2013, Vol. 29
岩浆活动在板块构造机制中可以看作是大洋板块俯冲或者大陆板块碰撞等过程所伴随的深部作用响应，也是探索深部作用过程的“岩石探针”(莫宣学等，2003)，岩浆活动产物--岩浆岩为探讨地壳结构、构造演化、壳幔相互作用等大陆动力学问题提供了有效途径。青藏高原南部的冈底斯岩浆构造带自西部的葛尔到东部的察隅分布着大量的中-新生代岩浆岩，一直是国内外地质工作者关注的焦点(如：Pearce and Mei, 1988；莫宣学等, 2001, 2003, 2005；董国臣等, 2008, 2011；谢尧武等，2009)。然而，对于北冈底斯东缘的中生代岩浆岩，由于缺少高质量的年代学和地球化学数据，其岩石成因及地球动力学背景存在许多争论，更不用说北冈底斯带东延及其与三江构造岩浆带的关系。从现有的研究成果分析，其地球动力学模型有如下三种：① 新特提斯洋壳向北的低角度或平板俯冲(Coulon et al., 1986; Ding and Lai, 2003; Kapp et al., 2003)；② 冈底斯和羌塘地块碰撞过程中或碰撞后增厚地壳的重熔(Pearce and Mei, 1988；Chiu et al., 2009)；③ 班公湖-怒江洋壳向南的俯冲及断离(潘桂棠等，2006；朱弟成等, 2006, 2008, 2009)。
本文所研究的八宿岩体位于北冈底斯带东段的西藏八宿县南部，主要为花岗闪长岩和黑云母二长花岗岩(图 1)。拟通过详细的野外调研和岩石学研究，结合地球化学、锆石U-Pb年代学和锆石Hf同位素数据，探讨八宿岩体的岩石成因、源区特征，力图对其地球动力学背景进行限定。
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图 1 西藏八宿地区地质简图 Fig. 1 Geological sketch map of Basu area, Tibet |
传统上，以金沙江缝合带(JSSZ)、班公湖-怒江缝合带(BNSZ)和雅鲁藏布江缝合带(YZSZ)将青藏高原从北向南分为松潘-甘孜复理石杂岩带、羌塘、冈底斯和喜马拉雅带(Yin and Harrison, 2000)。其中位于班公湖-怒江缝合带(BNSZ)和雅鲁藏布缝合带(YZSZ)之间的冈底斯岩浆岩带，南北宽150~300km，东西长约2500km，面积达49.3×104km2(朱弟成等，2009)，是整个青藏高原岩浆作用最为发育的地区，仅中生代的岩浆岩面积就达到10.2×104km2，占整个冈底斯面积的约20％(朱弟成等，2009)。冈底斯带以沙莫勒-麦拉-洛巴堆-米拉山断裂(LMF)、噶尔-隆格尔-南木错-措麦断裂带(GLCF)和狮泉河-拉果错-永珠-纳木错-嘉黎蛇绿混杂岩带(SNNZ)为界，由南向北划分为南冈底斯(SG，即传统的冈底斯)、冈底斯弧背断隆带(GRUB)、中冈底斯(MG)和北冈底斯(NG)(图 1a)(朱弟成等，2008)。八宿地区处在北冈底斯东段，主要由侏罗系-白垩系火山沉积地层和相关侵入岩组成。其北部紧邻班公湖-怒江结合带(图 1a)。区内出露有大面积花岗岩类，包括花岗闪长岩、黑云母二长花岗岩，侵位于石炭-二叠系、泥盆系变沉积岩及朱村组火山岩中。
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图 2 花岗闪长岩中斜长石的环带结构(a-a′)及花岗闪长岩(b-b′)和石英闪长岩(c-c′)的矿物学特征 Fig. 2 The zonal texture of plagioclase in the granodiorite (a-a′) and the minerals of the granodiorite (b-b′) and quartz-diorite (c-c′) |
八宿岩体属于该花岗岩类中的一个侵入体，呈北西-南东向展布(图 1b)。岩体侵入于朱村组火山岩，北部临近班公湖-怒江缝合带。岩性主要为花岗闪长岩和石英闪长岩。岩石呈灰白色-灰绿色。
花岗闪长岩：石英25%~30%，斜长石40%左右，钾长石20%~25%，角闪石5%左右，黑云母含量相对较少。在镜下斜长石为长条状，斜消光，聚片双晶，局部斜长石还可见环带结构(图 2a)。钾长石呈板条状，发育卡式双晶；长石和角闪石有轻微的蚀变(图 2b)。
石英闪长岩：石英12%~25%，斜长石35%~50%，钾长石20%左右，角闪石15%~20%，含少量黑云母，副矿物有磷灰石和磁铁矿等。石英呈他形粒状，Ⅰ级黄白、灰和墨水蓝干涉色；长石和角闪石蚀变较严重(图 2c)。
3 分析方法锆石单矿物分选在河北省廊坊诚信地质技术服务公司完成。阴极发光显微照相在中国地质科学院完成，工作电压为15kV，电流为4nA。锆石U-Pb同位素测年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)利用LA-ICP-MS分析完成。激光剥蚀系统为GeoLas 2005，ICP-MS为Agilent 7500a。
样品的主量元素测定在中国地质大学(北京)国家重点实验室完成，采用XRF法在RIX-2100仪器上分析，分选精度优于5%。微量元素测定在中国地质大学(武汉)国家重点实验室完成，采用Agilent 7500a等离子体质谱仪(ICP-MS)测定，分选精度优于5%～10%。
锆石Hf同位素原位分析是在天津地质矿产研究所同位素实验室的多接收器电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS)(Thermo Fisher公司的Neptune)上进行的，激光器(ESI公司的UP193-FX ArF准分子激光器)的激光波长为193nm，脉冲宽度5ns，束斑直径为50μm。
4 分析结果 4.1 锆石U-Pb年龄本文对石英闪长岩(12BS09)和花岗闪长岩(12BS12)进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年。
石英闪长岩中的锆石多为长柱状(图 3a)，自形程度较好，长宽比为1：1~2：1。锆石的U含量为450×10-6~1134×10-6，Th含量为444×10-6~1505×10-6，Th/U比值为0.91~1.33，表明锆石为岩浆成因。对锆石测定数据(表 1)运用ICP-MS DATA Cal软件处理，剔除异常较大的分析点后，其余分析点206Pb/208U加权平均年龄值为120.6±1.8Ma，代表了石英闪长岩的结晶年龄。
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图 3 八宿花岗岩锆石定年谐和图 Fig. 3 The concordia diagrams for zircons of the Basu granites |
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表 1 八宿花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果 Table 1 The LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the Basu granites |
花岗闪长岩中的锆石多为长柱状(图 3b)，自形程度较好，颗粒较大。阴极发光图像显示，锆石晶形完好，震荡环带清晰。且锆石的U含量为359×10-6~1647×10-6，Th含量为299×10-6~1629×10-6，Th/U比值为0.72~1.17，具有岩浆锆石特征。对锆石测定数据运用同上软件处理，分析点206Pb/208U加权平均年龄值为119.7±1.2Ma，代表了花岗闪长岩的结晶年龄。
4.2 全岩地球化学从岩石化学成分结果看(表 2)，石英闪长岩的SiO2成分在59.03%~62.47%之间，Na2O+K2O含量为4.67%~5.61%，Al2O3为15.40%~16.35%。在TAS图解中4件样品落入闪长岩区域(图 4a)，1件落入石英闪长岩-花岗闪长岩区域。花岗闪长岩的SiO2成分在63.25%~69.09%之间；Na2O+K2O为5.28%~6.95%；Al2O3为15.10%~17.05%，在TAS图解中样品均落入花岗闪长岩区。样品铝饱和(A/CNK=Al2O3/(CaO+Na2O+ K2O))摩尔比为0.87~1.15，属于准铝质花岗岩。大多数岩石样品属于亚碱性系列(图 4a)和高钾钙-碱性系列(图 4b)，只有1件样品落入亚碱性系列和钙-碱性系列(图 4b)。
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表 2 八宿花岗岩全岩地球化学数据(主量元素:wt%；微量元素:×10-6) Table 2 Whole-rock major (wt%), trace element (×10-6) data of the Basu granites |
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图 4 八宿花岗岩岩石类型(a, 据Le Maitre, 2002)和系列划分(b)图解 (a)-total alkalis vs. silica diagram (after Le Maitre, 2002); (b)-K2O vs. SiO2 diagram Fig. 4 Classification and series diagrams of the Basu granites |
在球粒陨石标准化稀土元素图解(图 5a)上，稀土元素总量在125.8×10-6~296.2×10-6之间，全部样品均显示轻稀土元素(LREE)富集，重稀土元素(HREE)相对亏损((La/Yb)N=9.73~25.23)的特点，轻重稀土元素比值为6.9~13.61，具有明显的铕负异常(δEu=0.16~0.23)。
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图 5 八宿花岗岩球粒陨石标准化稀土元素图解(a)和原始地幔标准化微量元素蜘蛛网图(b) 球粒陨石据Boynton, 1984；原始地幔数据Sun and McDonough, 1989；上地壳数据Rudnick and Gao, 2003; 火山岩数据来自谢尧武等，2009 Fig. 5 Chondrite-normalized REE(a) and primitive-mantle-normalized trace element patterns(b)for Basu granites, Tibet Chonodrite values after Boynton, 1984; primitive mantle after Sun and McDonough, 1989; upper continent after Rudnick and Gao, 2003; the data of volcanic rocks from Xie et al., 2009 |
在原始地幔标准化微量元素蜘蛛图解(图 5b)中，大部分样品均显示强烈富集Rb、Th等大离子亲石元素，相对亏损Nb、Ta等高场强元素，相对于Rb和Th亏损Ba，富集U和Pb，亏损Sr等特征。
另外，在球粒陨石标准化稀土元素图解和原始地幔标准化微量元素蜘蛛图解上，两种岩性的样品显示出相似的分布型式，与上地壳微量元素特征类似，暗示八宿地区岩浆岩的成生很可能与上地壳有关。
4.3 锆石Hf同位素本次共分析了2件样品35颗锆石Hf同位素成分(表 3)。2件样品中176Lu/177Hf比值(0.0005~0.0014)均小于0.002，表明锆石在形成后没有明显的放射性Hf积累，可用测得的数据作为其形成时Hf同位素组成(吴福元等，2007)。石英闪长岩的176Hf/177Hf比值为0.282405~0.282473，对应的εHf(t)比值为-10.42~-7.99, 地壳模式年龄tDM为1690~1841Ma；花岗闪长岩176Hf/177Hf比值为0.282434~0.282504，对应的εHf(t) 比值为-9.38~-7.00, 地壳模式年龄tDM为1624~1777Ma。
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表 3 八宿花岗岩锆石Hf同位素数据 Table 3 Ziron Hf isotopic data of the Basu granites |
石英闪长岩(12BS09)的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年表明，20粒锆石的测定结果集中给出120.6±1.8Ma的年龄，表明其侵位时间为120.6Ma左右；花岗闪长岩的20粒锆石的测定结果集中为119.7±1.2Ma，显示出其侵位时间为119.7±1.2Ma；两个样品的测试结果进一步表明八宿岩体的侵位时间均为120Ma左右，属于早白垩世。另外，所测试的40颗锆石的年龄数据分析(图 6a)表明，这些年龄集中分布，表明八宿岩体在较短地质时期形成。
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图 6 八宿岩体锆石颗粒的U-Pb年龄分布(a)和北冈底斯地区岩体年龄统计(b) Fig. 6 The zircon U-Pb ages of the Basu granites (a) and the zircon U-Pb ages in the northeastern of Gangdese block (b) |
区域上还出露有其他花岗岩体及火山岩，如察隅岩体(朱弟成等，2009)、巴尔达岩体(张亮亮等，2010)、那曲岩体(刘伟等，2011)，巴木错安山岩(陈越等，2010)等，这些岩浆岩的研究结果(图 6b)表明，北冈底斯岩浆岩的侵位年龄介于110~130Ma之间，都属于早白垩世。八宿岩体北侧的火山岩锆石SHRIMP U-Pb定年的结果为128Ma±2Ma(谢尧武等，2009)，基本与八宿花岗岩相近，与八宿岩体为同源异相的产物。
因此，八宿岩体的测年结果进一步提供了一些新证据，表明在中、北冈底斯存在大量的岩浆活动并且在白垩纪发生了岩浆大爆发事件(朱弟成等，2008)。
5.2 岩浆演化及源区岩浆岩形成与其地球动力学过程密切相关。八宿岩体的9件样品中，除了1件外(A/CNK=1.15)，其余样品的A/CNK值均小于1(表 2、图 7a)。在La-La/Sm图解(图 7b)中，则显示出平衡部分熔融成因特点。在哈克图解(图 8)中，TiO2、Al2O3、Fe2O3T、Na2O、MgO和CaO等氧化物与SiO2均呈良好的线性关系，表明八宿岩体中石英闪长岩和花岗闪长岩具有明显的演化关系，属于同一岩浆过程产物。
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图 7 八宿岩浆岩A/NK-A/CNK图解(a)和平衡部分熔融作用模式图解(b) Fig. 7 A/NK vs. A/CNK plot (a) and equilibrium partial melting diagram (b) of the Basu granites |
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图 8 八宿花岗岩哈克图解 Fig. 8 Harker diagrams of the Basu granites |
地球化学特征反映其侵位后经过平衡部分熔融过程，岩体富集轻稀土元素，在球粒陨石标准化稀土元素图解和原始地幔标准化微量元素蜘蛛图解上，本区样品与其北部的火山岩显示出相似的分布形式，表明两者属于同一热事件的产物，且均与上地壳(Rudnick and Gao, 2003)微量元素特征类似，暗示八宿地区岩浆岩的源区很可能与上地壳有关。岩体锆石εHf(t)值均呈负值，进一步表示成岩物质来源于古老地壳。
ΣREE(×10-6)-Y/ΣREE关系图(图 9)可以看出，本区岩浆岩具有壳幔混合型的特征，进一步证明北冈底斯中生代岩浆活动具有明显的幔源物质组分的加入(朱弟成等，2008；张亮亮等，2010；陈越等，2010)。
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图 9 八宿花岗岩ΣREE-Y/ΣREE图解(底图据吕伯西等，1993) A-壳幔型花岗岩;B-壳型花岗岩;C-幔型花岗岩 Fig. 9 ΣREE vs. Y/ΣREE diagram of the Basu granites (after et al., 1993) A-granite of crust and mantle type; B-granite of crust type; C-granite of mantle type |
利用Rb-Yb+Ta图解(Pearce and Mei, 1988)可以将火山弧花岗岩和同碰撞花岗岩区分开来。通过投图后可知9个样品点均落在同碰撞花岗岩(syn-COLG)区域(图 10)，表明八宿岩体属于同碰撞构造背景产物。
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图 10 八宿花岗岩(Yb+Ta)-Rb图解(据Pearce and Mei, 1988) VAG为火山弧花岗岩;syn-COLG为同碰撞花岗岩;WPG为板内花岗岩;ORG为洋脊花岗岩 Fig. 10 (Yb+Ta) vs. Rb diagram of the Basu granites (after Pearce and Mei, 1988) |
区域对比分析，八宿岩体锆石εHf(t)呈现明显的负值，落入北冈底斯带一端，而又与拉萨地体基底相近(图 11)，暗示壳源相关岩石成因，并且与向南俯冲的班公湖-怒江特提斯大洋岩石圈断离(朱弟成等，2009；Zhu et al., 2011)有关，进一步证实了拉萨北部大规模带状的岩浆活动。八宿岩体由北东向南西呈现富碱演化趋势(图 4b)，显示出岛弧岩浆成分极性特征，也暗示着板块是从北东向南西方向俯冲的。
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图 11 八宿岩体εHf(t)-U-Pb年龄图解(中拉萨地体及北部拉萨地体岩浆岩范围及底图据Zhu et al., 2011) Fig. 11 εHf(t) vs. ages diagram of the Basu magmatic rocks, igneous rock data area of central and northern Lhasa subterrane and basic plot(based on Zhu et al., 2011) |
区内朱村组火山岩的研究结果表明，研究区属于伯舒拉岭火山岛弧的一部分，在班公湖-怒江洋岩石圈向南俯冲的地球动力学背景下产生(谢尧武等，2009)。可以推测在128Ma以前班公湖-怒江洋板块向南俯冲，研究区处于岛弧环境。至120Ma，大洋关闭，板块碰撞，造就了八宿岩体的形成环境。
因此，八宿岩体可能是在班公湖-怒江洋岩石圈向南俯冲的地球动力学背景下由地壳部分熔融而成，有地幔物质及热流参与。本文测得岩体模式年龄为1.6~1.8Ga(图 11)，很好的印证了冈底斯东部八宿等地区的早白垩世花岗岩类很可能是北冈底斯在西藏境内的东延部分(Jahn et al., 2000；Mo et al., 2007；朱弟成等，2009)。
6 结论(1) 八宿岩体花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为120Ma左右，即岩浆活动发生在早白垩世，与区内朱村组火山岩和邻区的花岗岩类岩浆活动基本相同；
(2) 八宿花岗岩类全部样品均显示轻稀土元素(LREE)富集，重稀土元素(HREE)相对亏损的特点，具有明显的铕负异常。大部分样品均显示强烈富集Rb、Th等大离子亲石元素，相对亏损Nb、Ta等高场强元素。岩体的εHf(t)值为-10.42~-7.00，其地壳模式年龄为1.6Ga~1.8Ga；
(3) 八宿岩体由壳源物质部分熔融而成，有地幔物质及热流参与，其成因可能与班公湖-怒江洋壳的南向俯冲有关。
致谢 主量元素和微量元素测试及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，锆石Hf同位素测试在天津地质矿产研究所完成；代友旭，景国庆在主、微量元素测试中提供帮助；董美玲，聂飞，代友旭，罗薇在锆石U-Pb定年及锆石Hf同位素实验测试和分析中提供帮助；在此一并致以诚挚的谢意。| [] | Blichert-Toft J, Albarède F. 1997. The Lu-Hf isotope geochemistry of chondrites and the evolution of the mantle-crust system. Earth and Planetary Science Letters, 148: 243–258. DOI:10.1016/S0012-821X(97)00040-X |
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