西藏南部南迦巴瓦地區(qū)中新世-上新世地殼深熔作用*

郝光明 曾令森 趙令浩

1.自然資源部深地動力學重點實驗室，中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所，北京 100037 2.中國地質(zhì)科學院國家地質(zhì)實驗測試中心，北京 100037

喜馬拉雅造山帶是板塊(印度板塊和歐亞板塊)會聚作用最終導致陸陸碰撞造山作用的典型代表，其發(fā)生了強烈的構造變形、巖漿和變質(zhì)作用(章振根等,1987,1992;丁林等,1995;王天武和馬瑞,1996;Burgetal.,1997,1998;Edwards and Harrison,1997;Dingetal.,2001;Boothetal.,2004,2009;孫志明等,2004,2005;張宏飛等,2004;Zhangetal.,2004b;張澤明等,2007;龔俊峰等,2008;Seward and Burg,2008;許志琴等,2008;曾令森等,2008,2019;Zengetal.,2009,2011;Gaoetal.,2017,2021;胡古月等,2016;曾令森和高利娥,2017;邸英龍等,2020;Wangetal.,2020)。喜馬拉雅東、西構造結是喜馬拉雅造山帶東、西端的兩個高級變質(zhì)塊體，強烈的構造應力、快速剝蝕和隆升使東、西構造結成為新生代變質(zhì)和深熔作用最強的地區(qū)(許志琴等,2008;Zeitleretal.,2014)。位于喜馬拉雅東構造結的南迦巴瓦地塊經(jīng)歷了復雜的構造變形并發(fā)生了強烈的變質(zhì)和深熔作用，是研究碰撞造山帶深部高級變質(zhì)巖石的部分熔融和巖漿作用特征的重要對象(Burgetal.,1997,1998;Dingetal.,2001;Boothetal.,2004,2009;張宏飛等,2004;張澤明等,2008;曾令森等,2009;Zengetal.,2012;Zeitleretal.,2014;趙令浩等,2020)。構造變形與變質(zhì)和巖漿作用之間存在高度關聯(lián)，大規(guī)模的部分熔融和巖漿作用往往與地表的快速抬升和伸展作用有關(Harris and Massey,1994;Zeitleretal.,2001;胡古月等,2016)。南迦巴瓦地塊的SHRIMP鋯石U-Pb研究揭示了至少五期巖漿作用，分別為500～400Ma、～120Ma、70～40Ma、25～18Ma和10～3Ma(Boothetal.,2004)。雖然前人的熱年代學研究認為南迦巴瓦地塊的快速抬升開始時限在4～3Ma(丁林等,1995;Burgetal.,1997,1998;龔俊峰等,2008;Seward and Burg,2008)，但獨居石和鋯石等礦物的定年工作表明快速剝蝕的開始要更早(<10Ma)(Boothetal.,2004,2009;Pengetal.,2018)。南迦巴瓦石榴輝石麻粒巖中的鋯石U-Pb定年則揭示了～11Ma的地殼深熔作用(Dingetal.,2001)，～10Ma的淡色花崗巖是減壓熔融的結果(Pengetal.,2021)。重塑和限定新生代晚期巖漿作用期次對于揭示南迦巴瓦地塊的抬升和擴張歷史具有重要意義。

本文通過對南迦巴瓦地塊的淡色花崗巖樣品鋯石U-Pb定年，獲得了較為年輕的鋯石U-Pb年齡，為深入了解深部地質(zhì)過程(地殼深熔和變質(zhì)作用)如何影響高級變質(zhì)地體的快速剝蝕隆升提供了新數(shù)據(jù)。

1 地質(zhì)背景和樣品特征

南迦巴瓦地區(qū)位于喜馬拉雅造山帶東構造結，屬于高喜馬拉雅結晶巖系，周圍由岡底斯巖漿巖、拉薩地體的變沉積巖和高級變質(zhì)雜巖體組成(圖1b)。南迦巴瓦構造結主要由比魯構造巖片、直白構造巖片，南派鄉(xiāng)構造巖片和多雄拉變質(zhì)穹窿組成(孫志明等,2004,2005;許志琴等,2008;Xuetal.,2012)，其主要巖性有片麻巖、片巖、角閃巖、變粒巖、變基性巖和花崗巖等(劉玉海,1984;章振根等,1987;王天武和馬瑞,1996)。南迦巴瓦地區(qū)廣泛發(fā)育麻粒巖相變沉積質(zhì)巖和變基性巖(鐘大賚和丁林,1995;Liu and Zhong,1997;丁林和鐘大賚,1999;孫志明等,2004;鄭來林等,2004;張澤明等,2007;戚學祥等,2010;Zhangetal.,2010,2012;Guilmetteetal.,2011;Suetal.,2012;Pengetal.,2018,2021)。南迦巴瓦地區(qū)的混合巖和淡色花崗巖記錄了多期變質(zhì)和部分熔融事件(Burgetal.,1997;Dingetal.,2001;Boothetal.,2004;Seward and Burg,2008;Zengetal.,2008,2012;張澤明等,2008;曾令森等,2009;戚學祥等,2008,2010;Suetal.,2012;王譽樺等,2014;Gaoetal.,2019)。中低溫熱年代學表明，南迦巴瓦地區(qū)在上新世和更新世均經(jīng)歷了快速冷卻抬升事件(章振根,1992;丁林等,1995;Burgetal.,1997,1998;Dingetal.,2001;Seward and Burg,2008;龔俊峰等,2008;Finneganetal.,2008;Wangetal.,2014;Zeitleretal.,2014)，并伴隨著年輕的變質(zhì)和地殼深熔作用。本文研究區(qū)位于南迦巴瓦地塊的直白構造巖片，該構造巖片呈北東-南西走向處于派鄉(xiāng)構造巖片和多雄拉變質(zhì)穹窿所夾持區(qū)域，南東側(cè)受丹娘-直白韌性逆沖斷裂控制，北西側(cè)為丹娘-直白韌性拆離斷裂(圖1b)。直白構造巖片主要由富鋁片麻巖、花崗片麻巖和泥質(zhì)片巖組成，經(jīng)歷了麻粒巖相和角閃巖相變質(zhì)并存在強烈的混合巖化作用(丁林和鐘大賚,1999;Dingetal.,2001;張澤明等,2007;許志琴等,2008;戚學祥等,2010;Guilmetteetal.,2011;Pengetal.,2018,2021)。

圖1 藏南南迦巴瓦地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)Zeng et al.,2012；趙令浩等,2020修改)Fig.1 Simplified geological map of the Namche Barwa,southern Tibet (modified after Zeng et al.,2012;Zhao et al.,2020)

本文報道的3件淡色花崗巖樣品均采于南迦巴瓦峰西南的派鄉(xiāng)附近，分別為T0558(N29°36′25.38″、E94°56′25.98″)、T0560(N29°33′52.38″、E94°54′27.18″)和T0561-7(N29°32′22.68″、E94°53′33.29″)，樣品位置如圖1b所示。3件淡色花崗巖樣品均以規(guī)模不一的脈體形式存在，具體的巖相學特征如下：(1)淡色花崗巖T0558以脈體形式與混合巖中的淺色熔體直接相連(圖2a)，顯微照片未顯示出韌性變形證據(jù)，可能是韌性變形過程中，地殼物質(zhì)重熔晚期侵入形成的脈體，在鏡下微觀上呈現(xiàn)正常巖漿結晶的狀態(tài)。巖石為中粒-粗粒粒狀結構，由石英、鉀長石、斜長石、黑云母和白云母組成。石英呈他形粒狀，顆粒大小不一。黑云母呈淺褐色，以細小針狀或短柱狀存在(圖2b)。(2)淡色花崗巖T0560同樣以脈體形式產(chǎn)出，寬約10～18cm，侵入切割了上部的片麻巖，與下部混合巖中的淺色熔體直接相連(圖2b)。顯微照片同樣未顯示出韌性變形特征，可能是地殼物質(zhì)重熔晚期侵入形成的脈體。礦物組合與淡色花崗巖T0558相似，主要由石英、鉀長石、斜長石、黑云母和白云母組成。斜長石具有明顯的聚片雙晶特征，黑云母呈淺褐色或深灰色，多色性明顯(圖2d)。(3)淡色花崗巖T0561-7以較寬的脈體(0.5～1m)侵入切割了片麻巖和大理巖(圖2e)，表明淡色花崗巖的形成晚于后兩者。其主要礦物為石英，鉀長石、斜長石、黑云母、白云母和少量榍石，榍石呈紅褐色，具有特有的菱形特征(圖2f)。

圖2 南迦巴瓦地區(qū)淡色花崗巖野外露頭和顯微照片(a、b)為樣品T0558；(c、d)為樣品T0560；(e、f)為樣品T0561-7.Q-石英；Pl-斜長石；Kf-鉀長石；Bt-黑云母；Mus-白云母；榍石-TtnFig.2 Field photos and microphotographs of leucogranites from the Namche Barwa(a,b)Sample T0558;(c,d)Sample T0560;(e,f)Sample T0561-7.Q-quartz;Pl-plagioclase;Kf-K-feldspar;Bt-biotite;Mus-muscovite;Ttn-titanite

2 分析方法

本文對3件淡色花崗巖樣品中的鋯石進行制靶和拋光，先后采集鋯石的陰極發(fā)光(CL)和掃描電鏡背散射(BSE)圖像，根據(jù)圖像中清晰的鋯石結構來選點和分析，選點時避開裂隙發(fā)育部位，選取合適的測試部位。鋯石U-Pb定年分析在國家地質(zhì)實驗測試中心LA-ICP-MS實驗室完成。樣品采用激光剝蝕-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)設備進行分析，該設備的激光剝蝕系統(tǒng)以He作為剝蝕物質(zhì)傳輸載氣，激光斑束直徑為23μm，頻率為10Hz，輸出能量約為8mJ。ICP-MS分析采用低分辨模式，儀器信號調(diào)諧使用NIST612進行，實驗過程中232Th和238U信號大于20w，實時監(jiān)測ThO+/Th+以保證實驗過程中氧化物產(chǎn)率<0.2%。樣品測試過程中，以10個樣品點為一組，每完成一組后分析2個國際標準鋯石樣品91500和一個Plesovice點以保證數(shù)據(jù)結果的準確性。鋯石U-Pb分析時對202Hg、204Pb、206Pb、207Pb、208Pb同位素檢測3ms，232Th、238U同位素檢測2ms，單點分析(包括氣體背景采集)、激光剝蝕鋯石信號采集和剝蝕后的鋯石吹掃共計時間8s。數(shù)據(jù)處理過程采用GLITTER(Version 4.0)進行同位素比值處理，采用ISOPLOT程序進行年齡計算。樣品測試結果見表1。

表1 南迦巴瓦地區(qū)花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年數(shù)據(jù)Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb analytical results of zircon grains of granites from the Namche Barwa area

續(xù)表1Continued Table 1

續(xù)表1Continued Table 1

3 數(shù)據(jù)及結果

淡色花崗巖樣品T0558中的鋯石呈長柱狀或短柱狀，長軸為120～230μm，長軸/短軸比值為1～2.2，半自形-他形結構。大部分鋯石具有明顯的核-邊雙層結構，鋯石核部較為均勻與邊部的界線明顯且無明顯分帶(圖3a)，年齡集中在～11Ma的鋯石具有較低的Th/U比值(0.01～0.03)，表現(xiàn)出深熔鋯石的特征，與其條帶狀深熔現(xiàn)象相穩(wěn)合(圖2a)。測試結果顯示鋯石的Th和U含量變化范圍分別為8.7×10-6～1738×10-6和143.0×10-6～4508×10-6，Th/U比值變化范圍為0.01～1.51(表1)。該樣品中獲得的206Pb/238Pb年齡變化較大(525.3～10.8Ma)，鋯石核部年齡為514.1～55.2Ma，鋯石邊部～11Ma的年齡比較集中且在諧和線附近。Th和U含量變化范圍分別為21.2×10-6～88.8×10-6和1110×10-6～3442×10-6，Th/U比值變化范圍為0.01～0.03，加權平均年齡為11.30±0.16Ma(n=12，MSWD=0.72)(圖4a,b)。

圖3 南迦巴瓦地區(qū)淡色花崗巖樣品的鋯石陰極發(fā)光圖像(CL)和U-Pb定年結果Fig.3 Cathodoluminescence (CL)images and U-Pb analysis on zircon grains of leucogranites from the Namche Barwa

圖4 南迦巴瓦地區(qū)淡色花崗巖樣品的鋯石U-Pb年齡諧和圖和年齡分布圖Fig.4 U-Pb concordia and age distribution diagrams for zircon grains of leucogranites from the Namche Barwa

淡色花崗巖樣品T0560中的鋯石均呈長柱狀，長軸為220～260μm，長軸/短軸比值為1.2～2.3，自形結構。大部分鋯石具有明顯的核-邊或核-幔-邊結構，核部具有清晰或模糊的震蕩環(huán)帶，鋯石的幔部呈淺色且寬度較窄(<10μm)，邊部發(fā)育清晰的巖漿環(huán)帶(圖3b)。除測試點14外，其余鋯石Th/U比值較低(0～0.05)，但清晰的巖漿震蕩環(huán)帶表明其為巖漿成因。測試結果顯示Th和U含量分別為0.7×10-6～623.8×10-6和85.9×10-6～8347×10-6，Th/U比值變化范圍為0～1.39(表1)。去掉一個206Pb/238Pb年齡較大的分析點14(152.7Ma)，其余分析點的206Pb/238Pb年齡范圍變化較小(5.4～2.4Ma)，其中16個分析點的年齡集中在諧和線 ～2.6Ma附近，加權平均年齡為2.59±0.04Ma(n=16，MSWD=1.4)(圖4c,d)。

淡色花崗巖樣品T0561-7中的鋯石呈長柱狀或短柱狀，長軸為120～190μm，長軸/短軸比值為1.2～3.6，半自形-他形結構(圖3c)。顆粒12鋯石核部與邊部界線明顯，核部較為均勻無明顯震蕩環(huán)帶。顆粒16和20給出的鋯石U-Pb年齡與T0560相似，但相比于T0560的鋯石，顆粒16和20的粒徑較小，呈半自形-他形結構。顆粒16核部震蕩環(huán)帶較為模糊，邊部具有明顯的分帶，顆粒20具有明顯的核-邊雙層結構，邊部無明顯分帶(圖3c)。鋯石環(huán)帶可能與巖漿溫度有關，高溫條件下易形成較寬的結晶環(huán)帶，低溫條件下形成較窄的結晶環(huán)帶，鋯石大小可能與繼承鋯石的大小和ZrSiO2的供給等因素有關。鋯石的 Th和U含量變化范圍分別為0.9×10-6～367.7×10-6和35.6×10-6～8711×10-6，Th/U比值變化范圍為0～1.29(表1)。該樣品中獲得的206Pb/238Pb年齡變化非常大，為1511～2.5Ma。通過與其它兩個樣品年齡對比發(fā)現(xiàn)，分析點12的206Pb/238Pb年齡(11.1Ma)與淡色花崗巖T0558的加權平均年齡(11.30±0.16Ma)接近，分析點16和20的206Pb/238Pb年齡(2.6Ma和2.5Ma)接近淡色花崗巖T0560的加權平均年齡(2.59±0.04Ma)(表1)。

4 討論

4.1 南迦巴瓦地區(qū)中新世的巖漿作用記錄

本文淡色花崗巖樣品(T0558)獲得的鋯石U-Pb年齡為11.30±0.16Ma，在另外一件花崗巖樣品(T0561-7)中同樣存在～11Ma的數(shù)據(jù)點(測試點12)，共同表明南迦巴瓦地區(qū)存在一期中新世晚期的部分熔融作用。前人在該地區(qū)中新世的熱年代學工作(表2)顯示了較大范圍的年齡23.2～0.2Ma(章振根等,1992;丁林等,1995;Burgetal.,1997,1998;Dingetal.,2001;Murphyetal.,2002;Zhangetal.,2004b;Liuetal.,2006;Mahéoetal.,2007;龔俊峰等,2008;Seward and Burg,2008;Zeitleretal.,2014;Gongetal.,2015;劉婷,2020)。但更精確的定年工作顯示(表2)，石榴輝石麻粒巖中的鋯石U-Pb定年揭示了～11Ma 的地殼深熔作用(Dingetal.,2001)?；◢弾r和變泥質(zhì)巖的鋯石U-Pb定年則顯示了19～3Ma的年齡范圍(Boothetal.,2004,2009;Pengetal.,2021)，并認為～10Ma是南迦巴瓦地區(qū)的快速剝蝕的開始(Boothetal.,2004,2009)。Zhangetal.(2012)在該地區(qū)的鈣硅酸鹽巖中得出了～8Ma的變質(zhì)鋯石U-Pb年齡。角閃巖的鋯石U-Pb定年表明，在中新世晚期(～10Ma)，南迦巴瓦地塊的快速剝露從核部傳遞到了外部(Pengetal.,2018)。喜馬拉雅造山帶的其他地區(qū)也存在較年輕的巖漿作用，阿瑪直米(定結)地區(qū)淡色花崗巖的獨居石定年給出了 ～11Ma的結晶年齡(Cottleetal.,2009;Kalietal.,2010)，并認為該地區(qū)在13～12Ma發(fā)生了南北向向東西向伸展的轉(zhuǎn)變(Kalietal.,2010)。在高喜馬拉雅西部的瓦姐拉巖體中則發(fā)現(xiàn)年齡為～11.7Ma的淡色花崗巖(Wuetal.,1998)。庫拉崗日地區(qū)淡色花崗巖的獨居石定年表明其結晶發(fā)生在～12.5Ma(Edwards and Harrison,1997)。在北喜馬拉雅薩迦穹窿，麻迦淡色花崗巖的獨居石U-Pb定年(Sch?reretal.,1986)和磷釔礦U-Pb定年(Kingetal.,2011)均給出了 ～10Ma的結晶年齡。薩迦淡色花崗巖和二云母花崗巖中獨居石或鋯石U-Pb定年顯示了～14Ma的形成年齡(Zhangetal.,2004a;張宏飛等,2004;Leeetal.,2006)。Kingetal.(2011)認為該穹窿的快速剝蝕和隆升作用導致15～9Ma減壓熔融，形成淡色花崗質(zhì)巖體。隨后的麻迦淡色花崗巖SHRIMP鋯石U-Pb定年表明，11.6～9.6Ma代表了與伸展作用相關的峰期深熔作用時限(胡古月等,2016)。定日地區(qū)二云母花崗巖的鋯石U-Th/He定年同樣給出了11.3～9.6Ma的年齡范圍(Mahéoetal.,2007)。然巴穹窿淡色花崗巖的鋯石、獨居石和磷釔礦U-(Th)-Pb測年顯示了～8Ma的巖漿作用(Liuetal.,2014)。吳福元等(2015)將喜馬拉雅淡色花崗巖劃分為原喜馬拉雅(44～26Ma)、新喜馬拉雅(26～13Ma)和后喜馬拉雅(13～7Ma)三大階段，認為13～7Ma對應青藏高原的全面隆升。上述結果表明：喜馬拉雅造山帶在12～9Ma期間(圖5)經(jīng)歷較普遍、較大規(guī)模的地殼深熔作用，可能與穹窿的快速隆升有關。南迦巴瓦地區(qū)發(fā)育～11.3Ma淡色花崗巖是南迦巴瓦穹窿快速隆升的深部地質(zhì)過程的響應。

表2 喜馬拉雅造山帶中新世-上新世野外樣品主要信息Table 2 The main information of Miocene-Pleistocene field samples form Himalayan orogen

續(xù)表2Continued Table 2

圖5 南迦巴瓦地區(qū)中新世-上新世代表性樣品的鋯石U-Pb年齡頻率圖Fig.5 Plot of zircons U-Pb age probability of Miocene-Pleistocene samples from the Namche Barwa

4.2 南迦巴瓦地區(qū)更新世的巖漿作用記錄

本文的兩件花崗巖樣品T0560和T0561-7(測試點16，20)均給出了非常年輕的鋯石U-Pb年齡(～2.59Ma)，代表了南迦巴瓦地區(qū)一期早更新世的地殼深熔作用?；跓崮甏鷮W研究(裂變徑跡和40Ar/39Ar等)，前人認為的南迦巴瓦地區(qū)快速隆升開始時限是4～3Ma(表2)(丁林等,1995;Burgetal.,1997,1998;龔俊峰等,2008;Seward and Burg,2008;Wangetal.,2014)，本文雖得出了更晚的巖漿作用年齡(～2.59Ma)，但代表的是同一構造隆升事。雖然前人的熱年代學工作(表2)存在與本文相近的鋯石U-Pb年齡(～2.59Ma)，但熱年代學年齡并非礦物的結晶年齡，是該礦物所處溫度低于同位素體系的封閉溫度以來的時間間隔，代表巖體的冷卻年齡。巖體冷卻速率會對礦物Ar同位素體系的封閉溫度產(chǎn)生重要影響(Harrison,1982)，在巖體冷卻速率很快的南迦巴瓦地區(qū)(Dingetal.,2001;Mahéoetal.,2007;龔俊峰等,2008;Gongetal.,2015)，礦物的封閉溫度會發(fā)生一定程度的變化，從而對封閉年齡產(chǎn)生影響，但上述熱年代學年齡仍可表明南迦巴瓦地區(qū)在晚上新世發(fā)生了快速的隆升剝蝕事件?！?Ma以來侵蝕和構造運動的相互作用導致穹窿的快速隆起，導致各種類型巖石一起快速剝露(Pengetal.2021)。Wangetal.(2014)認為南迦巴瓦地區(qū)構造加速隆升在～2.5Ma。穹窿的快速隆升導致大規(guī)模的地殼深熔作用可能集中在12～9Ma，但更年輕的花崗巖鋯石U-Pb年齡(2.59±0.04Ma)指示南迦巴瓦地區(qū)存在晚上新世以來的巖漿作用，表明南迦巴瓦地區(qū)的快速抬升導致的巖漿作用從～12Ma持續(xù)到至少～2.59Ma，在該地區(qū)形成大量的淡色花崗巖。

5 結論

(1)喜馬拉雅造山帶東構造結南迦巴瓦地區(qū)的淡色花崗巖記錄了11.30±0.16Ma和2.59±0.04Ma兩期巖漿作用，可能與藏南穹窿的快速隆升有關?！?1Ma可能處于喜馬拉雅造山帶快速生長的峰期。

(2)晚上新世的淡色花崗巖鋯石U-Pb定年表明，在南迦巴瓦地區(qū)穹窿的隆升導致的巖漿作用至少持續(xù)到了 ～2.59Ma，代表了一期年輕的巖漿作用事件。

致謝感謝審稿專家和本刊編輯對本文提出了寶貴的修改意見。