地质通报  2019, Vol. 38 Issue (7): 1127-1135  
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陈兰朴, 黄泽森, 江巴多吉, 达瓦次仁, 塔尔杰. 西藏神公地区典中组火成岩锆石U-Pb年龄及地球化学特征[J]. 地质通报, 2019, 38(7): 1127-1135.
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Chen L P, Huang Z S, Jiangba D J, Dawa C R, Ta E J. Zircon U-Pb age and geochemical characteristics of igneous rocks from the Dianzhong Formation in the Shengong area of Tibet[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(7): 1127-1135.
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基金项目

中国地质调查局项目《冈底斯-喜马拉雅铜矿资源基金项目》(编号:121201010000150014-10)

作者简介

陈兰朴(1990-), 男, 在读博士生, 矿产普查与勘探专业。E-mail:649268215@qq.com

通讯作者

黄泽森(1988-), 男, 硕士, 工程师, 矿物学、岩石学、矿床学专业。E-mail:289700742@qq.com

文章历史

收稿日期: 2018-08-20
修订日期: 2018-11-29
西藏神公地区典中组火成岩锆石U-Pb年龄及地球化学特征
陈兰朴1 , 黄泽森2 , 江巴多吉3 , 达瓦次仁3 , 塔尔杰3     
1. 中国地质大学(武汉)资源学院, 湖北 武汉 430074;
2. 四川省地质矿产勘查开发局二零七地质队, 四川 乐山 614200;
3. 西藏工程勘查施工集团有限责任公司, 西藏 拉萨 850000
摘要: 新特提斯洋俯冲消减、印度-亚洲板块碰撞导致西藏冈底斯构造带分布大量火成岩,其形成年龄尚存在一定争议,形成时代及构造意义对揭示板块运动信息具有重要意义。对神公地区典中组火成岩样品分别进行了锆石U-Pb同位素测年和元素地球化学分析,结果表明,典中组底顶部火成岩锆石U-Pb年龄值分别为65.37±0.58Ma和57.42±0.20Ma;该套火成岩主要为钙碱性系列岩石,稀土元素配分曲线表现为轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的右倾形态,且负Eu异常明显,K2O/Na2O值平均为1.57,微量元素Rb/Sr值平均为1.78,Nb/Ta值平均为13.28,Rb、Th、U、Pb等大离子亲石元素富集,Nb、Ta、Ti亏损。由此认为,典中组火成岩是在俯冲碰撞背景下,来自地幔和地壳的岩浆以不同比例混合形成的,可能指示了新特提斯洋关闭引起的洋壳俯冲作用。
关键词: 典中组    神公地区    火成岩    锆石U-Pb年龄    地球化学    
Zircon U-Pb age and geochemical characteristics of igneous rocks from the Dianzhong Formation in the Shengong area of Tibet
CHEN Lanpu1, HUANG Zesen2, JIANGBA Duoji3, DAWA Ciren3, TA Erjie3     
1. Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences(Wuhan), Wuhan 430074, Hubei, China;
2. No. 207 Geological Party, Sichuan Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development, Leshan 614200, Sichuan, China;
3. Tibet Engineering Survey Construction Group Co., Ltd., Lhasa 850000, Tibet, China
Abstract: The subduction of the Neo-Tethyan Ocean and the collision of the India-Asia plate resulted in the distribution of large amounts of igneous rocks in the Gangdise tectonic belt in Tibet, whose age remains in dispute, and the exact age and tectonic significance are important for revealing the information of plate movement. In this study, the U-Pb isotopic age of zircon samples from the Dianzhong Formation in Shongong area was determined, and the geochemical analysis of major elements, trace elements and REE was carried out. The result indicates that the age of igneous rocks at the bottom and top of the Dianzhong Formation is 65.37±0.58Ma and 57.42±0.20Ma, respectively. The distribution curve of REE shows the rightward form of LREE concentration and HREE loss, with obvious negative Eu anomalies. The average ratio of K2O/Na2O, Rb/Sr and Nb/T is 1.57, 1.78 and 13.28, respectively. The Dianzhong Formation igneous rocks in Shongong area are enriched in Rb, Th, U and Pb and depleted in Nb, Ta and Ti. The authors hold that the igneous rocks of the Dianzhong Formation were formed by magmatic mixing of the mantle and the crust in different proportions in the background of subduction collision, which may indicate the subduction of oceanic crust caused by the closure of the Neo-Tethyan Ocean.
Key words: Dianzhong Formation    Shongong area    igneous rocks    zircon U-Pb age    geochemistry    

西藏神公地区位于冈底斯构造带南部,分布有大量的钙碱性系列火成岩,形成于晚侏罗世—古近纪,其中以林子宗群中酸性火成岩为主体岩系,该套岩系自下而上划分为典中组、年波组、帕那组。以往研究表明[1-3],该套火成岩系的形成与新特提斯洋俯冲闭合及随后的印度-欧亚大陆碰撞事件关系密切,蕴含丰富的陆块碰撞的动力学信息,因此得到广泛的关注。

近年来,典中组火成岩的喷发时间及形成环境的研究一直是印度-欧亚板块碰撞活动研究的热点。周肃等[4]利用Ar-Ar定年得到林周盆地典中组火成岩的年龄值为64.4~60.5Ma;聂国永等[5]通过堆龙德庆县马区典中组底部底砾岩的研究认为,印度-欧亚大陆的碰撞时限约为65Ma;胡新伟等[6]测得措勤地区典中组火成岩的K-Ar同位素年龄值为63.9Ma,且稀土元素特征表现为轻稀土元素富集,负Eu异常,微量元素Rb、Ba、K、Th、U富集,Ti、P、Sr、Ta亏损,并认为典中组火成岩源于俯冲带幔源基性岩浆与陆壳重熔酸性岩浆的不同比例混合;梁银平等[7]利用U-Pb测年得到朱诺地区典中组上部流纹质凝灰岩的年龄值为64.8±1.6Ma,并指出典中组火成岩具有岛弧火成岩的特点。

本文在前人研究成果的基础上,对冈底斯构造带神公地区典中组顶底中酸性火成岩进行了锆石U-Pb同位素定年及主量、稀土和微量元素测试,进一步厘定该地区典中组火成岩的形成时限,同时探讨其构造环境意义,为青藏高原的构造演化提供新的依据。

1 区域地质背景

冈底斯构造带位于青藏高原南部,呈近东西向展布,长约2000km,北以班公湖-怒江结合带为界,南以印度河-雅鲁藏布江缝合带为界,构成南北宽100~300km的带状岩浆岩分布区,指示了裂隙式喷发的特征[8]。研究区位于冈底斯构造带的次一级构造单元隆格尔-工布江达弧背断隆带的神公地区(图 1),区内白垩纪—古近纪中酸性火成岩广泛分布,记录了印度-欧亚板块碰撞过程的岩浆活动信息。晚侏罗世末期,欧亚陆块南缘的特提斯洋开始向北俯冲消减,至晚白垩世,俯冲消减持续进行,海水下降明显,沉积了一套海相-陆相红色砂泥岩,至晚白垩世末期,特提斯洋俯冲消减速度加快,最终形成岛弧背景下的火山喷发活动。

图 1 研究区构造位置地质简图 Fig.1 Simplified geological map of the tectonic location of the study area

典中组中酸性火成岩厚度为635.7~1200m,岩石类型主要包括安山岩、流纹岩、英安岩,以及相应的火山碎屑岩,另少见火山集块岩,与下伏晚白垩世设兴组紫红色泥砂岩之间呈角度不整合接触关系,底部局部可见底砾岩,上部与年波组火山-沉积岩系呈平行不整合接触。

2 样品及实验条件

研究区典中组火成岩出露面积广,主要为一套中酸性火成岩,岩石类型主要有英安岩、安山岩、流纹岩,以及相应的火山碎屑岩。另外,在底部可见基性玄武安山岩。对主要岩石类型简要描述如下。

英安岩:灰绿色,斑状结构,块状构造,斑晶含量约25%,几乎都由石英组成,偶见斜长石斑晶,基质含量约75%,主要由隐晶长英质成分组成,部分硅化重结晶形成细粒集合体状石英和少量鳞片状绢云母,集合体状石英多呈完全长条状(图 2-ad)。

图 2 研究区中组主要火成岩类型 Fig.2 The main igneous rock types of Dianzhong Formation in the study area a—灰绿色英安岩;b—浅灰绿色玄武安山岩;c—安山岩,具斑状结构,基质显微嵌晶结构;d—英安岩,具斑状结构,基质显微嵌晶结构。Pl—斜长石;Bt—基性斜长石

玄武安山岩:浅灰绿色,斑状、聚斑结构,基质为玻基交织结构,块状构造。主要由斑晶和基质组成。斑晶:斜长石占10%~20%,呈自形板状晶及聚斑产出,轻微碳酸盐化,具环带结构,以中性斜长石为主;基质占70%~80%,由微细晶斜长石和玻璃质、铁质、磁铁矿和少量橄榄石组成,组成玻基交织结构,橄榄石呈半自形粒状细晶产出(图 2-b)。

安山岩:浅灰色,斑状结构,基质具微晶结构,块状构造。主要由斑晶、基质组成。斑晶:斜长石微晶,占25%~30%,半自形柱状,碎裂纹发育,有隐约的环带构造,偶见角闪石,半自形柱状;基质以斜长石微晶为主,占60%~65%,呈定向-半定向排列,有强绿帘石化、绿泥石化,少见微小的杏仁体,由绿泥石、硅质充填(图 2-c)。

以神公地区典中组火成岩为研究对象,采集火成岩样品12件。选取顶底的DPM013TW19(英安岩)、DPM013TW25(玄武质安山岩)样品进行LAICP-MS锆石U-Pb同位素测试,测试结果见表 1。同时,对10件样品分别进行主量、微量和稀土元素测试,测试结果见表 2

表 1 典中组火成岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb测试分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb data of Dianzhong Formation igneous rocks
表 2 典中组火成岩主量、微量、稀土元素测试分析结果 Table 2 Analytical results of major elements, trace elements and REE in Dianzhong Formation igneous rocks

在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室使用激光剥蚀等离子体质谱仪分析完成锆石U-Pb同位素测试,激光束直径32μm,以氦为载气,以标准锆石91500为外标进行同位素分馏校正,数据采用ICPMSDataCal10.2软件处理,详细的实验操作见Liu等[9]。主量、微量、稀土元素均在西南冶金地质测试中心完成,其中主量元素采用XRF法测定,微量、稀土元素采用ICP-MS法测定。

3 锆石U-Pb同位素年龄

典中组底部和顶部玄武安山岩样品DPM013TW25和英安岩样品DPM013TW19的锆石特征相似,均呈无色透明、长柱状或短柱状,且自形程度较高,在CL图像上可见明显岩浆成因特征的振荡生长环带(图 3)。另外,底部样品DPM013TW25锆石的Th/U值为0.83~1.29,平均值为1.04;顶部样品DPM013TW19锆石的Th/U值为0.59~1.55,平均值为0.79(表 1),也反映了岩浆成因特征[10]

图 3 典中组火成岩锆石阴极发光图像 Fig.3 Cathodoluminescence images of zircons from Dianzhong Formation igneous rocks

测试结果表明,底部样品(DPM013TW25)15个测点的206Pb/238U年龄值分布于62.2~67.7Ma之间,在U-Pb谐和图(图 4-a)上,这些测点均落于谐和线上或其附近,给出的206Pb/238U年龄加权平均值为65.37±0.58Ma(2σ;MSWD=1.7),指示了典中组底部火成岩的形成时代,代表了典中组岩浆活动的起始时间,同时,也代表了林子宗火成岩最初的形成年龄。顶部样品(DPM013TW19)16个测点的206Pb/238U年龄值分布于56.2~59.2Ma之间,在UPb谐和图(图 4-b)上,这些测点均落于谐和线上或附近,给出的206Pb/238U年龄加权平均值为57.42±0.20Ma(2σ;MSWD=4.9),指示了典中组顶部火成岩的形成时代,同时也代表了典中组岩浆活动的终止时间。

图 4 典中组火成岩锆石U-Pb谐和图 Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagrams of Dianzhong Formation igneous rocks a—典中组底部玄武安山岩样品DPM013TW25;b—典中组顶部英安岩样品DPM013TW19
4 地球化学特征

本次研究选取研究区典中组10件火成岩样品分别进行主量、微量和稀土元素分析,测试结果见表 2

4.1 主量元素

主量元素测试结果表明,典中组火成岩样品的SiO2含量为60.58%~74.13%,平均值为66.47%,Al2O3含量为13.17% ~15.79%,平均值为14.99%,全碱(Na2O+K2O)含量为5.35%~9.44%,平均值为7.32%,里特曼组合指数为1.63~3.34,平均值为2.33,属钙碱性系列岩石。在TAS图解(图 5-a)中,典中组火成岩样品点落入中酸性火成岩区域,位于亚碱性岩石范围;在Na2O-K2O图解(图 5-b)中,除2个样品外,其余样品点均落在钾玄岩范围。K2O/Na2O值介于0.51~2.18之间,平均值为1.35,而钾玄岩的出现被认为是大洋岩石圈俯冲结束,陆内汇聚开始的重要标志[7, 13]。总体看,研究区典中组火成岩样品与杨辉等[14]报道的西藏马乡地区和胡新伟等[6]报道的西藏措勤地区典中组火成岩类似,以钙碱性系列岩石为主,显示富碱、富硅的特征。

图 5 典中组火成岩TAS图解(a)及K2O-Na2O图解(b) Fig.5 TAS (a) and K2O-Na2O (b) diagrams of Dianzhong Formation igneous rocks (a底图据参考文献[11], b底图据参考文献[12])
Pc—苦橄玄武岩;B—玄武岩;O1—玄武安山岩;O2—安山岩;O3—英安岩;R—流纹岩;S1—粗面玄武岩;S2—玄武质粗面安山岩;S3—粗面安山岩;T—粗面岩、粗面英安岩;F—副长石岩;U1—碱玄岩、碧玄岩;U2—响岩质碱玄岩;U3—碱玄质响岩;Ph—响岩;Ir—碱性(上方)和亚碱性(下方)分界线
4.2 稀土元素

稀土元素因地球化学性质相似,在地质作用过程中往往表现为相似的地球化学行为,具有良好的成岩指示信息,而广泛应用于成岩流体性质及成岩环境分析的研究中[15]。研究区典中组10个火成岩样品的稀土元素分析结果如表 2所示。稀土元素总量(∑REE)普遍偏高,除1个样品较低(84.78×10-6)外,其余样品的∑REE值多为168.52×10-6~374.62×10-6,平均值为281.03×10-6;轻、重稀土元素比值偏大,在7.92~17.35之间,平均值为12.53,(La/Yb)N值分布在6.77~25.13之间,平均值为15.76,反映轻重稀土元素经历了较强的分馏作用,呈现轻稀土元素富集、重稀土元素相对亏损的特征。另外,(La/Sm)N值在3.75~9.60之间,(Gd/Yb)N值在0.99~1.88之间,反映LREE(轻稀土元素)相对HREE(重稀土元素)经历了更高程度的分馏作用。

从稀土元素球粒陨石标准化配分图解(图 6-a)可以看出,研究区典中组火成岩稀土元素配分曲线表现为轻稀土元素富集、重稀土元素相对亏损的右倾形态。另外,Eu具明显的负异常,δEu值分布在0.42~0.89之间,平均值为0.71,可能与岩浆结晶分异造成的斜长石析出有关[17]。典中组火成岩样品的稀土元素组成特征与区内同时期的钙碱性中酸性火成岩类似。

图 6 典中组火成岩稀土元素配分模式(a)和微量元素蛛网图(b)(原始地幔数据据参考文献[16]) Fig.6 REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element patterns (b) of Dianzhong Formation igneous rocks
4.3 微量元素

研究区典中组10组火成岩微量元素测试结果见表 2,Sr、Zr、Hf、Ce等元素含量普遍偏高,且接近于贾建称等[18]测定的林子宗群火成岩微量元素值。Rb/Sr值在0.12~6.38之间,平均值为1.52,高于陆壳均质0.24[8],另外,Nb/Ta值在12.51~19.33之间,平均值为14.94,介于地幔标志值17.5[16]和地壳标志值11~12[19]之间,说明典中组火成岩的岩浆来源和地幔、地壳有关,可能为二者以不同比例混合的产物。典中组火成岩的微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 6-b)与前人的研究结果相似[6, 14],表现为明显的“峰谷”特征,即Rb、Th、U、Pb等大离子亲石元素富集,Nb、Ta、Ti亏损,并呈“槽谷”形态。Nb、Ta、Ti的槽谷形态可能与俯冲碰撞环境有关[8, 20],且明显的Ti谷也说明有陆壳物质的混入。因此认为,典中组火成岩是在俯冲碰撞背景下,幔源和壳源岩浆以不同比例混合形成的。

5 讨论

通过对典中组顶底岩浆锆石U-Pb同位素定年可知,典中组岩浆活动发生在65.37±0.58~57.42± 0.20Ma之间,与冈底斯构造带其他地区典中组火成岩测得的年龄值基本一致,表明典中组岩浆活动开始于晚白垩世,结束于古新世末,同时进一步确认林子宗群火成岩的形成时期为晚白垩世,与印度-欧亚板块开始发生碰撞的时间65/70Ma基本吻合[8]。主量元素分析表明,研究区典中组火成岩样品的里特曼组合指数平均值为2.33,属钙碱性系列岩石,TAS图解中,典中组火成岩样品基本分布在中酸性火成岩区域,位于亚碱性岩石范围,稀土元素组成特征也说明研究区典中组火成岩属钙碱性中酸性火成岩范畴,同时,K2O/Na2O值较高,平均值为1.35;在Na2O-K2O图解中,典中组火成岩样品基本落在钾玄岩范围,指示了俯冲造山的构造背景。结合前人的锶、氧同位素研究结果[6],典中组火成岩为壳源岩浆和幔源岩浆以不同比例混合的产物。大离子亲石元素Rb、Th、U、Pb的富集,Nb、Ta、Ti等元素的亏损进一步说明俯冲背景下岩浆中陆壳物质的混入。前人[6, 17]对冈底斯地区典中组火成岩形成的构造环境分析结果表明,典中组火成岩在相关图解中落入火山弧区域,指示其形成于俯冲造山的构造环境,且与古新世喜马拉雅特提斯洋壳向北大规模俯冲产生的远程效应有关。结合区域地质背景,认为典中组火成岩形成于印度-欧亚板块碰撞期间的白垩纪末—古近纪初,为俯冲构造背景下的造山带环境中幔源和壳源岩浆以不同比例混合的产物。

6 结论

(1)冈底斯构造带神公地区典中组底部火成岩样品DPM013TW25锆石U- Pb年龄为65.37 ± 0.58Ma,顶部火成岩样品DPM013TW19锆石U-Pb年龄为57.42±0.20Ma,指示典中组火成岩形成的年龄时限为65.37~57.42Ma,限定典中组火山活动发生在白垩纪末—古近纪初,也指示了林子宗群火成岩最开始形成的时期,同时也限定了林子宗群火成岩与下伏地层之间不整合接触面的形成时间。

(2)典中组火成岩主要为一套钙碱性系列中酸性火成岩,与区内同时期火成岩类似,Rb、Th、U、Pb等大离子亲石元素富集,Nb、Ta、Ti等因亏损呈现“槽谷”形态,Rb/Sr值在0.12~6.38之间,Nb/Ta值在12.51~19.33之间,表明典中组火成岩中含有大量陆壳成分,为俯冲碰撞背景下的岛弧环境中幔源岩浆和壳源岩浆混合的产物,可能与新特提斯洋关闭引起的洋壳俯冲作用有关。

致谢: 感谢审稿专家的宝贵意见和编辑的精心审阅,感谢参加野外考察及取样工作的所有专家、同志,感谢西南冶金地质测试中心等单位对实验测试的精心指导和帮助。

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