古特提斯洋閉合時限：來自南羌塘唐古拉巖漿帶查吾拉巖體的證據(jù)

張培烈, 王根厚, 馮翼鵬, 韓 寧

(中國地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083)

羌塘盆地位于青藏高原的中部，大地構(gòu)造位置位于金沙江縫合帶和班公湖-怒江縫合帶之間(圖1)。李才[1]提出，在羌塘中部還存在一條重要的構(gòu)造界線——龍木錯-雙湖縫合帶，構(gòu)成南北羌塘的分界線，岡瓦納大陸的北界。這條縫合帶詳細記錄了古特提斯洋的演化歷史[1-2]。

前人對龍木錯-雙湖縫合帶進行的研究，主要集中在其構(gòu)造演化、俯沖碰撞過程及高壓變質(zhì)巖等方面，認為龍木錯-雙湖縫合帶在晚三疊世發(fā)生碰撞[3-18]，同時也對南北羌塘之間大規(guī)模晚三疊世巖漿巖進行過研究?？傮w上看，晚三疊世巖漿活動沿羌塘盆地中央形成一系列巖基和巖株[19]，巖性組合以花崗巖、花崗閃長巖和閃長巖為主，其形成時間集中在221～210 Ma B.P.；成因復(fù)雜，除少量A型外，多數(shù)為S型和I型[20-24]，均具顯著的δEu負異常，為成熟陸塊部分熔融的產(chǎn)物[25]。在研究區(qū)以東，東達山、吉塘和白馬雪山等地以英安質(zhì)火山巖和流紋質(zhì)火山巖為主，顯示出碰撞型巖漿巖特征[26]。向南的臨滄花崗巖基，主要由復(fù)式花崗巖基、巖枝和巖脈組成[27]，巖性包括花崗閃長巖、石英閃長巖、石英二長巖和二長花崗巖等，其形成時間在214～220 Ma B.P.，以S型花崗巖為主，存在少量I型花崗巖[27-28]，其成因存在爭議[27]。在研究區(qū)以西的夏瑪日地區(qū)，以二長花崗巖為主，其形成時間為231 Ma B.P.和227 Ma B.P.，屬強過鋁質(zhì)S型花崗巖[27]。雖然前人對南北羌塘之間晚三疊世巖漿巖進行了大量研究，但侵位時代和構(gòu)造背景等問題還存在爭議，這些問題制約了對龍木錯-雙湖縫合帶大地構(gòu)造演化的進一步研究[27]。

區(qū)域上，由于中生界大面積覆蓋和花崗巖的大規(guī)模侵入等原因，龍木錯-雙湖縫合帶向東延伸也存在爭議[29]，而存在爭議的原因在于該段缺少藍片巖或者榴輝巖的證據(jù)。在此基礎(chǔ)上，前人對巴青榴輝巖進行研究，獲得了223 Ma的變質(zhì)年齡，認為巴青榴輝巖與晚三疊世龍木錯-雙湖縫合帶碰撞閉合有關(guān)，與丁青蛇綠巖碎片、晚三疊世巖漿巖和變形帶共同證實了龍木錯-雙湖縫合帶的東向延伸[30-31]。在查吾拉地區(qū)，南北羌塘印支期碰撞花崗巖與南羌塘增生雜巖帶及北側(cè)同碰撞期那底岡日火山巖構(gòu)成了完整的俯沖-碰撞造山帶，共同代表了晚三疊世龍木錯-雙湖縫合帶的碰撞[31]。因此，對南北羌塘印支期碰撞花崗巖帶的研究可以更好地確定龍木錯-雙湖縫合帶的延伸，探討古特提斯洋演化，具有重要的大地構(gòu)造意義。此外，李尚林等[32]研究發(fā)現(xiàn)在查吾拉地區(qū)發(fā)育有大型銅礦，深入研究查吾拉巖體，也有助于區(qū)域內(nèi)的礦產(chǎn)勘查工作。

為了解決查吾拉巖體的地球化學(xué)特征、侵位時代、構(gòu)造背景等方面的問題，進而通過區(qū)域?qū)Ρ?，探討南北羌塘之間晚三疊世花崗巖的成因聯(lián)系，為古特提斯洋的演化提供約束。本文在對查吾拉巖體進行詳細的野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，進行了巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)及同位素地質(zhì)年代學(xué)的研究。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于金沙江縫合帶(北)和班公湖-怒江縫合帶(南)之間的南北羌塘[33](圖1-A)。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象豐富，層次清楚，經(jīng)歷多期構(gòu)造變形，構(gòu)造線方向總體上為北西西-南東東向。區(qū)內(nèi)大面積出露查吾拉巖體，是由幾種不同成分和結(jié)構(gòu)的侵入體組成的復(fù)式深成巖體，總體呈近東西向長條狀分布，侵入下石炭統(tǒng)，被上三疊統(tǒng)和中上侏羅統(tǒng)覆蓋(圖1-B)。研究區(qū)內(nèi)，酉西巖組與查吾拉巖體在構(gòu)造成因上緊密相關(guān)。有學(xué)者認為酉西巖組是一套“淺基底”變質(zhì)巖系[29]，從區(qū)域構(gòu)造-地層對比分析，認為酉西巖組為印支期增生雜巖。前人對印支期增生雜巖帶進行了大量研究，在巴青地區(qū)的榴輝巖中獲得了223 Ma的變質(zhì)年齡，標志著中三疊世至晚三疊世南北羌塘的碰撞[30-31]；王根厚[29]在吉塘巖組中獲得了231 Ma的變質(zhì)多硅白云母年齡，并將其厘定為印支期增生雜巖。前人的研究進一步完善了對查吾拉地區(qū)的俯沖-碰撞造山帶的認識。印支期增生雜巖與上覆上三疊統(tǒng)東達村組之間角度不整合接觸，暗示晚三疊世以來龍木錯-雙湖縫合帶俯沖碰撞的構(gòu)造事件[29,34]。上三疊統(tǒng)之上為中上侏羅統(tǒng)、古近系和第四系等。

圖1 羌塘盆地構(gòu)造單元劃分及研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Division of Tectonic units in Qiangtang Basin and geological map of the study area(圖A改編自宋紹瑋等[33])

研究區(qū)內(nèi)大量發(fā)育斷裂構(gòu)造，按方向分為4組，分別為近東西向、北東向、北西向和近南北向，其中近東西向斷裂規(guī)模最大，而北東向斷裂最發(fā)育。據(jù)野外觀察，北東向斷層控制著查吾拉巖體的分布，并在后期錯斷了巖體(圖1-B)。研究區(qū)的北部發(fā)育伸展構(gòu)造，走向以近南北向為主，是高原新生代近東西向伸展的產(chǎn)物，是青藏高原隆升地殼物質(zhì)向東逃逸的轉(zhuǎn)換構(gòu)造形式[35]；北東向斷裂多為左行走滑斷裂。

2 巖體及其巖相學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)巖漿活動比較強烈，以深成侵入作用為主，巖性組合為中粗粒二長花崗巖、中細粒黑云母二長花崗巖、中粒似斑狀黑云母二長花崗巖和粗粒黑云母二長花崗巖。據(jù)野外觀察，查吾拉巖體具有一定的分帶性，根據(jù)礦物顆粒大小及暗色礦物含量的變化，可將巖體劃分出中央相和邊緣相。中央相為中粗粒-粗粒黑云母二長花崗巖，礦物顆粒較大(6～8 mm)且黑云母等暗色礦物含量較高，巖石輕微蝕變。邊緣相(-過渡相)為中粗粒二長花崗巖、中粒似斑狀黑云母二長花崗巖和中細粒黑云母二長花崗巖，相比于中央相，邊緣相的巖石較為新鮮，礦物顆粒變小(2～5 mm)且暗色礦物含量減少(圖2)。本次研究共采集10個樣品，具體信息參見表1。

二長花崗巖為塊狀構(gòu)造，似斑狀結(jié)構(gòu)，鏡下觀察主要礦物及含量(目估的礦物面積分數(shù))：石英(30%)，斜長石(30%～35%)，鉀長石(25%)，黑云母(3%～5%)。黑云母二長花崗巖為塊狀構(gòu)造，似斑狀結(jié)構(gòu)，鏡下觀察主要礦物及含量：石英(20%～25%)，斜長石(40%)，鉀長石(25%)，黑云母(5%～10%)(圖3)。

圖2 查吾拉巖體野外照片F(xiàn)ig.2 Outcrop photos of Chawula pluton(A)黑云母二長花崗巖; (B)二長花崗巖

表1 查吾拉巖體主元素及稀土、痕量元素特征Table 1 Characteristics of major elements, rare earth elements and trace elements in Chawula pluton

續(xù)表1

圖3 查吾拉巖體巖石顯微照片F(xiàn)ig.3 Microphotographs of Chawula pluton(A)黑云母二長花崗巖，正交偏光; (B)二長花崗巖，正交偏光

3 分析結(jié)果

3.1 巖石地球化學(xué)特征

二長花崗巖在巖石地球化學(xué)特征上，與黑云母二長花崗巖無明顯區(qū)別，且只有一個樣品，因此在下文統(tǒng)一敘述地球化學(xué)和稀土、痕量元素特征。

圖4 查吾拉巖體(A/CNK)-(A/NK)圖解Fig.4 (A/CNK)-(A/NK) diagram of Chawula pluton(作圖方法據(jù)P.D.Maniar等[36])

查吾拉巖體的K2O/Na2O(質(zhì)量分數(shù)比值)為0.82～1.60，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.90～1.29，既有準鋁質(zhì)，也有強過鋁質(zhì)花崗巖[36](圖4)。里特曼指數(shù)(σ)為1.43～3.91，屬堿性、鈣堿性巖系。受構(gòu)造活動影響，樣品B3092-2變質(zhì)為糜棱巖，導(dǎo)致里特曼指數(shù)偏高(3.91)，為堿性系列。堿度率(AR)為1.64～3.39，在AR-SiO2圖解上位于堿性-鈣堿性區(qū)[37](圖5)。SiO2-K2O圖解(圖6)和SiO2-(Na2O+K2O-CaO)圖解(圖7)顯示巖體主要屬鈣堿性花崗巖[38-39]。巖石CIPW標準礦物組合為：石英(Q)、正長石(Or)、鈉長石(Ab)，屬SiO2過飽和型。

圖5 查吾拉巖體AR-SiO2圖解Fig.5 AR-SiO2 diagram of Chawula pluton(作圖方法據(jù)J.B.Wright[37] )

圖6 查吾拉巖體SiO2-K2O圖解Fig.6 SiO2-K2O diagram of Chawula pluton(作圖方法據(jù)R.Peccerillo等[38])

圖7 查吾拉巖體SiO2-(Na2O+K2O-CaO)圖解Fig.7 SiO2-(Na2O+K2O-CaO) diagram of Chawula pluton(作圖方法據(jù)B.R.Frost等[39] )

3.2 稀土元素特征

查吾拉巖體的稀土元素總量(wΣREE)為68.86×10-6～372.75×10-6，wLREE/wHREE為3.12～15.59，(La/Yb)N為2.35～21.38，(La/Sm)N為2.08～5.48，(Gd/Yb)N為0.87～3.31，表明輕、重稀土總體分餾程度較高但輕稀土分餾相對較強。δEu介于0.20～0.70，負異常顯著；(Ce/Yb)N為1.61～16.92，稀土元素配分曲線向右陡傾[40](圖8)，屬輕稀土富集型。

圖8 查吾拉巖體稀土元素配分曲線Fig.8 Rare earth elements distribution curve of Chawula pluton(作圖方法據(jù)W.F.McDonough等[40] )

3.3 痕量元素特征

查吾拉巖體的wK/wRb為32.81～94.01、wRb/wSr為0.42～8.55、wSr/wBa為0.26～0.38、wZr/wHf為21.31～32.71、wNb/wTa為8.84～14.29、wSm/wNd為0.16～0.30、wU/wTh為0.09～0.52、wRb/wYb為10.81～36.43。痕量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖右傾[41](圖9)，具有強、中不相容元素Rb、Th、La、Hf富集，而Nb、Sr、P、Ti元素虧損的特征。

圖9 查吾拉巖體痕量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖Fig.9 Primitive mantle normalized spider diagram for Chawula pluton(作圖方法據(jù)W.F.McDonough等[41] )

4 討 論

4.1 查吾拉巖體時代與成因

圖10 查吾拉巖體(C/MF)-(A/MF)圖解Fig.10 (C/MF)-(A/MF) diagram of Chawula pluton(作圖方法據(jù) R.Alther等[42])

圖11 查吾拉巖體K2O-Na2O圖解Fig.11 K2O-Na2O diagram of Chawula pluton(作圖方法據(jù) W.Collins等[43])

從巖石地球化學(xué)特征來看，查吾拉巖體均屬于亞堿性中的鈣堿性系列巖石，絕大多數(shù)樣品SiO2質(zhì)量分數(shù)(w)大于65%；僅一個樣品鋁飽和指數(shù)A/CNK<1； CIPW標準礦物計算結(jié)果顯示，絕大部分樣品中出現(xiàn)剛玉C分子而不出現(xiàn)透輝石Di分子，符合主要由沉積巖熔融而成的S型花崗巖的特點[42-43](圖10、圖11)，但熔融過程中可能發(fā)生了一定的混染[44]。AR-SiO2圖解顯示，投點的分布符合堿性分界線的趨勢，查吾拉巖體表現(xiàn)出同源演化的特征[37]。稀土元素特征顯示，總體上輕、重稀土分餾程度不是很高，但均具顯著的δEu負異常，反映斜長石等富Eu礦物在巖漿源區(qū)物質(zhì)部分熔融時殘留[45]，符合地殼重熔型花崗巖的特點[42](圖10)。稀土元素特征表明查吾拉巖體應(yīng)是由先成地殼經(jīng)重熔，而后形成巖漿并經(jīng)運移侵位形成。痕量元素特征顯示，Rb、Th、La、Hf元素富集，Nb、Sr、P、Ti元素虧損，符合造山帶花崗巖的特點。Nb虧損指示一種具有大陸殼特征，增生在大陸邊緣的花崗巖[46]。

關(guān)于查吾拉巖體的形成時代，據(jù)野外觀察，查吾拉巖體侵入下石炭統(tǒng)，被上三疊統(tǒng)和中侏羅統(tǒng)覆蓋，與巖體相接觸部位的中上侏羅統(tǒng)中均未見接觸變質(zhì)，表明巖體侵位晚于早石炭世且早于中侏羅世。本次研究在查吾拉巖體中的黑云母二長花崗巖中，獲得了(219±21) Ma、(210±37) Ma的鋯石U-Pb等時年齡(圖12、圖13)。

區(qū)域上，前人采用黑云母K-Ar方法在研究區(qū)以東珠勞拉山口的巖體中獲得了(196.3±1.89) Ma的年齡，并認為該年齡偏新[29]。此外，在類烏齊、吉塘、東達山、白馬雪山、魯?shù)閹r體和臨滄等地的巖體中也獲得了大量晚三疊世的年齡[29,47]。有學(xué)者對巴青地區(qū)印支期增生雜巖帶進行了研究，認為在227～221 Ma B.P.形成了南北羌塘之間的唐古拉巖漿巖帶和巴青榴輝巖[30-31]；宋紹瑋等[33]對崗塘錯-那底崗日一帶的巖漿巖進行研究，獲得了244～223 Ma的年齡；在研究區(qū)以西，關(guān)俊雷等[27,48-49]在夏瑪日巖體中也獲得了晚三疊世的年齡。綜合研究認為查吾拉巖體侵位時代為晚三疊世。

圖12 中粒似斑狀黑云母二長花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.12 Zircon U-Pb concordia diagram of medium grained porphyritic biotite monzogranite

圖13 中細粒黑云母二長花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.13 Zircon U-Pb concordia diagram of medium fine grained biotite monzogranite

關(guān)于查吾拉巖體的構(gòu)造背景，R1-R2圖解顯示，大部分投點位于同碰撞花崗巖區(qū)[50](圖14)； Y-Nb、Yb-Ta、(Y+Nb)-Rb和(Yb+Ta)-Rb圖解顯示，投點則集中于同碰撞花崗巖、火山弧花崗巖和板內(nèi)花崗巖的分界處[51](圖15-圖18)。實際上，花崗巖構(gòu)造判別圖解具有一定局限性，可能不完全反映花崗巖形成時的構(gòu)造環(huán)境，因此不能單純依靠判別圖解來確定其形成時的構(gòu)造環(huán)境，還應(yīng)該要結(jié)合野外地質(zhì)資料和區(qū)域構(gòu)造演化歷史。據(jù)野外觀察，查吾拉巖體為深成侵入巖，符合張旗等[45,52]提出的同碰撞花崗巖的特點。

圖14 查吾拉巖體R1-R2圖解Fig.14 R1-R2 diagram of Chawula pluton(作圖方法據(jù)R.A.Batchelor等[50])①地幔斜長花崗巖; ②板塊碰撞前花崗巖; ③板塊碰撞后隆起期花崗巖; ④晚造山期花崗巖;⑤非造山區(qū)A型花崗巖; ⑥同碰撞花崗巖; ⑦造山期后A型花崗巖

圖15 查吾拉巖體(Yb+Ta)-Rb圖解Fig.15 (Yb+Ta)-Rb diagram of Chawula pluton(作圖方法據(jù)J.A.Pearce等[51])

圖16 查吾拉巖體(Y+Nb)-Rb圖解Fig.16 (Y+Nb)-Rb diagram of Chawula pluton(作圖方法據(jù)J.A.Pearce等[51])

圖17 查吾拉巖體Y-Nb圖解Fig.17 Y-Nb diagram of Chawula pluton(作圖方法據(jù)J.A.Pearce等[51])

圖18 查吾拉巖體Yb-Ta圖解Fig.18 Yb-Ta diagram of Chawula pluton(作圖方法據(jù)J.A.Pearce等[51])

4.2 查吾拉巖體形成時的構(gòu)造背景

關(guān)于查吾拉巖體所屬的唐古拉巖漿巖帶的成因，目前主要有3種觀點。第一種觀點為基于唐古拉巖漿巖帶西北部存在的高度分餾的流紋巖，認為其與班公湖-怒江特提斯洋的北向俯沖有關(guān)[53]，這一觀點忽略了龍木錯-雙湖縫合帶的作用。第二種觀點認為，唐古拉巖漿巖帶成因與晚三疊世松潘-甘孜地塊的南向低角度俯沖于北羌塘之下有關(guān)[54-55]，由于松潘-甘孜復(fù)理石建造及其伴生花崗巖的εNd(t)值明顯高于唐古拉巖漿巖帶，因此這一觀點也存在問題[33]。第三種觀點認為，唐古拉巖漿巖帶起源于龍木錯-雙湖縫合帶閉合期間的羌塘地體本身前寒武紀碎屑沉積物(主要是雜砂巖)的部分熔融[56-57]，這種觀點缺乏對于板塊俯沖碰撞過程中巖漿生成機制的解釋。

前人通過研究認為唐古拉巖漿巖帶的形成與晚三疊世龍木錯-雙湖縫合帶碰撞有著密切的關(guān)系[35,49]。根據(jù)前人觀點，“同碰撞”指的是從陸陸或弧陸的碰撞開始到插入板塊斷離之間的時間，這期間俯沖板塊回撤導(dǎo)致的地幔活動加強則會形成大規(guī)模巖漿作用[53,55,57-58]。前人通過數(shù)值模擬實驗發(fā)現(xiàn)，大陸碰撞會導(dǎo)致俯沖帶被鎖定，隨后俯沖板塊角度變陡并發(fā)生回撤[35,56]。在龍木錯-雙湖縫合帶中也存在大規(guī)模高角度俯沖的證據(jù)[33]。

宋紹瑋等[33]對研究區(qū)西部崗塘錯-那底崗日一帶的巖漿巖進行研究，認為其成因與龍木錯-雙湖縫合帶俯沖碰撞過程有關(guān)，俯沖碰撞過程中板塊回撤產(chǎn)生大量熱量，地?；顒釉鰪?，上覆地殼(包括變質(zhì)巖和沉積巖)大規(guī)模重熔，且有幔源物質(zhì)加入，形成了南北羌塘間晚三疊世花崗巖。在夏瑪日地區(qū)，關(guān)俊雷等[27,48-49]通過巖石地球化學(xué)研究，認為夏瑪日巖體為強過鋁質(zhì)S型花崗巖，是由硬砂巖在相對低壓且富含流體的環(huán)境下部分熔融產(chǎn)生的原生熔漿，在后期構(gòu)造的控制下上升侵位，成因與龍木錯-雙湖縫合帶碰撞有關(guān)。

結(jié)合前人研究成果，本文認為查吾拉巖體的成因可能與南北羌塘之間的龍木錯-雙湖縫合帶在晚三疊世碰撞造山的過程中俯沖板塊回撤(227～210 Ma B.P.)有關(guān)，地殼重熔，加上幔源物質(zhì)參與，最終形成查吾拉地區(qū)大規(guī)模的過鋁質(zhì)S型花崗巖。

5 結(jié) 論

a.查吾拉巖體以二長花崗巖和黑云母二長花崗巖為主，屬高鉀鈣堿性系列，強過鋁質(zhì)，具有S型花崗巖屬性。

b.查吾拉巖體稀土元素總量中等，總體分餾程度較高，輕稀土分餾相對較強，具有顯著的δEu負異常，稀土元素配分曲線顯示輕稀土部分斜率大而重稀土部分相對平緩。查吾拉巖體的稀土元素特征符合地殼重熔型花崗巖的特點。

c.本次研究在黑云母二長花崗巖中獲得了(219±21) Ma、(210±37) Ma的鋯石U-Pb年齡，通過區(qū)域上的對比，認為屬巖體侵位時代，為晚三疊世。

d.晚三疊世末，古特提斯洋閉合，南北羌塘碰撞焊接在一起，發(fā)生俯沖板片回撤，地殼熔融并伴隨著幔源物質(zhì)的加入，最終形成查吾拉巖體。