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西藏改則扎嘎爾勒尖早始新世A型花崗巖年代學(xué)、地球化學(xué)及地質(zhì)意義

2018-03-23 09:05:46魏永峰肖淵甫羅巍鄧澤錦趙志強(qiáng)林美英
新疆地質(zhì) 2018年1期

魏永峰,肖淵甫,羅巍,鄧澤錦,趙志強(qiáng),林美英

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,四川 成都 610059;2.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì),四川 雙流 610213)

A型花崗巖由Loiselle和Wones在1979年GSA年會(huì)上提出,最初被定義為貧水、堿性及非造山的花崗巖,其后有大量國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究和討論[1-13]。現(xiàn)在研究認(rèn)為的A型花崗巖幾乎囊括了除典型I、S型花崗巖以外的其他花崗巖類[8],是構(gòu)造環(huán)境識(shí)別的重要巖石學(xué)標(biāo)志之一[10],在地球動(dòng)力學(xué)背景上其具某種標(biāo)型意義[9,12,14]。

近EW向展布的岡底斯巨型構(gòu)造-巖漿帶位于青藏高原中南部,夾持于印度河-雅魯藏布縫合帶與班公湖-怒江縫合帶之間(圖1-a)[15-16]。帶內(nèi)自中生代以來(lái),以中酸性為主的巖漿活動(dòng)十分強(qiáng)烈復(fù)雜[17]。對(duì)新生代巖漿活動(dòng)的研究集中于南岡底斯帶,北、中岡底斯帶研究較少。受系統(tǒng)的、高質(zhì)量的年代學(xué)和地球化學(xué)數(shù)據(jù)約束,有研究者認(rèn)為古新世—始新世,雅魯藏布新特提斯大洋板塊向北大規(guī)模俯沖并在陸內(nèi)產(chǎn)生大規(guī)模俯沖階段,岡底斯中部和北部處于巖漿弧構(gòu)造背景[18-19],或認(rèn)為該時(shí)期處于碰撞匯聚階段[17]。中新世—漸新世,有學(xué)者認(rèn)為陸內(nèi)俯沖擠壓環(huán)境和陸內(nèi)裂谷拉張環(huán)境[20-21];或認(rèn)為與早期

高原地殼和巖石圈的加厚及后期巖石圈底部拆離作用引起的隆升和陸內(nèi)裂陷有關(guān)系[18-19,22];還有學(xué)者認(rèn)為其形成與陸內(nèi)不同方向的俯沖有關(guān)[23-26]。此種情況制約著岡底斯乃至青藏高原南部地質(zhì)構(gòu)造演化的研究。扎嘎爾勒尖A型花崗巖是本次區(qū)調(diào)工作新發(fā)現(xiàn),筆者在精確鋯石U-Pb定年基礎(chǔ)上,結(jié)合地球化學(xué)特征,初步探討巖石成因和大地構(gòu)造背景,為認(rèn)識(shí)岡底斯中北部始新世巖漿活動(dòng)及研究整個(gè)岡底斯中新生代構(gòu)造演化提供新的證據(jù)。

1 地質(zhì)概況及巖石學(xué)特征

扎嘎爾勒尖A型花崗巖體位于西藏改則縣達(dá)熱村南約15 km,構(gòu)造上處于中岡底斯北緣,以發(fā)育侏羅—白堊系火山沉積地層及大量基-中酸性侵入巖為特征(圖1-b)。扎嘎爾勒尖A型花崗巖體為一獨(dú)立巖株,呈近橢圓狀侵位于晚石炭世拉嘎組碎屑巖夾碳酸鹽巖地層中,出露面積約4 km2,巖體外接觸帶有較明顯的角巖化、硅化、大理巖化、綠泥石化等熱接觸變質(zhì)現(xiàn)象。巖體巖性以正長(zhǎng)花崗巖為主,少量二長(zhǎng)花崗巖,正長(zhǎng)花崗巖呈淺紅色,中細(xì)?;◢徑Y(jié)構(gòu),主要由石英、鉀長(zhǎng)石及斜長(zhǎng)石組成,其中鉀長(zhǎng)石(~64%)主要為正長(zhǎng)石和條紋長(zhǎng)石,呈半自形板狀,粒徑為1.2~2.5 mm,斜長(zhǎng)石(~9%)為更長(zhǎng)石,石英(~22%)為他形粒狀,黑云母(~3%)為深褐色片狀,含少量鋯石、磷灰石、磁鐵礦等副礦物。

圖1 岡底斯構(gòu)造單元?jiǎng)澐值刭|(zhì)簡(jiǎn)圖(a)以及扎嘎爾勒尖地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)Fig.1 Geological sketch map of tectonic units of Gangdise(a)and Geological sketch map of the Zhagaerlejian area(b)

2 樣品采集及分析測(cè)試

硅酸巖、稀土及微量樣品加工由四川華陽(yáng)巖礦測(cè)試中心完成,測(cè)試由國(guó)土資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心武漢綜合巖礦測(cè)試中心完成,主量元素、微量元素、稀土元素檢測(cè)采用AXIOS X射線熒光光譜儀、X Series2等離子質(zhì)譜儀、IRIS Intripid2XSP ICP全譜直讀光譜儀、ZEEnit600石墨爐原子吸收光譜儀、AFS-230E原子熒光分光光度計(jì)分析。測(cè)年樣品的清洗、粉碎、分選由四川華陽(yáng)巖礦測(cè)試中心完成,西北大學(xué)大力動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)圖像采集及LAICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年。測(cè)年采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500外部校正法進(jìn)行校正。激光器為ArF193 nm紫外準(zhǔn)分子激光器,單脈沖能量220 mJ,最高重復(fù)頻率20 Hz,經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)勻光和聚焦,能量密度達(dá)20 J/cm2,剝蝕直徑約20 μm。為控制儀器的穩(wěn)定性及控制測(cè)試精度,每測(cè)試分析5個(gè)樣品測(cè)點(diǎn)后測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)樣1次。數(shù)據(jù)處理采用ISOPLOT(ver2.49)和GLITTER(ver4.0,Macquarie University)軟件程序。詳細(xì)分析流程和原理參見文獻(xiàn)[27]。

3 鋯石U-Pb年代學(xué)

測(cè)年鋯石采樣點(diǎn)位坐標(biāo):東經(jīng)83°09′42″,北緯 32°17′51″(圖 1-b)。樣品選取24顆鋯石進(jìn)行LA-ICP-MS法U-Pb測(cè)年,分析鋯石為無(wú)色-淺黃色透明,顆粒形狀規(guī)則,主要表現(xiàn)為柱狀自形晶,粒徑多為110~230 μm,個(gè)別可達(dá) 280 μm,長(zhǎng)寬比為 2.0∶1~3.0∶1。CL圖像呈典型的巖漿韻律環(huán)帶和明暗相間的條帶結(jié)構(gòu),屬無(wú)核巖漿結(jié)晶鋯石,可代表花崗巖成巖年齡。獲得測(cè)試數(shù)據(jù)見表1,樣品的諧和曲線剔除了嚴(yán)重偏離諧和線數(shù)據(jù)。扎嘎爾勒尖A型花崗巖P14(59)樣品24顆鋯石18個(gè)分析點(diǎn)集中分布于諧和曲線上或附近,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(53.60±0.38)Ma(MSWD=0.97),可代表樣品結(jié)晶時(shí)代,形成時(shí)代為早始新世 (圖2)。

4 巖石地球化學(xué)

4.1 主量元素

在主量元素分析結(jié)果中,扎嘎爾勒尖巖體花崗巖富 SiO2(72.40%~77.49%)、K2O(4.91%~5.62%),貧Al2O3(11.88%~15.58%)、MgO(0.076%~0.384%)、TiO2(0.088% ~0.237%)、P2O5(0.019% ~0.071%),全 堿ALK=8.01%~8.63%,K2O/Na2O(1.52~1.87),相對(duì)富鉀(表 2)。在 AR-SiO2圖解中(圖3-a),樣品全部落在堿性區(qū)域。巖石鋁飽和度A/CNK=0.97~1.18,CIPW計(jì)算結(jié)果表明,所有樣品都含有標(biāo)準(zhǔn)礦物剛玉分子,在A/NK-A/CNK圖上(圖3-b),落入準(zhǔn)鋁質(zhì)巖與弱過(guò)鋁質(zhì)區(qū)域。

表1 扎嘎爾勒尖A型花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析數(shù)據(jù)Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic analyses of the Zhagaerlejian A-type granites

圖2 扎嘎爾勒尖A型花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年諧和圖及直方圖Fig.2 Zircon U-Pb ages and histogram of the Zhagaerlejian A-type granites

4.2 稀土元素及微量元素地球化學(xué)特征

扎嘎爾勒尖巖體花崗巖稀土元素及微量元素分析結(jié)果中(表 1),稀土元素總量為 106.39×10-6~161.45×10-6,巖石稀土含量低于上地殼平均值(210.10×10-6)[33],(La/Yb)N為6.91~18.12,在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式上呈右傾海鷗型,或稱為右傾“燕式”分布(圖4-a)[34],δEu=0.15~0.89,銪負(fù)異常明顯。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖4-b),巖石大離子親石元素(K,Rb)及高場(chǎng)強(qiáng)元素(Th,Ce,Zr)相對(duì)富集,大離子親石元素(Sr,Ba)及高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb,P,Ti)相對(duì)虧損,顯示A型花崗巖的特征。

5 討論

5.1 A型花崗巖的判定

目前,對(duì)A型花崗巖尚無(wú)統(tǒng)一概念,但其總體特征富硅、堿,貧鈣、鎂、鋁,(K2O+Na2O)/A12O3和FeOT/MgO值高,富Rb,Th,Nb,Ta,Zr,Hf,Ga,Y,貧Sr,Ba,Cr,Co,Ni,V,并有顯著的負(fù)Eu異常[3,37];常為輕稀土元素富集型,呈海鷗型展布[2,38-39];不相容元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上出現(xiàn)Ba,Sr-P和Eu-Ti 3個(gè)明顯低谷[8]。扎嘎爾勒尖花崗巖富SiO2,K2O,全堿含量高,(K2O+Na2O)/A12O3比值高,富集Rb,Th,Zr,Hf和Y等高場(chǎng)強(qiáng)元素,貧Ca,Mg和Al,虧損Nb,Ta,Sr,Ba,Ti和P,REE分布曲線呈右傾海鷗型,Eu負(fù)異常明顯,標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上出現(xiàn)Ba,Sr,P和Ti明顯的低谷;在Na2O-K2O圖解(圖5-a),樣品全部落入A型花崗巖區(qū)域。A型花崗巖雖具有特殊的地球化學(xué)特征,但與高分異I、S型花崗巖依然很難區(qū)分[40]。相對(duì)于A型花崗巖,高分異S型花崗巖具有更高的P2O5(均值為0.14%)和更低的Na2O(均值2.81%)含量,且具有隨分異程度的增加,P2O5含量也增加,表現(xiàn)出與A型花崗巖相反的趨勢(shì)[2、41];高分異I型花崗巖一般具有FeOT含量小于1.00%及Rb含量大于270×10-6的特征[41]。扎嘎爾勒尖正長(zhǎng)花崗巖P2O5含量為0.019%~0.071%(均值為0.05%)、Na2O含量為3.01%~3.26%(均值為3.12%),隨分異程度的增加P2O5含量降低,與較高分異S型花崗巖明顯不同;FeOT含量約為1.00%,最大1.73%,Rb含量?jī)H有一個(gè)樣品略大于270×10-6,其余小于270×10-6,與高分異I型花崗巖同樣有差異,在Nb-SiO2圖解(圖5-b)中,樣品主要落入A型花崗巖區(qū)域。前述特征均表明扎嘎爾勒尖正長(zhǎng)花崗巖為A型花崗巖。據(jù)A型花崗巖亞類判別圖(圖5-c,d)[42-43],扎嘎爾勒尖A型花崗巖為A1型花崗巖,對(duì)應(yīng)于洪大衛(wèi)等的AA亞類[4]。

表2 扎嘎爾勒尖A型花崗巖主量元素、微量元素及稀土元素分析結(jié)果Table 2 Major elements,trace elements and REE analyses of the Zagaerlejian A-type granites

圖3 扎嘎爾勒尖A型花崗巖AR-SiO2圖解和A/CNK-A/NK圖解Fig.3 AR-SiO2and A/CNK-A/NK diagrams of the Zhagaerlejian A-type granites(a據(jù)文獻(xiàn)[28-31],b據(jù)文獻(xiàn)[32])

圖4 扎嘎爾勒尖A型花崗巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布曲線(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)Fig.4 The Chondrites normalized REE distribution patterns(a)and Primitive mantle normalized trace elements patterns(b)for the Zhagaerlejian A-type granites(球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值分別據(jù)參考文獻(xiàn)[35]和[36])

5.2 巖石成因與構(gòu)造環(huán)境

A型花崗巖形成于張性環(huán)境,是后碰撞或板內(nèi)環(huán)境的產(chǎn)物[44-46];或被認(rèn)為是非造山和后造山環(huán)境的產(chǎn)物,A1型形成非造山的大陸裂谷或地幔柱、熱點(diǎn)環(huán)境,A2型花崗巖產(chǎn)生于碰撞后或造山期后的構(gòu)造環(huán)境[42-43];A型花崗巖可形成于造山期的各個(gè)階段[40];A1、A2型花崗可在共存于相同的構(gòu)造環(huán)境,兩類巖石為幔殼物質(zhì)混入比例不同所致,A1型花崗巖可以形成于后造山(后碰撞)背景,Eby提出的A型花崗巖亞類差別圖解更適合反映巖石源區(qū)的差異,而不確切的(大地)構(gòu)造環(huán)境[47];A型花崗巖可產(chǎn)出于板塊匯聚的活動(dòng)邊緣環(huán)境[48]。因此,對(duì)A型花崗巖形成的大地構(gòu)造背景的判斷需要針對(duì)具體巖體結(jié)合區(qū)域地質(zhì)加以厘定[49]。

圖5 扎嘎爾勒尖A型花崗巖及其亞類判別圖解Fig.5 Discrimination diagram of the Zhagaerlejian A-type granites and its subclasses

岡底斯新生代花崗巖巖漿活動(dòng)產(chǎn)于大陸碰撞環(huán)境是不爭(zhēng)的事實(shí)[50]。有學(xué)者認(rèn)為印度與亞洲大陸碰撞自65 Ma或70 Ma左右開始,到45 Ma或40 Ma左右完成,此后轉(zhuǎn)入后碰撞期[51-54],主碰撞期為55~50 Ma[55];也有學(xué)者認(rèn)為印度-亞洲大陸碰撞經(jīng)歷主碰撞(65~41 Ma)、晚碰撞(40~26 Ma)和后碰撞過(guò)程(25~0 Ma)[56],并劃分為 4 個(gè)階段:①70~60 Ma。新特斯洋板片回轉(zhuǎn),印度大陸與亞洲大陸發(fā)生碰撞(≥65 Ma),并導(dǎo)致加厚地殼深熔;②60~54 Ma。印度大陸板片向北陡深俯沖,下地殼縮短加厚,地殼深熔作用持續(xù);③53~41 Ma。新特提斯洋板片發(fā)生斷離,并向下拆沉,軟流圈物質(zhì)透過(guò)板片斷離窗上涌,誘發(fā)地幔楔、上覆加厚的鎂鐵質(zhì)下地殼熔融;④陡深俯沖的印度大陸板片因特提斯洋板片斷離而發(fā)生折返,開始低角度俯沖(<40 Ma),導(dǎo)致高原內(nèi)部的陸內(nèi)俯沖、走滑剪切與地殼縮短,造成岡底斯巖漿間斷(40~26 Ma)和拉薩地體初始抬升[57]。扎嘎爾勒尖A型花崗巖年齡為(53.60±0.38)Ma,與岡底斯帶林子宗火山巖系年波組(60~50 Ma)一致[55],產(chǎn)出于印度與亞洲大陸碰撞背景。扎嘎爾勒尖A型花崗巖在R1-R2圖解中落入同碰撞花崗巖與造山期后A型花崗巖結(jié)合區(qū)域(圖6-a),在Rb/30-Hf-3Ta圖解中落入同碰撞和碰撞后交合區(qū)(圖6-b),在Rb-Y+Nb圖解中落入同碰撞與火山弧花崗巖交結(jié)區(qū)域(圖6-c)。由于扎嘎爾勒尖巖體規(guī)模較小,且周邊沒有同時(shí)期大規(guī)模基性巖漿活動(dòng)的顯示,結(jié)合區(qū)域背景,認(rèn)為扎嘎爾勒尖A型花崗巖并非產(chǎn)出于后碰撞地殼伸展環(huán)境,而是發(fā)育于碰撞高峰之后的短暫應(yīng)力松馳階段,巖體形成于該區(qū)段的造山帶巖石圈地幔剛剛發(fā)生拆離之時(shí)。

圖6 扎嘎爾勒尖A型花崗巖R1-R2圖解(a)、Rb/30-Hf-3Ta圖解(b)和Rb-Y+Nb圖解(c)Fig.6 R1-R2(a)、Rb/30-Hf-3Ta(b)and Rb-Y+Nb(c)diagrams of the Zagaerleijian A-type granites

A型花崗巖的成因模式主要有下地殼巖石的部分熔融和再熔融、幔源巖漿的分離結(jié)晶或部分熔融、殼幔物質(zhì)的混合作用、幔源拉斑質(zhì)巖漿高度分異或玄武質(zhì)巖石部分熔融、上地殼鈣堿性巖石低壓熔融和殘留體再熔融等[14,59],可見A型花崗巖很可能是多源多成因的[60],任何一種單一的成因模式都不能解決所有問題,而多種因素、多種過(guò)程的綜合作用更具可能性[2]。Nb,Ta在侵蝕和變質(zhì)作用過(guò)程中較穩(wěn)定,有示蹤原始巖漿源區(qū)的特征[61-62],區(qū)內(nèi)A型花崗巖Nb/Ta=6.38~9.36(平均7.75),明顯低于幔源巖漿值(17±1)[63];巖石 Ti/Zr(5.78~15.34,平均10.90)及 Ti/Y(25.89~106.09,平均 57.60),在陸殼巖石(Ti/Zr<30,Ti/Y<200)[64]范圍。結(jié)合扎嘎爾勒尖巖體內(nèi)可見較多閃長(zhǎng)質(zhì)包體,初步認(rèn)為隨著新特提斯洋板片發(fā)生斷離、拆沉,軟流圈物質(zhì)透過(guò)板片斷離窗上涌,誘發(fā)地幔楔、上覆加厚的鎂鐵質(zhì)下地殼熔融、侵位,在扎嘎爾勒尖形成了A型花崗巖體((53.60±0.38)Ma)。

6 結(jié)論

(1)扎嘎爾勒尖正長(zhǎng)花崗巖具富SiO2,K2O,貧Al2O3,MgO,TiO2,P2O5,高 Al2O3,Na2O 和低 TiO2,MgO,MnO特征,屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過(guò)鋁質(zhì)堿性系列;REE分布曲線呈右傾海鷗型;富集Rb,Th,Zr,Hf和Y等高場(chǎng)強(qiáng)元素,虧損Nb,Ta,Sr,Ba,Ti和P等元素,屬A1型花崗巖。

(2)通過(guò)進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年,獲得巖石結(jié)晶年齡為(53.60±0.38)Ma(MSWD=0.97),形成時(shí)代為早始新世。

(3)扎嘎爾勒尖A1型花崗巖是發(fā)育于碰撞高峰之后的短暫應(yīng)力松馳階段,形成于該區(qū)段的造山帶巖石圈地幔剛剛發(fā)生拆離之時(shí)。巖體是新特提斯洋板片發(fā)生斷離、拆沉,軟流圈物質(zhì)透過(guò)板片斷離窗上涌,誘發(fā)地幔楔、上覆加厚的鎂鐵質(zhì)下地殼熔融、侵位而形成的。

致謝:本文為《西藏改則別若則錯(cuò)1∶5萬(wàn)(I44E022020、I44E022021、I44E023020、I44E023021)4幅地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查》項(xiàng)目成果之一,參加工作的主要成員還有曾偉、邵志偉、余旭輝、唐廣成、朱國(guó)寶等,定稿過(guò)程中匿名審稿人對(duì)稿件提出了寶貴的修改意見,在此表示誠(chéng)摯的感謝!

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