Petrogenesis of the Zhagadang O-type adakite in Naidong County of Tibet: Constraints from its geochemistry and Sr-Nd-Pb isotopic compositions
-
摘要:
埃达克岩是具有特定地球化学性质的一套中酸性火成岩组合，具有多种成因模式和特殊的构造意义。位于西藏泽当一带的泽当蛇绿岩对研究新特提斯洋的演化具有重要的意义，选取泽当蛇绿岩内出露的奥长花岗岩为研究对象，开展了岩石学、岩石地球化学、Sr-Nd-Pb同位素等研究。研究显示，扎嘎当奥长花岗岩地球化学特征表现为高硅、高铝、富钠（Na2O/K2O>2）、低镁，准铝质钙碱性，同时具高Sr和Sr/Y值，低Y、Yb，属O型埃达克岩。岩石稀土元素总量偏低，富集轻稀土元素和大离子亲石元素Rb、K、Ba，亏损高场强元素Nb、Ti、P，Eu具微弱的正异常。岩石具有较高的Sr、Sm、Nd、Pb含量，ISr=0.704251~0.704329，INd=0.512776~0.512807，εNd（t）=6.61~7.22。岩石铅同位素组成较均一，206Pb/204Pb=18.378~18.495，207Pb/204Pb=15.542~15.554和208Pb/204Pb=38.336~38.406。研究表明，扎嘎当奥长花岗岩源区来源于具有地幔特征的洋壳，由消减大洋板片在一定深度部分熔融形成。综合泽当地区的地质特征和前人研究成果，认为泽当洋内弧是存在的。
-
关键词:
- 扎嘎当 /
- 奥长花岗岩 /
- O型埃达克岩 /
- Sr-Nd-Pb同位素 /
- 洋内弧
Abstract:Adakite, as a set of intermediate-acid igneous rock assemblages with special geochemical characteristics, has a variety of genetic models and special tectonic significance.The Zedang ophiolite is of great significance to the study of the evolution of the Neo-Tethys Ocean.The trondhjemite outcropped in the Zedang ophiolite was selected to study its petrology, petrochemistry and Sr-Nd-Pb isotopes.The results show that the Zhagadang trondhjemite is a high SiO2 and Al2O3, rich Na2O(Na2O/K2O>2), low MgO, and para-aluminous calc-alkaline series.It is characterized by high Sr and Sr/Y, low Y and Yb.These geochemical characteristics are comparable with those of O-type adakite.The Zhagadang trondhjemite is rich in large ion lithophile elements(e.g., Rb, K and Ba), poor in high field-strength elements(e.g., Nb, Ti and P) and rare earth elements, and exhibits a weak positive Eu anomaly.The Sr-Nd-Pb isotopic compositions indicate that the Zhagadang trondhjemite is characterized by high Sr, Sm, Nd and Pb contents, with ISr of 0.704251~0.704329, INd of 0.512776~0.512807, positive εNd(t) values(6.61~7.22) and relatively uniform lead isotopic composition(206Pb/204Pb=18.378~18.495, 207Pb/204Pb=15.542~15.554 and 208Pb/204Pb=38.336~38.406).The study indicates that the Zhagadang trondhjemite bearing mantle characteristics was formed by partial melting of the subducting oceanic slab at a certain depth.The result confirms the existence of the Zedang intra-oceanic.
-
Keywords:
- Zhagadang /
- trondhjemite /
- O-type adakite /
- Sr-Nd-Pb isotopic /
- intra-oceanic arc
-
埃达克岩由Defant等[1]于1990年在研究Adak岛与显生宙板片熔融相关的岛弧火山岩时首次提出。它不是一类单独的岩石类型，而是一套以中酸性岩为主的岩浆岩组合，且具有特定的地球化学性质：SiO2≥56%、Al2O3≥15%、MgO < 3%(很少>6%)、高Sr(>400×10-6)、低Y(< 18×10-6)和Yb(< 1.9×10-6)、轻稀土元素富集，Eu无异常，87Sr/86Sr < 0.704。随着埃达克岩概念的提出，国内外学者在世界范围内对其进行了大量的研究，研究表明，埃达克岩可以由多种模式形成：俯冲洋壳板片部分熔融[2-5]、底侵玄武质下地壳部分熔融[6]、加厚下地壳部分熔融[7-8]、拆沉下地壳部分熔融[9]、幔源玄武质岩浆结晶分异[10]等。
张旗等[11]在埃达克岩产生机制的基础上，根据埃达克岩的形成环境，将其划分为O型与C型。其中，O型埃达克岩代表由板片熔融形成，主要反映与俯冲有关的构造环境；C型埃达克岩代表由加厚下地壳部分熔融形成，主要反映与地壳增厚有关的构造环境。这与朱弟成等[12]根据Defant等原始定义的埃达克岩划分的Ⅰ、Ⅱ类埃达克岩吻合，Ⅰ类由俯冲的年轻大洋板片发生部分熔融形成，Ⅱ类由底侵的玄武质下地壳熔融形成。
近年的研究显示，泽当蛇绿岩内发育少量大洋斜长花岗岩，且为埃达克质岩，这对研究蛇绿岩的形成和特提斯构造演化，特别是对洋内弧的研究有重要的意义。多数学者在研究泽当一带的蛇绿岩等地质体时，通过不同的研究方式均认为新特提斯洋内发生过洋内俯冲，所以，泽当洋内岛弧是存在的[13-16]。吴福元等[17]在论述大洋岛弧的成因时，认为泽当洋内岛弧实际上是北部冈底斯岩浆弧的一部分，新特提斯洋内没有发生过洋内俯冲。笔者在泽当一带进行地质调查时，填绘出扎嘎当岩体，并以扎嘎当奥长花岗岩为研究对象，开展了岩石地球化学、Sr-Nd-Pb同位素等研究，分析了其形成的岩浆源区及岩石成因，探讨了其地球化学动力，进一步为该区新特提斯洋演化模式提供了依据。
1. 地质背景及岩石学特征
西藏泽当地区的泽当蛇绿混杂岩带是雅鲁藏布江结合带的重要组成部分，位于结合带东段，由泽当蛇绿岩和嘎学岩群、大竹卡组等混杂组成，北部与冈底斯地层、新生代岩基呈断层接触，南部与晚三叠世姐德秀岩组呈断层接触(图 1-a)。泽当蛇绿岩沿雅鲁藏布江南侧扎其乡—泽当镇—绒乡带状分布，东西长逾40 km，西宽东窄，呈不规则楔状体。泽当蛇绿岩主要由地幔橄榄岩、辉长(辉绿)岩、玄武岩、远洋沉积物(泥岩)，以及少量大洋斜长花岗岩等组成。姐德秀岩组为一套细碎屑岩为主的浊流沉积。
![]()
图 1 西藏乃东县一带区域地质简图(a)及扎嘎当地区地质简图(b)Figure 1. Symplified regional geological map of Naidong country(a)and geological map of zhagadang(b), Tibet扎嘎当岩体出露于泽当镇西约10 km处的扎嘎当一带，出露面积约34 m2，侵位于泽当蛇绿岩镁铁质杂岩内，由奥长花岗岩和辉长岩组成，两者呈脉动接触(图 1-b)。奥长花岗岩呈灰白色，细粒结构，块状构造，内部致密坚硬，局部蚀变。岩石主要由斜长石(60%~65%)、石英(20%~25%)及少量黑云母、角闪石等组成。斜长石呈相对自形的板条状、长柱状，大小在2.0 mm以下；石英呈不规则的他形粒状镶嵌于其他矿物的空隙中；黑云母呈细小鳞片状，褐色-淡黄多色，部分绿帘石化；角闪石呈针状、柱状，深绿色(图 2)。
![]()
图 2 扎嘎当奥长花岗岩基岩露头(a)及显微镜下特征(b)(正交偏光，10×2.5)Q—石英；Pl—斜长石; Ep—绿帘石; Hb—角闪石；Bi—黑云母Figure 2. Field outcrop photo(a)and microphotograph(b)of the Zhagadang trondhjemite2. 样品采集与测试
在野外详细调查的基础上，共采集了4件新鲜样品。经加工处理后，进行了主量、微量元素和Sr-Nd-Pb同位素分析，测试工作均由中国科学院地球化学研究所完成。其中，主量和微量元素分别使用X射线荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定，稀土元素采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)，各数据分析精度小于5%[18]，Sr-Nd同位素采用MC-ICP-MS分析[19]，Pb同位素采用MC-ICP-MS(Neptune Plus)分析[20-21]，分析精度均符合要求。
3. 地球化学特征
3.1 主量元素
从岩石地球化学分析结果(表 1)看，扎嘎当奥长花岗岩主量元素含量整体变化不大，SiO2含量为64.40%~66.87%，Al2O3含量为17.58%~18.74%，MgO含量为0.72%~0.99%，K2O含量为1.72%~2.52%，CaO含量为2.64%~4.11%，Na2O含量为5.80%~6.80%，全碱含量(K2O+Na2O)为8.01%~9.01%。在花岗岩TAS图解(图 3-a)中，样品点落入石英二长岩范围；An-Ab-Or标准矿物判别图解(图 3-b)显示，样品点全部落入奥长花岗岩。岩石铝饱和指数A/CNK＝0.93~0.97，里特曼指数(σ)介于2.59~3.42之间，平均值为3.12，Na2O/K2O=2.53~3.82。在SiO2-K2O图解(图 3-c)上，样品点均落于中钾钙碱性区域；在A/CNK-A/NK图解(图 3-d)上，位于准铝质区域。扎嘎当奥长花岗岩具有低的MgO含量(0.72%~0.99%)和较高的Mg#值(51.26~52.30)。综上认为，扎嘎当奥长花岗岩具有高硅、高铝、富钠(Na2O/K2O>2)、低镁特征，为准铝质钙碱性系列岩石。
表 1 扎嘎当奥长花岗岩主量、微量和稀土元素组成及其特征参数Table 1. Compositions and characteristic parameters of major, trace element and REE of Zhagadang trondhjemite样品编号 D5958 -3-3 D5958 -4-5 D5959 -1-1 D5959-2-3 样品编号 D5958 -3-3 D5958 -4-5 D5959 -1-1 D5959-2-3 SiO2 66.87 65.65 64.4 66.73 Sc 4.92 4.13 4.42 3.78 TiO2 0.17 0.16 0.2 0.15 Li 3.05 6.29 4.94 10.68 Al2O3 17.58 18.39 18.74 17.83 Cs 0.75 0.73 0.74 1.6 TFe2O3 1.62 1.47 1.87 1.36 Be 2.39 2.46 3.03 1.65 MnO 0.06 0.05 0.06 0.07 Ga 17.66 16.95 19.43 17.76 MgO 0.87 0.81 0.99 0.72 Tl 0.29 0.28 0.27 0.32 CaO 2.64 3.25 4.11 3.67 Pb 29.86 29.28 20.54 31.4 Na2O 6.37 6.8 6.58 5.8 As 0.68 0.72 0.44 1.82 K2O 2.52 2.05 1.72 2.09 Bi 0.01 0.01 0.03 0.06 P2O5 0.11 0.1 0.14 0.09 Ge 0.79 0.81 0.71 0.9 烧失量 1.17 1.24 1.29 1.21 W 0.09 0.16 0.09 0.12 总计 99.98 99.97 100.1 99.7 La 18.03 22.35 18.24 24.26 An 12.06 13.76 16.74 16.72 Ce 27.65 34.86 29.02 35.54 Ab 54.6 58.32 56.39 49.83 Pr 2.54 2.96 2.68 3.36 Or 15.1 12.29 10.31 12.53 Nd 8.23 9.83 8.6 10.12 A/NK 1.33 1.371 1.477 1.511 Sm 1.37 1.5 1.44 1.63 A/CNK 0.976 0.952 0.93 0.966 Eu 0.43 0.46 0.45 0.46 Mg# 51.82 52.3 51.29 51.26 Gd 1.28 1.26 1.18 1.17 Na2O/K2O 2.53 3.31 3.82 2.78 Tb 0.17 0.17 0.17 0.16 Rb 56.89 47.7 47.76 58.06 Dy 0.93 0.87 0.84 0.98 Sr 688.1 842.16 853.44 1058.21 Ho 0.19 0.19 0.16 0.2 Ba 1796.65 908.89 700.86 1457.97 Er 0.49 0.53 0.45 0.54 Th 6.89 9.02 6.29 10.44 Tm 0.09 0.08 0.09 0.09 U 1.2 1.96 1.48 2.18 Yb 0.58 0.63 0.61 0.7 Nb 6.09 5.89 5.34 6.05 Lu 0.11 0.12 0.11 0.12 Ta 0.4 0.34 0.36 0.33 Y 6.29 6.55 5.78 6.64 Zr 82.39 102.4 97.51 103.91 ΣREE 62.08 75.82 64.04 79.34 Hf 2.25 2.45 2.54 2.7 LREE/HREE 15.24 18.63 16.75 18.99 Co 2.57 1.52 1.52 1.26 (La/Yb)N 20.7 23.28 19.82 22.83 Ni 6.6 5.06 6.02 3.63 (La/Sm)N 8 9.1 7.73 9.09 Cr 10.09 8.78 13.17 7.16 δEu 1.01 1.04 1.08 1.03 V 39.21 30.62 47.84 27.12 δCe 0.96 1 0.97 0.92 注：Mg#=100(Mg/Mg+Fe2+)；主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10-6 ![]()
3.2 微量元素
岩石地球化学数据(表 1)显示，扎嘎当奥长花岗岩微量元素含量整体变化不大，个别元素(Ba等)含量变化较大，具高Sr(688.10×10-6~1058.21×10-6)>400.10×10-6、Ba(700.86×10-6~1796.65×10-6)、Pb(29.28×10-6~31.40×10-6)和Sr/Y值(109.32~159.38)，低Y(5.78×10-6~6.64×10-6) < 18×10-6，Yb(0.58×10-6~0.70×10-6) < 1.9×10-6、Ni(3.63×10-6~6.60×10-6)。从原始地幔微量元素蛛网图(图 4-a)可以看出，扎嘎当奥长花岗岩富集大离子亲石元素Rb、K、Ba等，亏损高场强元素Nb、Ti、P等，元素中Sr、Zr、Th、U相对富集，这与俯冲洋壳熔融埃达克岩特征非常相似[2-5]。对扎嘎当奥长花岗岩采用Y-Sr/Y和YbN-(La/Yb)N判别图解(图 5)，样品点全部落入石榴子石-角闪岩相埃达克岩区域，进一步印证了扎嘎当奥长花岗岩为O型埃达克岩，同时反映了扎嘎当奥长花岗岩的源区矿物相与石榴子石、角闪石密切相关。
![]()
![]()
3.3 稀土元素
稀土元素地球化学分析结果见表 1。扎嘎当奥长花岗岩的稀土元素总量偏低，变化于62.08×10-6~79.34×10-6之间，(La/Yb)N=19.82~23.28，(La/Sm)N=7.73~9.10，(Gd/Yb)N=1.34~1.79, LREE/HREE=15.24~18.99。稀土元素配分模式图(图 4-b)显示，扎嘎当奥长花岗岩稀土元素分馏明显右倾，轻稀土元素富集且斜率较大，重稀土元素斜率相对平缓，各曲线基本平行，反映同源岩浆演化的特点。δEu=1.01~1.08，平均值为1.04，显示微弱的正Eu异常，反映岩石未经历较强或多阶段的结晶分异过程。
3.4 Sr-Nd-Pb同位素组成
同位素数据(表 2)显示，扎嘎当奥长花岗岩具有较高的Sr、Sm、Nd、Pb含量，且组分变化不大。Rb/Sr=0.05~0.08，Sm/Nd=0.152~0.167，初始87Sr/86Sr值为0.704610~0.704859，初始143Nd/144Nd值为0.512682~0.512745，ISr=0.704251~0.704329，平均值为0.704300，INd=0.512776~0.512807，平均值为0.512795，显示了较低的变化范围和低Sr、高Nd特点，εNd(t)=6.61~7.22。在(87Sr/86Sr)i-εNd(t)判别图解(图 6)中，样品点全部集中于新特提斯洋蛇绿岩内(200~100 Ma)。岩石铅同位素组成较均一，富含放射成因铅，206Pb/204Pb=18.378~18.495，207Pb/204Pb=15.542~15.554和208Pb/204Pb=38.336~38.406。岩体全岩含有微量的U和Th，U为1.20433×10-6~2.17569×10-6，Th为6.28764×10-6~10.44127×10-6，总体显示奥长花岗岩以富放射成因铅同位素为特征[30]。
表 2 扎嘎当奥长花岗岩Sr-Nd-Pb同位素组成Table 2. Sr、Nd and Pb isotope data of Zhagadang trondhjemite同位素组成 D5958-3-3 D5958-4-5 D5959-1-1 D5959-2-3 同位素组成 D5958-3-3 D5958-4-5 D5959-1-1 D5959-2-3 Rb 56.89 47.70 47.76 58.06 T2DM/Ma 6291 6876 6240 6538 Sr 688.10 842.12 853.44 1058.21 87Rb/86Sr 0.23915 0.16385 0.16189 0.15871 Sm 8.23 9.83 8.60 10.12 87Sr/86Sr 0.70486 0.70468 0.70461 0.70466 Nd 1.37 1.50 1.44 1.63 Isr 0.704329 0.704329 0.704251 0.704303 U 1.20 1.96 1.48 2.18 INd 0.512799 0.512776 0.512807 0.512779 Th 6.89 9.02 6.29 10.44 εSr(t) 0.2 0.1 -1 -0.2 Pb 29.86 29.28 20.54 31.40 206Pb/204Pb 18.413 18.378 18.495 18.382 147Sm/144Nd 3.64769 3.99721 3.63911 3.78579 207Pb/204Pb 15.542 15.554 15.549 15.547 143Nd/144Nd 0.512694 0.512682 0.512745 0.512708 208Pb/204Pb 38.336 38.406 38.358 38.374 εNd(t) 7.06377 6.61278 7.22183 6.67386 206Pb/207Pb 1.1847 1.1816 1.1895 1.1824 注：Sm、Rb、Sr、Nd、U、Th和Pb单位为10-6 ![]()
图 6 扎嘎当奥长花岗岩(87Sr/86Sr)i-εNd(t)判别图解[29]Figure 6. Disriminant diamgram of εNd(t)vs(87Sr/86Sr)i of Zhagadang trondhjemite4. 讨论
4.1 花岗岩源区性质及岩石成因
张旗等[11]根据埃达克岩的形成环境，将埃达克划分为O型与C型，其中O型埃达克岩除具有Defant定义的埃达克岩地球化学特征外，还具有贫K，高Na/K值，Sr同位素初始值低和正的Nd同位素比值等特征。
扎嘎当奥长花岗岩具有高的SiO2(>64.40%)、Al3O2(>17.58%)、Sr(>688×10-6)含量和Na2O/K2O值(2.53~3.82)，低的K2O(< 2.52)、Y(< 6.64×10-6)、Yb含量(< 0.70×10-6)。Sr/Y=109.32~159.38，平均值为136.22，La/Yb=30.01~35.25，平均值为32.80，Sr/Yb=1196.45~1508.63，平均值为1359.51。同位素方面，有较低的ISr(0.704250~0.704329)、较高的INd(0.512776~0.512807)和正的εNd(t)值(6.61278~7.22183)。以上特征表明，扎嘎当奥长花岗岩属于O型埃达克岩范畴[31]。另外，在SiO2-Al2O3图解(图 7)中，样品点全部落入O型埃达克岩内。
近年的研究成果表明，O型埃达克岩主要有2种成因：一是洋壳在俯冲作用初期与消减板片MORB的熔融有关，主要表现为弧-弧碰撞作用下被加热的年轻地壳或板片发生部分熔融；二是岛弧或活动陆缘环境与下地壳玄武岩浆底侵作用有关，主要表现为底侵玄武岩的熔融[11-12]。根据扎嘎当奥长花岗岩的岩石地球化学及同位素特征，结合地质特征，笔者做了以下分析。
(1) 前人在研究O型埃达克岩时，指出Mg#值是判断O型埃达克岩构造环境的重要标志之一，Mg#值大于50可能是消减板片初始熔融的产物，Mg#值小于50则可能是底侵的下地壳底部贫钾的玄武岩部分熔融形成的[11-12]。扎嘎当奥长花岗岩的Mg#值(51.26~52.30)大于50，表明其可能是由消减板片熔融形成的埃达克岩，不可能是底侵的下地壳底部的玄武岩部分熔融形成的。另外，从埃达克岩判别图SiO2-Yb图解(图 8)看，样品点全部落入俯冲洋壳熔融形成的埃达克岩区，3个样品点位于玄武岩下地壳熔融形成的埃达克岩外边缘，进一步支持了俯冲洋壳板片熔融的模式。
(2) 扎嘎当奥长花岗岩铅同位素组成较均一，且富含放射成因铅，在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解(图 9)中，样品点均落入印度洋MORB(洋中脊玄武岩)端元，都分布在北半球参考线(NHRL)之上，表明扎嘎当奥长花岗岩的铅来源于具有地幔特征的洋脊[32]。
![]()
图 9 扎嘎当奥长花岗岩207Pb/204Pb-206Pb/204Pb(a)和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb(b)同位素判别图解[32]EMⅠ—第Ⅰ类富集地幔组分；EMⅡ—第Ⅱ类富集地幔组分；NHRL—北半球参考线；Heard熔岩—赫德岛屿熔岩；MORB—洋中脊玄武岩Figure 9. Plots of 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb(a)and 208Pb/204Pb-206Pb/204Pb(b)of Zhagadang trondhjemite(3) 玄武岩浆底侵作用产生的O型埃达克岩，是底侵作用呈横向二维伸展作用侵入于下地壳底部，使其发生部分熔融产生的垂向增生的产物，其同位素应具有明显的壳源特征，即高Sr(ISr=0.706~0.710)、低Nd(INd < 0.5126)。扎嘎当奥长花岗岩Sr-Nd同位素体系显示，ISr(0.704250~0.704329) < 壳源ISr(0.706~0.710)，INd(0.512776~0.512807)>壳源INd(< 0.5126)[33]，以及正的εNd(t)值(6.61278~7.22183)，因此，其源区与下地壳玄武岩浆底侵作用无关。同时，结合扎嘎当奥长花岗岩地质背景，泽当蛇绿混杂岩代表板块俯冲汇聚的残余，明显不同于大陆板块内部的构造环境，可进一步排除扎嘎当奥长花岗岩与下地壳玄武岩浆底侵作用有关。
(4) 张旗等[33]的研究显示，富Na的埃达克岩主要有3种情况：①消减板片MORB的部分熔融；②由洋壳组成的地体；③底侵的贫K玄武岩。前述扎嘎当奥长花岗岩地球化学特征(Na2O/K2O>2、Mg#>50)和Sr-Nd-Pb同位素体系特征，均指向其富Na的特征是由消减板片MORB(印度洋MORB)部分熔融形成的，从侧面印证了扎嘎当奥长花岗岩在洋壳俯冲作用初期与消减板片MORB的熔融有关。
(5) 实验研究表明，O型埃达克岩的形成需要较高的压力。Rapp等[34]通过不同的压力段实验研究玄武岩熔融，其中在0.8~3.2 GPa下产生的熔浆为英云闪长岩-奥长花岗岩。在产生熔浆的过程中，随着压力的递升，残留相呈有规律的变化，压力由0.8 GPa→1.6 GPa→2.2~3.2 GPa变化时，残留相由角闪石+斜长石±斜方辉石±Fe-Ti氧化物→石榴子石+单斜辉石±角闪石±斜长石±斜方辉石±Fe-Ti氧化物→石榴子石+单斜辉石变化[34]。Peacock等[35]在研究埃达克岩形成的压力时认为，埃达克岩只能形成在很狭窄的压力范围(1.8~2.3 GPa，相当于60~70 km深度)，通过实验得出该压力范围内的残留相为石榴子石+单斜辉石+角闪石。模拟实验表明，在俯冲早期，由于被快速加热，热的板块和流体的作用易使俯冲洋壳熔融形成埃达克岩浆[1, 36]，与地幔正常的脱水熔融作用相比，形成于俯冲板片熔融作用的埃达克岩浆一般发生在更浅部位。
(6) 地球化学数据显示，扎嘎当奥长花岗岩富集Sr和A1，且具有微弱的正Eu异常，通过Y/Yb、(Ho/Yb)N值及HREE曲线形态可以判别残留相的主要成分[37]。扎嘎当奥长花岗岩Y/Yb=9.47~10.94，(Ho/Yb)N=0.78~0.94，HREE曲线呈左倾，表明残留相中石榴子石与角闪石含量大致相当，这与Y-Sr/Y判别图解(图 5-a)中样品点在角闪石榴子石岩部分熔融曲线上呈规律排列吻合。在YbN-(La/Yb)N判别图解(图 5-b)中，样品点也分布在10%~25%石榴子石角闪岩部分熔融演化线过渡带。以上表明，扎嘎当奥长花岗岩岩源区的残留相中主要为石榴子石和角闪石，且两者含量相当，推测其残留相可能由角闪石+石榴子石组成。
综合以上分析，笔者认为，扎嘎当奥长花岗岩O型埃达克岩是洋壳在俯冲作用初期，由消减板片MORB(印度洋MORB)在一定深度(60~70 km深处，残留相为石榴子石+单斜辉石+角闪石)部分熔融形成的[1, 35]。
4.2 地质意义
研究显示，特提斯洋内部演化可能极复杂。Allegre等[13]通过研究提出，在新特提斯洋内部可能存在一个岛弧，但该岛弧已经消失。McDermid等[14]在研究泽当蛇绿岩时认为，雅鲁藏布江缝合带泽当段存在晚侏罗世洋内岩浆弧；Aithison等[15]在对泽当蛇绿岩进行考察和研究后，认为该区在中生代存在一个新特提斯洋内俯冲系统；韦栋梁等[16]指出，雅鲁藏布江缝合带泽当段洋内岛弧(泽当岛弧)是早期特提斯大洋岩石圈向北俯冲的产物，同时指出泽当英云闪长岩是新特提斯洋内俯冲的证据之一。那么在泽当地区，洋内弧是否存在，什么时候俯冲的呢？
泽当地区发育要素较齐全的蛇绿岩，研究显示该蛇绿岩为SZZ型蛇绿岩[38]。扎嘎当奥长花岗岩出露于泽当蛇绿混杂岩带内的最北端，与泽当蛇绿岩中的岛弧玄武岩共生，而俯冲洋壳成因的埃达克岩通常与SSZ型蛇绿岩共生。张旗等[31]根据O埃达克岩的特征，将其又细分为2类，其中的一类是西湾型埃达克岩，特点是多产于蛇绿岩中，规模小、分布少，多具有斜长花岗岩的特征[31]，这与扎嘎当奥长花岗岩地质特征一致。另外，Shervais等[39]在研究北美板块洋内弧俯冲作用时，也认为洋内弧俯冲作用与SSZ蛇绿岩形成演化有关，在其俯冲进入成熟稳定时，英云闪长岩、奥长花岗岩等深成岩较发育。扎嘎当奥长花岗岩作为泽当蛇绿混杂岩带内的一个端元，与SSZ型蛇绿岩共生，说明扎嘎当奥长花岗岩应为洋壳俯冲的产物。同时，与奥长花岗岩产出构造相配套的岛弧产物的是否存在可以进一步印证扎嘎当奥长花岗岩是否是洋内俯冲的产物，那么这套岛弧产物是否存在呢？
肖庆辉等[40]在研究洋陆转换的岩石学特征时，分析了洋内弧与初始俯冲的关系与识别，根据洋内弧的构造分区，认为位于海沟和火山-岩浆弧之间的前弧保存了洋盆俯冲作用初期形成的初生地壳具有与俯冲作用有关的标志性的、独特的地球化学特点，即富集硅和大离子K、U、Sr、Pb等亲石元素，亏损Nb、Ta、Ti等高场强不相容元素[41]。扎嘎当O埃达克岩在洋壳俯冲作用初期形成，它的出现代表了大洋板片的俯冲方向和俯冲消减的开始。与扎嘎当奥长花岗岩共生的泽当蛇绿岩中发育一套大洋岛弧钙碱性系列火山岩，其地球化学特点是高硅(SiO2>48%)、富铝(Al2O3>16%)、低钛(TiO2 < 1.2)，富集K、Rb、Sr、Pb等大离子亲石元素及LREE，亏损Nb、Ti、Hf、Zr、Th等高场强元素及HREE。上述表明，泽当蛇绿岩应为前弧构造的产物，印证了与洋内弧配套的岛弧，特别是前弧的存在。
区域上，在西藏扎囊—贡嘎一带多吉扎地区以东昌果乡南侧出露的刘琼组，整体为具埃达克岩性质、发育高镁安山岩等前弧玄武岩系列的一套深海-浅海火山沉积岩组合，岩性为玄武岩、玄武安山岩、安山岩、凝灰岩及灰岩，夹凝灰质砂岩、火山角砾岩，具典型洋内弧岩石组合特征，形成于181 Ma，属早侏罗世①。泽当英云闪长岩、扎嘎当奥长花岗岩均形成于158~152 Ma，为晚侏罗世，具有埃达克岩性质，代表了俯冲环境下洋壳部分熔融的产物[16, 42]。而泽当蛇绿岩形成于162~130 Ma，蛇绿岩中LREE亏损的火山岩及岩墙具有MORB属性，表明该区经历了初始洋盆扩张阶段[38]。综上所述，泽当地区的洋内弧俯冲可能始于160 Ma左右。
综合扎嘎当奥长花岗岩的岩石地球化学、同位素地球化学、地质学等特征，在前人研究基础上，笔者认为，扎嘎当奥长花岗岩的出现可作为泽当地区洋内弧存在的证据之一，这与其本身的特性有关，也与其所处的地质背景相关，同时可进一步反映泽当地区于160 Ma左右开始发生初期的洋内俯冲。
5. 结论
(1) 扎嘎当奥长花岗岩具高硅、高铝、富钠(Na2O/K2O>2)、低镁，属准铝质钙碱性系列岩石。具高Sr和Sr/Y值，低Y、Yb，属O型埃达克岩。稀土元素总量偏低，轻稀土元素富集，大离子亲石元素Rb、K、Ba富集，高场强元素Nb、Ti、P亏损，Eu具微弱的正异常。
(2) 岩石具有较高的Sr、Sm、Nd、Pb含量，ISr=0.704251~0.704329，INd=0.512776~0.512807, εNd(t)=6.61~7.22。岩石铅同位素组成较均一， 206Pb/204Pb=18.378~18.495，207Pb/204Pb=15.542~15.554和208Pb/204Pb=38.336~38.406。
(3) 地球化学和地质特征表明，扎嘎当奥长花岗岩是洋壳在俯冲作用初期，由消减板片MORB(印度洋MORB)在一定深度部分熔融形成的，可作为新特提斯洋内俯冲的证据之一，进一步表明泽当洋内弧的存在，并可能于160 Ma左右开始发生初期的洋内俯冲。
致谢: 审稿专家及吉林大学地球科学学院解超明副教授对本文提出了宝贵的修改意见，在此深表感谢。 -
![]()
图 1 西藏乃东县一带区域地质简图(a)及扎嘎当地区地质简图(b)
Figure 1. Symplified regional geological map of Naidong country(a)and geological map of zhagadang(b), Tibet
![]()
图 2 扎嘎当奥长花岗岩基岩露头(a)及显微镜下特征(b)(正交偏光，10×2.5)
Q—石英；Pl—斜长石; Ep—绿帘石; Hb—角闪石；Bi—黑云母
Figure 2. Field outcrop photo(a)and microphotograph(b)of the Zhagadang trondhjemite
![]()
![]()
![]()
![]()
图 6 扎嘎当奥长花岗岩(87Sr/86Sr)i-εNd(t)判别图解[29]
Figure 6. Disriminant diamgram of εNd(t)vs(87Sr/86Sr)i of Zhagadang trondhjemite
![]()
图 9 扎嘎当奥长花岗岩207Pb/204Pb-206Pb/204Pb(a)和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb(b)同位素判别图解[32]
EMⅠ—第Ⅰ类富集地幔组分；EMⅡ—第Ⅱ类富集地幔组分；NHRL—北半球参考线；Heard熔岩—赫德岛屿熔岩；MORB—洋中脊玄武岩
Figure 9. Plots of 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb(a)and 208Pb/204Pb-206Pb/204Pb(b)of Zhagadang trondhjemite
表 1 扎嘎当奥长花岗岩主量、微量和稀土元素组成及其特征参数
Table 1 Compositions and characteristic parameters of major, trace element and REE of Zhagadang trondhjemite
样品编号 D5958 -3-3 D5958 -4-5 D5959 -1-1 D5959-2-3 样品编号 D5958 -3-3 D5958 -4-5 D5959 -1-1 D5959-2-3 SiO2 66.87 65.65 64.4 66.73 Sc 4.92 4.13 4.42 3.78 TiO2 0.17 0.16 0.2 0.15 Li 3.05 6.29 4.94 10.68 Al2O3 17.58 18.39 18.74 17.83 Cs 0.75 0.73 0.74 1.6 TFe2O3 1.62 1.47 1.87 1.36 Be 2.39 2.46 3.03 1.65 MnO 0.06 0.05 0.06 0.07 Ga 17.66 16.95 19.43 17.76 MgO 0.87 0.81 0.99 0.72 Tl 0.29 0.28 0.27 0.32 CaO 2.64 3.25 4.11 3.67 Pb 29.86 29.28 20.54 31.4 Na2O 6.37 6.8 6.58 5.8 As 0.68 0.72 0.44 1.82 K2O 2.52 2.05 1.72 2.09 Bi 0.01 0.01 0.03 0.06 P2O5 0.11 0.1 0.14 0.09 Ge 0.79 0.81 0.71 0.9 烧失量 1.17 1.24 1.29 1.21 W 0.09 0.16 0.09 0.12 总计 99.98 99.97 100.1 99.7 La 18.03 22.35 18.24 24.26 An 12.06 13.76 16.74 16.72 Ce 27.65 34.86 29.02 35.54 Ab 54.6 58.32 56.39 49.83 Pr 2.54 2.96 2.68 3.36 Or 15.1 12.29 10.31 12.53 Nd 8.23 9.83 8.6 10.12 A/NK 1.33 1.371 1.477 1.511 Sm 1.37 1.5 1.44 1.63 A/CNK 0.976 0.952 0.93 0.966 Eu 0.43 0.46 0.45 0.46 Mg# 51.82 52.3 51.29 51.26 Gd 1.28 1.26 1.18 1.17 Na2O/K2O 2.53 3.31 3.82 2.78 Tb 0.17 0.17 0.17 0.16 Rb 56.89 47.7 47.76 58.06 Dy 0.93 0.87 0.84 0.98 Sr 688.1 842.16 853.44 1058.21 Ho 0.19 0.19 0.16 0.2 Ba 1796.65 908.89 700.86 1457.97 Er 0.49 0.53 0.45 0.54 Th 6.89 9.02 6.29 10.44 Tm 0.09 0.08 0.09 0.09 U 1.2 1.96 1.48 2.18 Yb 0.58 0.63 0.61 0.7 Nb 6.09 5.89 5.34 6.05 Lu 0.11 0.12 0.11 0.12 Ta 0.4 0.34 0.36 0.33 Y 6.29 6.55 5.78 6.64 Zr 82.39 102.4 97.51 103.91 ΣREE 62.08 75.82 64.04 79.34 Hf 2.25 2.45 2.54 2.7 LREE/HREE 15.24 18.63 16.75 18.99 Co 2.57 1.52 1.52 1.26 (La/Yb)N 20.7 23.28 19.82 22.83 Ni 6.6 5.06 6.02 3.63 (La/Sm)N 8 9.1 7.73 9.09 Cr 10.09 8.78 13.17 7.16 δEu 1.01 1.04 1.08 1.03 V 39.21 30.62 47.84 27.12 δCe 0.96 1 0.97 0.92 注：Mg#=100(Mg/Mg+Fe2+)；主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10-6 
下载: 导出CSV
表 2 扎嘎当奥长花岗岩Sr-Nd-Pb同位素组成
Table 2 Sr、Nd and Pb isotope data of Zhagadang trondhjemite
同位素组成 D5958-3-3 D5958-4-5 D5959-1-1 D5959-2-3 同位素组成 D5958-3-3 D5958-4-5 D5959-1-1 D5959-2-3 Rb 56.89 47.70 47.76 58.06 T2DM/Ma 6291 6876 6240 6538 Sr 688.10 842.12 853.44 1058.21 87Rb/86Sr 0.23915 0.16385 0.16189 0.15871 Sm 8.23 9.83 8.60 10.12 87Sr/86Sr 0.70486 0.70468 0.70461 0.70466 Nd 1.37 1.50 1.44 1.63 Isr 0.704329 0.704329 0.704251 0.704303 U 1.20 1.96 1.48 2.18 INd 0.512799 0.512776 0.512807 0.512779 Th 6.89 9.02 6.29 10.44 εSr(t) 0.2 0.1 -1 -0.2 Pb 29.86 29.28 20.54 31.40 206Pb/204Pb 18.413 18.378 18.495 18.382 147Sm/144Nd 3.64769 3.99721 3.63911 3.78579 207Pb/204Pb 15.542 15.554 15.549 15.547 143Nd/144Nd 0.512694 0.512682 0.512745 0.512708 208Pb/204Pb 38.336 38.406 38.358 38.374 εNd(t) 7.06377 6.61278 7.22183 6.67386 206Pb/207Pb 1.1847 1.1816 1.1895 1.1824 注：Sm、Rb、Sr、Nd、U、Th和Pb单位为10-6
下载: 导出CSV
-
Defant M J, Drummond M S. Derivation of some modern arc magmas by melting of young subducted lithosphere[J]. Nature, 1990, 347(6294): 662-665. doi: 10.1038/347662a0
朱弟成, 莫宣学, 王立全, 等. 西藏冈底斯东部察隅高分异Ⅰ型花岗岩的成因: 错石U-Pb年代学、地球化学和Sr-Nd-Hf同位素约束[J]. 中国科学(D辑), 2009, 39(7): 833-848. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JDXK200907001.htm 赵珍, 胡道功, 陆露, 等. 西藏泽当地区晚白垩世埃达克岩的发现及其成矿意义[J]. 地质力学学报, 2013, 19(1): 45-52. doi: 10.3969/j.issn.1006-6616.2013.01.005 Zheng Y C, Hou Z Q, Gong Y L, et al. Petrogenesis of Cretaceous adakite-like intrusions of the Gangdese plutonic Belt, southern Tibet: Implications for mid-ocean ridge subduction and crustal growth[J]. Lithos, 2014, 190/191: 240-263. doi: 10.1016/j.lithos.2013.12.013
Chen L, Qin K Z, Li G M, et al. Zircon U-Pb ages, geochemistry, and Sr-Nd-Pb-Hf isotopes of the Nuri intrusive rocks in the Gangdese area, southern Tibet: Constraints on timing, petrogenesis, and tectonic transformation[J]. Lithos, 2015, 212/215: 379-396. doi: 10.1016/j.lithos.2014.11.014
Muir R J, Weaver S D, Bradshaw J D, et al. The Cretaceous separation point batholith, New Zealand: Granitoid magmas formed by melting of mafic lithosphere[J]. Journal of the Geological Society, 1995, 152(4): 689-701. doi: 10.1144/gsjgs.152.4.0689
Wen D R, Chung S L, Song B, et al. Late Cretaceous Gangdese intrusions of adakitic geochemical characteristics, SE Tibet: petrogenesis and tectonic implications[J]. Lithos, 2008, 105(1/2): 1-11.
管琪, 朱弟成, 赵志丹, 等. 西藏南部冈底斯带东段晚白垩世埃达克岩: 新特提斯洋脊俯冲的产物?[J]. 岩石学报, 2010, 26(7): 2165-2179. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSXB201007019.htm Gao S, Rudnick R L, Yuan H L, et al. Recycling lower continental crust in the North China Craton[J]. Nature, 2004, 432(7019): 892-897. doi: 10.1038/nature03162
Macpherson C G, Dreher S T, Thirlwall M F. Adakites without slab melting: High pressure differentiation of island arc magma, Mindanao, the Philippines[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2006, 243(3/4): 581-593. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X06000082
张旗, 金惟俊, 熊小林, 等. 中国不同时代O型埃达克岩的特征及其意义[J]. 大地构造与成矿学, 2009, 33(3): 432-447. doi: 10.3969/j.issn.1001-1552.2009.03.015 朱弟成, 段丽萍, 廖忠礼, 等. 两类埃达克岩(Adakite) 的判别[J]. 矿物岩石, 2002, 22(3): 5-9. doi: 10.3969/j.issn.1001-6872.2002.03.002 Allegre C J, Courtillot V, Tapponnier P, et al. Structure and evolution of the Himalaya Tibet orogenic belt[J]. Nature, 1984, 307: 17-22. doi: 10.1038/307017a0
Aitchison J C, Badengzhu, Davis A M, et al. Remnants of a Cretaceous intra-oceanic subduction system within the Yarlung-Zangbo suture(southern Tibet)[J]. Earth Planet. Sci. Lett., 2000, 183: 23l-244. doi: 10.1016/S0012-821X(00)00287-9
McDermid I R C, Aitchison J C, Davis A M, et al. The Zedong terrane: a Late Jurassic intra-oceanic magmatic arc within the Yarlung-Tsangpo suture zone, southeastern Tibet[J]. Chem. Geol., 2002, 187: 267-277. doi: 10.1016/S0009-2541(02)00040-2
韦栋梁, 夏斌, 周国庆, 等. 西藏泽当英云闪长岩的地球化学和Sr-Nd同位素特征: 特提斯洋内俯冲的新证据[J]. 中国科学, 2007, 42(5): 1515-1534. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JDXK200704001.htm 吴福元, 王建刚, 刘传周, 等. 大洋岛弧的前世今生[J]. 岩石学报, 2019, 35(1): 1-15. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSXB201901002.htm Song S G, Su L, Li X H, et al. Tracing the 850Ma continental flood basalts from a piece of subducted continental crust in the North Qaidam UHPM belt, NW China[J]. Precambrian Research, 2010, 183(4): 805-816. doi: 10.1016/j.precamres.2010.09.008
Chen F, Siebel W, Satir M, et al. Geochronology of the Karaderebasement(NW Turkey) and implications for the geological evolution of the Istanbul zone[J]. International Journal of Earth Sciences, 2002, 91(3): 469-481. doi: 10.1007/s00531-001-0239-6
Russell W A, Papanastassiou D A, Tombrello T A. Ca isotope fractionation on the Earth and other solar system materials[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1978, 42(8): 1075-1090. doi: 10.1016/0016-7037(78)90105-9
Baker J, Peate D, Waight T, et al. Pb isotopic analysis of standards and samples using a 207Pb-204Pb double spike and thallium to correct for mass bias with a double-focusing MCICP-MS[J]. Chemical Geology, 2004, 211(3/4): 275-303. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254104002529
Middlemost E A K. Naming materials in the magma igneous rock system[J]. Earth-Science Reviews, 1994, 37: 215-224. doi: 10.1016/0012-8252(94)90029-9
Barker F. Trondhjemite: definition, environment and hypotheses of origin[C]//Barker F. Trondhjemites, dacites and related rocks. Amsterdam: Elsevier, 1979: 1-12.
Middlemost E A K. Magas and magmatic rocks[M]. London: Longman, 1985: 1-266.
Maniar P D, Piccoli P M. Tectonic discrimination of granitoids[J]. Geological Society of America Bulletin, 1989, 101: 635-643. doi: 10.1130/0016-7606(1989)101<0635:TDOG>2.3.CO;2
Martin H, Smithies R H, Rapp R, et al. An oveview of adakite, tonalite-trondhjemite-granodiorite(TTG), and sanukitoid: relationships and some implications for crustal evolution[J]. Lithos, 2005, 79(1/2): 1-24. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002449370400266X
Mcdonough W F, Sun S S. The composition of the Earth[J]. Chemical Geology, 1995, 120(3/4): 223-253. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0009254194001404
Boynton W V. Cosmochemistry of the rare earth elements: meteorite studies[J]. Developments in Geochemistry, 1984, 2(2): 63-114. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444421487500083
Jiang Z Q, Wang Q, Derek A. Wyman, et al. Transition from oceanic to continental lithosphere subduction in southern Tibet: Evidence from the Late Cretaceous-Early Oligocene(~91-30Ma) intrusive rocks in the Chanang-Zedong area, southern Gangdese[J]. Lithos, 2014, 196/197: 213-231. doi: 10.1016/j.lithos.2014.03.001
钟立峰, 夏斌, 周国庆, 等. 藏南罗布莎蛇绿岩成因: 壳层熔岩的Sr-Nd-Pb同位素制约[J]. 矿物岩石, 2006, 26(1): 57-63. doi: 10.3969/j.issn.1001-6872.2006.01.011 张旗, 王焰, 熊小林, 等. 埃达克岩和花岗岩: 挑战与机遇[M]. 北京: 中国大地出版社, 2008. Edwards C M, Menies M A, Thirlwall M F, et al. The transition to potassic volcanism in island arcs the Ringgit-Beser complex, east Jast Java, Indonesia[J]. J. Petology, 1994, 35: 1557-1595. doi: 10.1093/petrology/35.6.1557
张旗, 王焰, 刘伟, 等. 埃达克岩的特征及其意义[J]. 地质通报, 2002, 21(7): 431-435. doi: 10.3969/j.issn.1671-2552.2002.07.012 Rapp R P, Watson E B, Miller C F. Partial melting of amphibolite/eclogite and the origin of Archean trondhjemites and tonalites[J]. Precambrian Res., 1991, 51: 1-25. doi: 10.1016/0301-9268(91)90092-O
Peacock S M, Rushmer T, Thompson A B. Partial melting of subducting oceanic crust[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1994, 121: 227-244. doi: 10.1016/0012-821X(94)90042-6
Atherton M P, Petford N. Generation of sodium-rich magmas from newly underplated basaltic crust[J]. Nature, 1993, 362: 144-146. doi: 10.1038/362144a0
于涛, 徐佳丽, 高强, 等. 藏东卡贡地区早侏罗世似斑状钾长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地球化学特征[J]. 地质通报, 2020, 39(5): 621-630. http://dzhtb.cgs.cn/gbc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20200503&flag=1 董瀚, 张志平, 魏学平, 等. 西藏泽当蛇绿岩物质组成、年代格架及地质意义[J]. 矿产勘查, 2019, 10(6): 1265-1273. doi: 10.3969/j.issn.1674-7801.2019.06.003 Shervais J W. Birth, death and resurrection: the life cycle of suprasubduction zone ophiolites[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2001, DOI: 10.1029/2000GC000080.
Stern R J. Subduction zones[J]. Reviews of Geophysics, 2002, 40(4): 1012, DOI: 10.1029/2001RG000108.
肖庆辉, 李廷栋, 潘桂棠, 等. 识别洋陆转换的岩石学思路——洋内弧与初始俯冲的识别[J]. 中国地质, 2016, 43(3): 721-737. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DIZI201603003.htm 赵珍, 吴珍, 胡道功, 等. 青藏高原冈底斯带南缘泽当多金属矿田多期岩浆活动及年代意义[J]. 地球学报, 2014, 35(6): 703-712. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXB201406007.htm 西藏自治区地质矿产勘查开发局第五地质大队. 西藏桑耶地区1∶5万区域地质调查(H46E016005、H46E016006、H46E017005、H46E017006)报告. 2019. -
期刊类型引用(1)
1. 卢山松，童喜润，谭娟娟，邱啸飞，杨红梅. 高精度铅同位素比值MC-ICP-MS测试方法及岩石标样铅同位素组成. 地质通报. 2023(09): 1516-1530 . 
本站查看
其他类型引用(0)
计量
- 文章访问数: 2191
- HTML全文浏览量: 327
- PDF下载量: 1885
- 被引次数: 1
