西藏错那洞穹隆新元古代岩浆作用及其构造意义

2019-07-24夏祥标向安平李光明张林奎曹华文

成都理工大学学报（自然科学版） 2019年4期

夏祥标, 向安平, 李光明, 张林奎, 曹华文, 张志, 梁维

(中国地质调查局成都地质调查中心，成都 610081)

图1 北喜马拉雅片麻岩穹隆分布图Fig.1 Simplified geological map showing the distribution of gneiss domes in the north Himalayan(据文献[33]修改)1.北喜马拉雅片麻岩穹隆带； 2.藏南拆离系； 3.主中央上冲断裂带； 4.推测断裂； 5.断裂

喜马拉雅造山带是“全球陆-陆碰撞造山带”的重要典型，强烈的陆-陆碰撞造就了青藏高原独特的地质景观，同时伴随巨量的构造-岩浆-变质事件的发生[1]。喜马拉雅造山带是碰撞造山和青藏高原演化历史研究的天然实验室[2]。花岗岩类作为造山带内最为特征的地质产物，有着不同的形成时代、岩相学和地球化学特征，是记录碰撞造山带构造演化历史的重要载体。

关于喜马拉雅造山带，前人将其划分为“特提斯喜马拉雅(THM)”、“高喜马拉雅(HHM)”、“低喜马拉雅(LHM)”和“次喜马拉雅(SHM)”4 个构造岩片，4个构造岩片被“藏南拆离系”、“主中央上冲断层”、“主边界上冲断层”和“主前锋上冲断层”4 条构造边界分开，已初步建立喜马拉雅的构架[1-6]。近几十年，“楔状挤出”、“隧道流”等碰撞造山理论相继推出，喜马拉雅的形成模式仍是国内外学者持续关注的热点[1,7-12]。而这些研究工作多以花岗岩类的研究作为载体。对喜马拉雅造山带中古生代以来的花岗岩类岩浆活动有着大量的研究和报道[13-28]，但是对前寒武的构造岩浆活动报道相对较少，现有报道出来的数据显示喜马拉雅造山带存在新元古代岩浆事件。新元古代岩浆事件可能对于喜马拉雅造山带新生代岩浆源区的研究有着较好的指示，同时可为Rodinia大陆早期的地质演化提供可靠依据，为全球构造演化提供参考。

错那洞穹隆位于藏南拆离系以北，也拉香波穹隆以南，是北喜马拉雅地区最近新发现的一个穹隆[28]。笔者所在的研究团队在穹隆幔部的矽卡岩带中发现了钨、锡、铍和铷等稀有金属成矿作用，该成矿作用组合在北喜马拉雅穹隆带中属首次发现；同时，研究团队提出错那洞穹隆具超大型铍铷钨锡矿成矿潜力[28-29]。在对错那洞穹隆的结构构造解析过程中，笔者发现了前人研究较少的新元古代花岗片麻岩。本文对错那洞穹隆新元古代花岗片麻岩进行地球化学、锆石U-Pb年龄测定，可为区域构造演化历史及新生代岩浆源区的研究提供参考。

1 地质背景

错那洞穹隆位于特提斯喜马拉雅(THM)东段(图 1)，紧邻南部的藏南拆离系(STDS)。中生代以来，构造带上构造岩浆活动极其频繁。

调查区内大面积出露白垩系、侏罗系和三叠系。区内地层在印-亚陆-陆碰撞造山过程中形成一系列轴向近东西向的复式褶皱，同时发育东西向和北西向的断裂。区内岩浆活动强烈，岩浆活动以中生代和新生代为主。中生代岩浆岩有辉绿岩、辉长岩、英安岩等，具双峰式火成岩特征，前人研究认为其属于措美大火成岩省的一部分[30]。新生代岩浆岩为淡色花岗岩，可分为始新世及中新世2期岩浆活动。前人研究认为始新世淡色花岗岩属于青藏高原主碰撞时中下地壳部分熔融的产物[31]；中新世淡色花岗岩为S型花岗岩，属变泥质岩部分熔融的产物[32]。

2 错那洞穹隆的结构及花岗片麻岩特征

2.1 错那洞穹隆的结构

错那洞穹隆结构空间上可以分为核部、幔部、边部(图 2-A)，幔部与边部和核部分别以上拆离断层和下拆离断层分界(图2-B)。

a.边部由三叠系-侏罗系组成，岩性为含石榴石板岩、含硬绿泥石板岩、粉砂质板岩。岩层受区域变质作用影响，多发生浅变质作用，褶皱变形强烈，发育一系列倒转褶皱。

b.幔部由早古生代十字石石榴石云母片岩、石英云母片岩和大理岩组成，发育有较多伟晶岩脉，局部有花岗质透镜体。幔部面状、线理构造相当发育。面理由矿物集合体或暗色矿物定向连续排列构成，分布均匀，透入性好。在强变形糜棱状云母片岩中暗色矿物、浅色矿物显著分异，为条带状糜棱岩。线理多表现为矿物拉伸线理，由矿物颗粒定向排列和塑性拉长构成。

图2 错那洞穹隆地质简图Fig.2 Simplified geological map of the Cuonadong gneiss domeQ.第四系; J.侏罗系; T.三叠系; sch.石英片岩; mb.大理岩; gn.花岗片麻岩; γ.淡色花岗岩; ρ.(绿柱石)伟晶岩脉; βμ.基性岩脉。1.上拆离断裂(带); 2.下拆离断裂(带); 3.断裂; 4.地质界线; 5.片理产状; 6.钨锡矿床(点); 7.稀有金属矿床(点); 8.采样位置

c.核部由花岗片麻岩和新生代淡色花岗岩组成，并穿插了大量伟晶岩脉和长英质脉体。花岗片麻岩可见有眼球状构造、条带状构造，具有显著的明暗交替层，其中长石、石英等浅色矿物组成浅色层，黑云母等暗色矿物组成暗色层。淡色花岗岩为中粒-细粒含石榴子石白云母花岗岩，主要由斜长石、钾长石、石英及白云母组成，黑云母和石榴子石含量较少。

2.2 花岗片麻岩特征

错那洞花岗片麻岩为浅灰黑色，中-粗粒花岗变晶结构，似片麻状、片麻状构造。石英粒径为1～6 mm，面积分数为20%～30%。长石粒径为1～8 mm，钾长石面积分数为35%～40%，斜长石面积分数为25%～35%。黑云母颗粒长径为2～5 mm，面积分数为2%～4%。白云母颗粒长径为1～3 mm，面积分数为2%～4%。黑云母、白云母具显著的定向性、拉长性，石英具显著的波状消光特征，局部长石有旋转或压碎现象，为典型的花岗片麻岩(图3)。

3 样品采集与分析方法

错那洞花岗片麻岩样品采自错那洞穹隆核部南侧(图2-A)。野外采集新鲜的花岗片麻岩样品，主元素、微量和稀土元素分析在四川省冶金地质勘查院实验室进行。其中，主元素含量通过Axios X荧光仪测定，稀土元素含量通过 NexLON 300x等离子体质谱仪测定，痕量元素含量采用iCAP6300全谱仪、NexLON 300x等离子体质谱仪(ICP-MS)和Axios X荧光仪测定，分析精度优于5% 。

锆石分选在廊坊市科大岩石矿物分选技术服务有限公司完成，制靶参照SHRIMP年龄测定样品的制备方法进行[34]，在北京锆年领航科技有限公司完成锆石制靶和锆石阴极发光(CL)显微照相。锆石U-Pb年龄测定在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICP-MS实验室完成，锆石U-Pb年龄测定采样用Finnigan Neptune型MC-ICP-MS仪器及配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统进行。激光剥蚀所用斑束直径为25 μm，频率为10 Hz，能量密度约为2.5 J/cm2，以He为载气。锆石U-Pb年龄测定以锆石M127(wU=923×10-6;wTh=439×10-6;wTh/wU= 0.475)[35]为外标进行校正。数据用ICPMSDataCal程序进行处理[36-38]，锆石年龄谐和图采用Isoplot 3.0程序制作，具体实验测试流程参见侯可军等[39]。在样品测试过程中，作为未知样品的Plesovice标样分析结果为(338.3±4.5)Ma(n=4, 2σ)，其对应的年龄推荐值为(337.13±0.37)Ma(2σ)[40]，两者在误差范围内完全一致。

4 测试结果

4.1 U-Pb同位素

错那洞花岗片麻岩的锆石形态多呈柱粒状、板柱状、圆粒状，粒径变化较大，长轴多为50～120 μm。CL图像显示部分锆石颗粒发育完整的震荡环带，极少数锆石颗粒有浑圆状内核(图4)。所有锆石Th、U含量均较高，也导致了CL图像颜色较深(图4)。wTh/wU值相对集中(0.7～1.3)，均在1左右，远大于0.2，表明本次用于年龄测定的锆石全部为岩浆锆石[41-43]。

共完成30个点的测定，其中27个测点为有效点(表1)，谐和度大于90%；另外3个测点误差较大，本次不予采用。27个测点的年龄数据相对集中，均位于一致线上及其附近(图5)。花岗片麻岩206Pb/238U年龄加权平均值为(809.4±3.1)Ma(n=27，MSWD=0.45)，代表了花岗片麻岩的冷凝结晶时间。

图3 错那洞花岗片麻岩照片Fig.3 Field picture and microphotographs of the granitic gneiss at Cuonadong(A)样品可见片麻状构造; (B)黑云母、斜长石呈拉长形，定向排列,正交偏光; (C)石英、钾长石构成眼球状构造，黑云母、白云母呈拉长形，定向排列,正交偏光。Q.石英; Kf.钾长石; Pl.斜长石; Bi.黑云母; Ms.白云母

图4 错那洞花岗片麻岩锆石CL图像Fig.4 CL images of zircons from Cuonadong granitic gneiss

测点号w/10-6PbThUwTh/wU207Pb/206Pb(1σ)207Pb/235U(1σ)206Pb/238U(1σ)207Pb/235U(1σ)206Pb/238U(1σ)Con.D1587-1183.93683.87983.481.43810.0020(0.0)0.0365(0.0)0.0014(0.0)832.1(16.4)800.7(8.2)96%D1587-2788.624041.213192.580.79000.0017(0.0)0.0322(0.0)0.0012(0.0)839.2(14.3)806.4(6.8)96%D1587-3270.441256.881200.770.95540.0019(0.0)0.0355(0.0)0.0014(0.0)812.1(16.2)811.3(8.1)99%D1587-4384.701632.591804.621.10540.0019(0.0)0.0352(0.0)0.0014(0.0)824.5(15.9)814.3(8.0)98%D1587-5569.492725.752340.380.85860.0020(0.0)0.0367(0.0)0.0015(0.0)824.0(16.6)813.2(8.7)98%D1587-6278.831300.361185.050.91130.0023(0.0)0.0421(0.0)0.0020(0.0)829.9(18.9)817.3(11.4)98%D1587-7655.792939.382905.360.98840.0020(0.0)0.0375(0.0)0.0015(0.0)824.0(16.9)812.0(8.8)98%D1587-8627.552912.832644.570.90790.0019(0.0)0.0344(0.0)0.0014(0.0)836.4(15.3)811.5(7.8)96%D1587-9225.81983.73975.950.99210.0020(0.0)0.0363(0.0)0.0013(0.0)841.9(16.1)814.0(7.7)96%D1587-10377.131675.121564.520.93400.0020(0.0)0.0378(0.0)0.0015(0.0)835.1(16.9)813.5(8.4)97%D1587-11247.681076.971077.081.00010.0020(0.0)0.0372(0.0)0.0014(0.0)828.7(16.7)805.7(8.1)97%D1587-12144.37543.99668.321.22860.0025(0.0)0.0465(0.0)0.0018(0.0)841.7(20.6)804.1(10.5)95%D1587-13220.97941.42938.590.99700.0025(0.0)0.0450(0.0)0.0015(0.0)862.7(19.5)801.5(8.5)92%D1587-14358.731502.541509.941.00490.0022(0.0)0.0396(0.0)0.0014(0.0)848.9(17.4)804.9(8.0)94%D1587-15236.10915.061060.031.15840.0022(0.0)0.0414(0.0)0.0016(0.0)844.3(18.3)817.6(9.1)96%D1587-16137.18229.25930.584.05920.0020(0.0)0.0357(0.0)0.0012(0.0)826.3(16.1)802.6(7.1)97%D1587-17649.183053.022507.390.82130.0019(0.0)0.0330(0.0)0.0013(0.0)833.7(14.8)800.8(7.5)95%D1587-18621.842678.152569.220.95930.0021(0.0)0.0385(0.0)0.0016(0.0)834.0(17.2)815.7(8.9)97%D1587-20455.232191.281743.270.79550.0019(0.0)0.0344(0.0)0.0013(0.0)825.7(15.5)811.4(7.6)98%D1587-21342.061260.571688.401.33940.0018(0.0)0.0352(0.0)0.0017(0.0)828.4(15.8)818.2(9.5)98%D1587-22213.20990.10855.770.86430.0020(0.0)0.0387(0.0)0.0016(0.0)823.0(17.4)810.2(9.3)97%D1587-24220.821051.93934.550.88840.0021(0.0)0.0421(0.0)0.0015(0.0)819.2(19.1)814.2(8.6)99%D1587-25239.121131.731021.880.90290.0022(0.0)0.0415(0.0)0.0014(0.0)830.4(18.6)814.1(8.2)98%D1587-26115.94511.89516.921.00980.0024(0.0)0.0467(0.0)0.0017(0.0)790.0(21.8)816.1(9.5)96%D1587-27287.641323.951294.450.97770.0019(0.0)0.0368(0.0)0.0014(0.0)825.5(16.6)810.1(7.7)98%D1587-29178.75783.57812.211.03660.0020(0.0)0.0368(0.0)0.0013(0.0)814.6(16.8)803.0(7.2)98%D1587-30393.612201.101568.470.71260.0019(0.0)0.0343(0.0)0.0018(0.0)797.9(15.9)801.8(10.3)99%

4.2 主元素

表2列出了错那洞新元古代花岗片麻岩的主元素分析结果。质量分数(w)数据显示：花岗片麻岩SiO2为76.25%～77.06%(平均为76.60%)，Na2O+K2O为7.01%～7.65%(平均为7.36%)，Na2O/K2O比值为0.56～0.68(平均为0.61)，具有明显富硅、富碱的特征，属高钾钙碱性系列(图6-A)；CaO为0.92%～1.22%；Al2O3为12.05%～12.29%，平均为12.17%，铝饱和指数A/CNK为1.07～1.08，据CPIW标准矿物计算结果，发现有刚玉出现，明显属强过铝质花岗岩类(图6-B)；此外，Ti、P含量也较低。

表2 错那洞花岗片麻岩主元素含量(w/%)Table 2 Major element compositions of the granitic gneiss at the Cuonadong

4.3 稀土元素和痕量元素

错那洞新元古代花岗片麻岩的稀土元素和痕量元素测试数据见表3，其配分曲线型式见图7。稀土总质量分数(wΣREE)为151.47×10-6～275.49×10-6，其中轻稀土质量分数(wLREE)为132.63×10-6～248.60×10-6，重稀土质量分数(wHREE)为18.83×10-6～26.89×10-6，轻重稀土元素分馏显著，稀土配分图上表现为明显的右倾式特征(图7-A)。 (wLa/wYb)N比值变化较大，变化于5.95～12.51之间(多数大于8)，同样表明轻重稀土元素经历了强烈分馏。δEu=0.27～0.36，稀土配分图上具有显著的负铕异常(图7-A)，揭示源区可能有斜长石或经历斜长石的分离结晶。Sr含量低(wSr<400×10-6)，指示其源区有斜长石无石榴石残留(角闪岩相)，且形成压力较低(<0.8 GPa或1.0 GPa)[46]。

在痕量元素原始地幔标准化蛛网图(图7-B)上，明显强富集Rb，相对富集高场强元素Th、Nd、Sm，相对亏损Ba、Sr、Ti、Nb。Ta含量总体上较低，wNb/wTa比值为8.78～11.32，明显低于幔源岩浆的比值(17±1)[47]。

5 讨论

5.1 成岩时代

错那洞花岗片麻岩锆石CL图像上显著的岩浆锆石震荡环带以及较高的wTh/wU比值(0.7～1.3，平均在1左右)，显示其岩浆锆石的特征。年龄数据谐和性极高，其加权平均年龄为(809.4±3.1)Ma(n=27, MSWD=0.45)，作者认为该组年龄数据代表了花岗片麻岩的原岩结晶时间，表明特提斯喜马拉雅板块上经历了一期新元古代的岩浆事件。在错那洞南部的高喜马拉雅地区，也有新元古代岩浆事件[44-45,48]，即喜马拉雅构造带上在新元古代存在一期大规模的岩浆活动事件。

表3 错那洞花岗片麻岩稀土元素和痕量元素分析结果(w/10-6)Table 3 Analytic results of rare earth element and trace element of the granitic gneiss at the Cuonadong

5.2 源区特征

目前针对喜马拉雅构造带上新元古代岩浆事件所形成的巨量花岗片麻岩源区的探讨，也有部分数据报道，总体上认为这套花岗片麻岩(正片麻岩)的源区可能是一套古老的壳源物质[44-45,49-50]。错那洞新元古代花岗片麻岩具有高Al2O3、SiO2，低CaO、MnO、TiO2的特征，典型的富硅、富碱。在花岗岩的判别图上(图 8-A、B)，样品落在分异的长英质花岗岩区域；在S型花岗岩和I型花岗岩的判别图上(图 8-C、D)，样品落入S型花岗岩区域：表明错那洞新元古代花岗片麻岩为典型的S型花岗岩。

图6 错那洞花岗片麻岩SiO2-K2O和A/CNK-A/NK关系图Fig.6 SiO2-K2O plot and A/NCK-A/NK plot for the granitic gneiss at the Cuonadong(麻玛花岗片麻岩数据来自文献[44])

图7 错那洞花岗片麻岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式和痕量元素比值蛛网图Fig.7 Chondrite-normalized REE pattern and trace element spider diagram for the granitic gneiss at the Cuonadong(麻玛花岗片麻岩数据来自文献[45])

错那洞新元古代花岗片麻岩与前人报道的新元古代花岗片麻岩，尤其是高喜马拉雅的花岗片麻岩在地球化学特征上十分相似[44-45,54]。稀土元素表现出强烈的轻、重稀土分馏和明显的负Eu异常特征，具过铝质花岗岩的稀土元素特征(图 7-A)。痕量元素明显富集Rb、Th，明显亏损 Ba、Nb、Sr、P 和Ti(图7-B)。Ba、Sr 元素亏损反映岩浆经历了分离结晶作用。Rb、Th 富集和Nb、Ti 亏损反映岩浆的源岩为陆壳物质。

有研究认为wRb/wSr>0.1、wRb/wBa>0.3，源岩为泥质岩[55]。错那洞新元古代花岗片麻岩wCaO/wNa2O比值为 0.33～0.43 (平均为0.36) ，wRb/wSr比值为2.70～6.07(平均为4.17)，wRb/wBa比值为0.43～0.78(平均为0.58) ，显示错那洞新元古代花岗片麻岩源区岩石含有泥质成分。在wRb/wBa-wRb/wSr判别图解中样品落入贫黏土源岩区，并靠近砂质来源的熔融体(图9-A) ；在A/MF-C/MF 图解中，样品全部落入变杂砂岩部分熔融区(图9-B) ，表明错那洞新元古代花岗片麻岩源区岩石主要为含少量泥质成分的砂屑沉积岩，是成熟度较高的陆壳部分熔融作用的结果[44-45,54]。

5.3 形成环境

错那洞新元古代花岗片麻岩属强过铝质花岗岩类，A/CNK均值为1.07，为典型的S型花岗岩，源区为地壳。岩石痕量元素具有较低的 Y、Nb、Yb含量，与火山岛弧花岗岩类具有相似的地球化学性质[44-45,54]。在wNb-wY构造环境判别图上(图10-A)样品落在同碰撞花岗岩和火山岛弧花岗岩范围内，在wTa-wYb构造环境判别图上(图10-B)样品落在火山岛弧花岗岩范围内，指示错那洞花岗片麻岩形成于俯冲环境。痕量元素高Rb特征也印证了这一点。以上特征表明该套花岗片麻岩为洋壳俯冲到Rodinia超大陆下部、在Rodinia超大陆西北边缘引发的安第斯型造山运动的产物，其后在喜马拉雅造山运动时期经历了新生代变质作用[44-45,57]。

图8 错那洞花岗片麻岩岩石类型判别图Fig.8 Discrimination diagrams of rock types for the granitic gneiss at the Cuonadong(作图方法据文献[51-53])

图9 错那洞花岗片麻岩岩石成因判别图Fig.9 Discrimination diagrams of petrogenesis for the granitic gneiss at the Cuonadong(作图方法据文献[55-56])

图10 错那洞花岗片麻岩构造环境判别图Fig.10 Discrimination diagrams of tectonic environments for the granitic gneiss at the Cuonadong(麻玛、安多、华南花岗片麻岩数据来自文献[47,58-59])

5.4 构造意义探讨

在喜马拉雅带上已有大量新元古代岩浆事件的报道：喜马拉雅西段黑山杂岩中正片麻岩侵位时间为823 Ma B.P.[49]，喜马拉雅东段错那南部(即本文研究区南边)麻玛花岗片麻岩侵位时间为809～816 Ma B.P.[44]，喜马拉雅东段不丹花岗片麻岩侵位时间为825 Ma B.P.[48]，喜马拉雅东段Hapoli地区新元古代岩浆侵位时间为878～825 Ma B.P.[50]。由此可见，新元古代广泛的岩浆事件遍布整个喜马拉雅构造带。

根据前人对Rodinia超大陆及新元古代岩浆事件，以及对世界各大陆碎屑锆石年龄研究，特别是喜马拉雅构造带上碎屑锆石的研究工作，将碎屑锆石年龄数据分为4组：2.5 Ga，2.0 ～1.8 Ga，1.2～0.8 Ga 以及0.5 Ga[21,25,60-63]。在澳大利亚、非洲、印度、劳伦古陆以及中国南部也有新元古代岩浆锆石或碎屑锆石的报道，这些都是与俯冲碰撞造山相关的岩浆事件[64-74]。前人对东亚造山带的构造演化历史进行了总结，认为Rodinia超大陆在800 Ma B.P.存在一次全球性的构造岩浆事件[63,75]。

综合本文与前人研究成果分析，认为错那洞新元古代的岩浆活动是对Rodinia超大陆安第斯型造山事件的响应，与俯冲作用有关，较好地记录了特提斯喜马拉雅构造带早期演化的地质信息。