西藏冈底斯岩浆岩南亚带乃巴岩体年代学、地球化学与岩石成因探讨*

2024-04-29汪宏涛鲁有朋张志平

甘肃科技 2024年3期

汪宏涛，鲁有朋，张志平

（甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院，甘肃兰州 730050）

0 引言

冈底斯岩浆岩带是沿雅鲁藏布江北侧展布的一条长约2 500 km，宽约100～300 km 的巨型岩浆岩带[1]。带内岩浆岩主要由不同时代、地球化学性质各异的花岗质岩石组成，其时空分布受北侧班公湖-怒江特提斯洋的成长及消亡影响强烈，同时也与雅鲁藏布江新特提斯洋向北的俯冲碰撞密切相关，是研究青藏高原构造-岩浆演化的热点地区。根据空间分布特点，可大致将其分为3 个亚带：北带、中带和南带[2]。近年来，不少学者对冈底斯岩浆岩带的时空分布和特征进行过研究，但因缺乏高质量的、系统的岩石年代学和地球化学数据，对其岩石成因、地球动力学环境等的认识仍存在较大的分歧[3-10]。选取了位于冈底斯构造岩浆岩南亚带的桑日县乃巴山梁花岗岩为研究对象，通过野外实地调查和取样，结合岩石地球化学、锆石U-Pb年代学数据分析，深入研究其岩石生成机制及岩浆活动所处的构造背景，进而为冈底斯岩浆岩带南亚带的岩石成因及地球动力学环境探讨提供支撑。

1 区域地质背景及岩石学特征

1.1 区域地质背景

乃巴岩体位于冈底斯岛弧岩浆岩带与特提斯喜马拉雅的结合部位,紧邻喜马拉雅造山带。具体在西藏山南市桑日县西北侧约6 km处，出露面积约60 km2。区域内出露的地层有侏罗系、白垩系、古近系。侏罗系为叶巴组（J1-2y），主体为一套海相火山-沉积地层，以安山岩、英安岩等中酸性火山岩为主，夹大理岩、千枚岩、片岩为特征；白垩系为麻木下组（K1m）、比马组（K2b）、旦师庭组（K2d），总体仍为一套海陆交互相的火山-沉积地层。古近系为典中组（E1d），以安山岩、英安岩、火山角砾岩、集块岩为主的陆相火山熔岩及火山碎屑岩组合。构造活动较强烈，常见褶皱、断裂、节理裂隙，构造线总体上为近东西向。岩浆活动明显，侵入岩、火山岩大面积产出。乃巴岩体位于平面上呈椭圆形，与北部英云闪长岩体（E2γδο）呈脉动型侵入接触，与侏罗系、白垩系、古近系地层均呈侵入接触关系，如图1所示。

图1 西藏山南市乃巴一带地质略图

1.2 岩体地质与岩石学特征

乃巴岩体以岩基的形式产出，岩石多具中粒-中粗粒似斑状结构，块状构造，斑晶中钾长石常见有正长石、微斜长石，斜长石环带不明显，石英多为它形粒状，可判断为典型的中-深成相（3～10 km）侵入岩。

乃巴岩体中部岩性以中粗粒似斑状黑云母二长花岗岩为主，过渡区域为细中粒似斑状二长花岗岩，边部出现少量中粒花岗闪长岩。岩性较稳定，三者均为涌动型侵入接触，侵入次序由早到晚依次为中粒花岗闪长岩、细中粒似斑状二长花岗岩、中粗粒似斑状黑云母二长花岗岩。

似斑状黑云母二长花岗岩，浅灰色，中粗粒似斑状结构，块状构造。岩石斑晶为斜长石（±18%）、钾长石（±12%），其中斜长石为相对自形的板条状，晶体的棱边多平直，自形程较好，粒度4～5 mm；钾长石为正长石和条纹长石、微斜长石，条纹长石具条纹结构，微斜长石具格子双晶，局部微高岭土化，自形程度一般，多呈短柱状，粒径约4 mm。基质具中细粒整体含量占70%，为斜长石、钾长石、石英、黑云母等，自行程度较差，多呈它形粒状，粒径多在1～3 mm，岩石受到较弱的次生蚀变。副矿物为榍石和磷灰石，零星可见，粒径在0.1 mm以下。

似斑状二长花岗岩，浅灰色，细中粒似斑状结构，块状构造；岩石中斑晶为斜长石（±14%）、钾长石（±11%），其中斜长石为相对自形的板条状，晶体的棱边多平直，自形程较好，粒度4～5 mm，偶见大于1 cm斑晶；钾长石为正长石和条纹长石、微斜长石，条纹长石具条纹结构，微斜长石具格子双晶，局部微高岭土化，自形程度一般，多呈短柱状，粒径约4 mm。基质具中细粒花岗结构，含量约占75%，组成矿物为斜长石、钾长石、石英、黑云母等，其中斜长石的自形程度明显高于钾长石，呈板状、短柱状和柱粒状形态，粒度为2～3 mm，卡式和双晶纹较细密的聚片双晶发育；钾长石多呈短柱状和柱粒状形态，晶体的卡式和格子双晶发育，条纹构造十分发育，见显微纹象结构，以正长石为主；石英多为不规则的它形粒状，晶面多亮净，普遍波带状消光，粒径约2.0 mm；黑云母呈鳞片状集合体杂乱分布，粒径在1.0 mm 以下者；副矿物为榍石和磷灰石，常和黑云母伴生或被包裹，粒径在0.1 mm以下。

中粒花岗闪长岩，浅黄色，中粒结构，块状构造；组成矿物包括斜长石（±35%）、钾长石（±30%）、石英（±30%）、黑云母（±5%），岩石的次生蚀变较弱。岩石中斜长石具相对自形的板条状、短柱状和近粒状，粒径约5.0 mm，双晶细密，为酸性斜长石，具微弱的绢云母化、黏土化、帘石化。钾长石为它形晶粒状，为正长石和条纹长石，条纹长石具条纹结构，局部微高岭土化，粒径多在4.0 mm以下，充填空隙分布。石英多为不规则的它形粒状，彼此呈锯齿状镶嵌分布，粒径多在4.0 mm左右。黑云母呈鳞片状集合体，粒径在3 mm 以下者居多，杂乱分布。副矿物为榍石和磷灰石，零星可见，粒径在0.1 mm以下。

2 样品采集与分析方法

研究在桑日县乃巴地区采集了5件未经蚀变的新鲜花岗岩样品进行岩石学、岩石地球化学及年代学研究，样品的岩石学鉴定由自然资源部兰州矿产资源监督检测中心承担，主微量元素分析数据由中国科学院广州地球化学研究所测试获取，锆石U-Pb测年在南京大学检测中心完成。

主量元素分析方法采用X 射线荧光光谱（XRF），精度高于1%；NexION等离子体质谱仪用来进行微量和稀土元素分析，且其分析精度高于5%。

采用193 nm 准分子激光剥蚀系统（GeoLasPro）进行年代学分析，该系统剥蚀物质的载气为氦气，补充气为氢气，电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）型号为Agilent7700，详细分析条件及流程参考Liu等[11]。Zircon91500 作为U-Pb 测年的校准标准样，NIST610 作为微量元素分析的校准标准样，GJ-1 作为U-Pb同位素比值监控标准样。数据处理软件使用ICPMSDATACAL 10.7，采用Ludwig（2003）编写的Isoplot程序进行年龄计算及谐和图的绘制。

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素特征

乃巴岩体的主量元素分析结果及特征参数见表1。由表1可知，乃巴岩体的SiO2含量较高（61.07%～63.75%）；Al2O3含量较高（15.82%～16.72%），K2O＋Na2O 含量较高（7.91%～8.62%）；MgO 含量较低（2.18%～2.69%）；里特曼指数δ介于2.97～3.68 之间，平均为3.35，属钙碱性岩石系列[12]。分异指数DI介于68.45～73.91 之间，平均72.10，分异指数数值大，说明岩浆分离结晶作用强烈，酸性程度较高。根据地球化学投图显示（图2），在SiO2-Na2O+K2O图解中，样品均落入石英二长岩区域；在K2O-SiO2图解中，样品几乎全部落于高钾钙碱性系列区；在SiO2-AR图解中，样品均投入钙碱性系列区域；在侵入岩A∕NK-CNK 图解中，样品均投入准铝质区域。综上所述，乃巴岩体为富钠、高钾、高铝、低镁的准铝质高钾钙碱性系列岩石。

表1 乃巴岩体主量元素（%）及微量元素（10-6）分析结果及相关参数表

图2 乃巴岩体主量元素相关判别图解

3.2 微量元素特征

乃巴岩体的微量元素在球粒陨石标准化的蜘蛛网图中（图3），整体呈尖峰形，大离子亲石元素Rb、Sr、K，放射性生热元素U、Th，轻稀土元素La、Ce、Pr、Nd，不相容元素Zr、Hf 等，相对呈富集趋势，显著亏损高场强元素P、Nb、Ti，具有造山带花岗岩中的火山弧花岗岩特征[13]。

图3 微量元素原始地幔标准化蛛网图

3.3 稀土元素特征

稀土元素含量及特征参数显示（表1），乃巴岩体的稀土元素总量∑REE（不包括Y 元素）介于320.28×10-6～383.83×10-6，平均值为355.34×10-6，稀土总量较高；LREE∕HREE 介于22.54～25.40，平均24.21，显示轻稀土富集、重稀土亏损的特征，大大超过地幔的LREE∕HREE 值1.13～1.14；（La∕Yb）N=37.11～47.80，平均42.46，轻稀土分馏较好，重稀土分馏不明显。δEu=0.82～0.92，平均0.86；δCe=1.02～1.06，平均1.04；稀土分配曲线左半部向右陡倾，右半部呈平缓波状，负铕异常较弱（图4）。

图4 稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图

4 年代学特征

在乃巴岩体中采集3 件同位素测年样品，首先对被分析的样品做阴极发光图像，然后进行LAICP-MS 锆石U-Pb 测试。乃巴岩体花岗岩样品中，大部分锆石为无色透明，自形-半自形长柱状，棱角清晰，长度在200～300 μm，个别达到350 μm，长宽比一般为2:1，个别3:1。锆石均呈现典型的韵律生长环带，为岩浆成因锆石。

对3 件同位素样品锆石不同部位打点，获得粗中粒似斑状二长花岗岩中（编号D6228-1-TW1）谐和年龄和加权平均年龄为32.0±0.19Ma（图5）；粗中粒似斑状花岗闪长岩中（编号D6232-1-TW1），谐和年龄和加权平均年龄为31.8±0.2Ma（图6）；浅肉红色似斑状二长花岗岩中（编号D7545-1-TW1），谐和年龄和加权平均年龄为31.9±0.2Ma（图7）。综合野外地质关系，将其侵位时代厘定为渐新世。

图5 样号D 6228-1-TW1锆石U -Pb年龄图、加权平均年龄图、阴极发光图像（300 μm）

图6 样号D 6232-1-TW1锆石U -Pb年龄图、加权平均年龄图、阴极发光图像（300 μm）

图7 样号D 7545-1-TW1锆石U -Pb年龄图、加权平均年龄图、阴极发光图像（300 μm）

5 构造环境分析

由侵入岩构造环境判别图解显示（图8），乃巴岩体主量元素R1-R2图解中，样品全部投入碰撞后花岗岩区域。在花岗岩SiO2-wTFeO∕（TFeO+MgO）图解中，样品均投入“岛弧+大陆弧+大陆碰撞花岗岩”区间。同时，在Nb－Y图解中，研究区样品均落入“火山弧花岗岩+同碰撞花岗岩”区；在Rb∕30-Hf-3Ta 图中，火山弧花岗岩区内有3 件样品，碰撞后花岗岩区有2 件样品，具有弧岩浆岩的特点。与纪伟强等[14]认为冈底斯岩基花岗岩各时期花岗岩均具有弧岩浆岩的特征相一致，但不一定代表板块俯冲的进行，很可能为碰撞后加厚的岩石圈发生大面积对流减薄所致。结合渐新世整个冈底斯及邻区均处于碰撞后东西向伸展的环境，认为乃巴岩体为具有弧岩浆岩特点的碰撞造山期后花岗岩，是印度板块和欧亚板块碰撞造山作用后伸展环境下，加厚岩石圈对流减薄的产物。

图8 侵入岩构造环境判别图

6 岩浆成因探讨

根据野外观察，乃巴岩体边部偶见暗色镁铁质微粒包体，并见浅源捕虏体，表明渐新世侵入岩是壳源酸性岩浆中有幔源基性岩浆的混入，属壳幔混源型岩浆所形成的侵入岩。同时，依据侵入岩成因类型判别图（图9），在K2O-Na2O 图解中，乃巴渐新世侵入岩大部分投入I型花岗岩区域，显示为I型花岗岩。在Zr-TiO2判别图解中，样品落入S型花岗岩区域内；同时花岗岩的地球化学分析结果显示，该岩体铝饱和指数A∕CNK 的比值介于0.87～1.05 之间，平均为0.91；A∕CNK 值小于1.1，表现为I 型花岗岩的特点[15]。综上所述，乃巴渐新世花岗岩表现出I型兼具S 型花岗岩的双重特征，说明其形成既有壳源物质的重熔，也有幔源组分的带入。