青藏高原岡底斯北緣卡窮巖群形成時代的確定

何世平, 李榮社, 王 超, 辜平陽, 于浦生, 時 超, 查顯鋒

(西安地質礦產研究所, 陜西 西安 710054)

0 引 言

卡窮巖群位于岡底斯北緣, 呈北西-南東向展布,為一套角閃巖相變質巖系, 矽線黑云斜長片麻巖、二云片麻巖等巖石中產有退變質榴輝巖包體[1–2]。該套變質巖系最早被四川省地質局第三區測隊(1∶100萬昌都幅地質圖及區域地質調查報告, 1974)劃歸郭清黑云母二長花崗巖體, 西藏自治區地質礦產局(1993)將其歸屬于中下三疊統西湖群(T1-2xh)[3],由四川省地質礦產局區域地質調查隊(1∶20萬八宿縣幅地質圖及區域地質調查報告, 1997)解體出來,命名為卡窮巖群。由于該巖群巖類復雜, 經歷過強烈區域變質作用、塑性流變和部分熔融, 原始地層層序無法恢復, 形成時代一直未得到有效限定。四川省地質礦產局區域地質調查隊(1997)利用鋯石U-Pb法, 獲得卡窮巖群混合巖化黑云斜長片麻巖及混合巖化黑云斜長變粒巖靠近上交點年齡為 1334 Ma, 由于無法確定該年齡是成巖年齡還是變質年齡,將其時代籠統定為元古代; 李才等獲得卡窮巖群弱片麻狀黑云母堿長花崗巖鋯石 SHRIMP U-Pb年齡為(507±10)Ma[4], 認為是泛非事件的巖漿活動記錄,該年齡只能間接限定卡窮巖群原巖形成時代的上限。因而, 新近完成的1∶25萬區調(西藏自治區地質調查院, 1∶25萬八宿縣幅、貢覺縣幅、然烏區幅、芒康縣幅地質圖及區域地質調查報告, 2007)將卡窮巖群時代暫劃歸古中元古代, 1∶150萬青藏高原及鄰區前寒武紀地質圖及說明書(待出版)將卡窮巖群時代暫劃歸中新元古代。

由于卡窮巖群夾持于班公湖-怒江縫合帶之內,大地構造位置處于岡瓦納大陸和勞亞大陸交匯的關鍵部位。盡管以往的研究多認為卡窮巖群與其西同樣夾持于班公湖-怒江縫合帶之內的聶榮巖群可以對比, 但對其物質組成和構造歸屬存在不同認識。因而, 卡窮巖群的原巖形成時代及其經歷的構造-巖漿事件, 對深入研究岡底斯地區基底格架、構造演化以及限定岡瓦納和勞亞兩個大陸的界限具有重要科學意義。

本文利用LA-ICP-MS技術, 對西藏八宿縣同卡鄉北卡窮巖群條帶狀斜長角閃巖(正變質巖)和卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖(古侵入體)進行了精細的鋯石U-Pb同位素年代學研究, 力圖為限定該巖系的原巖形成時代及其構造-巖漿事件提供依據。

1 區域地質背景

研究區位于西藏八宿縣同卡鄉一帶, 地處岡底斯北緣, 大地構造位置為夾持于班公湖-怒江縫合帶之內的嘉玉橋地塊(圖1)。該區有兩套時代有待進一步厘定的地層, 即卡窮巖群(Pt2-3K.)和嘉玉橋群(PzJy), 均呈斷塊狀產出, 本文研究重點為卡窮巖群。卡窮巖群呈北西-南東向分布于西藏八宿縣才麻瑪果牛場-目特、曲扎湖西巴子柯-孟格等地, 與區域斷裂走向基本一致, 主要由矽線黑云斜長片麻巖、矽線藍晶石榴斜長片麻巖、二云片麻巖、黑云二長片麻巖、矽線黑云斜長變粒巖、斜長角閃巖、二云石英片巖及大理巖組成, 含有退變質榴輝巖(部分已徹底轉變為榴閃巖)包體, 變質程度總體為低角閃巖相, 局部達高角巖相。卡窮巖群的西南與俄學巖組(CPe)呈斷層接觸, 西北部被侏羅紀二長花崗巖侵入。區內還出露少量中生界地層, 包括古竹同組(T3g)及拉貢塘組(J3l)。

從剖面上看, 卡窮巖群巖石組合為黑云斜長片麻巖、二云斜長片麻巖、二云石英片巖、斜長角閃巖、變粒巖及大理巖(圖 2), 揉皺變形強烈, 局部發育尖棱狀褶皺, 主片(麻)理產狀為北東向陡傾, 巖石普遍發生了塑性流變; 其中, 片麻狀二長花崗巖與變質地層呈漸變過渡關系, 兩者片麻理產狀基本一致, 在接觸部位地層和侵入體往往無法截然分開,侵入體內部則呈現半自形-他形粒狀、似斑狀等花崗巖類特有的結構, 反映出片麻狀二長花崗巖具有就地熔融的特征。變質程度為高角閃巖相, 原巖主要為泥、砂質巖, 次為中酸性凝灰巖, 少量碳酸鹽巖及中基性火山巖。

2 樣品及其巖相學特征

用于同位素測年的樣品有兩件, 均采自西藏八宿縣同卡鄉北約6 km(圖1, 圖2)。其一為卡窮巖群條帶狀斜長角閃巖(樣號: 09K-1, 地理坐標: 30°36′5.3″N, 96°36′39.6″E, H4300m), 質量約 21 kg, 呈灰綠色, 粒狀變晶結構, 條帶狀構造, 礦物沿片(麻)理方向呈定向排列(圖 3a); 主要為角閃石(54%±)、絹云化斜長石(40%±), 含少量石英(5%±), 副礦物為磷灰石(1%±); 變質程度為低角閃巖相, 原巖為中基性火山巖。另一件為卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖(樣號: 09K-2, 地理坐標: 30°37′12.2″N, 96°37′33.5″E,H4410m), 質量約10 kg, 呈灰色, 半自形-他形粒狀結構、似斑狀結構、交代蠕蟲結構、變余碎屑結構,片麻狀構造, 礦物沿片(麻)理方向呈定向排列(圖3b); 主要為石英(32%±)、弱絹云化斜長石(30%±)、微斜長石(25%±), 含少量角閃石(3%±); 粗大的絹云母化斜長石構成似斑晶, 少數斜長石邊部可見到交代形成的蠕蟲狀石英, 局部可見到保存有碎屑物和充填物的變質殘余; 變質程度為高角閃巖相, 可能為中酸性凝灰巖或砂巖部分熔融(混合巖化)的產物。

圖2 西藏八宿縣同卡鄉北卡窮巖群路線剖面Fig.2 The geological section of the Kaqiong Rock Group in northern Tongka, Baxoi County, Tibet

3 分析方法

鋯石單礦物挑選在國土資源部河北省地質礦產局廊坊實驗室完成, 將巖石樣品破碎至 20～30目,經常規浮選和磁選方法分選, 在雙目鏡下挑選出形態較為完整、無裂痕、無包裹體的鋯石作為測定對象。在實驗室將分選出的鋯石晶體粘在環氧樹脂膠上固制成靶, 拋磨至約一半, 使鋯石內部充分暴露, 然后進行鋯石顯微(反射光和透射光)照相、陰極發光(CL)顯微圖像研究及鋯石微區U-Pb同位素組成測定。

鋯石的陰極發光(CL)圖像在西北大學掃描電鏡實驗室完成, 采用FEI公司XL30型SFEG電子束進行鋯石內部結構顯微照相分析。測試點的選取首先根據鋯石反射光和透射光照片進行初選, 再與 CL圖像反復對比, 力求避開內部裂隙和包裹體, 以獲得較準確的年齡信息。

LA-ICP-MS法鋯石微區 U-Pb年齡測定在西北大學大陸動力學國家重點實驗室的 Agilent7500型ICPMS 和德國Lambda Physik 公司的 ComPex102 ArF準分子激光器(工作物質ArF, 波長193 nm)以及MicroLas公司的GeoLas200M光學系統的聯機上進行。激光束斑直徑為30 μm, 激光剝蝕深度為20 ～ 40 μm。實驗中采用 He作為剝蝕物質的載氣, 用美國國家標準技術研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質NIST SRM610進行儀器最佳化, 采樣方式為單點剝蝕, 數據采集選用一個質量峰一點的跳峰方式, 每完成4 ～ 5個待測樣品測定, 插入測標樣一次。在所測鋯石樣品15 ～ 20個點前后各測2次NIST SRM610。鋯石年齡采用標準鋯石91500作為外部標準物質, 元素含量采用NIST SRM610作為外標。由于SiO2在鋯石中的含量較恒定, 選擇29Si作為內標來消除激光能量在點分析過程中以及分析點之間的漂移, 對于大多數元素單點分析的相對標準偏差為5% ～ 15%。詳細分析步驟和數據處理方法參見相關文獻[5–6]。

采用Glitter (ver4.0, Macquarie University)程序對鋯石的同位素比值及元素含量進行計算, 并按照Andersen的方法[7], 用 LAMICPMS Common Lead Correction(ver3.15)對其進行普通鉛校正, 年齡計算及諧和圖采用Isoplot(ver3.0)完成[8]。

4 結 果

卡窮巖群條帶狀斜長角閃巖(09K-1)中選獲的鋯石較少, 均為無色透明略帶淺黃色, 半自形短柱狀或渾圓狀(部分殘缺鋯石屬于碎樣時機械破損),粒徑較小, 多在 80 μm × 60 μm ～ 160 μm × 80 μm。鋯石CL圖像(圖4a)顯示, 呈現灰-深灰色, 部分內部發育條帶狀結構(21、25測點), 外圍具有較窄的淺色生長邊(1、20、21 測點)。Th/U 比值一般在 0.33 ～ 0.78之間(表1), 具巖漿結晶鋯石特征。

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圖4 卡窮巖群條帶狀斜長角閃巖(09K-1)鋯石CL圖像(a)和鋯石U-Pb諧和圖(b)Fig.4 CL images (a) and U-Pb concordia diagram (b) of zircons from the banded amphibolite (09K-1) in the Kaqiong Rock Group

條帶狀斜長角閃巖(09K-1)的鋯石經普通鉛校正后, U-Pb測試結果列于表1, 鋯石有效測試點共5個。在U-Pb諧和圖上呈線性分布, 構成一條不一致線(圖 4b)。不一致線與諧和線上交點年齡為(1082±18) Ma (MSWD＝0.22)。這 5個測試點207Pb/206Pb 比值接近, 在 0.0753～0.0758 之間,207Pb/206Pb表面年齡集中于1076～1090 Ma之間, 表明這些鋯石為同期巖漿結晶成因, 表面年齡加權平均值為(1080±9) Ma (MSWD＝0.43), 該值在誤差范圍之內與諧和線上交點年齡一致。考慮到巖石經歷了后期變形變質改造, 發生了一定的U、Pb放射性同位素的變化,206Pb、235U、207Pb、238U含量及其比值均變化較大,207Pb/206Pb表面年齡加權平均值難以反映真實年齡, 而不一致線與諧和線上交點年齡則可以很好地反映巖石的成巖年齡。因此, 上交點年齡(1082±18) Ma應為卡窮巖群條帶狀斜長角閃巖的巖漿作用期間原巖形成年齡。

卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖(09K-2)中的鋯石呈無色透明和淺黃色, 以長柱狀為主, 少數為渾圓狀(部分殘缺鋯石屬于碎樣時機械破損), 粒徑多在 120 μm × 60 μm ～ 300 μm × 100 μm。鋯石 CL 圖像(圖 5)顯示, 多數內部發育具有震蕩環帶結構(1、3、6～8、18、23、24、26、27、29、31、33～35 測點)或條帶結構(10、11、21、32測點)的內核, 外圍具有生長加大邊(1、3、6～8、10～12、18、19、21、23～27、32～35測點)。具有環帶結構或條帶結構鋯石內核的Th/U比值(介于0.39～1.57之間, 平均1.03)總體高于生長加大邊的Th/U比值(介于0.32～1.29之間, 平均0.80)。

片麻狀二長花崗巖(09K-2)的鋯石經普通鉛校正后, U-Pb測試結果列于表 1, 鋯石有效測試點共31個。在 U-Pb諧和圖上鋯石核部(4～9、11、14、18、21～25、27～35 測點)和邊部(1、3、10、12、16、17、19、26測點)測點均呈線性分布, 構成兩條不一致線(圖6)。(1)核部測點不一致線與諧和線上交點年齡為(549±18) Ma (MSWD＝0.02, points=23), 23個測試點207Pb/206Pb比值接近, 在0.0583～0.0588之間,207Pb/206Pb表面年齡集中于540～561 Ma之間, 表明這些鋯石為同期巖漿結晶成因, 表面年齡加權平均值為(550±10) Ma (MSWD＝0.03), 該值在誤差范圍之內與諧和線上交點年齡一致。考慮207Pb/206Pb表面年齡加權平均值難以反映真實年齡, 而不一致線與諧和線上交點年齡則可以很好地反映巖石的成巖年齡。因此, 上交點年齡(549±18) Ma應為卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖的巖漿作用期間原巖形成年齡。(2)邊部測點不一致線與諧和線上交點年齡為(416±23) Ma (MSWD＝0.001, points=8), 8個測試點207Pb/206Pb比值接近, 在 0.0550～0.0551之間,207Pb/206Pb表面年齡集中于413～418 Ma之間, 表面年齡加權平均值為(416±20) Ma (MSWD＝0.002),該值在誤差范圍之內與諧和線上交點年齡一致。考慮到這些測點位于鋯石暗色生長加大邊, Th/U比值總體低于鋯石核部測點。因此, 上交點年齡(416±23)Ma應為卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖后期構造-熱事件年齡。

圖5 卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖(09K-2)代表性鋯石CL圖像Fig.5 CL images of zircons from the gneissic monzogranite (09K-2) in the Kaqiong Rock Group

5 結論與討論

根據LA-ICP-MS鋯石微區U-Pb同位素測年結果, 西藏八宿縣同卡鄉北卡窮巖群條帶狀斜長角閃巖上交點年齡為(1082±18) Ma。由于條帶狀斜長角閃巖的原巖為中基性火山巖, 屬于卡窮巖群碎屑巖沉積過程中中基性火山活動的產物, 因此(1082±18)Ma可作為卡窮巖群原巖的形成年齡, 相當于中元古代末, 即晚薊縣世。

同時, 西藏八宿縣同卡鄉北卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖的形成年齡為(549±18) Ma, 與泛非運動時限(600～500 Ma)相當[9], 李才等曾在本次采樣點南約10 km的卡窮溝口獲得卡窮巖群中弱片麻狀黑云母堿長花崗巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡為(507±10)Ma[4], 表明卡窮巖群經歷了強烈的泛非期構造-熱事件。然而, 卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖還獲得(416±23) Ma的構造-熱事件年齡, 反映出泛非運動之后, 還經歷一次強烈的構造作用, 這次構造作用的地質意義值得進一步研究。片麻狀二長花崗巖除了具有半自形-他形粒狀結構、似斑狀結構等侵入巖特征外, 還具有交代蠕蟲結構, 并保留少量變余碎屑結構, 宏觀上與卡窮巖群呈漸變過度關系, 變質地層和侵入體往往無法截然分開, 反映出片麻狀二長花崗巖屬于卡窮巖群火山-沉積巖系部分熔融的產物, 巖漿未發生遠距離運移侵位。以往多將這類片麻狀花崗巖作為片麻巖類歸入卡窮巖群的組成部分, 但兩者在巖石結構構造、成因、原巖形成時代等方面均存在較大差異, 因而這些片麻狀花崗巖類應視為構造-巖漿作用過程中的古侵入體, 并從卡窮巖群中解體出來。

印度河-雅魯藏布江縫合帶與班公湖-怒江縫合帶之間的岡底斯為一條巨型構造-巖漿帶, 有關岡底斯帶中新生代巖漿巖的時空分布、地球化學和成礦作用研究近年來取得了重要進展[10–14]。目前, 在青藏高原南部獲得大量泛非運動的年齡信息[4,15–19],并陸續發現了奧陶系與下伏地層的不整合[20–23], 表明泛非運動在高原南部具有廣泛的影響。結合近年來在班公湖-怒江板塊縫合帶所夾的卡窮微陸塊(嘉玉橋地塊)發現退變質榴輝巖包體[1–2], 在聶榮微陸塊(聶榮地塊)中發現高壓麻粒巖[24]和泛非期花崗片麻巖[18], 認為嘉玉橋地塊和聶榮地塊均是東岡瓦納大陸北緣裂解出來的塊體, 泛非期發生了地殼構造增厚事件。岡底斯地區基底最終固結于泛非運動,包括聶榮地塊和嘉玉橋地塊在內的岡底斯地區均屬于東岡瓦納大陸的一部分。

新近研究表明, 青藏高原許多變質沉積-火山地層時代為中元古-新元古代。其中, 祁連造山帶東段青海省化隆縣-循化縣之間化隆巖群形成時代在875～891 Ma之間[25]; 青海省湟源縣南日月鄉一帶化隆巖群條帶狀黑云斜長角閃巖(原巖為中性火山巖)的形成年齡為(884±9) Ma[26]。祁連造山帶西段甘肅省肅北縣黨河一帶北大河巖群形成時代在1400～724 Ma之間[27]。納木錯湖西緣念青唐古拉巖群形成時限為(787±9)～(748±8) Ma[28]。作者利用 LA-ICP-MS 鋯石U-Pb同位素測年技術, 獲得北羌塘他念他翁山一帶吉塘巖群酉西巖組石英綠泥片巖(原巖為中基性火山巖)的原巖形成年齡為(965±55) Ma, 綠泥片巖(原巖為基性火山巖)的原巖形成年齡為(1048.2±3.3)Ma(待刊); 北羌塘青海玉樹縣小蘇莽一帶寧多巖群形成時代為(1044±30) ～ (990.5±3.7) Ma (待刊); 西藏那曲縣北聶榮地塊聶榮巖群片麻狀斜長角閃巖諧和年齡為(863±10) Ma[29]。因此, 中元古-新元古代是青藏高原基底形成的重要時期。

圖6 卡窮巖群中片麻狀二長花崗巖(09K-2)鋯石U-Pb諧和圖Fig.6 U-Pb concordia diagram of zircons from the gneissic monzogranite (09K-2) in the Kaqiong Rock Group

衷心感謝柳小明教授、袁洪林教授和第五春榮博士對論文提出的建設性意見！在數據測試過程中得到弓虎軍、賀國芬、李平、武鵬和唐卓的有益幫助, 謹此表示謝意！

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