西藏班戈县白拉SSZ型蛇绿岩锆石U-Pb年龄及其构造意义

孔维华, 蒋之飞, 周 新, 徐学金, 方 明, 方 洁, 肖 霞

(湖北省地质局 第六地质大队,湖北 孝感 432000)

西藏班戈县白拉SSZ型蛇绿岩锆石U-Pb年龄及其构造意义

孔维华, 蒋之飞, 周 新, 徐学金, 方 明, 方 洁, 肖 霞

(湖北省地质局 第六地质大队,湖北 孝感 432000)

白拉蛇绿岩位于班公湖—怒江缝合带中段,主要岩石类型为辉长岩、辉橄岩、纯橄岩、玄武岩、辉石岩等。所有基性岩样品富镁,低钛、钠、硅,富集大离子亲石元素(如Rb、Ba、Th等),且亏损高场强元素Ta、Ti等,通过地球化学元素分析认为白拉蛇绿岩形成于俯冲消减带之上(SSZ)的构造环境,很可能是小洋盆发育晚期洋壳进入俯冲消减过程中的产物。在蛇绿岩中获得辉长岩的锆石U-Pb年龄为(189.7±1.3)Ma,表明班公湖—怒江特提斯洋在早侏罗世末构造环境由扩张开始向俯冲消减的转换。

缝合带;俯冲消减;SSZ型蛇绿岩;地球化学

班公湖—怒江缝合带是青藏高原北部一条重要的板块边界[1-2],班公湖—怒江缝合带中段经历了较为完整的威尔逊旋回,即:二叠纪大洋裂谷幼年期微型大洋阶段;早三叠世—中三叠世大洋成年期洋盆扩张阶段;晚三叠世—早侏罗世大洋衰退期洋盆俯冲消减阶段;中侏罗世—早白垩世大洋残余期残余洋盆阶段;晚白垩世大洋遗痕期板块碰撞造山阶段[3]。蛇绿岩是班公湖—怒江缝合带的重要组成部分,其类型、形成时代的研究对探讨班—怒带的构造演化具有直接的指示意义。在西藏班戈县白拉乡一带,出露大面积的蛇绿岩。之前1∶25万班戈幅区调工作认为其形成于白垩纪洋中脊扩张海槽[4]。笔者通过“西藏1∶5万班戈地区6幅区调”的工作,初步认为,白拉蛇绿岩产出于俯冲消减带之上(SSZ)的环境,是小洋盆发育晚期洋壳进入俯冲消减过程中的产物。

1 地质背景和样品特征

白拉蛇绿岩主要分布在班公湖—怒江缝合带中段白拉乡拉青拉—阿多一带(图1),呈透镜状北西向展布,岩性主要有辉长岩、辉橄岩、纯橄岩、玄武岩、辉石岩、堆晶岩等,以构造岩片形式侵位于中下侏罗统木嘎岗日岩群混杂岩中,蛇绿岩与该混杂岩一起构成班公湖—怒江蛇绿混杂岩带。本次采集的辉长岩(D2306-TW1),位于白拉乡西北约50 km(地理坐标:X=3489980;Y=270807),用于定年的辉长岩呈灰绿色,变余辉长结构,块状构造。斜长石(黝帘石、绢云母、钠长石)53%,辉石(阳起石)47%。岩石由斜长石、辉石的蚀变矿物阳起石、黝帘石、绢云母、极少的钠长石组成。阳起石为浅绿色,弱多色性,呈纤柱状集合体,具辉石假象,粒径在0.5 mm左右。黝帘石为他形粒状集合体,绢云母为显微鳞片状集合体,有时两者混合在一起,具斜长石的粒、柱状假象,粒径大小同辉石。

2 测试结果

2.1 锆石U-Pb年龄

用于分选锆石的辉长岩约25 kg,分选工作是在河北省廊坊市诚信地质服务所完成,锆石制靶在北京天和信矿业技术开发有限公司完成。将待测锆石以环氧树脂固定,抛光至暴露出锆石中心面,分别在光学显微镜下用反光、投射光照相和阴极发光(CL)照相,在北京天和信矿业技术开发有限公司实验室完成LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,测定采用国际标准锆石GJ-1作外标。原始数据采用Glitter程序处理并进行普通铅矫正,年龄采用Isoplot程序完成。采用206Pb/238U年龄,其加权平均值为95%置信度,分析结果见表1。

图1 西藏班戈县白拉蛇绿岩地质简图(大地构造位置图据潘桂棠,2002)Fig.1 Baila ophiolite geological map in Baingoin County1.第四系;2.赛马尔曲砾岩;3.木嘎岗日岩群其西弄岩组;4.拉贡塘组;5.接奴群;6.希湖群;7.确哈拉群;8.查果罗玛组;9.达尔东组;10.枕状基性熔岩;11.堆晶岩;12.超镁铁质岩片;13.英云闪长岩;14.正长花岗岩;15.片理产状;16.一级断裂;17.二级断裂;18.断层;19.平行不整合;20.角度不整合;21.同位素定年样位置;①.龙木错—双湖缝合带;②.班公湖—怒江缝合带;③.雅鲁藏布江缝合带;Ⅰ.羌塘地块;Ⅱ.班公湖—双湖—怒江—昌宁对接带;Ⅲ.冈底斯地块;Ⅳ.喜马拉雅地块。

编号232Th238U232Th/238U207Pb/206Pb±σ207Pb/235U±σ206Pb/238U±σ207Pb/235U±σ206Pb/238U±σ比值比值比值比值年龄/Ma年龄/Ma和谐度/%0116.243.60.209980.052490.435340.260062.179010.036560.12557234.7182717.55958231.447947.81045980342.683.20.275060.047800.508100.190891.754260.029860.11581177.3895914.95770189.697047.24987930442.877.40.295020.047540.268580.201391.100630.030750.04967186.305159.30303195.264303.1083295052583400.277450.050830.154270.215140.677690.030490.04061197.853995.66443193.597092.5423797061622250.326930.052200.173400.217140.752230.030310.05318199.524266.27683192.468583.32885960787.495.80.435780.050790.262940.203091.033920.029210.41798187.738728.72699185.622552.6198998081522460.308700.052510.165270.217580.674880.029940.03721199.891065.62972190.159252.331009509110 1500.388780.052450.168110.220410.687230.030420.04867202.248685.71942193.189063.04629951076.91650.248030.053210.196140.219450.856460.029350.03844201.455637.13264186.481532.40945921171.590.10.417060.050700.260690.206910.987180.029870.04945190.959678.30624189.750373.09693991321.540.60.271950.048570.323590.198011.204480.030010.06677183.4374710.20945190.594594.17996961428.458.10.256070.054810.316300.225381.236990.030030.06592206.3800110.25100190.731784.12716921532.973.10.224020.046490.219840.193780.903650.030160.06195179.850347.68709191.533083.8783393162562430.520260.049220.151350.202340.586430.029730.03671187.105134.95403188.875752.3002899171591640.507670.047870.171330.197650.683130.030050.04208183.139405.79298190.838822.63578951991.698.90.485140.052960.223630.215110.817440.029880.04997197.833586.83210189.792943.12943952035.570.10.267930.048290.256520.198521.039810.030140.05570183.872068.81013191.446653.48686952156.076.10.383870.054760.311680.228611.322410.0301620.05273209.0534510.92996191.564573.3012191222101920.553360.052650.155500.213580.587530.029460.03674196.548364.917577187.189652.30263952344.487.90.262570.049990.248630.200480.939030.029070.04245185.535117.94343184.698462.6610799241812320.371740.050420.168550.205410.715760.029410.04738189.693276.03066187.049102.9689298

用于分析的锆石颗粒大小约100～150 μm,呈板状,显示岩浆环带,环带较宽,为典型的基性岩石中锆石的内部结构。21个分析点在206Pb/238U-207Pb/235U图解上谐和或近谐和(图2),206Pb/238U加权平均年龄为(189.7±1.3)Ma(MSWD=0.99)。

图2 白拉蛇绿岩带样品锆石CL图和U-Pb谐和年龄Fig.2 CL diagram and U-Pb concordant age of zircon samples of Baila ophiolite belt

2.2 主微量元素

其主量元素分析结果见表2。从表中可以看出,样品SiO2含量介于44.86%～48.26%,平均为46.06%;TiO2含量介于0.077%～0.14%,平均为0.097% ;MgO含量介于9.68%～12.12%,平均为11.18%;Al2O3含量分别介于15.01%～20.48%,平均为17.38%;Na2O含量介于0.36%～1.54%,平均为1.07%;K2O含量分别介于0.034%～1.09%,平均为0.47%。与班公湖、蓬错SSZ型蛇绿岩相比,样品整体高镁,低钛、钠、钾(表3)。

表2 白拉SSZ型蛇绿岩中辉长岩主量元素分析结果表(单位:10-2)Table 2 Analysis result table of the main content of gabbro BailaSSZ ophiolite elements

表3 班公湖、蓬错、白拉蛇绿岩主量元素对比表(单位:10-2)Table 3 Principal element contrast table of Bangong lake,Pengchuo and Baila ophiolite

固结指数(SI)在65～81,平均值为69.46。岩浆在结晶分异过程中,通常由富镁向贫镁方向演化,残余岩浆的固结指数会迅速降低,这种大的SI值,反映该岩体在岩浆演化过程中分离结晶程度较低,是来自地幔的产物。

图3 碱—二氧化硅图解(据T.N. Irvine,1971)Fig.3 Alkali-silicon dioxide diagramA.碱性区;S.亚碱性区。

相对于其他典型地区蛇绿岩,样品整体富镁,低钛、钠、硅的特征。在碱—二氧化硅图解(图3)上,样品落入亚碱性区;在玄武岩F-A-M图解(图4)上,样品落入钙碱性玄武岩和拉斑玄武岩界线附近。根据现代大洋拉斑玄武岩的研究结果,正常洋脊玄武岩有较高的TiO2,含量范围在0.7%～2.3%,本文研究的蛇绿岩中TiO2含量<0.10%。洋脊玄武岩Sc丰度值在40×10-6～60×10-6,Sr为70×10-6～150×10-6,本区辉长岩中Sc丰度值平均为32.08×10-6,Sr丰度值在12.5×10-6～340×10-6,Sc明显偏低,Sr变化较大,略微偏高,这些特征均有别于现代大洋拉斑玄武岩,暗示辉长岩可能为钙碱性玄武岩系。

图4 玄武岩F-A-M图解(据T.N. Irvine,1971)Fig.4 F-A-M diagram of basaltTH.拉斑玄武岩系;CA.钙—碱性岩系。

岩石名称PM029-XT4PM029-XT9D7699-XT1D2306-XT1PM016-XT3蚀变辉长岩蚀变辉长岩橄榄辉长岩辉长岩蛇纹石化辉橄岩La2.231.122.573.892.04Ce7.523.155.136.264.27Pr0.440.250.620.560.50Nd1.951.302.471.932.24Sm0.360.280.620.420.59Eu0.170.100.180.110.25Gd0.460.320.660.470.63Tb0.070.060.100.070.14Dy0.40.340.610.450.96Ho0.090.060.130.100.20Er0.250.190.390.330.60Tm0.040.030.050.040.09Yb0.240.190.350.290.56Lu0.040.030.0580.0490.08Y2.321.803.262.325.16

稀土元素特别是重稀土元素受海水蚀变、热液交代或后期变质作用的影响甚微,因此稀土分配型式能较好地反映岩浆形成时的特点。研究区样品中稀土总丰度值ΣREE在4.74×10-6～38.66×10-6(表4),平均值为14.66×10-6,远低于N-MORB的39.1×10-6[5]、E-MORB的49.1×10-6,低于OIB的198.96×10-6,因为从岛弧到正常洋中脊再到洋岛,岩石稀土总量是逐渐增加的,样品岩石稀土总量很低,暗示岩石可能为岛弧环境[6]。(La/Yb)N介于4.5～15.42,平均为8.77,与N-MORB、E-MORB和OIB的(La/Yb)N比值分别为0.82、1.91和17.13相比,介于后两者之间,表明轻、重稀土元素之间存在明显的分异;δEu在0.75～1.38,平均为1.06,除了样品D2306-XT1具较弱Eu负异常外,其余样品Eu无明显负异常。从球粒陨石标准化REE配分图(图5)上看,整体显示右倾的配分型式,表现为轻稀土略显富集,中、重稀土元素近似平坦状的特征。

图5 白拉蛇绿岩稀土元素球粒陨石标准化图Fig.5 Chondrite standardization map of Baila ophiolite of rare earth elements

岩石名称PM029-WL4PM029-WL9D7699-WL1D2306-WL1PM016-WL3蚀变辉长岩蚀变辉长岩橄榄辉长岩辉长岩蛇纹石化辉橄岩P41.648.143.244.847.9Co38.728.642.840.440.7Rb43.315.362.222.33.60Sb0.180.2116.617.50.17Bi0.030.020.020.030.02Hg8.478.144.546.667.74Sr72.4256113340148Ba67.450.715275.981.7V81.073.561.177.3116Sc33.329.430.738.039.8Nb5.215.005.005.008.40Ta0.430.301.081.120.64Zr10.010.050.050.010.7Hf0.480.480.550.570.77Ga9.868.5410.011.99.54Sn0.500.5266.42.1518.5U0.500.500.500.500.50Th1.141.001.001.271.00K5643174390452904282Ti538492454401873

微量元素分析结果见表5,在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图6)中,整体呈右倾的配分型式,微量元素特征表现为Rb、Ba、Th、U、Sr、Ta等大离子亲石元素相对富集,亏损高场强元素Nb等,并具有显著的P、Ti负异常,说明其成因与俯冲消减作用有关。

3 构造意义探讨

白拉蛇绿岩样品微量元素中,Rb、Ba、Th、Sr等大离子亲石元素富集,且Ti、P、Y、Nb、Yb具较明显亏损,具有类似交代地幔岩的特征,即有别于典型的N-MORB型蛇绿岩,显SSZ型蛇绿岩的特征。因为在大洋中脊下玄武岩(N-MORB)源区几乎处于无水的条件下,一般不会出现Rb、Sr等大离子亲石元素的富集,而在SSZ环境下的俯冲洋壳释放的流体加入可以产生这种特征,反映它们形成于有流体加入的俯冲消减的SSZ环境[7]。

图6 白拉蛇绿岩微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.6 Spider diagram of primitive mantle normalized trace elements of Baila ophiolite

在Ti-Zr-Y图解(图7)上,样品落入岛弧钙碱性玄武岩区;在V-Ti图解(图8)上,样品落入岛弧玄武岩区。

图7 白拉蛇绿岩Ti-Zr-Y图解(据 Pearce 和 Cann，1973)Fig.7 Ti-Zr-Y diagram of Baila ophioliteA、B.岛弧拉斑玄武岩;B、C.岛弧钙碱性XIN性玄武岩;D.板内玄武岩。

从上述各判别图来看,白拉蛇绿岩辉长岩落入岛弧(钙碱性)玄武岩区域,与前述其具有板块俯冲消减带(SSZ)产出环境分析吻合。另外,在白拉北佳琼棒那拉亦发育一套早侏罗世火山岩,具岛弧型性质(另文发表),因此,白拉蛇绿岩产出于俯冲消减带之上(SSZ)弧后盆地环境,是洋盆发育晚期洋壳进入俯冲消减过程中的产物,为俯冲带上的弧后盆地扩张脊环境。

史仁灯等[8]获得班公湖SSZ型蛇绿岩中的辉长岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为(167.0±1.4)Ma,为中侏罗世,基于此认为班公湖—怒江洋在班公湖地区中侏罗世开始由扩张转化为俯冲消减。夏斌等[9]在东巧西蛇绿岩中获得辉长岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为(187.8±3.7)Ma,认为东巧蛇绿岩带所代表的特提斯洋盆形成于早侏罗世晚期;黄强太等[10]在蓬错西北切里湖蛇绿岩带中获得辉长岩锆石U-Pb年龄为(189.8±3.3)Ma,为俯冲带之上(SSZ)蛇绿岩。以上研究表明,班公湖—怒江蛇绿岩带存在SSZ型蛇绿岩。蛇绿岩代表残余的古洋壳,班公湖SSZ型蛇绿岩是古洋壳俯冲产物,为古洋盆萎缩的最好标记之一,是在大洋关闭过程中形成于汇聚板块边缘俯冲带上的构造环境,其形成时代直接指示大洋开始由扩张转换为俯冲消减的时限。笔者认为,在早侏罗世末,研究区构造背景经历了由拉张向挤压的构造转换,揭开了洋陆转换的序幕。

图8 V-Ti图解(据 Shervais，1982) Fig.8 V-Ti diagramIAB.岛弧玄武岩;ALK.碱性玄武岩;MORB.大洋中脊玄武岩。

致谢:中国地质大学(北京)王黎栋教授、中国地质大学(武汉)刘锐教授,及中国地质调查局成都地质调查中心研究员潘桂棠、王保弟两位先生对文章的内容提出了大量的宝贵修改建议,在此深表谢意！

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U-Pb Ages and Tectonic Significance of SSZ OphioliteZircon in Baingoin County,Tibet

KONG Weihua, JIANG Zhifei, ZHOU Xin, XU Xuejin, FANG Ming, FANG Jie, XIAO Xia

(SixthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Xiaogan,Hubei432000)

Baila ophiolite is located in the middle of Bangong Lake-Nu River suture zone,rocks are gabbro,augite peridotite,dunite,basalt and pyroxenite. All the mafic samples are rich in magnesium,low in Ti,Na,Si,and enriched in large ions,such as Rb,Ba,Th and so on,and depleted in high field strength elements such as Ta and Ti. Through the analysis of geochemical elements that Baila ophiolite formed in the subduction zone(SSZ)tectonic environment,probably is a product of small ocean basin during the late development of oceanic crust into the subduction process. In the ophiolite in zircon U-Pb age of gabbro was (189.7±1.3)Ma,showed that the Bangong Lake-Nu River tethys ocean changed from expansion to subduction at the end of Early Jurassic in the tectonic environment.

suture zone; subduction; SSZ ophiolite; geochemistry

P588.12; P597+.3

A

1671-1211(2017)06-0669-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.002

2017-05-04;改回日期2017-09-06

西藏1∶5万班戈江错地区H46E002003等6幅区域地质矿产调查项目(项目编号:1212011221082)。

孔维华(1971-),男,工程师,区域地质调查与找矿专业,从事地质矿产勘查工作。E-mail:744491090@qq.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171027.0937.002.html数字出版日期2017-10-27 09:37

于继红)