西藏八宿吉利地區(qū)新發(fā)現(xiàn)寒武紀(jì)變質(zhì)花崗巖鋯石U-Pb年齡、地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

康朝龍,代克剛,李海波,2,梁 成,陳曉深,扎 西,王天澤,李 靜

(1.西藏地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊,西藏 拉薩 850000;2.陜西區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究院,陜西 咸陽 712000;3.山東第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 臨沂 276000)

引言

西南三江地區(qū)地處青藏高原東南緣特提斯喜馬拉雅構(gòu)造域東部,是岡瓦納大陸與歐亞大陸的結(jié)合地帶、特提斯造山帶與環(huán)太平洋造山帶的匯合部[1-2]。早期學(xué)者根據(jù)該地區(qū)的沉積記錄和巖漿活動,認(rèn)為其為怒江侵入巖帶中生代侏羅紀(jì)時期的中酸性花崗巖[3]。近年來地質(zhì)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),該帶及鄰區(qū)存在早古生代巖漿活動記錄,如八宿縣同卡地區(qū)507Ma±10Ma的花崗片麻巖[4]、八宿縣同卡鄉(xiāng)北卡窮巖群中549Ma±18Ma的片麻狀二長花崗巖[5],表明班公湖-怒江結(jié)合帶在該地區(qū)也存在早古生代巖漿活動記錄。

本文對吉利地區(qū)寒武紀(jì)變質(zhì)花崗巖的巖石地球化學(xué)特征等進(jìn)行了初步研究,利用鋯石U-Pb測年方法進(jìn)行了定年,探討其侵位時代、物質(zhì)來源及大地構(gòu)造環(huán)境,為青藏高原-原特提斯大洋形成、演化提供了重要地質(zhì)信息。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

吉利地區(qū)寒武紀(jì)變質(zhì)花崗巖地處藏東“三江”地區(qū),位于印度板塊、藏滇板塊和華南板塊的結(jié)合部位,處于板塊的多次開、拼合形成的復(fù)雜拼合地帶,是著名的特提斯構(gòu)造域的重要組成部分,東側(cè)為怒江蛇綠混雜巖帶、嘉玉橋增生弧(圖1a)[6-9]。研究區(qū)歷經(jīng)陸殼基底形成階段、原特提斯演化階段、新特提斯俯沖閉合階段、陸內(nèi)造山階段等漫長而復(fù)雜的大地構(gòu)造演化過程。曲扎湖-提卡寒武紀(jì)巖漿弧形成于原特提斯演化階段,屬火山弧構(gòu)造環(huán)境。這一時期泛大陸(超級大陸)解體,特提斯洋萌生,卡窮巖群從岡瓦納大陸群北邊緣裂離出來[10],導(dǎo)致巖漿順位上侵,形成曲扎湖-提卡巖漿弧。研究區(qū)內(nèi)地層總體呈北西向-北北西向展布,與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致。

研究區(qū)出露地層有古—中元古代卡窮巖群(Pt1-2K.);早石炭世錯絨溝口巖組(C1c.)、邦達(dá)巖組(C1b.);晚三疊世波里拉組(T3b)、阿堵拉組(T3a);古近紀(jì)貢覺組(Eg)以及第四紀(jì)地層(Q)(圖1b)。寒武紀(jì)侵入巖位于班公湖-怒江結(jié)合帶的怒江侵入巖帶中,主要出露于研究區(qū)西部及北部(圖1b),與卡窮巖群(Pt1-2K.)呈侵入接觸,與邦達(dá)巖組(C1b.)、錯絨溝口巖(C1c.)組呈斷層接觸。主要巖石類型有淺肉紅色中細(xì)?；◢弾r、肉紅色中細(xì)粒二長花崗巖、淺肉紅色弱片理化細(xì)粒二長花崗巖、淺肉紅色中細(xì)粒黑云母斜長花崗巖和淺肉紅色中細(xì)?；◢忛W長巖。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖(a)和吉利地區(qū)寒武紀(jì)變質(zhì)花崗巖巖體地質(zhì)圖(b)Fig.1 Tectonic setting(a)and geological map(b)of the Cambrian metamorphic granites in the Jili area,Baxoi,Xizang

2 樣品采集及測試

2.1 巖體地質(zhì)特征

寒武紀(jì)侵入巖主要出露于研究區(qū)西北部,由6個巖體組成。其中,北面4個巖體出露面積較大,面積約為21.95 km2,同卡窮巖群呈侵入接觸,與早石炭世邦達(dá)巖組呈斷層接觸(圖3);南面兩個巖體呈橢球狀,出露規(guī)模較小,面積約0.5 km2。主要巖石類型有淺肉紅色弱片麻狀中細(xì)?；◢弾r、肉紅色中細(xì)粒變質(zhì)二長花崗巖、淺肉紅色中細(xì)粒蝕變花崗閃長巖。巖石野外地質(zhì)特征及鏡下特征見圖2。

圖2 變質(zhì)二長花崗巖手標(biāo)本(a)、鏡下特征(b)和變質(zhì)花崗閃長巖手標(biāo)本(c)、鏡下特征(d)Fig.2 Hand specimens of metamorphic monzogranites(a)and metamorphic granodiorites(c)and photomicrographs of metamorphic monzogranites(b)and metamorphic granodiorites(d)in the Jili area

2.1.1 肉紅色中細(xì)粒變質(zhì)二長花崗巖

巖石風(fēng)化面呈灰黃色,新鮮面呈肉紅色,中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu),弱片麻狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造。巖石由細(xì)粒斜長石、石英、鉀長石和少數(shù)黑云母組成,礦物均勻分布,顯花崗結(jié)構(gòu)。斜長石含量約40%,呈半自形板粒狀,粒徑0.74~2.6mm,顯聚片雙晶,內(nèi)部普遍泥化、絹云母化強烈。鉀長石含量約25%,粒徑1~3.8mm,半自形粒狀,可見卡氏雙晶,條紋構(gòu)造發(fā)育,高嶺土化中度,均勻分布。長石間分布30%石英,粒徑0.6~2.4mm,它形粒狀,部分常富集成條帶狀,分布不均勻。黑云母(5%)呈褐-黃色,局部蝕變?yōu)榫G泥石,片徑約為(0.1~2)×0.9mm,呈片狀,斷續(xù)定向分布。微量粒狀磁鐵礦零星分布,粒徑為0.32~0.06mm。微量粒狀褐簾石、鋯石、磷灰石,粒徑為0.4~0.02mm。偶見鋯石、褐鐵礦,粒狀粒徑為0.17mm。

2.1.2 灰白-淺肉紅色變質(zhì)花崗閃長巖

巖石呈灰白-淺肉紅色,中細(xì)粒-中粗粒花崗結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。由斜長石(58%)、石英(25%)、鉀長石(15%)等組成,輕度變質(zhì)重結(jié)晶。礦物平行定向,多數(shù)重結(jié)晶為中細(xì)粒-中粗粒變晶集合體,粒徑為0.15~0.7mm。部分長石還殘留不完整的原粒徑輪廓,較粗,粒徑為1~2.8mm。長石以斜長石為主,普遍泥化、綠簾石化蝕變強烈。少數(shù)鉀長石,雙晶不發(fā)育,黑云母含量約2%,已綠泥石化蝕變,稀疏平行分布,片徑為0.8~0.1mm。微量磁鐵礦呈粒狀、浸染狀分布,粒徑為0.27~0.06mm。

2.2 分析方法

用于研究的3件樣品均采集于吉利地區(qū)曲扎湖-提卡巖漿弧內(nèi),采樣位置見圖1b。巖性分別為片理化二長花崗巖、變質(zhì)花崗閃長巖,采集的巖石風(fēng)化程度弱。用于主量元素和微量元素測定的樣品,新鮮無污染并粉碎至200目以下。常量、微量、稀土元素分析測試在山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院實驗測試中心完成。常量元素分析采用Axios熒光光譜儀測定,分析誤差小于3%。微量、稀土元素采用Thermo iCAP Q電感耦合等離子體質(zhì)譜儀完成,分析精度優(yōu)于5%。

圖3 吉利地區(qū)變質(zhì)花崗巖巖體與卡窮巖群(Pt1-2K.)呈斷層接觸關(guān)系Fig.3 Fault contact between the metamorphic granites and the Kaqiong Group Complex(Pt1-2 K.)in the Jili area

微量元素含量、鋯石U-Pb同位素定年和顯微照相在西安兆年礦物測試技術(shù)有限公司兆年測試LA-ICP-MS實驗室完成。原巖樣品經(jīng)人工粉碎,淘選后去除輕礦物部分,將得到的重砂部分經(jīng)電磁選后得到含有少量雜質(zhì)的鋯石樣品,最后在雙目鏡下挑選出鋯石晶體。選擇晶形較好、無裂隙的鋯石顆粒黏貼在環(huán)氧樹脂表面制成鋯石樣品靶。對鋯石進(jìn)行反射光、透射光和陰極發(fā)光(CL)圖像分析,選擇代表性的鋯石顆粒和區(qū)域進(jìn)行U-Pb測年。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度,二者在進(jìn)入ICP[11-12]之前通過一個T型接頭混合。每個時間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約10s的空白信號和40s的樣品信號。對分析數(shù)據(jù)的離線處理采用軟件Glitter 4.4完成。U-Pb同位素定年中采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正。對于與分析時間有關(guān)的U-Th-Pb同位素比值漂移,利用91500的變化采用線性內(nèi)插的方式進(jìn)行了校正。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均計算均采用Isoplot/Ex_ver3[13]完成。采用年齡為206Pb/238U年齡的加權(quán)平均值。

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

本次選擇8件代表性樣品,其中6件變質(zhì)二長花崗巖,2件變質(zhì)花崗閃長巖。其主量元素和微量元素分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)列于表1。在Middlemost(1994)提出的花崗巖TAS圖解[14]中,樣品均落入花崗巖、花崗閃長巖區(qū)域(圖4),與室內(nèi)鑒定結(jié)果基本一致。

變質(zhì)二長花崗巖SiO2含量介于69.87~79.89%之間,為中酸性侵入巖;Al2O3含量變化于12.36~14.82%,鋁飽和指數(shù)A/CNK整體變化不大,介于1.47~1.87間,為過鋁質(zhì)花崗巖;Na2O含量為2.54~7.16%,K2O含量為0.15~5.95%,K2O/Na2O=0.02~2.34,里特曼指數(shù)σ=1.16~2.34<3.3;說明巖石具鈣堿性系列巖石特征。

圖4 吉利地區(qū)中酸性侵入巖(Na2 O+K2 O)-SiO2圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[14])Ir-Irvine分界線,上方為堿性,下方為亞堿性。【深成巖】:1.橄欖輝長巖;2a.堿性輝長巖;2b.亞堿性輝長巖;3.輝長閃長巖;4.閃長巖;5.花崗閃長巖;6.花崗巖;7.硅英巖;8.二長輝長巖;9.二長閃長巖;10.二長巖;11.石英二長巖;12.正長巖;13.副長石輝長巖;14.副長石二長閃長巖;15.副長石二長正長巖;16.副長正長巖;17.副長深成巖;18.霓方鈉巖/磷霞巖/粗白榴巖Fig.4 (Na2 O+K2 O)vs.SiO2 diagram of the intermediate to acidic intrusive rocks in the Jili area(after Middlemost et al.,1994)

圖5 吉利地區(qū)變質(zhì)花崗巖巖體SiO2-AR圖解(a)和A/NK-A/CNK圖解(b)(SiO2-AR,A/NK-A/CNK底圖據(jù)文獻(xiàn)[15])Fig.5 SiO2 vs.AR diagram(a)and A/NK vs.A/CNK diagram(b)of the metamorphic granites in the Jili area(after Maniar et al.,1989)

3.2 稀土和微量元素特征

變質(zhì)花崗閃長巖SiO2含量介于66.63%~70.15%之間,為中酸性侵入巖。Al2O3含量變化于14.66%~15.41%,鋁飽和指數(shù)A/CNK介于1.70~2.26間,為過鋁質(zhì)花崗巖;Na2O含量為3.60%~5.63%,K2O含量為0.77%~2.78%,K2O/Na2O=0.14~0.77,里特曼指數(shù)σ=1.50~1.73(<3.3),表明研究區(qū)變質(zhì)二長花崗巖同樣具鈣堿性系列巖石特征。

SiO2-AR圖解[15]上,4件樣品落入鈣堿性系列區(qū)域內(nèi),另外4件樣品落入堿性系列區(qū)域(圖5a)。A/NK-A/NCK圖解[15]中,8件樣品落在過鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)(圖5b)。

寒武紀(jì)中酸性侵入巖的稀土元素含量、微量元素含量見表1,通過數(shù)據(jù)和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖(圖6a)可見,稀土元素總量總體變化較大,∑REE=(55.80~298.09)×10-6,LREE=(45.80~277.80)×10-6,HREE=(10.00~22.16)×10-6,δEu=0.26~1.03,總體上顯示為較強負(fù)異常[16],顯示了斜長石在分餾結(jié)晶作用中從長英質(zhì)巖石中分離出來或者在部分熔融作用中殘留在源區(qū)。僅1件樣品LaN/YbN大于10,其余樣品LaN/YbN<10,具有較明顯右傾。輕稀土元素相對重稀土元素富集,輕稀土分餾較強,重稀土分餾較差。研究表明,吉利花崗巖巖體稀土元素配分曲線具有與典型島弧環(huán)境下的鈣堿性中酸性火成巖相似的特征。

從微量元素豐度(表1)來看,吉利地區(qū)寒武紀(jì)花崗巖巖體的大離子親石元素如Sr和Ba等含量較低,與大陸邊緣火成巖微量特征具有明顯不同。與島弧火成巖相比[17],兩者在Sr、Ba、Nb、Y、Ni、Cr、Th、U等元素含量上相近。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖6b),巖體富集Rb、K、Th、U、La、Ce、Nd、Zr、Hf和Sm等元素,虧損Ba、Nb、Sr、Ce、Sr、P、Ti等,說明可能發(fā)生過殼?；烊咀饔?與義敦島弧稻城微量元素蛛網(wǎng)圖相比[18],兩者在許多方面相近,表明其形成于島弧環(huán)境相關(guān)的構(gòu)造環(huán)境。

4 討論

4.1 巖石形成時代

本次工作用于U-Pb年齡測試的樣品采集位置見圖1,樣品分析數(shù)據(jù)見表2。本次工作在寒武紀(jì)中酸性侵入巖中采集了多組年齡樣品,進(jìn)行粉碎并挑選出用于測年的鋯石,并選擇具有代表性的鋯石進(jìn)行LA-ICP-MS測年分析,樣品年齡集中在494.7±3.4Ma~503.7±4.7 Ma,其時代為寒武紀(jì),應(yīng)為加里東期巖漿活動產(chǎn)物。

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圖6 吉利地區(qū)變質(zhì)花崗巖巖體稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)(球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)文獻(xiàn)[19])Fig.6 Chondrite-normalized REE distribution patterns(a)and primitive mantle-normalized spidergram(b)of the metamorphic granites in the Jili area(after Sun and McDonough,1989)

圖7 變質(zhì)二長花崗巖(PM14U-Pb2-2)鋯石陰極發(fā)光圖像(a)和鋯石U-Pb年齡諧和圖(b)Fig.7 CL images of the zircons(a)and concordia diagram of the zircon U-Pb age data(b)for the metamorphic monzogranites(the sample PM14U-Pb2-2)in the Jili area

變質(zhì)花崗閃長巖年齡樣品(PM14U-Pb10-1)陰極發(fā)光圖像(圖8a)中可見,鋯石顆粒普遍為自形晶,包裹體及裂隙較少,鋯石大小不均勻,長軸介于100~200μm之間。本次選擇具有代表性的鋯石進(jìn)行了LA-ICP-MS測年分析,獲得有效測點30個(表2)。其238U/206Pb年齡的加權(quán)平均值為約494.7±3.4Ma(圖8b),被解釋為該樣品的巖漿結(jié)晶年齡。其中片理化變質(zhì)二長花崗巖年齡樣品(PM14U-Pb2-2)陰極發(fā)光圖像(圖7a)中可見,鋯石顆粒普遍為自形晶,包裹體及裂隙較少,鋯石大小不均勻,長軸介于100~200μm之間。本次選擇具有代表性的鋯石進(jìn)行了LA-ICP-MS測年分析,獲得有效測點30個(表2)。其206Pb/238U年齡的加權(quán)平均值為503.7±4.7Ma(圖7b),為該樣品的巖漿結(jié)晶年齡。

圖8 變質(zhì)花崗閃長巖(PM14U-Pb10-1)鋯石陰極發(fā)光圖像(a)和鋯石U-Pb年齡諧和圖(b)Fig.8 CL images of the zircons(a)and concordia diagram of the zircon U-Pb age data(b)for the metamorphic granodiorites(the sample PM14U-Pb10-1)in the Jili area

4.2 成因類型及構(gòu)造環(huán)境探討

研究認(rèn)為Al2O3可以作為中酸性巖體壓力大小的標(biāo)志之一。當(dāng)熔體中的Al2O3含量低于15%時,其成巖壓力小于1600kPa,源區(qū)殘留相以角閃石、斜長石和斜方輝石為主;當(dāng)熔體中的Al2O3含量高于15%時,其成巖壓力大于1600kPa,源區(qū)殘留相以單斜輝石、角閃石、斜長石和石榴子石為主[20-21]。研究區(qū)寒武紀(jì)花崗巖Al2O3含量為12.36%~15.46%,7個樣品均低于15%,1個樣品高于15%,總體指示源區(qū)殘留相可能以角閃石、斜長石和斜方輝石為主。

根據(jù)寒武紀(jì)中酸性侵入巖巖石學(xué)特征以及巖石、地球化學(xué)特征,巖石內(nèi)SiO2含量變化于66.63%~79.89%,平均含量為71.92%,為中酸性巖;里特曼指數(shù)σ=1.16~2.34(<3.3),顯示為鈣堿性系列巖石特征。在其K2O-Na2O圖解[22](圖9a)中,6件樣品落入I-型區(qū)域內(nèi),2件樣品落入A-型區(qū)域內(nèi);在其Ce-SiO2圖解[23](圖9b)中,8件樣品全部落入I-型區(qū)域內(nèi)?？梢?寒武紀(jì)中酸性侵入巖應(yīng)為I-型花崗巖。地殼的La/Nb值2.2,明顯高于原始地幔值0.98~1,常用于判斷地幔物質(zhì)是否受到陸殼的混染[24],因此可以作為陸殼混染和陸殼物質(zhì)在地幔循環(huán)的標(biāo)志。文中寒武紀(jì)花崗巖巖體的La/Nb均值為1.56,證明了陸殼、地幔物質(zhì)參與了巖漿的形成。綜上,說明了該巖體為殼源巖漿與幔源巖漿混合作用的產(chǎn)物。

Pearce等[25]提出Rb-(Y+Nb)和Rb-(Yb+Ta)圖解用于區(qū)分同碰撞花崗巖、板內(nèi)花崗巖、火山弧花崗巖、洋中脊花崗巖等構(gòu)造環(huán)境。在寒武紀(jì)中酸性侵入巖構(gòu)造環(huán)境Rb-(Y+Nb)判別圖解(圖10a)中,8個樣品均落入火山弧花崗巖區(qū)域中;在其構(gòu)造環(huán)境Rb-(Yb+Ta)判別圖解(圖10b)中,8個樣品均落入火山弧花崗巖區(qū)域中,但是部分樣品與板內(nèi)花崗巖區(qū)域有重疊,指示寒武紀(jì)變質(zhì)花崗巖大地構(gòu)造環(huán)境為大陸邊緣島弧環(huán)境。

與岡瓦納大陸的聶拉木群、拉軌崗日群相比,卡窮巖群同屬于岡瓦納大陸北緣裂離出的微陸塊,這已是被廣泛認(rèn)可的事實。本次研究在吉利地區(qū)獲得變質(zhì)花崗巖U-Pb鋯石同位素年齡為494.7±3.4Ma~503.7±4.7 Ma,與鄰區(qū)同卡獲得的同位素年齡相一致,晚于卡窮巖群形成時間(1082±18Ma),通過對比同卡巖體巖石特征,其應(yīng)同樣視為構(gòu)造-巖漿事件的古侵入體。

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圖9 吉利地區(qū)變質(zhì)花崗巖巖體K2 O-Na2 O圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[22])(a)和Ce-SiO2圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[23])(b)Fig.9 K2O vs.Na2O diagram(a)(after Rollinson et al.,1995)and Ce vs.SiO2 diagram(b)(after Collins et al.,1982)of the metamorphic granites in the Jili area

圖10 吉利地區(qū)變質(zhì)花崗巖巖體Rb-(Y+Nb)判別圖解(a)和Rb-(Yb+Ta)判別圖解(b)(底圖據(jù)文獻(xiàn)[25])Fig.10 Rb vs.(Y+Nb)diagram(a)and Rb vs.(Yb+Ta)diagram(b)for the tectonic interpretation of the metamorphic granites in the Jili area(after Pearce,1996)

5 結(jié)論

(1)西藏吉利地區(qū)曲扎湖-提卡巖漿弧屬過鋁質(zhì)鈣堿性花崗巖巖石系列。巖體富集Th、U、La、Ce、Nd等,虧損K、Ba、Nb、Sr、P、Ti等,而Sr與Ba的虧損反映了分異的分離結(jié)晶作用存在。

(2)巖體內(nèi)鋯石CL圖像顯示其為巖漿成因,LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年值為494.7±3.4Ma-503.7±4.7 Ma,表明其巖石成巖年齡為寒武紀(jì),從側(cè)面印證了研究區(qū)內(nèi)存在泛非時期結(jié)晶基底。

(3)吉利地區(qū)寒武紀(jì)中酸性侵入巖巖體為殼源巖漿與幔源巖漿混合作用的產(chǎn)物,其形成于大陸邊緣巖漿弧環(huán)境。根據(jù)其巖漿巖侵位時代及區(qū)域構(gòu)造背景,認(rèn)為吉利地區(qū)變質(zhì)花崗巖形成于岡瓦納大陸裂離卡窮微陸塊階段,同時表明原特提斯洋形成最早時限可追溯至寒武紀(jì)。

致謝 論文的數(shù)據(jù)及成果來源于西藏吉利地區(qū)1∶5萬兩幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目,項目實施過程中得到了成都地質(zhì)調(diào)查中心王保弟老師、三江帶王立全首席、西藏地勘局曾慶高總工的指導(dǎo)與幫助,以及項目組成員的傾力相助;論文修改過程中,審稿專家給予了寶貴的意見,在此一并表示感謝!