雅鲁藏布江缝合带西段北亚带的基性岩成因和构造意义

刘 飞,杨经绥*,连东洋,赵 慧,赵一珏,张 岚

1)大陆构造与动力学国家重点实验室,中国地质科学院地质研究所,北京 100037;2)中国地质大学(武汉)地球科学学院,湖北武汉 430074;3)中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083

西藏南部超过2000 km长的雅鲁藏布江缝合带普遍被认为是印度板块和欧亚板块的界线,包含了新特提斯大洋岩石圈、增生楔、大洋海山或洋岛、铬铁矿床和微陆块等单元,记录了大量洋内和洋陆俯冲、陆陆碰撞、地球深部物质向地表对流等大洋演化和地球动力学信息(杨经绥等,2008,2013;吴福元等,2014;Yang et al.,2014;杨文采等,2014;Xu et al.,2015),一直受到国内外学者的关注。

雅鲁藏布江缝合带(YZSZ)自萨嘎以西分为达机翁—萨嘎蛇绿岩带(北亚带)和达巴—休古嘎布蛇绿岩带(南亚带)两个亚带(图1a)。南亚带出露东波、普兰、当穷和休古嘎布等多个大型的蛇绿岩块(Bezard et al.,2011;徐向珍等,2011;杨经绥等,2011) (图1b),整体变质变形较弱,主要包括地幔橄榄岩、基性岩脉和海山型火山沉积盖层,未发现典型的堆晶岩和枕状熔岩单元(Liu et al.,2015)。北亚带蛇绿岩呈条带状断续分布,岩石组合肢解破碎严重,多以蛇绿混杂岩的形式产出,经历了较强的变质变形(图1b),岩石组合主要包括地幔橄榄岩、堆晶辉长岩和块状熔岩和火山碎屑岩,以及海山相火山-沉积盖层。南亚带蛇绿岩中普遍可见基性岩脉(辉石岩、辉长岩和辉绿岩)侵入地幔橄榄岩中,宽度从几厘米至几米不等,锆石U-Pb年龄为120～130 Ma(图1b),该年龄被认为代表了蛇绿岩形成的时代(Zhang et al.,2005;李建峰等,2008;刘钊等,2011;Chan et al.,2013)。北亚带也具有类似基性岩脉的产出类型,但其年代学和构造背景未见报道。

图1 雅鲁藏布江缝合带(YZSZ)和班公—怒江缝合带(BNS)上主要蛇绿岩分布图(a)和雅鲁藏布江缝合带西段地质简图(b)Fig.1 Distribution of the ophiolites along the YZSZ and BNSZ in Tibet(a) and Simplified geological map of the western part of the YZSZ,Tibet(b)

前人对YZSZ南、北亚带的成因和构造关系的认识分歧很大,比如(1)南亚带蛇绿岩是由北亚带向南推覆于特提斯地台之上的残余(Xu et al.,2015);(2)南、北亚带分别代表两个不同时代的蛇绿岩,北亚带形成于晚三叠世—早侏罗世,南亚带为晚侏罗世—早白垩世(郭铁鹰等,1991;吴新国等,2005);(3)北亚带蛇绿岩代表早三叠世拉张的新特提斯主洋盆,南亚带蛇绿岩代表晚三叠世陆缘小洋盆(潘桂棠等,1997;黄圭成等,2006)。总之,争论的焦点在于南北亚带蛇绿岩代表了两个不同的洋盆,还是一个洋盆的两个残余。该问题的解决,关键是要查明南北亚带蛇绿岩的岩石组合、产出构造背景和形成时代。为此,本文选择 YZSZ北亚带的错不扎辉长岩和加纳崩辉绿岩为研究对象,开展岩石学、地球化学和锆石 U-Pb年代学研究,并通过对比南亚带蛇绿岩特征,探讨两者的成因关系。

雅鲁藏布江缝合带(YZSZ)主体由晚侏罗世—早白垩世深海相-至次深海相活动型碎屑岩、火山岩和蛇绿岩组成,晚白垩统碎屑岩复理石沉积及第三系磨拉石分别不整合于其上(万晓樵等,2007)。YZSZ北亚带(达机翁—萨嘎)呈 NWW 向断续延伸,普遍蚀变强烈,保存较完好的蛇绿岩主要包括达机翁、巴尔、错不扎、加纳崩和萨嘎等蛇绿岩(图1b)。其南侧为札达—仲巴微地体,出露震旦—寒武系绿片岩相浅变质岩和奥陶—白垩系滨浅海相沉积岩(李祥辉等,2014),其碎屑锆石年龄以及物源等特征,表明具有与拉萨地体不同的板块构造亲缘性,而与特提斯喜马拉雅地层区接近,属于西羌塘—大印度—特提斯喜马拉雅构造体系(孙高远等,2012)。

研究区(错不扎—加纳崩蛇绿岩)位于北亚带的西段,北西(310°～325°)走向,断续长约 15 km,宽约 0.2～0.5 km不等(图2)。与北侧冈底斯岩基之间为山间冲沟(图3a),靠近冲沟的冈底斯岩基(岩性为闪长岩)普遍发生片理化,角闪石和黑云母等矿物定向排列明显,而远离冲沟闪长岩整体新鲜,矿物定向排列微弱,反映了两者的断层接触关系。局部可见火山碎屑岩和火山角砾岩不整合覆盖在片理化闪长岩之上,宽 150～200 m,砾石主体为辉长岩,少量为闪长岩,砾径5～20 mm不等。火山碎屑岩南侧为硅质灰岩和硅质岩,宽 100～150 m,两者接触面被第四系植被和砂土覆盖(图 3a),硅质岩下部为红褐色或灰绿色泥页岩和灰绿色火山碎屑岩,宽150～200 m。红色放射虫硅质岩上部可见薄层浅黄色硅质岩,两者沉积层理发育,整合接触,局部变形强烈(图 3b,c)。硅质灰岩中的硅质条带与泥质碳酸盐条带相间分布,其通常覆盖在红褐色硅质岩之上,局部覆盖于灰绿色火山碎屑岩或含火山物质的泥页岩之上。

图2 雅鲁藏布江缝合带北亚带错不扎和加纳崩蛇绿岩区域地质简图Fig.2 Simplified geological map of the Cuobuzha and Jianabeng ophiolites in the Northern subbelt,YZSZ,Tibet

地幔橄榄岩主要为方辉橄榄岩,少量为透镜或脉状纯橄岩,二辉橄榄岩不发育。方辉橄榄岩普遍弱蛇纹石化,斜方辉石含量 7%～10%,内部发育透镜状块状铬铁矿矿点,宽 3～5 m。纯橄岩走向305°～315°,宽 5～7 m,内部零星的浸染状铬尖晶石定向排列,走向与纯橄岩脉一致。地幔橄榄岩上部普遍被棕黄色石英菱镁岩覆盖,两者接触部分蛇纹石化和片理化发育,变形破碎强烈(图 3d)。石英菱镁岩表面棕黄色,新鲜面灰白色,含少量翠绿色斑点,靠近蛇纹岩部分为微细粒硅质岩,风化面浅棕黄色,新鲜面暗灰色,可见星点状黑色铬尖晶石和少量橄榄石,整体厚10～20 m,局部可达50 m。

错不扎—加纳崩蛇绿岩中普遍可见基性岩呈脉状或长透镜状侵入地幔橄榄岩中,走向290°～320°不等,与蛇绿岩的走向一致。岩脉宽1.5～3 m,少量可达 8～10 m,长度断续延伸十几至几十米(图3e,f),具中粗粒辉长辉绿结构(图3g)。

1 基性岩样品特征

基性岩是判别构造环境和确定地质年代重要“指针”,错不扎—加纳崩蛇绿岩中的基性岩脉为北亚带蛇绿岩的构造环境和时代研究提供了重要的素材。

图3 雅鲁藏布江缝合带西段北亚带错不扎—加纳崩蛇绿岩野外照片Fig.3 Field photographs of the Cuobuzha and Jianabeng ophiolites in the northern belt of the western Yarlung Zangbo suture zone,Tibet

样品 12YL74(辉长岩)采自加纳崩蛇绿岩北缘,坐标 N31°21′41″,E80°35′50″,4854 m,侵入于弱蛇纹石化的方辉橄榄岩中,呈透镜状或脉状产出,宽0.6～1.2 m,走向 320°(图 3e)。风化面灰白色,新鲜面灰绿色,中粗粒辉长结构,块状构造,主要由斜长石(50%～55%)和角闪石(45%～50%)组成,含少量磁铁矿(图4a,b)。单偏光下角闪石浅绿-黄绿色多色性明显,粒径主要为0.5～0.9 mm;斜长石呈半自形柱状、宽板状,粒径以0.5～1.0 mm为主,普遍发生不同程度高岭土化,少量绿帘石化和绢云母化(图4a,b,c)。

样品 12YL78(辉绿岩)产在错不扎蛇绿岩南缘,坐标 N31°22′59″,E80°34′14″,4740 m,侵入于蛇纹石化方辉橄榄岩中,宽1.5～2 m,走向310°左右(图3f)。风化面灰白色,新鲜面灰绿色,斑状结构,斑晶主要为斜长石,含少量单斜辉石,它形-半自形宽板状和短柱状,粒径 1 mm×3 mm ～ 2 mm×4 mm,含量2%～3%,普遍粘土化(图4d,e),少量绿帘石化。基质间粒结构,主要矿物为斜长石(50%～55%)和角闪石(40%～45%),斜长石普遍高岭土化,少量绢云母化,长条状/柱状的斜长石格架不规则排列,被它形-半自形的角闪石和磁铁矿等矿物充填(图4d,f)。

2 样品测试及分析方法

图4 西藏雅鲁藏布江缝合带西段加纳崩辉长岩(12YL74)和错不扎辉绿岩(12YL78)显微照片Fig.4 Microphotographs of gabbro (12YL74) from the Jianabeng ophiolite and dolerite (12YL78) from the Cuobuzha ophiolite in western Yarlung Zangbo suture zone,Tibet

图5 加纳崩和错不扎蛇绿岩中基性岩的SiO2-Zr/TiO2 (a;Winchester and Floyd,1977)和(b)SiO2-TFeO/MgO(Miyashiro,1974)分类图解(b)Fig.5 SiO2-Zr/TiO2 (after Winchester et al,1977) (a) and )SiO2-TFeO/MgO (after Miyashiro,1974) (b) diagrams for mafic rocks in the Jianabeng and Cuobuzha ophiolites,Tibet

选取相对新鲜的样品磨制薄片,通过显微镜下薄片观察进一步选择基性岩样品进行主、微量元素和锆石 U-Pb同位素测年。辉长岩和辉绿岩的主微量元素测试在国土资源部国家地质实验测试中心完成。主量元素用 X射线荧光光谱仪(XRF-PW4400)测试,分析精度小于2%～8%;FeO采用重铬酸钾标准溶液滴定法测量,分析精度小于 10%;稀土微量元素采用等离子质谱仪(ICPMS-PE300D)测试,含量大于 10×10-6的元素的测试精度为 5%,而小于10×10-6的元素的分析精度为10%。测试结果见表1。分别选取加纳崩辉长岩(12YL74-15)和错不扎辉绿岩(12YL78-14)两件样品进行锆石U-Pb年龄测试。锆石分选在廊坊市宇恒矿岩技术服务有限公司完成。采用常规粉碎、重液浮选和电磁选方法筛选出锆石精样,在双目镜下挑选锆石颗粒。

样品 12YL74-15的锆石环氧树脂制靶在中国地质科学院地质研究所大陆构造与动力学国家重点实验室完成,锆石的阴极发光(CL)图像在北京离子探针中心电镜实验室拍摄。锆石原位U-Pb同位素年龄测试在中国地质科学院矿床资源研究所La-MC-ICPMS实验室完成,所用仪器为 Thermo Finnigan Neptune型MC-ICPMS及New wave UP213激光剥蚀系统。激光剥蚀斑束直径为25 μm,频率10 Hz,能量密度为2.5 J/cm2,以He为载气。均匀锆石颗粒207Pb/206Pb,206Pb/238U,207Pb/235U的测试精度均为 2%左右,对锆石标准的定年精度和准确度在 1%左右。样品测试前用锆石GJ-1进行调试仪器,使之达到最优状态,锆石U-Pb定年以CJ-1为外标,U、Th含量以 M127为标准(M127的 U=923×10-6、Th=439×10-6、Th/U0.475(Nasdala et al.,2008))。数据处理采用ICPMSDataCal程序(Liu et al.,2010),锆石年龄谐和图用Isoplot3.0程序获得,结果见表2。

样品 12YL78-14的锆石氧树脂制靶和 U、Th和 Pb同位素分析在中国科学院地质与地球物理研究所完成,采用 Cameca IMS-1280型离子探针(SIMS)进行元素分析,锆石阴极发光(CL)图像在北京离子探针中心电镜实验室完成。将锆石颗粒和标准锆石一起粘贴在环氧树脂表面制成样靶,对待测锆石做透射光、反射光显微照相和阴极发光(CL)图像分析,选定最佳的待测部位。锆石的测试条件和流程见(Li et al.,2010)。U-Th-Pb同位素比值用标准锆石 Plesovice校正获得,U含量采用标准锆石91500校正获得,以标准样品Qinghu作为未知样监测数据的精确度。普通Pb校正采用实测204Pb值,以现代地壳的平均Pb同位素组成作为普通Pb组成进行校正。单点分析的同位素比值及年龄误差为 1σ,加权平均年龄误差为95%置信度。锆石年龄谐和图用Isoplot3.0程序获得,结果见表2。

3 岩石成分特征

3.1 主量元素

加纳崩辉长岩的 SiO2为 49.22%～51.51%,平均50.46%,Al2O3为15.93%～16.81%,平均16.24%,MgO为6.21%～7.08%,平均6.57%,分别与错不扎辉绿岩的 SiO2(49.21%～53.02%,平均 51.00%)、Al2O3为15.92%～17.81%,平均 16.70%)、MgO(6.01%～8.05%,平均 7.38%)类似。加纳崩辉长岩具有低 TiO2(平均0.71%)、K2O(平均 0.25%)、P2O5(平均 0.07%),高Na2O(平均 4.11%)特征,与错不扎辉绿岩(TiO2平均0.87%,K2O平均0.44%,P2O5平均0.08%,Na2O平均3.59%)类似。加纳崩辉长岩的Mg#值为0.70～0.72,平均0.71,同样与错不扎辉绿岩Mg#值(平均0.70)类似(表 1),均高于岛弧玄武岩(IAB,>0.65)(Perfit et al.,1980),具有初始岩浆 Mg#值(0.68～0.75)(Wilkinson,1982)特点。总之,研究区辉长岩和辉绿岩具有高Si、Al、Na、Mg,低 Ti、K、P 的特征。

在SiO2-Zr/TiO2图解中,研究区基性岩脉位于亚碱性区域,与南亚带普兰基性岩脉(刘飞等,2013a;刘钊等,2011)类似(图5a),在 SiO2-TFeO/MgO图解(图5b)中研究区基性岩隶属于钙碱性玄武岩系列,

图6 错不扎辉绿岩和加纳崩辉长岩的稀土和微量元素配分曲线Fig.6 Chondirite-normalized REE patterns and N-MORB normalized rare elements diagrams for the Cuobuzha dolerite and the Jianabeng gabbro in the western part of the YZSZ,Tibet

278-2 2 12YL 51.80 16.161.875.958.798.053.310.550.960.160.091.9499.6370.89 9.0 017 53.005.00 192.66 7.8 41.527.542.671.003.580.614.100.842.610.352.290.358.18 6.0020 5.0020 0.0 80.10.74565 0.7 70.0668.001.79 55.2057 23.8037.961.580.790.99 et 1 ib 78-2 6.29.1.1051,T 12YL 16.60 1.5 95.8910.797.473.620.280.870.140.081.68100.1169.54176.00 055.8 1.0 019 2.3 66.901.336.802.370.933.280.563.690.762.330.322.030.31 019 9.00 0.0924.36 0.790.06 0 240.08.115.65 591.61.9331.56 0.79 235222.107 1.02 SZ 78-20 YZ 72量estern 42 741.95.509 26 6.41 YL 9.39 7.47.3.9.8 152.21 3.160.751.100.170.101.59.6.7 99677.00 2 37.002.0011 3.089.051.748.813.211.22 25.98 4.180.734.911.003.130.422.70 255.00 0.080 100.44 0.410 590.11 9.00 6228441.55 0 12511.07.30.77 1.02 0-6)含6594.8.5(1-1 9素9元788.00 9.00 9.00量io lites in the w YL 49.69 16.111.875.6812.177.582.880.220.860.140.082.56 0.06 70.6199.84 2589.20 182.29 1.2 96.73 6.3 22.280.913.120.543.610.762.310.312.030.312.69 55.70 380.09 63.60 0.10.2 18260.81 5 7.401.51 3 2.811.53 5121.50 0.77 121.04微ph)和t%uzha o 7 8-181 1 5.33.4 561.48.403 49171.2716 311 7.453.380.330.720.12 00 2.78.9.5 ob 139.000(wYL .2.2.8 99 0.050 2.18 716.21 521.20 170.00 2.150.962.97 6.16 0.533.500.732.230.302.010.30.3.3 1065535.00 0.050.10.430.66 4316.1.4 0.0 21311.50 12 Cu 0.08 0.74 27391.16素元量7主28 1.54.4 78-1.0.6 0 5 312YL 岩6.048.036.01 nabeng and 4.750.48 161.72 0.9 50.140.09 5 111.000 9964.17.71.00 2.6 17.741.497.392.671.013.620.624.220.872.720.372.440.375.42.60.10 0.11 4521310.88 84.62 0.060 242.00.0701.89.2.1381.50 0.99 95.2504绿绿dolerite from the Jia 3956250.73辉、岩-16 0.10.5 7 850.79 31.07 0.61.0 7.00 9.71 1.45.7 6.00 7.64 17.6辉4.02 YL 0.45 120.66 5.35 0.1 20.072.3899.89 971.9 4.0 018 61.6017 1.9 55.631.065.071.830.722.480.453.040.631.960.261.710.267.50 430.06 52.809 37355 53.300长<0 395617.60 27.051.510.771.03中岩蛇74-7扎49.54 1 6.242.244.809.656.213.900.190.780.120.086.00 12YL 99.75 69.96 bro and 3.00 1142.90 182.19 1.00 6.3 51.225.872.120.752.970.513.380.692.220.291.950.295.2935.3017 0.0 86.0 0 0.1177.25 0.7 30.06 1562.10 1.6276.10 3 0.801.500.760.91不4620.20错、-6 0.05 7423 49161.65<0.050.2.24.75崩20 9.24 0 6.624.04.1 0.130.68.8 0.12 YL 0.07纳6.87.6.5 12128.000 9971172.00 1.845.201.035.141.860.722.55 360.45 3.060.611.920.261.680.265.01.70.09.1 25145.007 0.571079 481.33.608 04076.7.50.74 1.01 17261.46加段e2+)。ten ts for gab西370.08 7 4-550.30 0 15.93合带1.8 05.08 12YL 8.54 7.0 84.190.360.700.130.075.61 71.5013 39.20 99.791.00 181.88 0.00 5.5 21.065.291.940.732.680.473.170.662.020.271.770.276.8975.90 1.00 0.09.4 2988 70.60 1.46.5<0.0552.60 18.5027.731.450.720.98缝4196 g2+/(Mg2++F江布-4 0.11 7414 51161.97 5 4.65.5.18.19藏5.06 5.28.0 6.624.570.240.71 YL 0.12 0.07 99.853 124.000 1.81.9.3 71<0.050 177.00 5.22 121.02 4.961.780.682.51 370.43 2.930.601.940.261.650.26 500.09.3 0 0.59 268.001 1992鲁481.38.405.5 17261.46 0.750.98 g#=100×M雅4256.0.0藏trace elements(10-6) con 95;M西4.78.1 74-350.58 4.19.6 1.8 316.81 0 310 6.5 53.520.35 1 0.7 20.12 ajor (wt%) and 0.075 71.15 12YL 995.000 1339.15.00 5.3 41.014.891.800.732.560.463.020.621.960.271.730.277.00.5 0.09 181.81 808.00 380.0605.46 0.6 30.05 1.5016.40 54.70 4317.8026.47 291.43 0.7 11.04 0.590×表1000 Table 1 M -231050 YL 7413.6.1.0 461.35 50 i=4.58 162.17 9.0 46.614.120.230.690.120.075.16.5.2 129972123.000 47167.00 1.805.331.014.971.820.692.610.453.080.631.970.261.760.265.34.246230.00 0.070.09 0 9.3019 0.57.0<0.936.5504.1.6 4117261.42 0.690.96 T iO2×13;T-1 4.50.6.2 7450 0.4.2.2 4.58 0.05.2.7.1 8.28 YL×0.830 6.31 514.44 161.80 0.250.690.110.07 86 71 1298127.000 37174.00 1.895.361.045.231.830.732.590.463.090.651.980.261.750.277.51.350287.00 0.060.09.332075 0.630 501.3936.5503 4117271.46 0.731.02 0 000×1 E样SiO2=K2O品A l2O3Fe2O3FeOCaO OMg N a2OK2OTiO2 OMn P2O5LOITotalMg#CrNi VLaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuRbBaSrUThKNbTaZrHfTi YEERE∑R/HEEa/Yb)N u:K δE LR(L 注

σ±1 0.8 80.730.78 0.72 1.8 70.710.941.071.58 1.63 1.0 91.741.651.17 1.49 4.81 1.0 51.261.231.220.96 1.45 1.89 1.40 1.8 81.921.94 1.96 7.32 1.95 1.9 62.061.84 1.92 1.8 91.961.821.892.02 8U/23 a6Pb 130.82 127.3 8127.06 127.19 131.1 4127.83127.90125.50127.42 128.77 127.7 3125.57127.45126.73 126.80 126.65 126.2 9126.15126.67125.89124.53 128.21 126.42 127.49 119.7 3126.45129.11 130.91 487.91 127.24 131.3 0132.28123.00 122.20 124.4 8128.17118.90124.84125.34/M20果结0 3 et 龄ib 年±1σ 1.030.880.89 0.87 1.230.911.081.551.55 2.15 2.081.432.522.94 1.23 2.89 3.541.482.111.251.34 1.03 1.32 2.67 5.404.653.20 3.12.5277.95 3.353.013.61 6.55 3.223.796.333.62.617 lites in Tio /235U ph 137.08 1 30.76129.48 129.09 1 37.41129.32130.50131.91131.91 132.20 1 34.62128.52127.05124.70 129.92 129.27 1 21.86129.35125.77128.89128.45 126.23 129.71 129.61 1 17.93123.47129.59 127.42 515.23 131.91 1 31.05130.35125.16 125.92 1 26.29126.89120.61117.67117.81 ao 207Pb数uobu据zh σ422101575678694670995302定d C年±1 0.000 10.00010.0001 0.0001 0.000 30.00010.00010.00010.0002 0.0002 0.000 10.00020.00020.0001 0.0002 0.0007 0.000 10.00020.00010.00010.0001 0.0002 0.0003 0.0002 1.5 81.541.52 1.51 1.56 1.55 1.5 11.571.51 1.59 1.5 31.541.541.531.62 U-Pban b en g石050996991993121003004966996018001967997985986984978976984972951009981997879802058699060793919501869696锆iana 0.010.010.02 0.02 0.07 0.01 0.020.020.01 0.01 0.010.020.010.010.01 SIMS206Pb/238U 0.0 20.010.01 0.01 0.0 40.020.020.010.01 0.02 0.0 20.010.010.01 0.01 0.01 0.0 10.010.010.010.01 0.02 0.01 0.01和680812131491773355005899 MSes from the J σ±1 4.8 43.992.62 2.60 6.71 6.40 2.7 22.463.06 5.51 2.7 13.175.553.2515.71-ICPik 0.0011 0.0 0090.0010 0.0009 0.0 0310.00100.00120.00170.0024 0.0023 0.0 0150.00280.00320.0013 0.0032 0.0039 0.0 0160.00230.00140.00150.0011 0.0014 0.0029 0.0016 LAafic d值比脉 素岩 位0.1445 0.1 3740.1360 0.1355 0.3 1660.13580.13710.13870.1390 0.1417 0.1 3490.13320.13060.1365 0.1357 0.1275 0.1 3580.13180.13530.13480.1323 0.1362 0.1361 0.1385 0.1 2310.12930.1361 0.1337 0.6610 0.1387 0.1 3770.13690.1311 0.1320 0.1 3240.13310.12610.12280.1230性 同207Pb/2 35U441733535739707166558657603013788441373基lts of the m中462818880232040328305852岩resu σ.6绿 ±14.57 3.6 82.14 2.11 6.53 6.21 2.2 61.892.67 5.28 2.2 32.775.332.87 315蛇0.000 30.00020.0002 0.0002 0.000 50.00020.00020.00040.0006 0.0008 0.000 40.00080.00120.0002 0.0012 0.0029 0.000 40.00060.00020.00030.0002 0.0001 0.0007 0.0003不U-Pb d atin g扎错376869460206972085914725540778629467475和崩zircon 0.051 20.04990.0495 0.0493 0.055 70.04910.04960.05110.0505 0.0511 0.048 90.04910.04740.0498 0.0496 0.0468 0.049 70.04830.04940.04960.0492 0.0492 0.0498 0.0503 0.047 60.04730.0488 0.0472 0.0609 0.0504 0.048 50.04790.0493 0.0500 0.049 20.04800.04910.04550.0454纳207Pb/206Pb 2 加SIMS表ndS a /UTh4.81 5.2 03.35 1.62 0.6 63.642.590.860.86 4.79 2.4 34.540.362.62 4.28 2.70 7.6 23.545.763.955.28 4.18 0.37 3.71 1.4 10.490.55 4.95 1.68 0.52 3.1 54.761.75 2.52 2.0 40.911.041.080.39 P MA-IC U4.62 9.570.60 7.64 3.814.665.446.169.70 6.37 6.707.936.868.91 1.78 3.28 8.218.619.369.511.96.9 9 9.00 Table 2 L 3351584919343026471726243352143726157931492829191429571 1337 152408805815408216468302246600288 0-6)10324.80(1素元Th 08.35 1288 0 3.5946.82 806.17 128.0 754.19791.55227.9299.95 427.76 10.257.0 1627191222883.32 6 3.1622 382.53 818.07 4 3.5420 561.8 503.2146 122543 6 3.1096.08 17.56 104.10 1 0.1011 27021231517662552133577 2538715544954276256648113点试测5-1 4@4@4@4@4@4@7 4-15.374-15.4 74-15.55-7 74-15.85.10 12 5.12 13 5.13 5.14 14 5.15 15 5.16-15.17 5.18 5.20 5.21-15.22 5.11 5.235.245.25 5.26 5.28 5.3012345678910 4@4@4@4@4@4@4@4@4@11 74-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1 12YL YLYL YL 7474747474747474747474747474747474747478-1 78-178-1 78-1 78-1 78-1 78-178-178-1 787878787878 12121212YL YL1212YL 12Y L12YL 12YL 12Y L12YL12YL12YL 12YL 12YL 12Y L12YL12YL12YL12YL 12YL 12YL 12YL 1 2Y L12YL12YL 12YL 12YL 12YL 1 2Y L12YL12YL 12YL 12Y L12YL12YL12YL12YL

图7 加纳崩辉长岩(12YL74-15)和错不扎辉绿岩(12YL78-14)被测锆石阴极发光图像、LA-ICPMS和SIMS测点结果(a),以及锆石U-Pb年龄协和图(b,d)和加权平均年龄(c,e)Fig.7 CL images of zircon grains from the Jianabeng gabbro (12YL74-15) and Cuobuzha dolerite (12YL78-14) showing the texture and corresponding spots analyzed by LA-ICPMS and SIMS (a);U-Pb Concordia diagrams (b,d) and weighted average results (c,e)

3.2 微量元素

加纳崩辉长岩和错不扎辉绿岩的稀土总量分别为 26.05×10-6～30.80×10-6(平 均 27.34×10-6),和27.05×10-6～44.59×10-6(平 均 35.14×10-6),均 低 于N-MORB的39.11×10-6(Sun et al.,1989)。两者轻、重稀土元素分馏较弱,(La/Yb)N平均比值分别为0.73和0.77;δEu分别为0.99和1.04(表1),没有斜长石的分离结晶作用。加纳崩辉长岩的微量元素含量普遍较错不扎辉绿岩含量低,两者球粒陨石标准化曲线均为LREE略亏损的近水平模式,与N-MORB和南亚带普兰基性岩脉相似(图6a);辉长岩和辉绿岩的Ti/Zr(平均81.03和82.55),Zr/Yb(平均29.57和28.90),Zr/Y(平均2.88和2.75),Th/Yb(0.05和0.05)等比值类似,分别接近于N-MORB比值(102.70、24.26、2.64、0.04、271.43)(Sun et al.,1989)。N-MORB标准化微量元素蛛网图中,均显示Nb、Ta强烈亏损,Ti弱亏损,Sr、Rb、Ba等LILE强烈富集,与岛弧玄武岩(IAT)和南亚带普兰基性岩脉的地球化学分布样式相似(图6b)。为了排除蚀变作用对岩石成分的影响,仅用不活泼元素制作N-MORB标准化蛛网图,图中Ti的含量为MgO=8%时计算的结果(图6c,d)。加纳崩和错不扎以及南亚带普兰基性岩均具有明显的 Nb负异常,加纳崩辉长岩的稀土和微量元素含量整体低于错不扎辉绿岩的含量,前者几乎没有Ti和Hf的异常,与俯冲板片近端玄武岩类似;而辉绿岩具有Ti和Hf弱负异常,结合高场强元素含量特征,与俯冲板片远端玄武岩类似(图6c)。普兰基性岩(辉长岩和辉绿岩)具有 Ti和 Hf弱负至正异常的复杂过程,显示具有俯冲板片近端至俯冲板片远端玄武岩的过渡特征(图6d)。

4 锆石U-Pb年代学

加纳崩辉长岩(12YL74-15)和错不扎辉绿岩(12YL78-14)的锆石U-Pb定年结果见表2,锆石阴极发光图像(CL)、协和年龄图和加权年龄图解见图7。两个样品的被测锆石较小,粒径主要为 50～80 μm,多数为浅粉色,少量无色,半自形粒状。CL图像均一,不发育韵律环带(图 7a),辉长岩的锆石 Th、U平均含量分别为 1435×10-6和 385×10-6,辉绿岩的锆石Th、U平均含量分别为1187×10-6和482×10-6,前者的Th/U比值(平均3.32)大于后者(平均2.00),但均指示岩浆成因的特征(一般>0.4)。辉长岩的 24个206Pb/238U测点年龄位于124～131 Ma之间,加权平均年龄为(127.0±0.5) Ma(图7b,c)与12个辉绿岩SIMS测点的年龄变化区间(122～132 Ma)类似(表 2),加权平均年龄为(125.8±2.6) Ma(图7d,e),结合以上CL特征和Th/U比值,指示该年龄为基性岩的结晶年龄。

5 岩石成因构造背景讨论

5.1 地幔源区和构造环境判别

高场强元素如 Nb、Zr、Th、Y、HREE等,一般不受热液蚀变和低于角闪岩相变质作用的影响,基性岩的不同元素比值、不同元素组合是示踪岩浆源区、判别不同构造环境最有效的判别因子(Dilek and Furnes,2011;Pearce,2014)。加纳崩辉长岩和错不扎辉绿岩的Mg#值分别平均为0.71和0.70,具有初始岩浆Mg#值(0.68～0.75)(Wilkinson,1982)的特点,绿泥石、角闪石等矿物组合显示其经历了一定程度的绿片岩化蚀变作用(图 3),因此可以使用高场强元素图解反演源区特征和构造环境。加纳崩辉长岩和错不扎辉绿岩脉的 Zr/Hf比值分别为 34.74～38.33(平均 36.22)和 36.76～38.10(平均 37.49),Th/Nb 比 值 分 别 为 0.05～0.06(平 均 0.05)和0.04～0.06(平均0.05),Zr/Y比值分别为2.74～3.07(平均 2.88)和 2.65～3.03(平均 2.75),与 N-MORB 的比值(36.10、0.05、2.64(McDonough and Sun,1995))相近。该特征与球粒陨石标准化曲线具有N-MORB的特点相吻合(图6a),此外N-MORB标准化蛛网图右侧部分的高场强元素(HFSE)均低于 N-MORB的含量,指示亏损地幔特征(图6b,c)。矿物组成上,基性岩普遍含有大量角闪石,结合N-MORB标准化蛛网图明显富集Rb、Ba、Sr和U、Pb,暗示初始岩浆中流体的存在。总之,以上特征反映了研究区基性岩来源于含水的亏损地幔源区。

使用高场强元素组合判别基性岩脉的构造环境,显示其具有岛弧和洋中脊玄武岩的共同特点。在 Ti-Zr-Y图解(图 8a)中基性岩落入大洋海底玄武岩、钙碱性玄武岩和低钾拉斑玄武岩范畴,而区别于板内玄武岩,与主量元素判别结果类似(图5b)。在Zr/Y-Zr图解(图8b)中,加纳崩辉长岩多落入岛弧火山岩区域内,而错不扎辉绿岩位于岛弧玄武岩和N-MORB的过渡区域内。在 Th/Yb-Nb/Yb图解(图8c)中,基性岩成分位于大洋岛弧和地幔成分阵列区(MORB-OIB array)之间,具有超俯冲带环境的痕迹;进一步使用V-Ti图解(图8c),可以看出研究区基性岩均分布于MORB或俯冲板片远端的弧后玄武岩和弧前玄武岩区域(图8d)。在N-MORB标准化蛛网图中,明显的Nb、Ta负异常,指示岛弧环境(图6b)。

岛弧玄武岩一般具有较低的Zr含量(<130×10-6)以及Zr/Y比值<4为特征(夏林圻等,2007),本区辉长岩和辉绿岩的 Zr含量平均为 51.97×10-6和62.59×10-6,Zr/Y比值分别为2.88和2.75,反映了岛弧玄武岩的特点。同时在N-MORB标准化高场强元素蛛网图中,加纳崩辉长岩几乎没有 Ti和Hf的异常,与俯冲板片近端玄武岩类似;而辉绿岩具有 Ti和 Hf弱负异常,结合高场强元素含量特征,与俯冲板片远端玄武岩类似(图6c)。值得一提的是,俯冲板片近端和远端是指靠近俯冲带的距离,以及受其影响的程度。近端是指靠近俯冲带且明显受到其影响;远端则远离俯冲带,受其影响较小,两者均可形成于弧前或弧后盆地。以上说明,从(127.0±0.5) Ma错不扎辉绿岩到(125.8±2.6) Ma加纳崩辉长岩,具有从俯冲板片近端到远端的演化特点,可能反映了弧前或弧后环境下,俯冲流体作用逐步减弱的过程。

基性岩脉的围岩(方辉橄榄岩)经历了高程度部分熔融(大于 25%),单斜辉石和斜方辉石成分具有明显弧前地幔橄榄岩的特征,全岩地球化学蛛网图Nb负异常,LREE、Zr和Hf弱的正异常,记录了流体与地幔楔相互反应过程(冯光英等,待发表),该特征与北亚带的达机翁和巴尔方辉橄榄岩类似(李源等,2011;连东洋等,2014)。总之,基性岩脉和围岩方辉橄榄岩的矿物学和元素地球化学指示研究区基性岩形成于洋内俯冲相对成熟的弧前环境,为俯冲流体交代地幔楔部分熔融的产物。

5.2 YZSZ西段构造格架讨论

YZSZ西段南北蛇绿岩亚带的关系探讨主要从蛇绿岩的产出、岩石组合,以及地幔橄榄岩和基性岩的构造环境等方面进行简要的对比。

蛇绿岩的产出不同。南亚带蛇绿岩普遍出露东波、普兰、休古嘎布等多个大型的超镁铁岩块,岩体与地层接触的部位片理化和蛇纹石化强烈,局部可见石英菱镁岩化和异剥钙榴岩化;蛇绿岩两侧不发育岛弧型中酸性岩体。而北亚带在形态上呈细长条带状,NWW 向断续延伸,普遍蚀变强烈,岩石组合肢解破碎严重,多以蛇绿混杂岩的形式产出,达机翁、巴尔、加纳崩、错不扎、峨尔翁等产出较新鲜地幔橄榄岩,呈断续条带状分布(图1b),岩体与地层接触部位普遍可见蛇纹石化、片理化、石英菱镁岩化和异剥钙榴岩化;北亚带北侧毗邻冈底斯岛弧型岩基。

图8 加纳崩辉长岩和错不扎辉绿岩的构造判别图解Fig.8 Discrimination diagrams for the Jianabeng gabbro and Cuobuzha dolerite in western YZSZ,Tibet

岩石组合上,南亚带蛇绿岩主要由三部分组成,即地幔橄榄岩、基性岩脉(黄圭成等,2006;韦振权等,2006;Bezard et al.,2011;Chan et al.,2013;刘飞等,2013a)和上覆火山-沉积盖层,缺失或不发育典型的堆晶岩、席状岩墙群和枕状熔岩等洋壳端元(Liu et al.,2015)。地幔橄榄岩主要为方辉橄榄岩,含少量纯橄岩和二辉橄榄岩,铬铁矿点多处出露。火山-沉积盖层为一套稳定的海山层序,从上到下主要由含鲕粒的块状灰岩、硅质灰岩、红色硅质岩、粉砂质/硅质泥页岩夹薄层砂岩、玄武岩和玄武质火山碎屑岩组成(刘飞等,2013b)。北亚带蛇绿岩的岩石组合主要包括地幔橄榄岩、堆晶辉长岩、块状熔岩和火山碎屑岩,以及海山相火山-沉积盖层。与南亚带相比,北亚带岩石组合略有不同:(1)北亚带东段的峨尔翁蛇绿混杂岩中出露宽约2 km的堆晶辉长岩;(2)萨嘎海山层序中,OIB型玄武岩的厚度达 2～4 km;达机翁OIB型玄武岩的厚度在0.5～1 km以上,远远大于南亚带OIB型玄武岩的厚度,比如东波OIB型玄武岩一般厚十几米至百米不等,最厚达200～300 m;(3)北亚带地幔橄榄岩主要由方辉橄榄岩和少量纯橄岩组成,而南亚带发育少量呈脉状或条带状的二辉橄榄岩。

矿物和元素地球化学上,南亚带普遍可见辉长岩、辉绿岩和辉石岩等基性岩脉侵入于地幔橄榄岩中,两者接触关系截然。大部分岩脉呈NW走向,与蛇绿岩块的构造线方向一致,元素和 Sr-Nd同位素地球化学指示基性岩脉形成于初始俯冲洋内岛弧环境(刘飞等,2013a)。基性岩脉的锆石U-Pb年龄位于120～130 Ma之间(李建峰等,2008;刘钊等,2011;熊发挥等,2011)。地幔橄榄岩,尤其是基性岩脉的围岩方辉橄榄岩的地球化学成分指示地幔橄榄岩首先经历了洋中脊的部分熔融,随后受到俯冲带流体的改造(徐向珍等,2011;杨经绥等,2011;Liu et al.,2012;牛晓露等,2013)。北亚带的达机翁、巴尔、错不扎和加纳崩等蛇绿岩中也常见基性岩脉(辉长岩、辉绿岩)侵入地幔橄榄岩中,岩脉走向北西,宽度从几厘米到几米不等,产状与南亚带基性岩相同。加纳崩辉长岩和错不扎辉绿岩的锆石 U-Pb年龄分别为(127.0±0.5) Ma和(125.8±2.6) Ma(图 7),主微量元素接近或低于N-MORB,N-MORB标准化蛛网图中具有明显的 Nb、Ta、Ti负异常(图6),指示基性岩浆来自亏损的地幔源区;结合围岩地幔橄榄岩的弧前特征,两者形成于洋内俯冲弧前环境,与南亚带基性岩脉的时代和构造背景一致(图8)。

总之,根据南北亚带侵入于地幔橄榄岩中的辉长岩、辉绿岩等基性岩脉,虽然南亚带基性岩普遍为低钾岛弧拉斑玄武岩,北亚带加纳崩和错不扎为钙碱性玄武岩系列(图5),但南北亚带基性岩具有类似的产状,类似的成岩时代范围(120～130 Ma),类似亏损地幔的源区,均形成于相对成熟的洋内弧前环境,说明两者可能来自相同大洋岩石圈的不同残余。结合野外产出关系,北亚带北侧出露大面积的冈底斯岛弧岩基,而南亚带两侧不发育岛弧岩浆事件;札达—仲巴微地体碎屑岩的物源和继承锆石年龄特征与特提斯喜马拉雅类似,而不同于拉萨陆块(孙高远等,2012),以及南亚带普兰和东波蛇绿岩具有从北到南的构造侵位特征(Xu et al.,2015),我们认为在印度板块向欧亚板块碰撞、蛇绿岩侵位过程中,新特提斯洋残余向南逆冲推覆到特提斯喜马拉雅地层之上,形成了南北两个蛇绿岩亚带是可能的,但还需要其它证据进一步证实。此外,南北亚带蛇绿岩的产出和岩石组合上的差异,可能反映了YZSZ西段的新特提斯洋演化过程和蛇绿岩的侵位机制的差异,还需要大量工作去探索。

6 结论

YZSZ西段北亚带侵入于方辉橄榄岩的加纳崩辉长岩和错不扎辉绿岩脉,宽1～3 m不等,走向北西,锆石 U-Pb年龄分别为(125.8±2.6) Ma和(127.0±0.5) Ma,具有高 Si、Al、Na、Mg,低 Ti、K、P的特征,为钙碱性玄武岩范畴。球粒陨石标准化曲线与N-MORB一致,但N-MORB标准化蛛网图中Nb、Ta、Ti负异常,Th含量稍高,结合围岩方辉橄榄岩的元素和矿物地球化学具有弧前地幔橄榄岩特征,指示来源于亏损的地幔源区,形成于相对成熟的弧前环境。对比南亚带的普兰、东波和休古嘎布蛇绿岩中类似产状、相同时代(120～130 Ma)的基性岩脉,南亚带基性岩具有高Al、Fe、Mg、Ti,低Si、K、P的特征,普遍为低钾拉斑玄武岩系列。球粒陨石标准化曲线也与N-MORB一致,N-MORB标准化蛛网图也显示明显Nb、Ta负异常,围岩地幔橄榄岩也具有类似弧前地幔橄榄岩特征,形成于相对成熟的弧前盆地环境,结合南亚带不发育沟-弧盆体系,南北亚带之间的札达—仲巴微地体具有特提斯喜马拉雅的亲缘性,以及南亚带东波和普兰蛇绿岩具有从北到南的构造侵位特征,说明 YZSZ西段南北亚带蛇绿岩可能属于相同大洋岩石圈的不同残余,在构造侵位过程中形成了南北两个蛇绿岩亚带。

致谢:野外和室内工作得到中国地质科学院地质研究所许志琴院士的指导,迈阿密大学 Yildirim Dilek教授和卡迪夫大学Julian Pearce教授给予有益建议。中国地质科学院地质研究所Ahmed Masoud博士、吴魏伟博士生给予帮助。迈阿密大学的谢艳雪博士生、中国地质大学(北京)王云鹏、高健、杨艳,中国地质大学(武汉)的周文达、李奇维参与野外工作;两位审稿人提出许多宝贵意见,在此一并表示真挚的谢意。

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