班公湖-怒江縫合帶a型花崗巖成因來自巖石地球化學(xué)和鋯石u-pb年代學(xué)的制約

班公湖-怒江縫合帶a型花崗巖成因來自巖石地球化學(xué)和鋯石u-pb年代學(xué)的制約

0班公湖-東南角縫合帶的閉合時(shí)代1979年，a型花崗巖被引入，a型花崗巖的含義包括“干”、“全堿”和“非造山”的多層含義，并確定了它們與i、s和m型花崗巖的差異。Eby通過研究,對(duì)A型花崗巖的定義做了進(jìn)一步的完善指出A型花崗巖地球化學(xué)上以FeOT/MgO比值、K2O+Na2O含量及Zr、Y、Nb和稀土元素(Eu除外含量高,CaO、MgO和Al2O3含量及LILE/HFSE比值(大離子不相容元素/高場(chǎng)強(qiáng)元素)低為特征,使得它們與島弧型花崗巖形了鮮明對(duì)照(特別是后者高的LIFE/HFSE比值)。更重要的是A型花崗巖往往代表特定的構(gòu)造環(huán)境,即多數(shù)形成于板內(nèi)伸展階段(A1型,大陸裂谷或洋島),部分形成于大陸碰撞之后的造山帶中(A2型)。因此,在地球動(dòng)力學(xué)上A型花崗巖具有某種標(biāo)定意義。地處青藏高原腹地的班公湖-怒江縫合帶是粘結(jié)歐亞大陸與印度大陸的主縫合帶,橫貫青藏高原東西延伸長(zhǎng)達(dá)2000余km。然而,該縫合帶的最大特點(diǎn)還在于橫向展布范圍大,一般寬達(dá)幾十至上百km,在西段獅泉河-改則和東段安多一帶南北展布范圍達(dá)200余km,因此人們多數(shù)接受該縫合帶包含了多條洋內(nèi)俯沖帶的觀點(diǎn)?？p合帶本身異常復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史和藏北高原困難的交通條件使得許多重要地質(zhì)問題至今仍然爭(zhēng)論不一,其中班公湖-怒江中特提斯洋盆的閉合時(shí)間是目前人們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)問題之一。Kappetal.根據(jù)沉積地層的掩蓋關(guān)系把班公湖-怒江洋盆的閉合時(shí)間限定在侏羅紀(jì)末-白堊紀(jì)初,即145Ma前后。王忠恒等根據(jù)古生物時(shí)代把班公湖-怒江縫合帶中段的OIB型玄武巖年齡確定為晚侏羅世,并認(rèn)為這一時(shí)期班公湖-怒江中特提斯洋正在閉合。陳玉祿等用Rb-Sr等時(shí)線法測(cè)定了縫合帶中段去申拉組火山巖的年齡為早白堊世(126Ma),認(rèn)為是碰撞造山的產(chǎn)物。陳國(guó)榮等通過對(duì)縫合帶中段沙木羅組沉積相的研究也認(rèn)為洋盆的閉合時(shí)間發(fā)生在晚侏羅世。鮑佩聲等和朱弟成等則根據(jù)縫合帶中段蛇綠巖的定年結(jié)果,認(rèn)為班公湖-怒江洋盆的閉合時(shí)間為早白堊世(132~110Ma)。這些問題不僅關(guān)系著班公湖-怒江縫合帶本身的演化,更重要的是這一時(shí)期是班公湖-怒江縫合帶的重要成礦期,對(duì)洋盆閉合時(shí)間的確定直接關(guān)系到礦床的成礦環(huán)境和找礦方向。筆者近年來在對(duì)班公湖-怒江縫合帶開展路線剖面調(diào)查過程中,在縫合帶中段申扎-班戈一帶發(fā)現(xiàn)了一批A型花崗巖。本研究擬通過鋯石U-PbLA-ICP-MS定年和巖石地球化學(xué)分析,確定這些A型花崗巖的形成時(shí)代,分析它們的形成構(gòu)造環(huán)境對(duì)班公湖-怒江中特提斯洋盆的閉合時(shí)間提出新的約束。1晚侏羅世末-早白堊世沉積期巖相古地理班公湖-怒江縫合帶是青藏高原上的一條主縫合帶,夾持于羌塘地塊與拉薩地塊之間,橫貫青藏高原東西延伸長(zhǎng)達(dá)2000多km,A型花崗巖產(chǎn)于縫合帶中段申扎-班戈一帶(圖1)。根據(jù)近年來完成的1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查最新成果,班戈一帶蛇綠巖自北向南劃分為3個(gè)亞帶,南北向展布寬度接近200km。區(qū)域構(gòu)造演化從古生代古陸開始,中生代三疊紀(jì)為洋盆的擴(kuò)張高峰,形成木嘎崗日群深海沉積和希湖群邊緣海沉積;中侏羅世縫合帶進(jìn)入擠壓匯聚階段,伴隨著洋殼俯沖火山活動(dòng)加劇;晚侏羅世末到早白堊世完成“洋陸轉(zhuǎn)換”,伴隨著燕山期大規(guī)模的花崗巖漿侵入和火山劇烈噴發(fā);晚白堊世區(qū)內(nèi)以逆掩斷層活動(dòng)為特征,在沖斷層前緣形成盆地沉積了以竟柱山組為主的磨拉石沉積組合。2巖石學(xué)和礦物特征產(chǎn)于班公湖-怒江縫合帶中段的A型花崗巖共見到5個(gè)巖體,均呈面積不大(<1km2)的巖株?duì)町a(chǎn)出,圍巖以上侏羅統(tǒng)沙木羅組砂板巖和白堊系碎屑巖為主,接觸帶上可見夕卡巖化。巖體在巖性上分為鉀長(zhǎng)花崗巖和花崗閃長(zhǎng)斑巖兩種。鉀長(zhǎng)花崗巖為中?；◢徑Y(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。主要組成礦物為鉀長(zhǎng)石(35%~40%)、斜長(zhǎng)石(15%~20%)和石英(30%);次要礦物有黑云母(5%~10%)、白云母(1%)和角閃石(2%);含少量磷灰石、鋯石、褐簾石和磁鐵礦等副礦物。鉀長(zhǎng)石呈不規(guī)則板狀,具條紋構(gòu)造和卡氏雙晶,表面粘土化明顯;斜長(zhǎng)石呈板狀,表面有少量絹云母交代分布,聚片雙晶發(fā)育;石英呈他形粒狀集合體分布于長(zhǎng)石之間,有時(shí)與長(zhǎng)石構(gòu)成文象結(jié)構(gòu),無波狀消光;黑云母呈寬大片狀,棕褐色,有時(shí)被綠泥石交代;部分巖體中綠泥石化比較強(qiáng)烈(如BD08-22),綠泥石除了交代黑云母外更多的呈鱗片狀集合體充填巖石孔隙,含量可達(dá)10%。花崗閃長(zhǎng)斑巖具斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造?；|(zhì)以半自形粒狀結(jié)構(gòu)為主,局部發(fā)育顯微文象結(jié)構(gòu)。斑晶大小一般在0.5~2mm之間,含量在20%~40%之間,礦物組成以斜長(zhǎng)石為主,另外有部分鉀長(zhǎng)石和石英。斜長(zhǎng)石斑晶呈半自形板狀,具清晰的聚片雙晶;鉀長(zhǎng)石呈板狀,具卡氏雙晶;石英呈渾圓粒狀,可被基質(zhì)熔蝕?；|(zhì)礦物組成除了斑晶中的礦物外,還有少量的黑云母及副礦物鋯石、磷灰石、磁鐵礦等,黑云母常具綠泥石化,有明顯的析鐵析鈦現(xiàn)象。3測(cè)試結(jié)果及分析為了確定班公湖-怒江縫合帶中段A型花崗巖的形成時(shí)代,筆者對(duì)BD08-18、BD08-21、BD08-24三個(gè)巖體用LA-ICP-MS(激光磨蝕等離子體質(zhì)譜)做了鋯石U-Pb年齡測(cè)定。鋯石的陰極發(fā)光(CL)研究工作在國(guó)土資源部同位素地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。LA-ICP-MS法單顆粒鋯石微區(qū)U-Pb年齡測(cè)定工作在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,采用Agilent7500型ICP-MS和ComPex102ArF準(zhǔn)分子激光器,工作物質(zhì)ArF波長(zhǎng)193nm,與GeoLas200M光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)進(jìn)行。鋯石年齡采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),元素含量采用NISTSRM610作為外標(biāo),29Si作為內(nèi)標(biāo)。數(shù)據(jù)用LudwigSQUID1.0和ISOPLOT程序處理,U-Pb分析結(jié)果列于表1。鋯石陰極發(fā)光影像和一致線年齡見圖2。從陰極發(fā)光影像圖看,鋯石形態(tài)較好,大多數(shù)呈自形-半自形柱狀,反映巖漿結(jié)晶過程的振蕩環(huán)帶發(fā)育,顆粒也比較粗大,一般在60~250μm之間,滿足LA-ICP-MS的測(cè)試要求。從形態(tài)上看,BD08-18巖體鋯石的長(zhǎng)寬比較大,大多在2∶1~4∶1之間,最大可達(dá)10∶1,顆粒核部常見渾圓狀殘留鋯石。相比之下,BD08-21和BD08-24兩個(gè)巖體鋯石多呈板狀或短柱狀,長(zhǎng)寬比一般在1.2∶1~2.5∶1之間,反映了不同巖體之間冷卻速度存在一些差異。BD08-18巖體9個(gè)分析結(jié)果給出的206Pb/238U-207Pb/235U加權(quán)平均年齡為(109.6±1.4)Ma,MSWD=3.7;BD08-21巖體19個(gè)分析結(jié)果給出的206Pb/238U-207Pb/235U加權(quán)平均年齡是(112.2±0.9)Ma,MSWD=0.06;BD08-24巖15個(gè)分析結(jié)果給出的206Pb/238U-207Pb/235U加權(quán)平均年齡是(113.7±0.5)Ma,MSWD=0.21(圖2)。這些結(jié)果表明,班公湖-怒江縫合帶中段A型花崗巖的形成時(shí)代應(yīng)為早白堊世晚期。4x射線衍射分析phllips班公湖-怒江縫合帶中段A型花崗巖樣品的巖石地球化學(xué)分析工作是在北京核工業(yè)地質(zhì)分析研究中心完成的。主元素是用PHILLIPSPW-2404型X熒光光譜儀分析完成的,精度優(yōu)于1%;微量元素和稀土元素是用ICP-MS測(cè)定的,儀器型號(hào)是ELEMENT-2質(zhì)譜儀,分析精度優(yōu)于2%,分析結(jié)果列于表2。4.1高鉀鈣堿性巖區(qū)從表2可以看出,班公湖-怒江縫合帶中段A型花崗巖相對(duì)富SiO2,SiO2含量除1個(gè)巖體(BD08-22)稍低外(68.62%~69.02%),其他巖體含量都在72.44%~75.36%之間;K2O含量(3.57%~5.05%)與Na2O含量(3.26%~4.66%)相當(dāng),全堿含量在8.03%~9.37%之間;在K2O-SiO2圖上都落于高鉀鈣堿性巖區(qū)(圖3a)。巖石中CaO、MgO和TiO2含量低,分別為0.40%~0.94%、0.02%~0.59%和0.14%~0.59%;全鐵(FeOT)含量(0.86%~5.39%)較高,Al2O3含量(12.76%~154.54%)偏低,在ANK-ACNK圖上顯示弱過鋁質(zhì)和亞鋁質(zhì)特征(圖3b)。4.2pb、th、u、k、pb預(yù)測(cè)分析班公湖-怒江縫合帶中段A型花崗巖的微量元素MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖見圖4a。在圖中這些A型花崗巖的微量元素顯示出較好的規(guī)律性,大離子親石元素(LILE)中Rb、Th、U、K、Pb明顯富集,Ba、Sr明顯虧損,與島弧型花崗巖存在顯著差別。同樣在高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)中,Nb、Ta、Ti虧損明顯,但Zr、Hf相對(duì)富集,這與島弧型花崗巖也是明顯不同的,顯示出了A型花崗巖的特征。4.3稀土元素及相對(duì)富集輕稀土元素班公湖-怒江縫合帶A型花崗巖的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式見圖4b。從圖中可以清楚看出這些巖體稀土元素含量總體較高(∑REE=122.37~291.19μg/g,平均為201.31μg/g),相對(duì)富集輕稀土元素(LREE/HREE=4.89~9.58,平均5.93),Eu負(fù)異常明顯(δEu=0.14~0.54,平均0.34),分布模式為向右緩傾的V型。4.4班公湖-東南角縫合帶中段a型對(duì)比為了進(jìn)一步確認(rèn)A型花崗巖的高溫屬性,采用Watsonetal.的方法估算了班公湖-怒江縫合帶中段這些A型花崗巖的形成溫度。Watsonetal.通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)鋯石中Zr的分配系數(shù)對(duì)溫度極為敏感,而其他因素對(duì)其影響不明顯,因而認(rèn)為鋯石的飽和溫度可以近似地代表花崗質(zhì)巖石的近液相線溫度,其計(jì)算公式為:式中T為絕對(duì)溫度,D為分配系數(shù),將(1)式整理并換算成攝氏溫度(℃):令Si+Al+Fe+Mg+Ca+Na+K+P=1(原子分?jǐn)?shù))則M=(2Ca+K+Na)/(Si×Al)。由表2中的巖石化學(xué)分析結(jié)果可得出班公湖-怒江縫合帶中段A型花崗巖的形成溫度在750~907℃之間,平均為833℃(表3)。上面的主元素、微量元素及稀土元素特征決定了班公湖-怒江縫合帶中段的這些巖體具有A型花崗巖的親合性,在A型花崗巖的系列判別圖中(圖5)它們都落在A型花崗巖區(qū),巖漿的形成溫度高,部分接近900℃,平均為833℃,這些都說明它們屬A型花崗巖無疑。5討論5.1造山帶非擠壓階段a型A型花崗巖雖然可以產(chǎn)于大陸、海洋以及造山帶各種環(huán)境中,但從構(gòu)造演化階段看它們大多數(shù)還是產(chǎn)于板內(nèi)伸展階段(如大陸裂谷和洋島),部分產(chǎn)于大陸碰撞之后的造山帶。根據(jù)Eby對(duì)世界上許多A型花崗巖的統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)于板內(nèi)環(huán)境的A1型和產(chǎn)于碰撞后環(huán)境的A2型花崗位巖并不是截然分離的,它們之間實(shí)際上存在一個(gè)連續(xù)的譜系,這就是介于兩者之間的造山后花崗巖。但無論怎樣,從A2型碰撞后到介于A1-A2之間的造山后再到A1型板內(nèi)階段,這些A型花崗巖都是反映了造山帶陸-陸碰撞之后的事件,因此都標(biāo)志著造山帶演化進(jìn)入一個(gè)非擠壓階段。產(chǎn)于班公湖-怒江縫合帶中段的A型花崗巖在Pearceetal.的構(gòu)造環(huán)境判別圖上位于板內(nèi)和同碰撞的交點(diǎn)附近(圖6a和圖6b),反映了碰撞后的巖漿生成環(huán)境。在Batcheloretal.反映造山帶演化旋回的R2-R1圖上(圖6c)它們則位于同碰撞、非造山及造山后三者之間,顯示出造山作用晚期的一種松馳環(huán)境。在Eby的A型花崗巖判別圖中它們集中分布在A2型花崗巖區(qū)內(nèi)(圖6d),反映了一種清晰的碰撞后環(huán)境。近年來對(duì)世界各地A型花崗巖的研究發(fā)現(xiàn),在許多造山帶中A型花崗巖都是形成于陸-陸碰撞后巖石圈伸展階段。Zhuetal.通過對(duì)拉薩地塊北緣巖漿巖的研究,認(rèn)為110Ma左右班公湖-怒江特提斯洋殼可能發(fā)生過板片斷離,在此之后班公湖-怒江縫合帶處于陸內(nèi)背景,與本研究的這些A型花崗巖反映的情況是一致的。5.2巖漿源區(qū)的劃分多年來的研究表明,A型花崗巖的成因可以包括以下多種模式:(1)地幔來源的鎂鐵質(zhì)巖漿分離結(jié)晶;(2)地幔鎂鐵質(zhì)巖漿與地殼巖漿混合;(3)下地殼麻粒巖部分熔融;(4)底侵的I型英閃質(zhì)地殼重熔;(5)玄武質(zhì)巖石部分熔融;(6)下地殼I型巖漿結(jié)晶分異。前面的構(gòu)造環(huán)境分析表明,班公湖-怒江縫合帶中段的A型花崗巖形成于陸-陸碰撞后地殼伸展階段。在微量元素相關(guān)圖解Ce/Pb-Ce圖(圖7a)和Nb/Th-Nb圖(圖7b)上它們與島弧火山巖的源區(qū)十分接近,說明源區(qū)物質(zhì)與巖石圈地幔有關(guān),可能是由幔源的鎂鐵質(zhì)地殼物質(zhì)的部分熔融或者是幔源的鎂鐵質(zhì)巖漿分異形成。至于此時(shí)為什么形成的是A型花崗巖而不是島弧型花崗巖,原因可能還是在于不同的構(gòu)造環(huán)境。在洋殼俯沖階段一方面地幔楔處于擠壓環(huán)境,源區(qū)斜長(zhǎng)石由于壓力高且不穩(wěn)定而優(yōu)先進(jìn)入熔體;另一方面地幔楔在板片流體的參與下也有利于斜長(zhǎng)石優(yōu)先熔融。而在碰撞后伸展階段,地幔巖石圈壓力降低,斜長(zhǎng)石在巖漿源區(qū)變成穩(wěn)定相;同時(shí),在干的缺乏流體的情況下斜長(zhǎng)石的熔融也受到抑制,從而造成A型花崗巖漿中明顯的Sr、Eu負(fù)異常。從Rb/Y-Nb/Y圖(圖7c)看,這些A型花崗巖經(jīng)歷過俯沖帶富集過程或地殼物質(zhì)的同化混染。而ISr-1/Sr圖(圖7d)中樣品分布缺少正相關(guān)關(guān)系則排除了地殼物質(zhì)混染的可能性,顯示出巖漿源區(qū)經(jīng)歷過俯沖組分交代富集。從微量元素蛛網(wǎng)圖(圖4a)貧Ba富Pb的分布特征來看這些交代組分應(yīng)該是沉積物熔體而不是板片流體,因?yàn)樵趤碜愿_板片的交代組分中流體富Ba而沉積物熔體高度富Pb。Goodenoughetal.也研究指出早期受到俯沖組分交代富集的大陸下巖石圈地幔是碰撞后A型花崗巖的有利源區(qū),這些交代組分是沉積物熔體。5.3同一種意見:“同的意見”地處青藏高原腹地的班公湖-怒江縫合帶不僅其俯沖方向存在爭(zhēng)議,而且圍繞著班公湖-怒江中特提斯洋盆的閉合時(shí)間,也一直存在不同的意見。本研究對(duì)申扎-班戈一帶碰撞后A型花崗巖獲得的鋯石U-PbLA-ICP-MS年齡集中在109.6~113.7Ma之間,表明班公湖-怒江縫合帶中段早白堊世晚期已經(jīng)處于碰撞后環(huán)境,據(jù)此推斷班公湖-怒江中持提斯洋至少應(yīng)該在白堊紀(jì)初閉合,與前人根據(jù)