2012, Vol. 28
2. 中国地质科学院矿床资源研究所, 北京 100037
2. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
二叠纪-三叠纪的转换是地质历史上重大事件之一，伴随着盘古大陆(Pangea Supercontinent)的裂解、新特提斯洋的开张、大陆裂谷带的形成及全球环境的变化。伴随着岩石圈的重组和超级地幔柱的活动，形成巨量的溢流玄武岩(Kent et al., 1992；Courtillot et al., 1999；Lapierre et al., 2004)。古地理重塑研究表明，新特提斯洋的开张起始于中到晚二叠纪，从北边的基墨里大陆和南边的印度-阿拉伯大陆之间裂解(Scotese and Golonka, 1993; Matte, 2002; Stampfli and Borel, 2002; Nikishin et al., 2002)。除了位于阿拉伯陆块中的扎格罗斯(Zagros)和阿曼(Oman)外(Lapierre et al., 2004)，在喜马拉雅造山带内也存在与该裂解事件相关的基性岩浆岩(Vannay and Spring, 1993; Acharyya, 1992; Garzanti et al., 1996, 1999; Garzanti and Sciunnach, 1997; Garzanti, 1993, 1999; Robertson, 1998; Corfield et al., 1999), 主要分布在西部的Panjal，中部的吉隆地区和东部的Abor地区(图 1a)。在雅鲁藏布江缝合带以南，主中央逆冲断层(MCT)以北，在高喜马拉雅带和特提斯喜马拉雅带带内，发育大量的基性岩浆岩。虽然在一些情况下缺乏精确的年龄控制，但这些岩浆岩主要(1) 形成于晚二叠纪，以Panjal溢流玄武岩为代表的火山岩(Virdi et al., 1978；Vannay and Spring, 1992；Spencer et al., 1995；Garzanti, 1999; Chauvet et al., 2008)和(2) 形成于~132Ma，与错美-班布里(Cuomei-Bunbury)大火山岩省相关的基性岩墙群(Zhu et al., 2009)。前者主要分布在喜马拉雅造山带的中部和西部，以火山岩夹层的形式产出于含化石的二叠纪沉积中(Virdi et al., 1978)，形成于印度大陆北缘，与晚二叠纪新特提斯洋裂解相关(Spencer et al., 1995；Garzanti, 1999; Chauvet et al., 2008)。后者主要集中在喜马拉雅造山带的东部，主要在羊卓雍错以东至雅拉香波穹隆地区(Zhu et al., 2009)，侵入到特提斯沉积岩中，但这些划分为早白垩纪(~132Ma)的基性岩，在岩石组成和产状上都表现出较大的变化，是否形成于同一时代，是否代表同一期岩浆作用，有待深入研究。厘定这些辉绿岩岩墙的形成时代、地球化学和同位地球化学特征不仅对于深化理解特提斯喜马拉雅带的构造背景及其演化过程，而且在限定特提斯沉积岩的形成时代等方面都具有重要意义。在雅拉香波穹窿地区，最近的野外观测在打拉二云母花岗岩体的南侧，发现一套侵入到特提斯沉积岩系(页岩和细砂岩)，较大规模的辉绿岩体(图 1b)，为限定这些沉积岩的沉积时间的下限提供了良好的机会。
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图 1 新特提斯带简要地质图(a)和藏南雅拉香波地区地质简图(b)(据Zeng et al., 2011a) 锆石U-Pb年龄数据来自于：Aikman et al. (2008), 戚学祥等(2008), Zeng et al.(2009, 2011a), Gao et al. (2012)和本文 Fig. 1 Simplified geological map of the Neotheyan belt showing the major ophiolite sequences and the Late Permian volcanic rocks (a) and simplified geological map of the Yardoi gneiss dome area (b) (after Zeng et al., 2011a) Zircon U-Pb age data after Aikmann et al. (2008), Qi et al. (2008), Zeng et al.(2009, 2011a), Gao et al. (2012) and this study |
在本文中，在野外观测和系统采样的基础上，我们对其中代表性样品(T0390)进行了SHRIMP锆石U-Pb地质年代学测试，结合全岩元素和放射性同位素(Sr和Nd)和锆石Hf同位素地球化学数据，来限定雅拉香波辉绿岩的形成时代和地球化学特征，探讨其构造动力学意义。
2 地质背景与样品描述在雅拉香波穹窿的周缘，广泛分布强烈变形、巨厚的碎屑岩为主的特提斯沉积岩系，包括浊积岩、细粒砂岩、页岩和板岩(图 1b)。已有的研究结果认为，这些岩系形成于三叠纪，和新特提斯洋的张开相关(Liu and Ensele, 1994; Garzanti, 1999)，但这些地层时代的厘定主要依据非常少的化石来确定。由于缺乏化石，许多认为的三叠纪(?)地层主要通过横向对比来确定，存在严重的不确定性。自印度和欧亚板块碰撞以来，这些沉积岩经历了多期构造变形、低于低绿片岩相的低级变质作用(Aikman et al., 2008)和花岗质岩浆侵入作用(戚学祥等，2008；Zeng et al., 2009, 2011a)。依据野外地质观测和卫星影像解译，Aikman et al. (2008) 认为自新生代以来，该地区经历过三期构造变形：(1) 发生在第三系的南北向缩短作用，形成一系列东西向、向北或向南缓倾的近直立褶皱；(2) 与向南和向北逆冲断裂活动相关的南北向缩短作用，促使早期向南的褶皱发生叠加变形；(3) 东西向伸展作用，形成NNE-SSW向裂谷。在雅拉香波穹窿及其周缘地区，自新生代以来，发育至少三套形成时代和地球化学性质不同的花岗岩，分别为：(1) 形成于~44Ma的高Sr/Y比值的二云母花岗岩(谢克家等，2010；Zeng et al., 2011a)；(2) 形成于~35.3Ma的淡色花岗岩(Zeng et al., 2009; 高利娥等，2009)；和(3) 约17~20Ma的高Sr/Y比值花岗斑岩和典型的淡色花岗岩(Zeng et al., 2011b)。除了这些花岗质岩浆岩外，在打拉二云母花岗岩体的南侧，最近的野外观测识别出一套侵入到页岩和石英砂岩中规模较大的辉绿岩体(图 1b、图 2)，同时，该岩体和沉积岩被始新世打拉二云母花岗岩侵入(图 2)。打拉辉绿岩体主要由单斜辉石、斜长石和氧化物组成，副矿物包括磷灰石和锆石，靠近沉积岩的辉绿岩显示微弱的剪切变形构造并发育黑云母和绿帘石。在区域地质调查报告中，该套由页岩和石英砂岩组成的地层被划为晚三叠纪地层(云南地调院，2005①)，主要依据该套地层与该点以东位于三安曲林的岩石组成相似，三安曲林地层含晚三叠纪化石组合，但在打拉实测剖面中未发现化石。因此，该套地层的具体时代存在疑问，有待解决。
① 云南地质调查院. 2005. 1:250000隆子县幅地质图及区域地质调查报告
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图 2 打拉辉绿岩的野外照片(a)和相应的素描图(b) Fig. 2 Field photograph (a) and respective sketch map (b) showing the intrusion of diabase into the shale and sandstone sequence of the Tethyan sedimentary rocks and the sample locations |
从具有代表性的辉绿岩样品T0390中分选出锆石，经过手工挑选、制靶和抛光，然后进行阴极发光和扫描电镜成像观察，揭示锆石的内部结构。阴极发光成像观察在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心进行。利用扫描电镜，在中国地质科学院地质研究所大陆构造与动力学国家重点实验室进行了BSE图像和锆石内部包裹体的成分测试。通过阴极发光和BSE图像来查明锆石内部结构，选取测试点，进行SHRIMP锆石U-Pb测试。锆石U-Pb同位素定年测试在在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心的网络虚拟实验室，通过SHRIMP远程共享控制系统(SHRIMP Remote Operation System, SROS)远程控制位于澳大利亚Curtin理工大学(Curtin University of Techonology)的SHRIMP II仪器而获得的。SHRIMP远程共享控制系统(SROS)由北京离子探针中心、中国计量科学研究院和吉林大学共同研发，通过Internet公共网络来远程控制SHRIMP II仪器，实现远程选取样品待测点和实时远程实验数据输出打印等功能。所用仪器为高分辨率高灵敏度离子探针SHRIMP II。分析时所用标样为TEMORA锆石，206Pb/238U年龄为417Ma，每测定3个未知点，插入一次标样测定，以便及时校正，保障测试精度。测试结果见表 1。
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表 1 藏南打拉辉绿岩（样品T0390）SHRIMP锆石U-Pb定年数据 Table 1 SHRIMP U-Pb analytical resulta for zircons from diabase (sample T03930),Dala,southem Tibet |
锆石Hf同位素测试是在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室Neptune多接收等离子质谱和Newwave UP213紫外激光剥蚀系统(LA-MC-ICP-MS)上进行的，实验过程中采用He作为剥蚀物质载气，剥蚀直径采用40μm，测定时使用锆石国际标样GJ1和Plesovice作为参考物质，分析点与U/Pb定年分析点为同一位置。相关仪器运行条件及详细分析流程见侯可军等(2007) 。分析过程中锆石标准GJ1和Plesovice的176Hf/177Hf 测试加权平均值分别为0.282007±0.000007 (2σ, n=36)和0.282476±0.000004 (2σ, n=27)，与文献报道值(侯可军等，2007；Morel et al., 2008, Sláma et al., 2008)在误差范围内完全一致。测试结果见表 2。
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表 2 藏南打拉辉绿岩（样品T0390）锆石Hf同位素组成 Table 2 Hf isotope compositions in zircons from diabase (sample T03930), Dala, southem Tibet |
为确定打拉辉绿岩的地球化学特征，通过野外系统采样和室内样品的制备，分析了它们的全岩主量和微量元素组成。主量及微量元素的测试在国土资源部国家地质实验测试中心进行。主量元素通过XRF(X荧光光谱仪3080E)方法测试，分析精度为5%。微量元素和稀土元素(REE)通过等离子质谱仪(ICP-MS-Excell)分析，含量大于10 ×10-6的元素的测试精度为5%，而小于10 ×10-6的元素精度为10%。个别在样品中含量低的元素，测试误差大于10%。分析结果列在表 3中。
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表 3 西藏打拉辉绿岩地球化学组成(主量元素：wt%；稀土和微量元素：×10-6) Table 3 Whole-rock geochemical and Sr, Nd isotopic compositions of Dala diabases, southern Tibet (major elements: wt%; trace elements: ×10-6) |
Rb-Sr和Sm-Nd同位素分析在中国地质科学院地质研究所同位素实验室进行。通过同位素稀释法，利用Finnigan MAT-262质谱仪测试Sr同位素组成及Rb、Sr、Sm和Nd的浓度。利用Nu Plasam HR MC-ICP-MS多接受等离子质谱仪(Nu Instruments)进行Nd同位素分析。Nd和Sr分析结果分别按146Nd/144Nd=0.7219和86Sr/88Sr=0.1194标准化，进行质量分馏校正。在分析样品期间，Sr同位素测试标准为NBS987，测试值为0.710247±12 (2σ)。Nd同位素标准为JMC Nd，测试值为 0.511127±12(2σ)。Sr和Nd同位素的测试精度分别为±0.000010 (n=25), and ±0.000011 (n=25)。根据SHRIMP锆石U/Pb定年的结果，打拉辉绿岩的结晶年龄约为~273Ma。所分析样品的Sr和Nd同位素的初始值按t=273Ma计算，分析结果见表 3。
4 数据与结果 4.1 辉绿岩形成时代该样品(T0390)中的锆石分为三种类型，大多数锆石为短柱状，具较宽、呈扇状分区韵律环带(板状环带)(图 3a, b)；个别为灰白色，具有明显的生长韵律环带(图 3c)；少数锆石为短柱状，中心为较宽、均匀锆石，边部为紧密的韵律环带(图 3d)；选择了具有不同结构的9颗锆石测量它们的U/Pb同位素组成，来厘定打拉辉绿岩的形成时代。测试结果表明，这些锆石在U和Th含量及U/Pb年龄上都表现出较一致的特征。U和Th的含量较低，分别在175×10-6~367×10-6，和15×10-6~58×10-6，Th/U比值为0.08~0.18。206Pb/238U年龄变化较小，在266.9Ma到278.6Ma之间，集中在谐和线的~273.0Ma附近，加权平均年龄为273.0±2.2Ma(图 4)。典型的生长韵律环带和较高的Th/U比值都表明该年龄为辉绿岩的结晶年龄。
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图 3 打拉辉绿岩锆石阴极发光(CL)图像，显示了锆石的内部结构及SHRIMP和Hf同位素测试位置 图中比例尺为40μm Fig. 3 CL images of zircons from the Dala diabase showing the internal texture and corresponding spots for SHRIMP U-Pb and LA-ICP-MS Hf isotope analyses Scale bar is 40μm |
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图 4 打拉辉绿岩SHRIMP 锆石U-Pb 定年谐和图(a)和年龄分布图(b) Fig. 4 Concordia diagram (a) and age distribution diagram (b) for SHRIMP U-Pb analytical results for zircon grains from the Dala diabase |
在测点11.1中，无论是锆石结构，还是U和Th的含量以及206Pb/238U年龄都与上述锆石不同。该点具有较高的U和Th含量，分别为上述锆石的2~3倍和约10~25倍，给出的206Pb/238U年龄较老，为505.7±4.9Ma(表 1)，为辉绿岩侵位过程中捕获的锆石。
4.2 锆石Hf同位素组成为确定打拉辉绿岩中锆石Hf同位素的组成，利用MC-ICP-MS对上述锆石进行了原位Hf同位素测试。测试结果表明：(1) 除了捕获锆石具有较低的εHf(t)外，其他锆石Hf同位素组成较均一，εHf(t)值在+2.5和+3.9之间(表 2、图 5)，加权平均值为+3.3±0.3, MSWD=0.80；(2) 176Lu/177Hf比值变化较大，变化范围为0.00013~0.00041 (表 2)；和(3) 锆石Hf同位素的亏损地幔模式年龄(tDM)较年轻，为748~802Ma。
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图 5 打拉辉绿岩锆石Hf同位素组成 Fig. 5 Hf isotope compositions in zircon grains from the Dala diabase |
在主量元素组成特征上(图 6)，打拉辉绿岩表现出以下特征：(1) SiO2含量较低，在49.5%和53.5%之间，Al2O3的变化范围较大为12.9%~15.6%；(2) FeOT(9.8%~11.8%), MgO(4.0%~7.5%)，TiO2(2.2%~3.2%)和CaO(3.9%~9.0%)含量较高；(3) 与Na2O(2.2%~3.1%)相比，K2O的较低(＜1.2%)(表 3)；(4) Mg# (=MgO/(FeO+MgO))变化较大，在38.6到55.4之间，其中样品T0390-8的Si2O含量最低，MgO含量最高(7.5%)，最接近于原始岩浆。
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图 6 打拉辉绿岩主量元素Al2O3(a)、MgO (b)、CaO (c)、TiO2(d)、FeOT (e)、Na2O (f)与SiO2之间的协变图 Fig. 6 Co-variation diagram of Al2O3(a), MgO (b), CaO (c), TiO2(d), FeOT (e) and Na2O (f) versus SiO2 in the Dala diabase |
打拉辉绿岩具有以下微量元素地球化学特征(图 7)，表现为(1) 轻重稀土明显分馏(La/Yb)N=6.47~7.36)，富集轻稀土(LREE)，相对亏损重稀土(HREE)(图 7);(2) 微弱负铕异常(Eu/Eu*=0.707~0.938)(表 3)；(3) 较高的Sr(234×10-6~439×10-6)，V (186×10-6~433×10-6), Sc (26.2×10-6~33.2×10-6), 但较低的Rb(33×10-6~76×10-6)；(4) 高场强元素(Zr, Hf, Nb和Ta)含量都较高(图 7)，并且Zr/Hf(37.6~39.5)和Nb/Ta(11.0~12.5)比值较均匀(表 3)。
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图 7 打拉辉绿岩稀土元素分配模式图(a)和微量元素配分模式图(b)(球粒陨石和原始地幔标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 7 Rare earth element distribution pattern (a) and trace element distribution pattern (b) for the Dala diabase (normalization values after Sun and McDonough, 1989) |
为确定打拉辉绿岩的Sr和Nd同位素组成特征，对8件辉绿岩样品进行了Sr和Nd同位素分析，分析结果列在表 3中，Sr-Nd的同位素组成系统关系显示在图 8中，图中投图点的大小要大于分析误差。辉绿岩具有较低的Rb(＜80×10-6)但较高的Sr(＞230×10-6)，较高的Sm(＞7.0×10-6)和Nd(＞29.0×10-6)。Rb/Sr比值较低，小于0.2011，Sm/Nd比值小于0.2475(表 3)。初始Sr同位素比值较低, 变化范围为0.706300~0.707806，但Nd同位素比值较高，εNd(t)(t=273Ma)在 -1.1和-2.4之间变化(表 3、图 8)。全岩Nd同位素组成与锆石Hf同位素特征所揭示的辉绿岩Hf同位素组成一致。
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图 8 打拉辉绿岩Sr和Nd同位素地球化学特征 数据来源：松多榴辉岩 (曾令森等, 2009)；Panjal溢流玄武岩 (Spencer et al., 1995; Chauvet et al., 2008) Fig. 8 Sr and Nd isotope systematics in the Dala diabase Data source: Sumdo eclogite (Zeng et al., 2009); Panjal flood basalts (Spencer et al., 1995; Chauvet et al., 2008) |
上述数据表明：(1) 打拉辉绿岩体形成于273.0±2.2Ma，为晚二叠纪；(2) 富集LREE，Th，Zr，Hf等，但亏损HREE；(3) 较高的Sr(87Sr/86Sr(t)=0.7063~0.7078)和Nd(εNd(t)=-1.1~-2.4)；和(4) 较高的εHf(t)(+2.5~+3.9)。该辉绿岩体侵入到由页岩和细粒砂岩组成的特提斯沉积岩中，表明这些沉积岩形成时间早于晚二叠纪，而不是晚三叠纪地层。同时，打拉辉绿岩被认为是~132Ma错美火山岩省的一部分(Zhu et al., 2009)，上述数据明显表明打拉辉绿岩形成于晚二叠纪，不属于错美火山岩省。
在特提斯喜马拉雅带的西部，发育较大规模的中-晚二叠纪的基性岩浆作用，表现为溢流玄武岩、辉绿岩体或岩脉。其中位于印度-巴基斯坦的中-晚二叠纪Panjal溢流玄武岩是典型代表。Panjal溢流玄武岩具有低钛拉斑质大陆玄武岩的特征，Nd同位素比值变化范围较小，εNd(t)为-3.6~+0.9；富集LREE和Th，具有明显的Nb和Ta负异常(Spencer et al., 1995; Chauvet et al., 2008)。微量元素和放射性同位素(Sr、Nd和Pb)地球化学特征都表明，Panjal溢流玄武岩的源区类似于OIB玄武岩，并经历了不同程度的大陆地壳的混染(Chauvet et al., 2008)，代表着发育在印度板块北缘被动大陆边缘上与新特提斯洋开张相关的岩浆事件 (Chauvet et al., 2008)。无论是在形成时间，还是在全岩元素和放射性同位素(Sr和Nd)地球化学特征上，打拉辉绿岩都表现出与Panjal溢流玄武岩相似的特征，可能是同一大规模岩浆事件在不同地区的不同表现。
从西喜马拉雅的克什米尔和Zanskar地区的Panjal暗色岩向东至中喜马拉雅的尼泊尔北部Nar-Tsum细碧岩、藏南吉隆沟Bhote Kosi玄武岩、聂拉木色龙玄武岩，再向东延伸至东喜马拉雅的Abor火山岩(Garzanti et al., 1999；朱同兴等，2002; 朱弟成等，2009)，都同属于喜马拉雅北坡特提斯沉积岩带二叠系火山岩。沿喜马拉雅山分布的二叠系火山岩的地球化学特征具有明显的相似性，尤其是中喜马拉雅地区的玄武岩普遍经历了广泛的细碧岩化作用，暗示喜马拉雅北坡东西向长达2000km的范围内具有相同或相似性质的岩浆作用和喷发构造环境 (朱同兴等，2002)。二叠纪大陆拉伸-初始裂谷火山活动标志着冈瓦纳超大陆北缘开始裂离和解体，是藏南晚古生代-早中生代新特提斯洋开启的前兆和序幕。
在相近的时间内，在西藏拉萨地块的东部，从松多到加兴，在晚古生代石英岩和碳酸岩地层中分布着一条近东西走向原岩年龄约为约270~300Ma的榴辉岩带。尽管受到海水蚀变和后期流体或岩浆渗滤作用的影响，但松多榴辉岩保存了类似于N-MORB的微量元素和放射性同位素(Sr和Nd)地球化学特征(曾令森等, 2009)。石榴石-绿辉石-全岩Sm-Nd等时线给出239±3.5Ma的等时线年龄，表明拉萨地块内部在早中生代至少发生过一期洋壳俯冲事件。但该套基性岩与同期特提斯喜马拉雅带基性岩浆作用的关系有待进一步研究。
上述数据和讨论表明：在中-晚二叠纪，大印度板块的北缘发生大规模的裂解作用，导致新特提斯洋开张和较大规模的基性岩浆作用。同时表明：位于雅拉香波穹窿南侧的原来划为晚三叠纪的地层至少应为晚二叠纪。
致谢 Curtin理工大学的高旻在装载样品，仪器调试和仪器监控方面提供了帮助；北京离子探针中心的张维在远程实验协助和数据处理方面提供了帮助；锆石标准M257由Nasdala博士提供；孟繁聪研究员和戚学祥研究员仔细审阅了稿件和提出了诸多建设性意见；在此一并表示感谢！| [] | Acharyya SK. 1992. Pan-Indian Gondwana plate break-up, rewelding and evolution of the Himalaya, Indo-Burmese range and Andaman island arc. In: Sinha AK (ed.). Himalayan Orogen and Global Tectonics. Hoboken: Wiley, 77-9 |
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