獅泉河蛇綠混雜巖帶早侏羅世輝長巖鋯石年代學(xué)及地質(zhì)意義

張 璋， 周 詩， 耿全如， 彭智敏， 關(guān)俊雷

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都 610081；2.中國地質(zhì)調(diào)查局青藏高原研究中心，成都 610081；3.湖北省地震局，武漢 445000)

青藏高原存在20多條東西走向的蛇綠巖帶[1]，對于其形成機(jī)制目前還未完全統(tǒng)一。有學(xué)者認(rèn)為存在一個或幾個較為主要的蛇綠巖縫合帶，其能夠代表特提斯洋邊界或者岡瓦納大陸與歐亞大陸板塊拼合的邊界[2-12]；也有學(xué)者認(rèn)為上述眾多蛇綠巖帶是由一系列多島弧盆系由北向南連續(xù)演化的結(jié)果[13-17]。近年來，隨著班公湖-怒江蛇綠混雜巖帶(簡稱“班怒帶”)及伴生巖體研究更加深入[17-26]，位于其南側(cè)的獅泉河地區(qū)也積累了一些研究成果[27-30]，逐步識別出獅泉河蛇綠巖套中各組分、蛇綠混雜巖帶分布情況等，但是分歧一直存在：有學(xué)者認(rèn)為獅泉河蛇綠混雜巖帶是班怒帶的一部分[31-35]，也有學(xué)者認(rèn)為獅泉河具有相對獨(dú)立的演化歷史和時限應(yīng)當(dāng)分別對待[36-41]。獅泉河蛇綠巖被具有島弧性質(zhì)的花崗質(zhì)巖[38, 41]大面積侵入，與其北側(cè)的班怒帶和伴生巖體具有清晰界線的情況明顯不同[19, 42]，其成因尚需進(jìn)一步研究。同時，針對獅泉河地區(qū)蛇綠巖的演化時限等問題研究也相對較少[28, 37]。

通過對西藏獅泉河蛇綠混雜巖帶西段拉梅拉地區(qū)輝長巖開展野外地質(zhì)調(diào)查、剖面實(shí)測、LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年、全巖地球化學(xué)元素分析等工作,確定了該地區(qū)蛇綠混雜巖的野外特征，明確了其構(gòu)造背景，進(jìn)一步限定了其形成時限,并在此基礎(chǔ)上深化了獅泉河洋盆的形成演化過程認(rèn)識。，對于研究青藏高原新特提斯洋初期(早-中侏羅世)演化提供了新證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于中國西南部的西藏阿里地區(qū)噶爾縣獅泉河鎮(zhèn)拉梅拉山口一帶(圖1)[43],主體巖性為碳酸鹽巖、基性-超基性巖，巖石組合有蛇紋石化橄欖巖、鎂鐵質(zhì)堆晶巖、輝長巖、輝綠巖、玄武巖、安山巖、英安巖、碳酸鹽巖等，多為斷層接觸，具有典型的構(gòu)造混雜特征:以基性火山巖、砂巖、砂板巖為基質(zhì)，以碳酸鹽巖作為主要的巖塊，超基性巖，火山巖，少量硅質(zhì)巖為巖片巖塊。同時，在拉梅拉山口南北兩側(cè)可見花崗質(zhì)巖成巖基大面積侵入混雜巖中。研究區(qū)各地質(zhì)體總體呈北西-南東方向展布延伸，在拉梅拉山口西南側(cè)發(fā)現(xiàn)一條相同走向的韌性剪切帶，出露寬度小于1 km，斷續(xù)出露，部分花崗巖類巖體可見定向排列礦物。

圖1 拉梅拉地區(qū)地質(zhì)簡圖及實(shí)測剖面位置Fig.1 Geological sketch map of Lameila Area and measured profile position

研究區(qū)構(gòu)造單元劃分屬于岡底斯巖漿弧中的獅泉河-申扎-嘉黎蛇綠混雜巖帶[17]，1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查[36]將其劃入獅泉河蛇綠巖混雜帶二亞帶，認(rèn)為是該地區(qū)蛇綠巖各組分出露最為齊全的地方。

2 野外地質(zhì)及巖相學(xué)特征

研究區(qū)蛇綠巖總體呈北西西方向展布，與灰?guī)r、砂巖等圍巖斷層接觸，顯示出混雜增生特征。改造后的蛇綠巖組分多為透鏡狀或長條狀，破碎、風(fēng)化強(qiáng)烈。研究區(qū)整體被中侏羅世巖體侵位、改造。由于研究程度較低，嘎鈴蛇綠混雜巖尚未有實(shí)測剖面。選取露頭較好地段開展實(shí)測工作，初步查明蛇綠混雜巖產(chǎn)出形態(tài)、接觸關(guān)系、變形變質(zhì)、圍巖蝕變等情況等特征：剖面共分層17層。第9、16兩層為全新統(tǒng)洪沖積物，舍去。剖面位置如圖1所示，全長927 m，出露的蛇綠混雜巖各組分均強(qiáng)烈變形、破碎，接觸關(guān)系多為逆沖斷層(圖2)。部分?jǐn)鄬用婵梢姴梁邸?gòu)造透鏡體等指示斷層性質(zhì)的標(biāo)志物。輝長巖出露于第7、12兩層，斷層產(chǎn)出。與獅泉河蛇綠混雜巖帶其他已知剖面對比發(fā)現(xiàn)，嘎鈴蛇綠混雜巖在保有典型混雜巖特點(diǎn)的同時具有較為強(qiáng)烈的脆性變形，逆沖斷層更加發(fā)育，與中酸性巖體構(gòu)造接觸等獨(dú)特特征。剖面分層簡述如下：

圖2 西藏拉梅拉山口嘎鈴實(shí)測剖面圖Fig.2 The measured profile of Galin in Lameila Area, Tibet

0層：灰白色薄層狀中細(xì)粒巖屑石英砂巖，風(fēng)化面黃褐色-灰褐色。砂巖層理產(chǎn)狀347°∠48°。厚24 m。

1層：深灰色板巖,變形破碎強(qiáng)烈。可見夾少量青灰色薄層狀細(xì)砂巖。與下伏地層整合接觸。厚18 m。

2層：深灰-灰黑色板巖，板劈理發(fā)育。與下伏地層整合接觸。厚22 m。

3層：深灰色中層狀灰?guī)r，風(fēng)化面為灰白色。局部可見褐鐵礦化。與下伏地層整合接觸。厚15 m。

4層：墨綠色塊狀安山巖，風(fēng)化面為灰綠色。杏仁體發(fā)育，節(jié)理發(fā)育，可見少量石英脈。與第3層為逆斷層接觸。厚34 m。

5層：灰綠色輝綠巖，細(xì)粒結(jié)構(gòu)塊狀構(gòu)造。與第4層為逆斷層接觸。斷層面發(fā)育構(gòu)造透鏡體。厚73 m。

6層：強(qiáng)風(fēng)化灰黑色橄欖巖，多蛇紋石化，破碎強(qiáng)烈，可見少量陽起石。與圍巖為逆斷層接觸，部分碎塊可見擦痕。厚39 m。

7層：黑灰色細(xì)粒輝長巖，塊狀結(jié)構(gòu)，可見半自形-自形輝石、斜長石。以斷層形式產(chǎn)出于強(qiáng)風(fēng)化橄欖巖破碎帶中。厚18 m。

8層：墨綠色橄欖巖，風(fēng)化面為灰黑色，蛇紋石化明顯，偶見陽起石。整體破碎嚴(yán)重。厚33 m。

9層：全新統(tǒng)洪沖積物。礫石成分主要有蛇紋石化橄欖巖、玄武巖、細(xì)砂巖及少量的板巖。礫石多呈棱角-次棱角狀、分選差。厚180 m。

10層：灰黑色蛇紋石化橄欖巖，塊狀構(gòu)造，破碎嚴(yán)重。厚66 m。

11層：灰白色塊狀灰?guī)r，褐鐵礦化發(fā)育，風(fēng)化面為黃褐色-灰黃色。測得產(chǎn)狀為353°∠46°。兩側(cè)均為逆沖斷層接觸。厚126 m。

12層：黑灰色細(xì)粒輝長巖，塊狀結(jié)構(gòu)，露頭兩側(cè)均以斷層形式產(chǎn)出，接觸面附近可見解理密集發(fā)育。厚71 m。

13層：墨綠色塊狀玄武巖，可見灰白色硅質(zhì)巖透鏡體。隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，氣孔狀、杏仁狀構(gòu)造，局部可見片理化。硅質(zhì)巖透鏡體約為20 cm×2 cm，長軸為北西西向。兩側(cè)斷層接觸關(guān)系。厚29 m。

14層：淡紅色中細(xì)粒花崗閃長巖，風(fēng)化面為灰黃色，中等風(fēng)化程度。含角閃石、斜長石、石英等礦物。與玄武巖為逆沖斷層接觸關(guān)系。厚94 m。

15層：淡紅色中細(xì)粒花崗閃長巖，中等風(fēng)化程度。可見暗色包體，包體直徑為3～8 cm。厚107 m。

16層：全新統(tǒng)洪沖積物。厚50 m。

嘎鈴輝長巖為灰黑色，輝長結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造[圖3(a)、圖3(b)]。部分發(fā)育蝕變，可見少量不透明暗色礦物[圖3(c)、圖3(d)]。單斜輝石部分綠泥石化,粒徑為0.2～0.5 mm,含量約60%。斜長石多為半自形-自形，含量約35%。暗色礦物含量約5%。

圖3 嘎鈴輝長巖野外和鏡下照片F(xiàn)ig.3 The field outcrop and polarized photo of Galin gabbro

3 分析方法

樣品主微量元素分析由廣州澳實(shí)分析檢測有限公司完成。鋯石原位微區(qū)U-Pb同位素分析在中國冶金地質(zhì)總局山東局測試中心完成，具體分析方法及儀器參數(shù)見文獻(xiàn)[44-45]。相關(guān)測試分析使用到ICPMSDataCal 程序[46]、Isoplot 3.0程序[47]、Geokit軟件[48]，對應(yīng)參數(shù)設(shè)置參考文獻(xiàn)[49-51]。

4 分析結(jié)果

4.1 全巖地球化學(xué)

嘎鈴輝長巖全巖地球化學(xué)共測試樣品7件(表1)。其中SiO2含量為49.92%～52.58%、Na2O含量為1.74%～2.68%、 MgO含量為6.57%～7.30%。在全堿-二氧化硅圖解中，樣品主體位于二長輝長巖與二長閃長巖的過渡區(qū)域，所有樣品均屬于亞堿性系列(圖4)，且顯示拉斑系列(圖5)。從球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分配圖(圖6)可以看出，稀土元素為平坦型：輕稀土元素弱虧損，重稀土元素平坦，沒有明顯的Eu異常。上述特征與N-MORB型分配模式相似。稀土元素總量(ΣREE)介于(21.19～24.91)×10-6；(La/Yb)N介于0.64～0.97；(Ce/Yb)N介于0.73～0.94；(Gd/Yb)N介于1.00～1.17；δEu值介于0.92～1.06。微量元素進(jìn)行原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化(圖7)后，顯示出富集Ba、U、K、Pb、Sr等大離子親石元素，虧損Nb、P等高場強(qiáng)元素。總體顯示出島弧火成巖成因特性。

1為橄欖輝長巖；2a為堿性輝長巖；2b為亞堿性輝長巖；3為輝長閃長巖；4為閃長巖；5為花崗閃長巖；6為花崗巖；7為硅英巖；8為二長輝長巖；9為二長閃長巖；10為二長巖；11為石英二長巖；12為正長巖；13為副長石輝長巖；14為副長石二長閃長巖；15為副長石二長正長巖；16為副長正長巖；17為副長深成巖；18為霓方鈉巖/磷霞巖/粗白榴巖圖4 嘎鈴輝長巖(Na2O+K2O)-SiO2圖解Fig.4 (Na2O+K2O)-SiO2diagram of Galin gabbro

圖5 嘎鈴輝長巖FeOT/ MgO-SiO2圖解Fig.5 FeOT/ MgO-SiO2diagram of Galin gabbro

球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)[52]圖6 嘎鈴輝長巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分配圖Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns of Galin gabbro

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)據(jù)參考文獻(xiàn)[52]圖7 嘎鈴輝長巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.7 Primitive mantle-normalized spidergrams of Galin gabbro

表1 嘎鈴輝長巖全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)

4.2 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡

嘎鈴輝長巖鋯石顆粒整體保存尙可(圖8)，部分可見鋯石原始形態(tài)和震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，其余多破碎，粒徑為80～120 μm，少見或未見后期變質(zhì)增生邊。鋯石Th/U為0.34～1.57。綜合考慮，樣品為巖漿鋯石[53-54]。

圖8 嘎鈴輝長巖部分鋯石陰極發(fā)光圖Fig.8 The zircon CL images of Galin gabbro

嘎鈴輝長巖鋯石樣品共測試33個點(diǎn)，舍棄和諧度較低的4個數(shù)據(jù)后，對29個測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其206Pb/238U年齡區(qū)間為181～196 Ma(表2)，加權(quán)平均年齡為(189±1)Ma(MSWD=1.09,n=29)(圖9)，表明輝長巖的形成時代為早侏羅世。

圖9 嘎鈴輝長巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.9 The zircon U-Pb condordia plot of Galin gabbro

表2 嘎鈴輝長巖鋯石U-Pb測年結(jié)果

5 討論

5.1 嘎鈴輝長巖的形成時限

嘎鈴輝長巖構(gòu)造位置屬于獅泉河-申扎-嘉黎蛇綠混雜帶,目前對于該地區(qū)蛇綠巖研究較少。1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查獅泉河幅[41]認(rèn)為該帶成于晚侏羅世末期-早白堊世早期(139～141 Ma)。

鄭有業(yè)等[28]測得橄欖輝石巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(193.1±3.2)Ma。本文測得輝長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡(189±1)Ma，與后者相似。因此可以認(rèn)為嘎鈴輝長巖的形成時代為早侏羅世。

5.2 嘎鈴輝長巖的構(gòu)造背景

研究認(rèn)為當(dāng)與超基性巖伴生的基性巖類僅表現(xiàn)出N-MORB 型微量元素特征時可能形成于洋中脊環(huán)境,若同時還有低的高場強(qiáng)元素含量,則可能形成于弧后裂谷盆地[55]。嘎鈴輝長巖屬于拉斑系列，具有典型的正常洋中脊稀土元素地球化學(xué)特征，同時Nb、P等高場強(qiáng)元素也明顯虧損。

Zr、Nb、Y等高場強(qiáng)元素在具有較好的穩(wěn)定性，常用作巖石形成和源區(qū)性質(zhì)的示蹤劑[56]。上述樣品在基性巖構(gòu)造環(huán)境圖解中分別落入洋中脊和火山弧玄武巖的共有區(qū)域(圖10)和島弧玄武巖區(qū)域中(圖11)。因此，嘎鈴輝長巖可能形成于俯沖背景下的弧后裂谷環(huán)境。從而將其所代表的獅泉河洋盆限定為較小的規(guī)模，可能無法與班怒帶蛇綠巖代表的洋中脊洋盆相提并論。僅是一個局限性洋盆。

圖10 嘎鈴輝長巖2Nb-Zr/4-Y構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.10 2Nb-Zr/4-Y diagram of Galin gabbro

5.3 獅泉河蛇綠混雜巖演化時限

雖然筆者與鄭有業(yè)等[28]獲得了相同的成巖年齡，但是在蛇綠巖構(gòu)造屬性上有不同認(rèn)識：鄭有業(yè)認(rèn)為其代表大洋拉開形成洋殼的時限，即獅泉河蛇綠巖是MORE型，但并未有相應(yīng)的地球化學(xué)分析證據(jù)。此外，也有學(xué)者認(rèn)同弱虧損輕稀土、高場強(qiáng)元素虧損的輝長巖類可以代表俯沖型蛇綠巖[55, 57-59]，進(jìn)而其形成時代可以指示大洋由擴(kuò)張轉(zhuǎn)換為俯沖消減的時限[60-62]。結(jié)合地球化學(xué)分析，獅泉河蛇綠巖應(yīng)該屬于SSZ型，即獅泉河地區(qū)特提斯洋中生代俯沖開始的時限。同時，該地區(qū)發(fā)現(xiàn)了具有島弧特征的早侏羅世花崗巖，也與上述認(rèn)識統(tǒng)一。

研究區(qū)多尼組(K1d)和郎山組(K1l)為一套代表殘余海盆的沉積建造。前者為碳酸鹽淺海相沉積，后者為一套含煤碎屑巖，為海陸交互相沉積，兩者共同表明殘余海盆已進(jìn)入最后萎縮期[63]。區(qū)域上與獅泉河蛇綠混雜巖帶呈角度不整合關(guān)系[43, 64-65]，同時，研究區(qū)發(fā)育大量晚白堊世花崗巖[66-68]。因此推斷獅泉河地區(qū)特提斯洋盆俯沖時限開始于早侏羅世，最終于早白堊世閉合。

從野外地質(zhì)特征來看，獅泉河地區(qū)的蛇綠混雜巖被大面積的相同時代中酸性巖體所侵位，與北側(cè)班怒帶蛇綠巖與巖體的產(chǎn)出形態(tài)有明顯差別，結(jié)合野外觀察，筆者更傾向兩者在燕山期時具有較為獨(dú)立的演化歷程，北側(cè)的班怒帶洋盆規(guī)模較大，南側(cè)的獅泉河洋盆表現(xiàn)出明顯的局限性。后期的南北向壓縮作用逐漸縮短了兩個洋盆的距離，并最終呈現(xiàn)出僅相距幾十千米的現(xiàn)今面貌。

6 結(jié)論

(1)嘎鈴輝長巖鋯石U-Pb年齡為(189±1)Ma，即其形成于早侏羅世。

(2)嘎鈴輝長巖具有弱虧損輕稀土、高場強(qiáng)元素虧損的特性，表明其可能形成于俯沖背景下的弧后裂谷環(huán)境。

(3)獅泉河蛇綠巖代表的特提斯洋可能是一個早侏羅世開始俯沖，早白堊世閉合的具有獨(dú)立演化歷程的局限性洋盆。