藏南雪莎地區(qū)輝綠巖脈的鋯石U-Pb年齡、巖石地球化學(xué)和Sr-Nd-Pb同位素

董 磊,李光明,張 志,黃 勇,曹華文

(中國地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都 610081)

在西藏東南部特提斯喜馬拉雅帶東段存在大規(guī)模白堊紀(jì)玄武巖、鎂鐵質(zhì)巖墻/巖床，少量層狀超鎂鐵質(zhì)巖、酸性火山巖以及輝長巖侵入體的巖漿活動[1-6]，而關(guān)于該套巖漿作用的成因一直存在較大的爭論，目前主要存在兩種觀點：一部分學(xué)者將其與晚侏羅世-早白堊世新特提斯洋大規(guī)模擴(kuò)張聯(lián)系起來[7-9]；另一部分學(xué)者則認(rèn)為其與白堊紀(jì)發(fā)育的地幔柱巖漿活動相關(guān)，為地幔柱巖漿活動的產(chǎn)物，并提出該類巖漿活動是措美殘余大火成巖省的組成部分[1,10]。此外，針對羊卓雍錯及哲古錯附近發(fā)育的此類巖漿巖的地球化學(xué)特征方面研究相對較多[9-12]，而其他地段的研究相對較少且程度相對較低。本次研究的雪莎地區(qū)輝綠巖位于藏南拆離系(STDS)以北的特提斯喜馬拉雅構(gòu)造帶之中，在其中發(fā)育的大量基性巖脈年代主要集中在晚二疊-晚三疊世[13-14]，而早白堊世的基性巖脈相對較少。本文在詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過對雪莎地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的輝綠巖脈進(jìn)行系統(tǒng)的巖石學(xué)、Sr-Nd-Pb同位素、巖石地球化學(xué)以及年代學(xué)研究，探討其演化過程以及大地構(gòu)造背景，為研究早白堊世特提斯喜馬拉雅的地質(zhì)演化過程提供支撐。

1 地質(zhì)背景

西藏南部雪莎地區(qū)位于雅拉香波穹窿東南側(cè)，大地構(gòu)造位于藏南拆離系北部特提斯喜馬拉雅構(gòu)造帶(THB)東段，地層分區(qū)位于北喜馬拉雅地層區(qū)，康馬—隆子地層小區(qū)(圖1-A)。區(qū)域出露的地層主要為上三疊統(tǒng)涅如組(T3n)，主要巖石組成為泥質(zhì)粉砂巖、長石石英雜砂巖、石英砂巖及含炭(泥質(zhì))板巖，少見頁巖和灰?guī)r，具有典型的被動陸緣沉積特點；火山巖相對較為少見，僅在局部發(fā)育有玄武巖夾層；但侵入巖廣泛分布，以順層侵位，主要以輝綠輝長巖脈及巖墻出露為特征，其形成年代主要集中于晚二疊-晚三疊世，早白堊世的基性巖脈較為少見(圖1-B)。

本次發(fā)現(xiàn)的輝綠巖呈順層巖脈狀產(chǎn)出(圖2-A)，侵位于涅如組砂板巖中。巖脈寬2～5 m，出露地表部分長約20～30 m，風(fēng)化面呈灰褐色，新鮮面呈灰綠色，可見弱黃鐵礦化。

2 樣品采集及測試

2.1 樣品特征

本次研究的輝綠巖脈樣品采自西藏隆子縣雪莎鄉(xiāng)地區(qū)，采樣位置坐標(biāo)為：92°25′04.73″，28°40′25.04″。采樣過程中注意避開巖石變質(zhì)程度較高的地帶，選取較為新鮮部位，共采集了5件輝綠巖脈樣品，其中1件樣品用于鋯石U-Pb年齡測定，另外4件樣品用于全巖主元素、痕量元素和Sr-Nd-Pb 同位素分析。

巖石整體新鮮，塊狀構(gòu)造，呈灰黑-灰綠色(圖2-B)。巖石具典型的輝綠結(jié)構(gòu)，斜長石雜亂分布，形成三角狀格架，架間充填不規(guī)則狀的輝石(圖2-C、D)，主要由斜長石(面積分?jǐn)?shù)55%左右)、輝石(面積分?jǐn)?shù)45%左右)及少量磁鐵礦和黃鐵礦等礦物組成。斜長石呈較自形板條狀，粒度主要為0.2～0.3 mm；輝石呈不規(guī)則粒狀，粒度主要為0.05～0.1 mm，少數(shù)輝石發(fā)生弱綠泥石化蝕變。

圖1 西藏隆子縣雪莎地區(qū)大地構(gòu)造圖Fig.1 Tectonics of south Tibet and geological sketch of Xuesha area in Longzi County(A)據(jù)文獻(xiàn)[15];(B)據(jù)文獻(xiàn)[16]修改

2.2 測試方法

鋯石的分選工作在廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成。鋯石制靶后，在光學(xué)顯微鏡下觀察和照相，鋯石陰極發(fā)光照相(CL)在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。U-Pb同位素年齡測定在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)LA- MC-ICP-MS實驗室完成。測試所獲得的質(zhì)譜數(shù)據(jù)采用ICPMSdatacal[17]程序計算處理獲得樣品的同位素比值及元素含量，鋯石年齡計算依據(jù)經(jīng)普通鉛校正的測點Th-U-Pb同位素比值。普通鉛校正采用Anderson[18]提出的方法進(jìn)行，年齡計算及諧和圖繪制采用Isoplot 3.0完成[19]。雪莎地區(qū)輝綠巖脈LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 同位素分析結(jié)果見表1。

主元素、痕量元素及Sr、Nd、Pb 同位素分析測試均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成，主元素分析采用XRF熔片法測定，用國家標(biāo)樣在測定過程中進(jìn)行監(jiān)控，分析誤差小于2%。痕量元素、稀土元素分析采用混酸消解ICP-MS法完成分析，分析誤差(質(zhì)量分?jǐn)?shù))小于5‰。Sr-Nd-Pb 同位素分析分別采用Phoenix 熱表面電離質(zhì)譜儀及ISOPROBE-T 熱表面電離質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，檢測方法和依據(jù)為GB/T 17672-1999《巖石中鉛、鍶、釹同位素測定方法》和DZ/T 0184.12-1997《巖石、礦物中微量鉛的同位素組成的測定》，分析結(jié)果分別列于表2及表3。

3 鋯石U-Pb年齡

本次研究所獲取的7顆鋯石邊部韻律環(huán)帶的U-Pb同位素比值及年齡，經(jīng)過普通鉛校正的數(shù)據(jù)如表1所示。所測鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像、206Pb/238U年齡加權(quán)平均值直方圖、鋯石U-Pb同位素Tera-Wasserburg年齡圖及U-Pb諧和圖如圖3所示。

本次研究的雪莎輝綠巖脈中鋯石呈現(xiàn)出灰白-灰黑色，長軸均大于90 μm，部分大于150 μm，長短軸之比在1.5∶1～2∶1之間，多數(shù)呈板柱狀或長柱狀，少數(shù)呈渾圓狀，具有弱-明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖3-A)，具典型巖漿鋯石的特征[20]。鋯石測點的同位素比值經(jīng)校正后獲得的206Pb/238U年齡為120～127 Ma，數(shù)值非常集中，鋯石U-Pb同位素Tera-Wasserburg交點年齡為128.4±4.7 Ma(MSWD=0.5)，加權(quán)平均年齡為124.5±2.6 Ma(MSWD=1.7,圖3)，兩者在誤差范圍內(nèi)基本一致。因此，雪莎地區(qū)輝綠巖脈成巖年齡為124.5±2.6 Ma。

圖2 雪莎地區(qū)輝綠巖脈照片F(xiàn)ig.2 Field photographs and photomicrographs of the diabase dykes from Xuesha area(A)野外照片;(B)標(biāo)本照片;(C,D)顯微照片,正交偏光。Pl.斜長石;Px.輝石

圖3 雪莎輝綠巖脈鋯石陰極發(fā)光、U-Pb同位素年齡及諧和圖Fig.3 CL images,histogram and LA-ICP-MS U-Pb concordia diagrams of zircons for diabase dyke in Xuesha area(A)鋯石陰極發(fā)光照片;(B)206Pb/238U年齡加權(quán)平均值直方圖;(C)鋯石U-Pb同位素Tera-Wasserburg年齡圖及U-Pb諧和圖

4 地球化學(xué)特征

4.1 主元素

雪莎地區(qū)輝綠巖脈在主元素方面具有如下特征：SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w)為45.55%～46.67%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.97%～17.20%，TFeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.00%～10.32%，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.89%～10.72%；MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.95%～7.72%，全堿(K2O+Na2O)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.52%～3.38%，K2O/Na2O為0.02～0.05；TiO2和P2O5含量較為穩(wěn)定，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.58%～1.83%和0.164%～0.205%；MnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.154%～0.173%。輝綠巖脈堿度率(A.R.)為1.22～1.31，平均為1.25；Mg#較為集中，為49.54～57.34，平均為51.85。

在TAS巖石分類(圖4)圖解上，樣品投點均位于輝長輝綠巖區(qū)域內(nèi)；在SiO2-K2O圖解(圖5-A)上，樣品均落在低鉀(拉斑)系列中。因此，雪莎地區(qū)輝綠巖脈屬于低鉀(拉斑)輝長輝綠巖系列。

圖4 雪莎地區(qū)輝綠巖脈TAS圖Fig.4 TAS diagram for diabase dykes in Xuesha area

4.2 稀土元素和痕量元素

雪莎地區(qū)輝綠巖脈稀土及痕量元素分析結(jié)果見表2。輝綠巖脈樣品的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式曲線顯示出右傾(圖6-B)特征，稀土總質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w∑REE)較低，為69.72×10-6～87.11×10-6；稀土總量變化較小，其中w∑REE=54.38×10-6～67.99×10-6，wHREE=15.34×10-6～19.12×10-6；LREE/HREE=3.54～3.67，表明樣品具有相對較弱的輕重稀土分異；δEu= 1.02～1.19，顯示出Eu具有較弱的正異常。在痕量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖上(圖5-B)，各樣品均表現(xiàn)為富集Ba、Sr、Th等大離子親石元素和Nb、Zr、Hf等高場強(qiáng)元素。相對虧損P，暗示可能與磷灰石的分離結(jié)晶有關(guān)。結(jié)合主元素高TFeO(平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.58%)及高P2O5(平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.19%)特征，反映出與OIB型的地球化學(xué)特征具有一定的相似性[23]。

但從表2中可見，樣品的TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較低(平均為1.73%)，且球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素曲線也較為平坦(圖6-B)，與OIB型差異明顯，特征介于OIB型(高Ti)與N-MORB型(低Ti)之間，顯示出與措美大火成巖省過渡型鎂鐵質(zhì)巖石具有較多的相似性[1]。此外，雪莎輝綠巖脈樣品在TiO2-MgO圖中(圖6-A)，樣品與OIB及N-MORB均存在一定的差異，同樣顯示可能屬于過渡型鎂鐵質(zhì)巖。

圖5 雪莎地區(qū)輝綠巖脈SiO2-K2O與痕量元素蛛網(wǎng)圖Fig.5 SiO2-K2O diagram and primitive mantle-normalized trace element spider diagram for the diabase dykes in Xuesha area(原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值、OIB和N-MORB數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[22])

圖6 雪莎地區(qū)輝綠巖脈MgO-TiO2圖與稀土元素蛛網(wǎng)圖Fig.6 The MgO-TiO2 diagram and chondrite-normalized REE patterns for diabase dykes in Xuesha area(措美大火成巖省OIB型、過渡型以及N-MORB型鎂鐵質(zhì)巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[1-3,5,24]；球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值、OIB和N-MORB數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[22])

圖7 雪莎地區(qū)輝綠巖脈同位素圖解Fig.7 Isotopic diagrams of the diabase dykes in Xuesha area(A)作圖方法據(jù)文獻(xiàn)[27];(B、C)作圖方法據(jù)文獻(xiàn)[28];(D)作圖方法據(jù)文獻(xiàn)[29])。DM.虧損地幔;EMⅠ.Ⅰ型富集地幔;EMⅡ.Ⅱ型富集地幔;MORB.洋中脊玄武巖;PREMA.普通地幔;BSE.整個硅酸鹽地球;HIMU.高μ地幔;NHRL.北半球參考線

圖8 雪莎地區(qū)輝綠巖脈形成環(huán)境判別圖Fig.8 Discrimination diagrams for the formation setting of diabase dykes in Xuesha area(A)作圖方法據(jù)文獻(xiàn)[35];(B)作圖方法據(jù)文獻(xiàn)[36];(C)作圖方法據(jù)文獻(xiàn)[37];(D)作圖方法據(jù)文獻(xiàn)[38]。MORB.洋中脊玄武巖;WPB.板內(nèi)玄武巖;IAB.島弧玄武巖;CAB.鈣堿性玄武巖;IAT.島弧拉斑玄武巖

4.3 Sr-Nd-Pb同位素特征

雪莎地區(qū)輝綠巖脈的Sr-Nd-Pb同位素分析結(jié)果見表3。輝綠巖脈樣品的87Rb/86Sr值為0.013 5～0.027 8，87Sr/86Sr值為0.705 20～0.706 17，147Sm/144Nd值為0.155 4～0.163 5，143Nd/144Nd值為0.512 88～0.512 94，均略高于原始地幔現(xiàn)代值(87Sr/86Sr=0.704 5及143Nd/144Nd=0.512 638)[25-26]。此外，利用本次所測輝綠巖脈鋯石206Pb/238U年齡加權(quán)平均值t=124.5 Ma進(jìn)行計算，其εNd(t)值為5.27～6.46，(87Sr/86Sr)t值為0.705 17～0.706 14，Nd二階段模式年齡(tDM2)值為392～453 Ma。從總體上看，表現(xiàn)出(87Sr/86Sr)t值較低，εNd(t)為較小的正值，反映出相對虧損的地幔源區(qū)或有虧損地幔源區(qū)的加入。

輝綠巖脈樣品的(208Pb/204Pb)t值為38.189～38.379，(207Pb/204Pb)t值為15.564～15.587，(206Pb/204Pb)t值為18.285～18.490。在(206Pb/204Pb)t-(207Pb/204Pb)t、(206Pb/204Pb)t-εNd(t)及(206Pb/204Pb)t-(87Sr/86Sr)t圖解(圖7-B、C、D)中，4個樣品均位于EMⅡ富集地幔和虧損地幔之間，并且靠近虧損地幔源區(qū)。

5 討 論

5.1 源區(qū)性質(zhì)

在Sr-Nd同位素圖解中(圖7-A),雪莎地區(qū)輝綠巖脈樣品均位于新特提斯蛇綠巖的范圍內(nèi)，反映了基性巖源區(qū)具有地幔來源的成因特征；在Pb同位素圖解中(圖7-B、C、D)中，全部樣品均位于DM端元和EMⅡ端元之間，靠近DM 端元，反映了雪莎地區(qū)輝綠巖脈具有DM 和EMⅡ混合成因的特征。通常認(rèn)為EMⅡ富集端元與殼源有關(guān)，或與古俯沖洋殼帶入到地幔深處的殼源物質(zhì)或古海洋沉積物加入到地幔的再循環(huán)有關(guān)[30]。此外，樣品的εNd(t)>0[εNd(t)=5.27～6.46],同樣說明巖漿主要源于虧損地幔。

由于活躍的大離子親石元素(LILE)后期遭受蝕變作用的影響往往無法準(zhǔn)確反映巖漿的成巖過程，而相對穩(wěn)定高場強(qiáng)元素(HFSF)后期受到蝕變影響作用較小，可以用來示蹤巖漿是否發(fā)生過地殼物質(zhì)混染[31-32]。Nb/Yb-Th/Yb圖解可以有效用來區(qū)分地幔源區(qū)和巖漿上升過程中流體或熔體對痕量元素的影響,未受后期影響的樣品投點位于地幔序列中[33]。由圖8-A可知，雪莎地區(qū)輝綠巖脈全部落入地幔序列中，且靠近混染界線處，表明巖漿受到了一定程度的地殼混染。此外，地殼混染程度往往能造成La的大量加入從而形成較高的La/Nb比值(La/Nb>1)[34]，本區(qū)輝綠巖脈的La/Nb值相對較低，為0.79～0.81，表明其在形成過程中受到地殼混染作用有限。這與朱弟成等[1]認(rèn)為措美大火成巖省中的過渡型鎂鐵質(zhì)巖石往往受到了一定程度的地殼混染相一致。

5.2 構(gòu)造背景

痕量元素的地球化學(xué)特征通常可以有效地反映巖石形成的大地構(gòu)造環(huán)境[23,39]。在受混染作用影響的火山巖中，由于Ti、Zr、Cr、Y等元素性質(zhì)穩(wěn)定，受到地殼及巖石圈地?；烊咀饔糜绊懙某潭容^小，可以用來判別大地構(gòu)造環(huán)境[40]。在Zr-TiO2圖解中(圖8-B)，雪莎地區(qū)輝綠巖脈落入洋中脊玄武巖(MORB)與板內(nèi)玄武巖(WPB)疊合范圍內(nèi)，總體顯示板內(nèi)玄武巖特征；在Zr-Zr/Y圖解中(圖8-C)，雪莎地區(qū)輝綠巖脈均落入板內(nèi)玄武巖區(qū)域。結(jié)合前文所述的主元素、痕量元素及稀土元素特征(高TFeO、P2O5及富集Ba、Sr及Th)，均顯示出雪莎地區(qū)輝綠巖脈具OIB特征。此外，在Ba/Nb-Ba圖解中(圖8-D)，投點位于OIB范圍中。綜上所述，我們認(rèn)為雪莎地區(qū)輝綠巖脈應(yīng)是形成于與板內(nèi)洋島玄武巖類似的構(gòu)造背景。

牛耀齡[41]提出板內(nèi)洋島玄武巖巖漿作用在成因上往往與“熱點”或“地幔柱”有著密切關(guān)系。結(jié)合雪莎地區(qū)輝綠巖脈痕量元素特征(Ta/Hf=0.33～0.35、La/Ta=11.2～11.5、La/Sm=2.77～2.83，無Nb和Ta異常)，其與地幔熱柱成因的玄武巖(Ta/Hf>0.3、La/Ta=8～15、La/Sm<5，無Nb和Ta異常)[42-43]相似，暗示雪莎地區(qū)輝綠巖脈可能為地幔熱柱或熱點成因。

雪莎地區(qū)所處的特提斯喜馬拉雅帶主體為一套古生代以來的海相沉積序列[44]。自晚三疊世至早白堊世一直處于被動大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境[45-47]。本文獲得的雪莎地區(qū)輝綠巖脈成巖年齡為124.5±2.6 Ma(MSWD=1.7)，屬于早白堊世巖漿活動，與區(qū)域上早白堊世集中爆發(fā)的巖漿活動(措美大火成巖省)時限相一致[6]。加之雪莎地區(qū)輝綠巖脈與澳大利亞Kerguelen地幔柱Bunbury玄武巖的年齡較為相近，也印證了該地幔柱巖漿活動可能導(dǎo)致了本區(qū)輝綠巖脈形成。因此雪莎地區(qū)早白堊世輝綠巖脈可能屬于Comei-Bunbury大火成巖省的組成部分。此外，前文所述雪莎地區(qū)輝綠巖脈與措美大火成巖省過渡型鎂鐵質(zhì)巖石具有較為相似的地球化學(xué)特征[1]，也暗示其可能為措美大火成巖省的組成部分。雪莎地區(qū)輝綠巖脈的成巖時間比Kerguelen地幔柱巖漿活動峰期(132 Ma B.P.左右)稍晚，反映雪莎地區(qū)輝綠巖脈是其巖漿活動晚期的產(chǎn)物，與東岡瓦納大陸的裂解相關(guān)[48-49]。

綜上所述，認(rèn)為雪莎地區(qū)輝綠巖脈形成于被動大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境，具有與西藏南部過渡型鎂鐵質(zhì)巖石相近的地球化學(xué)特征，屬于Comei-Bunbury大火成巖省組成部分，可能與澳大利亞Kerguelen地幔熱柱有關(guān)。

6 結(jié) 論

a.西藏南部雪莎地區(qū)輝綠巖脈成巖年齡為124.5±2.6 Ma(MSWD=1.7)。巖漿源區(qū)主要為虧損地幔源區(qū)，并受到了一定程度的地殼混染，屬于早白堊世的連續(xù)集中爆發(fā)巖漿活動。

b.雪莎地區(qū)輝綠巖脈具有與西藏南部過渡型鎂鐵質(zhì)巖石相近的地球化學(xué)特征，形成于被動大陸邊緣環(huán)境，屬于Comei-Bunbury大火成巖省組成部分，可能與澳大利亞Kerguelen地幔熱柱有關(guān)。