西藏改則比薩輝長(zhǎng)巖地球化學(xué)特征及SHIRMP鋯石U-Pb年齡地質(zhì)意義

楊修明

(福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福州，350013)

改則比薩輝長(zhǎng)巖位于藏北高原中部，大地構(gòu)造隸屬于羌塘—三江復(fù)合板片、班公湖—怒江結(jié)合帶西段，帶內(nèi)斷續(xù)出露大量的輝長(zhǎng)巖。近年來，隨著對(duì)班怒帶研究的不斷深入，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)班怒帶內(nèi)的蛇綠巖進(jìn)行大量的研究，并取得了不少成果。筆者通過在改則地區(qū)開展1∶5萬區(qū)調(diào)工作中對(duì)新發(fā)現(xiàn)的蛇綠混雜巖重要組成部分的輝長(zhǎng)巖進(jìn)行SHIRMP鋯石定年及地球化學(xué)分析，探討該巖體的大地構(gòu)造背景、成巖環(huán)境及形成時(shí)代，為進(jìn)一步研究班怒帶西段的地質(zhì)發(fā)展演化提供新的資料。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)地處班怒帶西段洞錯(cuò)北部洞錯(cuò)蛇綠巖帶北緣比薩一帶，該帶呈北西西走向。洞錯(cuò)蛇綠巖是一套超鎂鐵質(zhì)、鎂鐵質(zhì)巖石組合，由橄欖巖、輝長(zhǎng)巖、席狀基性巖墻、基性熔巖和海相沉積物組成。該帶東北側(cè)出露早-中侏羅世色哇組、中-晚古近紀(jì)那丁錯(cuò)組及第四系；西南側(cè)主要出露晚侏羅-早白堊世沙木羅組、木嘎崗日巖群及第四系。侵入巖呈小面積巖枝狀產(chǎn)出，比薩輝長(zhǎng)巖呈近橢圓狀侵位于色哇組中，出露面積5.98 km2(圖1)。

圖1 西藏改則比薩地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological diagram in Pizza area of Gaize county, Xizang Autonomous region1—第四系；2—那丁錯(cuò)組；3—沙木羅組；4—色哇組；5—晚白堊世花崗巖；6—早白堊世輝長(zhǎng)巖；7—仲崗洋島；8—洞錯(cuò)蛇綠巖；9—木嘎崗日巖組；10—枕狀玄武巖；11—粗安巖；12—玄武巖；13—輝石橄欖巖；14—輝長(zhǎng)巖；15—輝綠巖；16—花崗巖；17—硅質(zhì)巖；18—巖墻；19—堆晶巖；20—石灰?guī)r；21—地質(zhì)界線；22—巖相界線；23—逆斷層；24—硅酸鹽取樣點(diǎn)；25—年齡樣取樣點(diǎn)

2 巖石學(xué)、地球化學(xué)特征

2.1 巖石學(xué)特征

比薩巖體巖性為輝長(zhǎng)巖，呈灰白-淺灰色，輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由斜長(zhǎng)石、輝石組成。斜長(zhǎng)石含量為50%～55%，呈自形-半自形板狀，粒徑為0.2～3 mm，環(huán)帶構(gòu)造發(fā)育，輕微黝簾石化、綠簾石化。輝石含量40%～45%，主要為單斜輝石，呈自形-半自形短柱狀，粒徑0.2～2 mm，可見雙晶及環(huán)帶，具綠簾石化、陽(yáng)起石化。巖石中副礦物種類較多，總量較高。普遍含多種稀有稀土礦物、硫化礦物和其他礦物，以鋯石、磷灰石、磁鐵礦含量較高為特征，屬磁鐵礦-磷灰石-鋯石型組合。金屬硫化物為少量黃鐵礦、方鉛礦和輝鉬礦等。其中副礦物鋯石呈黃色，玻璃光澤、金剛光澤，透明，大部分包裹體為黑色微晶包體和氣液包體，個(gè)別可見鋯石包核，晶體粒徑為0.05～0.15 mm，延長(zhǎng)系數(shù)1.5～2.5為主，少量達(dá)到4，晶體主要以(110)(111)和(100)(111)組成聚形。

2.2 地球化學(xué)特征

2.2.1 主量元素

此次研究在比薩輝長(zhǎng)巖中共采集5件輝長(zhǎng)巖樣品進(jìn)行全巖地球化學(xué)分析，采集樣品均為新鮮巖石，分析測(cè)試在福建省地質(zhì)測(cè)試中心完成。

根據(jù)輝長(zhǎng)巖主、微量元素分析結(jié)果及特征參數(shù)(表1)，輝長(zhǎng)巖中SiO2含量平均為50.68%。TiO2含量平均為1.20%。Al2O3含量平均為17.27%。MgO含量平均4.95%；Na2O含量平均為2.63%。K2O含量平均為1.46%。CaO含量平均為8.55%。A/CNK比值為0.73～0.92，巖石系列SiO2-AR堿度率圖解中樣品點(diǎn)落在鈣堿性區(qū)內(nèi)，在Ol′-Ne′-Q′圖解上落入亞堿性區(qū)(圖2)，在An - Ab′-Or圖解上，樣品投入鉀質(zhì)區(qū)(圖3)。上述特征表明比薩巖體屬鈣堿性巖系列的亞堿性鉀質(zhì)巖。

表1 比薩輝長(zhǎng)巖主、微量元素分析數(shù)據(jù)及特征參數(shù)(主量元素：%；微量元素：10-6)

Table 1 Analysis data and characteristic parameters of main and trace elements of Pizza gabbro of Pizza gabbro (main elements : % ,trace elements: 10-6)

樣品號(hào)主量元素SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5TW-5023-1①53.971.1117.190.557.720.223.936.393.171.730.20BS-YQ152.981.2316.802.826.510.1814.417.632.551.840.26 BS-YQ252.401.2516.862.886.630.1854.547.952.581.740.27 BS-YQ347.441.2717.773.557.150.2225.669.982.710.980.23 BS-YQ4②46.651.1517.763.327.570.2286.1910.812.151.000.22樣品號(hào)主量元素CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物燒失量總量QAnAbOrDiHyApZrDITW-5023-12.5599.645.0628.6427.8710.062.6421.620.490.0343.55BS-YQ12.45100.16.9729.7722.1811.186.2816.370.620.0340.33BS-YQ22.38100.25.9130.0822.4210.567.2916.340.640.0238.89BS-YQ32.73100.6-34.4623.645.9712.488.760.550.0129.61BS-YQ42.59100.3-36.9218.746.0913.959.420.530.0124.83樣品號(hào)巖石化學(xué)參數(shù)微量元素 APA/CNKSIARσA/MFC/MFVCrCoNiTW-5023-118.1648.970.9222.981.521.980.800.54204.5021.7022.117.40BS-YQ117.2445.890.8424.321.441.780.70.5820435.623.914.8 BS-YQ216.3946.670.8224.711.421.820.690.5921433.124.213.5 BS-YQ39.4654.610.7528.291.312.450.610.6330839.326.214.6 BS-YQ48.7453.010.7330.641.252.090.580.6432035.125.315.0樣品號(hào)微量元素LiBeRbZrNbHfTaCuPbZnAgWTW-5023-130.29062.1013114.74.591.8011.420.0109.30.060.69BS-YQ118.3053.313316.22.621.3245.812.187.20.080.81 BS-YQ219.8059.511914.42.521.1637.610.884.80.0930.59 BS-YQ323.9042.636.36.161.300.7011.49.1268.40.0680.35 BS-YQ416.3045.035.54.431.720.8020.611.972.50.0930.38

續(xù)表1

注：TW-5023-1[注]福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，西藏改則1∶5萬6幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查，2015。，BS-YQ1-4[注]福建省地質(zhì)調(diào)查研究院， 西藏改則舍拉瑪?shù)貐^(qū)銅金礦多金屬礦調(diào)查評(píng)價(jià)，2017。。

圖2 比薩輝長(zhǎng)巖Ol′-Ne′-Q′圖解(after Trvine,1971)Fig.2 Ol′-Ne′-Q′diagram of Pizza gabbro

圖3 比薩輝長(zhǎng)巖亞堿性巖An-Ab′-Or圖解(after J,B.Wright,1969)Fig.3 An-Ab′-Or diagram of Pizza gabbro subalkaline rock

2.2.2 微量和稀土元素

微量元素含量與維氏、梁彤地殼元素豐度值比較，微量元素V、Sr、Hf略富集，而Co、Ni、Nb、U貧化。微量元素蛛網(wǎng)圖(圖4-a)巖體各微量元素富集和虧損都不大，曲線峰谷相對(duì)不明顯；和OIB曲線相近，但Rb相對(duì)富集。大離子親石元素Sr、Rb、K富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti、P、Yb虧損，顯示俯沖消減帶上火山巖特征。

稀土總量(∑REE)為147.74×10-6～231.44×10-6，稀土總量較高。輕重稀土比值(LR/HR)為3.94～7.14，平均5.26，表現(xiàn)在測(cè)區(qū)侵入巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖(圖4-b)上為右傾曲線，輕稀土富集，重稀土分餾程度較高。(La/Yb)N為5.14～8.00，平均為6.33，表明輕、重稀土元素之間存在明顯分異。δEu值為0.75～1.28，平均為1.05，而δCe值為0.87～1.17，平均為0.95，反映鈰具微弱負(fù)異常，銪具微弱的正異常，表明斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶程度低。

圖4 比薩輝長(zhǎng)巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(a)及稀土元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖(b)Fig.4 Trace element primitive mantle standardized spider web map (a) and Rare earth element primitive mantle standardization map(b)of Pizza gabbro

3 SHIRMP鋯石U-Pb年齡測(cè)定

3.1 取樣巖石與測(cè)定

在研究區(qū)比薩輝長(zhǎng)巖體中采集一件同位素年齡樣(TW-D5023-1)，其制樣在河北廊坊區(qū)調(diào)隊(duì)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室完成，年齡測(cè)定在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院北京離子探針中心完成，共對(duì)18顆鋯石進(jìn)行測(cè)試，得出相應(yīng)的鋯石定年有效數(shù)據(jù)。

3.2 鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像

鋯石陰極熒光圖像表明(圖5)，比薩輝長(zhǎng)巖所挑選的鋯石晶型發(fā)育較好，晶體具環(huán)帶結(jié)構(gòu)，具有明亮的陰極發(fā)光，指示鋯石屬于巖漿鋯石。Th、U含量顯示，樣品Th為72×10-6～741×10-6，U 為131×10-6～583×10-6， U/Th比值均大于0.3，較穩(wěn)定，且Th、U之間多數(shù)具有正相關(guān)關(guān)系，顯示了巖漿鋯石特征。

3.3 測(cè)年結(jié)果

在比薩輝長(zhǎng)巖體中采集樣品共獲得18組有效鋯石定年數(shù)據(jù)分析計(jì)算得出，SHIRMP鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果和表面年齡值(表2)。該次研究主要采用圖解的方法處理相關(guān)數(shù)據(jù)及求得年齡值。因年齡值小于1 000 Ma，故采用鋯石206U/238Pb的表面年齡。將所測(cè)鋯石同位素年齡數(shù)據(jù)做年齡圖解(圖6)，比薩輝長(zhǎng)巖(TW-D5023-1)的鋯石年齡值為(120.56±0.74)Ma，該年齡可代表比薩輝長(zhǎng)巖的成巖年齡。

圖5 比薩輝長(zhǎng)巖(TW-D5023-1)鋯石陰極發(fā)光影相圖和靶區(qū)位置Fig.5 Zircon cathodoluminescence influence diagram and target position of Pizza gabbro

測(cè)點(diǎn)編號(hào)含量(10-6)UTh232Th/238U206Pb(10-6)同位素比值表面年齡(Ma)207Pb/235U±%206Pb/238U±%206Pb/238U±σ%D5023-12011860.963.330.100100.018 941.4120.951.64D5023-23143541.165.180.1159.90.019 071.3121.791.53D5023-31501420.982.410.131 96.20.018 711.5119.521.72D5023-4232720.323.880.105120.019 241.4122.841.67D5023-52392140.923.950.099 69.20.018 901.3120.691.56D5023-62962310.814.950.116 96.90.019 371.2123.691.50D5023-74767091.547.820.114 27.80.019 021.1121.441.37D5023-81941530.813.210.084310.018 771.8119.852.14D5023-92372391.043.970.093200.019 021.5121.481.81D5023-10131880.702.140.111140.018 701.6119.401.93D5023-111551380.922.610.089230.019 151.8122.262.14D5023-122292551.153.740.124100.018 931.4120.901.67D5023-135557411.388.940.094120.018 481.2118.051.43D5023-144612630.597.410.136 16.10.018 821.6120.191.93D5023-153523741.105.710.106110.018 761.3119.831.51D5023-164522880.667.320.117 73.40.018 801.1120.101.30D5023-172972390.834.740.113 76.10.018 621.6118.931.83D5023-185836710.969.350.129 44.50.018 651.1119.151.25

圖6 比薩輝長(zhǎng)巖同位素U-Pb年齡諧和圖(左)及加權(quán)平均值圖(右)Fig.6 Isotopic U-Pb age harmonic diagram and weighted mean map of Pizza gabbro

4 鋯石SHRIMP U-Pb年齡的地質(zhì)意義

一直以來，作為西藏最重要的縫合帶之一，班怒帶記錄了從晚古生代以來的特提斯洋發(fā)展→消亡→洋陸轉(zhuǎn)換→陸內(nèi)造山的演化過程。作為縫合帶俯沖消減過程中形成的特殊地質(zhì)體——蛇綠混雜巖，其是研究縫合帶俯沖極性、消亡時(shí)限最理想的地質(zhì)對(duì)象。輝長(zhǎng)巖作為蛇綠巖的重要組成部分，越來越多的學(xué)者對(duì)蛇綠巖中的輝長(zhǎng)巖進(jìn)行地質(zhì)測(cè)年研究，以輝長(zhǎng)巖的年齡來推斷班公湖—怒江洋盆的俯沖消減→閉合時(shí)間，認(rèn)為班怒帶俯沖、閉合并不是在一個(gè)時(shí)期內(nèi)完成，而是呈自東向西漸進(jìn)式地在一個(gè)時(shí)期內(nèi)完成。據(jù)前人對(duì)班怒帶不同地段蛇綠巖中輝長(zhǎng)巖進(jìn)行鋯石U-Pb測(cè)年，獲得東巧蛇綠巖輝長(zhǎng)巖年齡為(187.8±3.7)Ma[2]、班怒帶中段恐弄拉地區(qū)年齡為(166.9±2.5)Ma[3]、舍拉瑪溝堆晶橄長(zhǎng)巖年齡為(132±3)Ma[4]，筆者在研究區(qū)內(nèi)新獲得的比薩輝長(zhǎng)巖年齡為(120.56±0.74)Ma。通過對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，為班怒帶呈自東向西漸進(jìn)式演化形式提供了更豐富的數(shù)據(jù)。

需要補(bǔ)充說明的是西藏自治區(qū)調(diào)隊(duì)對(duì)該區(qū)進(jìn)行1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時(shí)，曾在比薩輝長(zhǎng)巖中獲得K-Ar同位素年齡為75.6 Ma[注]西藏自治區(qū)區(qū)調(diào)隊(duì)，西藏1∶25萬改則幅地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，2006。，將該輝長(zhǎng)巖時(shí)代歸于晚白堊世。但是，筆者認(rèn)為， K-Ar法同位素年齡容易受到后期構(gòu)造活動(dòng)影響，因此該年齡可能是代表后期重大的構(gòu)造事件，而非成巖年齡。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)地球化學(xué)特征顯示，比薩輝長(zhǎng)巖具有富集輕稀土、虧損重稀土元素，REE分布型式近乎平行，輝長(zhǎng)巖具銪元素弱正異常、大離子親石元素Sr、Rb、K富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti、P、Yb虧損的特征。

(2) 根據(jù)主微量元素圖解可知，比薩輝長(zhǎng)巖屬鈣堿性巖系列的亞堿性鉀質(zhì)巖，具有俯沖消減帶上火山巖特征。

(3)根據(jù)SHIRMP鋯石U-Pb同位素測(cè)年獲得比薩輝長(zhǎng)巖年齡為(120.56±0.74)Ma，故將比薩巖體厘定為早白堊世。

致謝：感謝福建省地質(zhì)調(diào)查研究院李進(jìn)堂、黃家龍高級(jí)工程師的指導(dǎo)和彭頭平工程師的幫助，感謝評(píng)審專家對(duì)文章認(rèn)真細(xì)致的審閱并提出具體修改意見。