藏南南木林縣多角花崗閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb定年及其地質(zhì)意義

劉心路 李佰廣 王永超 舒楚天 李自安

摘要：岡底斯帶巖漿巖作為地球深部的“探針”，記錄了從新特提斯洋俯沖到印度—?dú)W亞板塊碰撞整個(gè)過(guò)程的信息，因此研究這些巖漿巖對(duì)幫助我們理解青藏高原的形成與演化具有重要意義。位于岡底斯中段的南木林縣多角花崗閃長(zhǎng)巖，前人對(duì)其年代學(xué)研究差距較大，從34.6Ma（K-Ar法）到18Ma（鋯石全溶U-Pb定年法），因此本文利用SHRIMP對(duì)這一花崗閃長(zhǎng)巖的鋯石開(kāi)展原位定年，獲得其侵位結(jié)晶年齡為49.0Ma，屬于同碰撞期巖漿巖。同時(shí)，結(jié)合前人報(bào)道的約50Ma的板片斷離事件，本文認(rèn)為多角花崗閃長(zhǎng)巖形成于相同的地球動(dòng)力學(xué)背景。

關(guān)鍵詞：青藏高原；岡底斯；花崗閃長(zhǎng)巖；U-Pb定年

Zircon U-Pb Dating and Geological implications for the Granodiorites from the Duojiao Region in Nanmulin County， South Tibet

Liu Xin-Lu1，2， Li Bai-guang3， Wang Yong-chao4，5， Shu Chu-tian2， Li Zi-an6

1. Key Lab of Mineral and Mineralization， Guangzhou Institute of Geochemistry， Chinese Academy of Sciences， Guangzhou 510640， China； 2. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China； 3. No.2 Oil Production Plant of Daqing Oilfield Co.， Ltd. of Heilongjiang Province， Daqing 163000， China； 4. HeiLongJiang Provincial Key Laboratory of Tight Oil and Shale Oil Accumulation， Daqing 163000， China； 5. Research Institute of Exploration& Development， PetroChina Daqing Oilfield Company， Daqing 163000， China； 6. School of Marine sciences， Sun Yat-sen University， Guangzhou 510006， China

Abstract： As the probe of the deep earth， the Gangdese intrusive rocks recorded the information of the subduction of the Neo-Tethyan slab as well as the Indo-Asia collision. Therefore， doing research on these rocks would help us to build a better understanding of the evolution of the Tibet plateau. However， the previous geochronological studies in terms of different methods K-Ar geochronology and zircon solution dating method on the Duojiao granodiorite in Nanmulin county， south Tibet， showed distinct ages， ranging from 34.6 Ma to 18 Ma， which hindered the further research. Consequently， we conducted zircon SHRIMP U-Pb dating on the Duojiao granodiorite in this paper and obtain an age of 49.0 Ma， indicating that these rocks were formed during syn-collisional period. In addition， based on the previous studies that indicated a slab breakoff event at ca. 50 Ma， we infer that the genesis of the Duojiao granodiorite are relevant to this geodynamic process.

Key words： Tibet Plateau； Gangdese belt； Granodiorite； U-Pb dating

1.引言

位于我國(guó)西南地區(qū)的青藏高原平均海拔超過(guò)4000m，被譽(yù)為“世界屋脊”。由于青藏高原是顯生宙印度板塊與歐亞板塊碰撞形成，并且青藏高原的隆升影響了整個(gè)亞洲的季風(fēng)環(huán)流，所以對(duì)青藏高原的研究備受?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注[1-2]。青藏高原也因此成了研究陸陸碰撞的天然實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)，青藏高原是我國(guó)巖漿巖最發(fā)育的地區(qū)之一，巖漿巖的出露面積占全區(qū)10%以上，達(dá)30×104km2[3]。這些巖漿巖是大地構(gòu)造演化的記錄，也是地球深部的“探針”[3]。而在青藏高原南部綿延1600km的岡底斯巖漿巖帶記錄了新特提斯洋俯沖和印度—?dú)W亞板塊碰撞的信息[4]，因而對(duì)岡底斯的巖漿巖展開(kāi)研究有助于我們理解青藏高原—喜馬拉雅造山帶的形成演化過(guò)程以及花崗巖與地殼的形成演化的關(guān)系。本文對(duì)岡底斯帶中部南木林縣多角花崗閃長(zhǎng)巖開(kāi)展了SHRIMP鋯石U-Pb定年，并對(duì)花崗閃長(zhǎng)巖的成因及其地質(zhì)意義進(jìn)行了探討。

2.地質(zhì)背景與巖石特征

青藏高原自北向南依次劃分為松潘—甘孜地塊、羌塘地塊和拉薩地塊[2]。根據(jù)沉積巖、斷層和蛇綠巖的分布，拉薩地塊又被劃分為北拉薩、中拉薩和南拉薩次級(jí)地體（圖1a）[5]。巖漿巖在整個(gè)拉薩地體上都有分布，其中侵入巖被稱(chēng)為岡底斯巖漿巖帶，噴出巖主要為林子宗火山巖[6]（圖1b）。

多角花崗閃長(zhǎng)巖出露于日喀則地區(qū)南木林縣南部的多角鄉(xiāng)，位于岡底斯巖漿巖帶中部（圖1b）。研究區(qū)出露大面積的侵入巖，有閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖和石英正長(zhǎng)巖等。區(qū)內(nèi)出露的地層主要有白堊系下統(tǒng)桑日群比馬組（K1b）和楚木龍組（K1c）的砂巖、粉砂巖，白堊系上統(tǒng)設(shè)興組（K2s）粉砂巖與生物碎屑灰?guī)r，日喀則群昂仁組（K2a）的砂頁(yè)巖、泥巖和礫巖。其中昂仁組是日喀則弧前盆地沉積地層的一部分[7]，以及古近紀(jì)林子宗火山巖系的典中組（E1d）中酸性火山巖（圖1c）。本文采集了多角鄉(xiāng)出露的花崗閃長(zhǎng)巖（75-118）開(kāi)展年代學(xué)研究（圖1c）。該樣品呈灰白色，具有中粒等粒結(jié)構(gòu)，主要由斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、角閃石和黑云母等組成，副礦物有鋯石、磷灰石和鈦鐵礦?；◢忛W長(zhǎng)巖的主量元素組成為：SiO2：60.50 wt%，TiO2：0.70 wt%，Al2O3：17.15 wt%，F(xiàn)e2O3：3.83 wt%，F(xiàn)eO：3.59 wt%，MnO：0.13 wt%，MgO：2.67 wt%，CaO：4.64 wt%，Na2O：4.04 wt%，K2O：2.60 wt%，P2O5：0.18 wt%，燒失量：0.34 wt%。

3.鋯石U-Pb年齡

3.1鋯石分選

本文研究的樣品為中酸性巖石，具有較多的鋯石，因此，我們選取0.5kg左右的新鮮巖石樣品進(jìn)行鋯石分選。具體操作流程同參考文獻(xiàn)[9]。首先把0.5kg左右的樣品破碎成約1cm3的小塊，放入直徑為20cm的不銹鋼缽中，在XZW100型振動(dòng)磨樣機(jī)中研磨3s～5s后取出。此過(guò)程反復(fù)進(jìn)行直到樣品全部通過(guò)0.3mm的孔徑篩，洗去粉塵，用鋁制淘沙盤(pán)富集重礦物，再通過(guò)磁選和電磁選，將剩余非電磁部分再淘洗獲得鋯石精礦，最后在雙目鏡下挑選出用于定年的鋯石。

3.2分析方法和精度

鋯石SHRIMP分析在北京離子探針中心SHRIMP II上完成。在上機(jī)測(cè)試前，將挑選出來(lái)的鋯石粘在環(huán)氧樹(shù)脂圓盤(pán)上，固定制成樣品靶，并對(duì)其進(jìn)行拋光，磨至約一半，使鋯石內(nèi)部暴露。鋯石靶制作完成后，首先對(duì)靶上鋯石在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行透反射照相，然后再?lài)娞?，?duì)其進(jìn)行陰極發(fā)光（CL）照相，以揭示鋯石的形態(tài)學(xué)、裂隙、內(nèi)部包裹體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為選點(diǎn)做準(zhǔn)備。擦掉鋯石靶碳粉后鍍金即可進(jìn)行SHRIMP U-Pb同位素測(cè)定。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)流程和數(shù)據(jù)處理參考文獻(xiàn)[10]，應(yīng)用實(shí)測(cè)204Pb校正鋯石中的普通鉛。單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差均為1σ，由于樣品較年輕，采用年齡為206Pb/238U年齡，其加權(quán)平均值為95%的置信度。

3.3分析結(jié)果

南木林縣多角花崗閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果見(jiàn)表1。從陰極發(fā)光（CL）圖像（圖2）所顯示的鋯石特征，花崗閃長(zhǎng)巖中鋯石大多數(shù)呈灰色自形—半自形粒狀，直徑介于80mm～300mm之間，少數(shù)為短柱狀。這些鋯石具有明顯的巖漿韻律環(huán)帶或扇狀結(jié)構(gòu)，指示其巖漿成因[11-12]。在前述的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，本文對(duì)多角花崗閃長(zhǎng)巖中11個(gè)鋯石顆粒進(jìn)行了原位U-Pb同位素與微量元素分析，結(jié)果見(jiàn)表1。這些鋯石的Th的含量為60μg/g～1112μg/g，U的含量為68μg/g～184μg/g，相應(yīng)的Th/U比值0.71～6.54，同樣指示它們?yōu)閹r漿成因鋯石[11]。11個(gè)巖漿型鋯石的測(cè)定點(diǎn)位于諧和線(xiàn)上或稍偏諧和線(xiàn)的右側(cè)，它們的206Pb/208U年齡主要集中在52Ma～41Ma之間（表1），分布于諧和線(xiàn)周?chē)浼訖?quán)平均年齡為49.0Ma±2.3Ma（MSWD=10.6，N=11）（圖3）。

4.討論

4.1巖體時(shí)代

岡底斯巖漿巖帶（又稱(chēng)為岡底斯巖基）記錄了新特提斯洋俯沖到印度—亞洲板塊碰撞的整個(gè)過(guò)程的信息[4，13-14]，其年代學(xué)研究可以追溯到開(kāi)始于20世紀(jì)70年代中國(guó)科學(xué)院組織的西藏自治區(qū)科學(xué)考察。在這次考察中，張玉泉等（1981）[15]利用K-Ar法對(duì)于本文研究的西藏自治區(qū)南木林縣多角地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖進(jìn)行年齡測(cè)定，得到的年齡為34.6Ma，而陳毓蔚和許榮華（1981）[16]利用鋯石全溶U-Pb定年法得到的年齡是18Ma。近年來(lái)，南木林縣花崗質(zhì)巖石研究表明，這些侵入巖的年齡從40Ma變化到93Ma[17-19]。本文利用SHRIMP測(cè)定南木林多角地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡為49.0Ma±2.3Ma，結(jié)合CL揭示的自形巖漿鋯石特征和這些鋯石的高Th/U比值，認(rèn)為這一年齡代表巖體的結(jié)晶年齡。因而，其形成于喜馬拉雅期，相當(dāng)于古近紀(jì)始新世早期。

4.2巖石成因與動(dòng)力學(xué)背景

岡底斯帶巖漿巖的形成與新特提斯洋的俯沖及隨后的印度大陸與亞洲大陸的碰撞密切相關(guān)[4，13]。在過(guò)去幾十年的研究中，通過(guò)古地磁學(xué)、沉積學(xué)、變質(zhì)巖石學(xué)、火成巖石學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)方法對(duì)印度與亞洲大陸的碰撞時(shí)間基本限定在65Ma～50Ma之間[20]。基于這一時(shí)間節(jié)點(diǎn)，岡底斯帶巖漿巖可以劃分為碰撞前巖漿巖（205Ma～65Ma）、同碰撞巖漿巖（65Ma～40Ma）和后碰撞巖漿巖（33Ma～13Ma）[4，6]。而本文研究的多角花崗閃長(zhǎng)巖形成年齡為49Ma，屬于同碰撞期花崗巖。此外，岡底斯帶同碰撞期花崗巖的一個(gè)重要的特征是具有大量的暗色鎂鐵質(zhì)微粒包體[6，21]。本文研究的多角鄉(xiāng)到南木林縣一帶其他花崗巖中，也報(bào)道有很多暗色包體，指示這些巖石形成于巖漿混合作用[18，22-23]。根據(jù)多角花崗閃長(zhǎng)巖的主量元素計(jì)算的ANK值為1.81，ACNK值為0.96（小于1.1），屬于典型的I型準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖類(lèi)。同時(shí)，其Mg#值（Mg#=mol Mg/（Mg+Fe）），其中Fe為全Fe較高，為0.57，指示有較大的地幔物質(zhì)貢獻(xiàn)。因此，本文認(rèn)為，類(lèi)似于其他岡底斯同碰撞巖漿巖，多角花崗閃長(zhǎng)巖很可能由地幔巖漿與殼源巖漿混合形成。

前人對(duì)岡底斯巖漿巖帶的巖漿巖年齡進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，年齡頻數(shù)在50Ma左右達(dá)到一個(gè)峰值（圖4a），并且這個(gè)時(shí)期的巖漿巖形成溫度較高，因而認(rèn)為與碰撞后的新特提斯洋板片的斷離過(guò)程有關(guān)[4，23-26]。多角花崗閃長(zhǎng)巖的年齡恰好與這一峰值年齡相近，所以其也形成于板片斷離的動(dòng)力學(xué)背景。

5.結(jié)論

（1）岡底斯巖漿巖帶中部南木林多角地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖的結(jié)晶年齡為49.0Ma±2.3Ma，屬于喜馬拉雅期花崗巖；（2）多角花崗閃長(zhǎng)巖很可能是由地幔巖漿與殼源巖漿混合形成，受控于新特提斯大洋板片斷離的動(dòng)力學(xué)背景。

致謝：北京離子探針中心的劉敦一、萬(wàn)渝生、王彥斌等研究員，協(xié)助U-Pb年齡測(cè)定并提出許多寶貴的意見(jiàn)，在此表示感謝！

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