岡底斯南緣拉隆地區(qū)變形花崗巖地質(zhì)特征及其構(gòu)造意義

唐華, 陳永東，2, 魏龍, 李寧

(1.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川西北地質(zhì)隊(duì)，綿陽 621000；2.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都 610000)

0 引言

在新特提斯洋殼向北俯沖消減和印度-歐亞板塊碰撞造山過程中，青藏高原發(fā)生了強(qiáng)烈的巖漿活動，形成了近EW向平行于雅魯藏布江縫合帶分布的巨型巖漿帶，即岡底斯巖漿弧[1-12]。前人對岡底斯巖漿弧構(gòu)造環(huán)境和年代學(xué)特征進(jìn)行了研究，認(rèn)為南岡底斯巖漿弧由與中生代新特提斯洋殼俯沖和新生代歐亞-印度板塊碰撞造山有關(guān)的巖漿巖產(chǎn)物構(gòu)成[13-26]，但以往對巖漿弧疊加的構(gòu)造變形特征研究較少。岡底斯巖漿弧中疊加了1條重要的謝通門—曲水韌性剪切帶，前人的研究主要集中在運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和構(gòu)造變形特征方面[27-29]，對疊加的巖漿弧尚未開展具體研究。近些年，一些學(xué)者對謝通門—曲水韌性剪切帶的形成時(shí)限(23～21 Ma)和變形溫度(300～550℃)進(jìn)行了研究，認(rèn)為該韌性剪切帶形成于新生代地殼快速增厚時(shí)期，地殼側(cè)向增厚不均勻?qū)е聦姿箮r漿弧在新生代中期發(fā)生EW向崩塌，造成SN向后碰撞伸展，在岡底斯巖漿弧中疊加了謝通門—曲水韌性剪切帶[30-35]。盡管對岡底斯巖漿弧和謝通門—曲水韌性剪切帶的研究取得了一些新認(rèn)識，但是對韌性剪切變形花崗巖的成因、韌性剪切變形時(shí)限及其成因等都缺乏系統(tǒng)的研究。本文以尼木縣北側(cè)拉隆地區(qū)變形花崗巖為研究對象，通過開展實(shí)測地質(zhì)剖面測制和野外地質(zhì)填圖工作，采集巖礦薄片，進(jìn)行巖石化學(xué)全分析、鋯石U-Pb測年及石英EBSD組構(gòu)測試，從地質(zhì)特征、巖石礦物學(xué)、地球化學(xué)、鋯石U-Pb年齡及構(gòu)造變形等方面進(jìn)行研究，獲得了一些新認(rèn)識，為岡底斯南緣構(gòu)造演化研究提供了新依據(jù)。

1 構(gòu)造地質(zhì)背景

研究區(qū)位于南岡底斯巖漿弧中段尼木縣，南側(cè)緊鄰雅魯藏布江縫合帶(圖1(a))，其地理坐標(biāo)為90°00′～90°15′ E，29°20′～29°30′ N。研究區(qū)巖石以大規(guī)模中—新生代侵入巖為主，局部殘留或捕虜與新特提斯洋殼俯沖消減有關(guān)的產(chǎn)物，包括由碳酸鹽巖建造、島弧鈣堿性正變質(zhì)巖建造及副變質(zhì)巖建造組成的變質(zhì)雜巖體[36-38]和由碎屑巖、碳酸鹽巖、島弧型鈣堿性火山巖組成的桑日群[39-40]。變質(zhì)雜巖體的變質(zhì)作用時(shí)限(85～50 Ma)與新特提斯洋殼俯沖作用形成巖漿弧主峰期(90～50 Ma)[41]相吻合，表明新特提斯洋殼俯沖消減具有多期性[42]。研究區(qū)地質(zhì)體是新特提斯洋打開、俯沖消減直至陸陸碰撞的產(chǎn)物[43]，構(gòu)造組合樣式為一系列近WE向的斷裂被NE向和NW向的走滑斷層切割錯(cuò)移。在保留早期構(gòu)造形跡的同時(shí)疊加了走滑斷裂、韌性剪切構(gòu)造和活動斷裂[44]，疊加構(gòu)造以區(qū)域WE向謝通門—曲水韌性剪切帶和NS向當(dāng)雄—羊八井活動斷裂帶[45-46]最為明顯。

1.雅魯藏布江縫合帶； 2.研究區(qū)； 3.第四系; 4.下—中白堊統(tǒng)比馬組; 5.中生代麻木下組; 6.漸新世似斑狀正長花崗巖; 7.始新世似斑狀二長花崗巖; 8.始新世閃長巖; 9.始新世石英閃長巖; 10.晚白堊世英云閃長巖; 11.早白堊世石英閃長巖; 12.地質(zhì)界線和斷層界線; 13.逆沖斷層和正斷層; 14.糜棱巖化帶和采樣位置; ； 15.實(shí)測剖面及編號； 16.斷層破碎帶; 17.平移走滑斷裂； 18.閃長玢巖; 19.始新世二長花崗巖; 20.片理化安山巖; 21.黑云陽起片巖; 22.地名； 23.層號

2 測試方法

在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所原國土資源部大陸構(gòu)造與動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室JEOLJSM-5610LV型掃描電子顯微鏡下完成石英EBSD組構(gòu)測試工作，加速電壓為20 kV，工作距離為20 mm。晶格優(yōu)選方位極密圖由HKL公司制造的CHANNEL5軟件完成，對掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行等面積半球赤平投影，得到石英晶體各主要晶體空間分布結(jié)構(gòu)平面圖，許志琴等[47]對具體的操作方法及實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

巖石全巖分析在湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心完成。首先將新鮮的巖石樣品切割制成巖石薄片，然后將樣品粉碎研磨至約200目，制成粉末樣品后進(jìn)行主量元素、微量元素及稀土元素含量分析。鋯石U-Pb同位素測年在北京地質(zhì)構(gòu)造與動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，實(shí)驗(yàn)儀器采用激光等離子質(zhì)譜技術(shù)，分為激光發(fā)生裝置與等離子質(zhì)譜(電感耦合)2部分。實(shí)驗(yàn)主要流程包括清潔樣靶、測試載氣量(儀器中)、配備補(bǔ)償氣、樣品點(diǎn)打點(diǎn)測試及數(shù)據(jù)處理。

3 巖石學(xué)特征

變形花崗巖分布在拉隆地區(qū)(圖1(b))[36]，呈近EW向展布，出露面積約4 km2。由Pm28實(shí)測地質(zhì)剖面圖(圖1(c))可知： 1～3層為桑日群麻木下組灰綠色片理化安山巖和片巖； 第4層為侵入的漸新世似斑狀正長花崗巖； 5～6層和8～24層為變形花崗巖(糜棱巖化英云閃長巖)； 第7層、25層和27層為后期侵入的閃長玢巖； 第20層、26層為變形花崗巖(糜棱巖化二長花崗巖)。變形花崗巖以糜棱面理、南北向拉伸線理(圖2(a)、(b))及旋轉(zhuǎn)碎斑(圖2(c))為特征，呈糜棱結(jié)構(gòu)，面狀構(gòu)造，顯微鏡下見礦物破碎、變形，發(fā)育長石殘斑結(jié)構(gòu)(圖2(d)、(e)、(f)、(g)、(h))和S-C組構(gòu)(圖2(i))等典型韌性變形結(jié)構(gòu)，運(yùn)動方向均指示向北滑覆，與野外觀察的宏觀特征一致。

圖2 變形花崗巖野外及顯微鏡下特征照片

糜棱巖化英云閃長巖為綠灰色，呈粒狀結(jié)構(gòu)和糜棱結(jié)構(gòu)，面狀構(gòu)造。主要礦物成分及含量為： 斜長石0～65%，石英20%～25%，黑云母20%～25%，普通角閃石9%～15%。斜長石邊緣顆粒破碎，石英顆粒動態(tài)重結(jié)晶，黑云母發(fā)生彎曲變形，可見有斜長角閃片巖捕虜體。

糜棱巖化二長花崗巖為灰色，呈粒狀結(jié)構(gòu)和糜棱結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分及含量為： 鉀長石50%，斜長石30%，石英24%，黑云母5%。

4 巖石電子背散射衍射(EBSD)組構(gòu)特征

采集了EBSD組構(gòu)分析樣品糜棱巖化英云閃長巖，礦物拉伸線理方向?yàn)?2°，糜棱面理產(chǎn)狀為78°～57°。對200顆重結(jié)晶石英顆粒進(jìn)行晶格優(yōu)選，制作優(yōu)選方位極密圖(圖3)。石英顆粒為它形粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑大小一般為0.1～0.2 mm，部分大小為0.05～0.1 mm或0.2～0.5 mm，呈定向分布。極密圖的坐標(biāo)軸設(shè)置為a軸平行于拉伸線理方向，ab切面為糜棱面理面，c軸垂直面理方向。

圖3 變形花崗巖組構(gòu)極密圖

由bc切面組構(gòu)極密圖(圖3(a))可知，最高極密值為6.5%，為單斜對稱型，屬中低溫組構(gòu)，極密位于第二、四象限的環(huán)帶內(nèi)，顯示巖石走向上受到了左旋剪切運(yùn)動； 由ac切面組構(gòu)極密圖(圖3(b))可知，最高極密值為6.5%，為單斜對稱型，主極密位于第一、三象限的環(huán)帶內(nèi)，屬高中溫組構(gòu)，顯示向北滑覆，次極密位于第二、四象限的環(huán)帶內(nèi)，近于c軸，屬中低溫組構(gòu)。以上表明其變形以左旋剪切、向北滑覆為主，與宏觀及鏡下觀察一致。

5 巖石地球化學(xué)特征

5.1 主量元素

變形花崗巖主量元素含量及特征參數(shù)見表1。變形花崗巖SiO2含量為66.2%～71.0%，平均值為68.3%，屬于酸性巖； Al2O3含量為14.7%～15.5%，平均值為15.1%； 全堿(Na2O+K2O)含量為6.2%～7.3%，平均值為6.83%； MgO含量為1.0%～3.3%，平均為值為1.93%； TiO2含量為0.3%～0.7%，平均值為0.5%； (FeO+Fe2O3)含量為2.3%～5.5%，平均值為3.7%。變形花崗巖的鋁飽和指數(shù)A/CNK均>1，屬于強(qiáng)過鋁質(zhì)巖石； 里特曼指數(shù)σ為1.9～2.0，平均值為1.98，屬于鈣堿性系列； 分異指數(shù)DI為63.1～82.9，平均值為74.11。

表1 變形花崗巖主量元素、稀土元素和微量元素含量及特征參數(shù)

5.2 稀土元素

變形花崗巖稀土元素含量及特征參數(shù)見表1。變形花崗巖稀土元素(∑REE)總含量為(68.3～83.8)×10-6，平均值為76.3×10-6； 輕稀土元素含量與重稀土元素含量比值(LREE/HREE)為10.8～13.3，均值為12.0，表明輕稀土元素總量(∑LREE)大于重稀土元素總量(∑HREE)；δEu平均值為0.95，顯示極弱的銪負(fù)異常。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)稀土元素配分曲線圖(圖4)上，曲線呈右傾形態(tài)，與島弧花崗巖的稀土元素配分曲線相似。

圖4 變形花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖[48]

5.3 微量元素

變形花崗巖微量元素含量及特征參數(shù)見表1。變形花崗巖的Rb含量為(90.8～134.8)×10-6； Th含量為(4.2～9.7)×10-6； Nb含量為(4.1～5.3)×10-6； Hf含量為(4.1～5.0)×10-6。巖石富集Rb、Th等大離子親石元素，虧損Ta、Zr、Nb等高場強(qiáng)元素，Cr等相容元素含量偏低，Sr含量高，Y含量低，Sr/Y為73.02～99.05，具有埃達(dá)克質(zhì)巖石的特征屬性。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖5)上，整體呈M型。

圖5 變形花崗巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖[49]

6 年代學(xué)特征

變形花崗巖(樣品編號為Pm28-22)LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果見表2。

表2 變形花崗巖(樣品編號為Pm28-22)LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果

糜棱巖化英云閃長巖共測定20顆鋯石，在鋯石陰極發(fā)光圖像(圖6)上，鋯石晶體形態(tài)以復(fù)多方柱為主，環(huán)帶結(jié)構(gòu)明顯，可見長柱狀和短柱狀，鋯石多為半透明狀，部分晶體具熔蝕現(xiàn)象，樣品中晶體邊部多發(fā)育連續(xù)環(huán)帶。20顆鋯石的232Th平均含量為359.50×10-6,238U平均含量為467.54×10-6，232Th/238U平均值為0.69。巖石的232Th/238U值及鋯石陰極發(fā)光圖像均反映其具有巖漿鋯石特征[50]，可代表巖漿結(jié)晶年齡。由于其中4顆鋯石的諧和度較低(低于90%)，故不參與加權(quán)平均值的計(jì)算。因此，另外16顆鋯石的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(83.56±0.83) Ma,置信度為96%，MSWD=0.26(n=16),這與諧和曲線圖(圖7)上顯示的年齡(83.59±0.89) Ma相近。前人在糜棱巖中獲得黑云母、絹云母40Ar/39Ar年齡分別為21.81 Ma和23.74 Ma[35]，認(rèn)為其變形時(shí)限為24～21 Ma，表明本次研究的變形花崗巖形成時(shí)代為晚白堊世，剪切變形時(shí)代為中新世。

圖6 變形花崗巖鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像

圖7 變形花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和曲線圖

7 討論

7.1 巖石成因及構(gòu)造環(huán)境

變形花崗巖為鈣堿性系列巖石，地球化學(xué)特征表現(xiàn)為： SiO2含量>56%，Al2O3含量>15%，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，Yb含量<1×10-6，Y含量<18×10-6，大離子親石元素富集，高場強(qiáng)元素虧損。S含量高，Y含量低，Sr/Y為73.02～99.05，與原始埃達(dá)克質(zhì)巖石具有相似的地球化學(xué)特征。在Sr/Y-Y圖解(圖8)中，樣品投影點(diǎn)全部落入埃達(dá)克巖范圍內(nèi)。

圖8 變形花崗巖Sr/Y-Y圖解[51]

此外，變形花崗巖具有較高的SiO2含量，A/CNK均>1，屬于強(qiáng)過鋁質(zhì)巖石，A/NK平均值為2.20，普遍偏低，A/NK與A/CNK均>1，與大洋地殼來源的埃達(dá)克質(zhì)巖石形成鮮明對比，在A/NK-A/CNK圖解(圖9)中，樣品投影點(diǎn)落在下地殼來源的埃達(dá)克巖范圍內(nèi)。

綜合研究表明，變形花崗巖屬于C型埃達(dá)克質(zhì)巖石。變形花崗巖K2O含量較高，基本屬于中—高鉀范圍，而大洋地殼部分熔融的埃達(dá)克質(zhì)巖石SiO2含量普遍不高，K2O含量也普遍偏低。變形花崗巖MgO含量和Mg#值能較好地反映埃達(dá)克質(zhì)巖石來源[53]。變形花崗巖MgO平均值為1.93%，普遍偏低，變形花崗巖樣品投影點(diǎn)分別落在洋殼成因和加厚下地殼成因的埃達(dá)克質(zhì)巖石中，表明其成因介于加厚下地殼熔融成因和俯沖洋殼成因之間。

圖9 變形花崗巖A/NK-A/CNK圖解[52]

在陽離子R1-R2圖解(圖10)中，變形花崗巖樣品投影點(diǎn)均落入板塊碰撞前區(qū)域。在前人[55]提出的構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖11)中，變形花崗巖樣品投影點(diǎn)均落入火山弧花崗巖區(qū)。

1.地幔分離； 2.板塊碰撞前； 3.板塊碰撞后抬升； 4.造山期； 5.非造山期； 6.同碰撞期； 7.造山期后

(a) Rb-(Yb+Nb)圖解 (b) Rb-(Yb+Ta)圖解(c) Nb-Y圖解

7.2 對新特提斯洋演化時(shí)代的約束

變形花崗巖位于岡底斯巖漿弧南緣，其地球化學(xué)特征和地質(zhì)特征反映其為新特提斯洋殼向北俯沖削減背景下增厚的下地殼部分熔融形成的，為俯沖削減形成侵入巖漿的巖石學(xué)記錄。變形花崗巖鋯石U-Pb年齡為(83.56±0.83) Ma，為晚白堊世，與區(qū)域上新特提斯洋殼俯沖削減時(shí)代一致[56-58]。與之相應(yīng)的巖石組合包括北西側(cè)的晚白堊世(69±1) Ma[37]石英閃長巖和早—晚白堊世桑日群比馬組(92±1.5) Ma[37]安山巖，共同構(gòu)成與新特提斯洋殼俯沖有關(guān)的埃達(dá)克質(zhì)巖石組合，表明新特提斯洋俯沖消減作用在83.8 Ma左右還在繼續(xù)進(jìn)行。

7.3 對碰撞造山運(yùn)動的約束

韌性剪切帶中后侵入巖脈的年齡可代表韌性剪切變形活動的上限年齡，而遭受韌性剪切變形的最新地質(zhì)體的年齡可代表韌性剪切帶活動的下限年齡。本次研究在變形花崗巖中侵入的輝長巖脈中獲得鋯石U-Pb年齡為13 Ma[37]，為中新世，在變形的最新地質(zhì)體中獲得鋯石U-Pb年齡為28 Ma[37]，表明韌性剪切變形活動的上、下限年齡為28～13 Ma，與區(qū)域上普遍認(rèn)為的變形活動年齡24～20 Ma相當(dāng)。該時(shí)期正處于碰撞造山作用階段，表明變形花崗巖見證了新特提斯洋殼俯沖消減和歐亞-印度板塊碰撞造山的構(gòu)造-巖漿作用。

綜上可知，拉隆地區(qū)變形花崗巖為新特提斯洋殼在晚白堊世向北俯沖削減的產(chǎn)物，并在中新世(28～13 Ma)遭受了左旋剪切和向北滑覆的韌性剪切變形作用。

8 結(jié)論

(1)岡底斯南緣拉隆地區(qū)變形花崗巖巖石地球化學(xué)分析顯示，其巖石類型主要為英云閃長巖，屬于高硅鈣堿性系列巖石。SiO2含量為66.2%～71.0%； 全堿(Na2O+K2O)含量為6.2%～7.3%； Al2O3含量為14.7%～15.5%； MgO含量為1.0%～3.3%； 輕、重稀土元素含量比值(LREE/HREE)為10.8～13.3；δEu為0.9～1，屬于銪虧損型； Rb、Th等大離子親石元素富集，Ta、Zr、Nb等高場強(qiáng)元素虧損；Sr含量為(547.3～620.7)×10-6，Y含量為(6.1～8.5)×10-6，Sr/Y為73.02～99.05。整體顯示具有埃達(dá)克質(zhì)巖石的特征屬性。

(2)岡底斯南緣拉隆地區(qū)變形花崗巖鋯石U-Pb年齡為(83.56±0.83) Ma，巖石為晚白堊世新特提斯洋殼向北俯沖削減背景下增厚的下地殼部分熔融形成的產(chǎn)物。

(3)岡底斯南緣拉隆地區(qū)變形花崗巖在中新世(28～13 Ma)遭受了左旋剪切和向北滑覆的韌性剪切變形作用。