巴颜喀拉中部三叠纪花岗岩类的岩石成因及其地质意义

李成祥, 曾小慧, 周 虎, 白兴卫, 熊富浩, 2*

巴颜喀拉中部三叠纪花岗岩类的岩石成因及其地质意义

李成祥1, 曾小慧1, 周 虎1, 白兴卫1, 熊富浩1, 2*

(1. 成都理工大学 地球科学学院, 四川 成都 610059; 2. 成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点 实验室, 四川 成都 610059)

巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带三叠纪花岗岩是研究青藏高原中部古特提斯造山作用过程与地壳生长演化机制的重要探针。本次研究对巴颜喀拉中部的花岗质岩体进行了详细的岩石学、锆石U-Pb年代学和全岩地球化学研究, 探讨其岩石成因和动力学背景。锆石U-Pb年代学研究表明, 本次研究的花岗质岩体形成于209～217 Ma, 是晚三叠世岩浆活动的产物。岩石地球化学分析揭示, 岩体由高Sr/Y值和低Sr/Y值花岗岩类组成。其中, 高Sr/Y值岩体具有中等K2O(2.13%～3.75%)、较高的Sr(373×10–6～521×10–6)含量和Sr/Y值(47.5～69.4), 较低的Yb(0.42×10–6～0.62×10–6)、Y(6.79×10–6～7.99×10–6)、Cr(5.86×10–6～13.0×10–6)和Ni(1.91×10–6～6.63×10–6)含量, La/Yb值为48.5～64.1, 与起源于加厚地壳部分熔融的埃达克质花岗岩类似。低Sr/Y值岩体具有较高的K2O(3.84%～4.27%)和SiO2(63.94%～70.44%)、较低的Na2O/K2O值(0.78～0.95)和Sr/Y值(10.2～14.5), 岩石起源于正常厚度地壳的部分熔融。综合分析表明, 晚三叠世巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带并未发生明显地壳减薄, 区域三叠纪花岗岩质岩石起源于碰撞环境下不同深度地壳的部分熔融, 即加厚地壳熔融形成高Sr/Y值埃达克质岩, 而正常厚度的地壳则熔融形成低Sr/Y值普通花岗岩类。不同深度地壳的重熔是巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带三叠纪时期地壳演化的重要方式。

巴颜喀拉; 三叠纪; 埃达克质岩; 低Sr/Y值花岗岩; 岩石成因

0 引 言

巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带位于青藏高原东北部, 是古特提斯构造域的重要组成部分, 具有复杂的造山过程与演化历史, 享有中国“地质百慕大”的称号(许志琴等, 1991)。造山带内覆盖巨厚的三叠系浊积岩(许志琴等, 1991), 鲜有古老基底岩石出露, 制约了对其基底性质、深部岩浆活动及构造演化过程的认识。花岗岩是陆壳的重要岩石类型, 记录了深部地壳熔融、壳幔相互作用和地壳生长演化过程, 是探究造山带深部动力学过程与区域构造演化的重要岩石探针。巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带内出露的三叠纪花岗岩已成为研究其基底属性和区域构造演化的关键探针(胡建民等, 2005; Zhang et al., 2007; Yuan et al., 2010; Zhan et al., 2018, 2020; Gong et al., 2021; Tang et al., 2023)。前人对巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带东部三叠纪花岗岩开展了大量研究, 系统揭示了该区花岗岩的时空分布、岩石学和地球化学特征, 并划分出A型(Zhang et al., 2007)、S型(胡建民等, 2005; 蒋修未等, 2020)、I型(袁静等, 2011; Zhang et al., 2014b; 陈敏等, 2022)和埃达克质花岗岩(Zhang et al., 2007; Yuan et al., 2010; 龚大兴等, 2019; Zhan et al., 2020)等多种岩石类型。然而, 关于其岩石成因与动力学机制等关键科学问题仍存在较大争议。部分学者认为巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带三叠纪花岗岩形成于后碰撞伸展环境, 主要起源于中‒上地壳浊积岩的部分熔融(周家云等, 2014; Liu et al., 2019; 刘大明等, 2022); 部分学者则认为区内三叠纪花岗岩起源于岩石圈拆沉背景下的幔源岩浆底侵和下地壳熔融(Wang et al., 2007; 陈敏等, 2022; 卢雨潇等, 2022)。同时, 相对于巴颜喀拉‒松潘甘孜东部地区花岗岩的深入研究, 有关中部地区三叠纪花岗岩的结晶时代、成因类型和成因机制的研究较少, 制约了对整个巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带三叠纪岩浆‒构造作用过程和地壳生长方式的认识。

因此, 本次研究选择巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带中部的肯定那、青珍公麻、恰格那弄、江日嘎玛和下仓界5个花岗质岩体为研究对象, 对其开展岩石学、LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、岩石地球化学等研究, 厘定其侵位时代, 探究其岩石成因。并综合分析前人已发表的相关成果, 探索巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带三叠纪岩浆作用的动力学背景和地壳演化方式, 为认识巴颜喀拉‒松潘甘孜古特提斯造山作用过程提供新的证据。

1 地质背景和岩石学特征

巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带东部以龙门山断裂带为界, 与扬子地台相邻; 西南部以金沙江缝合带为界, 与羌塘地块相邻; 北部以阿尼玛卿‒勉略缝合带为界, 与秦岭和昆仑造山带相邻。呈EW向展布的巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带具有东宽西窄的倒三角形态, 是中国大陆内部最大的构造结(图1a)。造山带内地层系统单一, 主要出露一套中‒上三叠统细砂岩‒粉砂岩‒泥岩夹灰岩的复理石沉积和一套碳酸盐岩夹火山岩建造(卢雨潇等, 2022), 属于典型的浊流沉积。受造山作用影响, 岩石均具有浅变质特征, 形成砂质板岩等岩石。除了巨厚层复理石沉积外, 造山带内还广泛出露三叠纪花岗岩。前人对巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带东部三叠纪花岗岩开展了大量岩石学和年代学研究, 厘定了其岩石成因类型, 并建立了其年代学格架(Zhang et al., 2014a)(图1a)。根据已发表资料表明, 巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带东部花岗岩年龄主要为228～195 Ma, 属于印支晚期‒燕山早期岩浆活动的产物(胡建民等, 2005; Roger et al., 2010)。

本次研究的5个花岗质岩体位于巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带中部。区域内发育多条EW向展布的断层, 控制了花岗岩体的走向。本次研究的岩体均属于小岩株, 其中, 肯定那、青珍公麻和恰格那弄岩体主要侵入二叠系(图1b), 而江日嘎玛和下仓界岩体则被第四系沉积物覆盖(图1c、d)。

肯定那岩体样品(11MQ04-1)为斑状花岗闪长岩, 岩石具有似斑状结构、块状构造(图2a、b)。斑晶主要有斜长石(～45%)、石英(～30%)、云母(～25%), 基质具有中细粒花岗结构, 主要由细粒斜长石(～35%)、石英(～30%)、云母(～30%)和其他矿物(～5%)组成。青珍公麻岩体样品(11MQ07-4)为花岗闪长斑岩, 斑状结构, 块状构造(图2c、d)。斑晶主要为斜长石(～35%)、石英(～35%)和黑云母(～20%), 可见少量碱性长石(～10%),基质主要由微晶斜长石(～40%)、石英(～40%)、云母(～10%)和其他矿物(～10%)组成。恰格那弄岩体样品(11MQ10-1)为花岗闪长斑岩, 斑状结构, 块状构造(图2e、f)。斑晶主要由斜长石(～45%)和黑云母(～40%)和少量石英(～15%)组成, 基质为细粒或微晶斜长石(～35%)、石英(～30%)、云母(～30%)和其他矿物(～5%)。江日嘎玛岩体样品(11MD08-2)为斑状花岗岩, 半自形粒状结构、块状构造(图2g、h)。岩石主要由石英(～50%)、黑云母(～30%)、角闪石(～20%)和其他暗色矿物(～10%)组成, 云母局部可见绿泥石化。下仓界岩体(11MD14-1)为斑状石英二长岩, 中粗粒花岗结构、块状构造(图2i、j)。岩石主要由碱性长石(～30%)、斜长石(～30%)、石英(～20%)、云母(～10%)和其他矿物(～10%)组成, 部分黑云母可见绿泥石化。

2 测试分析方法

挑选新鲜、未风化的露头样品进行测试。首先将岩石样品粉碎到100目左右, 并采用粗碎、洗涤、磁选等多重分选方法分选出锆石。借助双目镜挑选不同晶形、颗粒较大且较为典型的锆石颗粒, 然后制靶。对锆石进行剖光使其内部结构暴露, 然后进行阴极发光(CL)照相。通过锆石的显微图像特征, 进行内部结构分析, 最后进行锆石U-Pb年代学分析。LA-ICP-MS 锆石U-Pb定年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)完成, 所用仪器为的激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS), 型号为Agilent 7500a。利用锆石标准91500作外标对同位素进行校正, 微量元素的校正则使用NIST610为外标进行处理。锆石数据的离线处理使用软件ICPMSDataCal 11.8, 计算加权平均年龄和绘制谐和图使用Isoplot 4.15。

全岩的地球化学分析采用200目以下的粉末。全岩主量元素的测试在湖北地质矿产开发局完成, 分析仪器为X射线荧光光谱仪(XRF), 型号为 Regaku 3080E1, 分析不确定度＜5%。全岩微量元素测试在中国地质大学(武汉)GPMR实验室分析完成, 所用仪器为电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS), 型号为Agilent 7500a。仪器的准确度使用G-2h和AGV-1国际岩石标样及GSR-3国内岩石标样进行校正, 稀土元素不确定度优于5%, 微量元素不确定度在10%左右。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb年代学

巴颜喀拉地区肯定那(11MQ04-1)、青珍公麻(11MQ07-4)、恰格那弄(11MQ10-1)、江日嘎玛(11MD08-2)和下仓界(11MD14-1)5个花岗质岩体样品的LA-ICP- MS锆石U-Pb定年结果见表1。

表1 巴颜喀拉地区花岗质岩体样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果

肯定那(11MQ04-1)、青珍公麻(11MQ07-4)、恰格那弄(11MQ10-1)岩体样品中锆石颗粒相对较大, 多呈透明的自形‒半自形晶, 长宽比约1∶1～3∶1。多数锆石可见振荡环带, 少数锆石环带不明显(图3a),且样品具有较大的Th/U值(0.09～0.41), 指示其为岩浆成因(吴元保和郑永飞, 2004)。肯定那岩体样品中共分析了18颗锆石, 所有测点都具有较好的谐和度, 其206Pb/238U表面年龄为209～212 Ma, 加权平均年龄为210±1 Ma(MSWD=0.13,=18)(图3b), 代表岩石的结晶年龄。青珍公麻岩体样品中共分析了15颗锆石, 所有测点都落在谐和线上或其附近,206Pb/238U表面年龄为208～214 Ma, 加权平均年龄为210±1 Ma (MSWD=0.23,=15)(图3c), 代表岩石的结晶年龄。恰格那弄岩体样品中共分析了19颗锆石, 其206Pb/238U表面年龄为213～221 Ma, 加权平均年龄为217±1 Ma (MSWD=0.56,=19)(图3d)。

图3 巴颜喀拉地区花岗质岩的锆石阴极发光图像(a)及U-Pb年龄谐和图(b～f)

江日嘎玛(11MD08-2)和下仓界(11MD14-1)岩体样品中锆石颗粒相对较小, 自形程度较高, 长宽比可达1∶1～2∶1, 具有典型振荡环带的特征, 部分锆石内部呈侵蚀状或港湾状(图3a), 锆石的Th/U值为0.16～0.66, 属于岩浆成因锆石。其中江日嘎玛岩体样品分析了12颗锆石,206Pb/238U表面年龄为203～ 214 Ma, 加权平均年龄为209±2 Ma(MSWD=1.8,=12) (图3f)。下仓界岩体样品分析了18颗锆石, 剔除谐和度较差的1个测点, 其余17个测点的206Pb/238U表面年龄为208～215 Ma, 其加权平均年龄为211±2 Ma (MSWD=0.24,=17)(图3f)。

综上所述, 研究区花岗岩类岩石均属于晚三叠世岩浆活动的产物。

3.2 全岩地球化学特征

肯定那等5个花岗质岩体的全岩地球化学分析结果见表2。样品SiO2含量为63.94%～70.44%, 属于中酸性岩浆岩, 在TAS图解上, 落入石英二长岩、花岗闪长岩和花岗岩区域(图4a)。岩石具有较高的Al2O3(14.75%～17.25%)和FeOT(2.40%～3.69%)含量、Na2O+K2O(5.51%～7.62%)和Na2O/K2O(0.78～1.59)值, 较低的MgO含量(0.85%～1.62%), Mg#(38～43)中等, 铝饱和指数(A/CNK)为1.00～1.07, 属高钾钙碱性弱过铝质花岗岩类(图4b～d)。

表2 巴颜喀拉中部三叠纪花岗质岩主量(%)和微量元素(×10–6)分析结果

图4 巴颜喀拉地区岩体的TAS分类及岩石类型判别图

肯定那、青珍公麻和恰格那弄岩体的样品具有较低的稀土元素总量(ΣREE=119×10–6～143×10–6), 轻重稀土元素分异明显, (La/Yb)N值为32.8～43.3, 无明显的Eu异常(δEu=0.87～0.91)(表2, 图5a)。样品具有较高的Sr(373×10–6～521×10–6)、较低的Yb(0.42×10–6～0.62×10–6)和Y(6.79×10–6～7.99×10–6)含量, La/Yb(48.5～64.1)和Sr/Y(47.5～69.4)值较高。

球粒陨石标准化值据Taylor and McLennan, 1985; 原始地幔标准化值据Sun and McDonough, 1989。

江日嘎玛和下仓界岩体样品的稀土元素总量较高(ΣREE=163×10–6～250×10–6), 轻、重稀土元素分异明显((La/Yb)N=10.4～12.9), 具有明显的Eu负异常(δEu=0.52～0.59)(图5a)。微量元素蛛网图显示样品富集轻稀土和Rb、Th、U等元素, 相对亏损重稀土和Ba、Ta、Nb、P、Ti等元素(图5b)。且样品的Sr含量相对较低为293×10–6～316×10–6, Yb(2.01×10–6～ 2.36×10–6)和Y(21.8×10–6～28.7×10–6)含量相对较高(图5b), Sr/Y值(10.2～14.5)和La/Yb值(15.4～19.1)相对较小, 明显不同于肯定那、青珍公麻和恰格那弄岩体。

4 讨 论

4.1 岩石成因类型

根据花岗岩类的Sr、Y等微量元素组成, 可划分为高Sr/Y值的埃达克质岩和低Sr/Y值的非埃达克质岩。而埃达克质岩石往往形成于特定的构造背景, 具有特殊的成因意义(王强等, 2001, 2008; 朱弟成等, 2002; Xu et al., 2002), 是探究区域构造演化的重要岩石探针。埃达克质岩具有较高的SiO2(＞56%)、Al2O3(＞15%)含量, 高Sr/Y(＞20.0)、La/Yb(＞15.0)值,低MgO(＜3%)含量, 富集轻稀土元素和Sr(＞400×10–6),亏损重稀土元素(如Yb＜1.9×10–6)与Y(＜18×10–6), 无Eu异常或有轻微的负Eu异常(Martin, 1999; Clemens,2003; 王强等, 2008; Castillo, 2012; 许继峰等, 2014)。肯定那、青珍公麻和恰格那弄岩体的样品富集轻稀土元素、亏损重稀土元素, 轻、重稀土元素分异明显,无明显的Eu异常; Yb含量为0.42×10–6～0.62×10–6, 均＜1.9×10–6; Y含量为6.79×10–6～7.99×10–6, 均 ＜18×10–6; Sr含量为373×10–6～521×10–6, 接近或 ＞400×10–6; La/Yb为48.5～64.1, ＞15.0; Sr/Y值为47.5～69.4, 均＞20, 具有类似于埃达克质岩的地球化学特征。在Sr/Y-Y和(La/Yb)N-YbN图中(图6),肯定那、青珍公麻、恰格那弄岩体样品均落入埃达克岩区域。因此, 肯定那、青珍公麻和恰格那弄岩体属于高钾钙碱性‒钾质埃达克质岩。

区域岩体地球化学数据来源: Zhang et al., 2006, 2007; Xiao et al., 2007; Cai et al., 2010; 万传辉等, 2011; 袁静等, 2011; 鄢圣武等, 2015; 崔加伟等, 2016; 马志远等, 2016; 刘江, 2018; 赵呈祥等, 2018; 马骥等, 2020; 陈敏等, 2022; 刘大明等, 2022; 卢雨潇等, 2022。

江日嘎玛和下仓界岩体样品具有较高的SiO2和Al2O3、全碱(Na2O+K2O)、FeOT含量及Na2O/K2O值(0.78～1.59)、中等含量的TiO2及较低的MgO、Co、Th含量以及Mg#值、铝饱和指数, 富集轻稀土元素、亏损重稀土元素, 具有明显的Eu负异常(图5)。岩石具有较高的Yb和Y含量, 较低的Sr含量以及La/Yb和Sr/Y值, 属于低Sr/Y值非埃达克质岩(图6)。

4.2 岩石成因机制

埃达克质岩的成因机制有多种观点: 如原始玄武质岩浆的分离结晶(Castillo et al., 1999)、壳‒幔岩浆的混合作用(Guo et al., 2007)、加厚地壳的部分熔融(Kay and Kay, 1993)、拆沉下地壳的部分熔融(Xu et al., 2002, 2006)和俯冲洋壳的部分熔融(Defant and Drummond, 1990)等。

起源于原始幔源玄武质岩浆分离结晶的埃达克质岩通常富集高场强元素(如Nb、Ta、Ti等)(Saunders et al., 1988; 刘彬等, 2013), 且具有成分跨度较大的岩石组合特征(Fan et al., 2016; Wu and Xie, 2016)。肯定那、青珍公麻和恰格那弄岩体的埃达克质岩不具有基性‒中性‒酸性岩浆岩组合特征, 且岩石显著亏损高场强元素, Nb/Ta平均值为14.7, 明显不同于原始地幔的值(平均17.5; Rudnick and Gao, 2003), 且研究区内也缺乏幔源岩浆记录(袁静等, 2011), 明显不符合玄武质岩浆分离结晶模型。壳‒幔岩浆混合成因的埃达克质花岗岩具有较高的Mg#值, 常富含暗色微粒岩浆包体(姜子琦等, 2011; 陈兵等, 2021; 杨昕等, 2021), 且矿物常具有环带特征, 但是本次研究的埃达克质岩无镁铁质包体, 区域岩体也缺少同期幔源岩浆岩记录, 矿物也无环带特征, 且岩石的Rb/Sr平均值为0.28, 与大陆地壳平均值(～0.24; Taylor and McLeannan, 1985)相近, 不符合壳‒幔岩浆混合模型。拆沉下地壳部分熔融形成的熔体, 常发生熔体与地幔的相互作用, 形成岩石具有较高Ni和Cr含量, 且具有明显的Eu异常, 其矿物则常具有成分反环带特征(Rapp et al., 1999; 张旗等, 2003; Gao et al., 2004)。肯定那、青珍公麻和恰格那弄岩体的样品具有较低的Ni、Cr含量, 且无明显的Eu异常(δEu=0.87～0.91)(图5), 也未见明显的矿物反环带特征, 不符合拆沉下地壳部分熔融模型。俯冲洋壳熔融及其与地幔楔相互作用可产生埃达克质岩和高镁埃达克岩(Stern and Hanson, 1989;张旗等, 2005; 王巍等, 2021), 其具高Mg(MgO＞5%; Mg#＞60)、Cr (＞100×10–6)、Ni(＞100×10–6)和富钠贫钾(Na2O/K2O＞2)的特征(王强等, 2001; 张旗等, 2001; 张旗, 2008)。研究区埃达克质岩具有较低的MgO(平均1.10%)、Cr(平均10.2×10–6)、Ni(平均4.17×10–6)和Na2O/K2O值(平均1.26), 与俯冲洋壳部分熔融产生的埃达克岩特征不符。

本次研究的埃达克质岩体具有富钾贫钠的特征(K2O=2.13%～3.75%, Na2O/K2O=0.91～1.59), 且具有较高的Th(平均10.7×10–6)、Th/U值(4.00～8.80)和Rb/Sr值(0.15～0.42), 较低含量的Cr(平均10.2×10–6)和Ni(平均4.17×10–6), 相对亏损Ba、U, 相对富集Rb、Th, 地球化学特征上跟加厚地壳部分熔融的埃达克岩相似(Chung et al., 2003; 张旗等, 2003; 朱明田等, 2011; 魏红艳等, 2012; 刘建峰等, 2013)。在埃达克岩成因机制判别图中, 本次研究的埃达克质岩体和前人已发表的巴颜喀拉‒松潘甘孜三叠纪埃达克质岩体样品均落入加厚地壳部分熔融的区域(图7),综合分析推测研究区内埃达克质岩由加厚地壳部分熔融形成。

肯定那、青珍公麻和恰格那弄岩体的埃达克质岩显著亏损重稀土元素和Y, 富集Sr, 表明源区有石榴石残留(Rapp and Watson, 1995)。实验表明, 石榴石在高于1.5 GPa的压力下趋于稳定, 等同于地壳厚度50 km以上(Xiong et al., 2005)。因此本次研究的埃达克质岩石形成于加厚地壳(＞50 km)、以金红石和石榴石为残留矿物的源区。

而江日嘎玛和下仓界岩体的样品具有低Sr/Y (10.2～14.5)值、较高的K2O(3.84%～4.27%)和SiO2(63.94%～70.44%)含量, Na2O/K2O值(0.78～0.95)和MgO(0.99%～1.62%)含量低, 主量元素组成与正常地壳类似。岩石的Nb/Ta值为10.4～12.3, Nd/Th值为1.91～2.05, 与大陆地壳平均值(Nb/Ta≈11, Nd/Th≈2; Rudnick and Gao, 2003)相近。岩石富集轻稀土元素, 且含有较高的Th/U值(平均4.34)和Rb/Sr值(平均0.58), 较低含量的Cr(平均19.4×10–6)和Ni(平均11.8×10–6), 符合地壳起源的岩浆特征(Rudnick and Gao, 2003; 吴元保, 2022)。岩石具有明显的Eu负异常(图5), 表明源区有少量斜长石残留; 具有较低的Sr含量和Sr/Y值, 表明其形成于低压环境; 岩石的Nb-Ta亏损, 较埃达克质岩弱, 表明源区不残留金红石或者少量残留金红石, 说明岩体形成时的压力比埃达克质岩小。综上分析, 江日嘎玛和下仓界岩体低Sr/Y值花岗质岩石形成于低压环境, 即正常地壳的部分熔融, 并非加厚地壳熔融。

4.3 地质意义

研究表明, 壳源岩浆岩的Sr/Y值和La/Yb值与岩浆起源深度存在相关性, 并建立了地壳厚度与Sr/Y和(La/Yb)N值的相关性方程, 用于定量计算古造山带的地壳厚度(Chapman et al., 2015; Hu et al., 2017)。本文系统收集了巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带三叠纪花岗质岩的锆石U-Pb年代学和地球化学资料, 并依据Rb/Sr值和MgO等参数剔除高分异样品和壳幔混合成因的样品(Chiaradia, 2015), 利用经验回归方程计算巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带三叠纪时期的地壳厚度。基于Sr/Y均值计算的地壳厚度结果的不确定度总是小于(La/Yb)N均值计算的结果, 且典型案例分析揭示Sr/Y值与地壳厚度具有较高的相关性, 可以较好地反映大陆弧地壳的厚度(Chapman et al., 2015)。因此, 本文采用Sr/Y均值计算的地壳厚度结果来讨论巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带三叠纪地壳厚度变化情况。

基于Sr/Y均值计算获得的巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带三叠纪花岗质岩起源于厚度约30～75 km的大陆地壳, 符合大陆碰撞造山带地壳厚度的特征(≥30 km)。根据地壳厚度和岩体年龄的演变趋势图(图8a), 巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带三叠纪低Sr/Y值花岗质岩石起源于浅部地壳熔融, 而高Sr/Y值埃达克质岩则起源于41～70 km深度的地壳, 而研究区的地壳厚度自230 Ma到200 Ma并未发生显著减薄, 表明并未发生显著的加厚地壳拆沉作用, 这与前人的研究结果一致(Zhan et al., 2018)。全岩Nd同位素与年龄关系图(图8b)显示, 区域埃达克质岩和非埃达克质岩主体均具有较低的全岩Nd(), 均起源于1.25～1.78 Ga的古老地壳熔融, 并无显著新生地壳特征。少数岩体具有较高的全岩Nd()值(Xiao et al., 2007; Zhang et al., 2007)、Mg#、Cr和Ni(Xiao et al., 2007; Cai et al., 2010; 卢雨潇等, 2022), 且这些岩体中发育暗色微粒包体(刘江, 2018; 卢雨潇等, 2022), 推测这部分岩体受到一定程度的壳幔岩浆混合作用影响。因此, 本文认为松潘甘孜­­‒巴颜喀拉造山带晚三叠世加厚地壳主要形成于水平挤压作用, 并不存在显著的幔源岩浆底侵和新生地壳生长, 区内晚三叠世高Sr/Y值埃达克质岩和低Sr/Y值花岗岩类主要起源于不同深度古老地壳的部分熔融。

同位素数据来源: Zhang et al., 2006, 2007; 赵永久, 2007; 赵永久等, 2007; Xiao et al., 2007; 时章亮等, 2009; 蔡洪明, 2010; 袁静等, 2011。

花岗岩构造环境判别图(图9)揭示, 包括肯定那、青珍公麻、恰格那弄、江日嘎玛和下仓界岩体在内的巴颜喀拉‒松潘甘孜三叠纪花岗岩类均具有火山弧或后碰撞花岗岩特征。综合对比区域资料发现, 不同于东昆仑造山带发育巨量二叠纪‒晚三叠世岩浆岩(莫宣学等, 2007; Xiong et al., 2014)(图10b),巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带岩浆活动仅爆发于晚三叠世(图10a), 且与东昆仑同步发育晚三叠世A2型花岗岩(Zhang et al., 2007; Yan et al., 2020)和钾质埃达克质岩(Zhang et al., 2006; Xiao et al., 2007)。因此, 本文认为巴颜喀拉‒松潘甘孜与东昆仑之间的古特提斯洋盆已于晚三叠世之前闭合, 巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带在晚三叠世处于后碰撞环境, 其古老大陆地壳已通过早期碰撞作用发生侧向挤压增厚。受碰撞挤压作用影响, 岩石圈发生脆性破裂, 为幔源岩浆上涌提供了通道(Yuan et al., 2010)。在此背景下, 幔源岩浆底侵地壳, 促使加厚的古老陆壳发生部分熔融(Defant and Drummond, 1990; Atherton and Petford, 1993), 从而形成高Sr/Y值的埃达克质岩浆, 而浅部古老地壳则部分熔融形成低Sr/Y值的花岗质熔体(图10)。因此, 不同深度古老陆壳的重熔是巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带三叠纪大陆地壳的重要演化方式。

图9 巴颜喀拉–松潘甘孜地区花岗质岩的构造环境判别图(底图据Pearce et al., 1984)(区域数据来源同6)

巴颜喀拉‒松潘甘孜三叠纪埃达克质岩: ①. 肯定那岩体; ②. 青珍公麻岩体; ③. 恰格那弄岩体; ④. 毛尔盖岩体(Zhang et al., 2006); ⑤. 老君沟岩体(赵永久等, 2007)。东昆仑三叠纪埃达克质岩: ⑥. 和勒冈希里克特岩体(陈国超等, 2013b); ⑦. 科科鄂阿龙岩体(陈国超等, 2013a)。巴颜喀拉‒松潘甘孜三叠纪低Sr/Y值花岗岩类: ⑧. 江日嘎玛岩体; ⑨. 下仓界岩体; ⑩. 年保玉则岩体(Zhang et al., 2007); . 道孚‒炉霍岩体(卢雨潇等, 2022)。东昆仑三叠纪低Sr/Y值花岗岩类: . 香日德地区花岗岩体(罗明非等, 2014); . 肯德可克岩体(张明玉等, 2018)。

5 结 论

(1) 巴颜喀拉中部花岗质岩体由花岗岩、花岗闪长岩、石英二长岩等岩石组成, 其LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄在210±1 Ma～217±1 Ma之间, 属于晚三叠世岩浆活动的产物。

(2) 肯定那、青珍公麻和恰格那弄岩体样品含有较高的SiO2、Al2O3和全碱, LREE和Sr富集, HREE和Y亏损, Sr/Y、La/Yb值较高, 为高Sr/Y值的埃达克质岩。江日嘎玛和下仓界岩体样品也含有较高的SiO2、Al2O3和全碱含量, 但Sr相对较低, Y和Yb相对较高, Sr/Y、La/Yb值较低, 为低Sr/Y值的非埃达克质岩。

(3) 巴颜喀拉地区晚三叠世高Sr/Y值花岗岩类主要起源于加厚下地壳部分熔融, 而低Sr/Y值花岗岩类则主要起源于浅部地壳的部分熔融。

(4) 巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带于晚三叠世处于后碰撞环境, 但并未发生显著的加厚地壳拆沉作用。不同深度古老陆壳的重熔是巴颜喀拉‒松潘甘孜造山带三叠纪大陆地壳的重要演化方式。

致谢:感谢长安大学李瑞保副教授和另一位匿名审稿专家提出的宝贵修改意见!

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Petrogenesis and Geological Significance of Triassic Granites in the Central Bayanhar

LI Chengxiang1, ZENG Xiaohui1, ZHOU Hu1, BAI Xingwei1, XIONG Fuhao1, 2*

(1. College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China; 2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China)

The Triassic granites in the Bayanhar-Songpanganzi orogen are key probes to understand the Paleo-Tethyan orogeny and mechanisms of crustal growth in the central Qinghai-Tibetan Plateau. To constrain the petrogenesis and geodynamic setting of the granites in the Central Bayanhar area, an integrated petrologic, geochronologic, and whole-rock geochemical study was conducted. Zircon U-Pb dating results show that the granites were formed at 209 – 217 Ma, belonging to the Late Triassic magmatism. The geochemical study reveals that the plutons can be divided into high Sr/Y granites and low Sr/Y granites. The high Sr/Y granites exhibit intermediate K2O (2.13% – 3.75%), high Sr (373×10–6– 521×10–6) and Sr/Y ratios (47.5 – 69.4), low Yb (0.42×10–6– 0.62×10–6), Y (6.79×10–6– 7.99×10–6), Cr (5.86×10–6– 13.0×10–6), and Ni (1.91×10–6– 6.63×10–6), enriched light rare earth, and depleted heavy rare earth elements, resembling those of adakitic rocks derived from melting of thickened crust. In contrast, the low Sr/Y granites have high contents of K2O (3.84% – 4.27%) and SiO2(63.94% – 70.44%) with low ratios of Na2O/K2O (0.78 – 0.95) and Sr/Y (10.2 – 14.5), which were originated from partial melting of the crust with normal thickness. The comprehensive study shows that there is no obvious crustal thinning in the Bayanhar-Songpanganzi area during the Late Triassic, therefore, the Triassic granites were derived from partial melting of the crust at different depths in the collisional setting, i.e., the high Sr/Y adakitic rocks derived from melting of the thickened crust, but the low Sr/Y granites were formed by melting of the crust with normal thickness. It can be concluded that crustal remelting at different depths is an important mode of the Triassic crustal evolution in the Bayanhar-Songpanganzi orogen.

Bayanhar; Triassic; adakitic rock; low Sr/Y granite; petrogenesis

2023-06-05;

2023-06-30;

2023-08-25

国家自然科学基金项目(41602049)和成都理工大学珠峰科学研究计划项目(2021ZF11412)联合资助。

李成祥(1999–), 男, 硕士研究生, 地质学专业。E-mail: 1027868215@qq.com

熊富浩(1986–), 男, 博士生导师, 主要从事岩浆动力学与大地构造学研究。E-mail: fhxiong@cdut.edu.cn

P595; P597

A

1001-1552(2023)06-1413-017

10.16539/j.ddgzyckx.2023.01.303