西藏仁布县帕夏始新世埃达克质岩的发现及其意义

2018-08-06宋旭波李应栩李光明刘洪向安平

沉积与特提斯地质 2018年1期

宋旭波，李应栩，李光明，刘洪，向安平

(1. 成都理工大学地球科学学院，四川成都 610059；2.中国地质调查局成都地质调查中心，四川成都 610081)

冈底斯构造-岩浆岩带是夹持于雅鲁藏布江结合带与班公湖-怒江结合带之间的一条巨型构造-岩浆岩带[1-5]，是一个复杂的多岛弧-盆体系，可进一步划分出十余个次级地质构造单元，记录了泥盆纪—中三叠世洋-陆转换，晚三叠世—白垩纪盆-山转换以及古近纪—第四纪壳幔转换3次构造体制转换的复杂演化历史[6]。由于印度-亚欧大陆于65Ma的汇聚碰撞，冈底斯带南缘的印度河-雅鲁藏布江缝合带(IYS)分别被向南逆冲的冈底斯逆冲断裂系(GT)和向北逆冲的大反向逆冲断裂系(GCT)改造[7-8]，导致上盘冈底斯弧花岗岩基大面积出露[4]。

冈底斯岩基是一个由基性岩到酸性岩连续演化的钙碱性复式岩基[9]。50Ma左右俯冲板片断离，大量软流圈地幔物质上涌，导致大规模岩浆底侵和岩浆混合作用的发生[10-13]，其基性组分来自含石榴石的地幔，之后经历分离结晶和地壳混染形成中酸性岩浆[14]。花岗岩Sr-O同位素表现出富集组分混染亏损组分的成因模式[15]。岩基普遍显示正的εNd(t)值和正的εHf(t)值，主体具有新元古代以来的模式年龄，表明冈底斯岩基具有较大的幔源物质的贡献和年轻基底的特征[2,16-17]。

对冈底斯南缘岩浆岩的研究表明，冈底斯带南部出露大量中新世埃达克质岩。侯增谦等[18]提出这些埃达克岩起源于碰撞加厚的新生镁铁质下地壳，而高永丰等[19]认为是滞留在地幔的洋壳残片部分熔融的产物。但早始新世埃达克质岩却鲜有发现。Ji等[20]在冈底斯南缘东段发现了51Ma的埃达克质花岗闪长岩。本文在冈底斯南缘中段仁布县帕夏村发现了具有埃达克质岩特征的石英闪长岩，其成岩年龄49.5Ma，在野外和室内详细研究的基础上，分析处理了石英闪长岩的全岩地球化学数据，对该岩体的成因、构造背景和岩浆源区进行了探讨。

1 地质背景

1.1 地质概况

研究区(图1)位于冈底斯中段南缘与雅鲁藏布江缝合带北亚带(雄如-勇拉蛇绿构造混杂岩带)结合部位，出露地层有上三叠统宋热组一段(T3s1)，主要分布于研究区南部。岩性以细砂、粉砂质板岩为主，偶夹绢云母板岩及炭质板岩，局部出露基性-超基性岩浆岩。受韧性剪切作用影响，岩石强烈破碎、褶曲、片理化，发育碎裂岩、糜棱岩，产状混乱，表现为混杂岩特征。研究区内构造主要为一系列近东西向展布的逆冲断裂，并被近南北向断裂切割错动。侵入岩主要分布于研究区北部，岩性为石英闪长岩，另有少量黑云母花岗岩、闪长玢岩等岩脉。

1.2 岩相学特征

图1 研究区地质简图[21]

Fig.1 Simplified geological map of Paxia in Renbu, Xizang (after Yao Xiaofeng et al., 2011)

石英闪长岩风化面呈灰黄色(图2a)，新鲜面呈灰白色，具有中-细粒半自形粒状结构、块状构造(图2b)。其中斜长石约占65%，呈半自形板状，杂乱分布，粒径1～3.5mm，隐约可见环带状构造，常被绢云母、白云母和石英交代；角闪石约占20%，呈半自形长柱状，粒径0.3～3mm，个别颗粒可见双晶(图2c)；石英约占10%，呈它形粒状，填隙于斜长石和角闪石之间，常交代斜长石，粒径0.3～1.5mm；黑云母约占5%，呈鳞片状，常被角闪石和绿泥石交代(图2d)。副矿物可见磷灰石等。

2 样品采集和测试方法

石英闪长岩岩性单一，本次在研究区内岩体的不同部位共采集了6件样品，所采样品新鲜无蚀变。

石英闪长岩的锆石分离提纯工作在廊坊诚信地质服务有限公司按标准方法完成。首先将样品用清水洗净并晾干，然后粉碎至80目，再分别经过粗淘、磁选和酒精细淘等工序，最后再显微镜下挑选锆石。锆石的制靶、阴极发光(CL)显微照相在北京锆年领航科技有限公司完成，详细制备流程参见宋彪等[22]。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年是在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)的型号为Agilent 7500a，激光剥蚀系统为配备有193nm ArF-excimer激光器的GeoLas 2005，激光束斑直径为30μm。采用标样NIST610计算Th、U含量，标样91500对Th、U、Pb同位素分馏校正，采用ICPMSDataCal 11.5处理质谱数据和Isoplot软件计算加权平均年龄和绘制谐和图，获得的U-Th-Pb同位素比值数据见表1。样品的全岩化学分析在冶金总局分析测试中心完成，按照国标采用X射线荧光光谱法和电感耦合等离子体质谱法分别测定样品的主量元素、微量元素和稀土元素的含量，分析结果见表2。

图2 研究区石英闪长岩野外露头及显微镜下特征(正交偏光)

a.岩石风化面呈灰黄色；b.岩石具中-细粒半自形粒状结构，块状构造；c.石英闪长岩中的角闪石可见双晶，D1238B1；d.角闪石交代黑云母，D1240B1；Q.石英；Pl.斜长石；Bt.黑云母；Hb.角闪石

Fig.2 Field outcrops (a, b) and photomicrographs (c, d) of quartz diorite from Paxia in Renbu, Xizang (cross-polarized light)

表1石英闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析结果

Table1LA-ICP-MSzirconU-PbagedeterminationsforthequartzdioritesamplescollectedfromPaxiainRenbu,Xizang

测点编号含量(10⁃6)ThUPbTh/U同位素比值年龄(Ma)207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σNZTW⁃261701949 40 870 02150 03850 04300 02620 00770 000472694242 825 549 52 6NZTW⁃1823127912 30 830 07040 02530 06900 01610 00730 000393960467 815 347 12 0NZTW⁃171842287 90 810 06660 03650 06240 02210 00730 000382885361 521 146 82 1NZTW⁃1530428617 11 060 08540 04080 05410 02050 00770 0004132572153 519 849 62 2NZTW⁃121762069 50 860 06430 04120 04170 02340 00680 000375097441 522 843 72 2NZTW⁃618723711 00 790 10460 06890 04830 01940 00720 0004170988347 918 846 02 4NZTW⁃320724610 00 840 09640 06580 06950 02250 00790 0004155592468 221 450 52 5NZTW⁃2791931443112 520 04760 00330 05070 00330 00790 000176 0155 550 23 150 60 7NZTW⁃124127812 60 860 04910 02120 05750 01710 00800 000315478556 816 451 52 1

表2石英闪长岩主量元素(%)、微量元素(10-6)和稀土元素(10-6)含量分析结果

Table2Analyticalresultsofmajorelements(%)andtraceelements(10-6)andREE(10-6)inthequartzdioritesamplescollectedfromPaxiainRenbu,Xizang

样品编号D1238B1D1240B1D1243⁃2B1D1283⁃1B2D1224⁃5B1D1200⁃5B1SiO254 6254 5555 0757 6753 6055 26Al2O318 3618 5617 7816 4917 4517 80FeO4 864 485 104 705 395 09Fe2O34 774 043 592 934 883 65MgO4 193 464 083 854 373 54CaO4 527 947 466 926 735 71Na2O4 834 063 613 433 675 08K2O2 261 582 092 652 422 41MnO0 250 180 170 150 180 16TiO20 970 880 770 890 990 98P2O50 370 270 280 300 310 31LOI1 900 520 980 740 941 92Total101 90100 52100 98100 74100 94101 92A/CNK0 990 810 820 780 830 83A/NK1 772 212 171 932 011 62Mg#45 2743 5546 9548 6444 7243 30Na2O+K2O7 095 645 706 096 097 50K2O/Na2O0 470 390 580 770 660 47Rb24 022 724 049 331 340 6Sr3909411000932590499Y12 212 113 014 513 914 5Ba536340368472485399La18 720 627 224 417 718 4Ce44 244 761 256 143 142 9Pr5 745 587 476 945 765 73Nd23 822 728 227 824 723 0Sm4 684 295 035 184 804 80Eu1 651 491 491 571 761 67Gd4 474 004 494 824 474 46Tb0 5860 5550 5950 6410 6310 633Dy3 182 883 023 443 443 53Ho0 5980 5560 5950 6560 6630 703Er1 651 591 741 981 821 94Tm0 2080 2420 2610 2910 2760 281Yb1 221 531 771 861 801 79Lu0 1960 2370 2890 2850 2570 266Pb16 912 011 113 58 1214 3Th2 413 544 615 042 035 04U0 990 941 271 570 531 57Nb3 075 377 017 775 437 66Ta0 2720 3880 5620 5310 2600 576Zr56 7127110110114122

(接上表)

样品编号D1238B1D1240B1D1243⁃2B1D1283⁃1B2D1224⁃5B1D1200⁃5B1Hf2 373 913 503 432 364 76ΣREE110 98110 92143 36135 91111 18110 14ΣLREE98 8799 32130 59121 9597 8296 53ΣHREE12 1011 6112 7613 9613 3613 61δEu1 081 080 930 941 141 08La/Yb15 4013 4315 4213 089 8510 26(La/Yb)N10 469 1310 478 896 696 97Sm/Yb3 852 802 852 782 672 68Zr/Sm12 1229 5221 8021 2323 6525 46Nb/Ta11 2813 8512 4814 6420 8913 30Sr/Y32 0077 5077 0064 3742 4334 38Yb+Ta1 491 922 332 392 062 37

3 测试结果

3.1 LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄

石英闪长岩中的锆石晶形大多完好，晶面、晶棱清晰，晶体洁净透明，具有油脂光泽或玻璃光泽，颗粒长度在150～220μm之间，宽度在60～100μm之间，长宽比3∶1～2∶1。锆石的阴极发光图像(图3)显示，锆石多具核幔结构，内部发育震荡环带，为典型的岩浆锆石[23]，颗粒内部由于Th、U含量不同而表现出明暗差异[24]。锆石的U含量为(194～3144)×10-6，Th含量为(170～7919)×10-6，Th/U比值为0.79～2.52，均大于0.1(表1)，显示岩浆成因锆石的特征[25-26]，表明锆石的结晶年龄可代表石英闪长岩的成岩年龄。测得的9个石英闪长岩锆石点数据相对集中，均在谐和线上及其附近(图4)，显示出很好的谐和性，9个206Pb/238U分析数据的加权平均年龄为49.5±1.7Ma(图4，MSWD=2.0)，测试结果可信，可代表岩体的结晶年龄，表明其侵位于49.5Ma，属于始新世岩浆岩。

3.2 主量元素特征

石英闪长岩6件样品的主量元素含量及特征值见表2。石英闪长岩SiO2含量为53.60%～57.67%，平均值为55.13%；Al2O3的含量为16.49%～18.56%，平均值为17.74%；(K2O+Na2O)的含量为5.64%～7.50%，平均值为6.35%；K2O/Na2O为0.39～0.77；CaO含量为4.52%～7.94%，平均值为6.55%；MgO含量为3.46%～4.37%，平均值为3.91%，Mg#为43.30～48.64；铝饱和指数A/CNK=0.78～0.99，为准铝质岩浆岩(图5)。在TAS图解(图6)中，大部分样品投影在Ir线附近碱性闪长岩范围内，有两个分别落在碱性闪长岩与二长岩的边界上和二长岩与闪长岩的边界上。在SiO2-K2O图解(图7)中，大部分样品落入高钾钙碱性系列区域，只有一个落入钙碱性系列区域。以上结果表明，石英闪长岩为准铝质高钾钙碱性系列岩石。

图3 石英闪长岩中锆石阴极发光(CL)照片

Fig.3 The cathodoluminescence (CL) images of the representative zircons in the quartz diorite samples collected from Paxia in Renbu, Xizang

图4 石英闪长岩锆石U-Pb谐和图及206Pb/238U加权平均年龄

Fig.4 Concordia plot of the zircon U-Pb age data and weighted average age for the quartz diorite samples collected from Paxia in Renbu, Xizang

图5 石英闪长岩铝饱和指数图解[27]

Fig.5 A/CNK vs. A/NK diagram for the quartz diorite samples collected from Paxia in Renbu, Xizang (after Irvine et al., 1971)

图6 石英闪长岩TAS图解[29]

Fig.6 TAS diagram for the quartz diorite samples collected from Paxia in Renbu, Xizang (after Middlemost, 1994)

3.3 微量元素特征

石英闪长岩的6件样品的微量元素含量及特征值见表2。稀土总量ΣREE为(110.14～143.36)×10-6，平均值为120.41×10-6，其中轻稀土总量ΣLREE为(96.53～130.59)×10-6，平均值为107.51×10-6，重稀土总量ΣHREE为(11.61～13.96)×10-6，平均值为12.90×10-6；(La/Yb)N值为6.69～10.47，平均值为8.77；LREE/HREE为7.09～10.23，平均值为8.35。在球粒陨石标准化配分模式(图8a)中表现为右倾型式，表明轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，轻、重稀土分馏较为明显，属于轻稀土富集型。δEu为0.93～1.14，平均值为1.04，铕异常不明显，表明石英闪长岩岩浆源区无斜长石残留，侵位过程中没有经历斜长石的分离结晶作用。

图7 SiO2-K2O图解[28]

Fig.7 SiO2vs. K2O diagram of the quartz diorite samples collected from Paxia in Renbu, Xizang (after Peccerillo et al., 1976)

石英闪长岩原始地幔标准化微量元素蛛网图(图8b)显示，岩体具有明显富集大离子亲石元素(LILE)U、Th、K、Ba、Rb等和Pb、亏损高场强元素(HFSE)Ta、Nb、Ti的特征，表明岩浆源区存在金红石的残留或者岩浆演化中有金红石的晶出[18, 30]。

4 讨论

4.1 岩浆的源区与演化

埃达克岩是一类具有高Sr(>400×10-6)、低Y(18×10-6)和Yb(1.9×10-6)、高La/Yb(>7.6～15.0)和Sr/Y(>20.0～40.0)比值、亏损重稀土元素(HREE)和正铕异常(少数具有极弱负铕异常)独特地球化学特征的岩石[32]。本次研究的石英闪长岩具有低Y(12.99×10-6～14.50×10-6，均小于18×10-6)、Yb(1.22×10-6～1.86×10-6，均小于1.9×10-6)、高Sr(除一个样品为390×10-6外，其余均大于400×10-6)、较高的La/Yb值(9.85～15.42)和Sr/Y值(32.0～77.5)，相对亏损重稀土元素(HREE)，铕异常不明显(δEu=0.93～1.14)，具有与埃达克岩[32]相似的地球化学特征。在Y-Sr/Y图解(图9a)中，所有样品均落入埃达克岩范围。在Zr/Sm-Nb/Ta图(图9b)中，所有样品均投影于埃达克质岩范围外，暗示石英闪长岩不是真正的埃达克岩，多数分析结果位于角闪岩和角闪石榴辉岩部分熔融范围。在图8中，石英闪长岩的微量元素和稀土元素含量均低于Ji等渐新世—中新世埃达克岩[20]，但配分曲线与之相似。这些特征表明该石英闪长岩为埃达克质岩浆岩，岩浆源区熔融程度和残留物不同于埃达克岩。

图8 石英闪长岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(球粒陨石值和原始地幔值据Sun等[31]；图中浅色部分为56～48Ma冈底斯花岗岩基，深色部分为渐新世—中新世埃达克岩，数据自Ji等[20])

Fig.8 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element distribution patterns (b) for the quartz diorite samples collected from Paxia in Renbu, Xizang (after Sun et al., 1989)

石英闪长岩球粒陨石标准化配分模式(图8a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(图8b)中，石英闪长岩样品富集轻稀土元素(LREE)和K、Rb、Ba、Th等大离子亲石元素(LILE)，亏损重稀土元素(HREE)和Nb、Ta、Ti等高场强元素(HFSE)，表明石英闪长岩岩浆源区残留金红石和角闪石，或者岩浆演化中有金红石和角闪石的晶出[18, 30]。样品没有明显的负铕异常，表明岩浆源区不存在斜长石残留，且在岩浆演化过程中斜长石也没有发生明显的结晶分异。在Y-Sm/Yb图解(图9c)、Y-Zr/Sm图解(图9d)和YbN-(La/Yb)N图解(图9e)中，样品均落入角闪岩部分熔融区域，表明岩浆源区为角闪岩相，源区残留物有金红石、角闪石，无斜长石。

图9 (a)石英闪长岩Y-Sr/Y图解[32]；(b)石英闪长岩Zr/Sm-Nb/Ta图解[38]；(c)石英闪长岩Y-Sm/Yb图解[39]；(d)石英闪长岩Y-Zr/Sm图解[39]；(e)石英闪长岩YbN-(La/Yb)N图解[40]；(f)石英闪长岩δEu-LaN/YbN图解[41]；(g)石英闪长岩La-La/Yb图解；(h)石英闪长岩Sr-Ba图解[42]

Fig.9 Quartz diorite samples collected from Paxia in Renbu, Xizang: (a) Y vs. Sr/Y diagram (after Defant et al., 1990); (b) Zr/Sm vs. Nb/Ta diagram (after Foley et al., 2002); (c) Y vs. Sm/Yb diagram (after Hou Zengqian et al., 2005); (d) Y vs. Zr/Sm diagram (after Hou Zengqian et al., 2005); (e) YbNvs. (La/Yb)Ndiagram (after Martin, 1986); (f) δEu vs. LaN/YbNdiagram (after Chen et al., 2009; (g) La vs. La/Yb diagram; (h) Sr vs. Ba diagram (after Li et al., 2007)

已有研究表明，来源于地壳组分的岩石具有较低的Sm/Nd比值(0.15～0.20)[33]，而经历过地幔混染作用或来源于岩石圈地幔的岩浆，其La/Sm比值较稳定，变化不大，La/Ta则多大于25[34]。上地幔与地壳的Rb/Sr比值平均值分别为0.034和0.35[35]。石英闪长岩样品的Sm/Nd值为0.18～0.21，La/Sm值为3.69～5.41，La/Ta值为31.95～68.85，兼具地壳岩石和地幔岩浆的特征；Rb/Sr比值为0.024～0.081，介于上地幔和地壳之间，且靠近上地幔端元。在δEu-LaN/YbN图解(图9f)中，所有样品点均落入壳幔混源区域。本次研究样品的Mg含量较高(MgO>3%，Mg#为43.30～48.64)，高Mg特征常被解释为底侵岩浆在上升过程中，交代地幔楔所致[36]，在此过程中造成了该区域金云母的熔融[37]。

研究区样品在La-La/Yb图解(图9g)中表现为分离结晶作用的趋势，表明石英闪长岩自源区侵位过程中经历了结晶分异作用。在Sr-Ba图解(图9h)中，所有点均落在白云母和角闪石两条线之间，表明石英闪长岩岩浆在侵位过程中析出的矿物主要为白云母和角闪石。

综上所述，研究区石英闪长岩应是角闪岩相下地壳与熔融了地幔楔中金云母的上涌熔体混合作用的产物，源区残留相为角闪石、金红石，无斜长石残留。在岩浆侵位过程中经历了角闪石和白云母的结晶分异作用。

4.2 构造背景与岩浆演化

冈底斯岩基在50Ma左右正处于印度板块向欧亚板块俯冲碰撞的主碰撞阶段[4]，两个大陆板块的直接碰撞，一是增大了新特提斯洋壳板块的俯冲阻力，导致其发生折返(Roll back)和断离(Breakoff)[43]，进而演化出侵位于冈底斯南缘的规模巨大的壳/幔混源和壳源花岗岩，并形成了与碰撞作用密切相关的火山-岩浆岩带；二是该时期地壳厚度大幅增加，广泛发育于冈底斯南缘的帕那组(53.52～43.93Ma)火山岩就是陆壳加厚以及大规模熔融的产物[44]。该时期在地表的表现形式为应力松弛或NS向伸展，发育了55～50Ma的平行于冈底斯带产出的EW向正断层系统[45]。结合研究区样品岩浆源区与演化分析可知，石英闪长岩是壳/幔岩浆混合的产物，形成时代为49.5Ma左右，为陆壳加厚期间应力松弛背景下的产物。

陡深俯冲的新特提斯板片前缘在53Ma到达100km深处后，发生高密度的榴辉岩化，使俯冲板片断裂，形成断离窗[4]。此后俯冲板片向上折返，俯冲角度变缓[46]，造成减压作用，导致在冈底斯带发生EW向正断层活动。在深部，减压作用引起软流圈物质透过断离窗上涌，与上覆地幔楔发生交代和混合，巨大的热量促使地幔楔熔融并继续上侵至下地壳与地幔楔边界。在壳幔边界，底侵岩浆经过MASH(熔融、同化、储存、均一)过程和AFC(同化、分馏、结晶)过程[47-49]，在幔源物质不断加热下，继而引发下地壳角闪岩相物质发生部分熔融，导致大规模幔源岩浆与下地壳部分熔融产物发生混合作用[44]，形成混合岩浆，并使得混合岩浆具有埃达克质岩的特征[36, 50-51]。在49.5Ma左右，混合岩浆经过白云母和角闪石的分离结晶作用，并在岩浆源区残留金红石、角闪石，无斜长石残留，形成了具有埃达克质岩性质的石英闪长岩。