地质通报  2022, Vol. 41 Issue (8): 1342-1357  
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赵守仁, 岳鋆璋, 吴喆. 西藏麻米地区晚侏罗世—早白垩世侵入岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其对班-怒特提斯洋俯冲过程的制约[J]. 地质通报, 2022, 41(8): 1342-1357.DOI: 10.12097/j.issn.1671-2552.2022.08.003.
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Zhao S R, Yue Y Z, Wu Z. Zircon U-Pb ages, geochemical characteristics and constraints on the Bangong-Nujiang Tethys Ocean subduction of Late Jurassic-Early Cretaceous intrusive rocks from Mami area, Tibet[J]. Geological Bulletin of China, 2022, 41(8): 1342-1357. DOI: 10.12097/j.issn.1671-2552.2022.08.003.
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基金项目

中国地质调查局项目《班公湖-怒江成矿带铜矿多金属矿资源基地调查》(编号: DD20160026)

作者简介

赵守仁(1973-),男,高级工程师,从事青藏高原地质调查与研究工作。E-mail: 1404099578@qq.com

通讯作者

岳鋆璋(1985-),男,高级工程师,从事青藏高原区域地质矿产调查工作。E-mail: yunzhangyue@foxmail.com

文章历史

收稿日期: 2022-05-05
修订日期: 2022-06-14
西藏麻米地区晚侏罗世—早白垩世侵入岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其对班-怒特提斯洋俯冲过程的制约
赵守仁1, 岳鋆璋1, 吴喆2    
1. 西藏自治区地质矿产勘查开发局区域地质调查大队,西藏 拉萨 851400;
2. 中国地质科学院研究生院,北京 100037
摘要: 班公湖-怒江缝合带南、北两侧分布的大量中生代火成岩对约束班公湖-怒江特提斯洋演化过程具有重要意义。通过班公湖-怒江缝合带南侧麻米乡一带酸性侵入岩的锆石U-Pb年龄及地球化学特征研究,获得花岗斑岩206Pb/238U年龄加权平均值为146~145 Ma,花岗闪长岩为140 Ma,代表这套侵入岩的形成时代为晚侏罗世末期—早白垩世早期。花岗斑岩与花岗闪长岩均显示出较高的SiO2(69.12%~76.54%)和Al2O3(12.44%~14.93%)含量及较低的MgO含量(0.19%~0.89%),属弱过铝质—强过铝质钙碱性花岗岩;同时富集大离子亲石元素Rb、K,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti等;稀土元素总量较低(∑REE=129 ×10-6~201×10-6),分馏程度较高(LREE/HREE=2.06~9.18),呈现出轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的特征,并具有负Eu异常,接近活动大陆边缘酸性岩浆岩的稀土元素配分模式。综合分析,麻米晚侏罗世—早白垩世酸性侵入岩主要来源于古老地壳物质的部分熔融,岩浆演化过程经历了分离结晶作用。这套侵入岩表现出火山弧型性质,形成于俯冲的构造背景。结合前人研究与区域资料,认为班公湖-怒江洋晚侏罗世—早白垩世存在南向俯冲,形成了区域上的措勤-申扎构造岩浆弧,进一步证实班公湖-怒江特提斯洋在晚侏罗世—早白垩世发生了双向俯冲,为特提斯的构造演化提供了新的岩石学证据。
关键词: 班公湖-怒江缝合带    措勤-申扎构造岩浆弧    特提斯    青藏高原    构造演化    地质调查工程    
Zircon U-Pb ages, geochemical characteristics and constraints on the Bangong-Nujiang Tethys Ocean subduction of Late Jurassic-Early Cretaceous intrusive rocks from Mami area, Tibet
ZHAO Shouren1, YUE Yunzhang1, WU Zhe2    
1. Regional Geological Surveying Party of the Tibet Bureau of Geology and Exploration, Lhasa 851400, Tibet, China;
2. Graduate School of Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
Abstract: Large-scale Mesozoic igneous rocks distributed on the north and south sides of the Bangong - Nujiang suture zone are important in constraining the evolution of the Tethyan Ocean.This paper reports the zircon U-Pb age, major and trace geochemical characteristics of the felsic intrusive rocks in the Mami area, south of the Bangong-Nujiang suture zone.The 206Pb/238U weighted average ages of 146~145 Ma for the granitic porphyry and 140 Ma for the granitic amphibolite indicate that the intrusive rocks were emplaced during the Late Jurassic to Early Cretaceous.Both granitic porphyry and granodiorite show high content of SiO2(64.67%~77.45%), Al2O3 (12.59%~16.24%)and low MgO(0.19%~0.89%), which are weakly - strongly peraluminous calc-alkaline granite.These rocks are also enriched in large-ion lithophile elements(LILE)of Rb, K, and depletion in high field strength elements(HFSE)of Nb, Ta, Ti.The total amount of rare earth elements(REE)is low(∑REE=129 ×10-6~201×10-6), and the fractionation degree is high(LREE/HREE= 2.06~9.18).The REE patterns show enrichment in light rare earth elements(LREEs)with negative Eu anomalies, which consistent with the REE distribution patterns of felsic magmatic rocks formed on the active continental margin.Comprehensive analysis shows that the Late Jurassic-Early Cretaceous felsic intrusive rocks in Mami mainly originated from the partial melting of ancient crustal materialand and underwent fractional crystallization during the magmatic evolutionary process.Theses intrusive rocks show the characteristics of volcanic arc-type, suggesting that they formed in the background of ocean subduction.Previous studies, in combination with regional data, show that Bangong - Nujiang Ocean underwent southward subduction during the Late Jurassic to Early Cretaceous, forming the Cuoqin-Shenzha tectonic-magmatic arc.It further confirmed the bidirectional subduction of the Bangong - Nujiang Tethyan Ocean during the Late Jurassic - Early Cretaceous period, which provides new lithological evidence for the tectonic evolution of the Tethyan Ocean.
Key words: Bangong-Nujiang suture zone    Cuoqin-Shenzha tectonic magma arc    Tethys    Qinghai-Tibet Plateau    tectonic evolution    geological survey engineering    

班公湖-怒江缝合带(简称班-怒带)是青藏高原主要的缝合带之一,作为班公湖-怒江特提斯洋(简称班-怒洋)俯冲消减的地质遗迹,该缝合带及邻区保留有大量地层学、岩石学、古生物学等方面的记录,是研究青藏高原中生代构造演化的重要窗口。前人研究普遍认为,班-怒洋在侏罗纪发生了北向俯冲[1-2],同时初始俯冲、闭合时限、俯冲过程等也获得了大量地质事实证据[3-7]。然而,由于班-怒洋经历了复杂的构造演化过程,洋盆闭合具有东早西晚的剪刀式闭合等特征[8-9]。有关班-怒洋俯冲极性、闭合时间等问题仍然存在争议,目前观点有:班-怒洋存在明显双向俯冲[6-7, 10-11],班-怒洋以北向俯冲为主[12],班-怒洋在晚侏罗世—早白垩世已经闭合[13-16],更多的研究者认为班-怒洋在晚白垩世早期闭合[2, 5-6, 10-11, 17-18]

汇聚板块边缘岩浆活动的特征之一是发育大量的花岗质岩石,这些岩石记录了壳-幔岩浆相互作用的丰富信息。对花岗质岩石进行精细的年代学和地球化学研究,不但可以揭示岩体的形成时间,而且对理解大型花岗质岩基的成因及构造演化过程具有重要意义。青藏高原中部措勤-申扎构造岩浆弧带位于班公湖-怒江缝合带南侧,发育大规模的中生代岩浆作用,记录了特提斯演化的重要信息。本文对该构造岩浆弧带上麻米乡一带的晚侏罗世—早白垩世花岗质岩石进行了详细的岩石学、年代学和地球化学研究,结合前人研究成果,探讨麻米乡南部地区晚侏罗世—早白垩世花岗质岩石的岩浆源区与岩石成因,阐明其大地构造意义,为深入认识班公湖-怒江洋的俯冲消减过程提供新的岩石学证据。

1 地质背景

班公湖-怒江缝合带横亘于青藏高原中南部,西起班公湖,向东经改则、尼玛、东巧、安多、索县、丁青、嘉玉桥折向南至八宿上林卡,并沿怒江进入滇西,全长约2000 km,宽20~120 km[4],北侧为南羌塘地块,南侧为拉萨地块(图 1-a)。研究区位于西藏改则县麻米乡南部地区,处于中拉萨地块北部,区域上属措勤-申扎构造岩浆弧带次一级构造单元(图 1-b),主要出露地层有晚二叠世下拉组(P2x)、晚侏罗世纳日组(J3n)和早白垩世罗玛组(K1lm)。下拉组主要为一套碳酸盐岩组合,与上覆纳日组不整合接触;纳日组岩石组合主要为一套酸性火山岩,出露面积较大,主要形成于晚侏罗世,具有明显的陆缘弧地球化学特征(未发表数据),是班-怒特提斯洋俯冲的产物[3];早白垩世罗玛组岩石组合为一套碎屑岩夹碳酸盐岩和火山岩组合,属海陆交互相沉积,与下部纳日组不整合接触。研究区出露较多的中酸性侵入岩,主要分布在毒古隆、鲁备雄、德琼、查古那拉等地,岩体面积较小,总体呈岩株产出。本文对毒古隆与鲁备雄地区出露的中酸性侵入岩进行了锆石U-Pb年龄和地球化学样品采集与研究,采样位置见图 1-b

图 1 青藏高原构造格架简图[4](a)与西藏麻米一带地质简图(b) Fig.1 Tectonic framework of the Tibetan Plateau(a)and simplified geological map in Mami area, Tibet(b) JSSZ—金沙江缝合带;LSSZ—龙木错-双湖缝合带;BNSZ—班公湖-怒江缝合带;SYMZ—狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带;LMF—洛巴堆-米拉山断裂带;YZSZ—雅鲁藏布江缝合带
图 2 麻米乡酸性侵入岩野外地质特征(a、b)与镜下特征(c、d) Fig.2 Field geological(a, b) and microscopic(c, d) characteristics of felsic intrusive rocks in Mami area
2 岩石学特征

麻米地区侵入岩主要分布在毒古隆和鲁备雄地区,二者显示不同的岩石类型,主要侵入于晚侏罗世纳日组。毒古隆地区主要出露花岗斑岩,以岩株形式产出,分布面积约9 km2。镜下薄片鉴定结果显示,花岗斑岩具斑状结构、基质残余微粒结构、块状构造。斑晶约占45%,其中斜长石约20%、石英占15%~20%、正长石约5%、蚀变黑云母1%~1.5%。基质占50%~55%,其中大部分为蚀变长英质物质(小于55%),仅含少量金属矿物。斑晶粒径为0.5~4 mm,斜长石呈板状—粒状,具聚片双晶,见弱—中等绢云母化,少量碳酸盐交代;正长石多为他形粒状,绢云母常沿其裂隙、解理分布,并出现少量碳酸盐蚀变;石英呈半自形—自形粒,偶被弱熔蚀。黑云母已被蛭石(淡绿色,干涉色达二级)取代,析出钛铁质(较暗),残余黑云母片斑晶外形。基质长英质小于等于0.1 mm,粗达0.2 mm,具绢云母化(一般小于等于0.01 mm)兼少量碳酸盐化。

鲁备雄地区岩石类型主要为花岗闪长岩,呈岩株状产出,分布面积约3 km2。镜下薄片鉴定结果显示,花岗闪长岩具细中粒结构、块状构造,主要矿物为斜长石(约65%)、正长石(5%~10%)、石英(20%)、黑云母(3%~5%)、榍石(约0.5%)及少量金属矿物(约1%)。斜长石呈粒状—板状,具聚片双晶,环带结构发育,为中长石种属,见泥化弱绢云母化,偶见绿帘石交代蚀变;正长石呈粒状,具较多的粘土尘点。石英呈半自形—他形,较干净明亮;黑云母呈片状,多色性为棕色—黄色,沿解理出现弱绿泥石化,局部蚀变较强,残余黑云母外形;榍石呈正极高突起,染黄色,干涉色高级白,为岩石副矿物;金属矿物(磁铁矿)为黑色、半自形等轴粒(0.05~0.5 mm),星散分布于矿物粒间,偶见黑云母包体。

3 分析方法

锆石分选在河北省廊坊市诚信地质服务有限公司完成。在严格避免污染的条件下,采用常规重力及电磁分选,然后在双目显微镜下手工挑纯。锆石U-Pb同位素分析在中国科学院广州地球化学研究所ICP-MS实验室完成,分析过程及参数见参考文献[19]。采用美国Resonetics公司生产的RESOlution M-50激光剥蚀系统和Agilent 7500a型的ICP-MS联机,并带有一个独特的可以减少样品分馏的双室(two-volume cell)样品室和一个平滑激光剥蚀脉冲的Squid系统[19]。测试时使用氩和氦作为载气,激光能量为80 mJ,剥蚀斑束直径31 μm,频率8 Hz。测定一个点的时间为60 s,其中前20 s关闭激光,后40 s打开激光。年龄计算及谐和图的绘制用Isoplot软件完成[20]

主量和微量元素分析在西南冶金地质测试所完成。样品在粗碎、中碎、细碎3个阶段中的损耗率分别小于3%、5%、7%,误差小于3%。主量元素采用荷兰帕纳科Axios X荧光射线光谱仪测定,测试方法为重量法、X射线荧光法、滴定法,分析误差小于5%;微量元素采用美国THEROM公司生产的iCAP6300全谱直读等离子发射光谱仪测定,测试方法为等离子发射光谱法、X荧光光谱法,其精度为含量大于10×10-6的元素误差小于5%,而含量小于10×10-6的误差小于10%。抽取20%的样品进行内部检查。

4 分析结果 4.1 锆石U-Pb年龄

本次对毒古隆花岗斑岩岩体2件样品(PM005-3TW2和D2247TW)、鲁备雄花岗闪长岩岩体1件(D2264)样品进行锆石U-Pb同位素定年。锆石阴极发光(CL)图像(图 3)显示,3件样品的锆石晶粒均为无色透明,短柱状—长柱状,自形程度良好,边界清晰平直,内部见明暗相间的环带结构,个别锆石内部结构较复杂,部分呈现明暗相间的条带结构,部分呈现环带结构或模糊的环带结构,皆显示岩浆成因锆石特征。

图 3 西藏麻米乡酸性侵入岩代表性锆石阴极发光图像 Fig.3 Cathodoluminescence images of zircon grains from felsic intrusive rocks in Mami area

毒古隆花岗斑岩D2247TW样品锆石的Th含量为92.6×10-6~449×10-6,U含量为128×10-6~344×10-6,Th/U值为0.93~1.61,均大于0.3(表 1),属典型的岩浆成因锆石。在排除谐和度偏低和U-Pb同位素含量异常的样品点(1、3、4、8、9、22、24号点)后,剩余17个点的年龄较集中,均落入一致曲线上或其附近,17个分析点的206Pb/238U年龄加权平均值为146.1±1.8 Ma(MSWD=4.6)(图 4-a),代表花岗斑岩的结晶年龄。PM005-3TW2样品锆石的U含量为70.8×10-6~456×10-6,Th含量为87.7×10-6~446×10-6,Th/U值为0.74~2.12,均大于0.3,属典型的岩浆成因锆石。在剔除谐和度偏低和U-Pb同位素含量异常的样品点(3、13、16、17、21号点)后,剩余19个样品点年龄较集中,均落入一致曲线上或其附近,19个分析点的206Pb/238U年龄加权平均值为145.6±1.5 Ma(MSWD=2.7)(图 4-b)。2件样品的年龄表明,毒古隆花岗斑岩的岩浆活动时代为晚侏罗世末期。

表 1 麻米乡酸性侵入岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb测试结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb analyses results of the felsic intrusive rocks in Mami area
图 4 毒古隆二长花岗斑岩锆石U-Pb谐和图 Fig.4 Zircon U-Pb concordance diagrams of monzonitic granite porphyry in Dugulong area

鲁备雄花岗闪长岩体D2264TW样品锆石的U含量为118×10-6~275×10-6,Th含量为130×10-6~378×10-6,Th/U值为1.03~1.90,均大于0.3(表 1),属典型的岩浆成因锆石。该样品的14个点年龄较集中,均落入一致曲线上或其附近,14个分析点的206Pb/238U年龄加权平均值为140.0±2.3 Ma(MSWD=5.6)(图 5),代表了鲁备雄花岗闪长岩结晶年龄,其时代为早白垩世早期。

图 5 鲁备雄花岗闪长岩锆石U-Pb年龄谐和图 Fig.5 Zircon U-Pb concordance diagram of granodiorite in Lubeixiong area
4.2 岩石地球化学特征 4.2.1 毒古隆花岗斑岩

毒古隆地区花岗斑岩样品(PM005)岩石地球化学分析结果(表 2)表明,岩石烧失量(LOI)较低,为0.53%~1.44%,表明其未经历较强蚀变。毒古隆花岗斑岩SiO2含量为70.60%~76.54%,属酸性岩范畴;Al2O3含量为12.44%~14.58%;TiO2含量较低,为0.26%~0.38%,平均值为0.24%;MgO含量低,为0.19%~0.71%,Mg#值为17.0~32.5;全碱(K2O+Na2O)含量为7.07%~7.94%,K2O/Na2O值除1件样品为0.91外,其他样品为1.11~2.01,呈现出富钾贫钠的特征。在侵入岩TAS分类图解(图 6)中,所有样品点均落在花岗岩范围。A/CNK值为1.02~1.30,在A/CNK-A/NK图解(图 7-a)中,落在弱过铝质—强过铝质区域。SiO2-K2O图解(图 7-b)显示,样品均属高钾钙碱性系列。综上所述,毒古隆地区花岗斑岩岩体属弱过铝质—强过铝质高钾钙碱性系列岩石。

表 2 麻米乡酸性侵入岩主量、微量和稀土元素数据 Table 2 Major, trace and rare earth elements compositions of acid intrusive rocks in Mami area
图 6 麻米乡酸性侵入岩TAS分类图解(底图据参考文献[21]) Fig.6 TAS classification diagram of felsic intrusive rocks in Mami area
图 7 麻米乡酸性侵入岩A/CNK-A/NK图解[22](a)和SiO2-K2O图解[23](b) Fig.7 A/CNK-A/NK diagram(a)and SiO2-K2O diagram(b)of felsic intrusive rocks in Mami area

毒古隆花岗斑岩稀土元素总量(∑REE)为129×10-6~201×10-6,轻稀土元素总量为106×10-6 ~155×10-6,重稀土元素总量为13.5×10-6~52.8×10-6,LREE /HREE值为2.57~9.18,稀土元素分馏程度明显。在稀土元素球粒陨石标准化图解(图 8-a)中,表现为轻稀土元素明显右倾,重稀土元素相对平缓,并出现明显的负Eu异常,较接近于活动大陆边缘硅酸质岩浆岩的稀土元素配分模式。在原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 8-b)中,花岗斑岩样品曲线明显向右倾斜,大离子亲石元素Rb、K等富集,呈现正异常;高场强元素Nb、Ta、Ti亏损,呈负异常;Sr元素具明显负异常。

图 8 麻米乡酸性侵入岩稀土元素配分图(a)和微量元素蛛网图(b) Fig.8 REE distribution diagram(a)and primitive mantle-normalized trace element spider diagram(b)of felsic intrusive rocks in Mami area (原始地幔及球粒陨石标准值据参考文献[24],大陆地壳值据参考文献[25])
4.2.2 鲁备雄花岗闪长岩

鲁备雄地区花岗闪长岩样品(PM008)岩石地球化学分析结果表明(表 2),岩石烧失量(LOI)为0.83%~1.40%,表明其未经历较强蚀变,其中SiO2含量为69.12%~69.90%,属酸性岩范畴;Al2O3含量为14.66%~14.93%;TiO2为0.41%~0.44%;MgO含量低,为0.82%~0.89%,Mg#值为30.5~33.4;全碱(K2O+Na2O)含量为6.66%~6.91%, K2O/Na2O值为0.67~0.74,具轻微的富钠贫钾特征。在TAS分类图解(图 6)中,所有样品点均处于花岗闪长岩区域。A/CNK值为1.00~1.03,为偏铝质岩石,在A/CNK-A/NK图解(图 7-a)中落在偏铝质区域。SiO2-K2O图解(图 7-b)显示,样品均属钙碱性系列。综上所述,鲁备雄地区花岗闪长岩岩体属偏铝质钙碱性系列岩石。

鲁备雄地区花岗闪长岩样品(PM008-Gs)稀土元素总量∑REE为162 ×10-6~186×10-6,轻稀土元素总量为113×10-6 ~137×10-6,重稀土元素总量为46.8×10-6~55.2×10-6,LREE/HREE值为2.06~2.77,稀土元素分馏程度较明显,呈现出轻稀土元素富集的形态,并且出现明显的负Eu异常,与活动大陆边缘硅酸质岩浆岩的稀土元素配分模式相似,明显不同于下地壳岩石(图 8-a)。在微量元素原始地幔标准化图解(图 8-b)中,鲁备雄地区花岗闪长岩与毒古隆花岗斑岩的化学性质接近,曲线均向右倾斜,大离子亲石元素Rb、K富集,呈现正异常;高场强元素Nb、Ta、Ti元素亏损,呈现负异常。

5 讨论 5.1 麻米地区花岗岩体形成时代

本次对麻米地区毒古隆和鲁备雄地区的花岗质岩石进行了详细的LA-ICP-MS锆石测年,样品锆石大多为自形晶,具有清晰的振荡环带和高的Th/U值(≥0.74), 均为岩浆成因锆石的典型特征。测年结果表明,花岗斑岩锆石U-Pb年龄为146.1~145.6 Ma,花岗闪长岩为140.0 Ma,代表了花岗质岩石的侵位年龄,与此同时或略早形成时空相伴的纳日组火山岩(未发表数据)。区域上,麻米乡晚侏罗世—早白垩世花岗岩岩体属措勤-申扎构造岩浆弧带的组成部分,该时期的侵入岩主要出露于中段的央雄勒、文部地区,以央雄勒岩体、文部复式岩体为代表。岩体呈岩株状侵位于石炭纪—二叠纪变沉积岩中,并被晚期的则弄群火山岩覆盖。措勤地区花岗岩的LA-ICP-MS锆石年龄为152.7 Ma,地球化学性质上属于过铝质高钾钙碱性系列岩石[26]。早白垩世花岗岩类从东到西分布于申扎、尼玛、邦多、措勤、赛利普、亚热、狮泉河等地区,规模大,呈岩基或岩株状侵位于石炭纪—二叠纪变沉积岩和则弄群火山岩中,年龄变化为134~104 Ma[26-27]。而早白垩世火山活动以则弄群和多尼组火山岩为代表,主要形成于130~110 Ma[27-30]

5.2 岩浆源区与岩石成因

据前人研究,花岗岩的岩浆源区主要有3种可能:壳源[31]、幔源[32-33]、壳幔混源[34-35]。地球化学数据显示,麻米地区花岗质岩石具有高钾、高铝的特征,同时具有极低的MgO含量(0.19%~1.55%),花岗斑岩的Mg#值为17.0~32.5,花岗闪长岩为30.5~33.4,总体低于幔源岩浆Mg#值(≥45),表明研究区侵入岩幔源物质的贡献较少,岩浆成分可能主要来自古老地壳。在微量元素蛛网图上,出现Zr与Hf元素的正异常,符合大陆地壳富集Zr与Hf元素的特征;Nb/U值为2.57~6.12,低于平均大陆地壳Nb/U值(6.15)[36];花岗斑岩的Th/U值为5.25~15.17,花岗闪长岩为4.40~6.51,与地壳的Th/U值(6.0)相近;花岗斑岩的Nb/Ta值为9.25~12.93,花岗闪长岩为9.29~11.59,低于中地壳平均值(12.22);花岗斑岩的Rb/Sr值为0.98~4.27,花岗闪长岩为0.48~0.53,绝大多数样品与壳源长英质岩浆Rb/Sr值一致(>0.5)[37]。以上地球化学及元素比值均表明,麻米地区花岗侵入岩体的岩浆源区主要来自于地壳物质。

为进一步确定研究区花岗岩类型,判断花岗岩岩浆源区及岩石成因,本文选取特征主量和微量元素进行花岗岩类型判别。在SiO2-Zr和A-C-F图解(图 9)中,麻米地区花岗斑岩及花岗闪长岩属于S型花岗岩,这与岩浆源区主要为古老地壳的判断一致。

图 9 麻米乡酸性侵入岩SiO2-Zr图解(a)和A-C-F图解[38](b) Fig.9 SiO2-Zr diagram(a)and A-C-F diagram(b)of felsic intrusive rocks in Mami area

Harker图解(图 10)显示,麻米地区花岗斑岩与花岗闪长岩SiO2与Al2O3、TFeO、MgO、CaO之间均呈现明显的线性关系,结合微量元素特征,研究区酸性侵入岩具弱的负Eu异常(图 8),指示岩浆源区存在斜长石的分离结晶作用;δCe平均值为0.96,接近于1,表明Ce不亏损—微弱亏损;La/Yb值为6.05~29.66,表明岩浆分离结晶程度较高。矿物显示侵入岩样品暗色矿物较少,以斜长石+钾长石+石英的组合为主,类似于高分异花岗岩特点[39-40],样品Zr/Hf值为26~39.18,处在中分异花岗岩范围(25 < Zr/Hf < 55)。一般来说,岩浆的分离结晶程度越高,越容易形成多期小型侵入体,这与研究区侵入岩岩株规模较小但侵入期次多的特点相同。据此,笔者认为,麻米地区晚侏罗世—早白垩世酸性侵入岩母岩浆经历了分离结晶作用。

图 10 麻米乡酸性侵入岩Harker图解 Fig.10 Harker diagram of felsic intrusive rocks in Mami area
5.3 晚侏罗世—早白垩世岩浆活动形成的构造环境

班-怒带南北两侧保留有大量晚侏罗世—早白垩世火成岩,对研究班-怒带晚侏罗世—早白垩世构造环境及演化阶段具有重要意义。麻米地区酸性侵入岩体与纳日组(J3n)火山岩时空关系紧密,都处在班-怒带南侧措勤-申扎岩浆弧上,总体属于弱过铝质—强过铝质(高钾)钙碱性花岗岩,富集大离子亲石元素Rb、K等,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti等,稀土元素配分曲线为轻稀土元素明显右倾、重稀土元素相对平缓的“海鸥型”,Eu显示负异常,总体显示出弧火山岩的亲缘性。前人认为,通常微量元素中Nb、Ta、Ti出现负异常(TNT模式),表明岩石的形成与洋壳俯冲有关[41],因为Ta、Nb、Ti的亏损在一定程度上可以反映岛弧岩浆作用的特点,在俯冲过程中,洋壳板片发生变质、脱水,可导致富水状态下的部分熔融,高场强元素常富含于难熔矿物,残留在固相中,不易进入岩浆。在(Yb+Ta)-Rb(图 11-a)与Rb-(Y+Nb)(图 11-b)构造环境判别图解中,样品点落入火山弧向同碰撞火山岩过渡区域,Rb-(Hf+Ta)构造判别图解(图 12)也显示形成于火山弧的构造背景。麻米地区酸性侵入岩体Sr/Y=2.88~8.40,Y=6.85×10-6~34.00×10-6,在埃达克岩Sr/Y-Y判别图解中也位于经典岛弧岩石区域(图略)。综上所述,麻米地区酸性侵入岩体地球化学性质表明,其形成与洋壳的俯冲消减过程有关。

图 11 麻米乡酸性侵入岩(Yb+Ta)-Rb图解[42](a)与(Y+Nb)-Rb图解[42](b) Fig.11 (Yb+Ta)-Rb diagram(a)and (Y+Nb)-Rb diagram(b)of felsic intrusive rocks in Mami area
图 12 麻米乡酸性侵入岩Rb-Hf-Ta图解[43] Fig.12 Rb-Hf-Ta diagram of felsic intrusive rocks in Mami area

前人在班-怒带南侧发现大量白垩纪火山岩,如边坝县江村120~116 Ma的火山岩、西藏阿翁错地区114.4±1.9 Ma的花岗闪长岩、巴木错地区122.1±0.9 Ma的安山岩、纳屋错地区盐湖复式岩体的岛弧型岩浆岩岩基(114.7~93.0 Ma)、中拉萨地块麻木地区早白垩世花岗斑岩、流纹质晶屑凝灰岩和虾别错早白垩世花岗岩和包体[44-49]。这些火山岩均具有岛弧特征,且在时空分布和成因上均与班公湖-怒江特提斯洋南向俯冲相关,也与麻米地区酸性侵入岩性质类似。因此,结合前人在班-怒带南侧发现的大量白垩纪俯冲型火成岩证据,笔者认为,麻米一带晚侏罗世—早白垩世酸性侵入岩属于岛弧型岩石,形成于俯冲消减的构造环境。

5.4 对班公湖-怒江特提斯洋俯冲消减过程的指示

关于班公湖-怒江特提斯洋的俯冲极性问题历来众说纷纭,主要包括北向俯冲、南向俯冲与南北双向俯冲3种观点。北向俯冲支持者根据班-怒带北和南羌塘南的火山岩、岩浆岩特征,蛇绿岩的分布情况和深部地球物理资料,认为班-怒洋壳(侏罗纪和早白垩世)存在向北的俯冲[1, 50-55],并形成了南羌塘地块南侧的扎普-多不杂岩浆弧[56-58]。同样,有学者根据班-怒带南和北拉萨地块的火山岩和岩浆岩特征及蛇绿岩的分布情况,认为班-怒洋壳(二叠纪、三叠纪、侏罗纪和早白垩世) 存在向南的俯冲[3, 5, 29, 59-63],并导致拉萨地块北部形成大量的白垩纪岩浆岩[27, 64-65]。综合班-怒带南、北2条岩浆弧的火成岩分布特征与地球物理资料,部分学者提出班-怒洋壳存在南北双向俯冲的观点,该观点正逐渐被更多学者认可[4, 6-7, 9-10, 66-69]

关于措勤-申扎火山弧的形成机制主要有以下3种认识:①与雅鲁藏布新特提斯洋壳北向低角度或平板俯冲相关[70-72];②形成于雅鲁藏布新特提斯洋壳北向俯冲弧后盆地的拉伸环境中[72-73];③与班公湖-怒江洋壳南向俯冲相关[3, 74-75]。结合前人研究资料,笔者认为,在洋壳平板俯冲过程中,会形成宽泛的岩浆弧,但现今拉萨地块宽度大于300 km,且据构造地质学的研究,自白垩纪以来,拉萨地块至少经历了南北向50%的缩短[76-78],这代表在中生代,拉萨地块南北宽度应达600 km以上,新特提斯洋北向俯冲很难到达拉萨地块的措勤-申扎岩浆弧;再者平板俯冲作用形成的岩浆一般具有埃达克岩的地球化学性质,而麻米地区花岗质岩石不具有埃达克质岩特征。其次,本次研究在措勤-申扎岩浆弧中发现的火山弧型侵入岩组合并不具备弧后伸展性质,是形成于俯冲的构造背景,不太可能形成于与雅鲁藏布新特提斯洋壳北向俯冲有关的弧后盆地环境。因此,用班公湖-怒江洋壳南向俯冲解释措勤-申扎火山弧的成因最合理。

前人研究表明,班公湖-怒江特提斯洋很可能在晚二叠世(约250 Ma)开始裂解[79],晚三叠世—早侏罗世持续扩张,中侏罗世发生俯冲消减,洋壳一直持续到晚侏罗世—早白垩世末期[5-6],晚白垩世竟柱山组的磨拉石建造被学术界认为代表了班-怒洋的彻底消失。晚侏罗世—早白垩世,班-怒洋向北俯冲消减于南羌塘地块之下,在东巧康日、洞错、多不杂、日土等地形成相关的火成岩[74, 79-81],在拉梅拉山—阿翁错—达查沟—班戈等地形成相关的侵入岩[65, 68, 84-86],构成了区域上的扎普-多不杂岩浆弧。与此同时,班-怒洋壳向南俯冲于拉萨地块之下,俯冲洋壳流体诱使地幔楔物质上涌导致古老地壳部分熔融,形成以麻米花岗斑岩、花岗闪长岩和纳日组流纹岩为代表的酸性岩浆岩。在早白垩世中晚期,形成了以则弄群和多尼组中为代表的岛弧型火山岩(130~110 Ma)[28-29],由此构成了措勤-申扎岩浆弧的的岛弧火山岩和花岗岩类岩体,进一步证实班-怒特提斯洋在晚侏罗世—早白垩世发生了洋壳双向俯冲。

6 结论

(1) 西藏麻米地区的花岗斑岩与花岗闪长岩锆石U-Pb年龄为146~140 Ma,指示麻米酸性侵入岩浆活动时代为晚侏罗世末期—早白垩世早期。

(2) 麻米地区晚侏罗世—早白垩世酸性侵入岩岩浆源区具有壳源性质,为古老地壳部分熔融而形成,在岩浆演化过程中经历了分离结晶作用。

(3) 麻米地区酸性侵入岩体总体为火山弧型花岗岩组合,为班公湖-怒江特提斯洋南向俯冲消减的产物,进一步指示班-怒特提斯洋在晚侏罗世—早白垩世存在双向俯冲。

致谢: 衷心感谢中国地质科学院矿产资源研究所唐菊兴研究员的大力支持;在数据测试过程中得到中国科学院广州地球化学研究所陈建林研究员和中国地质大学(北京)曾云川副教授的特别帮助,审稿专家提出许多宝贵的修改意见,在此一并表示感谢。

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