班公湖-怒江缝合带西段特提斯洋盆南向俯冲的地球化学和年代学证据

胡 隽, 万永文, 陶 专, 张 旦, 陈国东

1.成都理工大学 数学地质四川省重点实验室，成都 610059; 2.中国冶金地质总局 中南地质勘察院，武汉 430080)

班公湖-怒江缝合带位于羌塘地块和拉萨地块之间，东西方向延伸达2 000余千米。由于班公湖-怒江缝合带的各种地质特征研究对于理解特提斯洋的演化和青藏高原的隆升过程具有极其重要的意义，长期以来各国地质学者对此区域展开了广泛、持续的研究，取得了一系列有价值的成果。目前最为热烈的争论仍集中在缝合带的俯冲时间和俯冲极性问题。班公湖-怒江洋盆的打开时间，主流观点有三叠纪[1,2]、早侏罗世[3]、中晚侏罗世[4-6]，俯冲消减时间为中侏罗世，闭合时间为晚侏罗世-中白垩世[3,7-14]。对班公湖-怒江洋盆的俯冲极性问题也存在很大争议，一部分学者认为该洋盆是向北俯冲，即向羌塘地块下俯冲[13,15-18]；另一部分则认为俯冲向南发生，即向拉萨地块俯冲[3,10,19-22]；还有学者提出了南北双向俯冲的观点和证据[13,23-27]。

作者依托西藏纳屋错地区1∶50 000区域地质调查项目，在革吉县盐湖乡开展了为期3年的区域地质调查工作，掌握了班公湖-怒江缝合带南侧岩浆作用的数据，以盐湖复式岛弧型侵入岩岩体和去申拉组火山岩的地球化学分析数据为研究对象，探讨班公湖-怒江缝合带南侧岩浆岩的成因和形成环境，并结合锆石U-Pb LA-ICPMS测龄数据，分析和论证班公湖-怒江缝合带的俯冲时间和俯冲极性问题。

1 岩浆岩产状和岩相学

笔者参与的区域地质调查图幅位于西藏自治区阿里地区革吉县盐湖乡，处于班公湖-怒江缝合带西段，北为羌塘陆块，南为拉萨地块(图1)。研究的岛弧型岩浆岩主要分布于图幅南侧阿翁错陆缘火山-岩浆弧带盐湖复式岩体中，岛弧型侵入岩体以岩基形式大致呈NWW-SEE方向产出，地表出露长度约155 km，宽度约55 km，出露面积约850 km2，岩体主要由大小、产状各异的数十个侵入体构成。侵入岩类型主要为中细粒花岗岩和花岗闪长岩。花岗岩呈中细粒花岗结构，块状构造；以微具黏土矿化的隐纹长石为主，石英为次，再次为微具绢云母化的斜长石和绿泥石化的黑云母、磷灰石、粒状不透明矿物，主要矿物组分为微纹长石(面积分数：55%～60%)、石英(25%～30%)、斜长石(15%～20%)，黑云母、磷灰石、不透明矿物少量。花岗闪长岩呈似斑状结构，基质具中细粒花岗结构，斑晶由具绢云母化、环带状构造的斜长石构成，基质组分以细粒为主；成分以具环带状构造、微具绢云母化的斜长石为主，次为石英，再次为绿泥石化黑云母、角闪石、黏土矿化的隐纹长石，矿物分布均匀。主要矿物组成为斜长石斑晶(面积分数：10%～14%)；基质为斜长石(面积分数：50%～55%)、石英(25%～30%)、隐纹长石(5%～10%)、黑云母和角闪石(5%～10%)；磷灰石微量，不透明矿物少量，锆石偶见。

阿翁错陆缘火山-岩浆弧带的中基性火山岩隶属于去申拉组第三段，其中可圈定多个火山机构，岩性与岩相特征主要表现为火山溢流相的安山岩、玄武岩和火山管道相的安山质火山角砾岩、火山集块岩。用于本文地球化学分析的样品为安山岩和安山质玄武岩。安山岩为斑状结构，基质为交织结构，斑晶由角闪石和绢云母化的斜长石构成，基质略显微粒半自形柱粒结构，主要由板条状微具绢云母化的斜长石微晶构成，次为绿泥石化角闪石微晶，另见少量微晶黑云母、石英微脉及团粒。主要矿物组成为角闪石斑晶(面积分数：2%～5%)、斜长石斑晶(1%～2%)；基质为斜长石(面积分数：55%～60%)、角闪石(35%～38%)、石英(1%～2%)、黑云母(2%～4%)；榍石、帘石少许。玄武岩为斑状结构，基质呈间隐结构，斑晶主要为保持短柱粒状的辉石斑晶，次为具绿帘石化的斜长石斑晶，基质以斜长石为主，微粒柱粒状的辉石为次。矿物组分为辉石斑晶(面积分数：6%～10%)、斜长石斑晶(1%～2%)；基质为斜长石和辉石(面积分数：90%～95%)，石英少量，磷灰石、不透明矿物微量。

2 岩石地球化学

本文涉及样品的岩石化学及岩石地球化学的测试工作在西南冶金地质测试所完成，主元素采用Axios X射线荧光仪分析，主要分析方法为X射线荧光法 、质量法、滴定法，分析精度(质量分数)优于2%～5%。痕量元素采用NexION 300x ICP MS型等离子质谱仪、JP-2D极谱仪测定，主要分析方法为发射光谱法、质谱法、极谱法，分析精度(质量分数)优于2%。相关分析结果见表1、表2和表3。

图1 西藏纳屋错地区盐湖复式岩体地质简图Fig.1 Simplified geological map of the Yanhu complex massif in the Nawucuo area of Tibet

表1 盐湖复式岩体岩浆岩样品的主元素分析结果(w/%)Table 1 Major element analysis result of the magmatic rock samples from the Yanhu complex massif

2.1 主元素分析

盐湖复式岩体中出露的侵入岩从基性的辉长岩，到中性的石英闪长岩、中酸性的花岗闪长岩、酸性的花岗岩都有产出，其SiO2含量(质量分数)为47.57%～76.07%，变化范围覆盖了酸性到基性的范围。在K2O-SiO2图解(图2)中主要出现在中钾钙碱性和高钾钙碱性区域，属于典型的岛弧型岩浆岩。

图2 盐湖复式岩体岩浆岩SiO2-K2O图解Fig.2 SiO2-K2O diagram of the magmatic rock in the Yanhu complex massif

火山岩的SiO2质量分数(wSiO2)变化相对较小，为49.72%～59.87%(平均值为52.01%)，具有中等的Na2O含量(w平均为2.74%)和较低的K2O含量(w平均为0.95%)，因此得到的K2O/Na2O比值较小(平均值为0.35)，3例火山岩样品在TAS分类图(图3)中均落在亚碱性范围内，岩性分别为安山岩和安山玄武岩，为中性和中基性岩类。同时，在K2O-SiO2图解(图2)中，3例火山岩均在中钾钙碱性区域，与岛弧区岩石组合特征吻合。

图3 去申拉组火山岩TAS分类图Fig.3 TAS diagram of Qushenla Formation vocanic rocks

2.2 痕量元素和稀土元素分析

在痕量元素原始地幔标准化蛛网图(图4-A)上，8件侵入岩样品具有类似的配分模式，总体上富集大离子不相容元素(HFSE)Rb、K、Pb、Th、Sr，亏损高场强元素(LILE)Nb、Ta、Zr、P，表现出明确的岛弧型特征[28]。

图4 岛弧型侵入岩样品的原始地幔标准痕量元素蛛网图和稀土元素球粒陨石标准化分布模式图Fig.4 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram and rare earth element chondrite-normalized patterns of the arc intrusive rock samples

盐湖复式岩体的岛弧型侵入岩富含稀土元素(wΣREE=143.06×10-6～181.40×10-6)。稀土元素球粒陨石标准化分布模式(图4-B)表现出8件侵入岩样品具有LREE富集、HREE相对亏损的右倾模式(LREE/HREE=8.05～10.06)，微弱的Eu负异常表明岩浆具有较低的分异程度；结合Sr元素的相对负异常，说明演化过程中没有经历明显的斜长石分离结晶作用。

2.3 构造环境分析

痕量元素的Rb-(Yb+Ta)图解(图5)和Rb-(Y+Nb)图解(图6)中盐湖复式岩体的12个中酸性和基性侵入岩样品都落在火山弧花岗岩VAG区域。在花岗岩构造环境FeO-MgO判别图解(图7)中，所有中酸性和基性侵入岩样品都落在IAG(岛弧型花岗岩)+CAG(大陆弧花岗岩)+CCG(大陆碰撞花岗岩)区域之中，其中唯一的基性侵入岩(辉长岩)样品的FeO、MgO含量更高。这3个图解都表明盐湖复式岩体侵入岩的岛弧型岩浆岩特征明显[28]，并且都形成于班公湖-怒江特提斯洋壳的南向俯冲阶段的活动大陆边缘。

图5 盐湖复式岩体侵入岩(Yb+Ta)-Rb图解Fig.5 (Yb+Ta)-Rb diagram of the Yanhu complex massif intrusive rock

图6 盐湖复式岩体侵入岩(Y+Nb)-Rb图解Fig.6 (Y+Nb)-Rb diagram of the Yanhu complex massif intrusive rock

图7 花岗岩构造环境MgO-FeO判别图解Fig.7 MgO-FeO diagram of granite rocks tectonic settings

在判断火山岩形成构造环境的TiO2-Zr图解(图8)中，可见3个去申拉组火山岩样品均位于火山弧玄武岩VAB区域内，说明岛弧型玄武岩形成于班公湖-怒江特提斯洋壳向南面的拉萨地块之下俯冲消减过程，由俯冲洋壳上部局部熔融形成的岩浆向上侵位并喷发形成。

图8 火山岩形成构造环境的TiO2-Zr图解Fig.8 Zr-TiO2 diagram of volcanic rocks tectonic settings

3 锆石U-Pb LA-ICPMS 测龄

锆石单矿物分选在河北省地矿局区域地质调查大队测试实验室完成，锆石制靶、锆石阴极发光(CL)研究和锆石年龄测定在中国地质大学“地质过程与矿产资源”国家重点实验室完成。

在阿翁错陆缘火山-岩浆弧带盐湖复式岩体中共取得10余件岛弧型侵入岩的锆石U-Pb年龄样品，本文提出其中3例进行讨论。

花岗闪长岩体样品(D3660)和石英二长闪长岩体样品(D3658-TW1)的锆石颗粒大小较均一，具完好的短柱状晶形。锆石粒度在100～150 μm之间，可见清晰韵律环带。详见图9-A和图10-A。图9-B和图10-B表明11个和17个U-Pb分析结果分别给出了104(+5.0/-6.6) Ma (MSWD=5.5)和114.7(+11/-6.6) Ma(MSWD=7.6)的加权平均年龄，说明盐湖复式岩体在早白垩世的岩浆活动较为强烈。从图11-A中可见花岗岩体样品(D3093-TW1)的锆石粒度多在150 μm左右，宽度约在80～120 μm之间，部分锆石粒度约在200～300 μm，长宽比大致在1∶1～1∶3之间。绝大多数锆石为完整的柱状锆石颗粒，晶棱平直，多数锆石样品具清晰的环带结构。图11-B显示16个U-Pb测龄结果的加权平均年龄为93.0(+2.3/-3.2) Ma (MSWD=2.9)，说明直至晚白垩世仍然存在一定规模的岩浆活动。

图9 盐湖复式岩体花岗闪长岩(D3660)锆石阴极发光图和U-Pb一致线加权平均年龄Fig.9 Zircon CL images and U-Pb weighted mean age of granodiorite(D3660) formed in the Yanhu complex massif

图10 盐湖复式岩体石英二长闪长岩(D3658-TW1)锆石阴极发光图和U-Pb一致线加权平均年龄Fig.10 Zircon CL images and U-Pb weighted mean age of quartz monzobiorite (D3658-TW1) formed in the Yanhu complex massif

图11 盐湖复式岩体花岗岩(D3093-TW1)锆石阴极发光图和U-Pb一致线加权平均年龄Fig.11 Zircon CL images and U-Pb weighted mean age of granite (D3093-TW1) formed in the Yanhu complex massif

4 讨 论

4.1 班公湖-怒江特提斯洋盆的俯冲方向

主元素地球化学分析表明所有侵入岩样品均为中钾钙碱性和高钾钙碱性岩浆岩；痕量元素地球化学数据显示其富集大离子不相容元素Rb、K、Pb、Th、Sr，亏损高场强元素Nb、Ta、Zr、P：这些特征都说明具有岛弧型岩浆岩的基本特征。从空间上看，盐湖复式岩体紧邻班公湖-怒江缝合带南界以南、拉萨地块北缘，其岛弧型侵入岩指示着特提斯洋盆向南面的拉萨地块之下的俯冲。

班公湖-怒江特提斯洋盆的南向俯冲一直以来缺少直接的岛弧火山岩证据[22],本文则以去申拉组火山岩为例，从岩石地球化学分析数据证明盐湖复式岩体中的3个火山岩样品均为典型的岛弧型火山岩(图3)，形成于特提斯洋壳南向俯冲消减过程(图8)，为特提斯洋盆的南向俯冲提供了直接的地球化学新证据。

4.2 班公湖-怒江特提斯洋盆的俯冲时间

笔者对班公湖-怒江缝合带南界的盐湖复式岩体获得的花岗闪长岩和石英二长闪长岩的锆石U-Pb LA-ICPMS年龄数据都在早白垩世(约104 Ma B.P., 114.7 Ma B.P.)，花岗岩的年龄数据则推迟到了晚白垩世(约93.0 Ma B.P.)。说明研究区内缝合带南界的俯冲消减时间至少持续了21.7 Ma；并且随着俯冲的进行，岩浆岩从早到晚由中性逐渐向酸性过渡。需指出，早白垩世的岛弧型侵入岩年龄与班公湖-怒江缝合带南向俯冲的110 Ma B.P.左右岩浆大爆发理论在时间上是吻合的[29]。另有前人提出的特提斯洋盆南向俯冲时间为166.4 Ma B.P.[26]，与本文的岛弧岩浆岩俯冲时间相差甚远，说明长达2 000余千米的班公湖-怒江缝合带可能存在多期次俯冲和多条洋内俯冲带[30]。

4.3 班公湖-怒江缝合带特提斯洋盆的属性

关于班公湖-怒江缝合带特提斯洋盆的属性问题存在两大观点，一方认为它是一个连通的、单一的大洋盆[31-33]，另一方则认为它是由一系列局限性小洋盆组成[4,6]。笔者所在的岛弧岩浆岩研究区隶属于盐湖复式岩体，该岩体沿NWW-SEE方向延伸155 km，相比2000余千米长的班公湖-怒江缝合带，分布规模是局部的。区域上缝合带东段相邻的改则北部岩体中的锆石U-Pb加权平均年龄约为142.15 Ma[26]，与本文岛弧型岩浆岩相差近28 Ma。这一数据不仅验证了前面提到的班公湖-怒江缝合带的多期次俯冲和多条洋内俯冲带的论点，也说明班公湖-怒江缝合带特提斯洋盆的属性更符合一系列局限性小洋盆。

4.4 岩石成因

稀土元素球粒陨石标准化图解显示右倾型元素配分型式，说明轻稀土相对富集，重稀土明显亏损；δEu= 0.67～0.93,δCe=0.45～0.91，Eu异常不显著;wSr/wY值较高，介于38.0～42.4之间:表明中性侵入岩体具有下地壳部分熔融的地球化学特征，其岩浆的形成与古老下地壳物质的部分熔融有关[34]。

对岛弧型侵入岩样品中的6个花岗岩样品进行分析，发现它们都属于A型花岗岩(图12)。由于近年来A型花岗岩的构造背景范围得到很大拓展，不再局限于传统的“非造山环境”，还包括了如造山后期、造山晚期等多种与板块俯冲相关的构造环境[35-37]，这种解释与本文讨论的俯冲环境吻合。进一步分析发现6个A型花岗岩样品都细分在A1型花岗岩之中，其成岩环境位于洋岛玄武岩OIB区域(图13)，说明其成因可能与洋岛玄武岩来源相似，为岩浆侵位于大陆裂谷或在板内岩浆作用过程中的分异产物[38]。

综上，本研究所涉及的岛弧型花岗岩来源于地幔玄武岩浆的演化，为玄武岩浆上升后与亏损地壳混染、熔融、分异而形成的产物，其构造环境则与班公湖-怒江缝合带特提斯洋南向俯冲消减相关。

图12 花岗岩成因的K2O-Na2O图解Fig.12 K2O-Na2O diagram of granite genesis

图13 不同构造环境中A型花岗岩的Yb/Ta-Y/Nb图解Fig.13 Yb/Ta-Y/Nb diagram of A-type granite in different tectonic settings

5 结 论

a.对班公湖-怒江缝合带西段的盐湖复式岩体进行了岩石地球化学分析，发现侵入岩样品为中钾钙碱性和高钾钙碱性，去申拉组火山岩样品均为中钾钙碱性，且在TAS图解中都落在亚碱性区域，说明它们都是典型的岛弧型岩浆岩。

b.痕量元素分析表明侵入岩样品都存在富集大离子不相容元素(HFSE)Rb、K、Pb、Th、Sr，亏损高场强元素(LILE)Nb、Ta、Zr、P的岛弧型特征。稀土元素配分模式具有LREE富集、HREE相对亏损的右倾模式。

c.班公湖-怒江缝合带南面的3件岛弧型岩浆岩的锆石U-Pb年龄数据处于早白垩世-晚白垩世，该数据指示缝合带向南俯冲的时代。结合年龄数据，侵入岩体现了随着时代从早到晚岩浆岩从中钾钙碱性岩向高钾钙碱性岩演化、岩性从中基性向酸性演化的趋势。

d.通过对火山岩和花岗岩的岩石成因分析，认为岛弧型玄武岩产生于俯冲消减过程，由俯冲洋壳上部局部熔融形成的岩浆向上侵位并喷发形成。岛弧型花岗岩则来源于地幔玄武岩浆演化，为玄武岩浆与下地壳熔融形成的产物。

e.经过分析，笔者认为班公湖-怒江西段特提斯洋向南俯冲的证据充分，俯冲时代明确，且存在多期次俯冲和多条洋内俯冲带，特提斯洋盆的属性为一系列小洋盆。

一同参与野外地质调查工作的还有王玉兰副教授、孟佳克老师、吴小双同学、罗遥逸同学，在此向他们表示感谢。

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