西藏改则比萨辉长岩地球化学特征及SHIRMP锆石U-Pb年龄地质意义

杨修明

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

改则比萨辉长岩位于藏北高原中部，大地构造隶属于羌塘—三江复合板片、班公湖—怒江结合带西段，带内断续出露大量的辉长岩。近年来，随着对班怒带研究的不断深入，国内外许多学者对班怒带内的蛇绿岩进行大量的研究，并取得了不少成果。笔者通过在改则地区开展1∶5万区调工作中对新发现的蛇绿混杂岩重要组成部分的辉长岩进行SHIRMP锆石定年及地球化学分析，探讨该岩体的大地构造背景、成岩环境及形成时代，为进一步研究班怒带西段的地质发展演化提供新的资料。

1 地质概况

研究区地处班怒带西段洞错北部洞错蛇绿岩带北缘比萨一带，该带呈北西西走向。洞错蛇绿岩是一套超镁铁质、镁铁质岩石组合，由橄榄岩、辉长岩、席状基性岩墙、基性熔岩和海相沉积物组成。该带东北侧出露早-中侏罗世色哇组、中-晚古近纪那丁错组及第四系；西南侧主要出露晚侏罗-早白垩世沙木罗组、木嘎岗日岩群及第四系。侵入岩呈小面积岩枝状产出，比萨辉长岩呈近椭圆状侵位于色哇组中，出露面积5.98 km2(图1)。

图1 西藏改则比萨地区地质简图Fig.1 Geological diagram in Pizza area of Gaize county, Xizang Autonomous region1—第四系；2—那丁错组；3—沙木罗组；4—色哇组；5—晚白垩世花岗岩；6—早白垩世辉长岩；7—仲岗洋岛；8—洞错蛇绿岩；9—木嘎岗日岩组；10—枕状玄武岩；11—粗安岩；12—玄武岩；13—辉石橄榄岩；14—辉长岩；15—辉绿岩；16—花岗岩；17—硅质岩；18—岩墙；19—堆晶岩；20—石灰岩；21—地质界线；22—岩相界线；23—逆断层；24—硅酸盐取样点；25—年龄样取样点

2 岩石学、地球化学特征

2.1 岩石学特征

比萨岩体岩性为辉长岩，呈灰白-浅灰色，辉长结构，块状构造。岩石由斜长石、辉石组成。斜长石含量为50%～55%，呈自形-半自形板状，粒径为0.2～3 mm，环带构造发育，轻微黝帘石化、绿帘石化。辉石含量40%～45%，主要为单斜辉石，呈自形-半自形短柱状，粒径0.2～2 mm，可见双晶及环带，具绿帘石化、阳起石化。岩石中副矿物种类较多，总量较高。普遍含多种稀有稀土矿物、硫化矿物和其他矿物，以锆石、磷灰石、磁铁矿含量较高为特征，属磁铁矿-磷灰石-锆石型组合。金属硫化物为少量黄铁矿、方铅矿和辉钼矿等。其中副矿物锆石呈黄色，玻璃光泽、金刚光泽，透明，大部分包裹体为黑色微晶包体和气液包体，个别可见锆石包核，晶体粒径为0.05～0.15 mm，延长系数1.5～2.5为主，少量达到4，晶体主要以(110)(111)和(100)(111)组成聚形。

2.2 地球化学特征

2.2.1 主量元素

此次研究在比萨辉长岩中共采集5件辉长岩样品进行全岩地球化学分析，采集样品均为新鲜岩石，分析测试在福建省地质测试中心完成。

根据辉长岩主、微量元素分析结果及特征参数(表1)，辉长岩中SiO2含量平均为50.68%。TiO2含量平均为1.20%。Al2O3含量平均为17.27%。MgO含量平均4.95%；Na2O含量平均为2.63%。K2O含量平均为1.46%。CaO含量平均为8.55%。A/CNK比值为0.73～0.92，岩石系列SiO2-AR碱度率图解中样品点落在钙碱性区内，在Ol′-Ne′-Q′图解上落入亚碱性区(图2)，在An - Ab′-Or图解上，样品投入钾质区(图3)。上述特征表明比萨岩体属钙碱性岩系列的亚碱性钾质岩。

表1 比萨辉长岩主、微量元素分析数据及特征参数(主量元素：%；微量元素：10-6)

Table 1 Analysis data and characteristic parameters of main and trace elements of Pizza gabbro of Pizza gabbro (main elements : % ,trace elements: 10-6)

样品号主量元素SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5TW-5023-1①53.971.1117.190.557.720.223.936.393.171.730.20BS-YQ152.981.2316.802.826.510.1814.417.632.551.840.26 BS-YQ252.401.2516.862.886.630.1854.547.952.581.740.27 BS-YQ347.441.2717.773.557.150.2225.669.982.710.980.23 BS-YQ4②46.651.1517.763.327.570.2286.1910.812.151.000.22样品号主量元素CIPW标准矿物烧失量总量QAnAbOrDiHyApZrDITW-5023-12.5599.645.0628.6427.8710.062.6421.620.490.0343.55BS-YQ12.45100.16.9729.7722.1811.186.2816.370.620.0340.33BS-YQ22.38100.25.9130.0822.4210.567.2916.340.640.0238.89BS-YQ32.73100.6-34.4623.645.9712.488.760.550.0129.61BS-YQ42.59100.3-36.9218.746.0913.959.420.530.0124.83样品号岩石化学参数微量元素 APA/CNKSIARσA/MFC/MFVCrCoNiTW-5023-118.1648.970.9222.981.521.980.800.54204.5021.7022.117.40BS-YQ117.2445.890.8424.321.441.780.70.5820435.623.914.8 BS-YQ216.3946.670.8224.711.421.820.690.5921433.124.213.5 BS-YQ39.4654.610.7528.291.312.450.610.6330839.326.214.6 BS-YQ48.7453.010.7330.641.252.090.580.6432035.125.315.0样品号微量元素LiBeRbZrNbHfTaCuPbZnAgWTW-5023-130.29062.1013114.74.591.8011.420.0109.30.060.69BS-YQ118.3053.313316.22.621.3245.812.187.20.080.81 BS-YQ219.8059.511914.42.521.1637.610.884.80.0930.59 BS-YQ323.9042.636.36.161.300.7011.49.1268.40.0680.35 BS-YQ416.3045.035.54.431.720.8020.611.972.50.0930.38

续表1

注：TW-5023-1[注]福建省地质调查研究院，西藏改则1∶5万6幅区域地质矿产调查，2015。，BS-YQ1-4[注]福建省地质调查研究院， 西藏改则舍拉玛地区铜金矿多金属矿调查评价，2017。。

图2 比萨辉长岩Ol′-Ne′-Q′图解(after Trvine,1971)Fig.2 Ol′-Ne′-Q′diagram of Pizza gabbro

图3 比萨辉长岩亚碱性岩An-Ab′-Or图解(after J,B.Wright,1969)Fig.3 An-Ab′-Or diagram of Pizza gabbro subalkaline rock

2.2.2 微量和稀土元素

微量元素含量与维氏、梁彤地壳元素丰度值比较，微量元素V、Sr、Hf略富集，而Co、Ni、Nb、U贫化。微量元素蛛网图(图4-a)岩体各微量元素富集和亏损都不大，曲线峰谷相对不明显；和OIB曲线相近，但Rb相对富集。大离子亲石元素Sr、Rb、K富集，高场强元素Nb、Ta、Ti、P、Yb亏损，显示俯冲消减带上火山岩特征。

稀土总量(∑REE)为147.74×10-6～231.44×10-6，稀土总量较高。轻重稀土比值(LR/HR)为3.94～7.14，平均5.26，表现在测区侵入岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(图4-b)上为右倾曲线，轻稀土富集，重稀土分馏程度较高。(La/Yb)N为5.14～8.00，平均为6.33，表明轻、重稀土元素之间存在明显分异。δEu值为0.75～1.28，平均为1.05，而δCe值为0.87～1.17，平均为0.95，反映铈具微弱负异常，铕具微弱的正异常，表明斜长石分离结晶程度低。

图4 比萨辉长岩微量元素原始地幔标准化蛛网图(a)及稀土元素原始地幔标准化图(b)Fig.4 Trace element primitive mantle standardized spider web map (a) and Rare earth element primitive mantle standardization map(b)of Pizza gabbro

3 SHIRMP锆石U-Pb年龄测定

3.1 取样岩石与测定

在研究区比萨辉长岩体中采集一件同位素年龄样(TW-D5023-1)，其制样在河北廊坊区调队地质实验室完成，年龄测定在中国地质科学院北京离子探针中心完成，共对18颗锆石进行测试，得出相应的锆石定年有效数据。

3.2 锆石阴极发光(CL)图像

锆石阴极荧光图像表明(图5)，比萨辉长岩所挑选的锆石晶型发育较好，晶体具环带结构，具有明亮的阴极发光，指示锆石属于岩浆锆石。Th、U含量显示，样品Th为72×10-6～741×10-6，U 为131×10-6～583×10-6， U/Th比值均大于0.3，较稳定，且Th、U之间多数具有正相关关系，显示了岩浆锆石特征。

3.3 测年结果

在比萨辉长岩体中采集样品共获得18组有效锆石定年数据分析计算得出，SHIRMP锆石U-Pb同位素分析结果和表面年龄值(表2)。该次研究主要采用图解的方法处理相关数据及求得年龄值。因年龄值小于1 000 Ma，故采用锆石206U/238Pb的表面年龄。将所测锆石同位素年龄数据做年龄图解(图6)，比萨辉长岩(TW-D5023-1)的锆石年龄值为(120.56±0.74)Ma，该年龄可代表比萨辉长岩的成岩年龄。

图5 比萨辉长岩(TW-D5023-1)锆石阴极发光影相图和靶区位置Fig.5 Zircon cathodoluminescence influence diagram and target position of Pizza gabbro

测点编号含量(10-6)UTh232Th/238U206Pb(10-6)同位素比值表面年龄(Ma)207Pb/235U±%206Pb/238U±%206Pb/238U±σ%D5023-12011860.963.330.100100.018 941.4120.951.64D5023-23143541.165.180.1159.90.019 071.3121.791.53D5023-31501420.982.410.131 96.20.018 711.5119.521.72D5023-4232720.323.880.105120.019 241.4122.841.67D5023-52392140.923.950.099 69.20.018 901.3120.691.56D5023-62962310.814.950.116 96.90.019 371.2123.691.50D5023-74767091.547.820.114 27.80.019 021.1121.441.37D5023-81941530.813.210.084310.018 771.8119.852.14D5023-92372391.043.970.093200.019 021.5121.481.81D5023-10131880.702.140.111140.018 701.6119.401.93D5023-111551380.922.610.089230.019 151.8122.262.14D5023-122292551.153.740.124100.018 931.4120.901.67D5023-135557411.388.940.094120.018 481.2118.051.43D5023-144612630.597.410.136 16.10.018 821.6120.191.93D5023-153523741.105.710.106110.018 761.3119.831.51D5023-164522880.667.320.117 73.40.018 801.1120.101.30D5023-172972390.834.740.113 76.10.018 621.6118.931.83D5023-185836710.969.350.129 44.50.018 651.1119.151.25

图6 比萨辉长岩同位素U-Pb年龄谐和图(左)及加权平均值图(右)Fig.6 Isotopic U-Pb age harmonic diagram and weighted mean map of Pizza gabbro

4 锆石SHRIMP U-Pb年龄的地质意义

一直以来，作为西藏最重要的缝合带之一，班怒带记录了从晚古生代以来的特提斯洋发展→消亡→洋陆转换→陆内造山的演化过程。作为缝合带俯冲消减过程中形成的特殊地质体——蛇绿混杂岩，其是研究缝合带俯冲极性、消亡时限最理想的地质对象。辉长岩作为蛇绿岩的重要组成部分，越来越多的学者对蛇绿岩中的辉长岩进行地质测年研究，以辉长岩的年龄来推断班公湖—怒江洋盆的俯冲消减→闭合时间，认为班怒带俯冲、闭合并不是在一个时期内完成，而是呈自东向西渐进式地在一个时期内完成。据前人对班怒带不同地段蛇绿岩中辉长岩进行锆石U-Pb测年，获得东巧蛇绿岩辉长岩年龄为(187.8±3.7)Ma[2]、班怒带中段恐弄拉地区年龄为(166.9±2.5)Ma[3]、舍拉玛沟堆晶橄长岩年龄为(132±3)Ma[4]，笔者在研究区内新获得的比萨辉长岩年龄为(120.56±0.74)Ma。通过对以上数据进行横向对比，为班怒带呈自东向西渐进式演化形式提供了更丰富的数据。

需要补充说明的是西藏自治区调队对该区进行1∶25万区域地质调查时，曾在比萨辉长岩中获得K-Ar同位素年龄为75.6 Ma[注]西藏自治区区调队，西藏1∶25万改则幅地质调查报告，2006。，将该辉长岩时代归于晚白垩世。但是，笔者认为， K-Ar法同位素年龄容易受到后期构造活动影响，因此该年龄可能是代表后期重大的构造事件，而非成岩年龄。

5 结论

(1)根据地球化学特征显示，比萨辉长岩具有富集轻稀土、亏损重稀土元素，REE分布型式近乎平行，辉长岩具铕元素弱正异常、大离子亲石元素Sr、Rb、K富集，高场强元素Nb、Ta、Ti、P、Yb亏损的特征。

(2) 根据主微量元素图解可知，比萨辉长岩属钙碱性岩系列的亚碱性钾质岩，具有俯冲消减带上火山岩特征。

(3)根据SHIRMP锆石U-Pb同位素测年获得比萨辉长岩年龄为(120.56±0.74)Ma，故将比萨岩体厘定为早白垩世。

致谢：感谢福建省地质调查研究院李进堂、黄家龙高级工程师的指导和彭头平工程师的帮助，感谢评审专家对文章认真细致的审阅并提出具体修改意见。