青藏高原冈底斯北缘卡穷岩群形成时代的确定

何世平, 李荣社, 王 超, 辜平阳, 于浦生, 时 超, 查显锋

(西安地质矿产研究所, 陕西 西安 710054)

0 引 言

卡穷岩群位于冈底斯北缘, 呈北西-南东向展布,为一套角闪岩相变质岩系, 矽线黑云斜长片麻岩、二云片麻岩等岩石中产有退变质榴辉岩包体[1–2]。该套变质岩系最早被四川省地质局第三区测队(1∶100万昌都幅地质图及区域地质调查报告, 1974)划归郭清黑云母二长花岗岩体, 西藏自治区地质矿产局(1993)将其归属于中下三叠统西湖群(T1-2xh)[3],由四川省地质矿产局区域地质调查队(1∶20万八宿县幅地质图及区域地质调查报告, 1997)解体出来,命名为卡穷岩群。由于该岩群岩类复杂, 经历过强烈区域变质作用、塑性流变和部分熔融, 原始地层层序无法恢复, 形成时代一直未得到有效限定。四川省地质矿产局区域地质调查队(1997)利用锆石U-Pb法, 获得卡穷岩群混合岩化黑云斜长片麻岩及混合岩化黑云斜长变粒岩靠近上交点年龄为 1334 Ma, 由于无法确定该年龄是成岩年龄还是变质年龄,将其时代笼统定为元古代; 李才等获得卡穷岩群弱片麻状黑云母碱长花岗岩锆石 SHRIMP U-Pb年龄为(507±10)Ma[4], 认为是泛非事件的岩浆活动记录,该年龄只能间接限定卡穷岩群原岩形成时代的上限。因而, 新近完成的1∶25万区调(西藏自治区地质调查院, 1∶25万八宿县幅、贡觉县幅、然乌区幅、芒康县幅地质图及区域地质调查报告, 2007)将卡穷岩群时代暂划归古中元古代, 1∶150万青藏高原及邻区前寒武纪地质图及说明书(待出版)将卡穷岩群时代暂划归中新元古代。

由于卡穷岩群夹持于班公湖-怒江缝合带之内,大地构造位置处于冈瓦纳大陆和劳亚大陆交汇的关键部位。尽管以往的研究多认为卡穷岩群与其西同样夹持于班公湖-怒江缝合带之内的聂荣岩群可以对比, 但对其物质组成和构造归属存在不同认识。因而, 卡穷岩群的原岩形成时代及其经历的构造-岩浆事件, 对深入研究冈底斯地区基底格架、构造演化以及限定冈瓦纳和劳亚两个大陆的界限具有重要科学意义。

本文利用LA-ICP-MS技术, 对西藏八宿县同卡乡北卡穷岩群条带状斜长角闪岩(正变质岩)和卡穷岩群中片麻状二长花岗岩(古侵入体)进行了精细的锆石U-Pb同位素年代学研究, 力图为限定该岩系的原岩形成时代及其构造-岩浆事件提供依据。

1 区域地质背景

研究区位于西藏八宿县同卡乡一带, 地处冈底斯北缘, 大地构造位置为夹持于班公湖-怒江缝合带之内的嘉玉桥地块(图1)。该区有两套时代有待进一步厘定的地层, 即卡穷岩群(Pt2-3K.)和嘉玉桥群(PzJy), 均呈断块状产出, 本文研究重点为卡穷岩群。卡穷岩群呈北西-南东向分布于西藏八宿县才麻玛果牛场-目特、曲扎湖西巴子柯-孟格等地, 与区域断裂走向基本一致, 主要由矽线黑云斜长片麻岩、矽线蓝晶石榴斜长片麻岩、二云片麻岩、黑云二长片麻岩、矽线黑云斜长变粒岩、斜长角闪岩、二云石英片岩及大理岩组成, 含有退变质榴辉岩(部分已彻底转变为榴闪岩)包体, 变质程度总体为低角闪岩相, 局部达高角岩相。卡穷岩群的西南与俄学岩组(CPe)呈断层接触, 西北部被侏罗纪二长花岗岩侵入。区内还出露少量中生界地层, 包括古竹同组(T3g)及拉贡塘组(J3l)。

从剖面上看, 卡穷岩群岩石组合为黑云斜长片麻岩、二云斜长片麻岩、二云石英片岩、斜长角闪岩、变粒岩及大理岩(图 2), 揉皱变形强烈, 局部发育尖棱状褶皱, 主片(麻)理产状为北东向陡倾, 岩石普遍发生了塑性流变; 其中, 片麻状二长花岗岩与变质地层呈渐变过渡关系, 两者片麻理产状基本一致, 在接触部位地层和侵入体往往无法截然分开,侵入体内部则呈现半自形-他形粒状、似斑状等花岗岩类特有的结构, 反映出片麻状二长花岗岩具有就地熔融的特征。变质程度为高角闪岩相, 原岩主要为泥、砂质岩, 次为中酸性凝灰岩, 少量碳酸盐岩及中基性火山岩。

2 样品及其岩相学特征

用于同位素测年的样品有两件, 均采自西藏八宿县同卡乡北约6 km(图1, 图2)。其一为卡穷岩群条带状斜长角闪岩(样号: 09K-1, 地理坐标: 30°36′5.3″N, 96°36′39.6″E, H4300m), 质量约 21 kg, 呈灰绿色, 粒状变晶结构, 条带状构造, 矿物沿片(麻)理方向呈定向排列(图 3a); 主要为角闪石(54%±)、绢云化斜长石(40%±), 含少量石英(5%±), 副矿物为磷灰石(1%±); 变质程度为低角闪岩相, 原岩为中基性火山岩。另一件为卡穷岩群中片麻状二长花岗岩(样号: 09K-2, 地理坐标: 30°37′12.2″N, 96°37′33.5″E,H4410m), 质量约10 kg, 呈灰色, 半自形-他形粒状结构、似斑状结构、交代蠕虫结构、变余碎屑结构,片麻状构造, 矿物沿片(麻)理方向呈定向排列(图3b); 主要为石英(32%±)、弱绢云化斜长石(30%±)、微斜长石(25%±), 含少量角闪石(3%±); 粗大的绢云母化斜长石构成似斑晶, 少数斜长石边部可见到交代形成的蠕虫状石英, 局部可见到保存有碎屑物和充填物的变质残余; 变质程度为高角闪岩相, 可能为中酸性凝灰岩或砂岩部分熔融(混合岩化)的产物。

图2 西藏八宿县同卡乡北卡穷岩群路线剖面Fig.2 The geological section of the Kaqiong Rock Group in northern Tongka, Baxoi County, Tibet

3 分析方法

锆石单矿物挑选在国土资源部河北省地质矿产局廊坊实验室完成, 将岩石样品破碎至 20～30目,经常规浮选和磁选方法分选, 在双目镜下挑选出形态较为完整、无裂痕、无包裹体的锆石作为测定对象。在实验室将分选出的锆石晶体粘在环氧树脂胶上固制成靶, 抛磨至约一半, 使锆石内部充分暴露, 然后进行锆石显微(反射光和透射光)照相、阴极发光(CL)显微图像研究及锆石微区U-Pb同位素组成测定。

锆石的阴极发光(CL)图像在西北大学扫描电镜实验室完成, 采用FEI公司XL30型SFEG电子束进行锆石内部结构显微照相分析。测试点的选取首先根据锆石反射光和透射光照片进行初选, 再与 CL图像反复对比, 力求避开内部裂隙和包裹体, 以获得较准确的年龄信息。

LA-ICP-MS法锆石微区 U-Pb年龄测定在西北大学大陆动力学国家重点实验室的 Agilent7500型ICPMS 和德国Lambda Physik 公司的 ComPex102 ArF准分子激光器(工作物质ArF, 波长193 nm)以及MicroLas公司的GeoLas200M光学系统的联机上进行。激光束斑直径为30 μm, 激光剥蚀深度为20 ～ 40 μm。实验中采用 He作为剥蚀物质的载气, 用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化, 采样方式为单点剥蚀, 数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式, 每完成4 ～ 5个待测样品测定, 插入测标样一次。在所测锆石样品15 ～ 20个点前后各测2次NIST SRM610。锆石年龄采用标准锆石91500作为外部标准物质, 元素含量采用NIST SRM610作为外标。由于SiO2在锆石中的含量较恒定, 选择29Si作为内标来消除激光能量在点分析过程中以及分析点之间的漂移, 对于大多数元素单点分析的相对标准偏差为5% ～ 15%。详细分析步骤和数据处理方法参见相关文献[5–6]。

采用Glitter (ver4.0, Macquarie University)程序对锆石的同位素比值及元素含量进行计算, 并按照Andersen的方法[7], 用 LAMICPMS Common Lead Correction(ver3.15)对其进行普通铅校正, 年龄计算及谐和图采用Isoplot(ver3.0)完成[8]。

4 结 果

卡穷岩群条带状斜长角闪岩(09K-1)中选获的锆石较少, 均为无色透明略带浅黄色, 半自形短柱状或浑圆状(部分残缺锆石属于碎样时机械破损),粒径较小, 多在 80 μm × 60 μm ～ 160 μm × 80 μm。锆石CL图像(图4a)显示, 呈现灰-深灰色, 部分内部发育条带状结构(21、25测点), 外围具有较窄的浅色生长边(1、20、21 测点)。Th/U 比值一般在 0.33 ～ 0.78之间(表1), 具岩浆结晶锆石特征。

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图4 卡穷岩群条带状斜长角闪岩(09K-1)锆石CL图像(a)和锆石U-Pb谐和图(b)Fig.4 CL images (a) and U-Pb concordia diagram (b) of zircons from the banded amphibolite (09K-1) in the Kaqiong Rock Group

条带状斜长角闪岩(09K-1)的锆石经普通铅校正后, U-Pb测试结果列于表1, 锆石有效测试点共5个。在U-Pb谐和图上呈线性分布, 构成一条不一致线(图 4b)。不一致线与谐和线上交点年龄为(1082±18) Ma (MSWD＝0.22)。这 5个测试点207Pb/206Pb 比值接近, 在 0.0753～0.0758 之间,207Pb/206Pb表面年龄集中于1076～1090 Ma之间, 表明这些锆石为同期岩浆结晶成因, 表面年龄加权平均值为(1080±9) Ma (MSWD＝0.43), 该值在误差范围之内与谐和线上交点年龄一致。考虑到岩石经历了后期变形变质改造, 发生了一定的U、Pb放射性同位素的变化,206Pb、235U、207Pb、238U含量及其比值均变化较大,207Pb/206Pb表面年龄加权平均值难以反映真实年龄, 而不一致线与谐和线上交点年龄则可以很好地反映岩石的成岩年龄。因此, 上交点年龄(1082±18) Ma应为卡穷岩群条带状斜长角闪岩的岩浆作用期间原岩形成年龄。

卡穷岩群中片麻状二长花岗岩(09K-2)中的锆石呈无色透明和浅黄色, 以长柱状为主, 少数为浑圆状(部分残缺锆石属于碎样时机械破损), 粒径多在 120 μm × 60 μm ～ 300 μm × 100 μm。锆石 CL 图像(图 5)显示, 多数内部发育具有震荡环带结构(1、3、6～8、18、23、24、26、27、29、31、33～35 测点)或条带结构(10、11、21、32测点)的内核, 外围具有生长加大边(1、3、6～8、10～12、18、19、21、23～27、32～35测点)。具有环带结构或条带结构锆石内核的Th/U比值(介于0.39～1.57之间, 平均1.03)总体高于生长加大边的Th/U比值(介于0.32～1.29之间, 平均0.80)。

片麻状二长花岗岩(09K-2)的锆石经普通铅校正后, U-Pb测试结果列于表 1, 锆石有效测试点共31个。在 U-Pb谐和图上锆石核部(4～9、11、14、18、21～25、27～35 测点)和边部(1、3、10、12、16、17、19、26测点)测点均呈线性分布, 构成两条不一致线(图6)。(1)核部测点不一致线与谐和线上交点年龄为(549±18) Ma (MSWD＝0.02, points=23), 23个测试点207Pb/206Pb比值接近, 在0.0583～0.0588之间,207Pb/206Pb表面年龄集中于540～561 Ma之间, 表明这些锆石为同期岩浆结晶成因, 表面年龄加权平均值为(550±10) Ma (MSWD＝0.03), 该值在误差范围之内与谐和线上交点年龄一致。考虑207Pb/206Pb表面年龄加权平均值难以反映真实年龄, 而不一致线与谐和线上交点年龄则可以很好地反映岩石的成岩年龄。因此, 上交点年龄(549±18) Ma应为卡穷岩群中片麻状二长花岗岩的岩浆作用期间原岩形成年龄。(2)边部测点不一致线与谐和线上交点年龄为(416±23) Ma (MSWD＝0.001, points=8), 8个测试点207Pb/206Pb比值接近, 在 0.0550～0.0551之间,207Pb/206Pb表面年龄集中于413～418 Ma之间, 表面年龄加权平均值为(416±20) Ma (MSWD＝0.002),该值在误差范围之内与谐和线上交点年龄一致。考虑到这些测点位于锆石暗色生长加大边, Th/U比值总体低于锆石核部测点。因此, 上交点年龄(416±23)Ma应为卡穷岩群中片麻状二长花岗岩后期构造-热事件年龄。

图5 卡穷岩群中片麻状二长花岗岩(09K-2)代表性锆石CL图像Fig.5 CL images of zircons from the gneissic monzogranite (09K-2) in the Kaqiong Rock Group

5 结论与讨论

根据LA-ICP-MS锆石微区U-Pb同位素测年结果, 西藏八宿县同卡乡北卡穷岩群条带状斜长角闪岩上交点年龄为(1082±18) Ma。由于条带状斜长角闪岩的原岩为中基性火山岩, 属于卡穷岩群碎屑岩沉积过程中中基性火山活动的产物, 因此(1082±18)Ma可作为卡穷岩群原岩的形成年龄, 相当于中元古代末, 即晚蓟县世。

同时, 西藏八宿县同卡乡北卡穷岩群中片麻状二长花岗岩的形成年龄为(549±18) Ma, 与泛非运动时限(600～500 Ma)相当[9], 李才等曾在本次采样点南约10 km的卡穷沟口获得卡穷岩群中弱片麻状黑云母碱长花岗岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为(507±10)Ma[4], 表明卡穷岩群经历了强烈的泛非期构造-热事件。然而, 卡穷岩群中片麻状二长花岗岩还获得(416±23) Ma的构造-热事件年龄, 反映出泛非运动之后, 还经历一次强烈的构造作用, 这次构造作用的地质意义值得进一步研究。片麻状二长花岗岩除了具有半自形-他形粒状结构、似斑状结构等侵入岩特征外, 还具有交代蠕虫结构, 并保留少量变余碎屑结构, 宏观上与卡穷岩群呈渐变过度关系, 变质地层和侵入体往往无法截然分开, 反映出片麻状二长花岗岩属于卡穷岩群火山-沉积岩系部分熔融的产物, 岩浆未发生远距离运移侵位。以往多将这类片麻状花岗岩作为片麻岩类归入卡穷岩群的组成部分, 但两者在岩石结构构造、成因、原岩形成时代等方面均存在较大差异, 因而这些片麻状花岗岩类应视为构造-岩浆作用过程中的古侵入体, 并从卡穷岩群中解体出来。

印度河-雅鲁藏布江缝合带与班公湖-怒江缝合带之间的冈底斯为一条巨型构造-岩浆带, 有关冈底斯带中新生代岩浆岩的时空分布、地球化学和成矿作用研究近年来取得了重要进展[10–14]。目前, 在青藏高原南部获得大量泛非运动的年龄信息[4,15–19],并陆续发现了奥陶系与下伏地层的不整合[20–23], 表明泛非运动在高原南部具有广泛的影响。结合近年来在班公湖-怒江板块缝合带所夹的卡穷微陆块(嘉玉桥地块)发现退变质榴辉岩包体[1–2], 在聂荣微陆块(聂荣地块)中发现高压麻粒岩[24]和泛非期花岗片麻岩[18], 认为嘉玉桥地块和聂荣地块均是东冈瓦纳大陆北缘裂解出来的块体, 泛非期发生了地壳构造增厚事件。冈底斯地区基底最终固结于泛非运动,包括聂荣地块和嘉玉桥地块在内的冈底斯地区均属于东冈瓦纳大陆的一部分。

新近研究表明, 青藏高原许多变质沉积-火山地层时代为中元古-新元古代。其中, 祁连造山带东段青海省化隆县-循化县之间化隆岩群形成时代在875～891 Ma之间[25]; 青海省湟源县南日月乡一带化隆岩群条带状黑云斜长角闪岩(原岩为中性火山岩)的形成年龄为(884±9) Ma[26]。祁连造山带西段甘肃省肃北县党河一带北大河岩群形成时代在1400～724 Ma之间[27]。纳木错湖西缘念青唐古拉岩群形成时限为(787±9)～(748±8) Ma[28]。作者利用 LA-ICP-MS 锆石U-Pb同位素测年技术, 获得北羌塘他念他翁山一带吉塘岩群酉西岩组石英绿泥片岩(原岩为中基性火山岩)的原岩形成年龄为(965±55) Ma, 绿泥片岩(原岩为基性火山岩)的原岩形成年龄为(1048.2±3.3)Ma(待刊); 北羌塘青海玉树县小苏莽一带宁多岩群形成时代为(1044±30) ～ (990.5±3.7) Ma (待刊); 西藏那曲县北聂荣地块聂荣岩群片麻状斜长角闪岩谐和年龄为(863±10) Ma[29]。因此, 中元古-新元古代是青藏高原基底形成的重要时期。

图6 卡穷岩群中片麻状二长花岗岩(09K-2)锆石U-Pb谐和图Fig.6 U-Pb concordia diagram of zircons from the gneissic monzogranite (09K-2) in the Kaqiong Rock Group

衷心感谢柳小明教授、袁洪林教授和第五春荣博士对论文提出的建设性意见！在数据测试过程中得到弓虎军、贺国芬、李平、武鹏和唐卓的有益帮助, 谨此表示谢意！

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