N、89°19'34″E、4539m，位于白朗蛇綠巖中，野外出露寬度約5m，垂直于白朗蛇綠巖走向且從NW 至SE 地層依次為早白堊世昂仁組、蛇紋石化地幔橄欖巖、石榴子石輝石巖、蛇紋石化地幔橄欖巖、紫紅色硅質(zhì)巖(圖3)。通過野外實(shí)地勘察，白朗石榴輝石巖野外產(chǎn)出為構(gòu)造巖塊，周圍被蛇紋石化地幔橄欖巖包裹，地幔橄欖巖除蛇紋石化強(qiáng)烈外沒有顯著變質(zhì)現(xiàn)象，早白堊世昂仁組和紫紅色硅質(zhì)巖也沒有強(qiáng)烈面理化等構(gòu)造變質(zhì)現(xiàn)象，且石榴輝石巖與蛇紋石化地幔橄欖巖間界限截然。經(jīng)前人研究表明沒有在白朗蛇綠巖中發(fā)現(xiàn)金剛石等高壓礦物(楊經(jīng)綏等，2008，2011;Yang et al.，2014)。

2 巖石學(xué)特征

西藏日喀則地區(qū)白朗石榴子石輝石巖位于地幔橄欖巖旁，與地幔橄欖巖呈斷層接觸，除橄欖巖外，圍巖還有含磁鐵礦斜方輝石巖、蛇紋石化斜方角閃石巖(原巖為斜方輝石巖)，上述巖石中輝石普遍發(fā)生蝕變，巖石中的輝石蝕變成為角閃石(圖4)。石榴輝石巖也普遍發(fā)生蝕變，其中輝石普遍蝕變?yōu)榻情W石，但仍有輝石假象殘留。在野外可見蝕變后的石榴斜方角閃巖、石榴二輝角閃巖，其中石榴子石在透射光下呈正高至極高正突起，裂紋多，粒度為0.2 ～0.6mm，含量約占15%，正交偏光下呈全消光，他形粒狀，礦物的中部和邊部都存在不同程度的溶蝕現(xiàn)象，礦物邊緣具不規(guī)則溶蝕邊(圖4)。該巖石中輝石(Py)約占40%，其中斜方輝石(Opx)約占25%，單斜輝石(Cpx)約占15%，輝石的晶型呈半自形短柱狀，正交偏光下斜方輝石干涉色為一級(jí)黃或黃灰，單斜輝石干涉色在一級(jí)紫至二級(jí)藍(lán)之間，單偏光下解理仍可見兩組完全解理，兩組解理夾角近垂直。角閃石(Am)在巖石中居多，少數(shù)仍舊保留輝石晶型，大多數(shù)角閃石呈他形-半自形長(zhǎng)柱狀，邊部存在角閃石的反應(yīng)邊和溶蝕邊，說明折返出露地表時(shí)石榴輝石巖所處的物理化學(xué)環(huán)境發(fā)生改變，并伴有含水流體加入。在巖石中少見橄欖石，約占1%或不見。

3 分析方法

全巖樣品分析由中國地質(zhì)科學(xué)院國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成，其中氧化物含量采用X 熒光光譜儀3080E 測(cè)試，執(zhí)行GB/T 14506.28—1993 標(biāo) 準(zhǔn);H2O+標(biāo) 準(zhǔn) 執(zhí) 行 GB/T 14506.2—1993，CO2標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB 9835—1988;稀土元素(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)和部分微量元素(Y、Cu、Pb、Th、U、Hf、Ta、Sc、Cs、V、Co、Ni)采用等離子質(zhì)譜Excell 測(cè)試，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為T 0223—2001;少數(shù)微量元素(Sr、Ba、Zn、Nb、Zr、Ga)用X 熒光光譜儀2100 測(cè)試，并執(zhí)行JY/T 016—1996 標(biāo)準(zhǔn)。

鋯石分選采用重砂方法完成。CL 圖像分析由中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所大陸構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高分辨熱場(chǎng)發(fā)射能譜陰極發(fā)光室(SEM-EDS-CL)完成，儀器由熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(Nano SEM450)、陰極熒光譜儀(Gatan Mono CL4)和牛津電制冷能譜儀(INCA XMax50 EDS)組成，可提取高精度全光、單光陰極發(fā)光圖像。鋯石LA-ICP-MS U-Pb 測(cè)年和Lu-Hf 同位素測(cè)試在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成，所用儀器為Neptune 多接收等離子質(zhì)譜和Newwave UP193 紫外激光剝蝕系統(tǒng)(LA-MC-ICP-MS)，U-Pb 同位素測(cè)試方法及流程見李懷坤等(2010)，Lu-Hf 同位素測(cè)試方法及流程見耿建珍等(2011)。

4 分析結(jié)果

4.1 全巖地球化學(xué)

選取西藏日喀則地區(qū)白朗石榴輝石巖7 個(gè)地球化學(xué)樣品進(jìn)行全巖分析，該巖中SiO2含量為39.16% ～45.10%，平均含量為43.21%(＜45%)，屬超基性巖范疇;Al2O3平均含量為14.96%，Na2O 平均含量為1.35%，K2O 平均含量為0.15%，MgO 平均含量為9.59%，F(xiàn)eOT平均含量為9.63%，該巖石總體呈現(xiàn)高Al 貧Na、K 的特征(表1)。在火成巖TAS 圖解中，落入橄欖輝長(zhǎng)巖的范圍內(nèi)，并屬于亞堿性系列(圖5a)。在SiO2-AR 判別巖石堿性圖解中，該巖石為鈣堿性，與K2O-SiO2圖解所表明的結(jié)果一致(圖5b)。對(duì)該巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行CIPW 標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算，其中該巖石固結(jié)指數(shù)(SI)平均為45.96，分異指數(shù)(DI)平均為11.13，表明該巖石的巖漿分異度低，與大多數(shù)原生玄武巖漿的固結(jié)指數(shù)相近，間接說明形成該巖石的巖漿單一;該巖石的理論干粘度平均為1.31，理論濕粘度平均為1.28(路遠(yuǎn)發(fā)，2004)，與巖石圈與地幔的粘度相比，巖石圈的粘度在7.0 左右，而地幔的粘度為0.7 ～2.0(路鳳香，1989)，說明原巖巖漿源于地幔，因下地幔的粘度大于上地幔，且接近2.0，可推斷原巖巖漿源于上地幔;該巖石的理論液相線平均溫度為1309.5℃(路遠(yuǎn)發(fā)，2004)，且上地幔巖漿溫度在1300 ～3000℃之間(路遠(yuǎn)發(fā)，2004)，與上地幔巖漿溫度范圍吻合。通過對(duì)西藏日喀則地區(qū)白朗石榴輝石巖的主量元素分析，表明該巖石屬鈣堿性超基性巖，并源于上地幔巖漿。

圖5 白朗石榴輝石巖巖石判別圖解(a)Na2O+K2O-SiO2 圖;(b)AR-SiO2 圖. A-鈣堿性;B-堿性;C-過堿性Fig.5 Classification diagrams of Bailang garnet pyroxenite(a)Na2O+K2O-SiO2 diagram;(b)AR-SiO2 diagram. A-calc-alkaline;B-alkaline;C-parlkaline

表1 白朗石榴輝石巖主量元素(wt%)及稀土元素(×10 -6)含量Table 1 Chemical compositions of major oxides (wt%)and trace elements (×10 -6)of the Bailang garnet pyroxenite

續(xù)表1Continued Table 1

西藏日喀則白朗石榴輝石巖總體虧損大離子親石元素Sr，高場(chǎng)強(qiáng)元素含量變化較為穩(wěn)定(表1)，與正常大洋中脊玄武巖(N-MORB)微量元素相比，虧損Sr，相對(duì)富集Rb、Ba，且Sr 在大洋中較為富集，Rb 在大陸中較為富集，說明此時(shí)該巖石的形成已經(jīng)脫離大洋環(huán)境，由于其位于雅江蛇綠巖帶上，可推測(cè)該巖石的成巖過程發(fā)生在俯沖過程中的無洋水環(huán)境;高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)與N-MORB 大體近似，其中Th、Ta、Nb略微虧損，表示該巖石在形成過程中原始巖漿沒有侵入陸殼發(fā)生巖漿混染。與原始地幔微量元素相比，HFSE 略微富集且穩(wěn)定，虧損Rb、Sr，稍富集U、Pb，但含量不高(圖6)。綜上所述，該巖石的形成過程中已經(jīng)脫離大洋，且形成在高溫?zé)o洋水的俯沖環(huán)境中。

西藏日喀則地區(qū)白朗石榴輝石巖的總稀土元素平均含量為37.58 ×10-6，其中輕稀土元素(LREE)總平均含量為19.67 ×10-6，重稀土元素(HREE)總平均含量為17.91 ×10-6，LREE/HREE 平均值為1.09(表1)，表示輕稀土元素和重稀土元素沒有分餾現(xiàn)象，說明形成該巖石的原始巖漿地球化學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定，沒有發(fā)生巖漿混染作用。根據(jù)稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(圖7)，稀土元素配分曲線總體呈左微傾右平直的平滑曲線，(La/Sm)N平均值為0.46，(Gd/Lu)N平均值為1.07，說明重稀土元素比較穩(wěn)定，沒有發(fā)生內(nèi)部分餾，而輕稀土元素內(nèi)部發(fā)生分餾，且δEu 平均值為1.01，δCe 平均值為0.97，可以視為沒有Eu 異常和Ce 異常，說明該巖石在形成過程中地球化學(xué)系統(tǒng)和物理化學(xué)條件相對(duì)穩(wěn)定。該巖石與大洋中脊玄武巖(MORB)稀土元素含量相似，其MORB 標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線呈近水平的平滑曲線，且與縱坐標(biāo)y =1 的直線近平行。與原始地幔稀土元素相比，該巖石稀土元素含量總體比原始地幔略微富集，且原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線呈左陡峭右近水平的平滑曲線。綜上所述，形成該巖石的原始巖漿來源于MORB，且形成過程中地球化學(xué)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定(圖7)。

圖6 白朗石榴輝石巖微量元素標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)Fig.6 Normalized patterns of trace elements for Bailang garnet pyroxenite (normalization values after Sun and McDonough，1989)

圖7 白朗石榴輝石巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線與MORB 標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)Fig.7 Chondrite-normalized pattern and MORB-pattern of trace elements for Bailang garnet pyroxenite (normalization values after Sun and McDonough，1989)

4.2 巖石年代學(xué)

西藏日喀則地區(qū)白朗石榴輝石巖鋯石形態(tài)特征根據(jù)鋯石顆粒大小不同呈現(xiàn)出不同的形態(tài)，鋯石邊緣多呈光滑渾圓狀，粒度不均，較大的鋯石顆粒粒度在120 ×90μm 至220 ×120μm，長(zhǎng)寬比平均1.5∶1，較大的可達(dá)2.2∶1，較小的鋯石顆粒粒度在70 ×65μm 至90 ×80μm，長(zhǎng)寬比平均接近1，鋯石呈渾圓狀(圖8)。陰極發(fā)光圖像顯示鋯石亮度較亮，表示U、REE、Th 等元素含量較低;鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像存在具有寬環(huán)帶鋯石。Th/U 比值在0.24 至0.38 之間，平均Th/U比值為0.30，鋯石具有巖漿鋯石向變質(zhì)鋯石轉(zhuǎn)變Th/U 比值，存在殘余巖漿鋯石Th/U 比值特征，綜上所述，該巖石鋯石大致可歸屬為巖漿鋯石。

優(yōu)先選擇具有寬環(huán)帶的鋯石進(jìn)行測(cè)試，鋯石LA-ICP-MS U-Pb 測(cè)試結(jié)果(表2)表明，數(shù)據(jù)的諧和性較好，樣品石榴輝石巖鋯石U-Pb 年齡為149.0 ±3.1Ma(MSWD =0.093，95%置信度)，概率擬合系數(shù)為1.000。通過加權(quán)年齡分布圖可得，該樣品的加權(quán)平均年齡為146.7 ± 1.4Ma(0.93%)(MSWD=1.8，95%置信度)，在鋯石U-Pb 年齡誤差范圍內(nèi)(圖9)。

4.3 鋯石Hf 同位素

圖8 鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.8 Cathodoluminescence image of zircons

表2 鋯石LA-ICP-MS U-Pb 定年數(shù)據(jù)Table 2 LA-ICP-MS U-Pb data for zircons

圖9 鋯石LA-ICP-MS U-Pb 定年諧和圖與加權(quán)平均鋯石年齡計(jì)算Fig. 9 Zircon LA-ICP-MS U-Pb Concordia diagram and averaged age of the garnet pyroxenite

對(duì)石榴子石輝石巖鋯石進(jìn)行Hf 同位素分析，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，所測(cè)試的鋯石均具有較好的Hf 同位素?cái)?shù)據(jù)，176Hf/177Hf 的誤差值(2σ)均小于0.0003，所有鋯石的176Lu/177Hf 值均小于0.002，表明鋯石形成后放射性成因Hf累積少，能夠很好的反映鋯石形成時(shí)巖漿Hf 同位素組成特征(吳福元等，2007)，該巖石初始176Hf/177Hf 比值在0.283049至0.283396 之間，平均值為0.283194，表明所測(cè)鋯石中Hf同位素分布均一，指示巖漿來源單一(表3)。εHf(t)值在+12.5至+24.8之間，平均值為+17.7，其εHf(t)值絕大多數(shù)落入虧損地幔線以上，極少數(shù)落入虧損地幔線以下，且均為正值，說明該巖漿主要源于虧損地幔，沒有發(fā)生巖漿混染(圖10)。計(jì)算得出單階段模式年齡tDM平均值為0.15Ga，二階段模式年齡tDM2平均值為0.17Ga，該計(jì)算結(jié)果與該巖石的鋯石U-Pb 年齡149.0 ±3.1Ma 相近，說明鋯石直接源于幔源巖石中，該巖石巖漿來源于地幔。

圖10 Age-εHf(t)圖解A-虧損地幔;B-球粒隕石Fig.10 Age-εHf(t)diagramA-depleted mantle;B-chondrite

5 討論

5.1 巖石成因

通過全巖地球化學(xué)分析，白朗石榴子石輝石巖的平均SiO2含量為43.21%，具高Al 貧K、Na 特征，巖石固結(jié)指數(shù)(SI)平均值為45.96，分異指數(shù)(DI)平均值為11.13，說明巖漿分異度低，與原生玄武巖漿固結(jié)指數(shù)一致。該巖石的理論濕粘度為1.28，理論液相線平均溫度為1309.5℃，與上地幔巖漿物理?xiàng)l件一致。該巖石虧損Sr 富集Rb 且高場(chǎng)強(qiáng)元素和稀土元素含量變化穩(wěn)定，說明巖石形成過程中已脫離大洋環(huán)境，且此時(shí)物理化學(xué)環(huán)境為高溫?zé)o流體無水的穩(wěn)定地球化學(xué)系統(tǒng)。通過Hf 同位素分析，該巖石初始176Hf/177Hf 比值范圍為0.283049 至0.283396，平均值為0.283194，比值變化范圍較小，說明Hf 同位素分布均勻，表明巖漿來源單一;εHf(t)平均值為+17.7，且Hf 同位素模式年齡與鋯石年齡相近，說明該巖石巖漿來源于地幔。綜上所述，白朗石榴子石輝石巖是鈣堿性超基性巖，且成巖環(huán)境為高溫?zé)o洋水的穩(wěn)定地球化學(xué)系統(tǒng)，處在脫離大洋的俯沖環(huán)境，位于上地幔附近。

圖11 白朗石榴輝石巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解(a)FeOT/MgO-TiO2 圖，A-島弧拉斑玄武巖環(huán)境，B-大洋島弧玄武巖環(huán)境，C-大洋中脊玄武巖環(huán)境;(b)Hf/3-Th-Ta 圖，A-正常大洋中脊玄武巖環(huán)境，B-虧損大洋中脊玄武巖與板內(nèi)拉斑玄武巖環(huán)境，C-板內(nèi)玄武巖環(huán)境;(c)FeOT-MgO-Al2O3 圖，A-大洋中脊或洋底環(huán)境，B-洋島環(huán)境，C-大陸環(huán)境，D-擴(kuò)張性中央島弧環(huán)境，E-造山帶環(huán)境Fig.11 Tectonic discrimination diagrams of Bailang garnet pyroxenite(a)FeOT/MgO-TiO2 diagram，A-island arc tholeiitic setting，Boceanic island basaltic setting，C-mid-oceanic ridge basalt;(b)Hf/3-Th-Ta diagram，A-normal mid-oceanic ridge basalt，B-depleted mid-oceanic ridge basalt and within-plate tholeiitic setting，C-withinplate basaltic setting;(c)FeOT-MgO-Al2O3 diagram，A-midoceanic ridge or oceanic floor setting，B-oceanic island setting，Ccontinental setting，D-divergent central island arc environment，Eorogenic belt setting

5.2 構(gòu)造意義

西藏日喀則地區(qū)白朗石榴輝石巖位于雅江縫合帶白朗蛇綠巖中，地處印度板塊和歐亞板塊碰撞縫合帶上，所以該巖石構(gòu)造意義不言而喻。TiO2-FeOT/MgO 構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖11a)顯示該巖石形成于大洋中脊玄武巖(MORB)構(gòu)造環(huán)境;Hf/3-Th-Ta 構(gòu)造判別三角圖解(圖11b)指示該巖石形成于正常大洋中脊玄武巖(N-MORB)構(gòu)造環(huán)境;FeOT-MgOAl2O3構(gòu)造環(huán)境三角圖解(圖11c)也指示該巖石形成于大洋中脊環(huán)境。結(jié)合前文所述，該巖石形成的物理化學(xué)環(huán)境為高溫?zé)o水環(huán)境，且位于上地幔，無水無流體加入，沒有發(fā)生巖漿混染，成巖物理化學(xué)條件穩(wěn)定;說明此時(shí)新特提斯洋中脊已經(jīng)俯沖至上地幔附近，且上伏洋殼已經(jīng)在俯沖過程中剝?nèi)ィ笾屑箮r漿在上升侵位過程中受到俯沖作用影響。

西藏日喀則地區(qū)白朗蛇綠巖中石榴輝石巖來自于虧損地幔的N-MORB 巖漿，雖源于洋脊，但其大地構(gòu)造位置決定了該巖石的形成與俯沖蛇綠巖有關(guān)，在微量元素地球化學(xué)方面，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Th 等，是與俯沖消減作用有關(guān)的火成巖共同特點(diǎn)，所以若要提供相對(duì)封閉的系統(tǒng)，且該系統(tǒng)應(yīng)具有高溫?zé)o水無流體的物理化學(xué)環(huán)境，則將該巖石形成的位置限定在上地幔是合理的，且該巖石又間接標(biāo)志著洋脊，根據(jù)前人研究資料，雖然此時(shí)洋脊已經(jīng)俯沖消亡，但此時(shí)印度板塊和歐亞板塊并未發(fā)生陸陸碰撞。在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)部分輝石已蝕變成為角閃石，并伴隨有石榴子石、輝石溶蝕現(xiàn)象，表示由于后期該巖石折返，使得相對(duì)穩(wěn)定的物理化學(xué)系統(tǒng)打破，并伴隨流體和水的加入，導(dǎo)致該巖石中輝石發(fā)生蝕變和溶蝕現(xiàn)象，但仍可從角閃石的礦物特征中發(fā)現(xiàn)輝石假象。綜上所述，該巖石的形成位置確定于上地幔，早期成巖過程中物理化學(xué)條件穩(wěn)定，無流體無水，無巖漿混染，且具高溫高壓;晚期折返過程中，由于流體和水的加入，使得輝石退變質(zhì)成角閃石，伴隨流體揮發(fā)分混入，致使礦物發(fā)生溶蝕。從大地構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)角度分析，至少在149Ma 洋脊已俯沖消減，但印度板塊和歐亞板塊此時(shí)并未發(fā)生陸陸碰撞;結(jié)合前人研究，雅魯藏布江蛇綠巖年齡約為130 ～120Ma(Xu et al. ，2015)，按照年代學(xué)和構(gòu)造動(dòng)力學(xué)的角度分析，白朗石榴輝石巖形成后隨蛇綠巖折返出露地表是完全合理的。

6 結(jié)論

(1)西藏日喀則地區(qū)白朗石榴輝石巖屬鈣堿性超基性巖，因后期折返出露地表，并伴隨含水流體的加入，致使部分輝石蝕變成角閃石;該巖石形成于高溫?zé)o流體無水的穩(wěn)定物理化學(xué)環(huán)境中，略虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Th、Ta、Nb 等，稀土元素配分曲線與MORB 稀土元素配分曲線相似，指示該巖石源于上地幔，巖漿來源于MORB。

(2)該巖石的鋯石LA-ICP-MS U-Pb 年齡為149.0 ±3.1Ma(MSWD=0.093，95%置信度)，且鋯石Hf 同位素的初始初始176Hf/177Hf 比值分布均一，εHf(t)平均值為+17.7，且所有數(shù)據(jù)均為正值，說明該巖石的原始巖漿來源于地幔，與地球化學(xué)分析結(jié)果一致。

(3)該巖石的成巖過程與印度板塊和歐亞板塊俯沖過程相關(guān)，其原始巖漿源于N-MORB 巖漿，且成巖位置確定在上地幔附近，標(biāo)志著新特提斯洋脊已俯沖消亡，但印度板塊和歐亞板塊此時(shí)并沒有發(fā)生陸陸碰撞，該巖石后期隨蛇綠巖一同折返出露地表說明了在149Ma 后印度板塊和歐亞板塊仍在相向運(yùn)動(dòng)。

致謝 李化啟博士、劉飛博士在本文編寫過程中提供了幫助;曹匯研究員對(duì)本文進(jìn)行了耐心的審閱和改批;審稿專家對(duì)本文提出了寶貴的意見與建議;在此一并表示感謝。

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