2016, Vol. 35
2. 海洋石油勘探开发广东省普通高校重点实验室, 广州 510006;
3. 广东省海洋资源与近岸工程重点实验室, 广州 510006;
4. 广东清远市建设工程质量监测站, 广东 清远 511515
, ZHANG Xiao1,2,3, XIA Zhong-yu1,2,3, SHI Xiao-long1,2,3, WANG Zhi-long4, HU Xi-chong1,2,3, ZHENG Hao1,2,3, XIA Bin1,2,3
2. Key Laboratory of Offshore Oil Exploration and Envelopment, Guangdong University, Guangzhou 510006, China;
3. Guangdong Provincial Key Laboratory of Marine Resources and Coastal Engineering, Guangzhou 510006, China;
4. Qingyuan Construction Quality Inspection Station, Qingyuan Guangdong 511515, China
班公湖—怒江缝合带贯穿青藏高原内部，代表了劳亚-冈瓦纳大陆之间消失的特提斯洋，是一条重要的岩相构造带(Pan et al.，2012)，主要发育侏罗纪复理石建造、蛇绿混杂岩等(西藏自治区地质矿产局，1993)，并且存在明显的地球物理异常特征(Haines et al.，2003；赵文津等，2004；潘桂棠等，2004)，也是一条重要的成矿带(曲晓明和辛洪波，2006；李光明等，2007；李金祥等，2008；佘宏全等，2009；辛洪波等，2009；耿全如等，2011，2012;曲晓明等，2012)。由于其在青藏高原演化史上的特殊地位受到国内外地质学家的广泛关注和研究，主要集中在该洋盆的形成和闭合时间，一般认为洋盆扩展形成于晚三叠世—早侏罗世，在中侏罗世俯冲消减，晚侏罗世—早白垩世晚期闭合(Yin and Harrison，2000；肖序常和李廷栋，2000；潘桂堂等，2004；邱瑞照等，2004；李金祥等，2008；康志强等，2008，2010)，其中对洋盆闭合时代和洋盆俯冲极性争议最大，闭合时间从晚侏罗世—晚白垩世均有(Yin and Harrison，2000；潘桂堂等，2004；邱瑞照等，2004；李金祥等，2008；康志强等，2008，2010；耿全如等，2011，2012；Zhu et al.，2011)。俯冲极性主要为洋内俯冲(张旗和杨瑞英，1985；史仁灯，2005)、南向俯冲(Qiu et al.，2006；朱弟成等，2006；Huang et al.，2015)、北向俯冲(Zhang et al.，2007)和双向俯冲(曹圣华等，2004，2006；潘桂棠等，2004；李金祥等，2008；杜德道等，2011)。但是以上认为俯冲的观点在野外缺少明显的洋陆俯冲形成的岛弧型岩石来证明(张玉修，2007；李建峰，2009；黄强太，2013)。
因此，笔者以改则西阿布山地区出露的闪长岩为研究对象，对其进行了地球化学、形成时代研究，并系统探讨了其构造成因和地球动力学背景，从而研究班公湖—怒江缝合带在本地区的俯冲极性。
1 区域地质背景青藏高原是地球上抬升最高的构造单元，是在一系列特提斯洋陆转换的基础上发展而成的，青藏高原特提斯域是由一系列多个近东西向延伸的地块组成，由北向南依次为祁连山、昆仑、松潘—甘孜、羌塘、冈底斯和喜马拉雅地块(图 1a)。作为羌塘地块和冈底斯地块的分界线，班公湖—怒江缝合带东西延伸全长约2000 km，南北宽度变化较大，从十几千米到近百千米。带内物质组成复杂、构造变形多样、岩浆活动强烈和成矿条件较好，因此是青藏高原上一条重要构造带和成矿带。
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a-青藏高原地质构造简图；b-研究区区域地质构造简图 图 1 研究区区域地质构造简图 Fig. 1 Simplified tectonic and geological maps of the studying area |
研究区位于班公湖—怒江缝合带西段改则县地区，南北跨3个二级构造单元，分别为南羌塘地体、班公湖—怒江缝合带和冈底斯地体(图 1a、1b)。测区分布在南羌塘地体中，出露的地层主要为亭贡错组(T3t)，该组主要是一套河流相粗碎屑岩建造，以浅灰-紫灰色砾岩为主，夹少量灰色细-粗砂岩，与上覆地层阿布山组呈角度不整合接触(陈玉禄等，2006)。本文研究对象是亭贡错组中的侵入岩，岩性主要以细粒-中粒闪长岩为主，岩体呈岩株状产出(图 2a，2b)，出露面积约10 km2，平面上呈方形展布，接触面产状为20°∠70°，在接触带处多发生角岩化。
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图 2 阿布山岩体野外出露概况及镜下(单偏光+正交)照片(Pl-斜长石；Hbl-角闪石) Fig. 2 Photos of field outcrop and specimen and microphotographs(plane-polarized light+cross-polarized light)of rocks of the Abushan intrusive body |
岩石显微结构为半自形-自形粒状结构，局部隐斑状结构，岩石基本上由同一世代的结晶矿物组成，部分呈似斑状结构，斑晶矿物有角闪石及聚斑斜长石。
斑晶成分的数量约为15%，斑晶的粒度以少量的角闪石斑晶形体较大，有5 mm，其余的斜长石斑晶形体细小，一般呈1.5 mm，以聚合斑晶形式较为多见。个别角闪石呈筛状嵌晶结构分布，有的蚀变绿帘石集合体，一般保留有板状、长柱状结构(图 2c、2d)。
基质部分主要由斜长石、柱粒状角闪石及不规则粒状钾长石、石英等组成。斜长石具半自形柱状粒状结构，不规则粒状结构，其余角闪石、钾长石、石英的粒度变化很大，石英或钾长石呈极不规则细粒体微粒体分布于斜长石间隙中。角闪石呈柱状、长柱状，有的为规则六边菱形结构切面，斜长石自形度次之，以半自形为主，少量呈自形状(图 2e、2f)。石英及钾长石均呈他形；斜长石较新鲜，一般见聚片双晶结构，双晶缝细密均匀，斜长石的环带结构发育，一般为多环不连续环带，正交偏光可见清晰的环带边界；部分角闪石，呈斑状矿物，内包较多石英及柱粒状斜长石，呈嵌晶结构，少量转变为绿帘石。
3 样品及测试方法样品分别采自南部和北部岩体，南部采集6件新鲜样品，其中KJ001进行同位素测年，样品岩性为闪长玢岩；北部岩体采集3件新鲜样品，其中D1128进行同位素测年，岩性为闪长玢岩。具体位置见 图 1b所示。
3.1 主、微量元素测试采用碱熔法制成玻璃饼，用X射线荧光光谱法(XRF)测定样品的主量元素，分析精度优于1％。锆石LA-ICP-MS U-Pb定年在中国科学院广州地球化学研究所同位素年代学和地球化学国家重点实验室完成。
样品的微量元素分析测试在Perkin-Elmer Sciex Elan 6000型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)完成。ICP-MS分析的相关仪器工作条件和方法见相关文献(刘颖等，1996；李献华等，2002)，实验测试的重现性基于对实验室和国际标准样品(GSR-1，GSR-2，GSR-3，G-2，BHVO-2，W-2，AGV-2，SY-4)的同步分离和分析。微量元素中含量大于10×10-6的样品分析精度优于5%(2σ)，含量少于10×10-6的样品的分析精度优于10%(2σ)，所有稀土元素的分析分析精度优于5%(2σ)。
3.2 锆石LA-ICP-MS U-Pb定年测试为了挑选到足量、大小合适、晶型良好的锆石颗粒，将2 kg左右的样品放在碎样机中粉碎到1 cm3，然后放入直径20 cm的不锈钢研磨钵中，置于震动磨样机中5 min。最后放在铝质淘沙盘中淘洗富集锆石，最后在双目镜下人工挑选锆石。整个分选流程使用装置彻底清洗，避免样品混染。
将待测锆石以环氧树脂固定，抛光至暴露出锆石中心面，用反光、透光及阴极发光(CL)照相，在中国科学院广州地球化学研究所激光剥蚀系统上完成U-Pb测年。应用标准锆石TEM(417 Ma)进行元素间的分馏校正，并用标准锆石SL13(572 Ma，U=238 μg/g)标定样品的U、Th及Pb含量量(Compston et al.，1984；宋彪等，2002)。详细实验流程和原理见Zhang等(2007)和Liu等(2010)。锆石U-Pb分析结果数据处理使用Ludwig(2003)提供的Isoplot软件，数据处理过程见简平等(2003)，单个数据点的误差均为1σ，采用年龄为 206 Pb/238U年龄，其加权平均值为95%的置信度。
4 地球化学及年代学 4.1 主量元素特征由阿布山岩体主量元素分析结果(表 1)可见其SiO2含量为53.14％～59.80%，平均为57.16%；Al2O3含量较高，为15.59％～18.07%，平均16.78%；K2O含量变化较大，1.11％～3.95%，平均为2.72%，显示出中钾-高钾状态；Na2O含量为3.02％～6.24%，平均为4.01%；K2O/Na2O值为0.18～1.03，显示Na2O相对富集；同时显示出具有相对较低的MgO含量，(1.77％～3.56%)，Mg#=19.97～27.55，平均为24.8。
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表 1 阿布山岩体主量元素(%)和微量(稀土)元素(×10-6)分析结果 Table 1 Compositions of major(%)and trace(×10-6)elements of the Abushan intrusive body |
由主量元素SiO2-K2O+Na2O所投图(图 3a)显示，样品都落入到闪长岩区域，TFeO-K2O+Na2O-MgO图(图 3b)显示样品为钙碱性岩石，SiO2-K2O图(图 3c)显示样品落入到中钾钙碱性系列和高钾钙碱性系列中，A/CNK-A/NK图(图 3d)显示样品为亚铝质。
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a图据Cox等(1979)；b图据Irvine和Baragar(1971)；c图据Gill(1981)；d图据Peccerillo和Taylor(1976) 图 3 阿布山岩体主量元素投图 Fig. 3 Diagrams of major elements of the Abushan intrusive rock |
由阿布山岩体微量(稀土)元素分析结果(表 1，图 4)可以看出，样品富集Rb、Th等大离子亲石元素，亏损Ta、Nb、Ti、P等高场强元素，与典型的岛弧型火山岩一致。Ti的亏损可能是由含水地幔楔熔融过程中富Ti 矿物的难溶性决定的，而P的亏损则是由于这些地幔熔体本身贫P的原因。
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图 4 阿布山岩体微量元素蛛网图 Fig. 4 The trace elements spider diagram of the Abushan intrusive rock |
由稀土元素分析结果(表 1)看出，南部的样品稀土总含量(152.14×10-6～193.83×10-6)比北部的样品稀土总含量(51.8×10-6～63.97×10-6)高，主要表现在Nb元素的强烈亏损，说明北部岩体受到地壳混染作用强烈。南部样品LREE/HREE为7.36～9.27，北部样品LREE/HREE为3.08～4.23，说明二者都是轻稀土富集型。(La/Yb)N=8.35～10.8，北部为2.69～3.53，说明为轻稀土富集型，北侧轻稀土富集不明显。δEu=0.81～0.98，平均为0.89，显示出没有明显的铕正、负异常，指示了岩浆中几乎没有长石的分离结晶，说明岩浆的分离结晶作用不明显。δCe=0.77～1.05，平均为0.91，具有弱铈异常，表明有俯冲带物质、洋底沉积物或少量脱水流体以再循环的方式进入到岩浆源区(Shimizu and Masuda，1977; 邓万明等，2001；郎兴海等，2014)。在稀土元素球粒陨石标准化图解(图 5)中，南部和北部样品都显示出相似的分配曲线，均为右倾模式，相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，轻、重稀土元素分馏较弱，分配曲线较为平缓。
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图 5 阿布山岩体稀土元素配分图 Fig. 5 The REE distribution patterns of the Abushan intrusive rock |
用于锆石U-Pb测年的样品为南部(KJ001)和北部(D1128)岩体进行了测试结果见 表 2。锆石CL图像、测点位置如 图 6所示，锆石LA-ICP-MS分析结果见表。在双目镜下观察锆石呈淡黄色，具玻璃光泽，无色透明-半透明颗粒，多数锆石颗粒较大，粒径为50～200 μm。晶形较好，大多呈双锥状，棱角分明。CL图像上显示锆石具有典型的岩浆韵律环带和明暗相间的条带结构，属于岩浆锆石的产物。
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表 2 阿布山岩体锆石LA-ICP-MS U-Pb定年数据 Table 2 LA-ICP-MS U-Pb data of zircon from the Abushan intrusive body |
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图 6 阿布山岩体锆石部分CL图及点位图 Fig. 6 CL images and LA-ICP-MS analytical spots of the zircon grains from the Abushan intrusive body |
由 表 2可知，两组锆石的Th/U值大于0.3(平均为0.60)，属于典型的岩浆锆石(Belousova et al.，2002)。利用Isoplot3(Ludwig，2003)程序进行协和曲线投影和206 Pb/238U加权平均年龄计算，得出KJ001样品加权平均年龄为113.1±1.1 Ma，D1128样品加权平均年龄为113.6±1.3 Ma(图 7)，代表了岩浆的结晶年龄，表明阿布山岩体的侵入时间为早白垩世晚期，二者为同一期岩浆活动。
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图 7 阿布山岩体锆石年龄协和图 Fig. 7 Diagrams of LA-ICP-MS U-Pb Concordia ages of the zircon grains from the Abushan intrusive body |
阿布山岩体具有富集大离子亲石元素(Rb、Th等)、轻稀土元素(La、Ce等)富集以及高场强元素(Nb、Ta、Ti等)亏损的特点，显示出与俯冲相关的岩浆的特点(Perfit et al.，1980；Miller et al.，1999；郎兴海等，2014)；岩石具有弱的负铈异常(δCe=0.77～1.05，平均为0.91)、Th/La值为0.23～0.37，平均为0.31；Ce/Pb值为0.80～15.85(＜20)，平均为5.19，反映受流体交代作用及俯冲沉积物加入影响的俯冲带岩浆岩的特征(Shimizu and Masuda，1977；邓万明等，2001；任涛等，2011；郎兴海等，2014)。选取不活动元素进行构造环境判别，在Y-Nb的判别图(图 8a)中，样品都落入到同碰撞火山岩和弧火山岩区域中，而在Y+Nb-Rb判别图(图 8b)中，样品都落入到火山弧的范围之中。在Y-Sr/Y图解(图 8c)中，样品都落入到典型岛弧火山岩区域中，在(Yb)N-(La/Yb)N图解(图 8d)中，样品也都落入到典型岛弧火山岩区域中。
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VAG-火山弧花岗岩；syn-COLG-同碰撞花岗岩；WPG-板内花岗岩；ORG-洋脊花岗岩 图 8 阿布山岩体构造环境判别图 Fig. 8 The tectonic environment discrimination diagram of the Abushan intrusive rocks |
综上所述，可以认为阿布山岩体形成于岛弧构造环境，与东北部的多不杂矿区成矿岩体形成的构造环境一致(李光明等，2007；李金祥等，2008；佘宏全等，2009；辛洪波等，2009；耿全如等，2012)。
近年来，随着国家对西藏基础地质工作的支持，特别是在班公湖—怒江成矿带部署一系列的区域地质矿产调查项目，越来越多的地质学家对该带进行了大量的年代学、岩石学成因和成矿成因等研究(李光明等，2007；李金祥等，2008；佘宏全等，2009；辛洪波等，2009；耿全如等，2012)，结果都显示在早白垩世期间，特提斯洋北向俯冲形成一系列的岛弧火山岩。本文所获得的2个岩体的年龄分别为113.1±1.1 Ma、113.6±1.3 Ma，结合其大地构造位置处于班公湖—怒江缝合带北缘，班公湖—怒江洋盆在早白垩世晚期发生大规模北向俯冲。
5.2 岩石成因前人研究认为亲石岩浆元素(如Ta、Th、La和Ce)和亲岩浆元素(Zr、Hf和Sm)的H-(H/M)图解中(赵振华，1997)，水平排列的岩石为分离结晶成因的，而倾斜排列的岩石为部分熔融成因(李昌年，1992)。本文中的样品在这类判别图中(图 9)显示都是为倾斜排列，说明其为部分熔融作用的产物，而非基性岩浆分异结晶形成的。在研究区东北部的多不杂矿区中，成矿岩体的(87 Sr/86 Sr)i值平均为0.706239，(143Nd/144 Nd)i值平均为0.512 437，εNd(t)值平均为-2.25(辛洪波等，2009；耿全如等，2012)，这些特征反映为壳-幔同熔型。而一般认为花岗岩岩浆不可能直接来源于地幔的部分熔融(Taylor and McLennan，1985)，地幔橄榄岩的部分熔融至多能产生相当于高镁安山质成分的岩浆(Hofmann，1988)。研究区阿布山岩体的SiO2含量平均为57.16%，接近60%，MgO含量平均为2.69%(＜5%)，Mg#值平均为24.8(＜50)，这些都与玄武质岩石部分熔融形成的中酸性岩浆的特征相似(Rapp et al.，1999)，而与地幔直接部分熔融形成的花岗质岩浆差别较大(Kamei et al.，2004；Jiang et al.，2006)。综上所述，笔者认为研究区内的闪长岩岩浆应该是下地壳物质的部分熔融形成的，其形成机制为：在早侏罗世或更早，班公湖—怒江特提斯洋北向开始俯冲，洋壳板片的俯冲消减作用导致地幔楔部分熔融，形成岛弧岩浆，岛弧岩浆底侵加入到岛弧地壳的底部(Atherton and Petford，1993)；到早白垩世，由于受到洋壳板片持续俯冲消减作用，使得初期形成的岛弧岩浆与下地壳发生部分熔融，形成花岗质熔体(张宏飞等，2007)，并且向地壳浅部侵位、冷凝结晶形成阿布山岩体，这种机制很好地解释了阿布山岩体具有典型岛弧型花岗岩的地球化学特征。
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图 9 阿布山岩体的La-(La/Sm)和Ce-(Ce/Zr)关系图解 Fig. 9 La-(La/Sm)and Ce-(Ce/Zr)diagrams for the Abushan intrusive rocks |
(1)阿布山岩体SiO2含量为53.14％～59.8%，平均为57.16%；K2O含量为1.11％～3.95%，平均为2.72%，变化大显示出中钾-高钾状态；Na2O含量为3.02％～6.24%，平均为4.01%，属于中-高钾钙碱性系列岩石；岩体富集大离子亲石元素(Rb、Th等)，亏损高场强元素(Nb、Ta、Ti等)，具有典型岛弧火山岩的特征。
(2)阿布山岩体南部和北部闪长岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为113.1 Ma和113.6 Ma，均为早白垩世晚期岩浆活动的产物。
(3)阿布山岩体是班公湖—怒江缝合带北向俯冲，导致地幔楔部分熔融，形成岛弧岩浆，由于持续俯冲消减作用使得初始形成岛弧岩浆与下地壳发生部分熔融，形成花岗质熔体，而后向地壳浅部侵位、冷凝结晶形成。
致谢： 野外地质调查过程中得到了西藏地调院刘鸿飞院长、西藏区调队曾庆高总工、西藏驱龙铜矿蒋光武总工的指导和帮助，岩石薄片分析得到了南京大学周国庆教授的指导和帮助，在此一并感谢。
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