藏南南木林縣多角花崗閃長巖鋯石U-Pb定年及其地質(zhì)意義

劉心路 李佰廣 王永超 舒楚天 李自安

摘要：岡底斯帶巖漿巖作為地球深部的“探針”，記錄了從新特提斯洋俯沖到印度—歐亞板塊碰撞整個過程的信息，因此研究這些巖漿巖對幫助我們理解青藏高原的形成與演化具有重要意義。位于岡底斯中段的南木林縣多角花崗閃長巖，前人對其年代學研究差距較大，從34.6Ma（K-Ar法）到18Ma（鋯石全溶U-Pb定年法），因此本文利用SHRIMP對這一花崗閃長巖的鋯石開展原位定年，獲得其侵位結(jié)晶年齡為49.0Ma，屬于同碰撞期巖漿巖。同時，結(jié)合前人報道的約50Ma的板片斷離事件，本文認為多角花崗閃長巖形成于相同的地球動力學背景。

關(guān)鍵詞：青藏高原；岡底斯；花崗閃長巖；U-Pb定年

Zircon U-Pb Dating and Geological implications for the Granodiorites from the Duojiao Region in Nanmulin County， South Tibet

Liu Xin-Lu1，2， Li Bai-guang3， Wang Yong-chao4，5， Shu Chu-tian2， Li Zi-an6

1. Key Lab of Mineral and Mineralization， Guangzhou Institute of Geochemistry， Chinese Academy of Sciences， Guangzhou 510640， China； 2. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China； 3. No.2 Oil Production Plant of Daqing Oilfield Co.， Ltd. of Heilongjiang Province， Daqing 163000， China； 4. HeiLongJiang Provincial Key Laboratory of Tight Oil and Shale Oil Accumulation， Daqing 163000， China； 5. Research Institute of Exploration& Development， PetroChina Daqing Oilfield Company， Daqing 163000， China； 6. School of Marine sciences， Sun Yat-sen University， Guangzhou 510006， China

Abstract： As the probe of the deep earth， the Gangdese intrusive rocks recorded the information of the subduction of the Neo-Tethyan slab as well as the Indo-Asia collision. Therefore， doing research on these rocks would help us to build a better understanding of the evolution of the Tibet plateau. However， the previous geochronological studies in terms of different methods K-Ar geochronology and zircon solution dating method on the Duojiao granodiorite in Nanmulin county， south Tibet， showed distinct ages， ranging from 34.6 Ma to 18 Ma， which hindered the further research. Consequently， we conducted zircon SHRIMP U-Pb dating on the Duojiao granodiorite in this paper and obtain an age of 49.0 Ma， indicating that these rocks were formed during syn-collisional period. In addition， based on the previous studies that indicated a slab breakoff event at ca. 50 Ma， we infer that the genesis of the Duojiao granodiorite are relevant to this geodynamic process.

Key words： Tibet Plateau； Gangdese belt； Granodiorite； U-Pb dating

1.引言

位于我國西南地區(qū)的青藏高原平均海拔超過4000m，被譽為“世界屋脊”。由于青藏高原是顯生宙印度板塊與歐亞板塊碰撞形成，并且青藏高原的隆升影響了整個亞洲的季風環(huán)流，所以對青藏高原的研究備受國內(nèi)外學者的關(guān)注[1-2]。青藏高原也因此成了研究陸陸碰撞的天然實驗室。同時，青藏高原是我國巖漿巖最發(fā)育的地區(qū)之一，巖漿巖的出露面積占全區(qū)10%以上，達30×104km2[3]。這些巖漿巖是大地構(gòu)造演化的記錄，也是地球深部的“探針”[3]。而在青藏高原南部綿延1600km的岡底斯巖漿巖帶記錄了新特提斯洋俯沖和印度—歐亞板塊碰撞的信息[4]，因而對岡底斯的巖漿巖展開研究有助于我們理解青藏高原—喜馬拉雅造山帶的形成演化過程以及花崗巖與地殼的形成演化的關(guān)系。本文對岡底斯帶中部南木林縣多角花崗閃長巖開展了SHRIMP鋯石U-Pb定年，并對花崗閃長巖的成因及其地質(zhì)意義進行了探討。

2.地質(zhì)背景與巖石特征

青藏高原自北向南依次劃分為松潘—甘孜地塊、羌塘地塊和拉薩地塊[2]。根據(jù)沉積巖、斷層和蛇綠巖的分布，拉薩地塊又被劃分為北拉薩、中拉薩和南拉薩次級地體（圖1a）[5]。巖漿巖在整個拉薩地體上都有分布，其中侵入巖被稱為岡底斯巖漿巖帶，噴出巖主要為林子宗火山巖[6]（圖1b）。

多角花崗閃長巖出露于日喀則地區(qū)南木林縣南部的多角鄉(xiāng)，位于岡底斯巖漿巖帶中部（圖1b）。研究區(qū)出露大面積的侵入巖，有閃長巖、花崗閃長巖、石英二長巖和石英正長巖等。區(qū)內(nèi)出露的地層主要有白堊系下統(tǒng)桑日群比馬組（K1b）和楚木龍組（K1c）的砂巖、粉砂巖，白堊系上統(tǒng)設(shè)興組（K2s）粉砂巖與生物碎屑灰?guī)r，日喀則群昂仁組（K2a）的砂頁巖、泥巖和礫巖。其中昂仁組是日喀則弧前盆地沉積地層的一部分[7]，以及古近紀林子宗火山巖系的典中組（E1d）中酸性火山巖（圖1c）。本文采集了多角鄉(xiāng)出露的花崗閃長巖（75-118）開展年代學研究（圖1c）。該樣品呈灰白色，具有中粒等粒結(jié)構(gòu)，主要由斜長石、鉀長石、石英、角閃石和黑云母等組成，副礦物有鋯石、磷灰石和鈦鐵礦。花崗閃長巖的主量元素組成為：SiO2：60.50 wt%，TiO2：0.70 wt%，Al2O3：17.15 wt%，F(xiàn)e2O3：3.83 wt%，F(xiàn)eO：3.59 wt%，MnO：0.13 wt%，MgO：2.67 wt%，CaO：4.64 wt%，Na2O：4.04 wt%，K2O：2.60 wt%，P2O5：0.18 wt%，燒失量：0.34 wt%。

3.鋯石U-Pb年齡

3.1鋯石分選

本文研究的樣品為中酸性巖石，具有較多的鋯石，因此，我們選取0.5kg左右的新鮮巖石樣品進行鋯石分選。具體操作流程同參考文獻[9]。首先把0.5kg左右的樣品破碎成約1cm3的小塊，放入直徑為20cm的不銹鋼缽中，在XZW100型振動磨樣機中研磨3s～5s后取出。此過程反復(fù)進行直到樣品全部通過0.3mm的孔徑篩，洗去粉塵，用鋁制淘沙盤富集重礦物，再通過磁選和電磁選，將剩余非電磁部分再淘洗獲得鋯石精礦，最后在雙目鏡下挑選出用于定年的鋯石。

3.2分析方法和精度

鋯石SHRIMP分析在北京離子探針中心SHRIMP II上完成。在上機測試前，將挑選出來的鋯石粘在環(huán)氧樹脂圓盤上，固定制成樣品靶，并對其進行拋光，磨至約一半，使鋯石內(nèi)部暴露。鋯石靶制作完成后，首先對靶上鋯石在光學顯微鏡下進行透反射照相，然后再噴碳，對其進行陰極發(fā)光（CL）照相，以揭示鋯石的形態(tài)學、裂隙、內(nèi)部包裹體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為選點做準備。擦掉鋯石靶碳粉后鍍金即可進行SHRIMP U-Pb同位素測定。詳細的實驗流程和數(shù)據(jù)處理參考文獻[10]，應(yīng)用實測204Pb校正鋯石中的普通鉛。單個數(shù)據(jù)點的誤差均為1σ，由于樣品較年輕，采用年齡為206Pb/238U年齡，其加權(quán)平均值為95%的置信度。

3.3分析結(jié)果

南木林縣多角花崗閃長巖鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果見表1。從陰極發(fā)光（CL）圖像（圖2）所顯示的鋯石特征，花崗閃長巖中鋯石大多數(shù)呈灰色自形—半自形粒狀，直徑介于80mm～300mm之間，少數(shù)為短柱狀。這些鋯石具有明顯的巖漿韻律環(huán)帶或扇狀結(jié)構(gòu)，指示其巖漿成因[11-12]。在前述的認識基礎(chǔ)上，本文對多角花崗閃長巖中11個鋯石顆粒進行了原位U-Pb同位素與微量元素分析，結(jié)果見表1。這些鋯石的Th的含量為60μg/g～1112μg/g，U的含量為68μg/g～184μg/g，相應(yīng)的Th/U比值0.71～6.54，同樣指示它們?yōu)閹r漿成因鋯石[11]。11個巖漿型鋯石的測定點位于諧和線上或稍偏諧和線的右側(cè)，它們的206Pb/208U年齡主要集中在52Ma～41Ma之間（表1），分布于諧和線周圍，其加權(quán)平均年齡為49.0Ma±2.3Ma（MSWD=10.6，N=11）（圖3）。

4.討論

4.1巖體時代

岡底斯巖漿巖帶（又稱為岡底斯巖基）記錄了新特提斯洋俯沖到印度—亞洲板塊碰撞的整個過程的信息[4，13-14]，其年代學研究可以追溯到開始于20世紀70年代中國科學院組織的西藏自治區(qū)科學考察。在這次考察中，張玉泉等（1981）[15]利用K-Ar法對于本文研究的西藏自治區(qū)南木林縣多角地區(qū)花崗閃長巖進行年齡測定，得到的年齡為34.6Ma，而陳毓蔚和許榮華（1981）[16]利用鋯石全溶U-Pb定年法得到的年齡是18Ma。近年來，南木林縣花崗質(zhì)巖石研究表明，這些侵入巖的年齡從40Ma變化到93Ma[17-19]。本文利用SHRIMP測定南木林多角地區(qū)花崗閃長巖鋯石U-Pb年齡為49.0Ma±2.3Ma，結(jié)合CL揭示的自形巖漿鋯石特征和這些鋯石的高Th/U比值，認為這一年齡代表巖體的結(jié)晶年齡。因而，其形成于喜馬拉雅期，相當于古近紀始新世早期。

4.2巖石成因與動力學背景

岡底斯帶巖漿巖的形成與新特提斯洋的俯沖及隨后的印度大陸與亞洲大陸的碰撞密切相關(guān)[4，13]。在過去幾十年的研究中，通過古地磁學、沉積學、變質(zhì)巖石學、火成巖石學和構(gòu)造地質(zhì)學方法對印度與亞洲大陸的碰撞時間基本限定在65Ma～50Ma之間[20]。基于這一時間節(jié)點，岡底斯帶巖漿巖可以劃分為碰撞前巖漿巖（205Ma～65Ma）、同碰撞巖漿巖（65Ma～40Ma）和后碰撞巖漿巖（33Ma～13Ma）[4，6]。而本文研究的多角花崗閃長巖形成年齡為49Ma，屬于同碰撞期花崗巖。此外，岡底斯帶同碰撞期花崗巖的一個重要的特征是具有大量的暗色鎂鐵質(zhì)微粒包體[6，21]。本文研究的多角鄉(xiāng)到南木林縣一帶其他花崗巖中，也報道有很多暗色包體，指示這些巖石形成于巖漿混合作用[18，22-23]。根據(jù)多角花崗閃長巖的主量元素計算的ANK值為1.81，ACNK值為0.96（小于1.1），屬于典型的I型準鋁質(zhì)花崗巖類。同時，其Mg#值（Mg#=mol Mg/（Mg+Fe）），其中Fe為全Fe較高，為0.57，指示有較大的地幔物質(zhì)貢獻。因此，本文認為，類似于其他岡底斯同碰撞巖漿巖，多角花崗閃長巖很可能由地幔巖漿與殼源巖漿混合形成。

前人對岡底斯巖漿巖帶的巖漿巖年齡進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，年齡頻數(shù)在50Ma左右達到一個峰值（圖4a），并且這個時期的巖漿巖形成溫度較高，因而認為與碰撞后的新特提斯洋板片的斷離過程有關(guān)[4，23-26]。多角花崗閃長巖的年齡恰好與這一峰值年齡相近，所以其也形成于板片斷離的動力學背景。

5.結(jié)論

（1）岡底斯巖漿巖帶中部南木林多角地區(qū)花崗閃長巖的結(jié)晶年齡為49.0Ma±2.3Ma，屬于喜馬拉雅期花崗巖；（2）多角花崗閃長巖很可能是由地幔巖漿與殼源巖漿混合形成，受控于新特提斯大洋板片斷離的動力學背景。

致謝：北京離子探針中心的劉敦一、萬渝生、王彥斌等研究員，協(xié)助U-Pb年齡測定并提出許多寶貴的意見，在此表示感謝！

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