Petrology and geochronology of Asuo ophiolite in central Tibetan Plateau
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摘要:
阿索蛇绿岩位于尼玛县阿索乡西南，大地构造上归属于狮泉河-永珠-嘉黎蛇绿岩带中段。蛇绿岩以岩片形式混杂在晚侏罗世-早白垩世复理石中，岩石组合较齐全，由下至上为蛇纹岩、辉石岩、堆晶辉长岩、席状岩墙及火山熔岩，同时存在蛇绿岩上覆沉积岩系。辉长岩获得LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和年龄为117.5±0.5Ma，时代为早白垩世。狮泉河-永珠-嘉黎蛇绿岩带中的蛇绿岩形成于晚三叠世-早白垩世，主要分布在219~178Ma、165~149Ma和117~114Ma三个年龄段，代表了大洋演化的扩张、俯冲、弧后拉张3个阶段。
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关键词:
- 青藏高原 /
- 狮泉河-永珠-嘉黎蛇绿岩带 /
- 阿索蛇绿岩 /
- 岩石学 /
- 锆石U-Pb定年
Abstract:Asuo ophiolite belongs to Shiquanhe-Yongzhu-Jiali ophiolite zone, located in southwestern Asuo County. The rock combination is complete, and consists from the bottom to the top of serentine, pyroxenite, cumulate gabbro, mafic dyke swarms and volcanic lava, with the existence of sedimentary rocks overlying ophiolite. In this paper, LA-ICP-MS U-Pb dating was carried out for the zircons of the gabbro dyke of Asuo ophiolite. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of gabbro dyke yielded a concordant age of 117.54±0.58Ma, indicating that it was formed in the Early Cretaceous.The ophiolite of Shiquanhe-Yongzhu-Jiali ophiolite zone was formed in Late Triassic to Early Cretaceous and mainly distributed in three age groups of 219~178Ma, 165~149Ma and 117~114Ma, representing the ocean expansion, subduction and back-arc extension respectively.
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班公湖-怒江结合带(BNS)位于青藏高原北部, 西起班公湖, 向东经改则、东巧、丁青与昌宁-孟连带相连, 向西延伸向克什米尔, 与东地中海特提斯蛇绿岩相连, 在中国境内长达2000km, 是青藏高原一条重要的结合带[1]。班公湖-怒江结合带中存在规模巨大的蛇绿岩、增生杂岩, 以及夹持其中的残余弧或岛弧变质地块, 发育韧性剪切带、逆冲断层、构造混杂岩、复杂褶皱等多种构造行迹, 沿断裂还发育晚白垩世-新近纪陆相火山岩、新生代陆相走滑拉分盆地和第四纪谷地[2]。为更好地认识班公湖-怒江结合带内物质的形成机制及相关的构造背景, 需要对其开展深入的研究。
通过对沉积岩中的碎屑锆石进行U-Pb定年分析, 可有效地探讨其源区并开展历史时期的古大陆重建。本文对该地区早白垩统多尼组(原1:25万区调划为上三叠统巫嘎组)砂岩的碎屑锆石开展了形态学及U-Pb年代学研究, 为揭示班公湖-怒江缝合带内该地层单元的物源区提供新的证据, 同时为探讨班公湖-怒江结合带的构造演化史提供一定的依据。
1. 地质特征
多尼组出露于改则县南西的洞错一带(图 1), 呈近东西向带状分布, 区域上为一套灰色-深灰色含煤碎屑岩地层。岩性主要为泥岩、砂岩、板岩、页岩、粉砂岩、石英砂岩、长石石英砂岩, 局部含火山岩, 产植物、菊石、双壳类、腹足类、珊瑚、层孔虫、海胆、腕足类、介形类等化石。根据野外实测剖面特征, 研究区多尼组主要岩性为深灰色、灰色泥质粉砂岩、粉砂岩, 局部夹灰色钙质岩屑石英砂岩、长石石英砂岩及少量灰岩等, 在灰岩中局部可见生物碎屑, 未见完整化石。
2. 样品采集与分析方法
样品采集于西藏改则县洞错乡南约15km处欧仁一带的PM009地层剖面上。样品岩性主要为灰色中细粒长石石英砂岩, 主要由石英(84%)、长石(13%)、岩屑(2%)、胶结物等组成, 颗粒大小以0.15~ 0.60mm为主, 分选性好, 磨圆度一般, 呈次棱角状, 次圆状。石英主要为单晶石英, 长石类以斜长石为主, 岩屑成分主要为灰岩、泥岩、粉砂岩等, 孔隙式胶结(图 2)。
样品锆石的分离和挑选由廊坊市地岩矿物分选有限公司完成, 在双目镜下挑选出晶形和透明度好的锆石颗粒, 粘贴在环氧树脂表面, 抛光后将锆石进行透射光、放射光和阴极发光显微照相。锆石制靶及阴极发光图像制备由北京中美美科科技有限公司完成, LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。其中LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄分析仪器为Elan6100DRC型激光剥蚀系统, 激光器为193nmArF准分子激光器。激光剥蚀斑束直径为32μm, 激光剥蚀深度为20~40μm。实验中采用氦气为剥蚀物质的载气, 采用标准锆石91500为外标, 采用美国国家标准物质局人工合成硅酸盐玻璃NIST SRM610为内标。详细的实验原理、流程和仪器参数见Yuan等[3]的文献。
3. 分析结果
多尼组砂岩碎屑锆石U-Pb年龄数据见表 1。在多尼组砂岩样品中, 随机挑选71粒锆石进行分析。从阴极发光(CL)图像(图 3)看出, 锆石颗粒大小在50~180μm之间。研究表明, 不同成因的锆石具有不同的Th/U值, 岩浆锆石的Th/U值较大(一般大于0.4);而变质锆石的Th/U值较小(一般小于0.1)[4]。多尼组砂岩碎屑锆石的Th/U值较大, 51颗锆石的Th/U值大于0.4, 平均值约为0.64, 说明锆石大部分为岩浆成因, 部分可能为变质成因。
表 1 洞错地区多尼组砂岩碎屑锆石U-Th-Pb同位素年龄数据Table 1. Detrital zircons U-Th-Pb data of sandstones in the Duoni Formation from Dongcuo area
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图 3 洞错地区多尼组砂岩碎屑锆石阴极发光图（年龄单位为Ma）Figure 3. Cathodoluminescene images of detrital zircons of sandstones in the Duoni Formation from Dongcuo area4. 分析与讨论
4.1 测年结果
对于年轻锆石而言, 207Pb/206Pb年龄误差较大, 而对于古老锆石而言, 206Pb/238U年龄的误差较大。本文在年龄选取时, 对小于1000Ma的锆石, 选取206Pb/238U计算年龄值; 年龄大于1000Ma的锆石, 选取207Pb/206Pb计算年龄值[5]。从碎屑锆石年龄分布频率直方图(图 4)可以看出, 多尼组砂岩碎屑锆石年龄值分布在125~3261Ma之间。其中125~1000Ma的锆石有37粒, 最年轻年龄值为125Ma(测点号为PM009/26-17, 和谐度为97%); 大于1000Ma的年龄值为34个, 最老年龄值为3261Ma(测点号为PM009/26-35, 和谐度为96%)。碎屑锆石主要年龄区间(或峰值)为3261Ma、2739~2335Ma、1880~ 1750Ma、1006~657Ma、577~510Ma、456~409Ma和252~202Ma(表 1)。
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图 4 青藏高原碎屑锆石U-Pb年龄频率图（据参考文献[15]修改）Figure 4. Age distributions of detrital zircons from the Tibetan Plateau4.2 讨论
多尼组的碎屑锆石年龄数据跨度较大, 不同的年龄峰值代表不同的地质意义。
(1) 3261Ma, 大于3000Ma的碎屑锆石在样品中仅出现1粒, 表明物源区存在古老地壳的残留[6], 为研究班怒带物源区的形成和演化奠定了物质基础。
(2) 2739~2335Ma年龄组包含10颗碎屑锆石, 代表物源区可能存在构造-岩浆事件。从全球地质背景看, 华北、北美、瑞芬及其他克拉通在2.5Ga左右发生了大规模的拼合事件(如Grenville事件、Pan-Afriean事件等), 形成有记载的最古老的超级大陆[7]。近年来, 众多学者在羌塘盆地发现1.8~ 2.7Ga的锆石, 如盆地中央隆起带差桑-茶布一带的戈木日群[8], 盆地西南部龙木错-双湖缝合带南侧荣玛温泉地区石英岩[9], 以及羌塘盆地北部唐古拉山温泉地区雁石坪群[10]。暗示羌塘盆地有太古宙的地壳物质, 支持羌塘盆地存在前寒武纪结晶基底的可能性。这也说明, 研究区多尼组的物源很可能为北部的南羌塘地块。
(3) 1880~1750Ma年龄组包含16颗碎屑锆石, 指示源区存在古元古代早期的构造热事件。研究表明[11-12], Columbia超级大陆各个组成陆块是在2.1~ 1.8Ga碰撞事件中拼合在一起的, 并在中元古代早-中期Columbia超级大陆边缘向外增生, 随后开始裂解, 1880~1750Ma可能也是羌塘结晶基底的主期变质年龄。
(4) 1006~657Ma年龄组包含13颗碎屑锆石, 该期是全球构造运动演化的一系列重大热事件时期, Grenvillian碰撞造山期(1000~900Ma)形成了罗迪尼亚超大陆, 在850~750Ma开始隆升、裂解[13]。在700Ma发生分解, 反映了早期的泛非碰撞, 中国大陆主要的构造表现为普遍存在张裂, 在羌塘结晶基底的戈木日群中发现1016~929Ma的热事件, 说明此时羌塘地块存在构造热事件[1]。
(5) 577~510Ma年龄组包含5颗碎屑锆石, 指示了新元古代晚期的一次构造热事件, 该组年龄值可能是泛非造山运动(550±100Ma)在物源区的记录。
(6) 456~409Ma年龄组包含8颗碎屑锆石, 可能指示了冈瓦纳大陆北缘在早泥盆世-奥陶纪的增生过程[14]。
(7) 252~202Ma年龄组包含5颗碎屑锆石, 指示拉萨地块与羌塘地块之间发生了俯冲消减及碰撞与缝合作用。
(8) 最小年龄125Ma和126Ma, 可能代表该套地层的沉积时代, 说明该套地层于早白垩世沉积形成。
班公湖地区中生代沙木罗组和日松组碎屑锆石显示, 其沉积物的物源区可能为北部的羌塘地块[1]。商旭地区中生代沉积物中含有部分来自其北部南羌塘地块中的物质, 暗示班公湖-怒江洋壳在中生代向北俯冲[15]。南羌塘与特提斯喜马拉雅沉积变质岩的碎屑锆石年龄具有相似的频率分布特征, 且二者的主要年龄峰值为530Ma、950Ma, 其与高喜马拉雅新元古代沉积变质岩碎屑锆石的年龄主峰一致, 表明其在古生代与高喜马拉雅相邻; 同时, 拉萨地块与澳大利亚西部的碎屑锆石具有一致的年龄峰值1170Ma, 表明拉萨地块可能在石炭纪-二叠纪与澳大利亚西北部毗邻[16]。从锆石年龄分布频率图可见, 研究区碎屑锆石年龄分布直方图与南羌塘更具相似性, 西藏洞错地区班公湖-怒江结合带早白垩世沉积物的物源可能来自北部的南羌塘地块。
5. 结论
(1) 班公湖地区早白垩世多尼组砂岩碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb测年结果显示, 碎屑锆石最年轻颗粒的年龄值为125Ma, 说明其形成时代晚于早白垩世; 最老碎屑锆石年龄值为3261Ma, 表明物源区存在古老地壳的残留。
(2) 将研究区早白垩世碎屑锆石的年龄分布频率图与南部的拉萨地块及北部的南羌塘地块对比, 其与南羌塘地块更具相似性, 说明研究区的早白垩世沉积物的物源可能来自北部的南羌塘地块。
致谢: 野外工作得到吉林大学西藏科研队的队员们和后勤工作人员的帮助，锆石同位素测试分析由中国地质大学（北京）科学研究院老师帮助完成，在此一并致以真挚的谢意。 -
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图 1 藏北尼玛县阿索乡阿索蛇绿岩地质简图
1—第四系冲洪积物；2—下白垩统郎山组；3—晚侏罗世-早白垩世复理石岩片；4—中下侏罗统接奴组；
5—上二叠统昂杰组；6—下二叠统拉嘎组；7—闪长岩；8—石英钠长斑岩；9—花岗岩；10—玄武岩岩片；
11—辉绿岩岩片；12—辉长岩岩片；13—堆晶岩岩片；14—超基性岩岩片；15—变质岩岩片；
①—龙木错-双湖-澜沧江板块缝合带；②—班公湖-怒江板块缝合带；③—狮泉河-永珠-嘉黎蛇绿岩带；
④—沙莫勒-米拉山断裂带；⑤—印度-雅鲁藏布江板块缝合带Figure 1. Geological map of the Asuo ophiolite in Asuo Town of Nima County, northern Tibet
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图 2 尼玛县阿索乡加布内热蛇绿岩剖面
Figure 2. Profile of Jiabuneire ophiolite in Asuo Town, Nima County
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图版Ⅰ
a.辉石岩野外露头；b.粗粒堆晶辉长岩野外露头；c.侵入堆晶岩中的辉长岩；d.斜长花岗岩野外照片；
e.辉长质岩墙；f.辉绿玢岩岩墙；g.玄武岩枕状构造；h.放射虫硅质岩图版Ⅰ.
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图版Ⅱ
a.辉石岩镜下照片；b.细粒堆晶辉长岩镜下照片；c.斜长花岗岩镜下照片；d.辉长岩辉长辉绿结构；
e.辉长质岩墙；f.辉绿玢岩岩墙；g.细碧岩中空骸晶结构；h.放射虫硅质岩镜下照片。Chl—绿泥石；
Cpx—单斜辉石；Pl—斜长石；Am—角闪石；Qtz—石英；Ep—绿帘石；Ura—纤闪石图版Ⅱ.
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图 3 阿索蛇绿岩中辉长岩中典型锆石阴极发光(CL)图像及其206Pb/238U年龄
Figure 3. Zircon CL images and 206Pb/238U ages of typical zircons of gabbro from Asuo ophiolite
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图 4 阿索蛇绿岩中辉长岩锆石稀土元素蛛网图（a）及Y-U/Yb成因判别图解（b）（标准化数据据参考文献[23]）
Figure 4. Chondrite-normalized REE patterns(a)and Y-U/Yb plot (b)for zircons in the gabbro of Asuo ophiolite
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图 5 阿索蛇绿岩中辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图
Figure 5. LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams of gabbro from the Asuo ophiolite
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表 1 阿索蛇绿岩中辉长岩(N17T49)LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测定结果
Table 1 LA-ICP-MS U-Th-Pb analyses of zircons from samples of the gabbro (N17T49)
测点 Th U Th/U 同位素比值 年龄/Ma /10-6 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 01 539 418 1.29 0.0484 0.0019 0.1225 0.0049 0.0184 0.0002 116 69 117 4 117 1 02 853 480 1.78 0.0489 0.0020 0.1239 0.0051 0.0184 0.0002 141 74 119 5 118 1 03 1198 501 2.39 0.0485 0.0020 0.1236 0.0051 0.0185 0.0002 126 75 118 5 118 1 04 2338 1030 2.27 0.0484 0.0011 0.1238 0.0029 0.0186 0.0002 117 34 119 3 119 1 05 1059 566 1.87 0.0483 0.0018 0.1222 0.0044 0.0184 0.0002 113 63 117 4 117 1 06 1094 610 1.79 0.0483 0.0017 0.1226 0.0044 0.0184 0.0002 115 62 117 4 117 1 07 694 476 1.46 0.0486 0.0020 0.1229 0.0049 0.0184 0.0002 127 71 118 4 117 1 08 1254 663 1.89 0.0484 0.0015 0.1223 0.0039 0.0183 0.0002 118 54 117 3 117 1 09 1833 1012 1.81 0.0519 0.0014 0.1314 0.0034 0.0184 0.0002 280 39 125 3 117 1 10 459 339 1.36 0.0484 0.0028 0.1227 0.0071 0.0184 0.0002 120 105 118 6 117 2 11 193 175 1.11 0.0484 0.0053 0.1222 0.0134 0.0183 0.0003 116 216 117 12 117 2 12 2688 1338 2.01 0.0493 0.0012 0.1251 0.0029 0.0184 0.0002 163 34 120 3 118 1 13 587 369 1.59 0.0484 0.0028 0.1229 0.0070 0.0184 0.0002 117 105 118 6 118 1 14 909 660 1.38 0.0481 0.0018 0.1218 0.0044 0.0184 0.0002 105 63 117 4 117 1 15 1580 898 1.76 0.0481 0.0015 0.1223 0.0037 0.0185 0.0002 103 50 117 3 118 1 16 5112 2216 2.31 0.0485 0.0010 0.1231 0.0025 0.0184 0.0002 124 28 118 2 117 1 17 547 425 1.29 0.0481 0.0021 0.1220 0.0052 0.0184 0.0002 106 74 117 5 117 1 18 725 505 1.43 0.0480 0.0019 0.1219 0.0046 0.0184 0.0002 101 65 117 4 118 1 19 268 215 1.25 0.0484 0.0039 0.1223 0.0099 0.0183 0.0003 118 155 117 9 117 2 20 554 350 1.59 0.0484 0.0028 0.1234 0.0072 0.0185 0.0002 120 109 118 6 118 1 
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表 2 阿索蛇绿岩中辉长岩锆石LA-ICP-MS原位微量、稀土元素分析结果
Table 2 Trace element and REE compositions of zircons in gabbro of Asuo ophiolite as measured by LA-ICP-MS
10-6 测点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Y 9824.58 15398.54 9284.82 13990.57 2505.87 4887.58 10160.05 2489.12 11917.05 10087.65 Nb 11.93 9.84 16.44 22.98 2.18 3.48 25.66 3.03 5.51 4.55 La 0.07 0.22 0.19 0.22 0.08 0.09 0.08 0.09 0.14 0.11 Ce 102.37 89.69 188.13 217.35 13.49 31.39 157.27 24.85 52.64 65.38 Pr 1.15 1.57 2.29 2.86 0.1 0.47 0.86 1.2 1.06 0.95 Nd 23.62 27.26 43.59 54.08 2.13 7.99 17.99 21.48 20.26 14.92 Sm 52.98 62.87 89.86 105.72 7.57 18.48 42.88 42.01 46.96 31.86 Eu 7.82 8.53 4.1 9.05 1.93 3.37 3.24 5.78 7.28 2.44 Gd 244.9 319.24 349.58 455.08 44.08 92.62 216.77 141.55 252.4 165.98 Tb 91.16 126.21 117.68 155.89 18 36.38 82.77 41.4 97.74 69.5 Dy 1061.86 1552.21 1155.24 1653.81 231.12 436.56 969.5 359.45 1193.66 893.98 Ho 371.91 553.57 330.66 508.31 88.24 162.35 333.05 91.17 428 338.55 Er 1514.42 2346.45 1127.33 1942.02 380.98 701.92 1342.41 290.28 1761.05 1499.71 Tm 342.79 544.65 222.75 383.68 94.57 174.76 297.02 55.27 408.11 361.82 Yb 3622.39 5721.35 2042.4 3565.22 1072.46 1966.76 2936.81 539.69 4350.33 3865.13 δEu 0.06 0.12 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.12 0.06 0.11 δCe 56.64 25.29 16.94 40.12 43.22 26.39 29.79 28.67 73.89 23.76 ΣREE 4285.5 7383.11 9952.55 5299.71 4586.49 7703.84 4571.58 8155.72 7815.5 3906.64 测点 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Y 4789.46 3430.63 8233.49 2376.99 6835.81 6508.85 7409.12 16039.71 4906.82 6664.45 Nb 4.9 3.57 4.26 1.06 2.41 9.1 2.22 38.5 3.46 5 La 0.07 0.05 0.08 0.13 0.11 0.08 0.07 0.07 0.06 0.08 Ce 40.07 17.11 30.68 17.38 20.43 36.02 20.88 198.47 23.85 16.81 Pr 0.22 0.13 0.61 0.19 0.55 0.21 0.29 1.12 0.2 0.27 Nd 4.91 2.63 10 2.64 10.53 5.13 6 24.05 4.38 6.28 Sm 14.29 7.9 23.7 6.44 26.45 18.01 18.05 69.65 13.71 19.7 Eu 2.52 1.48 3.68 2.02 6.59 3.1 4.97 8.57 3.38 4.72 Gd 88.92 49.8 132.45 34.24 135.1 99.67 120.52 372.88 83.45 122.18 Tb 35.07 21.38 56.45 14.9 51.89 44.08 49.37 151.28 34.96 48.79 Dy 431.21 291.45 726.01 193.87 654.44 580.47 668.43 1774.79 439.24 633.91 Ho 159.24 114.13 274.97 78.27 244.29 224.5 261.27 588.24 162.89 229.03 Er 711.7 518.44 1223.12 376.76 1064.44 980.44 1131.95 2081.1 683.41 910.85 Tm 171.53 131.61 303.98 99.19 265.48 237.61 264.44 410.32 155.33 205.34 Yb 1849.8 1514.91 3381.98 1202.84 2953.94 2537.51 2662.4 3740.38 1591.12 2041.04 ΔEu 0.11 0.1 0.12 0.07 0.08 0.06 0.06 0.07 0.1 0.14 ΔCe 25.99 119.94 19.44 70.28 95.39 230.11 56.84 39.58 26.32 18.37 ΕREE 2547.44 6461.63 6408.46 3093.19 6894.38 11864.59 4553.28 4967.05 2846.32 5474.27
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