新特提斯洋晚白垩世演化特点：来自泽当共国日二长花岗岩年代学、地球化学及Sr-Nd同位素证据

张志平，钟康惠，单树成，郑 鑫,3，黄浩震，严 钊

(1.成都理工大学 地球科学学院，四川 成都 610059；2.甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730050；3.重庆市地质矿产勘查开发局川东南地质大队，重庆 400038)

0 引 言

雅鲁藏布江结合带位于青藏高原南部，是印度板块和欧亚板块的界线和新特提斯洋盆碰撞闭合的遗迹[1-2]。西藏泽当蛇绿混杂岩带是雅鲁藏布江结合带的组成部分之一，是雅鲁藏布江蛇绿混杂岩带的重要组成部分，位于雅鲁藏布江蛇绿混杂岩带的东段，其东侧为罗布莎蛇绿混杂岩，西侧为日喀则蛇绿混杂岩[3]。随着研究内容丰富，国内和国外研究就泽当蛇绿岩形成了较多的研究成果[1-4]，对这些文献资料进行梳理和分析，为本文研究提供借鉴。他们通过多种方式探讨了雅鲁藏布江蛇绿岩形成环境及构造演化[5-6]。一直以来，浅色侵入岩作为蛇绿岩岩石组合中的少量组分产出，Coleman和Peterman(1975)将蛇绿岩中的浅色侵入岩统称为大洋斜长花岗岩，并认为它们是大洋玄武质岩浆直接结晶分异的产物，因而被作为是幔源花岗岩的典型代表[7]。随着研究的不断深入，发现发育在蛇绿岩中的少量花岗岩还可以由洋壳本身在含水条件下部分熔融形成[6-7]。

泽当地区蛇绿混杂岩带内共出露三处浅色侵入岩，分别为泽当英云闪长岩、泽当西奥长花岗岩、泽当共国日二长花岗岩，其中共国日二长花岗岩出露面积最大。韦栋梁等在研究泽当蛇绿混杂岩时认为泽当英云闪长岩是由洋壳俯冲到一定深度后部分熔融而成，熔融过程中可能卷入了少量大洋沉积物，认为中生代时特提斯洋开始发生洋内俯冲，印证了前人所提出的洋内岛弧的存在[8]。赵珍等在研究泽当西晚侏罗世(156.0～152.5 Ma)奥长花岗岩时，认为该岩体属埃达克岩，其岩浆演化与特提斯古大洋板块北向俯冲存在成因联系，可能形成于洋内弧构造环境[9]。同处于相同构造带内的共国日岩体形成于何种构造环境，是否是泽当蛇绿岩的一部分？能否进一步指示洋内弧的存在？如果不是，又对新特提斯洋的演化有什么意义？本文将以泽当蛇绿岩带内产出的共国日二长花岗岩研究对象，通过实地调查、统计分析岩体的属性和特征等，综合实证分析和理论分析，通过分析岩石锆石U-Pb测年、地球化学特征、Sr-Nd全岩同位素分析等手段，对泽当蛇绿岩的形成时代、岩石成因、岩浆来源和构造环境进行解译，以期提高泽当蛇绿混杂岩带浅色侵入岩的研究程度，为新特提斯洋在本区的演化提供佐证。

1 区域地质概况

泽当蛇绿混杂岩带主要由晚侏罗世—早白垩世泽当蛇绿岩、中侏罗统—下白垩统嘎学岩群及中新统—渐新统大竹卡组等块体及砂泥质基质组成(图1)。共国日二长花岗岩岩体出露于乃东县泽当镇南侧共国日山脊一带，沿桑阿赛津—共国日断裂近东西向展布，呈不规则豆荚状，尖灭再现，长约2.8 km，宽在0～300 m之间，面积约0.65 km2，岩性单一(图2)。该岩体侵位于泽当蛇绿混杂岩带内，北侧与中新统—渐新统大竹卡组呈断层接触。大竹卡组岩性为一套洪冲积扇和河流相沉积的粗碎屑岩组合，主要有细中砾复成分砾岩、含砾粗砂岩、浅灰色细粒岩屑长石砂岩、细砂岩、泥岩等。南侧与泽当蛇绿岩镁铁质杂岩呈断层接触，局部与辉石橄榄岩呈断层接触。北部距冈底斯花岗岩岩基约1.5 km，南部距朗杰学增生楔(姐德秀岩组)1～2 km。

图1 西藏泽当共国日区域地质简图Fig.1 Regional geological map of the Gongguori,Tibet1.第四系；2.中新统—渐新统大竹卡组；3.古新统典中组；4.上白垩统门中组；5.上白垩统比马组；6.白垩统麻木下组；7.上三叠统姐德秀岩组；8.上三叠统江雄岩组；9.岛弧型玄武岩岩块；10.洋壳型辉石橄榄岩岩块；11.岛弧型砂岩岩块；12.中新世石英闪长岩；13.渐新世二长花岗岩；14.始新世黑云母花岗闪长岩；15.始新世二长花岗岩；16.始新世石英二长岩；17.晚白垩世花岗闪长岩；18.晚白垩世二长花岗岩；19.晚白垩世角闪二长花岗岩；20.晚侏罗世奥长花岗岩；21.晚侏罗世英云闪长岩；22.研究区

图2 共国日岩体地质图Fig.2 Geological map of the Gongguori monzogranite1.第四系；2.大竹卡组；3.姐德秀岩组；4.二长花岗岩；5.砂岩岩块；6.玄武岩岩块；7.辉石橄榄岩岩块；8.英云闪长岩；9.辉长岩；10.采样位置及编号；11.同位素年龄样品及编号;12.断层

2 岩石学特征

共国日岩体岩性稳定且单一，岩性为中-粗粒的二长花岗岩(图3(a))。花岗结构，块状构造。岩石由多种物质组成，其中宽板状斜长石，含量约44%～48%；短柱状钾长石，含量28%～32%；粒状石英，含量18%～22%；含少量片状黑云母(<5%)；以及副矿物磷灰石等，岩石紧密坚硬。斜长石晶体的自形程度明显高于钾长石，大小在3～10 mm之间，长宽比2:1～3:1，钾长石长度为2～6 mm，见显微纹象结构，为正长石、条纹长石。石英晶体呈它形粒状，大小不等，不均匀分布。黑云母呈自形鳞片状均匀分布在岩石中。副矿物磷灰石等常伴生或被包裹于黑云母中(图3(b))。

图3 共国日二长花岗岩基岩露头(a)及显微镜下特征(b)(正交偏光，10×2.5)Fig.3 Field outcrop photo (a)and thin-section microphotograph (b)of the Gongguori monzogranite

3 样品信息及测试方法

本次在野外调查中共采集样品7件(17-36、17-40、17-42、7885-1、7890-1、7891-2、7892-2)，具体采样位置见图2所示。样品岩性均为中细粒二长花岗岩，岩石新鲜。对样品完成初步加工之后，对1件样品(17-40)进行了锆石U-Pb测年、7件样品进行了岩石地球化学及3件样品(17-36、17-40、17-42)Sr-Nd同位素测试等一系列测试工作。其中，锆石U-Pb测年实验由南京大学完成，采用的技术是LA-ICP-MS，使用的检测设备型号是Agilennt 7500a ICP-MS，利用软件GLITTER对U-Pb年龄以及U、Th、Pb参数值进行处理，并将相关数据导入到Isoplot4.0[10]系统中完成了曲线图绘制。经过验证所得每项指标的误差值为1σ，进而对岩石年龄进行了加权平均值计算，其置信度也符合研究要求。元素地球化学及Sr-Nd同位素测试两项分析工作均在中科院地球化学研究所完成，借助其仪器完成了大量数据分析，主微量元素检测使用的技术有X射线荧光光谱法，ICP-MS分析法等，元素分析技术精准性高于5%。Sr-Nd同位素分析中使用了海王星MC-ICP-MS技术，分别对87/86Sr和143/144Nd同位素进行了测量分析，NIST SRM-987与87/86Sr同位素比率对应，JMC-Nd与143/144Nd同位素比率对应。

4 分析结果

4.1 锆石U-Pb测年结果分析

对样品17-40进行了锆石U-Pb测年分析，岩石样品中挑选了21颗结构较完整的锆石，如图4所示。锆石呈短柱状，无色透明，长为110～220 μm，粒径范围为80～160 μm，长宽比在1～2之间。CL图像中有明显的振荡环带(图4)，锆石中Th的含量为187×10-6～2 390×10-6，U的含量为169×10-6～1 240×10-6，Th/U值1.13～2.19(>0.4)(表1)。以上特征表明其属于岩浆成因锆石[11-14]。

图4 共国日二长花岗岩样品(17-40)阴极发光图像和年龄Fig.4 CL images and 206Pb/238U ages of inherited zircons of the Gongguori monzogranite sample (17-40)

测试所得年龄数据见表1。样品206Pb/238U年龄在(88.0±1.0)～(93.0±2.0)Ma之间，多数数据点位于谐和线之上。样品加权平均年龄为(90.40±0.68)Ma，MSWD计算结果为1.03，代表其成岩年龄(图5)。

图5 共国日二长花岗岩样品(17-40)锆石U-Pb年龄谐和图Fig.5 Zircon U-Pb concordia diagram of the Gongguori monzogranite sample(17-40)

表1 共国日二长花岗岩样品(17-40)LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析结果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of the Gongguori monzogranite sample(17-40)

4.2 地球化学特征

4.2.1 主量元素

共国日二长花岗岩主量元素含量整体稳定，变化范围较小(表2)。岩石SiO2含量(68.43%～73.37%)较高，表现出酸性岩的特征，富碱(Na2O+K2O=7.60%～9.88%)，富钾(K2O含量2.50%～5.12%)，富铝(Al2O3含量13.45%～15.76%)，贫镁(MgO含量0.17%～0.49%)，贫钙(CaO含量1.06%～2.29%)，低钛(TiO2含量0.14%～0.23%)。碱度率AR=2.75～4.19，碱值NK/A=0.79～0.93，属钙碱性系列岩石；A/CNK=0.91～1.00(<1.1)，平均0.95，属过铝质；分异指数DI=87.48～94.23，计算所得均值为89.89，推测其经历了强烈的岩浆分离结晶作用。在花岗岩分类命名TAS图解(图6)中，所有样品都分布在花岗岩区域中，其中6个样品分布在钙碱性区域中。在图7的AFM图解中所有样品都分布在钙碱性区域。A/NK-A/CNK图解(图8)显示所有样品都分布在准铝质区域中。K2O-SiO2图解(图9)分析显示，共国日二长花岗岩由钙碱性系列向钾玄岩系列演化。以上分析表明，共国日二长花岗岩具高硅、富铝、富钾、低钛，准铝质钙碱性I型花岗岩特征。

图6 共国日二长花岗岩TAS图解(底图据文献[15])Fig.6 Total alkali-silica (TAS)diagram of the Gongguorimonzogranite (base map after ref.[15])

图7 共国日二长花岗岩AFM图解(底图据文献[16])Fig.7 AFM diagram of the Gongguori monzogranite(base map after ref.[16])

图8 共国日二长花岗岩A/NK-A/CNK图解(底图据文献[17])Fig.8 A/NK-A/CNK diagram for the Gongguori monzogranite (base map after ref.[17])

图9 共国日二长花岗岩K2O-SiO2图解(底图据文献[18])Fig.9 K2O-SiO2 diagram for the Gongguori monzogranite (base map after ref.[18])

4.2.2 微量元素和稀土元素

共国日二长花岗岩微量元素和稀土元素组成如表2所示。岩石微量元素整体含量变化不大(表2)，Sr含量为113.25×10-6～257.73×10-6，Y含量为9.39×10-6～12.21×10-6，Yb含量为0.93×10-6～1.29×10-6，含量相对较低。Sr/Y=9.71～22.85，Rb/Sr=0.23～0.76，Th/U=4.59～7.61，Sr/Ba=0.24～0.74。其微量元素原始地幔标准图解(图10(a))显示整体分布向右侧倾斜，周围出现锯齿状，比较富集Rb、K、Ba、Th、U等大离子亲石元素，亏损Nb、P、Ti等高场地强元素。

表2 共国日二长花岗岩样品主量元素、稀土元素和微量元素分析结果Table 2 Analysis results of major elements,REE and trace elements of the monzogranite samples

在岩石样品中含有稳定的稀土元素，但是总量并不多，REE在75.47×10-6～97.76×10-6之间，均值达到81.31×10-6，与上地壳相比较低，与下地壳相比较高[21]。LREE=69.32×10-6～90.43×10-6，HREE=5.52×10-6～7.33×10-6，LREE/HREE为11.28～13.53，远超过地幔的LREE/HREE值(1.13～1.14)[22]；(La/Yb)N=9.71～13.44，均值为12.29；(La/Sm)N值=4.82～6.03，平均值5.43，也说明轻稀土与重稀土分馏明显，前者比较富集，后者比较亏损。Sm/Nd为0.09～0.21，指示其为壳源。δEu为0.67～0.80，均值0.71，为负异常，指示其由上地壳在不同程度熔融下形成[23]。δCe为1.00～1.13，均值1.06，Ce存在微小的正异常。采用球粒陨石进行标准化处理，显示其球粒陨石标准化配分曲线整体右倾，指示轻、重稀土分馏明显且轻稀土富集、重稀土亏损(图10(b))。

图10 共国日二长花岗岩微量元素原始地幔标准化蛛网图(a)和稀土元素球粒陨石标准化分布模式图(b)(底图分别据文献[19]和[20])Fig.10 Primitive-mantle-normalized trace element patterns (a)and chondrite-normalized REE patterns of the Gongguori monzogranite (b)(base map after refs.[19] and [20],respectively)

4.2.3 Sr-Nd同位素

岩石样品的Sr、Nd同位素数据、特征值统计数据见表3。共国日二长花岗岩Sr、Nd同位素组成变化不大，Rb、Sr含量呈正相关，3个样品的(87Sr/86Sr)i=0.705 708～0.706 284，平均值0.706 025，εSr(t)=2.8～4.2，(143Nd/144Nd)i=0.512 689～0.512 716,εNd(t)=2.00～2.51>0。在(87Sr/86Sr)i-εNd(t)判别图中，样品落入82～38 Ma范围内的冈底斯埃达克岩区，Sr-Nd同位素显示了较低的变化范围(图11)。

图11 共国日二长花岗岩Sr-Nd同位素判别图(底图据文献[24])Fig.11 Sr-Nd isotope discrimination plot of the Gongguori monzogranite (base map after ref.[24])

表3 共国日二长花岗岩样品Sr-Nd同位素参数汇总表Table 3 Sr-Nd isotopic parameters of the Gongguori monzogranite samples

5 花岗岩成因与构造环境探讨

5.1 花岗岩的形成时代

本次研究对共国日二长花岗岩岩体进行锆石U-Pb测年分析。分析研究显示，测试样品新鲜未变质，岩浆振荡环带清晰，样品的18个数据点位于U-Pb谐和线上，3个数据点靠近曲线，表明此年龄代表岩浆侵位结晶的年龄。据此，研究区该花岗岩体的年龄值为(90.40±0.68)Ma(MSWD=1.03，n=21)，侵位时代为晚白垩世晚期。

5.2 岩石成因

共国日二长花岗岩岩体具有高SiO2，富碱、富铝，贫CaO、MgO等特点，岩石系列为准铝质、钙碱性花岗岩。岩石矿物中鉴定出黑云母、角闪石等暗色矿物，未发现过铝质花岗岩特征矿物白云母、堇青石等。稀土总量不大，轻稀土较富集；富集Rb、K、Ba、Th、U等大离子亲石元素，亏损Nb、P、Ti等高场强元素。从以上特征可以看出，这些元素与火山弧构造环境有一定关联。(87Sr/86Sr)i=0.705 708～0.706 284，A/CNK=0.91～1.00，属I型花岗岩((87Sr/86Sr)i=0.705～0.709)范畴[25-26]。在ACF图解(图12)中，样品投点全部位于I型花岗岩类区域；在SiO2-Ce图解(图13)中，也全部落入I型花岗岩类区域。以上特征反映共国日二长花岗岩为I型花岗岩。

图12 共国日二长花岗岩ACF图解(底图据文献[27])Fig.12 ACF diagram of the Gongguori monzogranite(base map after ref.[27])

图13 共国日二长花岗岩SiO2-Ce图解(底图据文献[28])Fig.13 SiO2-Ce diagram of the Gongguori monzogranite(base map after ref.[28])

5.3 岩浆源区

已有文献[29]表明，在岩浆源区熔融状态下，高场强元素会深入到熔融体中，其元素浓度与区域内岩体浓度差异不大，因此微量元素、稀土元素含量及其比值可以指示岩浆来源和准确反映岩浆源区特征。共国日岩体Rb/Sr值界定在0.23～0.76之间，均值为0.42，与原始地幔均值(0.037)相比较高，同时也高于全球地壳均值(0.32)[30]。岩石中Zr/Hf=29.56～35.82，平均值33.34；Nb/Ta=10.65～12.76，平均值11.50；Ba/La=16.95～29.40，平均值23.89。上述特征均值与陆壳中特征均值差异不大[31-32]。Sm/Nd=0.17～0.20(<0.33)，以上结果均表明共国日岩体的岩浆源区以壳源物质为主[33]。岩石样品的微量元素特征印证了壳源物质影响花岗岩源区，该岩体的形成与壳源有关[34]。高场强元素不多，而岩浆无法从软流圈直接熔融形成[35-36]，可以推测该岩体的形成还与地壳混染作用有关，与俯冲过程流体交代作用有关。此外，共国日二长花岗岩具有较高的SiO2、Al2O3，较低的MgO含量，表明其可能为富硅铝上地壳熔融的产物[37-38]。共国日二长花岗岩具有高Mg#值(30.11～39.20)，且规模较小，表明源于单一源区熔融，且规模较小。

共国日二长花岗岩的87Sr/86Sr初始值(0.705 708～0.706 284，平均值0.706 025)接近大陆中基性火山岩平均值(0.705 77)[39]。该岩体与区域上冈底斯南带的扎西岗—冈仁波齐、曲水—谢通门、郎县等花岗闪长岩岩体，在空间上都分布于拉萨地块的南边界，时代均为晚白垩世，属于与俯冲作用有关的火成岩[40-41]。εNd(t)为正值(+2.00～+2.51)，与反映显生宙显著大陆地壳生长的兴蒙造山带花岗岩类似[42]。共国日岩体Sr、Nd同位素组成说明其很可能是俯冲作用下的陆壳熔融产物。综上，共国日岩体的岩浆由上地壳局部熔融而形成的可能性最大。

5.4 构造环境探讨

在构造环境Rb-(Yb+Ta)图解(图14(a))、Ta-Yb图解(图14(b))和Rb/30-Hf-3Ta图解(图15)中，共国日二长花岗岩样品均落入与火山弧花岗岩相关的区域，因此可以推测岩体形成与火山弧构造有一定关联。在国外学者Maniar等1989年构建的图解模型(图16)中，样品投点主要集中在IAG+CAG+CCG区。研究[30]表明A/CNK可以区别大陆岛弧火山岩类(CCG)和岛弧花岗岩类、大陆弧花岗岩类(IAG+CAG)，CCG中A/CNK值一般>1.15，IAG+CAG则<1.5，而共国日二长花岗岩样品A/CNK值为0.91～1.00，因此共国日二长花岗岩属于IAG+CAG类型。在微量元素方面，富集元素和亏损元素的含量及其在标准化蛛网图中的特征，显示与岛孤环境具有相关性，也验证了白垩纪晚期拉萨地块南部岛孤构造背景，即拉萨地块南部属于新特提斯洋北向俯冲背景相一致[45]。

图14 共国日二长花岗岩Rb-(Yb+Ta)(a)和Ta-Yb(b)构造环境判别图(底图据文献[19])Fig.14 Rb-(Yb+Ta)(a)and Ta-Yb (b)tectonic discrimination plots for the Gongguori monzogranite(base map after ref.[19])

图15 共国日二长花岗岩Rb/30-Hf-3Ta图解(底图据文献[43])Fig.15 Rb/30-Hf-3Ta diagram of the Gongguori Monzogranite (base map after ref.[43])

图16 共国日二长花岗岩主量元素构造环境判别图解(底图据文献[44])Fig.16 TFeO/(TFeO+MgO)-SiO2 diagram of the Gongguori monzogranite (base map after ref.[44])

研究区泽当蛇绿岩出露岩石构造单元较齐全，各单元均有年龄控制，每个单元的年龄主要介于162～130 Ma之间，表明泽当蛇绿岩应形成于晚侏罗—早白垩世[46]。蛇绿岩中泽当英云闪长岩、泽当西奥长花岗岩均形成于晚侏罗世，具有埃达克岩性质，代表了俯冲环境下洋壳部分熔融的产物[8-9]。随着印度洋的打开并快速扩张，印度大陆向北不断漂移，雅鲁藏布江晚期残余洋盆向北俯冲于北冈底斯岛弧之下，在俯冲带的北侧发生晚白垩世基性-中酸性岩浆大规模侵位[47-48]。研究显示，拉萨地块南部晚白垩世花岗岩多具埃达克岩特征，岩浆源区主体多来自新生下地壳，主要形成于岛弧环境，这与新特提斯洋在晚白垩世向北俯冲背景相一致[25]。俯冲带的南侧泽当一带，俯冲深度已由下地壳俯冲至上地壳，这与北侧处于较深的俯冲部位不同，俯冲的热能促使上部地壳发生局部熔融，在构造交汇处侵位上升，形成现在的共国日岩体。也表明在形成共国日岩体时，雅江洋向北俯冲已到达上地壳部位，在该区俯冲接近尾声。岩石地球化学及Sr-Nd同位素特征反映共国日二长花岗岩总体为轻稀土较富集，而重稀土元素和高场强元素(Nb、P、Ti)较亏损，87Sr/86Sr平均值0.706 025，εNd(t)为正值，均显示出与俯冲作用有关的岛弧花岗岩特点[8,49]。因此，共国日二长花岗岩不同于洋壳部分熔融形成的泽当英云闪长岩和泽当西奥长花岗岩，它是晚白垩世新特提斯洋北向俯冲形成的岛弧环境下由上地壳部分熔融形成，不属于泽当蛇绿岩的组成部分，这表明在90 Ma前泽当洋内弧已经消失，陆缘岛弧占据主位。

6 结 论

(1)LA-ICP-MS锆石U-Pb定年表明共国日二长花岗岩成岩年龄为(90.40±0.68)Ma，属晚白垩世。

(2)共国日二长花岗岩的地球化学特征主要表现为高硅、富铝、富钾、低钛，属准铝质钙碱性系列；轻稀土元素富集、重稀土元素亏损，负Eu异常；富集Rb、K、Ba、Th、U等，亏损Nb、P、Ti等；(87Sr/86Sr)i=0.705 708～0.706 284，(143Nd/144Nd)i=0.512 689～0.512 716,εNd(t)=2.00～2.51。这些特征指示其为属于I型花岗岩。

(3)共国日二长花岗岩应为上地壳部分熔融的产物，是在晚白垩世新特提斯洋向北俯冲形成的岛弧环境下形成的，不属于泽当蛇绿岩的组成部分。