地质通报  2020, Vol. 39 Issue (5): 608-620  
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王嘉星, 刘治博, 李海峰, 王超, 张开江, 孙渺. 西藏班公湖-怒江结合带中段早白垩世花岗闪长斑岩年龄、Hf同位素及地球化学特征[J]. 地质通报, 2020, 39(5): 608-620.
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Wang J X, Liu Z B, Li H F, Wang C, Zhang K J, Sun M. Age, Hf isotopes and geochemistry of Early Cretaceous granodiorite-porphyry in the middle segment of Bangong Co-Nujiang suture zone of Tibet[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(5): 608-620.
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基金项目

中国地质调查局项目《班公湖-怒江成矿带铜多金属矿资源基地调查》(编号:DD20160026)和《藏西北铜多金属资源基地综合调查评价项目》(编号:DD20190167)

作者简介

王嘉星(1995-), 男, 在读硕士生, 从事矿物学、岩石学、矿床学方面的研究工作。E-mail:18810598392@163.com

通讯作者

刘治博(1981-), 男, 博士, 助理研究员, 从事构造地质学研究工作。E-mail:geoleo@163.com

文章历史

收稿日期: 2019-06-05
修订日期: 2019-12-11
西藏班公湖-怒江结合带中段早白垩世花岗闪长斑岩年龄、Hf同位素及地球化学特征
王嘉星1, 刘治博2, 李海峰1, 王超1, 张开江3, 孙渺1    
1. 中国地质大学地球科学与资源学院, 北京 100083;
2. 中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037;
3. 成都理工大学地球科学学院, 四川 成都 610059
摘要: 西藏班公湖-怒江结合带中段分布大量早白垩世岩浆岩,其岩浆源区和岩石成因与班公湖-怒江洋的演化密切相关。对班公湖-怒江结合带中段东卡错地体发现的花岗闪长斑岩进行了系统的岩相学、年代学和地球化学研究。锆石U-Pb年龄结果显示,花岗闪长斑岩成岩时代为早白垩世(109.4±1.9 Ma)。样品显示出较高的SiO2(67.40%~69.48%)和Al2O3(15.66%~15.81%)含量及较低的Mg#值(19.03~21.48),具有高钾钙碱性系列岩浆岩特征;稀土元素总量较低(∑REE=196.45×10-6~207.6×10-6),轻稀土元素富集,重稀土元素亏损,轻、重稀土元素分异明显,且具有较明显的负Eu异常(δEu平均值为0.64);微量元素蛛网图总体呈右倾的锯齿状,富集大离子亲石元素,亏损高场强元素;锆石εHft)均为负值且变化范围不大(-4.21~-10.59),对应的Hf模式年龄t2DM在1438~1842 Ma之间,显示古老地壳的特征。综合以上特征并结合区域资料分析,认为东卡错地体发现的花岗闪长斑岩为I型花岗岩,来源于古老下地壳的部分熔融,可能是东卡错地体与北拉萨地体或聂荣地体/南羌塘碰撞过程中板片断离岩浆活动的产物。
关键词: 班公湖-怒江结合带    花岗闪长斑岩    锆石U-Pb年龄    锆石Hf同位素    
Age, Hf isotopes and geochemistry of Early Cretaceous granodiorite-porphyry in the middle segment of Bangong Co-Nujiang suture zone of Tibet
WANG Jiaxing1, LIU Zhibo2, LI Haifeng1, WANG Chao1, ZHANG Kaijiang3, SUN Miao1    
1. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
2. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
3. College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China
Abstract: Early Cretaceous igneous rocks are widely distributed in the middle segment of Bangong Co-Nujiang suture zone, and the nature of magma source and petrogenesis of these rocks are of great significance for the closure of the Bangong Co-Nujiang Ocean. The authors carried out systematic petrographic, geochemical and isotopic studies of the granodiorite-porphyries from Dongkaco microcontinent, middle segment of the Bangong Co-Nujiang suture zone.The results show that the granodiorite-porphyries have the age of 109.4±1.9 Ma by zircon U-Pb dating method, and granodiorite-porphyries are characterized by high K calc-alkaline series, enrichment of SiO2, Al2O3 and depletion of Mg#.The content of ∑REE is relatively low(196.45×10-6~207.6×10-6)and the rocks are relatively enriched in LREEs and depleted in HREEs. In the spider diagram the trace elements are inclined to the right in zigzag form and display enrichment of large-ion lithophile elements and relative depletion of high field strength elements.The granodiorite-porphyries have negative zircon εHf(t) values(-4.21~-10.59), corresponding to crustal Hf model ages of 1438~1842 Ma and showing the characteristics of the ancient crust.Combining the above characteristics with regional information, it is believed that the granodiorite-porphyries were found in the Dongkaco microcontinent and belonged to I-type granite, which may be the product of magmatic activity caused by the oceanic fragmentation during the collision between the Dongkaco micro-continent and the Central Lhasa or Nie Rong terrane.
Key words: Bangong Co-Nujiang suture zone    granodiorite-porphyries    zircon U-Pb age    zircon Hf isotope    

青藏高原作为早古生代以来几次大陆碰撞事件的地质融合体,有极其复杂的构造及演化史[1-4]。青藏高原自北向南由松潘复理石杂岩体、羌塘地体、拉萨地块和喜马拉雅地块组成。这些地体分别被金沙江结合带(JSSZ)、龙木错-双湖结合带(LSSZ)、班公湖-怒江结合带(BNSZ)及印度雅鲁藏布结合带(IYZSZ)分割[1-2, 5]

班公湖-怒江结合带(下文简称班-怒带)位于藏北腹地,东西延伸大于2000 km,南北分别受北拉萨地体和南羌塘地体约束,为班公湖-怒江洋闭合的痕迹[1, 6-7]。根据地理位置,该带以改则和丁青为界划分为西段、中段和东段[8-10]。以往研究表明,班-怒带中、西段具有多岛洋特点,多个小洋盆间以不同且相互独立的地体相隔[4, 11],其中,班-怒带中段已识别出聂荣地体[11]和东卡错地体[12-13]。Zeng等[12]通过对东卡错地区高镁安山岩(High-Mg Andesite,HMA)开展岩石学研究并结合邻区蛇绿岩记录的班-怒洋演化过程,提出东卡错地体(Dongka Tso Microcontinent,DMC)在早侏罗世已存在于班公湖-怒江洋内部,并将洋盆分割为南、北2个小洋盆,其中北部洋盆为安多洋,是主洋盆,南部洋盆为白拉小洋盆;研究表明,HMA成岩年龄为164~162 Ma,为中晚侏罗世;岩浆来源于俯冲沉积物部分熔融并受地幔楔明显交代作用,为白拉洋初始北向俯冲于东卡错地体背景下的产物。李海峰等[13]在同一地区的接奴群(J2-3jn)中识别出呈夹层产出的高镁流纹质岩石(High-Mg Rhyolitic Rocks; HMRR), 并对其进行详细的岩相学、年代学和地球化学研究,结合区域地层和蛇绿岩资料,提出HMRR形成于中晚侏罗世(163.3~161.1 Ma), 白拉洋北向俯冲至DMC之下或安多洋南向俯冲至DMC之下的陆缘弧背景;HMRR和HMA成岩时代和地球化学特征一致,为同源岩浆演化的产物。然而,由于地质记录的不完整性,前人对该地区的研究仅限于中晚侏罗世高镁岩石[14-15],对该区后期(早白垩世)构造演化过程并未深入探讨。

本次在该区内发现早白垩世花岗岩,并对其开展岩相学、年代学、岩石地球化学和锆石Lu-Hf同位素研究,深入讨论岩石成因、源区,并结合前人资料和区域构造背景,讨论该地区早白垩世构造演化过程。这不仅对东卡错地区早白垩世侵入岩进行更近一步的研究,更为整个班-怒洋演化提供详实的地质资料。

1 地质背景与样品描述

班-怒带南、北两侧分别为北拉萨和南羌塘地体约束,记录了班公湖-怒江洋的演化历史(图 1-a)。在班-怒带中段明显变宽的部位主要由北部错那地体、南部东卡错地体和达如错地体及其所夹蛇绿岩混杂带组成(图 1-b),除错那地体属聂荣地体的一部分外,其他地体可能是从冈瓦纳大陆裂离出来的陆壳碎片,经过不断沉积增生发展而来[21]。东卡错地体北以亚玛多-机部乡混杂带(YJS)为界,南为白拉-觉翁混杂带(BJS)所限。据现代沉积地层学、岩石学、岩石地球化学、同位素年代学等研究成果综合分析,东卡错地体地质演化过程主要经历了稳定-次稳定陆壳形成阶段、离散拉张阶段、挤压会聚阶段、碰撞造山阶段、高原隆升等阶段[22]

图 1 青藏高原和班公湖-怒江结合带构造格架图(据参考文献[13]修改;图中数据据参考文献[16-20]) Fig.1 Tectonic framework of the Tibetan Plateau and the Bangong Co-Nujiang suture zone(BNSZ) a—青藏高原构造格架图;b—班-怒带地质示意图;c—研究区地质图;BNSZ—班公湖-怒江结合带;SNMZ—狮泉河-纳木错混杂带;IYZSZ—印度-雅鲁藏布江结合带

研究区地层出露复杂(图 1-b),主要为古生界、上三叠统确哈拉群(T3Q)、中下侏罗统希湖群(J1-2X)、中上侏罗统接奴群(J2-3Jn)、去申拉组(K1q)、上白垩统竟柱山组(K2j)、古近系牛堡组(E1-2n)、古近系丁青湖组(E3d)及木嘎岗日群(JM)。上三叠统确哈拉群(T3Q)为一套碎屑岩和板岩组合;中下侏罗统希湖群(J1-2X)为一套浅海陆棚相沉积组合,主要岩性为粉砂质泥岩(粉砂质板岩)、泥质粉砂岩、长石石英粉砂岩、石英粉砂岩、细粒砂岩;中上侏罗统接奴群(J2-3Jn)为一套灰黑色千枚状板岩、粉砂质板岩与杂色碎屑岩组合;去申拉组(K1q)为一套中基性火山岩夹碎屑岩的沉积地层;上白垩统竟柱山组(K2j)为班-怒结合带闭合后碰撞造山阶段的一套山间红色磨拉石建造,岩性主要为紫红色薄-块状层中粗砾岩、紫红色含砾砂岩、紫红色长石石英砂岩,具正粒序层理;古近系牛堡组(E1-2n)岩性主要为一套紫红色粗碎屑岩;古近系丁青湖组(E3d)为浅灰绿色页岩夹浅灰色、灰白色薄-中层状泥岩、薄层状泥质粉砂岩及白云质泥岩、泥质微晶灰岩等;木嘎岗日群(JM)岩石由轻变质的灰色、深灰色、灰绿色、黄褐色粉砂岩、岩屑石英砂岩、长石石英砂岩、长石砂岩、石英砂岩、岩屑砂岩组成韵律层系。侏罗纪超基性岩属变质橄榄岩类,总体为地幔残余成因,侏罗纪辉长岩具有大洋中脊辉长岩的特点,即镁质、强碱高铝。花岗闪长斑岩样品采集于班公湖-怒江结合带中段达如错以东约3 km处江措-蓬错移置地体接奴群火山岩中(图 1-c)。本文在剖面A-B(图 2-a)第3层中共采集5件花岗闪长斑岩样品,采样位置为北纬31°37′17″、东经90°56′59″,该剖面中岩层均向北倾,含3条逆断层,出露有第四系残坡积物、砾岩、构造角砾岩、灰岩、碎屑灰岩、硅质灰岩、砂岩、粉砂岩、花岗闪长斑岩、流纹岩、流纹斑岩、流纹英安岩。剖面形成于水动力较弱的后滨沉积环境中,下部为一套灰黄色粉砂质板岩夹少量粗砂岩,中部以流纹质岩石为主,可见宽约8 m的花岗质侵入体,局部高岭土化,可见构造破碎带,上部为硅质灰岩和辉橄岩。花岗闪长斑岩样品呈黄白色,蚀变较强,风化面黄褐色,斑状结构,块状构造。可见大量长石斑晶(图 2-c),主要矿物为斜长石,含量约45%,灰白色、半自形,镜下可见聚片双晶;石英含量约27%,烟灰色、他形粒状;黑云母含量约5%,大部分发生绿泥石化;角闪石含量约5%,黑色柱状;基质约18%,成分为长英质。

图 2 构造-地层剖面(a)及花岗闪长斑岩特征(b~f)(剖面据参考文献[13]修改) Fig.2 Tectonic stratigraphic section(a)and granodiorite-porphyry characteristics(b~f) b—花岗闪长斑岩野外照片;c—花岗闪长斑岩手标本;d~f—花岗闪长斑岩镜下照片。1—第四系残坡积物;2—砾岩;3—构造角砾岩;4—灰岩;5—砂屑灰岩;6—硅质灰岩;7—砂岩;8—粉砂岩;9—花岗闪长斑岩;10—流纹英安岩;11—流纹岩;12—含角砾的流纹质晶屑凝灰熔岩;13—流纹斑岩;14—板岩;15—高岭土化;16—蛇纹石化;17—孔雀石化;18—构造透镜体;19—地层界线;20—产状;21—逆断层;22—推测断层;23—采样位置;Qtz—石英;Pl—斜长石;Chl—绿泥石;Amp—角闪石
2 分析方法 2.1 锆石U-Pb定年

样品破碎后经淘洗除去比重轻的矿物,采用浮选和磁选分选出锆石,在双目镜下挑选晶形、色泽较好、透明度高的锆石颗粒用环氧树脂进行制靶,锆石样品经过反射光和透射光照相后,用阴极发光(CL)显微照相观察锆石的内部结构,避开包裹体、裂隙及残留核进行选点。锆石U-Pb定年在中国地质科学院地质研究所实验室完成,其中,锆石定年分析仪器为FinniganNeptune多接受器电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS)及配套激光剥蚀系统(Newwave UP 213)。激光剥蚀用的束斑直径为32 μm,频率为10 Hz,能量密度约为2.5 J/cm2,以氦气为载气。锆石U-Pb定年以国际标准锆石91500为外标, U、Th含量以锆石M127(U:923 ×10-6; Th:439 ×10-6; Th /U:0.475)[23]为外标,进行校正。数据处理和谐和图绘制采用ICPMSDataCal和Isoplot 3.0程序[24]获得。

2.2 岩石地球化学测试

从野外采集的样品中挑选新鲜无污染样品碎样至200目,送至澳实分析检测(广州)有限公司进行岩石地球化学测试。主量元素分析检测仪器为荷兰产荧光光谱仪(XRF),型号为Philips PW2404,使用的试剂为50%偏硼酸锂与50%四硼酸锂混合熔剂。检测程序为:先将样品粉碎至200目左右,试样煅烧后加入试剂助熔中,充分混合后放置在自动熔炼仪上,使其在1000 ℃以上熔融;熔融物倒出以后形成扁平玻璃片,再用X荧光光谱仪分析。微量元素检测仪器为美国产电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS),型号为Perkin Elmer Elan 9000,使用的试剂为偏硼酸锂与四硼酸锂加热后的混合熔剂。检测程序为:将200目左右的试样加入偏硼酸锂/四硼酸锂熔剂中,均匀混合,在1025 ℃以上温度的熔炉中完全熔化;溶液冷却后,使用硝酸、盐酸、氢氟酸定容,再使用等离子体质谱仪分析。

2.3 锆石Hf同位素测试

锆石Hf同位素测试在国家地质实验测试中心完成,测量仪器为多重集电感应耦合等离子质谱仪与飞秒激光烧蚀系统(ASI J200),实验过程中采用氦气为剥蚀物质载气。样品以光栅模式烧蚀,对样品表面的影响约为7 J/cm2,重复率为10 Hz,得到的束斑大小约为40 μm×20 μm,测定时以国际标准锆石91500和Plesovice作为外标。相关仪器运行条件及详细分析流程见参考文献[25]。

3 分析结果 3.1 锆石U-Pb年龄

本文对D012挑选16个锆石颗粒样品进行U-Pb定年。锆石阴极发光(CL)图像(图 3-a)显示,锆石为短柱状和长柱状,部分为过渡类型,多为自形-半自形,具有明显的振荡环带。锆石颗粒长轴长度介于150 ~700 μm之间,短轴长度介于60 ~150 μm之间,长宽比最小为2:1,最大为8:1,根据分析结果,锆石颗粒的U-Pb年龄及εHf(t)值与其长短无明显关系。锆石232Th和238U含量变化较大,232Th含量为257.16×10-6~1181.69×10-6238U含量为418.38×10-6~1157.68×10-6232Th/238U值(0.47~1.25)均大于0.4,也显示出典型岩浆成因的锆石特征[26]。本次选取的测试点中有15个有效数据点(表 1),其206Pb/238U年龄在107.36~111.43 Ma之间,在207Pb/235U-206Pb/238U谐和图中,数据点基本上分布在谐和线附近(图 3-b),206Pb/238U年龄加权平均值为109.4±1.9 Ma (MSWD = 0.075,n=15),代表花岗闪长斑岩成岩年龄,即为早白垩世。

图 3 东卡错花岗闪长斑岩锆石阴极发光(CL)图像(a)及U-Pb年龄谐和图(b) (椭圆和负值代表Hf同位素测点及εHf(t)值,圆和正值代表U-Pb同位素测点及206Pb/238U年龄值) Fig.3 CL images of zircons(a)and U-Pb age concordia diagrams(b)of the Dongkaco granodiorite-porphyry
表 1 东卡错花岗闪长斑岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotope dating results of the Dongkaco granodiorite-porphyry
3.2 全岩地球化学特征

5件花岗闪长斑岩样品烧失量范围在2.43%~3.21%之间,表明这些样品未经历明显蚀变作用。

样品SiO2含量在67.40%~69.48%之间(表 2),全碱(Na2O+K2O)含量为5.77%~6.64%,TiO2含量较低(0.47%~0.51%),全铁(TFe2O3)含量介于3.48%~4.27%之间,在R1-R2图解中落入花岗闪长岩区域(图 4-a),与镜下观察结果一致(图 2-d、f);K2O/Na2O值为0.59~1.31,Co-Th图解(图 4-b)显示,花岗闪长斑岩属高钾钙碱性系列;样品Al2O3含量较高(14.74%~15.26%),铝饱和指数(A/CNK)介于0.87~1.00之间,显示准铝质岩石特征(图 4-c);MgO含量较低(0.49%~0.58%),Mg#值在19.03~21.61之间,在SiO2-Mg#图解中样品点全部落入纯地壳部分熔融区域(图 4-d)。

表 2 东卡错花岗岩全岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 2 Whole-rock major elements, trace elements and REE data of the Dongkaco granodiorite-porphyry
图 4 东卡错花岗闪长斑岩岩石类型和系列划分图解 Fig.4 Classification and serial diagrams of the Dongkaco granodiorite-porphyry a—R1-R2判别图解[27];b—Co-Th判别图解[28]; c—A/CNK-A/NK判别图解[29];d—SiO2-Mg#判别图解[30]

东卡错花岗闪长斑岩稀土元素总量(∑REE)在196.45×10-6~207.6×10-6之间,轻、重稀土元素比值(LREE/HREE)在10.98~11.66之间,在岩石球粒陨石标准化稀土元素配分图(图 5-a)上,轻、重稀土元素分馏明显,富集轻稀土元素(LREEs),亏损重稀土元素(HREEs),呈右倾趋势。(La/Yb)N值介于12.66~14.13之间,具有较明显的负Eu异常(δEu=0.63~0.65)。原始地幔标准化微量元素蛛网图呈总体右倾的锯齿状(图 5-b),样品相对富集Rb、Th、U等大离子亲石元素(LILE),而亏损Nb、Ta、Ti、P等高场强元素(HSFE)。具有明显的负Sr异常特征,Sr/Y值较低(2.69~4.27)。

图 5 东卡错花岗闪长斑岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图解(a)和微量元素原始地幔标准化图解(b)(球粒陨石值和原始地幔值据参考文献[31]) Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle normalized trace element diagrams(b)of the Dongkaco granodiorite-porphyry
3.3 锆石Lu-Hf同位素

花岗闪长斑岩样品锆石Hf同位素测试结果见表 3176Lu/177Hf值较低,平均值为0.001239,表明这些锆石形成后积累了较少的放射成因177Hf,因此176Hf/177Hf值能够代表锆石形成时二者的组成[32]。锆石176Hf/177Hf值较均一,分布于0.282703~0.282705之间,平均值为0.282704(n=15);εHf(t)全部为负值且变化范围不大(-4.21~-10.59),平均值为-6.17(图 6-a);样品Hf同位素单阶段模式年龄tDM变化于951~1197 Ma之间,平均值为1025 Ma;两阶段模式年龄t2DM变化于1438~1842 Ma之间,平均值为1563 Ma。

表 3 东卡错花岗闪长斑岩锆石Lu-Hf同位素组成 Table 3 Zircon Lu-Hf isotopic compositions of the Dongkacou granodiorite-porphyry
图 6 东卡错花岗闪长斑岩锆石εHf(t)直方图(a)和U-Pb年龄- εHf(t)图解(b) Fig.6 Histograms of zircon εHf(t)(a)and U-Pb ages -εHf(t)diagram(b)of the Dongkaco granodiorite-porphyry
4 讨论 4.1 岩石形成时代、成因及源区性质

本次对东卡错地体花岗闪长斑岩进行锆石U-Pb定年,获得的年龄为109 Ma,表明其形成时代为早白垩世。

目前花岗岩成因类型使用最广泛的划分方案是I型、S型、M型和A型[33-37]。自然界中地幔岩浆衍生的M型花岗岩极少,且本文早白垩世花岗闪长斑岩整体具有较高的SiO2含量,低Mg#值(19.03~21.61)的特征,因而可排除其为M型花岗岩。在矿物学上,I型花岗岩通常含黑云母和(或)普通角闪石等铁镁质矿物,A型花岗岩一般含辉石或铁橄榄石等无水矿物,以及晚期结晶的黑云母和角闪石,但镜下岩相学观察发现,研究区花岗闪长斑岩中不存在辉石或铁橄榄石,且黑云母和角闪石也均非晚期结晶矿物(图 2-d、f),更符合I型花岗岩的特征。此外,东卡错花岗闪长斑岩104×Ga/Al值变化在2.2~2.5之间,小于2.6(A型花岗岩104×Ga/Al值大于2.6[35]);Zr、Nb、Ce、Yb等高场强元素含量较低,东卡错花岗闪长斑岩Zr+Nb+Ce+Y含量变化于303.1×10-6~320.1×10-6之间,均低于A型花岗岩下限值(350×10-6)[35];同时在花岗岩判别图解(图 7)中,样品点均投入A型花岗岩之外的OTG区域。基于以上认识,可排除岩体属于A型花岗岩的可能。东卡错花岗闪长斑岩具弱过铝质性质,A/CNK值(0.87~1.00)均小于1.1,矿物组合中未见白云母、堇青石、石榴子石等典型的过铝质矿物出现,明显与S型花岗岩的强过铝特征不同[38],因此也排除其为S型花岗岩的可能。综合以上特征可知,东卡错早白垩世花岗闪长斑岩岩石类型为I型花岗岩。

图 7 东卡错花岗闪长斑岩判别图解(底图据参考文献[35]) Fig.7 Discriminatioin diagrams for the Dongkaco granodiorite-porphyry

钙碱性I型花岗岩的可能来源,目前有3种解释:①下地壳变质铁镁质或中酸性火成岩的部分熔融[39-41];②由沉积物熔融并具有明显幔源物质注入产生钙碱性I型花岗岩[41-43];③幔源玄武质或玄武安山质母岩浆在地壳浅部岩浆房发生强烈的分离结晶作用[44]。受明显幔源岩浆注入的沉积物熔融形成的I型花岗岩通常为强过铝质,同时具宽泛的εHf(t)值变化范围[42],本文花岗闪长斑岩为准铝质(A/CNK值在0.87~1.00之间,图 4-c),且锆石εHf(t)值较均一,集中在-3~-7之间(图 6-a),因此可排除它们由这种机制产生的可能。通常,主量、微量元素出现相关的组分变化趋势时,表明存在广泛的结晶分离作用(如Al2O3、MgO、TFe2O3、TiO2、CaO、Al2O3等含量随着SiO2的增长而降低),而东卡错花岗闪长斑岩中这些相关的成分变化趋势并不可见(表 2)。此外,根据Zr-Zr/Nb和SiO2-La/Yb图解(图 8),部分熔融作用在东卡错花岗闪长斑岩的形成过程中起主导作用,而非结晶分离作用,因此,东卡错花岗闪长斑岩不是由基性岩浆结晶分离而来。

图 8 东卡错花岗闪长斑岩Zr-Zr/Nb图解(a)和SiO2-La/Yb图解(b) Fig.8 Diagrams of Zr-Zr/Nb(a)and SiO2 -La/Yb(b)for the Dongkaco granodiorite-porphyry

东卡错花岗闪长斑岩La/Nb平均值为3.88,稍高于陆壳平均值2.5;Nb/Ta值在9.23~10.90之间,平均值为10.29,与地壳值(11)相近[44];Nd/Th值在0.99~1.08之间,平均值为1.03,远低于幔源(>15),而接近壳源平均值(约3)[45];Th/U值在6.25~8.25之间,平均值为7.22,接近下地壳Th/U值(约6)[46]。以上特征说明,东卡错花岗闪长斑岩的来源与壳源物质密切相关。实验岩石学研究表明,基性镁铁质下地壳岩石在角闪岩相条件下脱水熔融可以产生中酸性岩浆[47-48]。低钾玄武岩脱水熔融可以产生具有低K2O和Na2O/K2O值大于1的中酸性成分的熔体;然而,在富水情况下(1.7%~2.3%H2O),中-高钾钙碱性系列的玄武质岩石部分熔融可产生高钾钙碱性系列花岗岩(Na2O/K2O<1)[49]。本文花岗闪长斑岩样品具有较高的K2O含量,较低的Na2O/K2O值(0.59~1.31),指示这些岩石可能起源于中-高钾玄武质源区。样品Mg#值较低(19.03~21.61),与来自纯变质镁铁质下地壳物质的部分熔融产生的熔体一致(图 4-d),表明幔源物质参与程度较低。此外,锆石饱和温度计显示,本文花岗闪长斑岩形成温度在800 ℃左右,属于高温环境。东卡错花岗闪长斑岩样品锆石εHf(t)值为-4.21~-10.59,平均值为-6.17,对应的Hf二阶段模式年龄为1438~1842 Ma,平均值为1563 Ma,表明其可能来源于古老下地壳的脱水熔融。东卡错地区在大地构造位置上处于南羌塘和北拉萨地块所限定的班公湖-怒江结合带内部变宽部位,由南向北包括白拉蛇绿岩带、东巧蛇绿带及安多蛇绿岩,在安多蛇绿岩带和白拉蛇绿岩带所限定的区域发育大量志留系、泥盆系,同时在该区域采集的3件侏罗纪—白垩纪花岗质岩石具有明显富集的εHf(t)值(-22~-5)(未刊数据),因此,李海峰等[13]提出在该地区可能存在类似于聂荣和嘉玉桥地体出露的新元古代—寒武纪结晶基底和变质核杂岩,但因后期埋藏作用未被发现。综上所述,东卡错花岗闪长斑岩来源于古老下地壳镁铁质岩石的部分熔融,无幔源物质的注入。

4.2 构造环境

研究区位于班-怒带中段,近年来发现了大量羌塘南缘及缝合带内部的早白垩世中酸性岩浆岩。前人认为,其是雅鲁藏布新特提斯洋壳岩石圈北向低角度俯冲和随后的板片回转的产物[50],但越来越多的研究表明,拉萨地块中北部地区及缝合带内部大规模的早白垩世岩浆活动与班公湖-怒江洋洋壳岩石圈的南向俯冲和随后的板片断离事件有关[2, 4, 18, 20, 51-54]

基于研究对象的不同,对于班-怒带中段白垩世晚期的演化过程前人主要有以下认识:丛斌等[56]对缝合带中段安多县东巧地区尕苍见组107 Ma和109 Ma的火山岩进行详细的研究,认为其形成于岛弧构造环境,是班公湖-怒江特提斯洋双向俯冲的产物;唐跃等[19]获得达如错花岗闪长岩锆石U-Pb年龄为110±1 Ma,认为其是陆-陆碰撞背景下大陆地壳部分熔融的产物;Hu等[16]认为,118~113 Ma形成的江错安山岩和兹格塘错安山岩的形成与拉萨地体和南羌塘地体碰撞密切相关;张亮亮等[18]获得巴尔达地区113.6±0.7 Ma的花岗闪长斑岩和114.6±0.8 Ma的安山玢岩,认为其可以用岩石圈断离模型解释;强巴扎西等[20]认为,东巧地区110.4±0.4 Ma的流纹岩和花岗闪长岩是拉萨地块与羌塘板块碰撞后的板片断离所致。Zhu等[57]认为,班公洋可能经历了早白垩世的双向俯冲,发散性双向俯冲驱动下,通过弧-弧之间的“软”碰撞而闭合,这种“软”碰撞可能伴随着致密大洋岩石圈的分离,而没有大陆深俯冲的参与,这种拆离导致班公洋正常俯冲岩石圈下降产生板块失去拉力,导致其上覆增生杂岩系统、洋底高原和封闭的微大陆浮力太大而无法俯冲。本次研究的东卡错花岗闪长斑岩在构造环境判别图解(图 9)中,分别落入火山弧-同碰撞花岗岩区域和同碰撞花岗岩区域,结合区域资料,说明其形成于同碰撞的构造环境,班-怒洋岩石圈在俯冲过程中发生板片断离的模式[2, 52-53, 57]能很好地解释研究区花岗闪长斑岩的形成。考虑到东卡错花岗闪长斑岩幔源物质参与程度较低,但是在高温低压环境下形成,因此笔者认为东卡错花岗闪长斑岩是由于板片断离背景下,软流圈地幔沿着板片窗上涌,当等温线反弹和/或热软流圈熔体渗入岩石圈时,触发大面积的部分熔融,东卡错花岗闪长斑岩源区也是此时发生部分熔融。笔者推测东卡错地体的构造演化可能有2种模式(图 10):①在109 Ma之前,班-怒带处于闭合过程,东卡错北侧的安多小洋盆发生南向俯冲(图 10-a),随后进入同碰撞阶段,俯冲消减导致残余板片脱水,密度变大,使安多洋壳在早白垩世晚期(约113 Ma)发生板片断离,热的软流圈物质通过板片窗上涌,加热上覆软流圈物质并随后发生部分熔融。上涌的地幔物质为古老地壳物质的熔融提供热量,通过部分熔融作用形成的岩浆侵入到地层中冷凝形成花岗闪长斑岩(图 10-c)。②东卡错地体南侧的白拉小洋盆在班-怒带闭合过程中北向俯冲于东卡错地体之下,随后发生碰撞(图 10-b),同样是板片断离后,古老基底熔融侵位形成研究区的花岗闪长斑岩。

图 9 东卡错花岗闪长斑岩构造判别图解(底图据参考文献[55]) Fig.9 Discrimination diagrams illustrating tectonic setting of the Dongkaco granodiorite-porphyry
图 10 东卡错地体构造演化图(据参考文献[13]修改) Fig.10 Schematic illustration of the tectonic evolution of the Dongkaco microcontinent
5 结论

(1) 东卡错地体花岗闪长斑岩形成时间为109.4±1.9 Ma,即早白垩世。

(2) 东卡错花岗闪长斑岩富硅,富铝,贫镁;稀土元素含量低,轻稀土元素富集,重稀土元素亏损;大离子亲石元素富集,高场强元素亏损;属I型花岗岩,来源于古老基底的部分熔融。

(3) 在109 Ma左右,东卡错地区已经发生了洋壳俯冲到陆-陆碰撞的构造环境转变。东卡错地体花岗闪长斑岩形成与班-怒洋的闭合密切相关,可能形成于东卡错地体与北拉萨地体或聂荣地体/南羌塘碰撞过程中板片断离引发的岩浆活动。

致谢: 野外工作中得到西藏自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队的大力支持,广州市拓岩检测技术有限公司在锆石挑选、制靶、拍照工作中给予支持,锆石U-Pb和Lu-Hf同位素分析得到国家地质实验测试中心李超副研究员的大力支持和耐心指导,审稿专家对本文提出了诸多宝贵意见和建议,在此一并深表衷心的感谢

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