2019, Vol. 35
2. 中国地质大学(北京)信息工程学院, 北京 100083;
3. 中国地质大学(武汉)地球科学学院, 武汉 430074;
4. 中国科学院地球化学研究所, 贵阳 550081;
5. 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037
, WANG GenHou1
, FANG ZiXuan2, WANG Hou3, CHEN Xian4, ZHENG YiLong5, FAN ZhengZhe1, GAO Xi1
2. School of Information Engineering, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
3. School of Earth Sciences, China University of Geosciences, Wuhan 43007;
4. Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550081, China;
5. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
造山带的时空演化一直是国际研究的热点。以往的研究中，一个比较可行的研究思路是通过大陆裂谷OIB特征的碱性玄武岩(和/或双峰式火成岩)结晶年龄来限定古大洋打开的时间下限；根据蛇绿岩套基性岩的形成时代来确定古洋壳存续的某个时间段；通过紧随其后的区域低温、高压-超高压变质作用时间(如蓝片岩、榴辉岩和多硅白云母片岩组合的形成时间)来限定大洋关闭的上限时间(Wu et al., 2011; Zhou et al., 2009; Wilde and Zhou, 2015; Zhu et al., 2015)。
众所周知，古特提斯洋的时空演化是长期争论的议题，研究学者一直致力于研究大洋古地理特征，及其打开、扩张、俯冲和碰撞的时空演化过程和机制等重要科学问题，并取得了显著成果(Allègre and Rousseau, 1984; Yin and Harrison, 2000; Stöcklin, 1974, 1989; Kapp et al., 2003; Zhu et al., 2011; 王根厚等, 2007, 2009; 朱弟成等, 2012; 许志琴等, 2013)。然而对于古特提斯洋不同分支的构造演化研究却参差不齐。以青藏高原北部的龙木错-双湖缝合带为例，其贯穿羌塘盆地的腹地，将羌塘盆地分为南羌塘和北羌塘，记录着古特提斯洋时空演化的重要信息，是一条极其重要的构造带；较早的研究，邓万明等(1996)、Kapp et al. (2003)质疑龙木错-双湖缝合带的存在，Kapp et al. (2003)认为构造带上广泛出露的变质岩为变质核杂岩，是陆内伸展的产物；随后在该构造带上先后识别出多处古生代蛇绿岩岩片，如桃形湖蛇绿岩(ca.467~460Ma, 李才等, 2008a; 505~517Ma, 吴彦旺, 2013)，果干加年山蛇绿岩(ca.438~431Ma, Zhai et al., 2007; 李才等, 2008a, b; ~272.9Ma, 吴彦旺等, 2010)，角木日二叠纪蛇绿岩(翟庆国等, 2004, 2006)；且一些低温高压-超高压变质杂岩如榴辉岩、蓝片岩(翟庆国, 2008)也被陆续发现，因此，龙木错-双湖缝合带的确切存在才被证实。该缝合带被众多研究者认为是冈瓦纳与欧亚大陆拼合的位置，也是古特提斯洋向北俯冲并最终闭合的位置(李才, 1987, 2008; 李才等, 1995, 2007, 2008a, b, 2009; 翟庆国等, 2004, 2006; Zhai et al., 2013; 董春艳等, 2011)，然而，根据目前的古洋壳年代学证据，龙木错-双湖缝合带所代表古特提斯洋也只能追溯到中奥陶世(~467Ma)(李才等, 2008a)或晚寒武世(517Ma, 吴彦旺, 2013)，它的闭合时间通过蓝片岩多硅白云母Ar-Ar定年目前被限定在晚三叠世~220Ma前后(翟庆国等, 2009a; 朱同兴等, 2010)，而古大洋打开的起始时间一直不清楚，同时与古大洋演化密切相关的羌南地块属性(如，是否存在前寒武基底)也争论不休，南、北羌塘陆陆碰撞持续时间及其碰撞后的构造演化也有待深入研究。
龙木错-双湖缝合带以南的荣玛地区广泛发育斜长角闪岩、石榴石多硅白云母石英片岩、大理岩、蓝片岩等变质杂岩。以往的研究者对本区蓝片岩做了一些年代学的研究(翟庆国等, 2009a; 张修政等, 2010)，而对斜长角闪岩和石榴石多硅白云母片岩并未开展实质研究。本次研究发现，这些斜长角闪岩原岩具有亚碱性-碱性玄武岩特征，而多硅白云母的形成指示高压环境，极可能与碰撞造山有关，因此对这些变质杂岩的深入研究可能为解决古特提斯洋构造演化问题带来契机，故而本文对荣玛地区斜长角闪岩和石榴石多硅白云母片岩开展了锆石U-Pb定年、对片岩中多硅白云母进行了Ar-Ar定年、对斜长角闪岩开展了岩石地球化学分析，来探讨古特提斯洋的开、合时限及其关闭后的构造演化特征。
1 区域地质背景青藏高原由一系列的块体构造拼贴而成，被几条著名的缝合带所分隔(图 1a)(朱弟成等, 2012)。羌塘盆地位于青藏高原北缘，地处欧亚大陆与冈瓦纳大陆的结合部位，被龙木错-双湖缝合带分为羌南和羌北地块。羌南、羌北地区沉积地层和古生物特征差别较大，羌南可与冈瓦纳对比，而羌北的沉积和古生物特征则与欧亚大陆的扬子板块有亲缘性(李才等, 2004, 2005)。研究区位于羌南地块北部荣玛乡亚丹一带，大地构造位置位于龙木错-双湖缝合带以南ca.80~100km的地区(图 1a)。根据区域地层分布特点，研究区可划分为增生杂岩区和沉积盖层区，增生杂岩变形和变质作用均较强，层序混乱，可分为基质和岩块的“二元”结构，为典型碰撞带俯冲增生杂岩。沉积盖层区普遍发育强变形、弱变质作用，基本沉积层序可以识别。区域主要出露晚古生代-新生代地层，如泥盆系长蛇山组(D1-3ch)砂岩、粉砂岩，石炭-二叠系雪水河岩群((C-P2)Xph)板岩、千枚岩，下-中二叠统吞龙共巴组(P1-2t)碎屑岩夹灰岩，下二叠统龙格组(P2l)灰岩夹砂岩，上三叠统日干配错组(T3r)灰岩夹砂岩，上白垩统阿布山组(K2a)砾岩、砂岩，古近系康托组(E3k)陆源碎屑岩及第四系陆缘碎屑堆积。区内构造发育，主要表现为多期的变质变形作用，并发育一条NE-SW向区域走滑断裂。
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图 1 `羌塘中部荣玛地区地质简图(据朱弟成等, 2012; 王寒冻, 2015修改) Fig. 1 Simplified geological map of Rongma area, Central Qiangtang (modified after Zhu et al., 2012; Wang, 2015) |
区内岩浆岩出露较少，时代主要集中于晚古生代、中生代和新生代；晚古生代岩浆岩主要出露于西北部，中生代和新生代岩浆岩主要分布于中部地区。区内侵入岩包括基性岩墙、岩脉，以及酸侵入体。基性岩墙、岩脉的岩性主要为辉绿玢岩、辉长岩、辉绿辉长岩等，形成时代为晚石炭世-早二叠世(李才等, 2005; 翟庆国等, 2009b)，多呈块体产出于古生代混杂岩中；酸性侵入体主要为花岗闪长岩，多呈岩株、岩枝产出，其侵位时代为晚侏罗世，与围岩界线清楚，热接触作用明显。区内火山岩主要发育古生代杂岩体中的玄武岩块体和新生代纳丁错组玄武岩。区域变质岩广泛发育，从NW至SE变质相具由高到低的渐变规律，变质岩类型主要包括石榴石多硅白云母片岩、蓝片岩、板岩、千枚岩、斜长角闪岩、大理岩和变质石英砂岩等(图 1b, c)。野外剖面显示，石榴石多硅白云母片岩呈近NW-SE向展布，与基性岩和大理岩呈断层接触，岩层受构造作用强烈影响，早期经中-浅层次的剪切作用而整体片理化，后期受南北向的推覆作用而再次强烈变形。
2 样品特征及分析方法 2.1 岩石特征荣玛地区变质杂岩主要包括斜长角闪岩、石榴石多硅白云母石英片岩、大理岩、蓝片岩等。蓝片岩主要以孤立块状、透镜状发育于板岩和片岩中，局部发育规模较大的块体(翟庆国等, 2009a)。石榴石多硅白云母石英片岩与灰岩呈断层接触(图 2a)；斜长角闪岩与石榴石多硅白云母石英片岩存在断层和侵位两种接触关系(图 2b, c)。本次在荣玛乡亚丹一带主要对斜长角闪岩和石榴石多硅白云母石英片岩进行了系统的采样研究。斜长角闪岩均为粒状变晶结构，块状构造，主要矿物包括角闪石(60%~65%)和斜长石(35%~40%)(图 2b-d)。石榴石多硅白云母石英片岩具鳞片粒状变晶结构，片状构造，矿物组成主要包括，石英(45%)、白云母(35%)、绿泥石(5%)、钠长石(10%)、石榴石(5%)，薄片中构造裂隙发育，内有硅化石英及少量绢云母、原岩碎粉呈脉状充填(图 2e, f)。
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图 2 羌塘中部荣玛地区亚丹杂岩野外和镜下特征 (a)石榴石多硅白云母石英片岩与灰岩呈断层接触；(b)新元古代斜长角闪岩与石榴石多硅白云母石英片岩呈断层接触；(c)中侏罗世斜长角闪岩侵入石榴石多硅白云母石英片岩；(d)中侏罗世斜长角闪岩正交偏光显微镜下照片；(e)石榴石多硅白云母石英片岩野外手标本照片；(f)石榴石多硅白云母石英片岩正交偏光显微镜下照片. Ab-钠长石；Am-角闪石；Ms-白云母；Q-石英；Grt-石榴子石 Fig. 2 Field and microscopic photographs of the Yadan metamorphic complex from Rongma area, Central Qiangtang (a) Garnet-polysilicon muscovite-quartz Schist is in fault contact with limestone; (b) Neoproterozoic plagioclase amphibolite is in fault contact with garnet Muscovite quartz schist; (c) Middle Jurassic plagioclase amphibolite intrudes Garnet-polysilicon muscovite-quartz schist; (d) microscope photograph of the Middle Jurassic plagioclase amphibolite (crossed polarized light); (e) garnet-polysilicon muscovite-quartz schist; (f) garnet-polysilicon muscovite-quartz schist in the crossed polarized light. Ab-albite; Am-amphibole; Ms-muscovite; Q-quartz; Grt-garnet |
野外调研发现，石榴石多硅白云母石英片岩变形作用发育(图 3a, c, e)，通过系统的产状勘测统计，对面理产状数据进行了赤平投影投图分析，投图显示，石榴石多硅白云母石英片岩发育三期变形作用(图 3a-f)。第一期为韧性平移剪切作用(S1)，同时具逆冲推覆的特点，剪切方向近NW-SE向，为右行剪切，伴随强烈的变质作用，产生了大量的变质矿物，包括了石榴子石+斜长石+角闪石的变质矿物组合，并形成肠状褶皱和强烈的矿物定向(图 3c, e)，岩层同时形成同斜褶皱，鞘褶皱等构造。S1面理轴面平均产状为~271°∠~47°。第二期变形(S2)主要显示为东西向的挤压作用，以南北向形成片理面的各种弯滑褶皱为特点，轴面方向近东西，较为陡立。此期主要为S1后期叠加的一期挤压，主应力方向为东西向，获得S2的轴面产状平均为~102°∠~62°。第三期变形(S3)主要形成一系列南北向的宽缓褶皱、局部尖棱褶皱(图 3e)和逆断层等。此期变形主要为南北向的挤压，面理轴面平均产状为~158°∠~43°作用范围大，使得整个片岩发生南北向褶皱，并且影响发育多组片岩中的复褶皱，同时发育褶皱相关断层，表现为逆断层。与S2期的区别在于此期的规模较大，S3的影响还使得大理岩受垂向挤压，形成石香肠，推断S1和S2可能与区域上或周边较早期构造事件有关，而S3变形可能与羌南、羌北地块的碰撞造山有关。
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图 3 羌塘中部荣玛地区石榴石多硅白云母石英片岩三期变形特征(a、c、e)和面理赤平投影图下半球(b、d、f) Fig. 3 Three stages of deformation (a, c, e) and their planar stereographic projection maps of lower hemisphere (b, d, f) of garnet-polysilicon-muscovite-quartz schist in Rongma area, Central Qiangtang |
本次共采集2件斜长角闪岩样品(与片岩呈断层和侵位接触关系的样品各1件，7-6-YQ8、7-28-3)和2件石榴石多硅白云母石英片岩(7-29-2、7-29-3)用于开展锆石U-Pb同位素定年；2组共17件石榴石多硅白云母石英片岩用于多硅白云母Ar-Ar定年；8件斜长角闪岩用于开展全岩地球化学分析。
锆石单矿物分选在北京锆年领航科技有限公司实验室完成，分选方法和过程详见王泉(2015)。将选出的锆石与标样一起黏贴在环氧树脂中，抛磨约1/2，露出锆石矿物的中心面，然后进行透射光、反射光和阴极发光显微照相，用于判断锆石结构和成因类型。选取合适的测试点位，避开裂纹和包裹体，以免影响分析数据质量。样品LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析在中国地质科学院地质所测试中心完成，测试仪器为Thermo Element Ⅱ质谱仪与New Wave UP193激光器，激光波长193nm，剥蚀激光的束斑大小设定为35μm，脉冲频率10Hz。工作条件为：冷却气(Ar)流量为1.13L/min；激光准备时间20s，剥蚀时间为40s。元素含量以Plesovice为内部标准进行标定，锆石U-Pb年龄测试数据采用澳大利亚Glitter 4.4数据处理软件计算获得，用于年龄误差校正的准锆石为GJ-1，单个测点数据点误差为1σ，加权平均值误差为2σ。标样特征和具体分析流程详见王泉(2015)。普通铅校正采用 Anderson (2002) 的方法，年龄计算采用国际标准程序Isoplot(Ludwing et al., 2003)。测试得到的年龄数据<1Ga的点使用206Pb/238U和对应的1σ作为年龄，207Pb/235U和206Pb/238U的比值计算谐和度；>10Ga的点使用207Pb/206Pb和对应的1σ作为年龄，207Pb/206Pb和206Pb/238U的比值计算谐和度。本次谐和度计算结果采用0.93~1.0之间的为谐和点。
多硅白云母40Ar/39Ar定年在中国地质科学院地质研究所国土资源部同位素地质重点实验室完成。样品的阶段升温加热通过电子轰击炉完成，质谱分析在MM-1200B质谱计上完成；所有数据都经过质量歧视校正、大气氩校正、空白校正和干扰元素同位素校正。实验分析流程详见陈文等(2006)、翟庆国等(2009a)。
全岩主、微量和稀土元素分析在河北省中铁物探勘察有限公司实验中心完成，主量元素通过ARL Advant XP+XRF仪测定分析，分析精度一般优于3%；微量元素用X系列2/SN01831C等离子质谱(ICP-MS)进行分析，分析精度一般优于3%。分析流程见Liu et al. (2016)。
斜长角闪岩Nd同位素分析在南京大学实验中心完成。同位素的测试则在该实验室的多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)上采用静态模式(Static mode)进行。分析全程采用USGS标准物质BHVO-2、BCR-2、AGV-2进行质量监控。仪器测试利用146Nd/144Nd=0.7219依据指数法则作内部校正。锆石原位Hf同位素在天津地质调查中心实验测试室完成，在激光剥蚀多接收器等离子质谱仪上完成，仪器由美国ESI公司NEW WAVE 193nm FX激光器和美国赛默飞世尔公司NEPTUNE多接收等离子质谱组成。其性能参数包括：质量数范围，4~310amu；分辨率，>450(平顶峰，10%峰谷定义)；丰度灵敏度，<5×10-6(无RPQ)、<0.5×10-6(有RPQ)；测定峰稳定性包括磁场和电场漂移，<50×10-6/h，激光脉冲频率为8Hz，剥蚀孔径为45μm，锆石GJ-1作为同位素监控标样，锆石91500作为校正标样。
3 测试结果 3.1 锆石U-Pb年代学本次对2件斜长角闪岩和2件石榴石多硅白云母石英片岩进行了锆石U-Pb定年，分析结果见表 1，锆石U-Pb谐和年龄图见图 4。阴极发光图(图 5)显示，斜长角闪岩锆石呈短柱状，环带发育，部分锆石样品发育一圈较薄的增生边；石榴石多硅白云母石英片岩锆石主要呈椭圆状和柱状，有磨圆特征，反映沉积岩特征，锆石增生边发育，本次锆石圈点都集中于边部并尽量避开增生边，斜长角闪岩和多硅白云母石英片岩的Th/U比值主要集中于0.2~1.0之间，主要显示岩浆锆石特征，所测年龄可以代表锆石寄主原岩的结晶时间。
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表 1 西藏羌塘荣玛地区变质杂岩锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果 Table 1 U-Pb isotope compositions of the zircons from metamorphic complex from Rongma area in Central Qiangtang |
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图 4 羌南地块荣玛地区杂岩锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 4 U-Pb concordia diagrams of zircon data from metamorphic complex from Rongma area in Central Qiangtang |
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图 5 羌塘中部荣玛地区杂岩锆石阴极发光(CL)图 (a)样品7-6-YQ8；(b)样品7-28-3；(c)样品7-29-2；(d)样品7-29-3 Fig. 5 Representative cathodoluminescence (CL) images of zircons from metamorphic complex from Rongma area in Central Qiangtang (a) Sample 7-6-YQ8; (b) Sample 7-28-3; (c) Sample 7-29-2; (d) Sample 7-29-3 |
样品7-6-YQ8，斜长角闪岩，与石榴石多硅白云母石英片岩呈断层接触(图 2b)，其阴极发光图像(图 5a)显示典型的岩浆振荡环带，锆石呈短柱状，部分锆石边部发育一圈较薄的增生边；锆石Th/U比值介于0.1~1.2之间，显示典型的岩浆成因，对225颗锆石打点，选取其中谐和度介于0.9~1.1之间的点共计120个，其余不谐和的数据105个舍弃。其中61个低年龄群数据比较集中，加权平均年龄为717±7Ma(n=61，MSWD=1.9)，小于700Ma的谐和数据加权平均年龄为680±7Ma(n=15，MSWD=0.38)，其中717Ma可能代表斜长角闪岩原岩的形成年龄(新元古代中期)，680Ma可能与后期变质作用有关，但该值可能代表锆石幔部与增生边的混合年龄，所以不代表准确变质时间，可能意义不大，实际变质作用时间可能更晚。样品含丰富继承锆石，年龄范围介于ca.3096~800Ma之间，集中于~900Ma、1400Ma、~1900Ma、~3100Ma几个峰值。本文首次在羌南地区获得前寒武时期的岩石，暗示区内存在古老基底。
样品7-28-3，斜长角闪岩，侵位于石榴石多硅白云母石英片岩中(图 2c)，其阴极发光图像(图 5b)显示典型的岩浆振荡环带，锆石呈短柱状，部分锆石边部发育一圈较薄的增生边；锆石Th/U比值介于0.1~1.2之间，显示典型的岩浆成因，对26颗锆石打点26个，获得25个谐和度大于95%的数据，1个低于90%的数据，被摒弃。14个数据加权平均年龄为163±2Ma(n=14，MSWD=1.9)，可近似代表该期斜长角闪岩原岩形成的时间。样品也含丰富继承锆石，年龄范围介于ca.400~200Ma之间，主要集中于~200Ma、~254Ma、~400Ma三个年龄峰。
样品7-29-2和7-29-3，均为石榴石多硅白云母石英片岩，阴极发光图像(图 5c, d)显示锆石形态复杂，长柱状、短柱状和椭圆状均等发育，部分锆石磨圆明显，显示复杂的锆石来源，锆石Th/U比值变化较大，主要介于0.02~1.0之间，暗示原岩具有沉积岩特征。样品7-29-2共对24颗锆石进行了24个数据点分析，其中谐和度大于91的有20个，其余4个数据谐和度低于90%，样品整体铅丢失不明显，谐和数据都靠近谐和曲线分布。谐和年龄变化范围集中于214~2050Ma，主要包括~214Ma、~294Ma、~850Ma、~1200Ma、~1500Ma、~1800Ma和~2000Ma峰值，表明此件样品同期的沉积作用发生于214Ma之后。样品7-29-3共进行28颗锆石的28个测点分析，其中20个数据谐和度大于91可用，其余8个数据谐和度低于90%，摒弃。样品有弱的铅丢失，但大部分数据均靠近谐和曲线，表明谐和数据可用。该件样品年龄范围变化于393~2102Ma，但也可能存在更年轻的锆石，只是未被分析到，已有年龄峰值主要集中于~393Ma、~460Ma、~700Ma、~1000Ma、~1400Ma、~1800Ma和2100Ma，表明沉积作用发生于393Ma之后。其中前寒武时期的年龄数据与全球哥伦比亚超大陆和罗迪尼亚超大陆拼合、裂解相对应，可能暗示羌南地块存在古老基底，或者其源于具有古老基底的超大陆。
3.2 多硅白云母40Ar/39Ar年代学考虑到本次获得的石榴石多硅白云母片岩年龄数据中有1件样品存在~214Ma的谐和岩浆锆石年龄，表明区域上可能存在214Ma以后的变质作用。因此我们先后两次到研究区不同位置进行采样分析，并先后2次对对石榴石多硅白云母石英片岩中的多硅白云母进行了40Ar/39Ar定年，多硅白云母阶段升温定年分析结果见表 2。2次分析的样品等时线图(图 6a, c)和年龄谱图(图 6b, d)显示，所有样品均获得一致年龄谱，总气体年龄为~224Ma，其中790~1400℃和800~1140℃的11个阶段都分别构成了一个很好的年龄坪，tp1=224.2±1.5Ma，tp2=223.9±1.5Ma，分别对应了96.9%和98.2%的39Ar释放量，对应的 36Ar/40Ar-39Ar/40Ar等时线年龄分别为ti1=222.9±2.7Ma，ti1=223.3±2.2Ma；40Ar/36Ar初始化值分别为327±40(MSWD=4.7)，300±4.6(MSWD=5.6)。因此~224Ma可以代表多硅白云母的形成年龄，反映一期显著的区域变质事件。目前在荣玛地区并未获得低于214Ma的变质年龄，但前人在邻区红脊山地区发现了~213Ma的区域变质年龄(蓝片岩中蓝闪石40Ar/39Ar年龄，白艳萍等, 2010)。
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表 2 羌塘中部荣玛地区石榴石多硅白云母石英片岩中多硅白云母39Ar/40Ar定年结果 Table 2 Result of 39Ar/40Ar stepwise heating dating for phengite of garnet-polysilicon-muscovite-quartz schist from Rongma area in central Qiangtang |
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图 6 羌塘中部荣玛地区石榴石多硅白云母石英片岩中多硅白云母39Ar/40Ar等时线图(a、c)和年龄谱图(b、d) Fig. 6 The isochronic age (a, c) and 40Ar/39Ar plateau age (b, d) diagrams of phengite of garnet-polysilicon muscovite-quartz schist from Rongma area in central Qiangtang |
本次分别对新元古代和中侏罗世斜长角闪岩进行了元素地球化学特征分析(表 3)。3件新元古代斜长角闪岩样品SiO2含量介于46.65%~48.42%，Al2O3含量为12.43%~15.55%，TiO2含量较高(1.34%~4.44%)，MgO含量较高(5.10%~9.57%)，Fe2O3T含量介于10.47%~15.94%之间，烧失量LOI变化于2.67%~3.28%。在全岩SiO2-Nb/Y和Zr/TiO2-Nb/Y图解中(图 7a, b, Winchester and Floyd, 1977; Zhou et al., 2009)，2件样品落于碱性玄武岩区，1件落于亚碱性玄武岩区域。在稀土和微量元素标准化图解中(图 8a, b)，3件样品稀土元素都呈现明显右倾趋势，几乎没有Eu的异常，2件碱性玄武岩区样品具有高的LREE含量(147×10-6~151×10-6)，投点落于亚碱性玄武岩区的那1件斜长角闪岩具有相对低的LREE量(47×10-6)，碱性玄武岩区的样品比亚碱性玄武岩区样品显示更高的LREE/HREE和(La/Yb)N比值；3件样品均富集高场强元素(如Nb、Ta、Th)和大离子亲石元素(如K、Rb、Ba)，但碱性玄武岩区样品Nb、Ta值比亚碱性玄武岩区样品更高，前者整体类似OIB特征，后者则类似E-MORB。此外前者具有低MgO(5.10%~5.18%)，后者高MgO(9.57%)，因此，亚碱性玄武岩更接近于新元古代斜长角闪岩原岩的特征，而它的OIB特征可能是由于陆壳的强烈混染所致，这与该期斜长角闪岩中发育丰富古老继承锆石(3.0~1.8Ga)的事实相一致。
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表 3 羌塘中部荣玛地区斜长角闪岩全岩地球化学组成(主量：wt%；微量：×10-6) Table 3 Major elements (wt%) and trace elements (×10-6) concentrations of plagioclase amphibolites from Rongma area in the central Qiangtang |
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图 7 羌塘中部荣玛地区斜长角闪岩SiO2-Nb/Y(a, 据Le Bas, 2000)和Zr/TiO2-Nb/Y(b, 据Winchester and Floyd, 1977) Fig. 7 SiO2 vs. Nb/Y diagram (a, after Le Bas, 2000) and Zr/TiO2 vs. Nb/Y diagram (b, after Winchester and Floyd, 1977) for plagioclase amphibolites from Rongma area in the Central Qiangtang |
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图 8 羌塘中部荣玛地区斜长角闪岩球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)和N-MORB标准化微量元素蛛网图(b)(OIB、N-MORB和E-MORB数据及标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 8 Chondrite-normalized REE diagram (a) and N-MORB-normalized trace element diagram (b) for plagioclase amphibolite from Rongma area in the Central Qiangtang (data of OIB, N-MORB, E-MORB and normalization values are from Sun and McDonough, 1989) |
5件中侏罗世斜长角闪岩样品SiO2含量介于47.27%~47.65%，Al2O3含量较低为11.94%~12.40%，TiO2含量介于3.99%~4.34%之间，MgO含量较高(4.72%~5.22%)，全铁含量较高介于15.87%~16.66%之间，烧失量LOI变化于1.85%~2.39%。在全岩SiO2-Nb/Y和Zr/TiO2-Nb/Y图解中(图 7a, b, Winchester and Floyd, 1977; Zhou et al., 2009)，所有样品点都落于碱性玄武岩区。在稀土和微量元素标准化图解中(图 8a, b)，5件样品稀土元素都无Eu异常，具高LREE含量(162×10-6~182×10-6)，稀土配分图解呈明显的右倾趋势，LREE/HREE=5.49~6.07，(La/Yb)N=6.89~7.96；5件样品都高度富集高场强元素(如Nb、Ta、Th)和大离子亲石元素(如K、Rb、Ba)，类似于OIB特征。这与全岩Zr/Yb-Zr、Nb/Yb-Th/Yb投图结果(图 9a, b)一致。
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图 9 羌塘中部荣玛地区斜长角闪岩的玄武质原岩构造环境判别图 (a) Zr/Yb-Zr判别图(Pearce and Cann, 1973)；(b)Nb/Yb-Th/Yb判别图(Pearce and Peate, 1995) Fig. 9 Basalt discrimination diagrams showing composition of plagioclase amphibolite from Rongma area in the Central Qiangtang (a) Zr/Yb vs. Zr (after Pearce and Cann, 1973); and (b) Nb/Yb vs. Th/Yb (after Pearce and Peate, 1995) |
对中侏罗世斜长角闪岩进行了全岩Nd同位素和锆石Hf同位素分析，分析结果见表 4和表 5。岩石143Nd/144Nd比值介于0.512277~0.512777之间，εNd(t)值为-5.8~3.8，tDM为834~1727Ma。锆石176Hf/177Hf比值变化较大介于0.281900~0.283021之间，εHf(t)值为-27.4~14.0，tDM介于343~1910Ma之间。
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表 4 中侏罗世斜长角闪岩全岩Nd同位素组成 Table 4 Whole rock Nd isotopic compositions of the Middle Jurassic plagioclase amphibolite from Rongma area in the Central Qiangtang |
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表 5 中侏罗世斜长角闪岩锆石Hf同位素组成 Table 5 Zircon Hf isotopic compositions of the Middle Jurassic plagioclase amphibolite from Rongma area in the Central Qiangtang |
如前所述，3件新元古代斜长角闪岩样品显示低SiO2、高Al2O3、TiO2、MgO、FeOT，在全岩SiO2-Nb/Y和Zr/TiO2-Nb/Y图解中(图 7a, b, Winchester and Floyd, 1977; Zhou et al., 2009)，2件样品投到碱性玄武岩区，1件位于亚碱性玄武岩区。在稀土和微量元素标准化图解中(图 8a, b)，2件碱性玄武岩区样品整体类似OIB特征，而投点落于亚碱性玄武岩区的那一件样品则具有E-MORB特征，与全岩Zr/Yb-Zr、Nb/Yb-Th/Yb图解投图结果(图 9a, b)一致，然而前者具有低MgO(5.10%~5.18%)，后者高MgO(9.57%)，因此，我们认为具E-MORB特征的亚碱性玄武岩更接近于新元古代斜长角闪岩原岩的特征，而它的OIB特征可能是由于陆壳的强烈混染所致，这与该期斜长角闪岩中发育丰富古老继承锆石(3.0~1.8Ga)的事实相一致。对于E-MORB的成因，一般认为形成于海山环境，或者形成于同时具有富集和亏损源区的地幔柱扩张中心附近(Thompson et al., 1989; Zhou et al., 2009)。基于发育大量古老继承锆石的证据可推知，新元古代斜长角闪岩原岩应形成于大陆环境，而不可能是海山环境，因此，我们认为本次获得的新元古代斜长角闪岩原岩更大可能形成于陆内伸展环境，并可能与地幔柱有关，并响应新元古代时期Rodinia超大陆的裂解。此外，综观整个青藏高原区域，其他微陆块中也见有新元古代斜长角闪岩的报道，如，辜平阳等(2012)在羌塘以东的聂荣微地块中发现了863±10Ma的斜长角闪岩；胡道功等(2005)在拉萨地块纳木错西缘地区识别出了782±11Ma的斜长角闪岩。这些新元古代斜长角闪岩原岩成因都被认为与Rodinia超大陆裂解有关。
另外，5件中侏罗世斜长角闪岩样品显示较低的SiO2、高MgO、TiO2、FeOT，低烧失量LOI特征，在全岩SiO2-Nb/Y和Zr/TiO2-Nb/Y图解中(图 7a, b, Winchester and Floyd, 1977; Zhou et al., 2009)，所有投点都落于碱性玄武岩区。然而该样品的Al2O3含量(11.99%~12.40%)比普通玄武岩低(13%~19%)，可能暗示岩石原岩形成或者变质过程中铝质的流失，如低温高压变质作用过程中富铝矿物斜长石和暗色造岩矿物的变质反应可形成熔体，并可能导致部分铝质进入熔体中而分离(魏春景等, 2017)。蓝片岩中也发育这种低Al2O3特征，如我国东北地区牡丹江缝合带中超高压变质作用形成的拉斑玄武质蓝片岩Al2O3极低为8%~12.56%(Zhu et al., 2015)；此外，在全球数据库中，低Al2O3玄武岩也较发育(GEOROC)。因此，该斜长角闪岩原岩应具有玄武质岩石特征。在稀土和微量元素标准化图解中(图 8a, b)，5件样品稀土元素都无Eu异常，具高LREE、LREE/HREE和(La/Yb)N，高度富集高场强元素(如Nb、Ta、Th)和大离子亲石元素(如K、Rb、Ba)，类似于OIB特征，在全岩Zr/Yb-Zr、Nb/Yb-Th/Yb图解中，它们也都落到OIB区域(图 9a, b)。OIB一般认为与大陆裂谷或大洋板内的地幔柱有关(Doubleday et al., 1994)。锆石εHf(t)值(-27.4~14.0)和岩石εNd(t)值(-5.8~3.8)变化较大(图 10a, b)，岩石Nb/U比值较大，Ba/Th比值较低，远离陆壳端元(图 10c)，且岩石εNd(t)值与Nb/U没有负相关关系(图 10d)，暗示斜长角闪岩原岩可能不存在显著的地壳混染(Gao et al., 2004; Cheng et al., 2018)，尽管发育一些继承锆石。这些表明中侏罗世斜长角闪岩可能主要源于富集地幔源区，因此我们倾向于认为中侏罗世斜长角闪岩的原岩(碱性玄武岩)形成于大陆裂谷环境。
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图 10 中侏罗世斜长角闪岩地球化学图解 (a)锆石U-Pb年龄-εHf(t)协变图；(b)岩石结晶年龄-εNd(t)协变图；(c)岩石Nb/U-Ba/Th图；(d)岩石Nb/U-εNd(t)协变图 Fig. 10 Geochemical diagrams of the Middle Jurassic plagioclase amphibolite (a) diagram of zircon crystallization age vs. εHf(t); (b) whole rock crystallization age vs. εNd(t); (c) Nb/U vs. Ba/Th diagram; (d) Nb/U vs. εNd(t) diagram |
一般认为，样品中最年轻的碎屑锆石谐和年龄代表着沉积和变质作用的下限(最大年龄)(Fedo et al., 2003; Nelson, 2001; Williams, 2001)。本次LA-ICP-MS锆石U-Pb定年显示，2件石榴石多硅白云母石英片岩锆石边部谐和年龄范围分别为267~1349Ma和214~2050Ma。因此暗示石榴石多硅白云母石英片岩原岩沉积和变质时间发生于267Ma之后某个时间点，且持续到214Ma之后。石榴石多硅白云母石英片岩中2组多硅白云母40Ar/39Ar定年，均获得一致的~224Ma坪年龄，代表多硅白云母的形成时间。由于多硅白云母的封闭温度为~350℃，是低温高压变质作用的产物，常形成于碰撞造山带(Jäger, 1979)。结合区域动力学演化的资料(详见4.3节)，本次获得的~224Ma多硅白云母40Ar/39Ar坪年龄最可能代表因羌南、羌北发生碰撞而导致的区域变质作用时间。但本次在荣玛地区石榴石多硅白云母石英片岩中还发现214Ma的最年轻谐和锆石年龄，暗示羌南、羌北的碰撞作用和区域变质作用持续到214Ma之后。此外，本文首次报道了1件新元古代斜长角闪岩，其与石榴石多硅白云母石英片岩呈断层接触，加权平均年龄为717±7Ma，并含丰富的继承锆石(n=59，年龄值介于800~3096Ma之间)，表明原岩形成于新元古代中期。此外，还获得1件侵位于石榴石多硅白云母石英片岩中的斜长角闪岩锆石加权平均年龄为163±2Ma，含200~400Ma的继承锆石，表明其原岩形成于中侏罗世，且其变质时间应该发生于中侏罗世之后，可能与羌南以南的大洋俯冲事件有关。
4.3 羌南地块基底属性对于羌塘盆地是否存在前寒武基底，在过去几十年的研究中一直存在争议，部分学者依据地层中发育丰富古老继承锆石的地质证据，推断羌南、羌北都可能存在前寒武基底，且可能存在太古宙陆核(纪云龙, 2000; Wang and Wang, 2001; 谭富文等, 2009)，另一种观点则相反，由于早期研究过程中并未在羌塘盆地中发现前寒武时期的古老岩石，因此认为羌塘盆地中不存在前寒武基底(李才等, 2005)。近年来，在羌北地区已发现多处中-新元古代片麻岩，证实羌北存在前寒武结晶基底(何世平等, 2013)。然而羌南地区虽然广泛发现古老的碎屑锆石年龄记录，但以往发现的最老岩石时代为早古生代，一直未发现前寒武时期的岩石，因此，羌南地区是否发育前寒武时期的结晶基底一直不清楚。如前所述，本次研究中，我们首次在羌南荣玛地区发现了新元古代中期的斜长角闪岩(~717Ma)，同时研究区的石榴石多硅白云母石英片岩和斜长角闪岩中均发育丰富的继承老锆石，反映羌南地区可能存在前寒武基底，且本次发现的新元古代斜长角闪岩显示E-MORB特征，指示新元古代中期羌南地块北缘处于板内伸展环境，这为研究羌南地块和特提斯域前寒武时期构造演化提供了关键证据。此外，如前所述，新元古代变质岩记录也存于青藏高原其他微陆块中(图 11)，如，羌塘以东的聂荣微地块中863±10Ma的斜长角闪岩(辜平阳等, 2012)；拉萨地块纳木错西缘地区782±11Ma的斜长角闪岩(胡道功等, 2005)；马攸木地区1.1~0.8Ga的石英片岩(多吉等, 2007)。这些发现也暗示前寒武基底可能普遍存在于西藏地区各微陆块中。
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图 11 羌塘中部高压变质带俯冲-碰撞地质记录和邻区前寒武基底分布据(杨耀等, 2014修改) 年龄数据源于胡道功等(2005)、Zhai et al.(2007, 2011)、王立全等(2008)、张修政等(2010)、辜平阳等(2012)、何世平等(2013)、彭智敏等(2014)、杨桂花等(2017).LST-拉萨地块；SQT-羌南地块；NQT-羌北地块体；HM-喜马拉雅造山带；IYS-雅鲁藏布江缝合带；BNS-班公湖-怒江缝合带；LSS-龙木错-双湖缝合带；XJS-西金乌兰-金沙江缝合带 Fig. 11 The records of subduction-collision in the high pressure metamorphic belt, Central Qiangtang and the distribution of Precambrian basement in its adjacent areas (modified after Yang et al., 2014) Age data after Hu et al. (2005), Zhai et al.(2007, 2011), Wang et al. (2008), Zhang et al. (2010), Gu et al. (2012), He et al. (2013), Peng et al. (2014), Yang et al. (2017). LST-Lhasa Massif; AQT-Qiangnan Massif; NQT-Qiangbei Massif; HM-Himalaya orogenic belt; IYS-Yarlung Zangbo River Suture Zone; BNS-Bangong Lake-Nujiang Suture Zone; LSS-LongmuTso-Shuanghu Suture Zone; XJS-Xijinwulan-Jinshajiang Suture Zone |
充分的碎屑锆石年龄证据表明，羌南地块源于印度冈瓦纳，且其大致于晚古生代早-中期从印度大陆裂解出来(Zhu et al., 2011; 朱弟成等, 2012)，因此晚古生代之前，羌南地块很可能与印度冈瓦纳连接。如前文分析，本次报道的新元古代中期斜长角闪岩显示E-MORB特征，且其加权平均年龄为717±7Ma，形成于陆内伸展环境(图 12a)，获得小于700Ma的谐和数据加权平均年龄为680±7Ma，此年龄很可能是锆石幔部与变质增生边的混合年龄，变质作用应当发生于680Ma之后。本次羌南地块北缘新元古代E-MORB特征斜长角闪岩的发现，暗示新元古代中期可能有一个未知陆块从羌南-印度联合陆块逐渐离裂，并导致“古特提斯洋”的最终打开。同时研究区寒武系与奥陶系角度不整合的发现(杨耀等，2014)及泛非基底的存在(董春艳等，2011)，认为“古特提斯洋”可能经历了短暂的洋盆裂开与闭合，其后，古特提斯洋盆(517~471Ma)开始持续裂开。以往研究中，代表古特提斯洋壳残余的蛇绿岩也只能追溯到中奥陶世(~467Ma)(李才等, 2008a)或晚寒武世(517Ma, 吴彦旺, 2013)，因此，古特提斯洋的打开时间可能比之前认为的更早，它很有可能在680~517Ma的某个时间点就已打开(图 12b)，如果这个认识正确，那么古特提斯洋就可能可以与古亚洲洋类比，正如我国东北地区古亚洲洋分支就是在中-晚三叠世沿西拉沐沦河-延吉缝合带拼合的(Zhou et al., 2009; 周建波等, 2012; 徐东卓等, 2014)，而其打开则追溯到新元古代(Rojas-Agramonte et al., 2011)。
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图 12 古特提斯洋构造域构造演化模型图 Fig. 12 Tectonic model of the Paleo-Tethys Ocean in Central Qiangtang |
基于晚石炭-早二叠世埃达克质岩石和岛弧安山岩的发现暗示古大洋在晚古生代已经发生了俯冲作用(图 12c, 张修政等, 2010)。根据区域榴辉岩蓝闪石、蓝片岩多硅白云母Ar-Ar定年结果(表 6、图 11)和本次报道的石榴石多硅白云母石英片岩中多硅白云母Ar-Ar年龄数据(~224Ma)，表明，古特提斯洋在晚三叠世(~224Ma)才最终闭合。李静超等(2015)在荣玛乡冈塘发现了同期的S型花岗岩(222~214Ma)，也指示羌南、羌北地块在晚三叠世发生了拼合。而本次报道的荣玛地区石榴石多硅白云母石英片岩中发现214Ma最年轻谐和锆石年龄，暗示南、北羌塘的碰撞作用和区域变质作用持续到214Ma之后(图 12d)，且该期岩浆事件(~214Ma)可能发生于陆陆碰撞过程中。由于蓝闪石的坪年龄代表了大洋板块快速俯冲消减、以及蓝片岩形成的时代，而多硅白云母的封闭温度在350℃左右(Jäger, 1979)，低于蓝闪石，因此本文获得的222.9~223.3Ma的多硅白云母年龄代表了板块俯冲作用的结束，含石榴石白云母片岩开始折返抬升，并持续到214Ma之后，在南北向伸展背景下，出露地表(Liang et al., 2017)。
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表 6 羌塘中部高压变质带部分变质杂岩年龄数据 Table 6 The chronological data for the metamorphic complexes in the high pressure metamorphic belt, Central Qiangtang |
此外，本次发现的中侏罗世斜长角闪岩(~163Ma)原岩显示OIB特征，如前所述，其形成于陆内裂谷环境。羌南地块发育同期花岗岩和碱性玄武岩(刘函等, 2015; 胡培远等, 2013)，与该期斜长角闪岩原岩构成双峰模式，表明在晚三叠世羌南、羌北碰撞造山后，进入中侏罗世后区域转为板内伸展背景(图 12e)。
5 结论(1) LA-ICP-MS锆石U-Pb定年获得荣玛地区两件不同产状斜长角闪岩的原岩结晶年龄分别为717±7Ma和163±2Ma，近似代表两期斜长角闪岩原岩的形成时间，暗示羌南地区存在前寒武基底；2件石榴石多硅白云母石英片岩锆石边部谐和年龄范围分别为267~1349Ma和214~2050Ma；2组石榴石多硅白云母石英片岩中多硅白云母40Ar/39Ar定年，分别获得分别获得224.2±1.5Ma和223.9±1.5Ma的坪年龄。
(2) 荣玛地区新元古代斜长角闪岩原岩具有E-MORB特征，而中侏罗世斜长角闪岩则显示OIB特征，前者可能形成于陆内伸展环境，响应Rodinia超大陆裂解事件，后者可能形成于大陆裂谷环境环境。
(3) 新元古代中期(~717Ma)某未知陆块可能就已逐渐开始从羌南-印度联合大陆裂解，“古特提斯洋”可能在ca. 717~517Ma之间的某个时间点就已打开，可能比以往认为的要早，甚至可与古亚洲洋类比；大洋可能在晚三叠世早期(~224Ma)才关闭，羌南、羌北的陆陆碰撞作用可能持续到214Ma以后，随后中侏罗世区域可能发生陆内伸展，发育碱性玄武岩和双峰式火成岩。
致谢 样品采集过程得到荣玛乡项目组成员王寒冻、杨波、孙喜辉、焦鹏伟等的大力协助，在此表示感谢。
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