地质通报  2019, Vol. 38 Issue (9): 1403-1416  
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韩飞, 黄永高, 李应栩, 贾小川, 杨学俊, 杨青松, 严刚, 李道凌. 西藏冈底斯中段南木林地区始新世岩浆作用的厘定及其大地构造意义[J]. 地质通报, 2019, 38(9): 1403-1416.
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Han F, Huang Y G, Li Y X, Jia X C, Yang X J, Yang Q S, Yan G, Li D L. The identification of the Eocene magmatism and tectonic significance in the middle Gangdise magmatic belt, Nanmulin area, Tibet[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(9): 1403-1416.
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基金项目

国家重点研发计划项目《西藏山南地区铍锡多金属矿调查评价》(编号:2016YFC0600308)、中国地质调查局地质调查项目《山南地区1:5万水系沉积物测量采样》(编号:DD20190147-01)和国家自然科学基金项目《西藏康雄岩金矿形成背景与矿体暴露程度研究》(编号:41702086)

作者简介

韩飞(1988-), 男, 硕士, 工程师, 从事区域地质调查和矿床成因研究。E-mail:cdhanfei7@163.com

文章历史

收稿日期: 2019-03-26
修订日期: 2019-05-30
西藏冈底斯中段南木林地区始新世岩浆作用的厘定及其大地构造意义
韩飞1,2,3 , 黄永高2,3 , 李应栩4 , 贾小川2,3 , 杨学俊2,3 , 杨青松2,3 , 严刚2,3 , 李道凌5     
1. 四川省地矿局四〇三地质队, 四川 峨眉 614200;
2. 四川省地质调查院, 四川 成都 610081;
3. 稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室, 四川 成都 610081;
4. 中国地质调查局成都地质调查中心, 四川 成都 610081;
5. 四川省阿坝州自然资源局, 四川 马尔康 624000
摘要: 选取南冈底斯中段南木林地区的二长花岗岩岩体进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年和全岩地球化学分析。分析结果显示,研究区二长花岗岩体的锆石U-Pb年龄为50.24±0.68Ma,为始新世岩浆活动的产物,是冈底斯岩基的重要组成部分。岩石地球化学特征表明,里特曼指数为1.66~1.94,具有钙碱性特征,A/CNK=1.11~1.15,显示出过铝质的特征,同时具有高硅、高钾(可达钾玄岩系列)特征。微量元素强烈富集Rb、Th、U等大离子亲石元素(LILE)及La、Ce等轻稀土元素,亏损Nb、Ta、Zr等高场强元素(HFSE),表现出弧型或壳源岩浆岩的地球化学属性。Sm/Nd值为0.45~0.57,平均值为0.53,显示出岩浆的深源特征。稀土元素(La/Yb)N值较高,平均值为9.25,轻稀土元素相对富集,重稀土元素相对亏损,且具有较显著的负Eu异常特征。综合研究表明,南木林花岗岩体形成过程为俯冲至断离的特提斯洋壳发生脱水作用,导致上覆地幔楔发生部分熔融,玄武质岩浆形成,岩浆随后上涌底侵至莫霍面附近,巨大的热烘烤作用迫使下地壳(富黏土或泥质岩)发生部分熔融,之后玄武质与长英质岩浆发生了广泛的混合作用,最后侵位成岩形成南木林地区广泛的含基性包体的花岗岩体。这为特提斯洋闭合、印度-欧亚板块碰撞的时限提供了同位素年龄证据,也丰富了冈底斯岩体成岩模式和地球化学特征。
关键词: 冈底斯    二长花岗岩    始新世    地球化学    大地构造    
The identification of the Eocene magmatism and tectonic significance in the middle Gangdise magmatic belt, Nanmulin area, Tibet
HAN Fei1,2,3, HUANG Yonggao2,3, LI Yingxu4, JIA Xiaochuan2,3, YANG Xuejun2,3, YANG Qingsong2,3, YAN Gang2,3, LI Daoling5     
1. No. 403 Geological Party, Sichuan Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Emei 614200, Sichuan, China;
2. Sichuan Institute of Geological Survey, Chengdu 610081, Sichuan, China;
3. Key Laboratory of Sichuan Province for Strategic Resources Evaluation and Utilization of Rare Metals and Rare Earth, Chengdu 610081, Sichuan, China;
4. Chengdu Center, China Geological Survey, Chengdu 610081, Sichuan, China;
5. Sichuan Aba Prefecture Natural Resources Bureau, Maerkang 624000, Sichuan, China
Abstract: The Nanmulin rock is located in the southern Gangdise center. In this study, the authors conducted systematical zircon LA-ICP-MS U-Pb dating and whole-rock geochemical analysis for the monzonitic granite in Nanmulin. The zircon U-Pb analyses demonstrate that the crystallization and emplacement age of the plutons is 50.24 ±0.68Ma, suggesting Eocene magmatic activities. It is an important part of the Gangdise batholith. Geochemical characteristics show that Rittmann index(σ) is 1.66~1.94, implying calc-alkaline series. The Al2O3 varies in the range of 11.82%~12.45%, whereas A/CNK varies in the range of 1.11~1.15, suggesting peraluminous characteristics. The granite is characterized by high SiO2(77.4%~78.18%, averagely 77.82%), high K (shoshonite series). Rb, Th, U and LREE are enriched but Nb, Ta, Zr and HREE are depleted, suggesting arc-related or earth crust geochemical affinities. Sm/Nd varies from 0.45 to 0.57, averagely 0.53, suggesting the deep source characteristics of magma. (La/Yb)N is high, averagely 9.25, suggesting enrichment of the LREE and depletion of HREE, with clear negative Eu anomaly. In summary, the process of granite petrogenesis resulted from subduction or breakoff of the Tethyan Ocean crust experiencing dehydration. This action resulted in partial melting of overlying mantle wedge and caused upward migration of basaltic magma near Moho. Huge thermal baking forces caused partial melting of the lower crust (clay-rich or argillaceous rocks). Magma mixing occurred from both basaltic magma and felsic magma. Nanmulin granite with MME was formed. This study provides isotope age evidence on the time of the closure of the Tethyan Ocean and Indian-Asian continental collision. Moreover, it enriches the diagenetic model and geochemical characteristics of Gangdise rock.
Key words: Gangdise    monzonitic granite    Eocene    geochemistry    tectonic structure    

青藏高原被称为地球的“第三极”,对全球气候、生态环境、资源有巨大影响,同时也是研究“陆陆碰撞”、“洋陆碰撞”、“弧陆碰撞”、“洋弧碰撞”等科学问题的理想场所[1-2]

拉萨地体(冈底斯)夹持于南部雅鲁藏布江缝合带(IYSZ)和北部班公湖-怒江缝合带之间,南北宽100~300km,东西延伸约2000km,是一条巨大的构造岩浆岩带[3-4]。东至雅鲁藏布大拐弯后呈南北走向进入缅甸境内,西抵印度、巴基斯坦,与拉达克(Ladakh)、科稀斯坦(Kohistan)相连,组成泛喜马拉雅岩浆弧[3]。拉萨地体从北至南进一步划分为北拉萨地体、中拉萨地体和南拉萨地体3个构造单元,并分别被狮泉河-纳木错蛇绿岩带(SNMZ)和洛巴堆-米拉山断裂(LMF)切分(图 1-a)。北带主要出露中酸性岩体,侵位时间跨越212~75Ma,岩性特征在时空上显示出差异性,总体来说东段表现出过铝质I型花岗岩特征,西段和中段则显示典型的I型花岗岩特征;中带出露岩体从时代跨度看,喜马拉雅期—印支期均有分布;南带是冈底斯岩体主体分布区,被看作是新特提斯洋北向俯冲-消减活动的岩浆响应,保存大量“构造-岩浆-变质-成矿”的时空演化记录[5],侵位时代为127~12Ma。该带岩体可分为4种类型,分别是俯冲型花岗岩类,时代为127~70Ma;同碰撞花岗岩类,时代为65~45Ma;同碰撞-后碰撞强过铝质花岗岩,时代在56~8Ma之间,该时代跨度的岩体是本次研究的主体;中新世岩体,时代在18~ 9Ma之间,莫宣学等[5]将最后一种类型划分为含铜斑岩带。纪伟强等[7]将冈底斯岩基的成岩时代划分为3个时期:晚三叠世—白垩纪末(205~80Ma)、古新世—始新世(65~41Ma)和渐新世—中新世(33~13Ma)。古新世—始新世岩浆活动强烈,是冈底斯岩浆作用的集中爆发期,该期侵入岩构成了冈底斯岩基的主体。

图 1 青藏高原构造单元划分[5](a)和研究区地质简图(b) Fig.1 Tectonic subdivision of the Tibetan Plateau (a) and simplified geological map of the study area (b)

岩石学、地层古生物等已经证实,古特提斯洋于230Ma左右已经闭合,而新特提斯洋于早三叠世已打开[8-11],冈底斯中南部一系列岩浆作用可能是新特提斯洋北向俯冲的响应[12]。冈底斯古近纪岩石成因存在广泛的争议,前人对冈底斯带岩浆作用进行了大量研究[13-24],目前主流观点有2种:一种观点认为,印度-亚洲大陆碰撞使特提斯洋板块俯冲速率降低,致使洋壳有充分的时间、空间与上覆岛弧岩石圈进行热交换,最后发生部分熔融[6, 25-26];另一种观点较普遍,认为该时期的岩浆活动是特提斯洋板片发生回转(rollback)、甚至断离(breakoff)导致软流圈上涌,地幔物质发生部分熔融形成基性岩浆,基性岩浆上侵诱发下地壳发生部分熔融,最后混合而成的[27-29];董国臣等[13, 30]通过岩石学、同位素年代学等方法,对冈底斯中段花岗岩类进行了细致的研究,认为该时期岩石是壳幔混合作用的结果,不同于后一种观点之处是地幔楔的熔融是基于俯冲大洋板片的脱水作用。

冈底斯火山岩浆弧是研究特提斯洋演化、欧亚大陆碰撞的重要窗口[31-32]。本文在详细的野外调查基础上,通过锆石U-Pb同位素年龄、地球化学特征,探讨了南木林地区花岗岩成因和大地构造意义,为认识南冈底斯中段新生代岩浆-构造演化提供了基础资料,并为新特提斯洋的俯冲消减演化过程提供来自岩浆岩方面的约束。

1 地质背景

研究区位于南拉萨地体冈底斯岩浆弧中段,潘桂棠等[33]所划分的拉达克-冈底斯-下察隅火山岩浆弧带,1:5万区域地质调查南木林等4幅图范围内。岩石地层分区属于冈底斯-喜马拉雅地层大区,横跨措勤-申扎地层分区和隆格尔-南木林地层分区。区内岩体大面积出露,主要侵位于晚古生代石炭纪—二叠纪陆源碎屑岩、林子宗群火山岩中,林子宗群火山岩包括典中组(E1d)、年波组(E2n)和帕那组(E2p),岩性为一套基性-中酸性-酸性陆源火山岩,年波组发育一套陆源碎屑沉积岩夹层,厚度较小。岩体时代跨度晚三叠世—中新世,总体看,晚三叠世和中新世岩体大面积分布于研究区东北部,岩性为花岗闪长岩、二长花岗岩等,而古新世—始新世岩体分布于南部,岩性为二长花岗岩和石英二长闪长岩(图 1-b)。本次采集的二长花岗岩(ηγE2)样品位于南木林县西北5km处,野外观察发现,其与林子宗群典中组具有明显的侵入接触关系(图版Ⅰ-abc),岩体中含有大量暗色微细粒基性包体(MME),大部分呈椭圆状,也可见“心”型、扁长杆状、火焰状等(图版Ⅰ-de)。

图版Ⅰ   PlateⅠ   a.二长花岗岩侵入典中组;b.二长花岗岩侵入典中组素描图;c.二长花岗岩基岩;d、e.二长花岗岩中暗色微细粒基性包体;f.二长花岗岩镜下特征。ηγE2—二长花岗岩;E1d—典中组;Qtz—石英;Pl—斜长石;Kf—钾长石;Bt—黑云母
2 岩石学及矿物学特征

南木林二长花岗岩野外露头较好,整体呈灰白色、灰色,岩石主要具中-细粒半自形粒状结构,似斑状构造,块状构造。岩石由斜长石(约26%)、钾长石(约33%)、石英(约33%)、黑云母(约3%)、普通角闪石(约4%),以及少量榍石、磷灰石、锆石、金属矿物等组成。钾长石呈淡肉红色,半自形-自形长板柱状,野外可见卡式双晶发育,镜下可以观察到格子双晶。少量钾长石颗粒可达12mm左右,为岩石的斑晶成分,含量约7%;斜长石呈半自形-自形长板柱状,聚片双晶发育;石英呈半自形-他形粒状,干涉色为一级灰白;黑云母呈片状,一组极完全解理,局部发生绿泥石化。整体来说岩石样品新鲜,无明显蚀变现象(图版Ⅰ-cf)。

3 分析方法

本文在详细的野外调查、剖面测制工作的基础上,选取同一岩体不同部位,采取新鲜、无蚀变样品,进行全岩地球化学测试和LA-ICP-MS锆石UPb测年工作。

岩石主量和微量元素均在中国冶金地质总局山东局测试中心测定,主量元素测定采用ARL9900XP型X射线荧光光谱仪(YQ054);微量元素采用X Series2电感耦合等离子体质谱仪(YQ006)分析。分析环境均在温度20~25℃和湿度40%~45%下进行。分析精度优于5%,详细分析方法见参考文献[34]。

二长花岗岩的锆石挑选、制靶和阴极发光照相在南京宏创地质勘查技术服务有限公司完成。具体实验步骤如下:采用常规方法粉碎至0.180~0.154mm(80~100目),并经过淘洗、电磁选、酒精精淘进行分选,得到300多粒锆石后,再在双目镜下挑选出晶形完整的锆石颗粒制作样品靶。将锆石颗粒粘在双面胶上,用标乐环氧树脂镶嵌固定,待环氧树脂充分凝固后,对其表面进行抛光打磨至锆石内部暴露,再进行锆石显微镜照相(透射光和反射光)、阴极发光(CL)及LA- ICP- MS分析。阴极发光采用TESCAN MIRA3场发射扫描电镜和TESCAN公司阴极发光探头进行锆石内部结构分析。

锆石U-Pb同位素定年在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室利用LAICP-MS分析完成。激光剥蚀系统为Coherent公司生产的193nm准分子激光系统,ICP-MS为Agilent 7700x电感耦合等离子质谱仪。激光剥蚀过程中采用氦气作载气,由一个T型接头将氦气和氩气混合后进入ICP-MS中。每个采集周期包括约30s的空白信号和60s的样品信号。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSDataCal完成[35-36]。U-Pb同位素定年采用锆石标准91500作外标进行同位素分馏校正,每分析6~8个样品点,分析2次91500。对于与分析时间有关的U-Th-Pb同位素比值漂移,利用91500的变化采用线性内插的方式进行了校正[35]。锆石U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot完成[37]

4 分析结果 4.1 岩石地球化学特征

二长花岗岩样品地球化学分析结果见表 1。分析结果表明,样品烧失量为0.12%~0.47%,显示新鲜、无蚀变的特征。SiO2含量介于77.4%~78.18%之间,平均77.82%,显示高硅特征;K2O含量为5.25%~ 6.31%,平均5.64%,显示高钾特征;全碱(Na2O+ K2O)含量较高,7.73%~8.25%,平均7.99%;里特曼指数(σ)为1.66~1.94,具有钙碱性特征。对样品进行Q-A-P三角图投图,落入花岗岩和二长花岗岩区域,与野外和显微镜下鉴定结果一致(图 2-a);在SiO2-K2O图解中,样品点全部落入钾玄岩系列,显示高钾特征(图 2-b);进行硅碱图投影,5个样品点均落在花岗岩区域,并呈现亚碱性特征(图 2-c);Al2O3含量在11.82%~12.45%之间,含量较低;铝饱和指数A/CNK=1.11~1.15,显示过铝质特征;在A/ CNK-A/NK图解(图 2-d)中,样品点落入过铝质系列区域;MgO含量分数介于0.06%~0.24%之间,平均0.13%,Mg#值为15.7~39.1,平均28.14。

表 1 西藏南木林始新世花岗岩地球化学测试结果 Table 1 Geochemical data of the Nanmulin Eocene granite, Tibet
图 2 南木林花岗岩Q-A-P(a)[38]、SiO2-K2O(b)[39]、SiO2-(Na2O+K2O)(c)[40]和A/CNK-A/NK(d)[41]图解 Fig.2 Diagrams of Q-A-P (a), SiO2-K2O (b), SiO2-(Na2O+K2O) (c) and A/CNK-A/NK (d) for Nanmulin granite 1—正长岩;2—二长岩;3—二长闪长岩;4—二长闪长岩;5—闪长岩;6—碱长石英正长岩;7—石英正长岩;8—石英二长岩;9—石英二长闪长岩;10—石英闪长岩、石英辉长岩、石英斜长岩;11—碱长花岗岩;12—花岗岩;13—花岗岩(二长花岗岩);14—花岗闪长岩;15—英云闪长岩、斜长花岗岩;16—富石英花岗岩;17—硅英岩;I、S-I型、S型花岗岩

在球粒陨石标准化稀土元素配分图(图 3-a)上,显示右倾斜平缓样式,(La/Yb)N值较高(6.47~ 12.66,平均9.25),远大于4.3,反映轻稀土元素(LREE)相对富集、重稀土元素(HREE)相对亏损特征,是LREE丰度较高的壳源物质参与岩浆作用的直观表现。同时也表现出较显著的负Eu异常,与岩石中含有丰富的斜长石现象吻合,δEu值变化范围不大(δEu=1.53~3.19,平均2.46)。原始地幔标准化微量元素蛛网图解显示(图 3-b),大部分样品强烈富集Rb、Th、U等大离子亲石元素(LILE)及La、Ce等轻稀土元素,亏损Nb、Ta、Zr等高场强元素(HFSE),表现出典型的俯冲带弧型或壳源岩浆岩的地球化学属性[43]

图 3 南木林花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(标准化数据据参考文献[42]) Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element diagrams (b) of Nanmulin granite
4.2 锆石U-Pb同位素特征

研究区二长花岗岩的锆石测试结果见表 2,其中具有代表性的锆石阴极发光(CL)图像如图 4所示,并标明了测试区域和锆石U-Pb年龄值。

表 2 西藏南木林始新世花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb测年结果 Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating results of the Nanmulin Eocene granite, Tibet
图 4 南木林花岗岩代表性锆石阴极发光(CL)图像 Fig.4 Representative zircon CL images of Nanmulin granite

从CL图像看,锆石颗粒大小总体较匀称,呈半自形-自形长柱状,较少为短柱状、双锥状。锆石大小普遍在100~200μm之间,长短轴比例普遍为2:1和3:1,个别可达到5:1,可见特征性的岩浆环韵律带状构造。从测试结果看,锆石的Th/U值均大于0.4,表明为岩浆作用成因[44-45]

二长花岗岩锆石17个测点显示206Pb/238U年龄值在47.5~51.9Ma之间,在207U/235Pb-206U/238Pb谐和图上,测试点基本落在谐和曲线上,表明这些代表性锆石没有明显的普通铅丢失现象,而本次选取的最后一个锆石测试点PM303b-21的阴极发光强度弱,206U/238Pb年龄显示为60.4±0.7Ma,偏离谐和曲线,且锆石形态有磨圆现象,表明该锆石发生了普通铅丢失或本身是继承类锆石,予以剔除。其他较离散型年龄数据,有些发生变质,有些明显发生普通铅丢失,均剔除。在置信度95%时,对17个测试点进行了年龄加权平均值计算,得出206U/238Pb年龄为50.24±0.68Ma(MSWD=2.6)(图 5)。代表了南木林这一期花岗岩的结晶时间,侵位时间一般略晚于结晶时间。

图 5 南木林花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图 Fig.5 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams of Nanmulin granite
图 6 花岗岩微量元素构造环境判别图(底图据参考文献[56-57]) Fig.6 Trace element discrimination diagrams for the interpretation of the tectonic environment of granites
5 讨论 5.1 地质时代

南木林二长花岗岩体位于南冈底斯岩基中部区域,本文对岩体锆石进行了U-Pb同位素定年,结果为50.24±0.68Ma。同时项目组对岩体中的基性包体(MME)进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年,结果为51.01±0.76Ma(内部资料),在误差范围内二者年龄几乎一致,显示出同时代成岩特征。Mo等[46-47]和Dong等[48]对冈底斯岩基花岗质岩体中基性包体进行了详细的年代学和地球化学研究,结果显示,其与寄主岩体存在密切的成因关系,被认为是基性岩浆底侵作用,而后混合地壳物质成分侵位而成。

在整个冈底斯岩浆带上,前人做过大量的研究,特别是中段、西段地区研究程度较高。在冈底斯中段区域,孟元库在谢通门—曲水一带采集花岗岩类和辉长岩体,获取锆石U-Pb同位素年龄41~ 55Ma[6, 45];喻思斌[15]对谢通门西侧达居岩体进行锆石U-Pb同位素定年,得到45.3~52.7Ma;丁小稀[16]对桑日闪长岩体定年为45~49Ma;丛源等[49]测得南木林县普洛岗乡花岗岩岩体原位锆石U-Pb同位素年龄为44.3~44.5Ma;杜等虎等[18]对厅宫铜矿勘查工作区的斑状二长花岗岩进行定年,获得年龄为48.88± 0.53Ma。在冈底斯西段区域,夏斌等[14]在麦拉获得黑云母二长花岗岩锆石U-Pb同位素年龄为47.1± 1.1Ma;董国臣[13]获得狮泉河南部那木如岩体获得年龄为45.4~46.7Ma;李洪梁等[50]在达若地区获得花岗斑岩年龄为61.1~61.9Ma,为古新世。本次在南木林区调图幅中也获得多组渐新世—始新世岩体同位素年龄。因此,南木林二长花岗岩体属于冈底斯岩基重要组成部分,侵位结晶时间是渐新世—始新世岩浆集中爆发期,在此期间广泛发育酸性岩和基性岩。

5.2 岩石成因和构造背景

本次选取的二长花岗岩样品整体显示出高硅(最高达78.18%)、钙碱性(σ=1.66~1.94)、过铝质(A/CNK=1.11~1.15)特征。从岩石矿物角度看,随着角闪石的分离结晶,岩浆中Al含量呈递增趋势。并且在南冈底斯南木林地区首次发现始新世可达钾玄岩系列的花岗岩体。一般认为,俯冲带内钾玄岩系列的出现,标志着大洋岩石圈俯冲结束、陆内汇聚的开始,是陆内岩浆活动的岩石学标志[51]。从前人已发表的文献数据看[7],整个冈底斯岩基可达到高钾-钾玄岩系列的岩石,主要发育于中新世(18~12Ma)的含铜斑岩带。

此次通过岩石地球化学研究发现,岩体具有轻稀土元素相对富集、重稀土元素亏损特征,同时富集Rb、Th、U等大离子亲石元素,而亏损Nb、Ta、Zr等高场强元素,表现出典型的俯冲带弧型或壳源岩浆岩的特点。Nb亏损现象反映了岩体在成岩过程中存在的2种可能情况:岩浆受到地壳物质的强烈混染或与源区流体的交代作用有关[7, 52-54]。亏损微量元素Ba、Sr、Eu,表明样品可能是壳源物质低程度部分熔融的产物[55],而非岩浆分离结晶的结果(图 3-a)。球粒陨石标准化稀土元素配分模式和原始地幔标准化微量元素蛛网图均与地壳演化相似,显示出壳源特征。

古新世—始新世是冈底斯岩基岩浆活动大爆发的时期,该时期的花岗岩类和林子宗火山岩构成冈底斯岩浆带的主体[5, 25, 32]。莫宣学等[5]对南冈底斯花岗岩基做过深入研究,认为该时期岩浆发生了同化混染作用,该带广泛分布有同碰撞-后碰撞的强过铝质花岗岩,时代跨度为56~8Ma,而且强调主要分布在北部及东、西段。据Pearce等[56-57]的构造环境判别图解,样品点投入火山弧花岗岩和同碰撞花岗岩区域,具有同碰撞-后碰撞和弧型构造环境的特征。Liegeoiset[58]认为,花岗岩的同碰撞环境和后碰撞环境是一个连续的、发展的谱系,并无截然界线。这也符合冈底斯造山带复杂的构造背景特征。

岩浆弧环境下的岩浆活动,岩浆有3个来源:俯冲的洋壳、俯冲带上覆的楔形地幔、地幔楔上面的陆壳或洋壳。笔者认为,俯冲带一般熔融过程是:随着洋壳俯冲,大洋板片和其携带的沉积物脱水,伴随着其他流体交代上覆地幔楔,发生部分熔融,形成岛弧和活动陆缘的钙碱性岩浆岩系列。

此次采集二长花岗岩样品矿物组合中含有较多黑云母和少量角闪石,是I型花岗岩中常见的矿物,也说明这是一期富水岩浆的成岩作用。δEu-(La/Yb)N图解(图 7-a)显示,岩石形成于壳幔混合型,MgO-TFeO图显示岩石具有岩浆混合成因的特征(图 7-b)。进一步分析发现,Rb/Sr-Rb/Ba图解(图 8-b)显示,混染的地壳成分原岩为富泥质或富粘土源区,而泥质岩部分熔融可以产生强烈的富钾和富铝的熔体[61]。Collins研究表明,Sm/Nd值可以很好地反映岩浆源区深度[62],本次所采集样品的Sm/Nd值为0.45~0.57,平均值为0.53,显示岩浆的深源特征。在R1-R2图解中,岩石落入幔源斜长花岗岩区域,同时显示出碰撞后A型花岗岩特征(图 8-a)。关于A型花岗岩,目前较一致的认识是,A型花岗岩形成于张性环境,Bowden[64]研究显示,岛弧区的A型花岗岩与总体挤压背景下局部的张性环境有关,而张旗等[65]则直接指出,A型花岗岩的实质是低压条件下的熔融花岗岩。因此笔者认为,此处显示A型花岗岩特征并非指狭义上的碱性、无水特征,而是显示整体碰撞岛弧环境下的局部拉张构造环境。结合其他学科研究成果,本次成岩事件很可能是俯冲的新特提斯洋壳发生一定折返,甚至断离,造成局部张性的构造环境。

图 7 花岗岩δEu-(La/Yb)N(a)和MgO-TFeO(b)图解(底图据参考文献[59]) Fig.7 δEu versus (La/Yb)N (a) and MgO versus TFeO (b) diagrams of granites
图 8 花岗岩类R1-R2多阳离子图解(a, 底图据参考文献[63])和Rb/Sr-Rb/Ba物源判别图解(b, 底图据参考文献[60]) Fig.8 Multi-cation diagram of the granite (a) and provenance discrimination of Rb/Sr-Rb/Ba (b)

印度-欧亚板块的碰撞时限是解释冈底斯大规模岩基形成的基础。冈底斯始新世岩石组合特征和地球化学特征与俯冲成因弧型花岗岩相似,因此部分学者认为,该套岩石是新特提斯板片持续俯冲成因。朱弟成等[23]认为,板块运动的主要驱动力为俯冲带大洋板片下沉引起的板片拖拉力。俯冲下插的大洋板片由于重力拖拽及折返,甚至断离会改变软流圈在楔形区的对流状态并造成软流圈上涌,超高热量的烘烤为岩石圈地幔甚至地壳的熔融提供巨大的能量。古新世—始新世冈底斯岩浆侵入作用和同期的林子宗群火山作用都非常剧烈,而且只局限在拉萨地体南缘这一狭长地带,也说明了印度板块俯冲成岩的原因。

多元组分的参与往往形成岩石矿物学和岩石地球化学组成多样的岩浆产物。从岩石组分分析,俯冲的洋壳成分为玄武质,如果发生局部熔融,结晶分异后可以形成长英质岩浆;楔形地幔成分为橄榄岩,可产生镁铁质岩浆;陆壳组分为玄武质或安山岩,可形成长英质岩浆。早中侏罗世,具有双峰式火山活动特征的叶巴火山弧,暗示雅鲁藏布洋盆(新特提斯洋)开始北向低角度俯冲[33],而后碰撞期始于主要洋盆闭合之后。在同碰撞-后碰撞环境下,酸性岩浆的成因主要是受幔源岩浆影响导致的地壳部分熔融,或是基性岩浆分异而成[30]

综合上述证据,笔者推测此次岩浆作用的过程:在50Ma前后,持续俯冲在冈底斯地体之下的新特提斯洋壳发生脱水作用,导致上覆的地幔楔发生部分熔融,玄武质岩浆形成,随后岩浆上涌底侵至莫霍面附近,巨大的热烘烤作用使下地壳(富黏土或泥质岩)发生熔融,之后玄武质与长英质岩浆发生广泛的混合作用,在岩浆侵位过程中已经混合的岩浆不同程度地混染了上地壳成分,最后结晶形成南木林地区广泛的花岗岩体,同时未完全混合的镁铁质成分呈包体形式出现(图 9)。本次野外采集的二长花岗样品中不同程度地发育镁铁质包体,是岩浆混合作用的显著标志。

图 9 南冈底斯中段始新世构造岩浆演化模式 Fig.9 The model of the tectonomagmatic evolution of the middle South Gangdise belt during Eocene (据参考文献[33, 66-67]修改)
5.3 地质意义

印度-欧亚大陆的碰撞时间至今尚未定论,各学科科学家分别从沉积古生物学、构造学、高压变质岩石学、古地磁、地球物理学等出发,提出自己的观点和证据,分别给出了板块碰撞的初始时间,跨度为70~34Ma,范围较广。例如,地球物理研究认为,其碰撞开始的时代应该在50Ma左右[68]。根据古地磁记录,50Ma左右,印度板块向欧亚板块运动的速率由15~25m/a突然降低,形成新的恒定速度,约为4m/a。根据前述讨论,笔者认为,该时段应该是特提斯洋壳折返或断离事件的响应。李国彪[69]通过对藏南最高海相层的厘定和形成时代(约40Ma),认为印度-欧亚板块的碰撞正式结束。

结合前人的同位素研究成果,冈底斯岩基主体侵位时间为50~40Ma,岩浆岩源区Sr-Nd同位素组成变化较大,向更亏损和更富集2个方向均有增大,反映岩浆源区或岩浆演化过程中可能既有更亏损地幔物质的贡献,又有古老地壳物质的加入[7]。南冈底斯始新世花岗岩整体Hf同位素特征符合地壳演化趋势,且具有明显增大的Hf同位素变化范围,在局部地区花岗岩锆石中出现负的εHf(t)值,表明岩浆源区发生了大规模熔融事件,岩浆作用过程中有古老地壳物质的加入,而这种地壳物质或许能为“多岛弧地块拼接”理论提供证据[33],也可能来源于印度板块。而本次通过南木林二长花岗岩体的研究,同样发现其具有很强的壳源属性,且具有深源的特征。因此笔者推测,本次成岩壳源成分可能来源于印度板块或下地壳的部分熔融。

大量的研究成果显示,林子宗群火山岩3个旋回的时间跨度为65~40Ma,这套陆相火山岩角度不整合于中生代设兴组、塔克那组之上。上、下2套岩石的构造变质、变形程度截然不同,下伏中生代地层褶皱、断层发育,而上覆林子宗群火山岩变质、变形较弱,只在局部范围可见火山喷发不整合现象(图 1-b)。笔者在整个南木林地区也观察到同时期的花岗质侵入岩呈岩基、岩株、火山通道相侵入于林子宗群火山岩中,直观证据表明二者是同时期岩浆作用的产物。林子宗群火山岩被认为是印度-欧亚板块碰撞岩浆响应的事实被广泛接受,而林子宗群火山岩底部最早时限为64.47Ma(40Ar/39Ar)[25],因此研究区具有相同年龄的花岗质岩石同样为印度-欧亚板块碰撞的产物。

本次通过岩石学、地球化学、年代学研究,结合前人研究成果,认为印度板块和欧亚板块碰撞时间不晚于50Ma。

6 结论

(1)南冈底斯南木林地区二长花岗岩LA-ICPMS锆石U-Pb年龄为50.24±0.68Ma,属于始新世岩浆活动的产物,为冈底斯岩浆大爆发时期。

(2)南木林始新世二长花岗岩具有高硅、高钾(达钾玄岩系列)、过铝质特征,富集大离子亲石元素,亏损高场强元素,显示岩浆具有弧形特征。

(3)南木林始新世二长花岗岩形成于特提斯洋俯冲消减带,整体碰撞岛弧环境下的局部拉张构造环境。印度板块与欧亚板块发生碰撞的大构造环境下,俯冲至断离的新特提斯洋壳发生脱水反应,诱发地幔楔部分熔融,上升的地幔基性熔岩烘烤下地壳,导致下地壳部分熔融,岩浆发生混合作用,混合的岩浆就位又混染了上地壳成分,最后结晶成岩。

(4)根据岩石学、地球化学、年代学研究,以及前人研究成果,推测印度板块和欧亚板块碰撞时间不晚于50Ma。

致谢: 文章得到中国地质调查局成都地质调查中心付建刚高级工程师的指导,野外工作得到四川省地质调查院同事的全力支持,锆石U-Pb同位素测年实验中得到中国科学院贵阳地球化学研究所戴智慧老师的指导,感谢审稿专家的辛勤付出,在此一并致以真挚的感谢。

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