北羌塘北緣多彩三疊紀(jì)高硅花崗巖的成因及其構(gòu)造意義

徐 雨，劉 彬，馬昌前，孫 洋，趙少卿，黃 堅(jiān)，嚴(yán) 溶，董 歡

(1. 長(zhǎng)江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 湖北 武漢 430100； 2. 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， 湖北 武漢 430074； 3. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地球科學(xué)學(xué)院， 湖北 武漢 430074)

高硅花崗巖(SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥70%)一直以來是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)， 不僅可以作為判斷大陸地殼成分成熟度的有效指標(biāo)， 并且能夠?yàn)槭聚櫞箨懙貧ば纬膳c生長(zhǎng)過程提供重要線索(Hildreth， 1979； Glazneretal.， 2008； Lee and Morton， 2015； Wuetal.， 2017)。近年來國(guó)內(nèi)外大量研究發(fā)現(xiàn)， 高硅花崗巖由于富集不相容元素而與稀有金屬礦化(如Li、Be、Nb、Ta、W和Sn等)緊密相關(guān)， 因此也能為揭示稀有金屬元素富集成礦機(jī)制提供非常關(guān)鍵的信息(Lee and Morton， 2015； Liu Cetal.， 2020； Wuetal.， 2020； Chenetal.， 2021； Shuaietal.， 2021)。高硅花崗巖往往與發(fā)生深熔作用的地殼物質(zhì)相關(guān)聯(lián)， 其成分的多樣性受控于多種因素， 包括不同的源區(qū)成分、變化的熔融環(huán)境(溫度、壓力/深度、水和氧逸度等)、部分熔融和分離結(jié)晶過程、圍巖混染、巖漿混合、殘余不混溶和轉(zhuǎn)熔礦物挾帶(peritectic assemblage entrainment)等(DePaolo， 1981； Chappelletal.， 1987； Patio， 1999； Clemens and Stevens， 2012； Lee and Morton， 2015； Luoetal.， 2015)。由于地殼組分具有顯著的異質(zhì)性， 垂向成分變化較大， 尤其俯沖帶中大量地表沉積物和上地殼物質(zhì)被輸送到中下地殼， 這對(duì)準(zhǔn)確識(shí)別與示蹤高硅花崗質(zhì)巖漿的源區(qū)組成帶來了極大的挑戰(zhàn)。此外， 高硅花崗巖的形成過程也經(jīng)歷了相當(dāng)復(fù)雜的演化歷史。Garcia-Arias和Stevens(2017)將其巖漿演化機(jī)制歸納為兩大類： 其中一類是由巖漿源區(qū)直接控制， 包括殘余不混溶和轉(zhuǎn)熔礦物挾帶； 另一類是由巖漿源區(qū)之后的演化過程控制， 包括巖漿混合、圍巖混染和分離結(jié)晶過程。不難看出， 這些成因機(jī)制貫穿巖漿從源區(qū)形成到最終就位的全過程， 究竟是哪一個(gè)(或幾個(gè))因素對(duì)塑造高硅花崗巖的成分變化特征起到?jīng)Q定性作用仍值得開展深入的研究。

青藏高原中部地區(qū)出露了大量三疊紀(jì)中酸性巖漿活動(dòng)(包括高硅花崗質(zhì)巖漿)， 但是對(duì)于這些巖漿的起源、演化機(jī)制及其地球動(dòng)力學(xué)背景仍缺乏深入的認(rèn)識(shí)。例如， 三疊紀(jì)花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)究竟是起源于北羌塘前寒武紀(jì)變質(zhì)基底物質(zhì)熔融， 還是與可可西里-巴顏喀拉-松潘-甘孜(HBSG)三疊紀(jì)濁積巖的部分熔融有關(guān)(de Sigoyeretal.， 2014； Pengetal.， 2014； Taoetal.， 2014； Liuetal.， 2021)？針對(duì)這一問題， 本次選擇北羌塘北緣多彩高硅花崗巖為研究對(duì)象， 通過開展巖石學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)、巖石地球化學(xué)和Sr-Nd同位素等綜合研究， 深入剖析高硅花崗巖的源區(qū)組成、成因機(jī)制及其構(gòu)造背景等， 進(jìn)而為理解高硅花崗巖的形成機(jī)制和青藏高原中部晚三疊世板塊構(gòu)造演化提供新線索。

1 區(qū)域地質(zhì)背景與巖相學(xué)特征

北羌塘地體和可可西里-巴顏喀拉-松潘-甘孜(HBSG)地體是青藏高原中部的重要組成部分， 二者的分界線是甘孜-理塘縫合帶(圖1)。HBSG地體呈倒三角狀， 北邊以阿尼瑪卿-昆侖縫合帶為界， 南邊以金沙江縫合帶西段為界， 東南邊以甘孜-理塘縫合帶為界， 東邊為龍門山斷裂帶(Sheetal.， 2006； Liuetal.， 2021)。前人研究認(rèn)為， HBSG地體并非單一構(gòu)造成因的地質(zhì)體， 主要由松潘-甘孜古特提斯洋在三疊紀(jì)時(shí)期快速收縮形成的巨厚復(fù)理石沉積組成(de Sigoyeretal.， 2014)， 其沉積物源主要來自羌塘地體、大別-秦嶺造山帶和昆侖造山帶(Zhangetal.， 2012)。此外， 該地體中廣泛發(fā)育晚三疊世-早侏羅世巖漿活動(dòng)。前人研究發(fā)現(xiàn)HBSG地體存在具有華南親緣性的陸殼基底(Huangetal.， 2003)， 但目前尚未有直接證據(jù)揭示殘余洋殼的存在(de Sigoyeretal.， 2014； 夏磊等， 2017)。北羌塘地體的北部以金沙江縫合帶西段、甘孜-理塘縫合帶為界與HBSG地體相連， 東部以金沙江縫合帶南段為界與義敦島弧相連， 南部則以龍木錯(cuò)-雙湖縫合帶為界與南羌塘地體相連。該地體主要由古生代-中生代碎屑巖、碳酸鹽巖、火山巖夾層和前寒武紀(jì)變質(zhì)基底(1 044～991 Ma)組成(Yangetal.， 2012； 何世平等， 2013； Zhangetal.， 2013)。過去的研究在北羌塘地體中識(shí)別出兩套與俯沖相關(guān)的巖漿活動(dòng)。其中， 晚泥盆世-早三疊世弧巖漿巖(380～248 Ma)主要分布于北羌塘中南部雜多、囊謙一帶， 主要由安山巖、英安巖、流紋巖和花崗質(zhì)巖組成， 其形成很可能與龍木錯(cuò)-雙湖古特提斯洋北向俯沖有關(guān)(Yangetal.， 2011； Zhangetal.， 2016)； 而晚三疊世弧巖漿巖(230～208 Ma)出露于北羌塘北緣治多到玉樹一帶， 巖石類型包括石英閃長(zhǎng)巖、安山巖和流紋巖， 其形成則主要與甘孜-理塘古特提斯洋南向俯沖有關(guān)(Yangetal.， 2012； 張洪瑞等， 2013)。

圖1 青藏高原大地構(gòu)造簡(jiǎn)圖(a)和青藏高原中部研究區(qū)主要地層及三疊紀(jì)巖漿巖分布簡(jiǎn)圖(b)

本文研究的多彩花崗巖位于北羌塘北緣的治多-玉樹混雜帶內(nèi)， 出露面積約為30 km2， 該巖體侵入到治多-玉樹混雜巖和三疊紀(jì)花崗閃長(zhǎng)巖中(圖2)， 巖性主要為黑云母花崗巖， 局部為含石榴子石花崗巖。樣品地理坐標(biāo)為東經(jīng)95°37.120′， 北緯33°42.514′。黑云母花崗巖(r-2)具有細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)， 塊狀構(gòu)造(圖3a)。巖石樣品的主要礦物為堿性長(zhǎng)石(35%～40%，體積分?jǐn)?shù))、石英(～35%)、斜長(zhǎng)石(10%～15%)和黑云母(～10%)， 副礦物為鋯石、磷灰石等。斜長(zhǎng)石呈自形-半自形板柱狀， 粒徑為0.4～1 mm， 發(fā)育聚片雙晶和卡-鈉復(fù)合雙晶。石英為他形粒狀， 部分顆粒內(nèi)部可見波狀消光。堿性長(zhǎng)石為微斜長(zhǎng)石， 呈他形-半自形板柱狀， 粒徑約為0.5～1 mm(圖3b)。黑云母呈棕色自形-半自形片狀， 少量綠泥石化(圖3b)。局部出現(xiàn)的含石榴子石花崗巖(Gtr-4)具有中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)， 塊狀構(gòu)造。該花崗巖樣品主要礦物為石榴子石(5%～10%)、堿性長(zhǎng)石(30%～40%)、斜長(zhǎng)石(15%～25%)和石英(～30%)， 副礦物為不透明金屬礦物、鋯石、磷灰石等。野外露頭顯示該花崗巖中石榴子石分布不均勻， 呈棕紅或褐色， 局部聚集成石榴子石團(tuán)塊(圖3c)。顯微鏡下觀察， 石榴子石呈橢圓不規(guī)則狀， 粒徑為1～2 mm， 內(nèi)含石英和不透明金屬礦物(圖3d)。堿性長(zhǎng)石呈他形-半自形板柱狀， 粒徑為1～3 mm， 具有卡氏雙晶和嵌晶結(jié)構(gòu)， 其內(nèi)部包裹斜長(zhǎng)石、石英等礦物。堿性長(zhǎng)石主要為條紋長(zhǎng)石， 其中鈉長(zhǎng)石出溶條紋較為細(xì)小(圖3d)。斜長(zhǎng)石為半自形-他形， 粒徑為0.5～1 mm， 發(fā)育聚片雙晶和卡納復(fù)合雙晶， 部分斜長(zhǎng)石局部絹云母化。石英以他形粒狀為主， 少量石英被堿性長(zhǎng)石包裹。

圖2 多彩花崗巖地質(zhì)簡(jiǎn)圖(青海省地質(zhì)調(diào)查院， 2006)(1)青海省地質(zhì)調(diào)查院. 2006. 1∶25萬治多縣幅(I46C003004)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.

圖3 多彩花崗巖的野外和顯微鏡下照片

2 測(cè)試方法

在巖相學(xué)分析基礎(chǔ)上， 對(duì)多彩花崗巖巖體中新鮮的黑云母花崗巖和含石榴子石花崗巖進(jìn)行全巖碎樣， 挑選典型巖石樣品(r-4)進(jìn)行鋯石U-Pb同位素定年。鋯石先用常規(guī)的重液和磁選方法進(jìn)行分選， 最后在雙目鏡下挑純制靶。鋯石U-Pb分析是在中國(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)室使用激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)完成。詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法見文獻(xiàn)(Liuetal.， 2008， 2010)。普通鉛的校正使用Andersen(2002)編寫的軟件完成， 鋯石U-Pb諧和圖和206Pb/238U加權(quán)平均年齡主要采用Ludwig(2000)編寫的ISOPLOT程序(Ver3.23)完成。

全巖主量元素分析是在湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所武漢綜合巖礦測(cè)試中心完成， 氧化物測(cè)定采用X射線熒光光譜法，F(xiàn)eO用氫氟酸、硫酸溶樣和重鉻酸鉀法滴定容量法測(cè)定，H2O的測(cè)定采用重量法， CO2的測(cè)定采用非水滴定法， 分析精度均為1%(H2O除外)。全巖稀土和微量元素分析是在中國(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(GPMR)利用Agilent 7500a ICP-MS分析完成。詳細(xì)的樣品消解處理過程、分析精密度和準(zhǔn)確度同Liu等(2008)。全巖Sr-Nd同位素分析在中國(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)室完成。先稱取Sr-Nd同位素測(cè)試的樣品50 mg， 裝入溶樣彈， 并加入HNO3+HF混合酸， 密封放入烘箱溶解(190℃， 48 h)。溶好的樣液進(jìn)行二次分離和純化Sr、Nd。將制備好的二次Sr和Nd樣品用熱電離同位素質(zhì)譜儀(TIMS， Triton T1)進(jìn)行Sr和Nd同位素測(cè)定。詳細(xì)的樣品前處理和儀器測(cè)試流程詳見文獻(xiàn)Gao 等(2004)。

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年齡

多彩黑云母花崗巖代表性樣品(r-4)中鋯石U-Pb同位素和鋯石微量元素測(cè)試結(jié)果分別見表1和表2。鋯石陰極發(fā)光圖像中大部分鋯石呈半自形短柱狀， 長(zhǎng)約40～130 μm， 長(zhǎng)寬比為1∶1～ 3∶1， 可見明顯的韻律震蕩環(huán)帶(圖4b)。鋯石稀土元素總量為1 495×10-6～8 155×10-6， 具有明顯的Ce正異常(δCe=1.3～82.6)和Eu負(fù)異常(δEu=0.06～0.23)。其稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式呈現(xiàn)出明顯左傾， HREE相對(duì)富集(圖4c)。這些鋯石的微量元素組成和REE分布型式均符合巖漿鋯石的特征。測(cè)定結(jié)果顯示， 其中的13個(gè)測(cè)點(diǎn)具有相對(duì)高的Th/U值(0.15～0.56)， 并且給出了相對(duì)一致的206Pb/238U年齡(221～215 Ma； 圖4a)。加權(quán)平均年齡為219±2 Ma(MSWD=0.28)， 代表了多彩花崗巖的結(jié)晶年齡。其余4個(gè)測(cè)點(diǎn)具有較老的206Pb/238U年齡(263～259 Ma)， 很可能為巖漿上升侵位捕獲的古老繼承鋯石的年齡。

圖4 多彩花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖(a)、陰極發(fā)光圖像(b)和鋯石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布圖(c， 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough， 1989)

表1 青藏高原中部多彩花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡

表2 青藏高原中部多彩花崗巖鋯石微量元素含量 wB/10-6

3.2 元素地球化學(xué)特征

多彩花崗巖樣品的全巖主量、微量元素測(cè)試結(jié)果和相關(guān)計(jì)算參數(shù)列于表3。樣品的燒失量(LOI)相對(duì)較低(<2%)， 表明后期蝕變和風(fēng)化作用對(duì)樣品的影響可以忽略不計(jì)。兩種不同巖性的多彩花崗巖樣品主量元素組成相近， 都具有較高的SiO2含量(72.08%～74.66%)和全堿(K2O+Na2O)含量(6.44%～8.69%)， K2O/Na2O值為0.80～1.59。在TAS圖解和硅堿圖中(圖5a、5b)， 樣品落入花崗巖區(qū)域且均位于亞堿性區(qū)域(SA)， 為鈣堿性-高鉀鈣堿性系列。樣品MgO含量較低(0.04%～0.21%)， Mg#值為6～16， 顯示鐵質(zhì)花崗巖成分特征(圖5c)。巖石樣品相對(duì)富鋁， Al2O3含量為13.58%～15.30%， 鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為1.05～1.17， 總體上顯示弱過鋁質(zhì)-強(qiáng)過鋁質(zhì)的特征(圖5d)。

表3 多彩花崗巖全巖主量(wB/%)、微量元素(wB/10-6) 組成

多彩含石榴子石花崗巖和黑云母花崗巖樣品在稀土和微量元素組成上有所差異。含石榴子石花崗巖樣品的稀土元素總量較高(267.3×10-6～331.7×10-6)， 明顯富集重稀土元素(LREE/HREE=0.58～1.86)， 并且具有顯著的Eu負(fù)異常(δEu=0.09～0.11)。

而黑云母花崗巖樣品的稀土元素總量相對(duì)較低(148.0×10-6～190.6×10-6)， 顯著富集輕稀土元素、虧損重稀土元素(LREE/HREE=2.32～7.42)， 并且有明顯Eu負(fù)異常(δEu=0.24～0.57)。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖6b)， 多彩花崗巖樣品富集大離子親石元素(例如Rb、U和K)， 但虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(例如Nb、Ta、Ti和P)。含石榴子石花崗巖相對(duì)于黑云母花崗巖更加虧損Ba、Nb、Ta、Ti和P， 而Y、Yb和Lu則更加富集。

圖6 多彩花崗巖樣品的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布圖(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)[球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值分別據(jù)Taylor and McLennan(1985)和Sun and McDonough(1989)]

3.3 全巖Sr-Nd同位素

巖石Sr-Nd同位素樣品測(cè)試結(jié)果及相關(guān)計(jì)算參數(shù)列于表4。測(cè)試樣品及引用數(shù)據(jù)的Sr、Nd同位素初始比值以215 Ma為基準(zhǔn)來進(jìn)行計(jì)算。巖石樣品87Sr/86Sr初始比值(ISr)為0.708 4，εNd(t)值為-8.12～-7.36， 兩階段模式年齡(t2DM)為1.65～1.59 Ga， 明顯低于北羌塘前寒武紀(jì)變質(zhì)基底中元古代片麻巖和晚三疊世S型花崗巖的t2DM年齡(2.3～1.87 Ga； Taoetal.， 2014)。εNd(t)-ISr和εNd(t)-t2DM投圖結(jié)果顯示(圖7)， 樣品均落入HBSG地體三疊紀(jì)濁積巖區(qū)域(Sheetal.， 2006； Zhang K Jetal.， 2007； de Sigoyeretal.， 2014)， 而與北羌塘前寒武紀(jì)變質(zhì)基底中元古代片麻巖和晚三疊世S型花崗巖的Sr-Nd同位素組成明顯不同(Taoetal.， 2014)。

表4 青藏高原中部多彩花崗巖全巖Sr-Nd同位素組成

4 討論

4.1 巖石成因

花崗巖成因分類中最具影響力的是MISA分類方案(Chappell and White， 1974， 2001)。其中， M型花崗巖很罕見， 主要是形成于洋中脊新生洋殼之中的斜長(zhǎng)花崗巖， 它具有極低的K2O(<1.9%)和Rb(<48×10-6)含量， 并且?guī)缀醪缓涢L(zhǎng)石(Coleman and Peterman， 1975； Saitoetal.， 2004)。多彩高硅花崗巖具有較高的K2O(2.91%～5.08%)和Rb(126.3×10-6～201.8×10-6)含量， 并且具有相對(duì)富集的Sr-Nd同位素組成[εNd(t)值為-8.12～-7.36]和古老的t2DM模式年齡(1.65～1.59 Ga)， 這些特征明顯不同于M型花崗巖。A型花崗巖通常包含堿性暗色礦物， 并且具有較高的10 000×Ga/Al值(>2.6)和Zr+Nb+Ce+Y含量(> 350 ×10-6； Whalenetal.， 1987)。多彩花崗巖樣品的10 000×Ga/Al值(2.17～2.57； 平均值為2.34)和Zr+Nb+Ce+Y含量(182×10-6～323×10-6； 平均值為242×10-6)均低于典型A型花崗巖， 同時(shí)也不含堿性暗色礦物。因此， 研究區(qū)樣品也不符合A型花崗巖的特征。多彩高硅花崗巖顯示弱過鋁質(zhì)-強(qiáng)過鋁質(zhì)特征(A/CNK=1.05～1.17)、較高的K2O/Na2O值(0.8～1.59)和相對(duì)富集的Sr-Nd同位素組成(圖7)， CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中剛玉分子含量為0.81～2.14(除樣品Gtr-2外， 其余均大于1)， 并且包含黑云母和石榴子石等富鋁礦物， 這些特征都與S型花崗巖類似(Chappell and White，1974， 2001； Sylvester， 1998)。此外， 樣品在Zr-SiO2圖解和ACF圖解中均落入S型花崗巖區(qū)域內(nèi)(圖8； Watson and Harrison， 1983； Chappell and White， 1992)， 進(jìn)一步表明多彩高硅花崗巖很可能具有與S型花崗巖類似的成分演化趨勢(shì)。

圖8 多彩花崗巖樣品的Zr vs. SiO2圖解(a， Watson and Harrison， 1983)和ACF圖解(b， Chappell and White， 1992)

高硅花崗巖通常認(rèn)為是由純地殼物質(zhì)發(fā)生深熔作用(部分熔融)的結(jié)果， 與地殼演化過程緊密相關(guān)(Clemens and Stevens， 2012; 王孝磊， 2017)。多彩花崗巖樣品具有相對(duì)高的CaO/Na2O值(0.12～0.79； 平均值為0.45)， 與單純由變泥質(zhì)巖熔融形成的花崗質(zhì)熔體成分(CaO/Na2O<0.3； Sylvester， 1998)存在較大差別。在基于實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)資料構(gòu)筑的判別圖解中， 樣品主要落入變雜砂巖和/或變安山巖熔體成分范圍內(nèi)(圖9)。

圖9 多彩花崗巖樣品成分與各類源巖部分熔融實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比(據(jù)Altherr and Siebel， 2002修改)

近年來的研究揭示， 北羌塘三疊紀(jì)中酸性巖漿的源區(qū)存在兩個(gè)潛在的地殼端員， 即北羌塘前寒武紀(jì)變質(zhì)基底和HBSG地體中三疊紀(jì)濁積巖(Liuetal.， 2021)。北羌塘變質(zhì)基底具有岡瓦納親緣性， 其南緣的晚三疊世巖漿活動(dòng)與龍木錯(cuò)-雙湖古特提斯洋盆演化的后碰撞階段相關(guān)， 具有較老的Nd模式年齡和較低的εNd(t)值(Pengetal.， 2014； Taoetal.， 2014)。而北羌塘北緣晚三疊世巖漿活動(dòng)則與甘孜-理塘洋向南俯沖有關(guān)， HBSG地體三疊紀(jì)濁積巖被俯沖帶輸送到北羌塘之下發(fā)生部分熔融， 產(chǎn)生的熔體εNd(t)值跨度較大且Nd模式年齡相對(duì)較年輕(Sheetal.， 2006； Zhangetal.， 2012； de Sigoyeretal.， 2014)。多彩高硅花崗巖εNd(t)值和t2DM明顯不同于北羌塘前寒武紀(jì)變質(zhì)基底中元古代片麻巖和晚三疊世S型花崗巖， 而與HBSG地體三疊紀(jì)濁積巖相當(dāng)(圖7)。此外， 其Sr-Nd同位素組成也與北羌塘北緣三疊紀(jì)中性巖(227±2 Ma)成分存在一定區(qū)別(楊凱等， 2020)， 進(jìn)一步判斷多彩花崗巖更符合變雜砂巖源區(qū)部分熔融的結(jié)果。

圖7 多彩花崗巖樣品的 εNd(t) vs. ISr圖解(a)和εNd(t) vs. t2DM圖解(b)

目前對(duì)于高硅花崗巖的形成機(jī)制主要包括以下兩種模型： ① 由成熟度較高的中、下地殼巖石直接部分熔融， 不經(jīng)歷明顯的分異過程(Searleetal.， 2009； Glazner， 2014)； ② 經(jīng)過多次巖漿-晶體分離過程從深部巖漿房抽取到淺部地殼中形成(Annenetal.， 2006； Bachmann and Bergantz， 2008； Lee and Morton， 2015)。前人研究認(rèn)為， 全巖的Zr/Hf和Nb/Ta值可視為花崗質(zhì)巖漿結(jié)晶分異程度的標(biāo)志(Ballouardetal.， 2016； 吳福元等， 2017)。多彩高硅花崗巖具有較低的Nb/Ta值(4～6.6)和Zr/Hf值(17～23.5)， 可與華南佛岡高分異花崗巖(Nb/Ta=3.6～15.3， Zr/Hf=17.3～38.9； 陳璟元等， 2015)和喜馬拉雅淡色花崗巖(Nb/Ta=2.0～5.6， Zr/Hf=19.1～23.9； 劉志超等， 2020)等的成分進(jìn)行類比。此外， 多彩花崗巖顯示較高的分異指數(shù)(DI=81～93)， 進(jìn)一步指示其可能經(jīng)歷了較高程度的結(jié)晶分異。研究表明， 鋯石的微量元素變化可以用來指示分離結(jié)晶作用的影響， 隨著巖漿結(jié)晶分異程度的增加， 鋯石的Hf含量會(huì)逐漸升高(Barth and Wooden， 2010； Claiborneetal.， 2010)。多彩花崗巖中的巖漿鋯石的Hf含量相對(duì)較高， 其Ti、Th/U和δEu隨Hf含量的升高而降低， (Yb/Gd)N隨Hf含量的升高而升高(圖10)， 這些變化規(guī)律均符合分離結(jié)晶的趨勢(shì)。通常來說， 經(jīng)歷了高度分異演化的花崗巖的堿性長(zhǎng)石多為微斜長(zhǎng)石或富Rb鉀長(zhǎng)石， 斜長(zhǎng)石的含量相對(duì)較低并且其成分上相對(duì)富鈉(吳福元等， 2017)。多彩花崗巖暗色礦物含量很低， 可與典型淡色花崗巖特征類比， 巖相學(xué)研究表明其中的堿性長(zhǎng)石主要為微斜長(zhǎng)石和條紋長(zhǎng)石， 斜長(zhǎng)石相對(duì)較少并且相對(duì)富鈉， 暗示著其經(jīng)歷了較高程度的結(jié)晶分異作用(吳福元等， 2017)。多彩花崗巖樣品具有較低的CaO、MgO、FeOT和TiO2含量， 其巖漿鋯石的Ti、δEu與Hf含量之間呈正相關(guān)趨勢(shì)(圖10)， 表明其形成過程中可能經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石、黑云母和Fe-Ti氧化物等礦物的分離結(jié)晶。

圖10 多彩花崗巖巖漿鋯石的Hf含量與微量元素組成變化圖解

4.2 深部地球動(dòng)力學(xué)背景分析

青藏高原中部的可可西里-巴顏喀拉-松潘-甘孜(HBSG)地體呈倒三角形， 由于其具有復(fù)雜的演化歷史和動(dòng)力學(xué)機(jī)制， 素有“中國(guó)地質(zhì)百慕大”之稱(許志琴等， 1991)。研究區(qū)處于HBSG地體南部與北羌塘地體北緣的過渡位置， 通過對(duì)該區(qū)三疊紀(jì)巖漿事件的深入解剖， 能為揭示青藏高原中部板塊構(gòu)造演化歷史及成礦作用提供關(guān)鍵證據(jù)。本文系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)了目前已報(bào)道的北羌塘北緣和HBSG地體中三疊紀(jì)巖漿活動(dòng)的記錄(圖11； 表5)， 可以發(fā)現(xiàn)北羌塘北緣的巖漿活動(dòng)的時(shí)代主要集中于240～198 Ma， 峰值大約在216 Ma， 巖性分布從鎂鐵質(zhì)巖到長(zhǎng)英質(zhì)巖均有涉及。而HBSG地體中巖性主要為中酸性巖類， 鎂鐵質(zhì)巖極少， 這些巖漿巖的年齡分布于230～188 Ma， 峰值年齡大約為210 Ma(圖11)。北羌塘北緣玉樹地區(qū)中三疊世蛇綠巖中鎂鐵質(zhì)巖石的年齡為239～232 Ma， 表明該時(shí)期甘孜-理塘洋盆仍處于擴(kuò)張階段(Liuetal.， 2016)。目前已經(jīng)在沱沱河地區(qū)識(shí)別出了一套埃達(dá)克質(zhì)巖-高鎂安山巖-富Nb玄武巖， 指示至少在229 Ma甘孜-理塘洋向南俯沖至北羌塘地體之下(Wangetal.， 2008)。古地磁證據(jù)顯示洋盆最終關(guān)閉可能發(fā)生在213～204 Ma(Songetal.， 2015)。Yang 等(2012)對(duì)研究區(qū)及周緣已發(fā)生明顯變形的中酸性巖體中的變質(zhì)礦物開展40Ar-39Ar年代學(xué)分析， 進(jìn)一步限定碰撞事件的時(shí)間約為201～193 Ma。因此， 可以確定本文研究的多彩高硅花崗巖(219±2 Ma)形成于一個(gè)以俯沖作用為主導(dǎo)的構(gòu)造環(huán)境中。最近， Liu 等(2021)的研究揭示青藏高原中部三疊紀(jì)高鎂安山質(zhì)巖呈幕式分布的特點(diǎn)， 并且識(shí)別出229～219 Ma、218～217 Ma和215～209 Ma三幕巖漿作用。其中， 第一幕(229～219 Ma)主要為埃達(dá)克質(zhì)高鎂閃長(zhǎng)巖， 與年輕的洋殼俯沖板片熔融有關(guān)(Wangetal.， 2008)； 而后兩幕(218～217 Ma和215～209 Ma)主要為贊岐質(zhì)高鎂閃長(zhǎng)巖， 是由板片回撤導(dǎo)致軟流圈上涌而形成(Liuetal.， 2021)。另外根據(jù)區(qū)域已有年代學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果可以確定， 研究區(qū)晚三疊世中酸性巖漿巖(包括多彩高硅花崗巖)的結(jié)晶年齡與后兩幕巖漿作用的分布時(shí)間存在明顯的重合(圖11)。因此， 俯沖板片回撤背景下幔源巖漿底侵供熱很可能是造成這一時(shí)期變雜砂巖發(fā)生高溫熔融進(jìn)而形成多彩高硅花崗巖的關(guān)鍵因素。

圖11 北羌塘北緣和可可西里-巴顏喀拉-松潘-甘孜地體三疊紀(jì)巖漿巖鋯石U-Pb年齡分布圖(年齡數(shù)據(jù)見表5)

表5 北羌塘北緣和可可西里-巴顏喀拉-松潘-甘孜地體三疊紀(jì)巖漿巖鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)

續(xù)表5 Continued Table 5

此外， 綜合區(qū)域上最新的多學(xué)科研究成果， 可以判斷青藏高原中部北羌塘北緣在三疊紀(jì)時(shí)期經(jīng)歷了如下的構(gòu)造-巖漿演化過程。239～232 Ma處于甘孜-理塘古特提斯洋盆擴(kuò)張時(shí)期， 形成了查涌-歇武具有MORB/OIB親緣性的蛇綠混雜巖(Liuetal.， 2016)； 至少?gòu)?29 Ma開始， 甘孜-理塘洋向南俯沖， 形成埃達(dá)克質(zhì)巖、贊岐質(zhì)高鎂安山巖、富Nb玄武巖以及具有正εNd(t)值的英安巖(Wangetal.， 2008； 劉彬等， 2016； Liuetal.， 2021)； 約219 Ma， 伴隨著板塊俯沖的持續(xù)進(jìn)行， 洋殼發(fā)生大量榴輝巖化， 進(jìn)而導(dǎo)致板片回撤。在這一地球動(dòng)力學(xué)背景下產(chǎn)生贊岐質(zhì)高鎂閃長(zhǎng)巖、高硅花崗巖(本文)和其他中酸性巖漿巖(Tanetal.， 2020； Liuetal.， 2021)； 201～193 Ma， 北羌塘北緣及其周緣處于一個(gè)與碰撞有關(guān)的背景中， 研究區(qū)及周緣中酸性巖發(fā)生不同程度的變質(zhì)或者變形作用， 例如玉樹糜棱巖化石英閃長(zhǎng)巖(張洪瑞等， 2013)。

5 結(jié)論

(1) 多彩高硅花崗巖的鋯石U-Pb年齡為219±2 Ma(MSWD=0.28)， 表明其為晚三疊世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

(2) 多彩高硅花崗巖的形成應(yīng)該與HBSG地體三疊紀(jì)濁積巖(變雜砂巖)的部分熔融有關(guān)， 并且經(jīng)歷了較高程度的分離結(jié)晶。

(3) 北羌塘北緣及其周緣晚三疊世中酸性巖漿巖(包括高硅花崗巖)的產(chǎn)生很可能與甘孜-理塘古特提斯洋的板片回撤作用密切相關(guān)。

致謝研究工作得到了許志琴院士、楊經(jīng)綏院士和李海兵研究員的關(guān)心與指導(dǎo)； 野外地質(zhì)考察和室內(nèi)工作得到郭盼、張?chǎng)?、洛桑塔青和索朗歐珠等的幫助； 樣品處理與實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到了中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)劉勇勝、胡兆初、陳海紅和周煉等老師的熱情幫助與耐心指導(dǎo)。在此特表感謝。