新特提斯洋早期俯冲的岩浆岩记录及其成矿——西藏日喀则西北部花岗岩类锆石U-Pb年龄及Hf同位素
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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (6): 1026-1036  
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付燕刚, 唐菊兴, 胡古月, 高一鸣, 林彬. 新特提斯洋早期俯冲的岩浆岩记录及其成矿——西藏日喀则西北部花岗岩类锆石U-Pb年龄及Hf同位素[J]. 地质通报, 2018, 37(6): 1026-1036.
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Fu Y G, Tang J X, Hu G Y, Gao Y M, Lin B. The magma records and mineralization of early subduction of Neo-Tethyan oceanic slab: Zircon U-Pb and Hf isotopic composition of granitoids in the northwest of Xigaza[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(6): 1026-1036.
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基金项目

中国地质调查局项目《西藏雄村-普桑果斑岩-矽卡岩型铜多金属矿成矿地质背景与找矿潜力调查》(编号:12120114068401)和《内蒙古黑鹰山地区矿产地质调查》(编号:DD20160040)

作者简介

付燕刚(1988-), 男, 博士, 工程师, 资源勘查与评价专业。E-mail:fuyangang@igge.cn

通讯作者

唐菊兴(1964-), 男, 博士, 研究员, 博士生导师, 从事西藏主要成矿带矿床学研究及矿床勘查评价工作。E-mail:tangjuxing@126.com

文章历史

收稿日期: 2017-02-20
修订日期: 2017-03-23
新特提斯洋早期俯冲的岩浆岩记录及其成矿——西藏日喀则西北部花岗岩类锆石U-Pb年龄及Hf同位素
付燕刚1 , 唐菊兴2 , 胡古月2 , 高一鸣2 , 林彬2     
1. 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所/国土资源部地球化学探测重点实验室, 河北 廊坊 065000;
2. 中国地质科学院矿产资源研究所/国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037
摘要: 拉萨地体南缘的晚三叠世—中侏罗世岩浆岩被认为是新特提斯洋早期北向俯冲的岩浆记录,并形成与之相关的雄村特大型斑岩-浅成低温热液铜-金矿床。对该时期岩浆岩成因背景的研究有助于评价其成矿潜力。选取拉萨地体南缘日喀则西北部花岗岩类进行锆石U-Pb测年及Lu-Hf同位素分析。花岗岩类LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果为175~180.1Ma,εHft)平均值为+13.4,显示幔源特征,为岛弧(洋内弧)背景成因,具有斑岩铜金成矿潜力。结合前人对拉萨地体南缘晚三叠世—白垩纪岩浆岩的研究,认为拉萨地体南缘未被剥蚀的晚三叠世—白垩纪火山岩中有可能保存有新特提斯洋俯冲形成的斑岩铜金成矿系统。
关键词: 新特提斯洋    晚三叠世-中侏罗世岩浆岩    斑岩铜金矿    岛弧(洋内弧)    
The magma records and mineralization of early subduction of Neo-Tethyan oceanic slab: Zircon U-Pb and Hf isotopic composition of granitoids in the northwest of Xigaza
FU Yangang1, TANG Juxing2, HU Guyue2, GAO Yiming2, LIN Bin2     
1. Key Laboratory of Geochemical Exploration, Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, CAGS, Langfang 065000, Hebei, China;
2. MRL Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Resource Assessment, Institute of Mineral Resources, CAGS, Beijing 100037, China
Abstract: The Late Triassic-Middle Jurassic magmatic rocks distributed sporadically in the south of Lhasa terrane are considered to be the magmatic records of the early subduction of the Neo-Tethys. In addition, Xiongcun porphyry copper system was associated with the magma. Therefore, research on the Late Triassic-Jurassic magmatic can help to evaluate its metallogenic potential. This pa-per reports LA-ICP MS zircon U-Pb age and in situ Hf isotopic compositions of the granodiorite in the northwest of Xigaza. The obtained U-Pb zircon age of the granodiorite is 175~180.1Ma. Zircon Hf isotopic compositions of the granodiorite display εHf(180.1Ma)=(+13.4), which shows the characteristics of mantle source with an affinity for island arc which was capable of forming the porphyry Cu-Au system. Therefore, the Late Triassic-Cretaceous volcanic rocks in the south of Lhasa terrane have the potential for exploration of the porphyry Cu-Au system.
Key words: Neo-Tethys    Late Triassic-Middle Jurassic magmatic rocks    porphyry Cu-Au system    island-arc    

拉萨地体南缘晚三叠世—中新世岩浆岩完整地记录了新特提斯洋北向俯冲、印度-欧亚大陆碰撞的岩浆活动历史[1-3]。雅鲁藏布江中、西段中—晚三叠世放射虫硅质岩的发现[4],证明新特提斯洋打开不晚于晚三叠世;曲水岩基中212Ma的角闪辉长岩[5],说明新特提斯洋俯冲不晚于晚三叠世。

俯冲带有利于斑岩成矿系统的发育,环太平洋成矿带就是一个典型的实例。拉萨地体南缘雄村侏罗纪特大型斑岩-浅成低温热液铜-金矿的发现,预示了新特提斯洋俯冲阶段斑岩铜矿系统的形成潜力[6-9]。为此,本文总结了拉萨地体南缘晚三叠世—中侏罗世岩浆岩的年代学数据,建立了新特提斯洋早期北向俯冲的岩浆岩记录,并对晚三叠世—白垩纪岩浆岩进行成因构造背景分析,旨在探讨其成矿潜力。

1 地质背景

冈底斯岩浆岩带东西延伸达2500km,其南侧紧邻雅鲁藏布江缝合带(图 1-ab)。伴随新特提斯洋北向俯冲及随后印度-欧亚大陆碰撞,带内岩浆活动强烈,由晚三叠世一直持续到中新世[12-13]

图 1 青藏高原、拉萨地体及研究区地质简图 Fig.1 Sketch maps of the Tibetan Plateau, the Lhasa terrane and the study area a—青藏高原地质构造格架[10];b—拉萨地体南部岩浆岩分布简图[11];c—拉萨地体南缘晚三叠世-中侏罗世岩浆岩分布简图;d—样品采集位置(来自google earth卫星图)JSSZ—金沙江缝合带;BNSZ—班公湖-怒江缝合带;IYSZ—印度河-雅鲁藏布江缝合带

晚三叠世—中侏罗世侵入岩零星展布于拉萨地体南缘(图 1-c),主要由英云闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、闪长岩等中酸性岩浆岩组成,被认为是新特提斯洋早期俯冲的岩浆响应[14-17]。近来,在曲水发现与新特提斯洋早期俯冲有关的镁铁质侵入体,其锆石U-Pb年龄约为212Ma[5]。同时期火山岩主要为分布于拉萨地体东部的叶巴组火山岩,近来,在日喀则、桑日等地区也发现了该时期的火山岩[6, 18-19],其出露的岩石类型在各个区域有所不同,叶巴组主要为玄武岩、玄武安山岩和流纹岩、英安岩构成的双峰式火山岩[20-25];日喀则地区主要出露中酸性火山岩,雄村斑岩铜金矿产于其中[9];桑日地区主要出露偏基性的玄武岩、安山岩[19]

2 样品描述

用于锆石U-Pb测年及Lu-Hf同位素分析的2个样品(TD134、TD136)采自拉萨地体南缘日喀则西北部,其南侧紧邻日喀则弧前盆地(图 1-cd)。样品采集点侵入体出露面积较小,与北侧火山岩地层呈喷发不整合接触。样品TD134为闪长岩,灰白色,细粒结构,块状构造,主要矿物为斜长石(含量约40%)、钾长石(含量约15%)、角闪石(约20%)、石英(约15%)、黑云母(约3%),副矿物为磁铁矿、榍石、锆石等;样品TD136为花岗闪长岩,灰白色,中细粒结构,块状构造,主要矿物为斜长石(约35%)、钾长石(约15%)、角闪石(约15%)、石英(约25%)、黑云母(约1%),副矿物为锆石、磁铁矿等(图 2)。另外,选用TD136附近线性分布的7个样品(TD136-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7)进行主量和微量元素分析。

图 2 侏罗纪花岗岩类岩石学特征 Fig.2 Petrological features of Jurassic granitoids Pl—斜长石;Am—角闪石;Q—石英
3 分析方法

锆石分选由河北省地质测绘院岩矿实验测试中心完成,将挑选出的锆石粘贴制成环氧树脂样品靶,经过打磨抛光使锆石露出中心后进行透射光、反射光和阴极发光(CL)显微照相,阴极发光显微照相在北京中兴美科科技有限公司采用扫描电镜完成,加速电压为15kV。锆石U-Pb同位素定年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室利用LA-ICP-MS分析完成,激光剥蚀系统为GeoLas 2005,电感耦合等离子质谱(ICP- MS)为Agilent 7500a,激光斑束直径为32μm,载气为氦,气流速度为270mL/min,工作电压为27.1kV,激光能量密度为29J /cm2,详细的仪器操作过程和定年数据处理方法见参考文献[26-27],实验过程采用Nist 610 GJ-1和91500内标控制的方法,每隔5个数据点分别用2个91500标样校正,采用软件ICPMSData⁃Cal7.4对分析数据进行离线处理[26-27],以29Si作为内标校正锆石微量元素,采用Ludwig的方法[28]进行普通铅校正,锆石U-Pb年龄谐和图的绘制和MSWD的计算均采用Isoplot /Exver3[29],对小于1000Ma的岩浆锆石,采用206Pb/238U年龄,对大于1000Ma的锆石,采用207Pb/206Pb年龄,测试结果见表 1表 2

表 1 侏罗纪花岗岩类的LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb年龄分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating results of the Jurassic granitoids
表 2 侏罗纪花岗岩类锆石稀土元素分析结果 Table 2 REE analyses of zircon of the Jurassic granitoids

锆石Lu-Hf同位素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行,测定仪器为Nu Plasma HR(Wrexham, UK)多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP MS)。激光剥蚀系统为德国Microlas公司生产的Geolas 200M, 该系统由德国Lambda Physikk公司的ComPex 102 Excime激光器(工作物质ArF,波长193nm)与MicroLas公司的光学系统组成。分析结果见表 3

表 3 侏罗纪花岗岩类的锆石Lu-Hf同位素数据 Table 3 Zircon Hf isotope data of the Jurassic granitoids
4 分析结果

对样品TD134、TD136分别进行了锆石LA- ICP-MS测年,并对TD134中的锆石进行了Lu-Hf同位素分析。

4.1 锆石U-Pb测年

锆石阴极发光图像显示,锆石为短柱状自形晶,晶体形态及大小较一致,长度约100μm,宽度为60~90μm,长宽比为1~2,呈现密集的振荡环带结构,未发现继承锆石,但TD136样品中少数锆石具有较窄的边,可能反映岩浆期后事件的影响(图 3)。锆石稀土元素总量和Th/U值(0.32~1.47)较高,具明显的负Eu异常和正Ce异常,重稀土元素内部分馏明显(图 4),这些特征均显示其为典型的岩浆锆石[30],因此,锆石的结晶年龄能代表花岗闪长质岩的成岩年龄。2个样品都具有谐和的U-Pb年龄:TD134为180.1±0.8Ma(MSWD=0.014,n=25),TD136为175.0 ± 0.7Ma(MSWD=0.69,n=23)(图 4)。

图 3 侏罗纪花岗岩类部分锆石阴极发光图像及U-Pb、Lu-Hf测点 Fig.3 Representative zircon CL images and analytical points of the zircons from the Jurassic granitoids
图 4 侏罗纪花岗岩类锆石U-Pb年龄谐和图及相应的锆石稀土元素配分模式 Fig.4 U-Pb concordia diagrams and corresponding chondrite–normalized REE patterns of zircons from the Jurassic granitoids
4.2 锆石原位Lu-Hf同位素分析

样品TD134挑选16个点进行Lu-Hf同位素分析,测试结果见表 3。样品TD134的176Hf/177Hf值为0.282928~0.283153,176Lu/177Hf值为0.000974~0.001786,根据该样品的平均年龄(180.1Ma)计算εHf(t)值变化于+9.3~+17.3之间(平均值为+13.4),其TDM2=115.2~629.3Ma(平均值约为376.5Ma)。样品强烈亏损Hf同位素特征及年轻的亏损地幔二阶段模式年龄,意味着岩浆物质主要来自于地幔。

5 讨论 5.1 新特提斯洋早期北向俯冲的岩浆岩记录

2006年首次报道了紧邻雅鲁藏布江缝合带的侏罗纪侵入岩(188.1Ma)[14],证明新特提斯洋俯冲至少始于早侏罗世,而不是以前认为的以泽当岛弧为代表的白垩纪俯冲[36-37]。随后一系列成果的发表,使雅鲁藏布江缝合带北侧、拉萨地体南缘断续分布的晚三叠世—中侏罗世岩浆岩年龄上限被提到212Ma[5]。本文采集了日喀则西北部、雅鲁藏布江缝合带北侧的样品进行锆石U- Pb年龄测试,LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果为175~180.1Ma,证明晚三叠世—中侏罗世岩浆岩在拉萨地体南缘广泛存在。结合拉萨地体南缘目前发表的晚三叠世—中侏罗世岩浆岩数据,建立了拉萨地体南缘晚三叠世—中侏罗世岩浆岩的空间分布格架(图 1-b表 4)。

表 4 拉萨地体南部晚三叠世—中侏罗世岩浆岩锆石U-Pb年龄数据(表中序号①~⑧与图 1-cd序号相对应) Table 4 Summary of the zircon U-Pb isotopic ages of the Late Triassic to Middle Jurassic magmatic rocks on the southern margin of Lhasa terrane
5.2 地球动力学背景及其成矿潜力

通过对雅鲁藏布江蛇绿岩地球化学特征研究,前人提出新特提斯洋在侏罗纪、白垩纪存在一系列岛弧(洋内弧),并依次拼贴,最终于古近纪拼贴到拉萨地块南缘[38],与前人鉴定的雄村岛弧[8-9]、泽当岛弧[36, 39]研究结果一致。本次研究结果进一步证明了雄村地体的岛弧属性。①除仲巴地体外,无早于侏罗纪沉积地层的报道,说明拉萨地体南缘缺少古老陆壳的结晶基底,这与Hf同位素填图结果一致[40-41],因此,本文报道的早侏罗世岩浆岩在上升过程无古老陆壳物质混染,为岛弧成因。②具古老陆壳基底区域,岩浆上升过程中很难不受其混染的影响[42],样品强烈亏损的Hf同位素特征(εHf(t)平均值为+13.4),证明其岩浆上升过程中无古老陆壳物质的混染,为岛弧成因(图 5-a)。③Sr-Nd-Hf同位素对判别源区特征具有良好的效果,图 5-a中,拉萨地体南缘晚三叠世—侏罗纪岩浆岩Hf同位素强烈亏损,εHf(t)值为+9~+18,指示拉萨地体南缘晚三叠世—侏罗纪岩浆岩源于地幔,无古老陆壳物质混染;图 5-b中,晚三叠世—中侏罗世岩浆岩样品Nd同位素强烈亏损,Sr同位素弱亏损,投入雅鲁藏布江蛇绿岩的Sr-Nd同位素区域,代表该岩浆岩的源区与雅鲁藏布江蛇绿岩相似,并且在岩浆侵位过程中无古老陆壳物质的混染,为岛弧成因。

图 5 拉萨地体南缘晚三叠世—中侏罗世岩浆岩Sr-Nd-Hf同位素特征 Fig.5 Sr-Nd-Hf isotopic characteristics of the Late Triassic to Middle Jurassic magmatic rocks on the southern margin of Lhasa terrane

斑岩型矿床成矿地质背景包括岛弧、陆缘弧、碰撞造山、板内[34]。其中岛弧环境易形成斑岩铜-金矿[43],经典成矿省为西南太平洋岛弧带,典型矿床包括Panguna、Batu、Dizon、Lepanto- F、Tanpakan、Hijau等[44-45]。近年来,在拉萨地体南缘相继发现了与新特提斯洋俯冲有关的早—中侏罗世雄村特大型斑岩-浅成低温热液铜金矿[8-9],晚白垩世克鲁、桑布加拉矽卡岩铜金矿[46-49],与班公湖-怒江洋南向俯冲有关的白垩纪多不杂富金斑岩型铜矿[50-51],其成矿岩浆均为岛弧成因。因此,拉萨地体南缘侏罗纪—白垩纪火山岩(如雄村组火山岩、桑日群火山岩)具有良好的找矿远景。

6 结论

(1) 日喀则西北部(雄村铜金矿两侧)花岗闪长质侵入体LA- ICP- MS锆石U- Pb年龄为175~180.1Ma,结合文献中拉萨地体南缘晚三叠世—中侏罗世岩浆岩的锆石测年数据,建立了拉萨地体南缘晚三叠世—中侏罗世岩浆岩的空间分布格架。

(2) 花岗闪长岩强烈亏损Hf同位素特征(εHf(t)平均值为+13.4)指示其为岛弧成因,且与斑岩铜金成矿系统有密切关系。结合目前拉萨地体南缘晚三叠世—白垩纪岩浆岩的岛弧属性及斑岩铜金系统,认为未剥蚀的晚三叠世—白垩纪火山岩为斑岩铜金系统的找矿远景区。

致谢: 资料收集阶段得到成都理工大学杨宗耀同学的大力帮助,实验过程中得到中国地质大学(北京)相鹏博士的悉心指导,在此深表感谢。

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