西藏冈底斯带那曲地区中生代火山岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和地质意义

李奋其,刘 伟,耿全如

成都地质矿产研究所,四川成都 610082

西藏冈底斯带那曲地区中生代火山岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和地质意义

李奋其,刘 伟,耿全如

成都地质矿产研究所,四川成都 610082

大规模的早白垩世火山岩呈孤岛状广泛展布于冈底斯北部地区。1:25万区域地质调查在那曲地区圈定出晚白垩世、中-晚侏罗世火山岩。在充分研究前人资料的基础上,对出露状况较好的那曲县城晚白垩世火山岩、哈尔麦中-晚侏罗世火山岩进行了野外调研,它们均为安山质火山岩系,均与一套黑色砂板岩呈角度不整合接触,同时对其进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,便于进行区域对比。那曲地区的中生代火山岩多数锆石具有生长环带,部分锆石显示核边结构。采自那曲东县城、哈尔麦的2件安山岩样品的年龄分别为116.3±1.4 Ma、111.37±0.73 Ma,它们的形成时代基本一致,应该为同一地质事件的产物。区域对比表明,早白垩世火山作用是北冈底斯带最为强烈的一次火山活动,其活动时间大致在110 Ma左右,之后是早白垩世岛弧型深成中酸性侵入活动。冈底斯北带早白垩世火山作用究竟与狮泉河-嘉黎大洋俯冲有关,还是与班公湖-怒江洋壳俯冲有关,目前尚难定论。

锆石U-Pb年龄;早白垩世火山岩;那曲地区;西藏冈底斯

本文涉及的西藏冈底斯带是指位于其南侧的印度河-雅鲁藏布江缝合带(IYSZ)与北部的班公湖-怒江缝合带(BNSZ)之间的狭长地域,东西长逾 2500km,南北宽达 150～450km,面积达 4.5×105km2的巨型构造-岩浆带。冈底斯带广泛分布着侏罗-白垩纪火山岩(图1),前人的研究主要集中在狮泉河-嘉黎蛇绿混杂岩带(SJMO)以南的冈底斯中南部地区(常承发等,1973;周云生等,1981;Coulon et al.,1986;李才等,2003;翟庆国等,2005;Wang,2000),认为分布在拉萨地块南部的桑日群和叶巴组火山岩为新特提斯洋向北俯冲消减的产物,认为分布于中部的则弄群火山岩可能与班公湖-怒江特提斯洋壳向南的俯冲作用有关(朱弟成等,2006,2008)。冈底斯北带即狮泉河-嘉黎蛇绿混杂岩带与班公湖-怒江缝合带之间的区域,早白垩世火山岩较为发育,但很少受到地质研究者关注,同位素年龄约束程度也极低。近年来,随着1:25万区域地质调查的相继开展,以及在革吉、改则、色林错、纳木错、比如等地圈定了规模宏大的早白垩世火山岩,冈底斯北带的中生代火山作用陆续引起人们的关注;它们或被认为是与班怒洋俯冲有关的弧火山岩(西藏自治区地质调查院,2005a;吉林省地质调查院,2003;四川省地质调查院,2006),或被认为与新特提斯洋向南俯冲造成的拉萨地块北部的陆内伸展作用有关(Zhang et al.,2004;康志强等,2009),或被认为是冈底斯与羌塘地块碰撞过程中增厚下地壳的重熔造成的(Xu et al.,1985;Pearce et al.,1988);还有人认为,狮泉河-嘉黎洋壳双向俯冲作用,在南部形成以则弄群为代表的火山岩,北部形成以多尼组为代表的火山岩(袁四化,2009)。另外,1:25万区域地质调查在那曲、边巴和那曲哈尔麦乡等地发现一系列孤岛状展布的安山质火山岩(西藏自治区地质调查院,2005b,2005c),前两者本文称为那曲火山岩,前人将其定为晚白垩世宗给组;后者本文称为哈尔麦火山岩,前人将其归为拉贡塘组火山岩(图1);总之,它们对研究冈底斯北部地区地质构造演化具有重要意义。本文主要目的是,报道前人在冈底斯北带那曲地区圈定的那曲火山岩、哈尔麦火山岩的U-Pb年代学数据,并进行区域对比,简要讨论它们对研究冈底斯北带中生代岩浆作用对地球动力学背景的意义。

图1 西藏冈底斯带中生代含火山岩地层分布图Fig.1 Distribution of Mesozoic volcanics-bearing strata in the Gangdise belt,Tibet

1 地质背景和样品描述

西藏冈底斯带的晚白垩世火山岩赋存于宗给组中。该组零星分布于昂龙岗日-班戈-伯舒拉岭构造-岩浆带东部地区,原义是指下部为河湖相碎屑岩,上部为火山岩的一套地层(西藏自治区地质矿产局,1997)。那曲火山岩是一套厚逾535 m的紫红色中性火山岩系,面积逾 560km2;但由于第四系的掩盖,造成它与早白垩世多尼组河湖相含煤碎屑岩的关系不清。样品采集于那曲—比如公路旁侧,地理坐标:30°12¢51.6²N,92°41¢54²E;该区基岩露头良好,以安山岩、安山质岩屑火山角砾岩为主,总体向北倾斜,倾角约 30°±,厚度大于 535 m;样品岩石类型为安山岩,斑状结构,基质具交织结构,块状构造;斑晶为更长石(30%±),半自形板状,粒径 0.5～3mm;基质中,更长石约占 52%±,细小板条状,不规则分布,间隙内充填褐铁矿、赤铁矿和方解石等矿物。哈尔麦火山岩发育于哈尔麦乡附近,被认为夹于拉贡塘组砂板岩中(西藏自治区地质调查院,2005c),厚逾3300 m,出露面积470km2;实地调研表明,此套火山岩在地貌上表现为山峰、山脊,岩石类型以安山岩、火山角砾岩和火山角砾凝灰岩为主,向北倾斜,倾角约20°,而地势相对低洼处则为褶曲较为强烈的砂板岩(图2,图3),与前人所谓的代表半深水-深水环境的拉贡塘组基本一致(西藏自治区地质矿产局,1997);因此,此套火山岩的时代值得质疑。我们的样品采集于哈尔麦乡北西4km处,地理坐标:30°12¢51.6²N,92°41¢54²E;岩石类型为紫红色安山岩,斑状结构,块状构造;斑晶以更长石为主(25%±),自形柱状,粒径 0.5～2.5mm;基质中,更长石约50%±,粒径0.05～0.3mm;绢云母20%±,不均匀分布;石英4%±;副矿物为磷灰石、褐铁矿。

图2 西藏冈底斯带那曲地区地质图(据西藏自治区地质调查院,2006)Fig.2 Geological map of Nagqu area in Gangdise,Tibet (after Tibet Geological Survey,2006)

在边巴县之西的冈底斯北带,迄今未见到晚白垩世、中-晚侏罗世火山岩。该区广泛发育的早白垩世火山-沉积岩系在改则县城之东被称为多尼组,它是一套海陆交互相或河湖相地层,该组的火山岩成片、成带的分布于纳木错北岸、果忙错一带,主要为紫红色安山岩、火山角砾岩和安山质凝灰岩;但在改则之西,它被称为下白垩统去申拉组,火山活动远较东部广泛(图1),火山岩类型主要为安山岩、玄武质和安山质火山角砾岩。可见,那曲地区的中生代火山岩与区域上的早白垩世火山岩具有较大的相似性。

2 分析方法

所采的测年样品在成都地质矿产研究所采用常规方法粉碎至80～100目,按常规方法分选后在双目镜下分类挑选,得到＞200粒锆石后,再在双目镜下挑选出晶形和透明度较好的锆石颗粒作为测定对象。将锆石颗粒粘在双面胶上,然后用无色透明的环氧树脂固定,待环氧树脂充分固化后,对其表面进行抛光至锆石内部暴露,然后进行锆石显微(反射光和投射光照相)、阴极发光(CL)显微图象研究及LA-ICP-MS分析。锆石的阴极发光(CL)显微照相在西北大学大陆动力学国家重点实验室的Cameca电子探针仪器上完成,分析电压15 KV,电流为19 nA。

LA-ICP-MS锆石原位微区U-Pb定年及微量元素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。ICP-MS为Agilent 7500a,激光剥蚀系统为配备有 193 nm ArF准分子(Excimer)激光器的GeoLas 2005。分析中采用的激光斑束直径为30 μm,以氦气作为剥蚀物质的载气,同位素组成用标准锆石 91500作为外标进行校正,元素含量用NIST610作外标、Zr作内标进行校正。锆石测定点的Pb同位素比值、U-Pb表面年龄和微量元素含量采用 ICPMSDataCal 3.5程序计算(Liu et al.,2008)。锆石加权平均年龄的计算及谐和图的绘制采用ISOPLOT 3.0程序(Ludwig,2003)。

图3 那曲地区中生代火山岩地貌景观Fig.3 Landscape of Mesozoic volcanic rocks in Nagqu area

3 分析结果

西藏冈底斯那曲地区中生代火山岩2件样品的部分代表性锆石的阴极发光(CL)图像见图4,锆石U-Pb年龄图见图5,分析结果见表1、表2。

样品NQs中的锆石显示短柱状或长柱状的半自形到自形的晶形,见清楚的生长韵律或振荡环带,部分样品显示核-边结构(图3a、3b)。1～23号测点的Th/U比值介于 0.65～1.21之间,该比值高于变质成因的锆石(通常＜0.1)而与岩浆成因锆石一致(＞0.1,Hoskin et al.,2000);23个测点显示的206Pb/238U年龄变化范围在 115～126 Ma之间,在置信度 95%时的206Pb/238U 加权平均年龄值为116.3±1.4 Ma(MSWD=4.4)(图5a),代表了安山岩的成岩时代。第24号测点位于核部,Th/U比值0.0756,与变质成因锆石一致,206Pb/238U年龄为1215 Ma;第25号测点亦位于核部,但 Th/U比值与岩浆成因锆石相似(0.659),206Pb/238U年龄1772 Ma;这些信息很可能暗示着安山岩浆上侵过程中捕获了元古代物质。

样品 QLs中的锆石普遍较大,以短柱状自形晶为主,显示明显的生长韵律或振荡环带,具有非常清楚的灰白色生长边和灰色内核(图4c、4d)。26个测点的Th/U比值介于0.60～1.35之间,属岩浆成因锆石(Hoskin et al.,2000),这些测点的206Pb/238U年龄变化范围在107～116 Ma之间,在置信度95%时的206Pb/238U 加权平均年龄值为111.37±0.73 Ma(MSWD=2.8)(图5b),代表了安山岩的成岩时代。

4 地质意义

4.1 年代学格架

用于LA-ICP-MS锆石U-Pb定年的2件样品分别来自那曲县城东、哈尔麦北部的紫红色中性火山岩建造中,这 2个地区的火山岩分别角度不整合于中-晚侏罗世拉贡塘组砂板岩、早白垩世多尼组灰白色河湖相碎屑岩建造之上,它们的岩石类型基本一致,这种构造-地层关系指示了这里的火山岩应该代表了那曲地区中生代火山活动的重要记录。本文用LA-ICP-MS方法获得的两件样品的年龄数据在误差范围内是一致的,加权平均年龄分别为116.3±1.4 Ma和111.37±0.73 Ma(图5a、5b),表明那曲地区最为强烈的中生代火山活动很可能开始于 110 Ma左右。关于该区是否存在晚白垩世、中晚侏罗世火山活动,值得进一步调查研究。

图4 西藏冈底斯那曲地区中生代火山岩定年样品的CL图像Fig.4 Cathodoluminescence (CL)images of Mesozoic volcanic rocks in Nagqu area of Gangdise,Tibet

图5 西藏冈底斯那曲地区中生代火山岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄图Fig.5 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagram of Mesozioc volcanic rocks in Nagqu area of Gangdise,Tibet

由于那曲地区的这些火山建造多呈孤岛状产出,上覆地层或被剥蚀,或被第四系掩盖(图2),这种构造-地层关系导致很难对该区早白垩世火山活动的上限进行年代学约束。研究区这些火山岩被K-Ar全岩年龄为69.2 Ma的花岗岩侵位,但西藏地质调查院在研究区东部的比如地区、吉林省地质调查院在西部的色林错南岸花岗岩中分别获得了 88 Ma的锆石U-Pb年龄、105 Ma的K-Ar全岩年龄(西藏自治区地质调查院,2005a;吉林省地质调查院,2003),同时西藏地质调查院在研究区西邻的班戈一带的花岗闪长岩、英云闪长岩和石英闪长岩中分别获得了 118 Ma(K-Ar)、121 Ma(Sm-Nd)和 124 Ma(黑云母 K-Ar)年龄,这些花岗岩年代学数据与本次获得的火山岩年龄较为接近,可能暗示着那曲地区早白垩世火山活动持续时间较短,随后转入大规模的花岗岩类岩浆活动(西藏自治区地质调查院,2002)。

4.2 北冈底斯早白垩世火山作用的区域对比及意义

北冈底斯早白垩世火山岩成串珠状分布于革吉县物玛、申扎县雄梅、色林错南岸、纳木错北岸和比如一带,年代学研究相对较少。1:25万当雄幅在班戈且果村早白垩世多尼组底部流纹质晶屑熔岩中获得了112.43 Ma的K-Ar年龄和114.2 Ma的锆石SHRIMP U-Pb年龄(中国科学院地质力学研究所,2003),袁四化在雄梅镇西南早白垩世多尼组英安岩获得了115.7-114.3 Ma的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄(袁四化,2009),康志强等在达过村和尼玛的马跃乡的早白垩世分别获得了 116 Ma和 115 Ma的锆石LA-ICP-MS年龄(康志强等,2009),这些年龄与本文报道的那曲地区中生代火山岩相当,表明1:25万那曲幅区域地质调查所谓的“中-晚侏罗世拉贡塘组火山岩”,以及“晚白垩世宗给组火山岩”实为早白垩世火山岩,同时也表明大约在110 Ma左右,北冈底斯在东西绵延长约1300km的范围内,发生了广泛的火山活动。

早白垩世火山活动在北冈底斯中生代岩浆活动历史中占据重要地位,但不排除有侏罗纪或晚白垩世火山活动的存在。关于此套火山岩系,一些研究者将其归为导源于新特斯洋壳俯冲造成的拉萨地块北部的陆内伸展作用造成的(Zhang et al.,2004;康志强等,2009);但其岩石地球化学特征均显示出弧火山岩的特征(西藏地质调查院,2005a,b,c;四川省地质调查院,2006;吉林省地质调查院,2003;中国地质科学院地质力学研究所,2003),且广泛发育中性火山岩类,与裂谷环境的双峰式火山岩构成有较大的区别;本文报道的那曲地区中生代火山岩锆石U-Pb年龄数据及区域对比结果表明,在北冈底斯带发生了规模宏大的弧火山作用,此种作用可能是在高角度俯冲环境下发生的,因为低角度或平板俯冲要么形成隔热层不能产生岛弧岩浆(因不存在交代的软流圈地幔楔),要么在俯冲板片前缘形成埃达克岩(Cutscher et al.,2000);而那时南冈底斯带则为低角度或平板俯冲环境下发生的埃达克质火山作用和早白垩世花岗岩类的侵位(Coulon et al.,1986;Copeland et al.,1995;Kapp et al.,2005,2007;Leier et al.,2007;朱弟成等,2008),显然用新特提斯洋俯冲解释冈底斯北带早白垩世火山作用是有困难的。

冈底斯北带的早白垩世火山岩绵延于狮泉河-嘉黎蛇绿混杂岩带(STOMZ)与班公湖-怒江缝合带(BNSZ)之间东西长达1200km的范围内,尤其是它具典型的弧火山岩特征,暗示着它们之间具有内在的联系。目前,多数学者认为班公湖-怒江大洋于侏罗-白垩纪向南俯冲(Li et al.1999;潘桂棠等,2006;莫宣学等,2005;朱弟成等,2006),以及晚侏罗世末期闭合(曹圣华等,2004)和早侏罗世末期闭合(邱瑞照等,2004)等3种观点。至于狮泉河-嘉黎大洋,学者们多倾向于侏罗纪就已打开,早白垩世早期还在俯冲,晚期闭合(郑守业等,2006;曹圣华等,2004;西藏自治区地质调查院,2004;袁四化,2009);但也有持向南俯冲(曹圣华等,2004),以及持双向俯冲两种观点(袁四化,2009);值得指出的是,持双向俯冲观点者还指出,在南部形成以则弄群为代表的火山岩系,北部形成多尼组火山岩,但二者在发生时代、喷发强度、东西延展长度等方面存在一定的差异(图1)。总之,冈底斯北带早白垩世火山作用地球动力学问题,涉及到狮泉河-嘉黎蛇绿混杂岩带、班公湖-怒江缝合带形成演化的方方面面,已超出研究范围,有待进一步研究。

5 结论

(1)2件LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,结合野外实地调研表明,那曲火山岩、哈尔麦火山岩均形成于早白垩世,其成岩时代大致在110 Ma左右,研究区不存在晚白垩世,或中-晚侏罗世火山岩。

(2)区域对比表明,冈底斯北带那曲地区的火山活动为早白垩世火山事件的产物,是该区地质构造演化过程最为醒目的事件,火山活动很可能发生于 110～120 Ma,火山作用的发生或与狮泉河-嘉黎大洋,或与班公湖-怒江大洋的俯冲作用有关,其地球动力学背景有待进一步的年代学和地球化学研究。

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Zircon LA-ICP-MS U-Pb Ages of the Mesozoic Volcanic Rocks in Nagqu Area of Gangdise in Tibet and Their Geological Significance

LI Fen-qi,LIU Wei,GENG Quan-ru
Chengdu Institute of Geology and Mineral Resources,Ministry of Land and Resources,Chengdu,Sichuan610082

Island-like early Cretaceous volcanic rocks are extensively distributed in northern Gangdise,Tibet.Regional geological survey at the scale of 1:250000 has mapped the late Cretaceous and middle-late Jurassic volcanic rocks in Nagqu area.Based on geological data available,the authors investigated the late Cretaceous and the middle-late Jurassic volcanic rocks which are well exposed respectively in Nagqu County town and Haermai Village.They both are andesitic volcanic rocks and exhibit angular unconformity with the underlying bed composed of black sandy slate.Meanwhile,they were sampled to perform zircon U-Pb dating by using the LA-ICP-MS system at the State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources in Wuhan for regional comparison.Most zircons separated from these volcanic rocks exhibit striped absorption and obvious oscillatory zoning,with a few ones showing the core-rim structure.The ages of two andesite samples collected respectively from eastern Nagqu and Haermai are 116.3±1.4 Ma and 111.37±0.73 Ma,suggesting that the volcanic rocks were formed basically at the same time.Regional comparison shows that early Cretaceous volcanism might have been the strongest one in northern Gangdise,with its activation time being 110 Ma or so,and the strong emplacement of early Cretaceous island-arc granitoids took place subsequently.The problem whether the early Cretaceous volcanism resulted from Shiquanhe-Lhari ocean subduction or from Bangong Co-Nujiang ocean subduction requires further study for final conclusion.

zircon U-Pb age;early Cretaceous volcanic rocks;Nagqu area;Gangdise,Tibet

P588.144;P597.1

A

1006-3021(2010)06-781-10

本文由中国地质调查局项目“雅鲁藏布江成矿带基础地质综合研究”(编号:1212010818016)资助。

2010-03-26;改回日期:2010-07-20。责任编辑:魏乐军。

李奋其,男,1966年生。博士,副研究员。从事青藏高原基础地质研究。通讯地址:610082,成都市一环路北三段2号。E-mail:lifenqi2009@sina.com。