藏南米拉山地區(qū)中新世埃達(dá)克質(zhì)巖石的年代學(xué)、地球化學(xué)和成因*

孫浩哲 趙志丹 朱弟成 劉棟 王青 唐演 齊寧遠(yuǎn) 董國(guó)臣

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083

由于新特提斯洋殼的俯沖和斷離以及印度大陸與歐亞大陸的碰撞造山作用，青藏高原廣泛發(fā)育同碰撞和碰撞后巖漿活動(dòng)，其中以拉薩地塊南部的岡底斯帶的巖漿作用最為強(qiáng)烈(Allègreetal.,1984;Yin and Harrison,2000;莫宣學(xué),2011)。隨著印度大陸-亞洲大陸碰撞的完成以及印度大陸的俯沖，青藏地區(qū)迅速隆升，同時(shí)引發(fā)了青藏高原碰撞后始新世-中新世巖漿活動(dòng)。

始新世-中新世埃達(dá)克質(zhì)巖石是一類廣泛分布于藏南拉薩地塊碰撞后巖漿巖。Chungetal.(2003)首次在岡底斯巖基中發(fā)現(xiàn)中新世埃達(dá)克質(zhì)侵入巖，此后在岡底斯帶陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了類似的巖石組合(Chungetal.,2009;Lietal.,2011;Guanetal.,2012;Zhengetal.,2012;Houetal.,2015;陳希節(jié)等,2014;Wangetal.,2015;徐倩等,2019;洪宇飛等,2020)。盡管前人對(duì)藏南拉薩地塊埃達(dá)克質(zhì)巖漿活動(dòng)的研究取得了許多成果，但諸多學(xué)者對(duì)藏南埃達(dá)克質(zhì)巖漿巖的成因機(jī)制仍然有許多不同的認(rèn)識(shí)，包括：俯沖板片熔體交代的富集地幔部分熔融(Gaoetal.,2007,2010)；加厚的鎂鐵質(zhì)下地殼的部分熔融(Chungetal.,2003)，俯沖的印度大陸部分熔融(Xuetal.,2010)等。

與碰撞后巖漿作用相關(guān)的還有青藏高原的地殼增厚過程。對(duì)拉薩地塊埃達(dá)克質(zhì)巖的研究表明，青藏高原地殼的增厚作用早在始新世就已有所體現(xiàn)(Jietal.,2012)。青藏高原的巨厚地殼的形成包括構(gòu)造加厚的作用和幔源物質(zhì)底侵加厚的作用(莫宣學(xué),2020)，其中巖漿底侵作用體現(xiàn)為含水地幔楔熔融形成的鎂鐵質(zhì)巖漿底侵到Moho面附近形成新生下地殼，從而導(dǎo)致了地殼的增厚(Petford and Atherton,1996)。除此之外，含水的俯沖洋殼板片的熔體也可以底侵到Moho面附近，形成新生地殼(Moetal.,2008)。

碰撞后埃達(dá)克質(zhì)巖、鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)巖漿巖作為巖漿作用的產(chǎn)物，它們可用于探索巖石圈物質(zhì)組成，并為反演青藏高原深部地球動(dòng)力學(xué)過程提供約束(Turneretal.,1996;Williamsetal.,2004;Moetal.,2008)。碰撞后巖漿作用與地殼的增厚作用息息相關(guān)，碰撞后巖漿巖作為碰撞后巖漿作用的記錄，對(duì)于理解地殼的增厚機(jī)制來說至關(guān)重要。本文選擇了米拉山地區(qū)近年來新識(shí)別出的中新世埃達(dá)克質(zhì)巖，開展巖石學(xué)、全巖地球化學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)及鋯石Lu-Hf同位素研究，討論其成因機(jī)制、源區(qū)的組成，進(jìn)而揭示相關(guān)的深部動(dòng)力學(xué)過程和殼幔相互作用。

1 地質(zhì)背景及巖石特征

1.1 地質(zhì)背景

青藏高原是一系列塊體拼接而成(Yin and Harrison,2000;Zhuetal.,2013)，自北向南可分為松潘甘孜地塊、羌塘地塊、拉薩地塊和喜馬拉雅造山帶。拉薩地塊位于印度大陸以北，羌塘地塊以南，南部雅魯藏布縫合帶(YZSZ)與北部班公湖怒江縫合帶(BNSZ)分別構(gòu)成了拉薩地塊的南北構(gòu)造界限(圖1a)。在拉薩地塊內(nèi)部存在兩個(gè)次級(jí)構(gòu)造界限：洛巴堆-米拉山斷裂(LMF)和獅泉河-納木錯(cuò)混雜巖帶(SNMZ)，將整個(gè)拉薩地塊分成南拉薩地塊、中拉薩地塊和北拉薩地塊。大量中生代-新生代巖漿巖中的鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)表明，南拉薩地塊和北拉薩地塊以新生地殼為主，具有正的鋯石εHf(t)值；中拉薩地塊的中生代巖漿巖則以負(fù)的鋯石εHf(t)值和古老Hf同位素年齡為主，暗示中拉薩地塊可能存在古老的結(jié)晶基底(Zhuetal.,2011;朱弟成等,2012)。

圖1 拉薩地塊的構(gòu)造簡(jiǎn)圖及研究區(qū)位置(a,據(jù)Liu et al.,2014b修改)和米拉山研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b,據(jù)謝堯武等,2006;張博川等,2019修改)STDS-藏南拆離系；MBT-主邊界斷層；MCT-主中央斷層；IYZS-雅魯藏布縫合帶；LMF-洛巴堆-米拉山斷裂；SNMZ-獅泉河-納木錯(cuò)蛇綠混雜巖帶；BNS-班公湖-怒江縫合帶Fig.1 Simplified tectonic maps of Lhasa terrane and study area (a,modified after Liu et al.,2014b)and of Milashan area (b,modified after Zhang et al.,2019)

岡底斯弧位于拉薩地塊南部，是新特提斯大洋巖石圈俯沖產(chǎn)生的中生代巖漿弧，并疊加了同碰撞時(shí)期產(chǎn)生的巖漿巖(張澤明等,2019)。不僅如此，隨著印度大陸與亞歐大陸碰撞后的匯聚，在岡底斯弧中還廣泛分布碰撞后鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)及埃達(dá)克質(zhì)巖漿巖，使得岡底斯弧成為一條大型的復(fù)合大陸巖漿弧。中新世埃達(dá)克質(zhì)巖由少量巖墻、巖席和熔巖組成，空間上構(gòu)成了一條平行于雅魯藏布縫合帶的埃達(dá)克質(zhì)巖帶(Lietal.,2017)。鋯石U-Pb、39Ar-40Ar測(cè)年表明，大多數(shù)碰撞后埃達(dá)克質(zhì)巖年齡為26～9Ma(Gaoetal.,2007;Guoetal.,2007;Houetal.,2004;Xuetal.,2010;Chenetal.,2011;徐倩等,2019;洪宇飛等,2020)。拉薩地塊不同位置的埃達(dá)克質(zhì)巖具有不同的地球化學(xué)性質(zhì)，并且在拉薩地塊西部(以89°E為界限)，碰撞后埃達(dá)克質(zhì)巖與鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)巖漿共同出露，而在拉薩地塊東部則缺少超鉀質(zhì)巖漿的記錄(劉棟,2017;張博川等,2019)。

米拉山研究區(qū)位于拉薩地塊東部，洛巴堆—米拉山斷裂(LMF)以南，屬于南拉薩地塊。據(jù)澤當(dāng)鎮(zhèn)幅1:250000地質(zhì)圖(謝堯武等,2006(1)謝堯武,彭興階,段國(guó)璽等.2006.澤當(dāng)鎮(zhèn)幅(H46C003002)1:25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)，研究區(qū)出露地層以林子宗火山巖為主，包括典中組、年波組與帕那組。其中典中組與下伏上白堊統(tǒng)設(shè)興組呈角度不整合接觸關(guān)系，巖性為安山巖夾英安質(zhì)火山角礫巖、集塊巖及凝灰?guī)r；年波組呈噴發(fā)不整合覆蓋于典中組之上，主要巖性為安山質(zhì)熔巖、英安流紋巖、英安巖、凝灰?guī)r夾多層砂巖、礫巖；帕那組噴發(fā)不整合覆蓋于年波組之上，巖性為紫紅色流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、火山角礫巖夾流紋英安巖，上部為紫紅色巖屑砂巖。張博川等(2019)在區(qū)內(nèi)新識(shí)別出中新世含火山巖地層，巖性包括英安巖、流紋巖、火山碎屑巖、黑曜巖和巖屑砂巖(圖1b),獲得了17.2～18.2Ma的年齡；周桐等(2021)也對(duì)米拉山地區(qū)中新世火山巖展開了年代學(xué)和地球化學(xué)工作，獲得了16～18Ma的年齡數(shù)據(jù)。

1.2 巖石學(xué)特征

米拉山火山巖主要為英安巖、流紋巖，具有斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，顯微鏡下可見多數(shù)礦物表面有裂紋，并且長(zhǎng)柱型礦物排列具有一定的定向性。

其中，英安巖(圖2a,b)的斑晶含量約35%，包括鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英。斜長(zhǎng)石呈半自形-自形板狀，粒度為0.5～2mm，表面發(fā)生絹云母化蝕變，有的發(fā)生破碎，占斑晶的40%；石英呈尖角狀，粒度為0.5～2mm,含量占35%；鉀長(zhǎng)石呈半自形-自形板狀，粒度為0.5～2mm，可見卡式雙晶，表面有蝕變，含量占25%。含有少量巖屑，內(nèi)部為粒狀石英(圖2a)。流紋巖(圖2c,d)的斑晶含量約40%，包括石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、黑云母。石英呈尖角狀，粒度為0.5～1.5mm，個(gè)別可達(dá)2mm以上，表面有大量裂紋，含量約占25%；斜長(zhǎng)石呈板狀，粒度為1～2mm，表面有大量裂紋并發(fā)生破碎，發(fā)育聚片雙晶及生長(zhǎng)環(huán)帶，含量約占40%；鉀長(zhǎng)石呈磨圓狀，粒度為0.5～2mm，表面有大量裂紋，可見有卡式雙晶，含量占25%；黑云母呈長(zhǎng)條狀，可見一組極完全解理，并且發(fā)生破碎變形，含量占5%?；|(zhì)為隱晶質(zhì)-微粒結(jié)構(gòu)。

圖2 米拉山中新世火山巖顯微照片(a、b)英安巖；(c、d)流紋巖.Q-石英；Pl-斜長(zhǎng)石；Bi-黑云母；Kfs-鉀長(zhǎng)石Fig.2 Photomicrographs of Miocene volcanic rocks from Milashan area(a,b)dacite;(c,d)rhyolite.Q-quartz;Pl-plagioclase;Bi-Biotite;kfs-K-feldspar

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 主量、微量元素

樣品的粉碎挑選在河北省廊坊地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成。選取新鮮樣品，去除風(fēng)化面，粉碎至200目以上用于主量、微量元素分析。

樣品的主量元素測(cè)試是在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)科學(xué)研究院ICP-OES超凈實(shí)驗(yàn)室，使用ICP-OES完成。具體操作流程可參考郭振華(2012)。樣品的微量元素是在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用ICP-MS分析測(cè)定，測(cè)定過程中使用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為AGV-2、BHVO-2、BCR-2、RGM-2，分析精度優(yōu)于5%～10%。制樣方法詳細(xì)內(nèi)容可參閱參考文獻(xiàn)Liuetal.(2008)。

2.2 鋯石U-Pb定年及原位Lu-Hf同位素分析

鋯石的挑選以及陰極發(fā)光顯微照相是在北京鋯石領(lǐng)航科技有限公司完成的。在避免污染的條件下將樣品粉碎后淘洗，采用電磁選和重液分選后在雙目鏡下挑選無明顯裂痕且晶型較好的鋯石，將其制成環(huán)氧樹脂樣品靶，經(jīng)打磨拋光使鋯石中心部位露出，進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)顯微照相。

鋯石U-Pb測(cè)年和鋯石微量元素測(cè)試工作均在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)礦物激光微區(qū)分析實(shí)驗(yàn)室完成。使用的激光剝蝕系統(tǒng)為New Wave 193UC型ArF準(zhǔn)分子激光器，使用的電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)為Angilent 7900。實(shí)驗(yàn)過程中采用NIST610作為元素含量外標(biāo)，采用鋯石91500(Wiedenbecketal.,2004)作為U-Pb同位素比值外標(biāo)，采用鋯石GJ-1(Jacksonetal.,2004)和Plesovice(Slámaetal.,2008)作為未知樣品數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控標(biāo)來進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)采用剝蝕斑束直徑為35μm，實(shí)驗(yàn)過程每隔6個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)用2個(gè)91500、GJ-1標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校正，樣品信號(hào)積分區(qū)間為35s。本文采用軟件 ICP-MS DataCal(Liuetal.,2010)完成數(shù)據(jù)離線處理，采用Isoplot進(jìn)行鋯石U-Pb年齡諧和圖繪制和MSWD的計(jì)算,同位素比值及年齡誤差均為1σ。

3 分析結(jié)果

3.1 全巖主、微量元素地球化學(xué)

本文對(duì)9件樣品進(jìn)行了全巖主量、微量元素地球化學(xué)測(cè)試，結(jié)果匯總于表1中。

表1 米拉山中新世火山巖的主量(wt%)和微量(×10-6)元素含量Table 1 Whole rock major (wt%)and trace (×10-6)elements of the Milashan Miocene volcanic rocks

續(xù)表1Continued Table 1

由于樣品經(jīng)歷了一定程度的蝕變，樣品總體的燒失量比較高(0.92%～4.86%)。主量元素在應(yīng)用之前已去除燒失量，并換算至100%。除去樣品RD1504具有稍低的SiO2含量(59.89%)，其他樣品均具有較高的SiO2含量(64.11%～71.78%)，屬于中酸性巖類。樣品的MgO含量整體偏低，除去樣品RD1504的MgO含量為1.95%外其余樣品均在0.46%～0.97%之間。樣品的Mg#整體偏低(22.2～43.4)，其中RD1508的Mg#為22.2，其余樣品的Mg#在32.3～43.4之間。樣品RD1501-RD1509的K2O/Na2O比值在0.56～1.63之間，其中RD1501-RD1504的K2O/Na2O值為0.56～0.87，顯示相對(duì)富鈉的特征，而RD1505-RD1509的K2O/Na2O值為1.02～1.63，顯示相對(duì)富鉀特征。在TAS圖解中(圖3a)，樣品RD1501、RD1502落入英安巖區(qū)域，樣品RD1504落入粗面英安巖區(qū)域(石英含量>20%)，樣品RD1503、RD1505-RD1509則落入流紋巖區(qū)域。在K2O-SiO2圖解(圖3c)中，除RD1502英安巖樣品落入中鉀鈣堿系列區(qū)域外，其他樣品均落入高鉀鈣堿系列區(qū)域。在K2O-Na2O圖解(圖3b)中，樣品均落入鉀玄質(zhì)巖石區(qū)域內(nèi)。在A/NK-A/CNK(圖3d)中，只有樣品RD1504粗面英安巖落入準(zhǔn)鋁質(zhì)系列范圍(A/CNK=0.94,A/NK=1.60)，其余樣品均屬于過鋁質(zhì)系列。RD1501-1504具有相對(duì)高的CaO(2.49%～3.81%)、TiO2(0.37%～0.59%)及Al2O3(15.77%～16.31%)含量，而RD1505-1509總體具有相對(duì)較低的CaO(1.49%～1.95%)、TiO2(0.26%～0.29%)和Al2O3(13.54%～14.39%)。

圖3 米拉山中新世火山巖主量元素判別圖解(a)硅-堿圖解(據(jù)Le Maitre,1989)；(b)K2O-Na2O圖解；(c)K2O-SiO2圖(據(jù)Rickwood,1989)；(d)A/NK-A/CNK圖.拉薩地塊東部埃達(dá)克質(zhì)巖據(jù)Chung et al.,2003;Guo et al.,2007;Li et al.,2011;Chen et al.,2011;趙志丹等,2001；拉薩地塊西部埃達(dá)克質(zhì)巖據(jù)Miller et al.,1999;Guo et al.,2007;王保弟等,2008;Chen et al.,2011;于楓等,2015.圖4、圖8數(shù)據(jù)來源同此圖Fig.3 Discriminant diagrams of major elements of Milashan Miocene volcanic rocks(a)Total alkalis vs.silica (after Le Maitre,1989);(b)K2O vs.Na2O diagram;(c)K2O vs.SiO2 diagram (after Rickwood,1989);(d)A/NK vs.A/CNK diagram.Data of adakitic rocks in eastern Lhasa (Chung et al.,2003;Guo et al.,2007;Li et al.,2011;Chen et al.,2011;Zhao et al.,2001)and western Lhasa (Miller et al.,1999;Guo et al.,2007;Wang et al.,2008;Chen et al.,2011;Yu et al.,2015)are plotted as well.Data sources of Fig.4 and Fig.8 are the same as this figure

米拉山鈣堿性火山巖具有較低的稀土元素含量，∑REE=102.5×10-6～153.3×10-6。樣品的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的稀土元素配分圖顯示為右傾型曲線(圖4b)，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的(La/Yb)N比值在21.77～29.69之間，表明樣品的輕稀土元素相對(duì)富集、重稀土元素相對(duì)虧損，輕、重稀土元素分異明顯。此外，樣品顯示弱的Eu負(fù)異常(δEu=0.82～0.87)。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化不相容元素配分圖(圖4a)表明樣品富集Rb、Th、U、K、Pb等元素，虧損Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素，大離子親石元素Ba也呈現(xiàn)了負(fù)異常。樣品的Sr含量(388×10-6～804×10-6)較高，Y(6.55×10-6～11.20×10-6)，Yb(0.70×10-6～1.07×10-6)含量較低，具有較高的Sr/Y比值(51.44～80.49)。

圖4 米拉山中新世火山巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(a)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素 配分圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough,1989)Fig.4 Primitive mantle-normalized trace-element spidergrams (a)and chondrite-normalized REE patterns (b)of the Milashan area (normalizing data from Sun and McDonough,1989)

3.2 鋯石U-Pb 定年結(jié)果

本文對(duì)南部拉薩地塊米拉山地區(qū)的8件中新世火山巖樣品進(jìn)行鋯石U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析，相關(guān)數(shù)據(jù)匯總于表2、表3中。從米拉山中新世火山巖中分離出的鋯石大多發(fā)生不同程度的破碎，破碎程度較低的鋯石主要呈半自形-自形粒狀或長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)柱狀鋯石的長(zhǎng)寬比為1.5:1～3:1,內(nèi)部具有清晰的震蕩環(huán)帶。米拉山火山巖的鋯石展現(xiàn)出相對(duì)較高的Th、U含量，Th/U比值在0.56～1.95之間，具有明顯的Ce正異常、Eu負(fù)異常和富集的HREE(圖5a)，說明樣品鋯石屬于巖漿鋯石(Hoskin,2003)。

圖5 米拉山中新世火山巖鋯石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a,據(jù)Boynton,1984)和U/Yb-Y圖(b,據(jù)Grimes et al.,2007)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns (a,normalizing data from Boynton,1984)and U/Yb vs.Y diagram (b,after Grimes et al.,2007)for zircons in Milashan volcanic rocks

本文對(duì)8件樣品進(jìn)行了鋯石U-Pb定年，具體數(shù)據(jù)見表2。所有樣品的定年數(shù)據(jù)點(diǎn)均落在諧和線附近(圖6)。其中，樣品RD1502在剔除不和諧年齡點(diǎn)后的12個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為20.38±0.28Ma(n=12,MSWD=1.5)；樣品RD1503在剔除不和諧年齡點(diǎn)后的的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為18.47±0.21Ma(n=10,MSWD=0.54)；樣品RD1504在剔除不和諧年齡點(diǎn)后的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為16.10±0.16Ma(n=14,MSWD=0.20)；樣品RD1505在剔除不和諧年齡點(diǎn)后的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為16.82±0.11Ma(n=16,MSWD=0.26)；樣品RD1506、RD1507、RD1508、RD1509在剔除不和諧年齡點(diǎn)后的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為分別為17.34±0.17Ma(n=12,MSWD=0.19)、17.05±0.18Ma(n=14,MSWD=2.0)、16.73±0.16Ma(n=16,MSWD=0.23)、16.68±0.13Ma(n=15,MSWD=0.5)。樣品RD1504-RD1509顯示出～17Ma的火山活動(dòng)記錄，樣品RD1502-RD1503則說明可能還存在有ca.18～20Ma的火山活動(dòng)。

表2 西藏米拉山中新世火山巖的鋯石LA-ICPMS U-Pb定年結(jié)果Table 2 Zircon LA-ICPMS U-Pb data of the Miocene volcanic rocks in Milashan,Tibet

續(xù)表2Continued Table 2

續(xù)表2Continued Table 2

圖6 米拉山中新世火山巖鋯石鋯石U-Pb協(xié)和圖Fig.6 U-Pb concordia diagrams of the Milashan volcanic rocks

3.3 鋯石Hf同位素

表3 米拉山中新世火山巖的鋯石Hf同位素組成Table 3 Zircon Hf isotopic compositions of the Miocene volcanic rocks in Milashan

續(xù)表3Continued Table 3

續(xù)表3Continued Table 3

4 討論

4.1 巖石成因

米拉山火山巖的SiO2與Ti、P等主量元素之間存在良好的線性關(guān)系(圖7)，說明該地區(qū)樣品間存在成因聯(lián)系。米拉山地區(qū)三種巖性的樣品具有相近的鋯石εHf(t)范圍和微量元素(圖4)組成，說明三種巖性的火山巖源區(qū)是一致的，而鋯石εHf(t)的范圍不隨樣品SiO2的含量變化而變化，表明巖漿演化過程中并沒有富集組分的加入，樣品受到地殼混染的影響較小。因此考慮米拉山地區(qū)火山巖樣品之間的演化關(guān)系是由分離結(jié)晶作用產(chǎn)生的。TiO2、P2O5和SiO2之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系顯示Ti-Fe氧化物和磷灰石的分離結(jié)晶。角閃石對(duì)MREE的分配系數(shù)高于HREE，因此低壓條件下角閃石分離結(jié)晶可以使Dy/Yb比值降低和La/Sm比值升高，而石榴子石在高壓條件下的分離結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致Dy/Yb比值和La/Sm比值同時(shí)升高(吳昌炟,2019)。米拉山中新世火山巖隨著SiO2值的升高出現(xiàn)Dy/Yb比值降低和 (La/Sm)N比值升高，符合角閃石分離結(jié)晶的特征(圖7c,d)。角閃石分離結(jié)晶也可以解釋米拉山火山巖MREE含量隨著演化程度提高出現(xiàn)降低的趨勢(shì)(圖4b)。

圖7 米拉山火山巖SiO2-TiO2 (a)、SiO2-P2O5 (b)、Dy/Yb-SiO2 (c)和La/Sm-SiO2 (d)圖解米拉山埃達(dá)克質(zhì)巖據(jù)張博川等，2019；周桐等，2021Fig.7 Diagrams of SiO2 vs.TiO2 (a),SiO2 vs.P2O5 (b),Dy/Yb vs.SiO2 (c)and La/Sm vs.SiO2 (d)for Milashan volcanic rocksData source of Milashan adakitic rocks from Zhang et al. (2019);Zhou et al. (2021)

米拉山中新世火山巖具有高SiO2含量(SiO2=59.89%～71.78%)，較高Al2O3含量(Al2O3=13.54%～16.31%)和低MgO含量(MgO<3.0 %)，高Sr含量(388×10-6～804×10-6)，低的Y(6.55×10-6～11.20×10-6)和Yb含量(0.70×10-6～1.07×10-6)，以及較高的Sr/Y值(51.44～80.49)，高LREE/HREE比值(La/Yb)，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti及缺乏明顯負(fù)Eu異常的特點(diǎn)，表明樣品RD1501-RD1509具有埃達(dá)克質(zhì)巖石的特征。在Sr/Y-Y圖(圖8a)以及(La/Yb)N-YbN圖(圖8b)中，米拉山中新世火山巖也落入埃達(dá)克巖的范圍內(nèi)。

圖8 米拉山中新世火山巖的Sr/Y-Y圖解(a)與(La/Yb)N-YbN圖解(b)(據(jù)Defant and Drummond,1990;Petford and Atherton,1996)Fig.8 Sr/Y vs.Y diagram (a)and (La/Yb)N vs.YbN diagram (b)of Milashan Miocene volcanic rocks (after Defant and Drummond,1990;Petford and Atherton,1996)

埃達(dá)克質(zhì)特征可以由多種途徑獲得。目前，關(guān)于埃達(dá)克質(zhì)巖的成因，有如下幾種觀點(diǎn)：(1)俯沖洋殼的部分熔融(Defant and Drummond,1990)；(2)俯沖洋殼板片交代的地幔的部分熔融(Gaoetal.,2007)；(3)拆沉下地殼部分熔融(Kayetal.,1994;Defantetal.,2002)；(4)俯沖的印度大陸下地殼部分熔融(Xuetal.,2010)；(5)加厚下地殼的部分熔融(Chungetal.,2003;Houetal.,2004)。

俯沖洋殼部分熔融成因的埃達(dá)克質(zhì)巖一般在島弧環(huán)境下產(chǎn)出，起源于俯沖洋殼的埃達(dá)克質(zhì)巖漿往往會(huì)與上覆地幔楔發(fā)生交代作用，使之具有相對(duì)較高的MgO含量、Mg#和相容元素的含量。米拉山中新世火山巖整體具有低的MgO，低Mg#，低的相容元素含量(圖9),不符合俯沖板片成因的埃達(dá)克質(zhì)巖的特點(diǎn)。并且，米拉山埃中新世火山巖具有16.1±0.2Ma到20.4±0.3Ma的年齡，此時(shí)新特提斯洋板片的俯沖作用早已終止。俯沖新特提斯洋殼板片交代的拉薩地塊巖石圈地幔部分熔融產(chǎn)生的埃達(dá)克質(zhì)巖同樣會(huì)具有相對(duì)高的MgO含量、Mg#和相容元素的含量，這與米拉山埃達(dá)克質(zhì)巖整體相對(duì)較低的MgO含量、Mg#和相容元素的含量(圖9)不一致。此外，米拉山中新世火山巖的鋯石具有相對(duì)高的U/Yb值和相對(duì)低的Y值，落入陸殼鋯石范圍內(nèi)(圖5b)，也表明這些鋯石起源于大陸地殼，因此排除米拉山埃達(dá)克質(zhì)巖形成于俯沖洋殼部分熔融或俯沖板片交代的巖石圈地幔部分熔融的可能。

圖9 米拉山中新世火山巖MgO-SiO2圖解(a)、Mg#-SiO2圖解(b)、Ni-Mg#圖解(c)和Ni-Cr圖解(d)(據(jù)Karsli et al.,2010;Zhu et al.,2009;Condie,2005;Stern and Kilian,1996)Fig.9 MgO vs.SiO2 (a),Mg# vs.SiO2 (b),Ni vs.Mg# (c)and Ni vs.Cr (d)diagrams of Milashan volcanic rocks (after Karsli et al.,2010;Zhu et al.,2009;Condie,2005;Stern and Kilian,1996)

拆沉下地殼部分熔融也可以形成埃達(dá)克質(zhì)巖漿(Kayetal.,1994)。當(dāng)大陸地殼變得足夠厚時(shí)，下地殼會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槊芏雀蟮牧褫x巖相，因此發(fā)生拆離并沉入地幔中。拆沉過程會(huì)導(dǎo)致下地殼與相對(duì)熱的地幔接觸，使拆沉的下地殼發(fā)生部分熔融并產(chǎn)生埃達(dá)克質(zhì)巖(Defantetal.,2002)。但是，拆沉下地殼部分進(jìn)入到巖石圈地幔發(fā)生熔融，產(chǎn)生的熔體在上升過程中與地幔橄欖巖發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致熔體MgO含量、Ni、Cr等相容元素含量的增加。這與米拉山火山巖樣品整體低MgO，Mg#和低相容元素含量的特點(diǎn)不一致(圖9)。

俯沖的印度大陸下地殼的部分熔融也可以產(chǎn)生埃達(dá)克質(zhì)巖(Xuetal.,2010)。俯沖陸殼產(chǎn)生的熔體在上升過程中也會(huì)不可避免地與上覆地幔楔發(fā)生反應(yīng)，使熔體的MgO含量、Mg#以及相容元素含量的增加(Liuetal.,2014b)。印度大陸地殼部分熔融產(chǎn)生的熔體具有極低的鋯石εHf(t)值(<-10)(Zengetal.,2011,2015)，而米拉山埃達(dá)克質(zhì)巖具有正的鋯石εHf(t)值(圖10)。因此排除俯沖印度大陸下地殼部分熔融產(chǎn)生埃達(dá)克質(zhì)巖的情況。

圖10 米拉山中新世火山巖鋯石εHf(t)-U-Pb年齡圖古新世岡底斯巖基據(jù)Chu et al. (2006);新生下地殼埃達(dá)克質(zhì)巖據(jù)Chung et al. (2009),Li et al. (2011)Fig.10 εHf(t)vs.U-Pb ages of zircons from Milashan volcanic rocksThe Paleocene Gangdese batholith is from Chu et al. (2006);the adakitic rocks derived from juvenile lower crust are from Chung et al. (2009),Li et al. (2011)

加厚鎂鐵質(zhì)下地殼的部分熔融可以形成具有低的MgO含量、Mg#以及相容元素含量的埃達(dá)克質(zhì)巖(Chungetal.,2003)。高溫高壓熔融實(shí)驗(yàn)證明金紅石的殘留會(huì)導(dǎo)致埃達(dá)克質(zhì)巖漿虧損Nb、Ta、Ti(Xiongetal.,2005)，而金紅石穩(wěn)定的最小壓力約為1.5GPa，代表部分熔融的深度應(yīng)大于45～50km。在中新世時(shí)期，拉薩地塊巖石圈已經(jīng)發(fā)生明顯的增厚(Chungetal.,2009)，具有產(chǎn)生埃達(dá)克質(zhì)巖的條件。米拉山埃達(dá)克質(zhì)巖虧損HREE和Y，具有較高的Sr/Y和La/Yb值，表明源區(qū)有角閃石和石榴子石殘留(Rappetal.,2002;Xiongetal.,2005)；缺乏Eu負(fù)異常說明殘留相貧斜長(zhǎng)石。由于重稀土元素相對(duì)石榴子石是相容元素，石榴子石的殘留會(huì)導(dǎo)致形成的熔體具有傾斜的HREE模式，Y/Yb值明顯大于10，而角閃石殘留則會(huì)使熔體的HREE呈相對(duì)平坦的配分模式，其Y/Yb值在10左右(高永豐等,2003)。米拉山埃達(dá)克質(zhì)火山巖具有較平坦的HREE模式(圖4b)，并且Y/Yb值為8.68～12.44，表明角閃石可能是主要的殘留相。因此，本文認(rèn)為米拉山埃達(dá)克質(zhì)巖起源于加厚下地殼部分熔融，并且源區(qū)的殘留相主要為角閃石+石榴石+金紅石，斜長(zhǎng)石含量較少。

4.2 新生下地殼的生長(zhǎng)

米拉山火山巖的埃達(dá)克質(zhì)特征來源于加厚的鎂鐵質(zhì)下地殼的部分熔融。米拉山埃達(dá)克質(zhì)巖具有正的εHf(t)值(+2.2～+7.8)(圖10)，與古新世岡底斯巖基的鋯石εHf(t)值相當(dāng)，說明加厚的鎂鐵質(zhì)下地殼是新生的下地殼，并且有新生的幔源物質(zhì)的加入，使之具有正的εHf(t)值。王雄(2020)通過對(duì)林芝地區(qū)代表折返喜馬拉雅中下地殼的石榴角閃巖進(jìn)行熔融實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)石榴角閃巖單獨(dú)熔融產(chǎn)生的熔體與拉薩地塊埃達(dá)克質(zhì)巖相比貧鉀且相對(duì)貧LILE，但是在20%幔源巖漿加入后產(chǎn)生的熔體與埃達(dá)克質(zhì)巖一致，并且對(duì)其他元素影響較小。這說明加厚下地殼源區(qū)產(chǎn)生拉薩地塊埃達(dá)克質(zhì)巖漿需要幔源巖漿的加入，進(jìn)一步印證了幔源物質(zhì)對(duì)新生下地殼生長(zhǎng)的貢獻(xiàn)，即新生下地殼形成過程中可能存在幔源玄武質(zhì)巖漿的底侵作用(Zhuetal.,2013;Liuetal.,2014b)。

微量元素的比值可以反映新生下地殼經(jīng)歷的富集作用。LILE(Ba、Pb、Sr)等元素因板片脫水產(chǎn)生的含水流體而富集(Pearce and Peate,1995)，而Nb、Th、La等元素在沉積物的熔體中富集(Kelemenetal.,2007;Castillo and Newhall,2004)，因此這些微量元素及比值可以反映源區(qū)經(jīng)歷的富集過程。在Ba-Nb/Y圖和Ba/Y-Nb/Y圖中，米拉山火山巖變化范圍較大的Nb/Y和變化范圍較小的Ba、Ba/Y，顯示熔體富集作用為主，流體富集作用也有體現(xiàn)(圖11a,c)。變化大的Th/Yb比值和Ba/La值也表明熔體富集和流體富集的趨勢(shì)均有體現(xiàn)(圖11b)；變化較大Th/Yb值和變化較小的Sr/Nd比值同樣說明主要為熔體加入源區(qū)(圖11d)。因此，新生下地殼源區(qū)既有俯沖板片沉積物熔體的富集過程，同時(shí)流體的富集作用也有體現(xiàn)。一個(gè)可能的解釋是殘余的新特提斯俯沖洋殼熔體加入造成熔體和流體富集作用同時(shí)體現(xiàn)，這一過程可能發(fā)生在同碰撞過程中新生下地殼的生長(zhǎng)過程。發(fā)生熱液蝕變和水化的殘余洋殼俯沖至深部，在角閃巖相發(fā)生含水熔融，形成同碰撞安山質(zhì)熔體(Moetal.,2008;Niuetal.,2013)。殘余的洋殼部分更靠近洋中脊，具有地幔的同位素特征，同碰撞安山質(zhì)熔體繼承了殘余洋殼的地幔特征。并且，同碰撞安山質(zhì)熔體也可以在保存在下地殼，導(dǎo)致地殼的凈生長(zhǎng)(Niuetal.,2013)。因此，本文認(rèn)為米拉山火山巖所顯示的板片熔體富集和流體富集的特征可能來自于同碰撞時(shí)期由殘余水化的俯沖洋殼熔融產(chǎn)生的安山質(zhì)熔體加入到下地殼的過程。

4.3 動(dòng)力學(xué)意義

自始新世以來，拉薩地塊就已經(jīng)出現(xiàn)巖石圈加厚的特征(Maetal.,2014;Jietal.,2012;Liuetal.,2014a)。增厚的巖石圈會(huì)發(fā)生拆沉作用，導(dǎo)致軟流圈地幔的上涌并加熱大陸巖石圈地幔及下地殼并發(fā)生部分熔融，產(chǎn)生廣泛分布于拉薩地塊的碰撞后巖漿巖。

結(jié)合米拉山火山巖的源區(qū)特征，米拉山埃達(dá)克質(zhì)火山巖成因包括兩個(gè)階段：首先是同碰撞時(shí)期新生下地殼的形成。俯沖洋殼板片的斷離引發(fā)了地幔楔的部分熔融，產(chǎn)生鎂鐵質(zhì)巖漿。同時(shí)，殘余的新特提斯俯沖洋殼板片在角閃巖相條件下發(fā)生部分熔融，產(chǎn)生安山質(zhì)熔體。這兩種具有地幔特征的熔體通過底侵作用添加至Moho面附近并保存，形成新生下地殼。隨著印度-亞歐大陸的持續(xù)匯聚，拉薩地塊巖石圈由于擠壓作用產(chǎn)生構(gòu)造加厚。其次是碰撞后時(shí)期加厚下地殼的部分熔融過程。隨著印度大陸與亞歐大陸碰撞以及印度大陸的俯沖，拉薩地塊巖石圈的發(fā)生構(gòu)造增厚，下地殼巖石也逐漸變質(zhì)為麻粒巖相-榴輝巖相。加厚的巖石圈發(fā)生拆沉，引發(fā)軟流圈物質(zhì)的上涌和對(duì)流，拉薩地塊東部的加厚下地殼被持續(xù)加熱并發(fā)生部分熔融，巖漿沿著構(gòu)造裂隙向上運(yùn)移并噴發(fā)形成了米拉山埃達(dá)克質(zhì)火山巖。這一過程同時(shí)也引發(fā)了米拉山斷裂的活動(dòng)。向樹元等(2012)采用磷灰石裂變徑跡年齡方法對(duì)米拉山斷裂進(jìn)行了研究，認(rèn)為米拉山斷裂在中新世開始快速隆升，斷裂南側(cè)在15.4Ma以及斷裂北側(cè)在17.7Ma的抬升速率遠(yuǎn)大于米拉山斷裂在26.4Ma之前的抬升速率，并呈現(xiàn)南側(cè)隆升快北側(cè)隆升慢的特征，表明米拉山斷裂在中新世發(fā)生了相對(duì)正斷層活動(dòng)。而米拉山中新世火山巖樣品的具有16.1～20.4Ma的年齡，與米拉山斷裂活動(dòng)的時(shí)間一致。因此，本文認(rèn)為米拉山埃達(dá)克質(zhì)巖和米拉山斷裂的活動(dòng)同為巖石圈深部活動(dòng)的結(jié)果。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)青藏高原南拉薩地塊米拉山地區(qū)產(chǎn)出的中新世鉀質(zhì)鈣堿性火山巖進(jìn)行巖石學(xué)、年代學(xué)、地球化學(xué)及鋯石Hf同位素研究工作，取得以下認(rèn)識(shí)：

(1)米拉山中新世火山巖以熔巖的形式產(chǎn)出，巖性為粗面英安巖、英安巖及流紋巖，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)鉀玄質(zhì)鈣堿性系列巖石，具有埃達(dá)克質(zhì)巖的特點(diǎn)。

(2)米拉山中新世火山巖的鋯石U-Pb年齡為16.1±0.2Ma～20.4±0.3Ma，鋯石原位Lu-Hf同位素測(cè)試顯示樣品εHf(t)為+2.2～+7.8，正的εHf(t)值說明源區(qū)以新生地殼成分為主。

(3)米拉山埃達(dá)克質(zhì)巖的成因?yàn)榧雍裥律碌貧さ牟糠秩廴?。在拉薩地塊巖石圈的拆沉過程中，拉薩地塊巖石圈被持續(xù)加熱從而發(fā)生部分熔融，這一過程同時(shí)也引發(fā)了米拉山斷裂的活動(dòng)。

致謝感謝審稿人提出了寶貴的修改意見和建議。