藏南雪莎地区辉绿岩脉的锆石U-Pb年龄、岩石地球化学和Sr-Nd-Pb同位素

董 磊,李光明,张 志,黄 勇,曹华文

(中国地质调查局 成都地质调查中心，成都 610081)

在西藏东南部特提斯喜马拉雅带东段存在大规模白垩纪玄武岩、镁铁质岩墙/岩床，少量层状超镁铁质岩、酸性火山岩以及辉长岩侵入体的岩浆活动[1-6]，而关于该套岩浆作用的成因一直存在较大的争论，目前主要存在两种观点：一部分学者将其与晚侏罗世-早白垩世新特提斯洋大规模扩张联系起来[7-9]；另一部分学者则认为其与白垩纪发育的地幔柱岩浆活动相关，为地幔柱岩浆活动的产物，并提出该类岩浆活动是措美残余大火成岩省的组成部分[1,10]。此外，针对羊卓雍错及哲古错附近发育的此类岩浆岩的地球化学特征方面研究相对较多[9-12]，而其他地段的研究相对较少且程度相对较低。本次研究的雪莎地区辉绿岩位于藏南拆离系(STDS)以北的特提斯喜马拉雅构造带之中，在其中发育的大量基性岩脉年代主要集中在晚二叠-晚三叠世[13-14]，而早白垩世的基性岩脉相对较少。本文在详细地质调查的基础上，通过对雪莎地区新发现的辉绿岩脉进行系统的岩石学、Sr-Nd-Pb同位素、岩石地球化学以及年代学研究，探讨其演化过程以及大地构造背景，为研究早白垩世特提斯喜马拉雅的地质演化过程提供支撑。

1 地质背景

西藏南部雪莎地区位于雅拉香波穹窿东南侧，大地构造位于藏南拆离系北部特提斯喜马拉雅构造带(THB)东段，地层分区位于北喜马拉雅地层区，康马—隆子地层小区(图1-A)。区域出露的地层主要为上三叠统涅如组(T3n)，主要岩石组成为泥质粉砂岩、长石石英杂砂岩、石英砂岩及含炭(泥质)板岩，少见页岩和灰岩，具有典型的被动陆缘沉积特点；火山岩相对较为少见，仅在局部发育有玄武岩夹层；但侵入岩广泛分布，以顺层侵位，主要以辉绿辉长岩脉及岩墙出露为特征，其形成年代主要集中于晚二叠-晚三叠世，早白垩世的基性岩脉较为少见(图1-B)。

本次发现的辉绿岩呈顺层岩脉状产出(图2-A)，侵位于涅如组砂板岩中。岩脉宽2～5 m，出露地表部分长约20～30 m，风化面呈灰褐色，新鲜面呈灰绿色，可见弱黄铁矿化。

2 样品采集及测试

2.1 样品特征

本次研究的辉绿岩脉样品采自西藏隆子县雪莎乡地区，采样位置坐标为：92°25′04.73″，28°40′25.04″。采样过程中注意避开岩石变质程度较高的地带，选取较为新鲜部位，共采集了5件辉绿岩脉样品，其中1件样品用于锆石U-Pb年龄测定，另外4件样品用于全岩主元素、痕量元素和Sr-Nd-Pb 同位素分析。

岩石整体新鲜，块状构造，呈灰黑-灰绿色(图2-B)。岩石具典型的辉绿结构，斜长石杂乱分布，形成三角状格架，架间充填不规则状的辉石(图2-C、D)，主要由斜长石(面积分数55%左右)、辉石(面积分数45%左右)及少量磁铁矿和黄铁矿等矿物组成。斜长石呈较自形板条状，粒度主要为0.2～0.3 mm；辉石呈不规则粒状，粒度主要为0.05～0.1 mm，少数辉石发生弱绿泥石化蚀变。

图1 西藏隆子县雪莎地区大地构造图Fig.1 Tectonics of south Tibet and geological sketch of Xuesha area in Longzi County(A)据文献[15];(B)据文献[16]修改

2.2 测试方法

锆石的分选工作在廊坊市诚信地质服务有限公司完成。锆石制靶后，在光学显微镜下观察和照相，锆石阴极发光照相(CL)在北京锆年领航科技有限公司完成。U-Pb同位素年龄测定在中国地质大学(北京)LA- MC-ICP-MS实验室完成。测试所获得的质谱数据采用ICPMSdatacal[17]程序计算处理获得样品的同位素比值及元素含量，锆石年龄计算依据经普通铅校正的测点Th-U-Pb同位素比值。普通铅校正采用Anderson[18]提出的方法进行，年龄计算及谐和图绘制采用Isoplot 3.0完成[19]。雪莎地区辉绿岩脉LA-ICP-MS 锆石U-Pb 同位素分析结果见表1。

主元素、痕量元素及Sr、Nd、Pb 同位素分析测试均在核工业北京地质研究院完成，主元素分析采用XRF熔片法测定，用国家标样在测定过程中进行监控，分析误差小于2%。痕量元素、稀土元素分析采用混酸消解ICP-MS法完成分析，分析误差(质量分数)小于5‰。Sr-Nd-Pb 同位素分析分别采用Phoenix 热表面电离质谱仪及ISOPROBE-T 热表面电离质谱仪进行分析，检测方法和依据为GB/T 17672-1999《岩石中铅、锶、钕同位素测定方法》和DZ/T 0184.12-1997《岩石、矿物中微量铅的同位素组成的测定》，分析结果分别列于表2及表3。

3 锆石U-Pb年龄

本次研究所获取的7颗锆石边部韵律环带的U-Pb同位素比值及年龄，经过普通铅校正的数据如表1所示。所测锆石阴极发光(CL)图像、206Pb/238U年龄加权平均值直方图、锆石U-Pb同位素Tera-Wasserburg年龄图及U-Pb谐和图如图3所示。

本次研究的雪莎辉绿岩脉中锆石呈现出灰白-灰黑色，长轴均大于90 μm，部分大于150 μm，长短轴之比在1.5∶1～2∶1之间，多数呈板柱状或长柱状，少数呈浑圆状，具有弱-明显的环带结构(图3-A)，具典型岩浆锆石的特征[20]。锆石测点的同位素比值经校正后获得的206Pb/238U年龄为120～127 Ma，数值非常集中，锆石U-Pb同位素Tera-Wasserburg交点年龄为128.4±4.7 Ma(MSWD=0.5)，加权平均年龄为124.5±2.6 Ma(MSWD=1.7,图3)，两者在误差范围内基本一致。因此，雪莎地区辉绿岩脉成岩年龄为124.5±2.6 Ma。

图2 雪莎地区辉绿岩脉照片Fig.2 Field photographs and photomicrographs of the diabase dykes from Xuesha area(A)野外照片;(B)标本照片;(C,D)显微照片,正交偏光。Pl.斜长石;Px.辉石

图3 雪莎辉绿岩脉锆石阴极发光、U-Pb同位素年龄及谐和图Fig.3 CL images,histogram and LA-ICP-MS U-Pb concordia diagrams of zircons for diabase dyke in Xuesha area(A)锆石阴极发光照片;(B)206Pb/238U年龄加权平均值直方图;(C)锆石U-Pb同位素Tera-Wasserburg年龄图及U-Pb谐和图

4 地球化学特征

4.1 主元素

雪莎地区辉绿岩脉在主元素方面具有如下特征：SiO2质量分数(w)为45.55%～46.67%，Al2O3质量分数为14.97%～17.20%，TFeO质量分数为9.00%～10.32%，CaO质量分数为7.89%～10.72%；MgO质量分数为5.95%～7.72%，全碱(K2O+Na2O)质量分数为2.52%～3.38%，K2O/Na2O为0.02～0.05；TiO2和P2O5含量较为稳定，质量分数分别为1.58%～1.83%和0.164%～0.205%；MnO质量分数为0.154%～0.173%。辉绿岩脉碱度率(A.R.)为1.22～1.31，平均为1.25；Mg#较为集中，为49.54～57.34，平均为51.85。

在TAS岩石分类(图4)图解上，样品投点均位于辉长辉绿岩区域内；在SiO2-K2O图解(图5-A)上，样品均落在低钾(拉斑)系列中。因此，雪莎地区辉绿岩脉属于低钾(拉斑)辉长辉绿岩系列。

图4 雪莎地区辉绿岩脉TAS图Fig.4 TAS diagram for diabase dykes in Xuesha area

4.2 稀土元素和痕量元素

雪莎地区辉绿岩脉稀土及痕量元素分析结果见表2。辉绿岩脉样品的球粒陨石标准化稀土元素分布模式曲线显示出右倾(图6-B)特征，稀土总质量分数(w∑REE)较低，为69.72×10-6～87.11×10-6；稀土总量变化较小，其中w∑REE=54.38×10-6～67.99×10-6，wHREE=15.34×10-6～19.12×10-6；LREE/HREE=3.54～3.67，表明样品具有相对较弱的轻重稀土分异；δEu= 1.02～1.19，显示出Eu具有较弱的正异常。在痕量元素原始地幔标准化图上(图5-B)，各样品均表现为富集Ba、Sr、Th等大离子亲石元素和Nb、Zr、Hf等高场强元素。相对亏损P，暗示可能与磷灰石的分离结晶有关。结合主元素高TFeO(平均质量分数为9.58%)及高P2O5(平均质量分数为0.19%)特征，反映出与OIB型的地球化学特征具有一定的相似性[23]。

但从表2中可见，样品的TiO2质量分数相对较低(平均为1.73%)，且球粒陨石标准化稀土元素曲线也较为平坦(图6-B)，与OIB型差异明显，特征介于OIB型(高Ti)与N-MORB型(低Ti)之间，显示出与措美大火成岩省过渡型镁铁质岩石具有较多的相似性[1]。此外，雪莎辉绿岩脉样品在TiO2-MgO图中(图6-A)，样品与OIB及N-MORB均存在一定的差异，同样显示可能属于过渡型镁铁质岩。

图5 雪莎地区辉绿岩脉SiO2-K2O与痕量元素蛛网图Fig.5 SiO2-K2O diagram and primitive mantle-normalized trace element spider diagram for the diabase dykes in Xuesha area(原始地幔标准化值、OIB和N-MORB数据引自文献[22])

图6 雪莎地区辉绿岩脉MgO-TiO2图与稀土元素蛛网图Fig.6 The MgO-TiO2 diagram and chondrite-normalized REE patterns for diabase dykes in Xuesha area(措美大火成岩省OIB型、过渡型以及N-MORB型镁铁质岩地球化学数据引自文献[1-3,5,24]；球粒陨石标准化值、OIB和N-MORB数据引自文献[22])

图7 雪莎地区辉绿岩脉同位素图解Fig.7 Isotopic diagrams of the diabase dykes in Xuesha area(A)作图方法据文献[27];(B、C)作图方法据文献[28];(D)作图方法据文献[29])。DM.亏损地幔;EMⅠ.Ⅰ型富集地幔;EMⅡ.Ⅱ型富集地幔;MORB.洋中脊玄武岩;PREMA.普通地幔;BSE.整个硅酸盐地球;HIMU.高μ地幔;NHRL.北半球参考线

图8 雪莎地区辉绿岩脉形成环境判别图Fig.8 Discrimination diagrams for the formation setting of diabase dykes in Xuesha area(A)作图方法据文献[35];(B)作图方法据文献[36];(C)作图方法据文献[37];(D)作图方法据文献[38]。MORB.洋中脊玄武岩;WPB.板内玄武岩;IAB.岛弧玄武岩;CAB.钙碱性玄武岩;IAT.岛弧拉斑玄武岩

4.3 Sr-Nd-Pb同位素特征

雪莎地区辉绿岩脉的Sr-Nd-Pb同位素分析结果见表3。辉绿岩脉样品的87Rb/86Sr值为0.013 5～0.027 8，87Sr/86Sr值为0.705 20～0.706 17，147Sm/144Nd值为0.155 4～0.163 5，143Nd/144Nd值为0.512 88～0.512 94，均略高于原始地幔现代值(87Sr/86Sr=0.704 5及143Nd/144Nd=0.512 638)[25-26]。此外，利用本次所测辉绿岩脉锆石206Pb/238U年龄加权平均值t=124.5 Ma进行计算，其εNd(t)值为5.27～6.46，(87Sr/86Sr)t值为0.705 17～0.706 14，Nd二阶段模式年龄(tDM2)值为392～453 Ma。从总体上看，表现出(87Sr/86Sr)t值较低，εNd(t)为较小的正值，反映出相对亏损的地幔源区或有亏损地幔源区的加入。

辉绿岩脉样品的(208Pb/204Pb)t值为38.189～38.379，(207Pb/204Pb)t值为15.564～15.587，(206Pb/204Pb)t值为18.285～18.490。在(206Pb/204Pb)t-(207Pb/204Pb)t、(206Pb/204Pb)t-εNd(t)及(206Pb/204Pb)t-(87Sr/86Sr)t图解(图7-B、C、D)中，4个样品均位于EMⅡ富集地幔和亏损地幔之间，并且靠近亏损地幔源区。

5 讨 论

5.1 源区性质

在Sr-Nd同位素图解中(图7-A),雪莎地区辉绿岩脉样品均位于新特提斯蛇绿岩的范围内，反映了基性岩源区具有地幔来源的成因特征；在Pb同位素图解中(图7-B、C、D)中，全部样品均位于DM端元和EMⅡ端元之间，靠近DM 端元，反映了雪莎地区辉绿岩脉具有DM 和EMⅡ混合成因的特征。通常认为EMⅡ富集端元与壳源有关，或与古俯冲洋壳带入到地幔深处的壳源物质或古海洋沉积物加入到地幔的再循环有关[30]。此外，样品的εNd(t)>0[εNd(t)=5.27～6.46],同样说明岩浆主要源于亏损地幔。

由于活跃的大离子亲石元素(LILE)后期遭受蚀变作用的影响往往无法准确反映岩浆的成岩过程，而相对稳定高场强元素(HFSF)后期受到蚀变影响作用较小，可以用来示踪岩浆是否发生过地壳物质混染[31-32]。Nb/Yb-Th/Yb图解可以有效用来区分地幔源区和岩浆上升过程中流体或熔体对痕量元素的影响,未受后期影响的样品投点位于地幔序列中[33]。由图8-A可知，雪莎地区辉绿岩脉全部落入地幔序列中，且靠近混染界线处，表明岩浆受到了一定程度的地壳混染。此外，地壳混染程度往往能造成La的大量加入从而形成较高的La/Nb比值(La/Nb>1)[34]，本区辉绿岩脉的La/Nb值相对较低，为0.79～0.81，表明其在形成过程中受到地壳混染作用有限。这与朱弟成等[1]认为措美大火成岩省中的过渡型镁铁质岩石往往受到了一定程度的地壳混染相一致。

5.2 构造背景

痕量元素的地球化学特征通常可以有效地反映岩石形成的大地构造环境[23,39]。在受混染作用影响的火山岩中，由于Ti、Zr、Cr、Y等元素性质稳定，受到地壳及岩石圈地幔混染作用影响的程度较小，可以用来判别大地构造环境[40]。在Zr-TiO2图解中(图8-B)，雪莎地区辉绿岩脉落入洋中脊玄武岩(MORB)与板内玄武岩(WPB)叠合范围内，总体显示板内玄武岩特征；在Zr-Zr/Y图解中(图8-C)，雪莎地区辉绿岩脉均落入板内玄武岩区域。结合前文所述的主元素、痕量元素及稀土元素特征(高TFeO、P2O5及富集Ba、Sr及Th)，均显示出雪莎地区辉绿岩脉具OIB特征。此外，在Ba/Nb-Ba图解中(图8-D)，投点位于OIB范围中。综上所述，我们认为雪莎地区辉绿岩脉应是形成于与板内洋岛玄武岩类似的构造背景。

牛耀龄[41]提出板内洋岛玄武岩岩浆作用在成因上往往与“热点”或“地幔柱”有着密切关系。结合雪莎地区辉绿岩脉痕量元素特征(Ta/Hf=0.33～0.35、La/Ta=11.2～11.5、La/Sm=2.77～2.83，无Nb和Ta异常)，其与地幔热柱成因的玄武岩(Ta/Hf>0.3、La/Ta=8～15、La/Sm<5，无Nb和Ta异常)[42-43]相似，暗示雪莎地区辉绿岩脉可能为地幔热柱或热点成因。

雪莎地区所处的特提斯喜马拉雅带主体为一套古生代以来的海相沉积序列[44]。自晚三叠世至早白垩世一直处于被动大陆边缘构造环境[45-47]。本文获得的雪莎地区辉绿岩脉成岩年龄为124.5±2.6 Ma(MSWD=1.7)，属于早白垩世岩浆活动，与区域上早白垩世集中爆发的岩浆活动(措美大火成岩省)时限相一致[6]。加之雪莎地区辉绿岩脉与澳大利亚Kerguelen地幔柱Bunbury玄武岩的年龄较为相近，也印证了该地幔柱岩浆活动可能导致了本区辉绿岩脉形成。因此雪莎地区早白垩世辉绿岩脉可能属于Comei-Bunbury大火成岩省的组成部分。此外，前文所述雪莎地区辉绿岩脉与措美大火成岩省过渡型镁铁质岩石具有较为相似的地球化学特征[1]，也暗示其可能为措美大火成岩省的组成部分。雪莎地区辉绿岩脉的成岩时间比Kerguelen地幔柱岩浆活动峰期(132 Ma B.P.左右)稍晚，反映雪莎地区辉绿岩脉是其岩浆活动晚期的产物，与东冈瓦纳大陆的裂解相关[48-49]。

综上所述，认为雪莎地区辉绿岩脉形成于被动大陆边缘构造环境，具有与西藏南部过渡型镁铁质岩石相近的地球化学特征，属于Comei-Bunbury大火成岩省组成部分，可能与澳大利亚Kerguelen地幔热柱有关。

6 结 论

a.西藏南部雪莎地区辉绿岩脉成岩年龄为124.5±2.6 Ma(MSWD=1.7)。岩浆源区主要为亏损地幔源区，并受到了一定程度的地壳混染，属于早白垩世的连续集中爆发岩浆活动。

b.雪莎地区辉绿岩脉具有与西藏南部过渡型镁铁质岩石相近的地球化学特征，形成于被动大陆边缘环境，属于Comei-Bunbury大火成岩省组成部分，可能与澳大利亚Kerguelen地幔热柱有关。