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    松潘-甘孜地塊中西部晚三疊紀(jì)花崗巖體成因及其構(gòu)造意義

    2023-10-11 12:12:16王鵬白建科王雁鶴韓昊宋伊圩周霖張吉廷肖紫珩陳威
    西北地質(zhì) 2023年5期

    王鵬,白建科,*,王雁鶴,韓昊,宋伊圩,周霖,張吉廷,肖紫珩,陳威

    (1.中國地質(zhì)調(diào)查局西寧自然資源綜合調(diào)查中心,青海 西寧 810012;2.中國地質(zhì)調(diào)查局西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心,陜西 西安 710100;3.盛屯礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司,福建 廈門 361012)

    松潘-甘孜地塊位于華北地塊、揚(yáng)子地塊和羌塘地塊結(jié)合部位,是一個(gè)巨大的構(gòu)造集合域(Seng?r et al.,1985;許志琴,1992;Mattauer et al.,1992;Bruguier et al.,1997)。松潘-甘孜地塊上廣泛分布花崗質(zhì)巖體,前人對(duì)這些巖體已經(jīng)開展了巖相學(xué)(Zhang et al.,2007;Cai et al.,2009,2010;Zhang et al.,2014)、年代學(xué)(Roger et al.,2004;Zhang et al.,2006;Xiao et al.,2007)和地球化學(xué)(Zhang et al.,2006;Xiao et al.,2007)等方面工作。研究發(fā)現(xiàn),這些巖體主要為晚三疊世至—侏羅紀(jì)的中酸性侵入巖(Roger et al.,2003,2004;Zhang et al.,2007;Weislogel,2008;Cai et al.,2009;Yuan et al.,2010;Zhang et al.,2014),巖石成因類型多樣,主要包括埃達(dá)克質(zhì)花崗巖(Zhang et al.,2006;Xiao et al.,2007)、A 型花崗巖(Zhang et al.,2007)、I 型花崗巖(Xiao et al.,2007)和強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖(時(shí)章亮等,2009)。迄今為止,這些花崗質(zhì)巖石的巖石成因和構(gòu)造驅(qū)動(dòng)仍然存在爭議,部分學(xué)者認(rèn)為這些巖石是后碰撞環(huán)境中巖石圈拆沉作用形成的(Zhang et al.,2006,2007;Xiao et al.,2007);而其他學(xué)者認(rèn)為這些花崗巖類與金沙江特提斯洋俯沖作用有關(guān)(Roger et al.,2003)。此外,松潘-甘孜地塊的基底屬性存在爭議,爭議焦點(diǎn)包括:①松潘-甘孜地塊基底為殘余洋盆(Seng?r et al.,1985;Yin et al.,1993,2000;Hsü et al.,1995;Bruguier et al.,1997;Liu et al.,2019)。②松潘-甘孜地塊三疊系具有陸相的地殼基底,基底與揚(yáng)子地塊具有密切的親緣關(guān)系(Roger et al.,2004;Zhang et al.,2006;Xiao et al.,2007)。前人研究通常局限于一個(gè)區(qū)域,松潘-甘孜地塊不同區(qū)域花崗質(zhì)巖石是否存在差異,其成因類型、構(gòu)造背景和基底屬性是否相同,這些問題對(duì)于理解松潘-甘孜地塊區(qū)域構(gòu)造演化至關(guān)重要,然而區(qū)域之間此類對(duì)比研究較為薄弱。筆者選取松潘-甘孜地塊西部巴顏喀拉山南口地區(qū)和中部達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石作為研究對(duì)象,通過巖相學(xué)、鋯石U-Pb 年代學(xué)、巖石地球化學(xué)和Lu-Hf 同位素等多種手段研究,系統(tǒng)對(duì)比松潘-甘孜地塊中西部花崗質(zhì)巖石巖相學(xué)和地球化學(xué)組成差異,全面揭示松潘-甘孜地塊中西部地區(qū)花崗質(zhì)巖石成因與巖漿深部過程,力圖探索該地區(qū)基底屬性與巖漿-構(gòu)造指示意義。

    1 區(qū)域地質(zhì)概況

    松潘-甘孜地塊位于青藏高原東北緣。該區(qū)北側(cè)以阿尼瑪卿縫合帶為界與東昆侖-西秦嶺造山帶毗鄰(許志琴,1992;Sun et al.,2002;Elena et al.,2003;于浦生等,2007);東南緣以龍門山斷裂帶為界與揚(yáng)子地塊相鄰(許志琴,1992;Chen et al.,1995,1996);西南緣以金沙江縫合帶為界,與羌塘-昌都地塊相接(Seng?r,1985;Wang et al.,2000;Hou et al.,2004;Reid et al.,2005;王輝等,2009)(圖1a)。松潘-甘孜地塊內(nèi)震旦紀(jì)—古生界地層序列上覆蓋著巨厚的三疊系沉積地層,厚度可達(dá)5~15 km(許志琴,1992;王暉等,2012;白國典等,2018)。松潘-甘孜地塊南部丹巴地區(qū)分布的新元古代地層經(jīng)歷了綠片巖相到角閃巖相的變質(zhì)作用(Huang et al.,2003),而該地塊的三疊系復(fù)理石沉積地層僅經(jīng)歷了綠片巖相變質(zhì)作用(許志琴,1992;Bruguier et al.,1997;Reid et al.,2005)。松潘-甘孜地塊除在東部龍門山斷裂帶附近出露有前震旦紀(jì)結(jié)晶基底外,再無基底出露(許志琴,1992)。印支期,揚(yáng)子板塊、華北板塊和羌塘板塊之間相互擠壓,導(dǎo)致松潘帶內(nèi)的沉積盆地縮小,古特提斯洋閉合,形成松潘造山帶(Seng?r,1985;許志琴,1992;Nie et al.,1994)。在造山期,震旦紀(jì)—古生界地層序列上覆的三疊系向南逐漸推覆至揚(yáng)子板塊之上。與此同時(shí),震旦紀(jì)—古生界地層序列由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生強(qiáng)烈變形,形成大規(guī)模的滑脫構(gòu)造,從而使地殼明顯增厚(Mattauer et al.,1992;夏林圻等,2010),導(dǎo)致松潘帶巖石圈發(fā)生重力不穩(wěn)定性,巖石圈發(fā)生拆沉作用,這一過程不但促使巖石圈地幔的部分熔融,而且還促發(fā)中下地殼物質(zhì)的部分熔融(Jung et al.,1998;Wu et al.,2002,2005;Chung et al.,2003,2005;Ilbeyli et al.,2004)。

    圖1 松潘-甘孜地塊地質(zhì)構(gòu)造簡圖(a)、巴顏喀拉山地質(zhì)簡圖(b)與達(dá)日花崗巖類分布簡圖(c)(據(jù)蔡宏明,2010 修改)Fig.1 (a) Geological structure sketch of Songpan-Garze block,(b) geological sketch of granitoids in Bayankala and(c) geological sketch of granitoids in Dari area

    2 樣品采集與實(shí)驗(yàn)分析

    2.1 樣品采集與描述

    研究區(qū)位于松潘-甘孜地塊中西部(圖1b、圖1c),巴顏喀拉山位于達(dá)日地區(qū)西側(cè)(圖1a)。研究區(qū)花崗質(zhì)巖體平面上多呈不規(guī)則橢圓形,以切割早期或主造山期逆沖及褶皺構(gòu)造為特點(diǎn),圍巖均為三疊紀(jì)巴顏喀拉山群,普遍發(fā)育有寬度不等的接觸變質(zhì)暈帶。其中,巴顏喀拉山南口地區(qū)花崗質(zhì)巖體主要為花崗閃長巖,達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖體為石英二長巖和花崗巖。筆者野外采集巴顏喀拉山花崗閃長巖樣品3 件,閃長巖樣品1 件,達(dá)日地區(qū)花崗巖樣品6 件,石英二長巖8 件,二長巖1 件,花崗閃長巖1 件。這些樣品與強(qiáng)烈變形的三疊系地層具有侵入接觸關(guān)系,而巖體本身無變形。

    巴顏喀拉山南口地區(qū)花崗閃長巖(樣品359):灰白色,半自形粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造(圖2a)。斜長石含量為58%,無規(guī)律分布,粒度大小為0.32~1.20 mm,為細(xì)粒結(jié)構(gòu),呈半自形板狀,單偏光鏡下,呈土灰色,正低突起,正交鏡下一級(jí)灰干涉色,可見聚片雙晶和環(huán)帶結(jié)構(gòu),斜消光。石英含量為21%,呈他形粒狀充填于斜長石礦物顆粒間,粒徑為0.16~1.60 mm,主要為細(xì)粒結(jié)構(gòu),表面干凈,平行消光。角閃石含量為12%,粒度大小為0.40~1.92 mm,細(xì)粒粒狀結(jié)構(gòu),呈褐綠-淺黃綠,具多色性,長柱狀、短柱狀,正中-正高突起,可見橫切面呈近菱形的六邊形及角閃石式解理。鉀長石含量為9%,呈他形粒狀分布于斜長石礦物顆粒間,主要為條紋長石,粒度大小約為0.72~1.04 mm(圖2b)。

    圖2 手標(biāo)本照片與鏡下礦物鑒定圖Fig.2 Hand specimen photograph and microphotographs of granitoids

    達(dá)日地區(qū)查雀嘎瑪石英二長巖(樣品D2409):灰白色,中細(xì)粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,中細(xì)?;◢徑Y(jié)構(gòu)(圖2c)。斜長石含量為41%,無規(guī)律分布,粒度大小為0.4~2.72 mm,中細(xì)粒粒狀結(jié)構(gòu),呈半自形板狀。石英含量為17%,無規(guī)律分布,呈他形粒狀充填于鉀長石和斜長石礦物顆粒間,粒徑為0.24~2.40 mm,中細(xì)粒結(jié)構(gòu)。鉀長石含量為35%,無規(guī)律分布,主要為正長石,半自形寬板狀及不規(guī)則粒狀,粒度大小為0.96~3.04 mm,中細(xì)粒結(jié)構(gòu)。黑云母含量為4%,呈葉片狀,鱗片狀,無規(guī)律分布,粒徑平均為0.60 mm,細(xì)粒結(jié)構(gòu)。白云母含量為3%,呈葉片狀,鱗片狀,無規(guī)律分布,粒徑平均為0.32 mm,細(xì)粒結(jié)構(gòu),由黑云母褪色形成(圖2d)。

    達(dá)日地區(qū)日查花崗巖(樣品D1710):灰白色,中細(xì)粒粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造(圖2g)。斜長石含量為32%,無規(guī)律分布,粒度大小為0.24~2.56 mm,主要為細(xì)粒結(jié)構(gòu),呈半自形板狀。石英含量為30%,呈他形粒狀充填于斜長石礦物顆粒間,粒徑為0.32~2.30 mm,細(xì)粒結(jié)構(gòu)。鉀長石含量為34%,呈他形粒狀分布于斜長石礦物顆粒間,主要為條紋長石,其次為正長石,粒度大小約為2.16~3.06 mm。黑云母含量為5%,呈葉片狀,鱗片狀,無規(guī)律分布,粒徑平均為0.80 mm,細(xì)粒結(jié)構(gòu)。白云母含量為2%,呈葉片狀,無規(guī)則分布,粒徑為0.32~0.28 mm,細(xì)粒結(jié)構(gòu),由黑云母褪色形成(圖2h)。

    2.2 實(shí)驗(yàn)分析

    2.2.1 主量、微量元素分析

    所采20 件樣品全部進(jìn)行主量元素、微量元素和稀土元素測(cè)試分析,測(cè)試工作在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)測(cè)試室完成,挑選新鮮樣品在無污染環(huán)境下粉碎至200 目。主量元素采用熒光光譜方法(XRF)分析,測(cè)試儀器為荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的Axios 4.0 KW 順序式X 射線熒光光譜儀,分析誤差小于5 %;微量、稀土元素采用ICP-MS 分析方法測(cè)試,測(cè)試儀器型號(hào)為美國熱電公司生產(chǎn)的X-SeriesII型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS),分析誤差小于8 %。溫度控制在22 ℃,檢測(cè)依據(jù)為GB/T 14506.28-2010、GB/T 14506.14-2010 和DZ/T 0223-2001。具體測(cè)試分析流程見 Qi 等(2000),樣品的溶解處理、精密度分析和準(zhǔn)確度見 Liu 等(2008)。

    2.2.2 鋯石U-Pb 年代學(xué)分析

    采集U-Pb 樣品鋯石分選及鋯石陰極發(fā)光顯微照相、透射光及反射光照相工作均在河北省廊坊市宇能(宇恒)礦物分選綜合實(shí)驗(yàn)室完成,鋯石分選采用常規(guī)粉碎和電磁分選方法進(jìn)行分選。鋯石U-Pb 年齡測(cè)試在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室利用激光剝蝕等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)法測(cè)定。所用儀器為德國Coherent 公司的GeoLasPro193nm 準(zhǔn)分子型激光剝蝕系統(tǒng)和與之聯(lián)機(jī)的電感耦合等離子質(zhì)譜儀為美國Agilent 公司的Agilent7700x 四級(jí)桿型等離子體質(zhì)譜儀。測(cè)試過程中均采用單點(diǎn)剝蝕方式,每個(gè)測(cè)點(diǎn)總分析時(shí)間為60 s,其中背景信號(hào)為10 s,樣品信號(hào)為40 s,吹掃信號(hào)為10 s。數(shù)據(jù)采集采用跳峰模式,同位素204Pb、206Pb、208Pb 和232Th 駐留時(shí)間為20 ms,238U為10 ms,207Pb 為30 ms。測(cè)試中用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1 進(jìn)行儀器的最佳化,鋯石年齡采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500 作為外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),元素含量用NISTSRM610作為外標(biāo),29Si 作為內(nèi)標(biāo)。每測(cè)定6 個(gè)樣品插入標(biāo)樣GJ-1,每12 個(gè)樣插入一組標(biāo)樣:NISTSRM610、91500與GJ-1,在樣品測(cè)試開始與結(jié)束處分別測(cè)試一組標(biāo)樣,詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)原理和測(cè)試流程及儀器參見相關(guān)文獻(xiàn)(Yuan et al.,2004)。測(cè)試所得數(shù)據(jù)應(yīng)用Glitter 計(jì)算程序計(jì)算鋯石的表面年齡及標(biāo)準(zhǔn)偏差,并對(duì)測(cè)試過程中產(chǎn)生的元素分餾和質(zhì)量歧視進(jìn)行校正;應(yīng)用Isoplot 計(jì)算程序?qū)︿喪瘶悠返?06Pb/238U 年齡和207Pb/235U 年齡在諧和圖上進(jìn)行投圖,并計(jì)算年齡諧和測(cè)點(diǎn)的加權(quán)平均值(Weighted Average,基于206Pb/238U 年齡)(Ludwig,2003;李艷廣等,2023)。

    2.2.3 Lu-Hf 同位素體系分析

    鋯石原位Lu-Hf 同位素測(cè)定在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室利用Agilent7700x 四級(jí)桿型等離子體質(zhì)譜儀完成。根據(jù)CL 圖像以及已有U-Pb年齡的點(diǎn)位確定 Hf 同位素測(cè)試點(diǎn),并采用其國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室LA-MC-ICP MS 儀器進(jìn)行鋯石Hf 同位素分析。運(yùn)用ICP MS DataCal 10.0 軟件對(duì)Hf 同位素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行離線處理,具體實(shí)驗(yàn)操作流程與數(shù)據(jù)處理方法見 Liu 等(2008,2010a,2010b)。

    Ⅱ期24例及Ⅲ期42例共66例胃癌患者中,有36例行新輔助化療。在另外47例(包括Ⅱ~Ⅲ期未行新輔助化療的30例,Ⅰ期11例及Ⅳ期6例)胃癌患者中,CTC陽性和陰性組的腫瘤大小、分化程度、Borrmann分型、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移及TNM分期等胃癌臨床病理因素相比,差異也均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均>0.05)。

    3 測(cè)試結(jié)果

    3.1 U-Pb 鋯石年代學(xué)

    本次對(duì)松潘-甘孜地塊巴顏喀拉山花崗閃長巖體(359)、達(dá)日地區(qū)的查雀嘎瑪石英二長巖體(D2409)、波不弄公瑪石英二長巖體(D2615)、日查花崗巖體(D1710)樣品分別進(jìn)行U-Pb 鋯石定年。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1 和表2。

    表1 巴顏喀拉山花崗閃長巖體(359)LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡測(cè)試結(jié)果表Tab.1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of sample 359

    表2 查雀嘎瑪石英二長巖體(D2409)、波不弄公瑪石英二長巖體(D2615)和日查花崗巖體(D1710)LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡測(cè)試結(jié)果表Tab.2 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of sample D2409,D2615 and D1710

    所有樣品鋯石多為短柱狀自形晶,晶棱尖銳,表面光滑,顆粒長度多為100~150 μm,長寬比多數(shù)為2∶1~3∶1,振蕩環(huán)帶發(fā)育明顯,且較細(xì)密,寬度多小于10 μm,指示巖漿鋯石形態(tài)特征。此外,5 個(gè)樣品中所選鋯石Th 值為12.40×10-6~43.70×10-6,U 值為1.94×10-6~5.82×10-6,Th/U 值為3.20~15.36,均大于0.1,表明分析鋯石均為巖漿鋯石(Hoskin et al.,2010)。

    巴顏喀拉山地區(qū)樣品(359)分析了25 個(gè)測(cè)試點(diǎn),經(jīng)過矯正篩選刪除因U、Pb 明顯丟失引起的鋯石年齡較小的數(shù)據(jù),最終獲得19 個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn),其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(215.4±6.4)Ma(置信度 95%,MSWD=1.8)(圖3a)。

    達(dá)日地區(qū)3 件樣品(D2409、D2615、D1710)分別分析了25 個(gè)測(cè)試點(diǎn),經(jīng)過矯正篩選,最終獲得有效數(shù)據(jù)點(diǎn)分別為16 個(gè)、17 個(gè)和19 個(gè),206Pb/238U 加權(quán)平均年齡分別為(213.3±1.7)Ma(置信度95%,MSWD=1.09)(圖3b)、(212.0±2.2)Ma(置信度95%,MSWD=1.5)(圖3c)和(217.0±1.9)Ma(置信度95%,MSWD=1.2)(圖3d)。上述樣品數(shù)據(jù)有效點(diǎn)均落在諧和線及其附近,顯示出較好的諧和性,說明這些鋯石形成后U-Pb體系保持封閉,樣品206Pb/238U 加權(quán)平均年齡可代表巖漿結(jié)晶年齡。

    3.2 全巖地球化學(xué)

    樣品的主量元素、微量元素和稀土元素?cái)?shù)據(jù)見表3。巴顏喀拉山樣品SiO2含量為59.05 %~65.59 %,全堿含量(Na2O+K2O)為5.54 %~6.05 %,達(dá)日地區(qū)樣品SiO2含量為58.58 %~73.77 %,全堿含量(Na2O+K2O)為6.61 %~8.66 %,可見達(dá)日地區(qū)樣品SiO2含量和全堿含量相對(duì)較高(表3)。在TAS 圖解中(圖4a),巴顏喀拉山樣品有3 件落在花崗閃長巖范圍,1 件落在閃長巖范圍內(nèi);達(dá)日地區(qū)樣品6 件落在花崗巖范圍內(nèi),8 件落在石英二長巖范圍內(nèi),1 件落在二長巖范圍內(nèi),1 件落在花崗閃長巖范圍內(nèi),與前人巖性判別基本一致(沙淑清等,2007;Cai et al.,2009)。在A/NK-A/CNK 圖解中(圖4b),所有樣品的鋁飽和指數(shù)A/CNK 值為1.09~1.41,說明樣品均為過鋁質(zhì)花崗質(zhì)巖石,巴顏喀拉山樣品A/NK 值相對(duì)較高。在K2OSiO2圖解中(圖4c),巴顏喀拉山樣品主要為高鉀鈣堿性系列,1 件樣品為鉀玄巖系列;達(dá)日地區(qū)樣品均為高鉀鈣堿性系列和鉀玄巖系列。在K2O-Na2O 圖解中(圖4d),巴顏喀拉山樣品均為鉀質(zhì)巖石,達(dá)日地區(qū)樣品為鉀質(zhì)和高鉀質(zhì)巖石。

    表3 巴顏喀拉山和達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石主量元素(%)和微量元素?cái)?shù)據(jù)(10-6)結(jié)果表Tab.3 Major (%) and trace element contents (10-6) of granitoids in Bayankala and Dari area

    圖4 研究區(qū)花崗巖TAS 圖解(a)(據(jù)Middlemost,1994);A/CNK-A/NK 分類圖解(b)(據(jù)Richwood,1989);SiO2-K2O 判別圖(c)(據(jù)Peccerillo et al.,1976);Na2O-K2O 判別圖(d)(據(jù)Turner et al.,1993)Fig.4 (a) TAS diagram,(b) A/CNK-A/NK diagram,(c) SiO2-K2O diagram and (d) Na2O-K2O diagram of granites

    在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖解中(圖5a),巴顏喀拉山樣品的微量元素組成,均表現(xiàn)出相似的微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化模式,微量元素特征表現(xiàn)均為:富集Rb、Th、U 等大離子親石元素,虧損Nb、Ta 等高場(chǎng)強(qiáng)元素,且具有輕微的Zr、Hf 負(fù)異常,具有較弱的Eu 異常特征,高的Rb、Th、U、Pb 和Sm 含量,低的Sr、Nb、Ta、Zr 和Hf 含量,與典型的地殼源區(qū)巖漿特征相似(Chappell et al.,1974,1992;Harris et al.,1992),指示了花崗質(zhì)巖漿主要源于地殼部分熔融。與巴顏喀拉山花崗質(zhì)巖石相比,達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石微量元素特征表現(xiàn)為富集Rb、Th、U 等大離子親石元素,虧損Nb、Ta 等高場(chǎng)強(qiáng)元素,但達(dá)日地區(qū)樣品Nb、Ta、La、Ce、Pr 和Zr 等元素含量高于巴顏喀拉山地區(qū)樣品,而Sr含量則低于巴顏喀拉山地區(qū)樣品,Eu 異常更為明顯。

    圖5 巴顏喀拉山和達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(a)和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(b)Fig.5 (a) Primitive mantle-normalized trace element patterns and (b) chondrite-normalized REE patterns for the granitoids Bayankala and Dari area

    在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中(圖5b),巴顏喀拉山樣品和達(dá)日地區(qū)樣品稀土元素組成表現(xiàn)均出強(qiáng)烈的稀土分異模式,為輕稀土富集型的稀土元素配分模式。相比而言,達(dá)日地區(qū)樣品輕、重稀土含量均高于巴顏喀拉山樣品。巴顏喀拉山樣品稀土元素總含量跨度很大,ΣREE 值為54.56~270.92,平均為120.90;輕重稀土分異比值較高,(La/Yb)N值為7.81~29.25;具有弱的負(fù)Eu 異常,Eu/Eu*值為0.19~0.30)。達(dá)日地區(qū)樣品稀土元素總含量跨度較小,ΣREE 值為54.58~137.47,平均為98.39;輕重稀土分異比值較低,(La/Yb)N值為7.75~19.66;具有中等的負(fù)Eu 異常,Eu/Eu*值為0.07~0.30。

    3.3 鋯石Hf 同位素

    巴顏喀拉山花崗閃長巖(359)鋯石Hf 同位素測(cè)試數(shù)據(jù)見表4。在359 樣品中,25 個(gè)鋯石Lu-Hf 同位素分析點(diǎn)與已分析巖漿鋯石區(qū)域重疊。結(jié)果顯示,176Hf/177Hf 值為 0.282 539~0.282 727,176Yb/177Hf 值為0.013 301~0.051 967,176Lu/177Hf 值為 0.000 377~0.001 435,所有分析點(diǎn)176Lu/177Hf 的值均小于0.002,表明樣品鋯石形成后沒有積累其他放射性成因Hf,可以用初始176Hf/177Hf 值代表鋯石形成時(shí)的176Hf/177Hf 值(吳福元等,2007)。計(jì)算得到εHf(t)值為 -3.62~2.92,平均值為-0.54,鋯石Hf 二階段模式年齡為1.07~1.48 Ga。

    表4 巴顏喀拉山地區(qū)花崗質(zhì)巖石鋯石Hf 同位素統(tǒng)計(jì)表Tab.4 Zircon Hf isotopic data of granitoids in Bayankala

    4 討論

    4.1 巖石成因

    在哈克圖解中(圖6),巴顏喀拉山和達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石主量元素含量均有線性的變化趨勢(shì),說明在巖漿演化過程中廣泛存在著結(jié)晶分異現(xiàn)象。隨著SiO2含量的增加,Al2O3、MnO2、TiO2、FeOT、MgO 和CaO 的含量逐漸降低,并且巴顏喀拉山花崗質(zhì)巖石的MnO2、TiO2、FeOT、MgO 和CaO 的含量均高于達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石。結(jié)合巖相學(xué)特征與哈克圖解,筆者認(rèn)為巴顏喀拉山花崗巖分離結(jié)晶作用的產(chǎn)物為鎂鐵質(zhì)礦物(如角閃石)、鐵鈦氧化物、長石和磷灰石,而達(dá)日地區(qū)花崗巖則主要為高鋁礦物(如白云母、黑云母)、富 Ca 礦物(如磷灰石)和鐵鈦氧化物(如鈦鐵礦、榍石等)(Wu et al.,2003;Zhong et al.,2009)。此外,巴顏喀拉山和達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石具有中等到弱的負(fù)Eu 異常(Eu/Eu*=0.07~0.30)和強(qiáng)的負(fù)Sr 異常(圖5a),表明有斜長石的分離結(jié)晶。強(qiáng)的負(fù)Ba 異常(圖5a)指示在巖漿在演化過程中有存在斜長石和鉀長石的分離結(jié)晶作用。

    圖6 研究區(qū)花崗巖哈克圖Fig.6 Harker diagrams for the major elements of granitoids

    花崗巖一般可劃分為A、I、S 和M 型4 種成因類型(Chappell et al.,1974,1992;Bonin,2007)。M 型花崗巖是由俯沖大洋地殼或者上覆地幔衍化而來,其特征為K2O 含量通常<1%(Chappell,1999;Healy et al.,2004),巴顏喀拉山花崗巖和達(dá)日地區(qū)花崗巖K2O 含量分別為2.98%~5.18%和2.93%~5.42%,均高于1%,故研究區(qū)花崗巖不屬于M 型花崗巖。研究區(qū)花崗巖具有較低的高場(chǎng)強(qiáng)元素含量,如巴顏喀拉山花崗巖Nb含量為15.60×10-6~30.50×10-6,Ta 含量為1.43×10-6~2.79×10-6;達(dá)日地區(qū)花崗巖Nb 含量為15.60×10-6~21.20×10-6,Ta 含量為1.40×10-6~4.14×10-6。A 型花崗巖高場(chǎng)強(qiáng)元素含量相對(duì)較高(Eby,1992),因此研究區(qū)花崗巖不屬于A 型花崗巖。

    I 型花崗巖的特征為,K2O/Na2O 值通常<1,CIPW 剛玉分子指數(shù)<1%,特征礦物為角閃石(Clemens et al.,2011;Chappell et al.,2012)。巴顏喀拉山花崗質(zhì)巖石主要造巖礦物中均含有角閃石,且K2O/Na2O 值<1(0.72~0.95),CIPW 剛玉分子指數(shù)<1%,表現(xiàn)出I 型花崗巖特征,主量元素化學(xué)組成與基性巖部分熔融形成的花崗巖體基本一致?;谝陨咸卣?,筆者認(rèn)為巴顏喀拉山花崗巖為I 型花崗巖。

    在花崗巖成因判別圖中,達(dá)日地區(qū)樣品全部落入A 型和未分異區(qū)間(圖7a),所有樣品(Na2O+K2O)/CaO 值(1.54~4.43,除過最大值30.93)和FeOT/MgO值(1.78~4.10,除過最大值18.33)較低,而A 型花崗巖的(Na2O+K2O)/CaO 和FeOT/MgO 相對(duì)較高,故達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石樣品不符合A 型花崗巖的特征(Collins et al.,1982;Whalen et al.,1987)。相比于I 型花崗巖,達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石Si 含量相對(duì)較高(SiO2含量為58.58 %~73.77 %),Na 含量相對(duì)較低(Na2O 含量為2.63 %~4.03 %,均值為3.18%),Ca 含量也相對(duì)較低(CaO 含量為0.28 %~4.92%,均值為 2.62 %),鋁飽和指數(shù)較高(A/CNK 值為1.14~1.38),這些特征都與I 型花崗巖不相符(Chappell et al.,1992;Li et al.,2007)。S 型花崗巖巖漿源區(qū)為變沉積巖,其特征為K2O/N2O 通常>1,鋁飽和指數(shù)(A/CNK)>1.1,CIPW剛玉分子指數(shù)>1 %,特征礦物為堇青石、石榴子石、白云母和夕線石。達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石鋁飽和指數(shù)>1(A/CNK=1.14~1.38),屬于過鋁質(zhì)花崗巖;CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算結(jié)果含有剛玉(C),含量為0.11 %~2.71%,只有一個(gè)值小于1 %;樣品均含白云母和黑云母。此外,分異I 型花崗巖和分異S 型花崗巖的Th 和Y含量也有差異,這是由于Th 和Y 在過鋁質(zhì)巖漿演化早期優(yōu)先進(jìn)入Th 和Y 富集的礦物(如獨(dú)居石),所以分異S 型花崗巖的Th 和Y 含量相對(duì)較低,并與Rb 含量呈負(fù)相關(guān);而分異I 型花崗巖的Th 和Y 含量高,是因?yàn)門h 和Y 富集的礦物不在準(zhǔn)鋁質(zhì)巖漿演化早期優(yōu)先結(jié)晶,并且Th 和Y 含量與Rb 含量呈正相關(guān)。樣品的Th-Rb 和Y-Rb 演化趨勢(shì)與S 型花崗巖是一致的(圖7b、圖7c)(Chappell,1999)。在ACF 判別圖中(圖7d),樣品點(diǎn)均落在S 型花崗巖區(qū)域(Nakada et al.,1979)。綜上所述,筆者認(rèn)為達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石為過鋁質(zhì)S 型花崗巖。

    圖7 達(dá)日地區(qū)花崗巖成因判別圖Fig.7 Discrimination diagrams for the genetic types of granites in Dari area

    4.2 巖漿來源

    巴顏喀拉山樣品表現(xiàn)出較強(qiáng)的稀土元素分異模式,而HREE 元素配分曲線較為平緩(圖5b),Y/Yb 值為7.84~12.57,大多數(shù)樣品的TiO2含量較低(<1 %),Rb/Sr 值較小(<0.8),這些特征與角閃石殘留物特征一致(Petford et al.,1996)。實(shí)驗(yàn)表明,玄武巖的角閃石脫水反應(yīng)生成的熔體是閃長質(zhì)的,與斜長石、輝石和鐵鈦礦物為主的殘余物共存(Beard et al.,1991;Rushmer,1991;Wolf et al.,1992);而玄武巖在流體作用下部分熔融形成的熔體Si、Al 含量高,與角閃石、斜輝石、鐵鈦礦物和少量斜長石的殘余物共存(Beard et al.,1991)。上述2 種情況下的熔體組成和殘余礦物組合有很大的不同。前一種情況下產(chǎn)生的熔體具有一定的負(fù)的Eu 異常(Tepper et al.,1993)。巴顏喀拉山地區(qū)花崗質(zhì)巖石具有中等的負(fù)Eu 異常,Eu/Eu*值為0.19~0.30),表明其由玄武巖來源的角閃石脫水、熔融再作用形成。在CaO/(MgO+FeOT)-Al2O3/(MgO+FeOT)圖解(圖8b)和Rb/Sr-Rb/Ba 圖解(圖8c)中,巴顏喀拉山花崗巖數(shù)據(jù)點(diǎn)主要落在下地殼的鐵鎂質(zhì)玄武巖范圍,支持上述推論。此外,鋯石Hf 同位素組成為εHf(t)值為-3.62~2.92,平均值為-0.54,指示源區(qū)存在鐵鎂質(zhì)成分。綜上所述,筆者認(rèn)為巴顏喀拉山地區(qū)花崗質(zhì)巖石的巖漿來源于下地殼鐵鎂質(zhì)。

    圖8 巴顏喀拉山和達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石巖漿源區(qū)判別圖Fig.8 Discrimination diagrams for the potential magma source of granitoids in Dari area

    實(shí)驗(yàn)表明,基性巖石(玄武巖)的部分熔融可產(chǎn)生偏鋁質(zhì)花崗巖類(Beard et al.,1991;Wolf et al.,1992;Rapp et al.,1995;Johannes et al.,1996;Sisson,2005),而沉積碎屑巖的部分熔融則可以產(chǎn)生過鋁質(zhì)花崗巖體(Johannes et al.,1996;Patino-Douce et al.,1998a,1998b)。達(dá)日地區(qū)過鋁質(zhì)花崗巖,樣品表現(xiàn)出很強(qiáng)的稀土元素分餾模式,輕稀土元素(LREE)富集,而重稀土元素(HREE)虧損(7B),富集大離子親石元素(如Rb、Th、U),虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(如Nb、Ta),δEu 值為0.07~0.30,顯示中等負(fù)Eu 異常。以上特征表明巖體的巖漿來源可能是地殼中富鋁質(zhì)沉積物。

    過鋁質(zhì)花崗巖CaO、Na2O 含量相對(duì)較低,其原因是長石在形成黏土的過程中會(huì)丟失這些組分,該特征與其沉積源區(qū)有關(guān)(Chappell et al.,1992)。因此,一般用CaO/Na2O 值來判斷巖石源區(qū)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究(Skjerlie et al.,1992),以泥質(zhì)巖為源區(qū)的花崗巖CaO/Na2O 值小于0.3,而以雜砂巖為源區(qū)的過鋁質(zhì)花崗巖,其CaO/Na2O 值大于0.3。達(dá)日地區(qū)花崗巖CaO/Na2O 值為0.09~2.61,絕大部分值大于0.3,據(jù)此推測(cè)達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石的巖漿源區(qū)主要為雜砂巖。達(dá)日地區(qū)花崗巖樣品相比較于變泥質(zhì)巖的巖漿源區(qū)普遍具有高CaO/Na2O 值(0.09~1.61,其中只有一個(gè)比值小于0.3)和低的Al2O3/TiO2值(16.25~52.64,除去最大值80.53),表明其巖漿源區(qū)并不是泥質(zhì)巖。在CaO/Na2O-Al2O3/TiO2圖解中(圖8a),花崗質(zhì)巖石樣品大部分落在以變雜砂巖為巖漿源區(qū)的范圍內(nèi),說明達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石可能是由變雜砂巖部分熔融形成的。在CaO/(MgO+FeOT)-Al2O3/(MgO+FeOT)圖解中(圖8b),達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石樣品主要落入變雜砂巖區(qū)域(Altherr et al.,2000)。過鋁質(zhì)花崗巖的Rb-Sr-Ba 含量變化受控制于其源巖成分(Sylvester,1998),雜砂巖在熔融后會(huì)殘余大量的長石,而泥質(zhì)巖熔融后留下很少的斜長石(Skjerlie et al.,1992;Patino-Douce et al.,1995)。Sr、Ba 是斜長石的相容元素,Rb 則為不相容元素,由泥質(zhì)巖為源巖產(chǎn)生的強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖Rb/Sr 和Rb/Ba 值較高,而以雜砂巖為源巖熔融產(chǎn)生的過鋁質(zhì)花崗巖Rb/Sr 和Rb/Ba 值較低。因此,可以通過Rb/Sr 和Rb/Ba 值變化來判斷研究區(qū)花崗巖的巖漿源區(qū)。依據(jù)Rb/Ba 和Rb/Sr 值投圖,達(dá)日地區(qū)的花崗質(zhì)巖石樣品落入貧黏土源區(qū),指示其是由地殼中的雜砂巖類熔融形成的(圖8c)。對(duì)于判別過鋁質(zhì)花崗巖的源巖性質(zhì),斜長石是一個(gè)很好的指示礦物,泥質(zhì)巖和雜砂巖在熔融過程中形成的熔體會(huì)有差別,泥質(zhì)源巖會(huì)相比富黏土貧斜長石(<5%),而雜砂巖則富斜長石(>5%)貧黏土。Rudnick 等(2003)利用大陸地殼的平均組成作為初始組分,模擬了不同殘余相(如鉀長石、斜長石和黑云母)在部分熔融實(shí)驗(yàn)中的影響(圖8d)。結(jié)果顯示,達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石成分變化在源區(qū)殘留7 %~60 %的斜長石,說明其巖漿來源為雜砂巖的部分熔融。綜上所述,筆者認(rèn)為達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石的巖漿源區(qū)可能是中地殼附近的雜砂巖。

    4.3 基底性質(zhì)

    在松潘-甘孜地塊中,除了已知的沿?fù)P子地塊西緣出露的部分元古界基底外,再無其他基底出露,是制約其基底屬性認(rèn)知的主要因素。目前,對(duì)松潘-甘孜地塊基底屬性的認(rèn)識(shí)存在2 種觀點(diǎn):①古特提斯洋的殘余(Yin et al.,1993)和與揚(yáng)子地塊關(guān)系具有親緣性的元古代基底(Zhang et al.,2006;Xiao et al.,2007)。松潘-甘孜巴顏喀拉山地區(qū)花崗質(zhì)巖石與松潘-甘孜地塊東部花崗質(zhì)巖體具有相似的Sr、Nd 同位素組成和二階段模式年齡,巴顏喀拉山花崗質(zhì)巖石εNd(t)值為 -4.3~-5.5,TDM2值為1.38~1.46;松潘-甘孜東部花崗質(zhì)巖石εNd(t)值為 -6.0~-9.5,TDM2值為 1.3~1.65,表明其巖漿具有共同來源,進(jìn)而說明地殼基底屬性一致(Cai et al.,2009)。巴顏喀拉山地區(qū)花崗質(zhì)巖石的鋯石Hf 二階段模式年齡為1.07~1.48 Ga,位于1.0~1.5 Ga 地殼演化線之間,與揚(yáng)子地塊西緣存在的新元古代鎂鐵質(zhì)巖石相同,表明松潘-甘孜地塊存在新元古代基底,且基底與揚(yáng)子地塊基底存在親緣性(圖9)(Zheng et al.,2007)。

    圖9 巴顏喀拉山花崗質(zhì)巖石鋯石εHf(t)值與U-Pb 年齡圖解Fig.9 Plots of zircon U-Pb ages vs.εHf(t)values for the Bayankala granitoids

    4.4 構(gòu)造意義

    在金沙江縫合帶(包括甘孜-理塘縫合帶)中,金沙江蛇綠巖組合中的2 個(gè)斜長花崗巖體,U-Pb 鋯石年齡分別為(340±3)Ma 和(294±3)Ma,表明金沙江洋形成于晚泥盆世至早石炭世(Wang et al.,2000)。在該區(qū)及其鄰近地區(qū),已鑒定出2 個(gè)花崗巖類的年齡群,即245~227 Ma(侵入古生代變質(zhì)沉積物)和219~216 Ma(侵入三疊紀(jì)沉積物)。前人結(jié)合地質(zhì)背景認(rèn)為,245~227 Ma 的花崗巖類為同碰撞花崗巖,219~216 Ma 花崗巖類為后碰撞花崗巖,表明古特提斯洋的閉合時(shí)間不晚于中三疊世,而不是早侏羅世(Wang et al.,2000;Reid et al.,2005;Xiao et al.,2007)。松潘-甘孜地塊巴顏喀拉山地區(qū)和達(dá)日地區(qū)的巖漿結(jié)晶年齡(212~218 Ma)明顯晚于金沙江縫合帶的同碰撞花崗巖的年齡,且與金沙江縫合帶的后碰撞花崗巖年齡是一致的。據(jù)此,筆者認(rèn)為巴顏喀拉山地區(qū)和達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石可能也形成于后碰撞構(gòu)造壞境。

    松潘-甘孜地塊巴顏喀拉山地區(qū)花崗質(zhì)巖石是下地殼角閃石脫水熔融反應(yīng)的產(chǎn)物,但是這種脫水反應(yīng)一般需要>800 ℃的溫度(Beard et al.,1991;Rushmer,1991)。如果沒有額外的熱源供應(yīng),碰撞造山帶的地殼溫度達(dá)到>800 ℃是不可能的(Patino-Douce et al.,1998b)。在后碰撞構(gòu)造背景下,熱源的可能來源包括:①地殼增厚引起的放射性同位素衰變熱。②地殼剪切產(chǎn)生的熱量。③幔源巖漿的熱量。④由巖石圈分層引起的軟流圈上涌的熱量。但是,前2 種熱源的熱量不會(huì)輕易造成大范圍的地殼熔融。地殼增厚引起的地殼熔融只會(huì)在120 Ma 左右的時(shí)間尺度上發(fā)展(Turner et al.,1993)。地殼剪切熱引起的巖漿作用通常呈線性分布,而松潘-甘孜地塊的花崗巖并非線性分布,所以排除第二種熱源可能。由于在松潘-甘孜地塊內(nèi)缺少印支期幔源巖漿活動(dòng)的證據(jù)。因此,巖漿底侵作用并不是印支期花崗巖類的形成的原因。巖漿底侵作用通常會(huì)導(dǎo)致下地殼發(fā)生部分熔融,盡管第③種提供熱源的方式有可能發(fā)生,但是松潘-甘孜地塊的下地殼沒有底貼的巖漿(Liu et al.,2008),并且松潘-甘孜地塊中幔源巖漿作用也很罕見,因而排除第③種熱源可能。在后碰撞環(huán)境,區(qū)域伸展,之前加厚的巖石圈由于重力原因拆沉,誘發(fā)軟流圈上涌,已經(jīng)成為解釋后碰撞花崗巖漿形成的主要機(jī)制(Jung et al.,1998;Wu et al.,2002,2005;Chung et al.,2003,2005;Ilbeyli et al.,2004)。松潘-甘孜地塊東部的埃達(dá)克花崗巖(216~228 Ma)可能為地殼增厚的證據(jù)(Zhang et al.,2006;Xiao et al.,2007),A 型花崗巖(211 Ma)是軟流圈上涌導(dǎo)致巖石圈伸展的標(biāo)志(Zhang et al.,2007),松潘-甘孜地塊東南部后碰撞I 型花崗巖是由下地殼鎂鐵質(zhì)物質(zhì)的部分熔融形成的。Xiao 等(2007)和Zhang 等(2007)提出,松潘-甘孜地塊東部巖石圈拆沉作用可以解釋后碰撞的埃達(dá)克、A 型和I 型花崗質(zhì)巖漿作用組合。Sylvester(1998)認(rèn)為,過鋁質(zhì)花崗巖通常形成在后碰撞構(gòu)造環(huán)境中,并可劃分為高壓型和高溫型2種成因類型。高壓型是由于地殼增厚,引起放射性同位素衰變產(chǎn)生熱量,在后碰撞階段地殼減壓熔融形成,形成的花崗巖規(guī)模通常為小到中等;而高溫型是由于地幔軟流圈物質(zhì)的上涌,帶來的熱量將地殼部分熔融,這種方式形成的花崗巖規(guī)模相對(duì)較大。后碰撞花崗巖在松潘-甘孜地塊東部和中部分布都很廣泛。這些花崗巖體的巖漿結(jié)晶年齡都為晚三疊世,因其具有相同的地球動(dòng)力學(xué)背景。巴顏喀拉山地區(qū)和達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石的形成時(shí)間(212~218 Ma)與上述的花崗巖體的結(jié)晶時(shí)代相近。因此,筆者認(rèn)為巴顏喀拉山地區(qū)和達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石可以解釋為后碰撞環(huán)境下,由于巖石圈拆沉,軟流圈上涌,分別導(dǎo)致下地殼和中地殼發(fā)生部分熔融所致。

    5 結(jié)論

    (1)松潘-甘孜地塊巴顏喀拉山地區(qū)花崗質(zhì)巖石屬于高鉀鈣堿性過鋁質(zhì)I 型花崗閃長巖,而達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石屬于鉀玄巖和高鉀鈣堿性、過鋁質(zhì)S 型石英二長巖和花崗巖,兩地區(qū)花崗質(zhì)巖石侵位時(shí)間均為~215 Ma。

    (2)松潘-甘孜地塊巴顏喀拉山地區(qū)花崗質(zhì)巖石的源區(qū)可能為下地殼鎂鐵質(zhì)巖石,而達(dá)日地區(qū)花崗質(zhì)巖石的源區(qū)可能為中地殼變雜砂巖。

    (3)松潘-甘孜地塊存在新元古代基底,且其基底與揚(yáng)子地塊基底存在親緣性。結(jié)合鋯石U-Pb 年代學(xué)和區(qū)域構(gòu)造演化,推測(cè)研究花崗質(zhì)巖石是后碰撞背景,巖石圈拆沉,誘發(fā)的不同地殼巖石部分熔融的產(chǎn)物。

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