冈底斯带加杜早白垩世花岗闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年、地球化学及地质意义

魏永峰 肖倩茹 罗巍

摘  要：加杜早白垩世花岗闪长岩体侵位最新地层为中—晚侏罗世拉贡塘组，后被晚白垩世二长花岗岩及中新世花岗闪长岩、二长花岗岩侵入，岩石具高Al2O3、Na2O和低TiO2、MgO、MnO特征，属准铝质高钾钙碱性系列岩石（KCG）。在球粒陨石标准化稀土元素分布模式上表现为右倾，在原始地幔标准化蛛网图上，富集Rb，Th和亏损Ba，Nb，P，Ti，呈明显与俯冲作用有关的Nb和Ti谷，岩石可能为地幔玄武岩浆在底侵过程中诱发上地壳物质部分熔融形成，岩体在就位过程中分离结晶作用不明显。通过对石英闪长岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年，获得岩石结晶年龄为（127.6±1.5） Ma（n=16，MSWD=0.91），形成时代为早白垩世。花岗闪长岩形成构造背景可能与班公湖-怒江洋向南俯冲有关。

关键词：冈底斯;早白垩世;花岗闪长岩;LA-ICP-MS锆石U-Pb测年;地球化学

青藏高原中南部近EW向展布的冈底斯巨型构造-岩浆带夹持于印度河-雅鲁藏布缝合带（IYZSZ）与班公湖-怒江缝合带（BNSZ）之间（图1-a），带内岩浆活动主要集中在早白垩世和新近纪[1-2]。关于冈底斯中北部地区地质构造属性存在不同认识，有研究者认为侏罗纪受班公湖-怒江洋壳的向南消减而处于沟弧盆演化阶段，早白垩世进入碰撞或后碰撞阶段[3-5];亦有研究者认为该区在整个侏罗纪—早白垩世处于弧盆系演化阶段，晚白垩世表现为冈底斯地块与羌塘地块之间的碰撞[6-8]。中生代岩浆岩成因有冈底斯与羌塘增厚的下地壳重熔[3-4]、新特提斯洋的低角度平板俯冲[9]、班公湖-怒江洋向南俯冲[8，10]及断离[6，11-15]及中北部部分早白垩世岩浆岩与Slainajap洋南向俯冲等观点[7]。此种情况制约着冈底斯乃至青藏高原南部地质构造演化的研究[16]。前人在加杜岩基南东侧获得K-Ar法年龄有（18.2±0.5） Ma       （斜长花岗岩）、（11.0±0.8） Ma（巨斑花岗闪长岩）、（10.5±1.4） Ma（石榴石花岗岩）和（15.03±0.23） Ma12，时代均为中新世。本次工作在加杜岩基西侧新解体出早白垩世花岗闪长岩体及晚白垩世二长花岗岩体，本文在对早白垩世花岗闪长岩精确LA-ICS-MS锆石U-Pb定年基础上，结合地球化学特征，初步探讨岩石成因和大地构造背景，为认识冈底斯北部早白垩世岩浆活动及研究整个冈底斯中生代构造演化提供新的证据和重要约束条件。

1  地质概况及岩石学特征

加杜岩基出露于北冈底斯带（图1-a），带内发育侏罗—白垩系火山沉积地层及大量中酸性侵入岩。加杜岩基面积约315 km2，为南北略长的不规则状。早白垩世花岗闪长岩体出露于加杜岩基的西侧，近NS向条带状展布，出露面積约56 km2，其侵位的最新地层为中—晚侏罗世拉贡塘组，后被晚白垩世二长花岗岩及中新世花岗闪长岩、二长花岗岩侵入（图1-b）。早白垩世花岗闪长岩体的外接触带有较明显的角岩化、硅化、大理岩化、绿泥石化等热接触变质现象。岩石呈灰白色，中-细粒花岗结构，由石英、斜长石及钾长石组成（图2），其中石英（20%～25%）为他形粒状，斜长石（45%～50%）主要为中长石，呈半自形板状，粒径为4.0～1.0 mm，环带发育，钾长石（15%～10%）为正长石，呈他形粒状，角闪石（5%±）为普通角闪石，为半自形-他形柱状，黑云母（5%±）为褐色片状，含少量锆石、磷灰石、磁铁矿等副矿物。中长石绢云母化、钠黝帘石化明显，黑云母、普通角闪石不同程度蚀变为绿泥石。

2  分析方法

主量元素、稀土及微量元素样品加工由华阳地矿检测中心实验室完成，测试单位为国土资源部成都矿产资源监督检测中心，检测采用ICP-MS法、ICP-AES法、重量法等，分析精度优于5%。锆石单矿物分选由四川华阳岩矿测试中心完成，国土资源部中南矿产资源监督检测中心进行阴极发光（CL）图像采集及LA-ICP-MS锆石U-Pb测年。分析前，采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NIST610进行仪器最佳化，为控制仪器的稳定性及控制测试精度，每测试9个未知样后测定1次标样91500和标样NIST610，采用标准锆石91500校正Pb/U同位素分馏。数据处理采用GLITTER（ver4.0，Macquarie University）和ISOPLOT（ver3.0）软件程序[17]。

3  岩石地球化学

3.1  主量元素

岩石SiO2含量变化较小，为62.03%～69.81%，在TAS图解中均落入花岗闪长岩范围（图3-a，表1），Al2O3含量15.16%～16.84%，全碱ALK含量5.41%～6.44%，K2O/Na2O比值为0.87～1.21，岩石铝饱和度A/CNK为0.92～1.06，里特曼指数σ为1.19～1.92。岩体总体表现为高Al2O3、Na2O和低TiO2、MgO、MnO特征，在SiO2-K2O图解中（图3-b），花岗闪长岩样品主要落在高钾钙碱性区域，在A/NK-A/CNK图上    （图3-c），样品落入准铝质岩区域，在ACF图解及K2O-Na2O图解中，样品均落入I型花岗岩区，主量元素显示岩石为准铝质高钾钙碱性系列岩石。

3.2  稀土元素及微量元素地球化学特征

花岗闪长岩稀土元素总量为119.09×10-6～251.68×10-6（平均154.90×10-6），岩石稀土平均含量值略低于上地壳平均值（210.10×10-6）[18]，（La/Yb）N为5.97～26.41，在球粒陨石标准化稀土元素分布模式上表现为右倾稀土分布模式（图4-a），δEu为0.62～0.85，具较弱的Eu亏损，说明岩体经历了充分地结晶过程[20]。在原始地幔标准化蛛网图上（图4-b），岩石大离子亲石元素Rb和高场强元素Th相对富集，大离子亲石元素（Ba）及高场强元素（Nb，P，Ti）相对亏损，呈现明显与俯冲作用有关的Nb和Ti谷[22]，Nb负异常是大陆地壳特征，指示大量地壳物质参与了岩浆过程[23]。

4  锆石U-Pb年代学

本次工作采集测年花岗闪长岩样品1件，采样点位坐标：北纬30°52′44″，东经91°25′51″（图1-b）。样品选取20颗锆石进行LA-ICP-MS法U-Pb测年，分析锆石为无色-浅黄色透明，颗粒形状规则，主要表现为柱状自形晶，粒径多为130～180 μm，个别可达230 μm，长宽比为2～3。CL图像表现出典型的岩浆韵律环带和明暗相间的条带结构（图5），同时，     Th/U比值为0.53～1.09，平均0.79，大于0.1，Th、U间具良好正相关，说明他们与岩浆结晶作用有关，属典型的岩浆成因锆石[24-25]，可代表花岗闪长岩年龄。获得测试数据见表2，共测得20个数据，其中1、10、12、18号测点谐和度小于90%。除12号测点外，其它19个测点给出了谐和年龄，其中16个测点（2-9、11、13-17、19、20）206Pb/238U年龄介于（122±3.1）～（135±3.2） Ma，在置信度95%时的年龄加权平均值为（127.6±1.5） Ma（MSWD=0.91，n=16），时代为早白垩世（图5）。

5  讨论

5.1  岩石成因

Barbarin研究认为钙碱性岩岩浆为壳幔混源，花岗岩类型可划分KCG和ACG[26]，KCG高K2O、低CaO，主要来源于地壳;ACG低K2O、高CaO，主要来源于地幔。早白垩世花岗闪长岩为准铝质高钾钙碱性岩石，具高K2O（平均含量3.01%）、低CaO（平均含量4.72%）特征，属KCG岩类，指示以岩浆源地壳成分为主[27]。微量元素Cr（10.5×10-6～21.9×10-6，平均13.6×10-6）、Ni（2.94×10-6～12.11×10-6，平均5.1×10-6）、Co（12.10×10-6～22.53×10-6，平均16.94×10-6）与上陆壳（Cr（35×10-6）、Ni（19×10-6）、Co（12×10-6））比较[28]，显示出更低Cr、Ni的特点。La/Nb值为2.21～8.76，平均4.26，明显不同于地幔来源的岩浆（La/Nb≈0.96）[27]。Nb、Ta在侵蚀和变质作用过程中较稳定，有示踪原始岩浆源区的特征[29-30]，区内早白垩世花岗闪长岩Nb/Ta=2.37～9.00（平均6.37），明显低于幔源岩浆值（17±1）[31]，且低于地壳平均值（12～13）[29];Nd/Th（1.04～1.80）与壳源岩石值（≈3）相近，明显低于幔源值（大于15）[32]，暗示岩浆不可能是地幔橄榄岩部分熔融或玄武质岩浆分离的结果，可能主要源于地壳;岩石     Ti/Zr（20～29，平均25）及Ti/Y（79～146，平均114），在陆壳岩石（Ti/Zr小于30，Ti/Y小于200）范圍内[33-35]。样品在δEu-（La/Yb）N图解中沿壳幔分界线分布         （图6-a），结合La/Sm-La图解（图6-b）[36，37]，认为区内花岗闪长岩体可能为地幔玄武岩浆在底侵过程中诱发上地壳物质部分熔融形成，岩体在就位过程中分离结晶作用不明显。

5.2  构造环境及地质意义

关于冈底斯的构造演化历程尚有争论，一般认为新特提斯班公湖-怒江洋形成于晚三叠—早侏罗世，中侏罗世洋壳开始俯冲消减，在晚侏罗—早白垩世闭合[38-40]。潘桂棠等认为班公湖-怒江洋在早白垩世中晚期并未完全消亡，还存在洋壳，在晚白垩世班公湖-怒江洋才最终消亡，亚洲大陆与冈底斯复合岛弧发生强烈的弧-陆碰撞[41];Fan Jianjun et al.通过对班公湖-怒江中、西段晚中生代沉积、岩浆作用的详细研究，认为班-怒特提斯洋的俯冲消减始于晚侏罗世以前，并持续至早白垩世晚期，最终在早白垩世晚期由东向西逐渐完成最终闭合，班公湖-怒江洋的活动具明显的穿时性[42];结合在班公湖-怒江洋缝合带中、西段发现的早白垩世（115～120 Ma）陆缘弧岩浆岩和晚白垩世早期（85～99 Ma）碰撞造山岩浆岩的研究[43-47]，进一步表明班公湖-怒江洋的中、西段在早白垩世中早期尚未关闭。冈底斯带花岗岩侵入时代大致在170～75 Ma，认为其形成与班公湖-怒江洋向南俯冲消减及羌塘-拉萨陆块碰撞有关[2]。早白垩世在南冈底斯（100～137 Ma）、冈底斯弧背断隆带（105～135 Ma）、中冈底斯（95～145 Ma）和北冈底斯（110～133 Ma）几乎同时发生大规模的岩浆活动，岩浆活动峰集中于110～120 Ma[11-12，48]，冈底斯中北部火山岩很可能与班公湖怒江特提斯洋壳向南的俯冲作用有关[11]。研究区花岗闪长岩位于班公湖-怒江缝合带以南，属北冈底斯带，LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究表明，岩体形成年龄为（127.6±1.5） Ma，时代为早白垩世。本区该时期花岗闪长岩富集Rb，Th和亏损Ba，Nb，P，Ti，在R1-R2图解中样品主要落入板块碰撞前环境（图7-a），在Y+Nb-Rb图解中样品均落入火山弧花岗岩区，暗示岩石形成一种成熟度较高的与俯冲有关的构造环境（图7-b），这种构造背景可能与班公湖-怒江洋向南俯冲有关。早白垩世被认为与俯冲有关的岩浆活动在本区域内发生于131～121 Ma1，同碰撞型花岗岩形成于123～110 Ma2;在北冈底斯西段改则地区，116～108 Ma尚有班公湖-怒江洋南向俯冲岩浆活动记录[49]3，同样说明新特提斯班公湖-怒江洋的关闭时间东段早于西段。

6  结论

（1） 早白垩世花岗闪长岩具高Al2O3、Na2O和低TiO2、MgO、MnO特征，属准铝质高钾钙碱性系列岩石（KCG）。稀土元素总量119.09×10-6～251.68×10-6，（La/Yb）N为5.97～26.41，δEu=0.62～0.85。在球粒陨石标准化稀土元素分布模式上呈右倾，在原始地幔标准化蛛网图上，富集K，Rb，Th，亏损Ba，Nb，P，Ti，呈明显与俯冲作用有关的Nb和Ti谷，岩石可能为地幔玄武岩浆在底侵过程中诱发上地壳物质部分熔融形成，岩体在就位过程中分离结晶作用不明显。

（2） 通过对花岗闪长岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年，获得岩石结晶年龄为（127.6±1.5） Ma，形成时代为早白垩世。

（3） 花岗闪长岩形成一种成熟度较高的与俯冲有关的构造环境，这种构造背景可能与班公湖-怒江洋向南俯冲有关。

本文为《西藏1∶5万青龙乡（H46E006005、H46E006006、H46E007005、H46E007006）4幅区域地质矿产调查》项目成果之一，参加工作的主要成员还有赵玉鹏、谢晓文、孙勇等，定稿过程中匿名审稿人对稿件提出了宝贵的修改意见，在此表示诚挚的感谢！

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