吕 娜,郎兴海,王旭辉,何 青,邓煜霖,杨同山,董 咪
(成都理工大学 地球科学学院,四川 成都 610059)
青藏高原自古生代以来,经历了多洋盆、多俯冲、多碰撞和多造山等一系列地质作用,是研究造山带地球动力学的天然实验室。青藏高原主要包括4个大的构造单元,由南到北分别为喜马拉雅带、拉萨地体、羌塘地体和松潘—甘孜地体,分别以印度河—雅鲁藏布江缝合带(IYZSZ)、班公湖—怒江缝合带(BNSZ)和金沙江缝合带(JSSZ)为界[图1(a)]。拉萨地体是青藏高原的重要组成部分,该地体内广泛分布中—新生代岩浆岩,记录了新特提斯洋演化和印度—亚欧大陆碰撞的长期复杂构造演化过程。因此,这些岩浆岩对于约束拉萨地体构造演化具有重要意义。
IYZSZ为印度河—雅鲁藏布江缝合带;BNSZ为班公湖—怒江缝合带;SNMZ为狮泉河—纳木错蛇绿混杂岩带;LMF为洛巴堆—米拉山断裂带;JSSZ为金沙江缝合带;LSSZ为龙木错—双湖缝合带;图(a)引自文献[2]和[22],有所修改;图(b)引自文献[23],有所修改图1 青藏高原构造格架、拉萨地体中生代岩浆岩分布以及茶巴拉地区地质简图Fig.1 Tectonic Outline of Tibetan Plateau,Distribution of Mesozoic Magmatic Rocks in Lhasa Terrane and Geological Sketch Map of Chabala Area
众多学者对新特提斯洋俯冲和印度—亚欧大陆碰撞时限开展了讨论。研究表明,新特提斯洋板片在约260 Ma开始北向俯冲到拉萨地体之下,100~70 Ma新特提斯洋板片处于俯冲阶段末期,65~55 Ma印度—亚欧大陆发生碰撞,约40 Ma进入后碰撞阶段。Zhu等总结了南部拉萨地体120 Ma以来的岩浆活动,并将新特提斯洋北向俯冲的演化分为5个阶段,即120~95 Ma新特提斯洋板片北向正常俯冲阶段、95~85 Ma洋脊俯冲阶段、85~70 Ma平板俯冲阶段、70~53 Ma板片回转阶段(其中印度和亚欧大陆在55 Ma发生碰撞)、约53 Ma新特提斯洋板片断离阶段。在此过程中,青藏高原发生了十分强烈的岩浆活动,从而形成了种类繁多且遍布高原的岩浆岩,尤其以南部拉萨地体岩浆岩分布最为集中。南部拉萨地体岩浆岩主要集中在晚三叠世—早侏罗世、晚白垩世和古新世—始新世,目前对晚三叠世—早侏罗世、古新世—始新世岩浆岩研究程度较高,晚三叠世—早侏罗世岩浆岩是新特提斯洋北向俯冲的产物,古新世—始新世岩浆岩是印度—亚欧大陆碰撞的结果,但对于晚白垩世早期(100~80 Ma)岩石成因与动力学机制尚存在争议。Wen等在南部拉萨地体里龙—朗县地区发现了晚白垩世埃达克质含绿帘石花岗闪长岩,其形成被解释为新特提斯洋北向平板俯冲;Ma等将米林地区晚白垩世埃达克质岩石归因于新特提斯洋板片回转引发的软流圈上涌;Zhang等在里龙—米林地区发现了晚白垩世埃达克质紫苏花岗岩,将其解释为新特提斯洋洋脊俯冲。这些争议反映了南部拉萨地体晚白垩世早期的动力学研究较为薄弱,导致了对南部拉萨地体晚白垩世岩浆作用的地球动力学机制认识仍不清楚。
茶巴拉地区位于拉萨地体南缘的曲水县西侧,该区出露角闪辉长岩、石英闪长岩和花岗岩等,为研究新特提斯洋俯冲以来的构造演化和地球动力学机制提供了一个绝好的窗口。本文以南部拉萨地体茶巴拉地区角闪辉长岩和石英闪长岩为研究对象,通过对其开展岩石地球化学、LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和Sr-Nd同位素研究,并结合前人研究成果,分析其岩浆源区性质和岩石成因,为深入研究南部拉萨地体晚白垩世岩浆作用和地球动力学过程提供新证据。
拉萨地体位于班公湖—怒江缝合带和印度河—雅鲁藏布江缝合带之间,呈EW向分布,长约2 500 km[图1(a)],由南到北依次为南部拉萨地体、中部拉萨地体和北部拉萨地体,分别以洛巴堆—米拉山断裂带和狮泉河—纳木错蛇绿混杂岩带为界[图1(a)]。南部拉萨地体记录了新特提斯洋北向俯冲以及印度—亚欧大陆碰撞造山事件,总体以新生地壳为特征,广泛分布中—新生代侵入岩和火山岩[图1(a)]。侵入岩主要由晚三叠世—中新世(205~13 Ma)花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩以及少量辉长岩和辉绿岩组成;火山岩由早侏罗世雄村组、早—中侏罗世叶巴组、中生代桑日群及古—始新世林子宗群火山岩组成。中部拉萨地体是一个具前寒武纪结晶基底的微陆块,其上被古生代和中生代火山-沉积岩覆盖,中生代侵入体断续分布。北部拉萨地体以新生地壳为特征,其上主要分布侏罗纪—白垩纪火山-沉积岩。
角闪辉长岩(样品QS07、QS08)岩体出露较好,呈灰黑色,具块状构造、半自形中粒粒状结构[图2(a)、(b)]。显微镜下鉴定结果表明,其主要矿物组成为斜长石(体积分数为45%~55%)、角闪石(30%~40%)、黑云母(约5%)和辉石(<5%),副矿物为磁铁矿、榍石、锆石等,其中磁铁矿分布在角闪石周围。斜长石呈半自形板状,环带较少,粒度为1~3 mm,聚片双晶发育。角闪石多呈半自形短柱状,多色性明显,以黄绿色、黄褐色为主。黑云母呈细片状,具微细粒结构,多色性明显。辉石多呈半自形或他形晶[图2(e)]。
石英闪长岩(样品QS09)新鲜面呈灰褐色,具有典型的块状构造、中细粒粒状结构,局部可见铜矿化(孔雀石)[图2(c)]。显微镜下鉴定结果表明,主要矿物组成为斜长石(体积分数为30%~40%)、角闪石(20%~30%)、碱性长石(约10%)、石英(5%~10%)、黑云母(<5%),副矿物为磁铁矿、锆石、磷灰石等。斜长石呈半自形柱状结构,聚片双晶发育。角闪石节理发育,多见半自形结构,具有多色性,以黄绿色、黄褐色为主。碱性长石主要为钾长石,格子双晶发育。石英多呈不规则粒状充填在其他矿物之间,镜下干涉色为一级灰白。黑云母呈自形片状,多色性明显[图2(f)]。
锆石挑选、制靶、阴极发光(CL)显微照相及测试在北京锆年领航科技有限公司完成。野外采集样品10 kg左右,首先将岩石进行粉碎,然后采用重液法与磁选法进行锆石分选并在双目镜下挑纯,安装在环氧树脂中进行抛光,直到颗粒内部暴露出来。分析前,使用3% HNO溶液清洗表面,以去除铅污染物。激光剥蚀系统和ICP-MS仪器的运行条件及后续数据处理与文献[38]所描述的相同。ICP-MS仪器采用Agilent 7500a四极杆电感耦合等离子体质谱仪,采用GeoLas Plus准分子ArF激光剥蚀系统同时测定锆石U-Pb年龄。激光束斑直径为32 μm,频率为8 Hz。另外,采用氦气作为载气,氩气作为补偿气。采用NIST610对仪器进行优化,并作为测定微量元素的外标,91500标准锆石作为内标,锆石GJ1作为监测样品。每个分析点的分析时间跨度为100 s,包括大约20 s的背景采集时间和50 s的样本数据采集时间;每5次分析后,再对91500标准锆石进行两次分析。测试完成后,使用ICPMSDataCal软件对分析数据进行处理。分析结果见表1。
表1 角闪辉长岩和石英闪长岩 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 同位素分析结果Table 1 Analysis Results of LA-ICP-MS Zircon U-Pb Isotope of Hornblende Gabbros and Quartz Diorites
Pl为斜长石;Hbl为角闪石;Kfs为钾长石;Qz为石英;Bi为黑云母;Px为辉石;Mag为磁铁矿图2 茶巴拉地区角闪辉长岩和石英闪长岩野外照片及显微镜下照片Fig.2 Field Photos and Microphotographs of Hornblende Gabbros and Quartz Diorites in Chabala Area
本次全岩主量、微量元素测试在南京聚谱检测科技有限公司完成。主量元素采用X射线荧光光谱(XRF)法测定,使用Axios X荧光光谱仪(荷兰帕纳科公司)对其进行分析,分析的精确度优于3%。微量元素采用电感耦合等离子体质谱(NexION 300x ICP-MS)法测定,分析的精确度优于5%。分析样品前选取新鲜样品,在超声波清洗仪中用蒸馏水清洗以避免污染,然后用不锈钢钵研磨成200目。将所有样品粉碎并称重,所得粉末用于主量和微量元素分析。详细的分析方法见文献[42]。
全岩Sr-Nd同位素在南京聚谱检测科技有限公司采用热电离质谱(TIMS)仪进行分析。选定的Sr、Nd同位素分析样品溶解在HF、HNO和HClO的酸性混合物中,并按照文献[43]的方法采用萃取和色谱分析技术分离,详细的分析流程见文献[44]。所测得NBS 987标样的Sr/Sr值为0.704 070~0.704 526,Shin-Etsu JNdi-1标样的Nd/Nd值为0.512 742~0.512 813。实验所得样品的(Sr/Sr)值和()值通过锆石U-Pb定年得到的年龄进行校正。
茶巴拉地区角闪辉长岩和石英闪长岩中典型锆石阴极发光图像如图3所示。角闪辉长岩中锆石具有自形—半自形晶形,晶体多呈短柱状或长柱状,粒径为90~130 μm,长宽比为1∶1~2∶1,阴极发光图像显示锆石呈灰色,部分呈深灰色,内部结构均匀,大部分锆石的条带状环带清晰。从样品QS07、QS08中分别挑取13颗和12颗锆石用于定年测试。样品QS07锆石Th/U值为1.06~1.72(表1),表明它们为典型的岩浆锆石[图3(a)]。分析点的Pb/U年龄相对集中,为92.1~88.4 Ma,均投影在谐和曲线上或附近,所获得样品QS07加权平均年龄为(90.8±1.3)Ma(平均标准权重偏差(MSWD)为0.34,分析点为13个)[图3(b)]。样品QS08锆石Th/U值为0.78~5.93(表1),显示出岩浆锆石的Th/U特征。锆石在谐和曲线附近构成一个年龄集中区,其Pb/U年龄为89.4~85.3 Ma(表1),加权平均年龄为(87.2±1.7)Ma(MSWD值为0.18,分析点为12个)[图3(d)]。综上所述,角闪辉长岩岩体侵位时代为晚白垩世早期。
石英闪长岩锆石内部结构均匀,粒径主要为150~250 μm,长宽比为1∶1~3∶1,阴极发光图像显示大多数的锆石发育震荡环带,Th/U值为1.15~1.73(表1),具有明显的岩浆锆石特征(Th/U值大于0.1)。石英闪长岩共获得17个分析点数据,在谐和曲线上的投影分布较集中[图3(e)],其加权平均年龄为(81.3±0.9)Ma(MSWD值为0.19,分析点为17个),可代表石英闪长岩的形成年龄,即晚白垩世早期。
1969年的德国《职业教育法》和1946年的美国《职业教育法案》分别对本国的“校企合作、工学结合”予以法制化、规范化。德国“双元制”和英国“现代学徒制度”以企业为办学主体;新加坡“教学工厂”和澳大利亚“TAFE”属于以学校为办学主体的经典教育方式。
图3 角闪辉长岩和石英闪长岩的锆石U-Pb年龄谐和曲线及年龄分布和锆石阴极发光图像Fig.3 Concordia Diagrams and Distributions of Zircon U-Pb Ages and CL Images of Zircons for Hornblende Gabbros and Quartz Diorites
3.2.1 主量元素
角闪辉长岩和石英闪长岩的全岩地球化学分析结果见表2。
角闪辉长岩主量元素含量(质量分数,下同)具有以下特征:SiO含量为48.16%~51.05%,平均值为50.22%;MgO为4.54%~11.13%,平均值为8.01%;TiO为0.64%~1.33%,平均值为0.94%;AlO为13.05%~18.65%,平均值为15.66%;CaO为10.08%~11.39%,平均值为10.74%。Mg值为43.40~68.61,平均值为57.53。在TAS图解中,样品均落在辉长岩区域[图4(a)],与岩相学观察结果一致;在SiO-KO图解中落在钙碱性系列区域内[图4(b)]。
3.2.2 稀土及微量元素
角闪辉长岩和石英闪长岩样品均显示右倾的球粒陨石标准化稀土元素配分模式,具有轻稀土元素(LREE)相对富集、重稀土元素(HREE)相对亏损的特征[图5(a)]。角闪辉长岩稀土元素总含量为(44.72~97.56)×10,石英闪长岩稀土元素总含量为(106.23~111.94)×10,轻、重稀土元素比值(LREE/HREE)分别为3.89~5.10、6.89~7.13(表2)。角闪辉长岩及石英闪长岩具有弱的Eu异常[图5(a)],分别为0.74~1.01与0.69~0.72。角闪辉长岩的原始地幔标准化微量元素蛛网图与石英闪长岩相似,均表现为富集大离子亲石元素(如Sr、Th、U等),亏损高场强元素(如Nb、Ta、Ti等)[图5(b)]。
表2 角闪辉长岩和石英闪长岩主量、微量及稀土元素分析结果Table 2 Analysis Results of Major,Trace and Rare Earth Elements of Hornblende Gabbros and Quartz Diorites
续表 2
3.2.3 Sr-Nd同位素
本文选取了4件角闪辉长岩样品(编号为QS07-1、QS07-2、QS08-1、QS08-3)进行全岩Sr-Nd同位素测试,分析结果如表3所示。样品初始Sr同位素比值((Sr/Sr))为0.703 925~0.704 380,初始Nd同位素比值((Nd/Nd))为0.512 654~0.512 724,()值为2.50~3.96,样品的单阶段模式年龄()为1 048~812 Ma。
晚白垩世岩浆作用在南部拉萨地体东段分布较广,主要集中在南木林—米林一带,岩石类型包括辉长岩、辉绿岩、闪长岩和花岗岩类,年龄为100~80 Ma。在朗县—米林一带,分布有米林苏长岩和含紫苏辉石普通角闪石岩(年龄为93 Ma)、里龙—米林埃达克质紫苏花岗岩(90~86 Ma)、朗县—米林角闪辉长岩(98~88 Ma)和花岗岩(花岗闪长岩、粗粒花岗岩和英云闪长岩,84~78 Ma)。在桑日—扎囊一带,分布有桑日火山岩(玄武岩、安山岩和英安岩,年龄为95 Ma)、努日石英闪长玢岩(96 Ma)、扎囊县札佐二长花岗岩(80 Ma)。在曲水—尼木—日喀则一带,以晚白垩世早期(100~80 Ma)岩浆岩为主,如茶巴拉地区角闪辉长岩(年龄为91~87 Ma)和石英闪长岩(81 Ma),尼木辉长岩(86 Ma)、花岗闪长岩(87 Ma)和辉长闪长岩(90 Ma),南木林辉长岩及正长花岗岩脉(94~92 Ma)、辉长岩及花岗岩脉(92~91 Ma)。虽然在晚白垩世早期南部拉萨地体西段报道的岩浆岩较少,但已有研究表明南部拉萨地体在晚白垩世发生了大致平行于雅鲁藏布江缝合带走向的带状岩浆作用。综合这些晚白垩世岩浆作用的研究数据可知:85 Ma之前,南部拉萨地体岩浆作用主要以中基性岩浆为主;而85 Ma之后,主要以中酸性岩浆为主[图6(a)]。南部拉萨地体在晚白垩世早期(100~80 Ma)发生了岩浆爆发事件,其岩浆活动年龄峰值为95~85 Ma[图6(b)]。综上所述,南部拉萨地体晚白垩世(100~80 Ma)岩浆活动强烈。
图(a)引自文献[45];图(b)引自文献[46]图4 角闪辉长岩和石英闪长岩TAS图解和SiO2-K2O图解Fig.4 Diagrams of TAS and SiO2-K2O of Hornblende Gabbros and Quartz Diorites
ws为样品含量;wc为球粒陨石含量;wp为原始地幔含量;同一图中相同线条对应不同样品;图中数据引自文献[47]~[50]图5 角闪辉长岩和石英闪长岩的球粒陨石标准化稀土元素配分模式和原始地幔标准化微量元素蛛网图Fig.5 Chondrite-normalized REE Pattern and Primitive Mantle-normalized Trace Element Spider Diagram of Hornblende Gabbros and Quartz Diorites
4.2.1 角闪辉长岩
Sr-Nd同位素比值与SiO含量、Mg值之间的相关关系是判别地壳混染的有效证据。一般来说,(Sr/Sr)值与SiO含量成正相关关系,表明存在地壳混染,但是茶巴拉地区角闪辉长岩(Sr/Sr)值为0.703 925~0.704 380(表3),与SiO含量之间无明显相关关系[图7(a)],说明岩浆受地壳混染的可能性较小。在1 000/Sr-(Sr/Sr)图解[图7(b)]中,(Sr/Sr)值不随1 000/Sr值减少而降低,同样说明岩浆未受到地壳的明显混染。(Nd/Nd)值与SiO含量的负相关关系通常指示地壳混染,但是茶巴拉地区角闪辉长岩的(Nd/Nd)值变化较小(0.512 654~0.512 724),与SiO含量没有明显的相关性[图7(c)],表明没有明显的地壳混染。(Nd/Nd)值与Mg值之间没有相关性[图7(d)]也支持了这一观点。角闪辉长岩样品Th含量为(1.79~2.47)×10(平均值为2.19×10),明显低于中地壳(Th平均含量为6.5×10)和上地壳(10.5×10),进一步指示茶巴拉地区角闪辉长岩没有受到明显的地壳混染。
朗县—米林一带岩浆岩数据引自文献[26]、[54]~[56];桑日—扎囊一带岩浆岩数据引自文献[57]~[59];曲水—尼木—日喀则一带岩浆岩数据引自文献[47]、[60]和[61]图6 南部拉萨地体晚白垩世(100~80 Ma)岩浆岩的锆石年龄-SiO2 图解和结晶年龄直方图Fig.6 Diagram of Zircon Age-SiO2 and Histogram of Crystallization Age of Late Cretaceous Magmatic Rocks (100-80 Ma) in Southern Lhasa Terrane
表3 角闪辉长岩 Sr-Nd 同位素分析结果Table 3 Analysis Results of Sr-Nd Isotope of Hornblende Gabbros
图7 角闪辉长岩地壳混染判别图解Fig.7 Discrimination Diagrams of Crustal Contamination of Hornblende Gabbros
角闪辉长岩SiO含量为48.16%~51.05%,MgO含量为4.54%~11.13%,Mg值为43.40~68.61,表明其来自地幔源区。岩石具有正()值(2.50~3.96)和低(Sr/Sr)值(0.703 925~0.704 380)。在(Sr/Sr)-()图解(图8)中,样品接近亏损地幔,表明其来源为亏损地幔。在活动大陆边缘弧型环境下形成的基性岩一般来源于俯冲板片释放的流体交代或熔体交代地幔楔。在原始地幔标准化微量元素蛛网图[图5(b)]中,样品表现出Nb、Ta负异常,Ta/La值(0.01~0.04,平均值为0.02)略低于原始地幔的Ta/La值(0.06),表明角闪辉长岩源区受到了俯冲板片释放的流体交代作用。在Th/Nb-U/Th图解和Th/Zr-Nb/Zr图解[图9(a)、(b)]中,样品与流体交代趋势一致,暗示其岩浆源区经历了俯冲板片流体交代作用。此外,在(Sr/Sr)-Ba/Th图解[图9(c)]中,样品落在印度洋洋中脊玄武岩与大洋板片流体的过渡区域,进一步支持了俯冲带释放的流体对源区岩浆具有显著贡献的观点。Sr/Nd-Th/Yb图解[图9(d)]也显示出相同的结论,即板片流体对源区岩浆具有显著贡献。这一结论与角闪辉长岩中没有明显的Ce正异常(0.97~1.03,平均值为1.01)[表2、图5(a)]相一致,因为板片流体对地幔源的贡献将导致Ce的显著富集。
图件引自文献[74]图8 角闪辉长岩(87Sr-86Sr)i-εNd(t)图解Fig.8 Diagram of (87Sr-86Sr)i-εNd(t)of Hornblende Gabbros
综上所述,茶巴拉地区角闪辉长岩可能是受板片流体交代的亏损地幔楔部分熔融的产物,并且受地壳混染不显著。
4.2.2 石英闪长岩
根据岩石矿物组成和地球化学特征,可将花岗岩分为I型、S型、A型和M型花岗岩。实验研究表明:S型花岗岩具有强烈的过铝质亲缘性,其来源与堇青石、白云母等富铝矿物密切相关;A型花岗岩是在高温与水不饱和的条件下形成的,一般含无水相(如辉石和铁晶石);I型花岗岩通常含角闪石,缺乏过铝质矿物和A/CNK值小于1.1。茶巴拉地区石英闪长岩缺乏典型的富铝矿物(如堇青石、红柱石和石榴石)或碱性镁铁质矿物(如霓石、钠铁闪石),但具有斜长石、角闪石和钾长石[图2(f)],且A/CNK值较低(0.89~0.90,均小于1.1),KO和Zr含量低,AlO和Sr含量高(表2),与典型I型花岗岩的地球化学特征一致。在KO-NaO图解[图10(a)]中,石英闪长岩落入I型花岗岩区域。因此,茶巴拉地区石英闪长岩属于I型花岗岩。
图(a)引自文献[83];图(b)引自文献[84];图(c)引自文献[30];图(d)引自文献[85]图9 角闪辉长岩 Th/Nb-U/Th图解、Th/Zr-Nb/Zr图解、(87Sr/86Sr)i-Ba/Th图解和 Sr/Nd-Th/Yb图解Fig.9 Diagrams of Th/Nb-U/Th,Th/Zr-Nb/Zr,(87Sr/86Sr)i-Ba/Th and Sr/Nd-Th/Yb of Hornblende Gabbros
I型花岗岩可能是地壳内含水、钙碱性—高钾钙碱性、镁铁质或中性变质岩部分熔融形成的,也可能是在大陆弧背景下,由幔源岩浆的分离结晶或幔源和地壳岩浆混合作用产生的。茶巴拉地区石英闪长岩的Mg值、Cr含量、Ni含量、Dy/Yb值与SiO含量均无明显相关性,表明橄榄石、辉石和角闪石在侵位过程中没有明显的分离结晶现象。由于玄武质母岩浆分离结晶产生的岩浆岩具有从玄武质岩石到残留岩浆衍生的长英质岩石SiO含量变化较大的特征,而茶巴拉地区石英闪长岩的SiO含量变化范围较小,为62.45%~62.90%,所以岩浆演化过程中分离结晶的可能性较小。此外,在La-La/Sm图解和La-La/Yb图解[图10(b)、(c)]中,样品均显示部分熔融的特点,而非分离结晶的特征。在molar CaO/(MgO+FeO)-molar AlO/(MgO+FeO)图解中,石英闪长岩都落在变质玄武岩或变质英云闪长岩的部分熔融区域[图10(d)],表明其母岩浆主要起源于下地壳的部分熔融。石英闪长岩Nb/Ta值为12.57~12.63(平均值为12.60)高于下地壳的平均值(8.3),排除了来自下地壳的单一来源,可能有地幔物质的加入,较高的Mg值(43.77~44.65)进一步支持了石英闪长岩有少量地幔物质的贡献。此外,石英闪长岩均具有较为平坦的重稀土元素配分模式[图5(a)],Y/Yb值(10.18~10.39)接近于10,表明其源区残留相主要为角闪石。在SiO-MgO图解[图10(e)]中,所有样品均落在下地壳玄武岩或角闪岩部分熔融区域,在F-F图解[图10(f)]中,样品同样证明茶巴拉地区石英闪长岩主要来源于下地壳角闪岩或变质玄武岩部分熔融。
以上讨论表明,茶巴拉地区石英闪长岩可能是由幔源熔体提供热量,使下地壳在角闪岩相条件下发生部分熔融形成的,并有少量幔源物质的加入。
茶巴拉地区角闪辉长岩和石英闪长岩形成于晚白垩世早期(91~81 Ma),二者稀土元素配分模式呈中等轻稀土元素富集的特征,岩石明显富集大离子亲石元素(Rb、Th、U、Sr),亏损高场强元素(Nb、Ta、Zr、Ti、HREE),与典型的岛弧型火山岩地球化学特征一致。在构造环境判别图解中,角闪辉长岩均表现出火山弧玄武岩特征[图11(a)],进一步划分可知其属于钙碱性玄武岩[图11(b)]。上述结果表明,角闪辉长岩有可能是新特提斯洋板片北向俯冲构造环境下的岛弧岩浆岩。同样,茶巴拉地区石英闪长岩在Yb-Ta图解和Y-Nb图解[图11(c)、(d)]中落入火山弧构造环境,说明其形成环境也与板块俯冲有关。
关于南部拉萨地体晚白垩世岩浆作用的地球动力学机制,前人进行了大量研究,其主要的认识有:①新特提斯洋平板俯冲/北向低角度俯冲;②新特提斯洋板片回转;③新特提斯洋洋脊俯冲。
Wen等认为南部拉萨地体晚白垩世岩浆岩的形成原因是平板俯冲引起的构造紧缩导致加厚镁铁质下地壳物质的部分熔融。平板俯冲会将地幔楔挤出,或俯冲带上存在少量地幔楔物质,导致幔源基性岩浆很难产生,而在米林—朗县之间(88 Ma)和茶巴拉地区都发现了同期基性岩浆活动。此外,晚白垩世早期,南部拉萨地体发生了岩浆爆发活动,产出了多种成分、不同源区的岩浆岩,平板俯冲/北向低角度俯冲无法解释此规模巨大的岩浆爆发事件。因此,不能将南部拉萨地体晚白垩世大规模岩浆作用归因于平板俯冲/北向低角度俯冲。Ma等将米林地区晚白垩世埃达克质岩浆作用归因于俯冲的新特提斯洋板片回转引发的软流圈上涌。如果新特提斯洋板片在晚白垩世早期发生回转,洋壳是以正常角度或者小角度俯冲的,而后板片向俯冲的反方向回转,这一过程将会导致拉萨地体的岩浆活动从北向南迁移,岩浆岩年龄逐渐变新,然而拉萨地体在120~75 Ma向北迁移,其岩浆岩年龄也没有显示这种趋势。因此,板片回转模式与南部拉萨地体晚白垩世岩浆活动的空间记录不一致,且Zhu等认为板片回转发生在约70 Ma,而不是100~80 Ma,因而板片回转模型无法解释南部拉萨地体晚白垩世的岩浆爆发。综上所述,本文认为新特提斯洋洋脊俯冲可能是解释南部拉萨地体晚白垩世大规模带状岩浆作用的理想模式。
图(a)引自文献[94];图(b)、(c)引自文献[95];图(d)引自文献[96];图(e)引自文献[97];图(f)引自文献[98];米林地区花岗质片麻岩数据引自文献[99];门巴地区花岗闪长岩数据引自文献[100];喜马拉雅淡色花岗岩数据引自文献[101]图10 石英闪长岩 K2O-Na2O图解、La-La/Sm图解、La-La/Yb图解、molar CaO/(MgO+FeOT)-molar Al2O3/(MgO+FeOT)图解、SiO2-MgO图解和F1-F2图解Fig.10 Diagrams of K2O-Na2O,La-La/Sm,La-La/Yb,molar CaO/(MgO+FeOT)-molar Al2O3/(MgO+FeOT), SiO2-MgO and F1-F2 of Quartz Diorites
图(a)引自文献[17];图(b)引自文献[102];图(c)、(d)引自文献[87]图11 角闪辉长岩和石英闪长岩构造环境判别图解Fig.11 Discrimination Diagrams of Tectonic Setting of Hornblende Gabbros and Quartz Diorites
洋脊俯冲模式在世界范围内被广泛报道,例如在中国西藏、阿尔泰、西准噶尔,美国阿拉斯加南部以及加利福尼亚西部,它指的是洋中脊扩张俯冲到消减带之下,从而形成了独特的地球动力学和地球化学环境。当洋中脊板块继续俯冲到大陆边缘之下或板块断裂时,离散的洋中脊板块边缘一般会形成板片窗,然后引发大量软流圈地幔上涌。软流圈物质通过板片窗上涌,提供足够的热量,导致上覆板块、岩石圈地幔楔和地壳岩石部分熔融。在这种情况下,活动大陆边缘产生了一系列特殊的火山岩(如富铌玄武岩、洋中脊玄武岩、高镁安山岩、埃达克岩和A型花岗岩)、矿床(如大型斑岩型铜金矿)和变质岩。
基于前人的研究成果和本文的新资料,可以提出南部拉萨地体晚白垩世茶巴拉地区角闪辉长岩和石英闪长岩是在新特提斯洋洋脊俯冲的背景下形成的。其证据包括:①紫苏花岗岩和高温变质作用是洋脊俯冲的关键标志。里龙—米林之间发现的具有埃达克质岩特征的90~86 Ma紫苏花岗岩是在贫水和高温—超高温条件下形成的,结合81 Ma发生的高温麻粒岩相变质作用,可以用新特提斯洋洋脊俯冲模式来解释。②Zheng等认为新特提斯板块可能在俯冲中间点(105±10)Ma开始发生洋脊俯冲,茶巴拉地区角闪辉长岩形成于91~87 Ma,石英闪长岩形成于81 Ma,接近于Zhang等提出的洋脊俯冲时间。③晚白垩世茶巴拉地区角闪辉长岩和石英闪长岩分别是地幔楔和下地壳部分熔融的产物,这种熔融现象可以用洋脊俯冲来解释,无论是年轻洋壳(≤25 Ma)还是古老洋壳(>25 Ma),活动的新特提斯洋洋脊俯冲,软流圈地幔物质都会穿过板片窗上涌并发生部分熔融形成玄武质岩浆,这些基性岩浆为这种熔融提供足够的热量。④新特提斯洋洋脊俯冲的持续时间约20 Ma(从100 Ma到80 Ma),与典型的洋脊俯冲持续时间一致。例如,洋脊俯冲在中国新疆准噶尔西部持续了25 Ma(从315 Ma到290 Ma),在日本西南部持续了24 Ma(从59 Ma到35 Ma)。⑤晚白垩世大规模带状岩浆作用分布于南部拉萨地体,并且岩石类型具有从基性到酸性的特点,支持洋脊俯冲模式来解释南部拉萨地体晚白垩世岩浆作用的成因。基于以上证据,可以认为新特提斯洋洋脊俯冲作用会使软流圈上涌引发减压熔融,穿过板片窗的高热量促使地幔楔部分熔融形成角闪辉长岩以及下地壳岩石部分熔融形成石英闪长岩,并导致南部拉萨地体晚白垩世早期岩浆爆发(图12)。
图件引自文献[3],有所修改图12 角闪辉长岩和石英闪长岩成因模式Fig.12 Genetic Pattern of Hornblende Gabbros and Quartz Diorites
综上所述,南部拉萨地体晚白垩世早期岩浆活动可能与平板俯冲/北向低角度俯冲和板片回转无关,而以新特提斯洋洋脊俯冲模式来解释更为合理。在洋脊俯冲条件下,洋脊之下的软流圈物质会通过板片窗上涌并发生减压熔融形成玄武质岩浆,这些基性岩浆提供足够的热量促使地幔楔和下地壳岩石发生部分熔融,该机制可以合理解释南部拉萨地体100~80 Ma大规模岩浆活动。因此,洋脊俯冲模式是南部拉萨地体晚白垩世大规模带状岩浆作用的一种可能机制。
(1)拉萨地体南缘曲水县茶巴拉地区角闪辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为91~87 Ma,石英闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为81 Ma,指示岩浆活动形成于晚白垩世早期。
(2)茶巴拉地区角闪辉长岩()值为2.50~3.96,(Sr/Sr)值为0.703 925~0.704 380,具有较高的Mg值(43.40~68.61),表明角闪辉长岩来源于受俯冲板片释放流体交代的亏损地幔楔部分熔融,并且不受地壳混染的显著影响。石英闪长岩为准铝质Ⅰ型花岗岩,可能是下地壳在角闪岩相条件下发生部分熔融的产物,并有少量地幔物质的加入。
(3)南部拉萨地体晚白垩世早期100~80 Ma岩浆岩可能是新特提斯洋洋脊北向俯冲的结果。在新特提斯洋洋脊俯冲背景下,热的软流圈物质上涌穿过板片窗,诱发了地幔楔和下地壳岩石发生大规模部分熔融,从而导致南部拉萨地体晚白垩世大规模岩浆作用。