藏北班戈江错地区侵入岩体形成时代与岩石地球化学特征

孔维华, 卢海波, 刘双江, 方 明, 方 洁, 肖 霞

(湖北省地质局 第六地质大队，湖北 孝感 432000)

班—怒结合带是指位于冈底斯—念青唐古拉板片与羌塘板片之间的狭长地域,西起班公湖,向东经改则、安多、丁青后沿怒江进入滇西[1]。多数学者[2-4]认为班公湖—怒江洋壳形成于晚三叠世—早侏罗世,中侏罗世洋壳开始俯冲消减,洋盆一直持续到早白垩世晚期才闭合,班公湖—怒江洋盆的闭合时间为早白垩世(132～110 Ma),对于洋陆转换的时间,目前为止还缺乏确凿依据。笔者近年来在班—怒结合带中部开展路线调查过程中,对早白垩世侵入岩进行了LA-ICP-MS 锆石U-Pb同位素定年和岩石地球化学研究,结合区域地质资料,讨论班戈江错地区侵入岩岩石成因及其形成的构造背景,阐述该地区于早白垩世末完成洋—陆转换作用这样一个构造体制转变的过程。

1 地质概况及岩石学特征

班戈江错地区位于班公湖—怒江结合带南侧,冈底斯地块北缘[5]。研究区岩浆岩十分发育,呈岩株、岩枝产出,主要为(斑状)二长花岗岩类(1∶25万资料为二长花岗岩和正长花岗岩)、花岗闪长岩(1∶25万资料为英云闪长岩)。侵入地层主要是接奴群、木嘎岗日岩群,次为拉贡塘组。1∶25万班戈幅区域地质调查认为(斑状)二长花岗岩形成时代为晚白垩世,正长花岗岩形成时代为始新世[6]。

本文研究的侵入岩位于班戈县白拉乡一带,对花岗闪长岩、(斑状)二长花岗岩进行系统采样研究,并对其中2件样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,时代为早白垩世,本次采集的2件锆石U-Pb年龄样品位置见图1所示。

花岗闪长岩样品采自于白拉乡北西20 km处,岩石呈灰白色,细粒花岗结构,块状构造。矿物成分主要为黑云母10%、石英26%、中—更长石57%、正长石5%等。斜长石为半自形板柱状,晶体大小在0.3～1.0 mm,个别晶体稍大,可达2.0 mm左右,具钠长双晶、卡钠双晶,有的晶体具环带,环数在4～10环,为韵律性正环带,晶体大多数较新鲜,少数晶体内有蚀变矿物——绢云母;有的晶体为钾长石所包含,在同钾长石的接触处可见蠕英结构。钾长石为他形晶,主要是分布在斜长石间,晶体大小在0.2～0.4 mm。石英为他形粒状,粒径在0.2～1.5 mm,具波状消光。

斑状二长花岗岩样品采自于白拉乡南东约4 km处,岩石呈灰白色,似斑状结构,基质具中细粒花岗结构。斑晶含量在10%左右,为钾长石,粒径在5.0～20.0 mm。基质主要由显微条纹长石33%、石英30%、更长石25%、黑云母2%等矿物组成。斑晶为显微条纹长石,具显微条纹构造,粒径在5.0～20.0 mm,半自形—自形晶。基质为长石、石英和少量的黑云母。黑云母为深棕色—褐色多色性,半自形片状,晶体大小在0.5～1.3 mm。斜长石为半自形板柱状,粒径在1.0～2.5 mm,具钠长双晶,有少量的绢云母蚀变矿物。钾长石除粒径小、在1.0～5.0 mm外,其他特征同斑晶。石英为他形粒状,粒径在1.0～4.0 mm。

图1 西藏班戈江错地区侵入岩体地质简图(大地构造位置图据潘桂棠,2002)Fig.1 Geological sketch of intrusive rock mass in Jiangcuo area,Baingoin County of Tibet1.第四系冲洪积物;2.第四系沼积物;3.第四系湖积物;4.赛马尔曲砾岩;5.竞柱山组;6.木嘎岗日岩群其西弄岩组;7.拉贡塘组二段;8.拉贡塘组一段;9.确哈拉群;10.查果罗玛组;11.枕状基性熔岩;12.堆晶岩;13.变质橄榄岩;14.英云闪长岩;15.二长花岗岩;16.正长花岗岩;17.一级断裂;18.二级断裂;19.一般断层;20.同位素定年样位置;①.龙木错—双湖缝合带;②.班公湖—怒江缝合带;③.雅鲁藏布江缝合带;Ⅰ.羌塘地块;Ⅱ.班公湖—双湖—怒江—昌宁对接带;Ⅲ.冈底斯地块;Ⅳ.喜马拉雅地块。

2 样品分析方法

锆石年龄样品2件,处理时采取常规方法,锆石挑选在河北省廊坊市诚信地质服务所完成,将野外所采新鲜样品(每件3～5 kg)粉粹至0.2～0.5 mm,经重液浮选和电磁分离方法挑选出纯净的锆石矿物,然后在双目镜下将锆石样品用双面胶粘贴在载玻片上。放上PVC杯,将环氧树脂和固化剂进行充分混合后注入PVC杯中,待树脂充分固化后将样品座从载玻片上剥离,并对其进行抛光,直到样品露出一个光洁的平面,这时对锆石进行透射光、反射光照相及阴极发光(CL)电子图像研究,最后用体积百分比为3%的稀HNO3清洗样品做成样品靶。

3 分析结果

测年岩体样品锆石呈无色透明,具有长柱状晶型,长度约100～200 μm,发育有规则的韵律环带结构,并且多数环带细密,显示出岩浆锆石特征。锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果见表1,根据这些分析数据所做谐和图如图2所示。采用206Pb/238U比值年龄来计算加权平均年龄,其加权平均值为114.94±0.93 Ma和115.5±1.1 Ma(95%置信度)。

可见,研究区岩体的形成时代为早白垩世,属于早燕山期。

4 岩石地球化学特征

4.1 主量元素

研究区岩体主量元素分析结果见表2,从表中可以看出,花岗闪长岩类样品SiO2含量介于66.86%～69.1%之间,平均含量为67.84%,属于酸性岩范畴;Al2O3含量介于15.64%～16.28%之间,平均含量为15.97%;TiO2含量为0.39%～0.49%,平均含量0.44%;CaO含量在3.57%～4.67%之间,平均含量4.21%;Na2O含量2.61%～2.88%,平均含量为2.74%;K2O含量2.18%～2.78%,平均含量2.48%;全碱含量为5.22%,K2O/Na2O平均含量为0.91,属于钠质系列;P2O5平均为0.15,A/CNK<1.1,平均为1.08,为弱过铝质岩石,指示岩浆来源可能为幔源。里特曼指数δ为1.03～1.22,属于钙碱性岩。花岗岩类样品SiO2含量介于71.76%～76.26%之间,平均含量为73.53%,属于酸性岩范畴;Al2O3含量介于12.1%～14.25%之间,平均含量为13.26%;TiO2含量为0.08%～0.35%,平均含量为0.23%;Na2O含量为2.8%～3.06%,平均含量2.92%;K2O含量在4.83%～5.41%之间,平均含量5.01%;全碱含量平均为7.93%,K2O/Na2O为1.72,属于钾质系列。碱度率AR平均为3.21。A/CNK平均为1.10,为偏铝质岩石。里特曼指数δ为1.91～2.49,属于钙碱性岩。在K2O-SiO2图(图3、图4)上花岗闪长岩投点落在钙碱性系列区,花岗岩类投点落在高钾钙碱性系列区与钾玄岩系列区,表明花岗闪长岩由钙碱性岩组成,花岗岩类由高钾钙碱性岩石组成。

表1 研究区侵入岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb测年数据Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating data of intrusive rocks in the study area

图2 研究区侵入岩体中锆石谐和图Fig.2 Concordia plot of zircon in intrusive rocks in the study area

表2 研究区侵入岩体主量元素分析结果表Table 2 Table of analysis results of major elements of intrusive rock mass in study area 单位:10-2

送样号分析号SiO2Al2O3Fe2O3FeOCaOMgOK2ONa2OTiO2P2O5MnOH2O+CO2总量PM025-YQ2花岗闪长岩69.115.640.442.793.570.932.72.880.390.120.0670.980.1799.777PM025-YQ3花岗闪长岩66.8616.280.53.424.671.172.222.730.490.150.0821.010.199.682PM025-YQ4花岗闪长岩66.9816.020.553.454.11.172.772.640.490.140.0741.420.01999.823PM025-YQ5花岗闪长岩67.4515.990.753.184.421.062.32.780.440.150.0811.780.051100.432PM025-YQ7花岗闪长岩67.915.850.583.13.71.022.782.610.420.240.071.330.06999.669PM025-YQ10花岗闪长岩68.4715.960.62.984.240.982.472.750.420.140.0760.660.01899.764PM025-YQ11花岗闪长岩68.6515.790.552.944.321.062.452.70.440.130.0730.690.00399.796PM025-YQ12花岗闪长岩67.3316.240.713.324.651.082.182.820.460.150.0810.630.04999.7PM030-YQ2二长花岗岩76.2612.10.541.630.440.0895.182.980.0760.0920.0270.50.25100.164PM030-YQ6二长花岗岩73.8212.990.232.671.070.34.872.890.240.10.0450.520.48100.225PM030-YQ7二长花岗岩75.9612.640.551.380.480.125.012.920.0960.0560.0360.540.1599.938PM030-YQ8二长花岗岩75.612.980.41.270.730.174.9330.140.0690.0420.460.22100.011D9555-YQ1斑状二长花岗岩7213.980.432.751.370.444.942.870.350.120.0540.380.37100.054PM030-YQ3斑状二长花岗岩71.9214.020.572.121.420.395.072.940.320.120.0460.60.48100.016PM030-YQ4斑状二长花岗岩72.4313.460.363.121.230.354.92.90.30.10.0510.40.62100.221PM033-YQ1斑状二长花岗岩72.1113.150.583.281.170.394.832.80.290.110.0740.830.3899.994PM033-YQ2斑状二长花岗岩73.4613.060.32.820.990.354.922.810.260.110.0580.660.36100.158PM033-YQ4斑状二长花岗岩71.7614.250.292.581.130.35.413.060.230.0840.0550.360.7100.209

图3 花岗闪长岩样品K2O—SiO2图解Fig.3 K2O—SiO2 graphic illustration of granodiorite samples

图4 花岗岩样品K2O—SiO2图解Fig.4 K2O—SiO2 graphic illustration of granite sample

4.2 稀土元素和微量元素特征

研究区岩体样品稀土元素和微量元素分析结果见表3、表4,从表中看出,花岗闪长岩稀土总丰度值ΣREE平均为156.39×10-6,LaN/YbN=8.61～31.62,显示轻稀土富集。在稀土元素配分模式图(图5)中,分配曲线明显向右倾斜,说明轻稀土元素明显富集,反映轻稀土分馏明显,重稀土分馏不明显,δEu在0.46～0.8之间,具有轻微的负铕异常;花岗岩类稀土总丰度值ΣREE在44.91×10-6～203.95×10-6之间,LaN/YbN=1.22～3.55,在稀土元素标准配分模式图(图6)中,分配曲线右倾,稀土分馏不明显。δEu在0.15～0.39之间,具有明显铕负异常。

花岗闪长岩类样品微量元素原始地幔标准化蛛网图(图7)中,曲线向右倾斜,其中大离子亲石元素Rb、Th、K富集,呈现正异常,明显亏损高场强元素Nb、Ti、Ta,与岛弧型岩浆岩的特征基本吻合[7-8];花岗岩类样品原始地幔标准化蛛网图(图8)中,曲线向右倾斜,其中大离子亲石元素Rb、Th、K富集,呈现正异常,Nb、Ta、Ce、Sr、P和Ti元素明显亏损。总体形态为多谷少峰的右倾型,其中Sr、Ti强烈亏损,显示有洋壳俯冲碰撞—后碰撞花岗岩特征[9]。

5 构造环境探讨

不同成因的花岗岩类其构造环境各不相同,本次采集的岩体样品在Rb—Yb+Nb图解中,花岗闪长岩类样品落入火山弧花岗岩区(图9);花岗岩类样品落入同碰撞花岗岩区(图10)。在Rb—Yb+Ta判别图中,花岗闪长岩样品落入火山弧花岗岩区(图11);花岗岩样品落入同碰撞花岗岩区(图12)。在R1-R2图解中,花岗闪长岩样品落入幔源花岗岩区(图13),花岗岩样品落入同碰撞花岗岩区(图14)。

表3 研究区侵入岩体微量元素分析结果表Table 3 Table of analysis results of trace element of intrusive rock mass in the study area 单位:10-6

表4 研究区侵入岩体稀土元素分析结果表Table 4 Table of analysis results of rare earth elements of intrusive rocks in the study area 单位:10-6

图5 花岗闪长岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.5 Standardized distribution pattern of REE chondrites in granodiorites

图6 花岗岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.6 Standardized distribution pattern of REE chondrites in granite

图7 花岗闪长岩微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.7 Standardized spider web maps of trace elements in the primary mantle of granodiorite

图8 花岗岩微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.8 Standardized spider web maps of trace elements in the primary mantle of granite

图9 花岗闪长岩Rb—Yb+Nb图解(after Pearce,1984)Fig.9 Rb—Yb+Nb diagram of granodioriteCOLG.同碰撞花岗岩;VAG.火山弧花岗岩;WPG.板内花岗岩;ORG.洋脊花岗岩。

图10 花岗岩Rb—Yb+Nb图解(after Pearce,1984)Fig.10 Rb—Yb+Nb diagram of graniteCOLG.同碰撞花岗岩;VAG.火山弧花岗岩;WPG.板内花岗岩;ORG.洋脊花岗岩。

大多数学者认为新特提斯班公湖—怒江洋壳形成于晚三叠世—早侏罗世,中侏罗世开始了俯冲消减,在晚侏罗世—早白垩世闭合[10-12]。康志强认为在早白垩世中期拉萨地块的北部由于班公湖—怒江洋俯冲消减的结束而演变成非海相的环境,中基性和酸性岩主要是班公湖—怒江洋的关闭和羌塘地块拉萨地块碰撞的产物[13]。李华亮认为镜柱山组是班公湖—怒江缝合带完成洋陆转换,进入陆内构造环境的重要标志[14]。

图11 花岗闪长岩Rb—Yb+Ta图解(after Pearce,1984)Fig.11 Rb—Yb+Ta diagram of granodioriteCOLG.同碰撞花岗岩;VAG.火山弧花岗岩;WPG.板内花岗岩;ORG.洋脊花岗岩。

图12 花岗岩Rb—Yb+Ta图解(after Pearce,1984)Fig.12 Rb—Yb+Ta diagram of graniteCOLG.同碰撞花岗岩;VAG.火山弧花岗岩;WPG.板内花岗岩;ORG.洋脊花岗岩。

图13 花岗闪长岩R1-R2图解(after Batchelor & Bowdden,1985)Fig.13 R1-R2 diagram of granodiorite1.幔源花岗岩;2.板块碰撞前消减期花岗岩;3.碰撞后隆起期花岗岩;4.造山晚期花岗岩;5.非造山区花岗岩;6.同碰撞花岗岩;7.造山期后花岗岩。

图14 花岗岩R1-R2图解(after Batchelor & Bowdden,1985)Fig.14 R1-R2 diagram ofdiagram of granite1.幔源花岗岩;2.板块碰撞前消减期花岗岩;3.碰撞后隆起期花岗岩;4.造山晚期花岗岩;5.非造山区花岗岩;6.同碰撞花岗岩;7.造山期后花岗岩。

通过构造环境判别分析,班戈江错地区早白垩世花岗闪长岩形成环境为俯冲环境下的岛弧—陆缘弧环境,物源为幔源型,代表新特提斯洋向南俯冲消减的产物;酸性侵入岩(二长花岗岩、斑状二长花岗岩)形成环境为同碰撞构造环境,物源为壳源型,是洋壳俯冲到陆壳之下后大陆碰撞的产物,标志着俯冲消减作用的结束,测区班—怒结合带洋—陆转换作用过程于早白垩世末完成,中特提斯洋闭合,进入陆—陆碰撞阶段。表明区内花岗岩经历了从俯冲消减末期直到同碰撞早期阶段,岩浆侵位时代代表了区内构造环境由俯冲消减向同碰撞的转变期。

综上所述,笔者认为班戈江错地区在早白垩世班公湖新特提斯洋俯冲消减,弧后洋盆封闭,进入印度板块与亚洲板块的陆—陆碰撞阶段,这样一个构造体制转变的过程。

6 结论

(1) 班戈江错地区侵入岩花岗闪长岩、二长花岗岩、斑状二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为114.94±0.93 Ma和115.5±1.1 Ma,表明其形成时代为早白垩世。

(2) 花岗闪长岩为俯冲环境下的岛弧—陆缘弧环境,物源为幔源型,是班戈江错地区洋盆向南俯冲的产物;花岗岩是洋壳俯冲到陆壳之下后大陆碰撞的产物,物源为壳源型。

(3) 通过岩石地球化学研究,测区班—怒结合带洋—陆转换作用过程于早白垩世末完成,中特提斯洋闭合,进入陆—陆碰撞阶段,为班—怒结合带构造演化提供了直接证据。