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4. 中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037
, YANG TianNan1, HOU ZengQian1, SONG YuCai1, CHENG XianFeng1,2, DING Yan1,3, CHEN Wen1, HOU KeJun4
2. Yunnan Land and Resources Vocational College, Kunming 650217, China;
3. Shandong Gold Geology and Mineral Resources Company, Laizhou 261400, China;
4. Institute of Mineral Resource, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
青藏高原是由松潘甘孜、东羌塘、西羌塘、拉萨等地块及陆间缝合带组成(如Dewey et al., 1988; Yin and Harrison, 2000; 潘桂棠和丁俊，2004；Zhu et al., 2012)，其中东羌塘、西羌塘陆块在古特提斯阶段就已经与劳亚大陆拼合在一起(如Yang et al., 2012)，但是拼合的具体过程还存在较大争议：一种观点认为是金沙江洋盆从二叠纪起持续向南俯冲直至三叠纪陆块拼合(单阶段论，Kapp et al., 2000, 2003；Pullen et al., 2008)；另一种认为经历了早中二叠世俯冲、晚二叠世-早三叠世闭合和中三叠世裂解、晚三叠世闭合的两阶段过程(两阶段论，如边千韬等，1993；Wang et al., 2009)。作为东羌塘地块和松潘甘孜地块的接合带，玉树混杂带内含有大量古特提斯演化信息，是解开金沙江西段古特提斯的一把钥匙。对其物质组成进行详细解剖，有望厘清青藏高原东北缘的特提斯演化过程。本文报道该带糜棱岩化石英闪长岩岩石学和构造变形特征，以锆石U-Pb年龄和黑云母Ar-Ar年龄限定岩浆结晶和变形冷却时代，以主、微量和Sr-Nd同位素特征讨论岩石成因，结合区域岩浆事件和构造变形资料讨论该岩体的大地构造意义。
2 地质背景和样品以金沙江缝合带为界，研究区可分为松潘甘孜地块和东羌塘地块两个构造单元(图 1、图 2)。松潘甘孜地块主要由早二叠世-中三叠世碎屑浊积岩组成(黄汲清和陈炳蔚，1987；青海省地质矿产局，1997；Feng et al., 2009)，大量三叠纪花岗岩侵位于其中(如Xiao et al., 2007；Zhang et al., 2006, 2007；时章亮等，2009；Yuan et al., 2010)。野外考察发现该带构造变形强烈，发育直立的等斜褶皱，枢纽近水平，走向稳定，为北西西向。层理极射赤平投影结果显示(图 3a)褶皱为近圆柱状的紧闭、同斜褶皱。与褶皱有关的挤压事件发生在三叠纪末，与古特提斯洋盆闭合有关(Yang et al., 2012)。
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图 1 青藏高原中北部大地构造简图(据Yang et al., 2011)，示主要构造单元及金沙江缝合带附近的三叠纪火成岩 Fig. 1 Tectonic framework of northern Tibet (after Yang et al., 2011), showing the major tectonic units and the distribution of Triassic granitoids along Jinshajiang suture |
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图 2 玉树地区地质简图(底图据青海地质调查院. 2006a①, b②; 西安地质矿产研究所, 2005③; 西藏自治区地质调查院, 2006④) Fig. 2 Geological map of the Yushu area |
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图 3 玉树地区不同地质体层理、面理极点投影(a, b数据引自Yang et al., 2012) Fig. 3 Equal-area stereonet projections of bedding and foliation of the Yushu area (data of Fig. 3a, b from Yang et al., 2012) |
①青海地质调查院. 2006a. 1：25万杂多幅区域地质调查报告
②青海地质调查院. 2006b. 1：25万治多幅区域地质调查报告
③西安地质矿产研究所. 2005. 1：25万玉树幅区域地质调查报告
④西藏自治区地质调查院. 2006. 1：25万囊谦幅区域地质调查报告
东羌塘地块主要沉积有石炭纪-三叠纪碎屑岩、碳酸盐岩组合(赵政璋等，2001)，碎屑岩中夹有大量基性-中性-酸性火山岩(Wang et al., 2008；Yang et al., 2011)，同时伴生钙碱性侵入岩(白云山等，2001；Roger et al., 2003；王秉璋等，2008；张洪瑞等，2010)。岩浆活动存在255Ma、248Ma、236Ma和216Ma四个喷发高峰(Yang et al., 2012；Zhang et al., 2013)。
玉树混杂带位于东羌塘地块北缘，其北部以治多-歇武断层与巴颜喀拉褶皱带(松潘-甘孜地块)毗连，南部以隆宝-玉树断裂与东羌塘地块相邻(图 2)。两断层在治多西北部相交，使得该带整体呈北西-南东向楔状展布。玉树混杂带主要由石炭纪-三叠纪碎屑岩、火山岩组成，含有部分枕状玄武岩、辉长岩、超基性岩(如王永文等，2004；陈健等，2007；丁妍等，2011)。该带记录了两期构造变形(Yang et al., 2012)：(1) 早期变形表现为多硅白云母及其他片状矿物的定向排列、长英质矿物的拉长，形成明显的构造面理及拉伸线理。线理的走向基本稳定，以南北向为主，代表早期构造运动矢量方向近南北。这期构造运动以简单剪切为主，形成不对称构造。(2) 晚期变形在地质图尺度上表现为“两背两向”；露头尺度见大量寄生小褶皱，小褶皱枢纽多变；显微尺度见早期面理、线理的弯曲，形成褶皱。层理产状投影表明褶皱为非圆柱状(图 3b)。野外考察、测量结果显示，这期褶皱的轴面产状近直立，走向稳定(北西西-南东东)。
本文研究的岩体位于玉树东部5km处。岩体平面图上呈椭圆状，侵入到古生代变质碎屑岩中(图 4a)。石英闪长岩主要由斜长石(50%~60%)、石英(10%~20%)、角闪石(10%~15%)和黑云母(5%~10%)组成(图 4b)。斜长石他形粒状-近半自形板状，定向排布。石英他形粒状，多呈集合体聚集，发育波状、带状消光。角闪石他形柱状，零散定向分布。黑云母鳞片-叶片状，零散定向分布。岩石有轻微蚀变，斜长石多黝帘石化、绢云母-白云母化，黑云母有少量绿泥石化。
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图 4 玉树混杂带糜棱岩化石英闪长岩照片 Fig. 4 Photographs of mylonitic quartz diorite in the Yushu mélange |
岩石韧性变形特征明显，显示为斑状结构，碎斑为粗大自形-半自形斜长石、角闪石和少量石英，基质由黑云母、角闪石和细粒石英集合体构成(图 4c, d)。具优选方位的基质矿物和拉长的碎斑构成岩体的糜棱面理，面理走向北西西，与区域第二期构造组构相平行(图 3c)。在不同方向的切片上，岩石显微构造均显示很高的对称性，变形颗粒的长短轴比基本没有变化。碎斑矿物也没有旋转的现象。这些特点表明岩体经历了纯剪变形。
3 分析方法用以分选锆石的样品采于玉树东部新寨村附近，样品坐标Q3-13 (N33°00′17″, E97°03′44″)。锆石的阴极发光图在北京离子探针中心的Gatan Chroma 仪器获得，通过HITACH S-3000N扫描电镜拍照。锆石U-Pb定年测试分析在中国地质科学院矿产资源研究所LA-MC-ICP-MS实验室完成，详细实验测试过程参见侯可军等(2009) 。数据处理采用ICPMSDataCal 4.3程序(Liu et al., 2008, 2010)。样品Q3-13的另一半用于黑云母分选，将挑选出的黑云母在中国原子能科学研究院的“游泳池堆”中进行照射，在中国地质科学院地质研究所同位素地质研究实验室多接收稀有气体质谱仪Helix MC上进行质谱分析，详细实验流程见有关文章(陈文等，2006; 张彦等，2006)。
采集新鲜、蚀变弱的岩石样品进行主量、微量及同位素分析。主量、微量元素在国家地质实验测试中心完成，主量元素采用X荧光光谱法(XRF，2100)分析，分析相对误差低于5%；微量元素在ICP-MS(X-series)上完成，分析相对误差低于5%~10%。Sr-Nd同位素在中国地质科学院地质研究所同位素地质研究实验室完成，其中Sr同位素所用仪器为MAT-262固体同位素质谱计，Nd同位素分析仪器为Nu Plasam HR MC-ICP-MS (Nu Instruments)。Sr、Nd同位素分别采用87Sr/86Sr=8.37521和143Nd/144Nd=0.7219校正。标样NBS987和JMC的测试结果分别为87Sr/86Sr=0.710248±12 (2σ)、143Nd/144Nd=0.511126±10 (2σ)。
4 分析结果 4.1 锆石U-Pb年代学样品Q3-13中的锆石大多数为无色，少部分为浅黄褐色，颗粒晶形为自形-半自形，粒径50~200μm左右，多呈短柱状，长宽比约为2：1。有些锆石内部发育不规则状包体。锆石CL图像显示具有震荡环带。锆石 LA-MC-ICP-MS 分析结果显示(表 1)，锆石的 U和Th 含量分别介于 44×10-6~320×10-6和13×10-6~74×10-6之间，Th/U 比值为0.18~0.61。该样品27个颗粒的分析结果取得较为一致的谐和年龄，206Pb/238U年龄在206~210Ma间，加权平均值为208.54±0.43Ma (MSWD=1.3) (图 5a，b)。
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表 1 玉树混杂带糜棱岩化石英闪长岩锆石U-Pb定年分析结果 Table 1 Zircon U-Pb analyses for mylonitic quartz diorite in the Yushu mélange |
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图 5 玉树混杂带中糜棱岩化石英闪长岩锆石U-Pb年龄图(a, b)和黑云母40Ar/39Ar坪年龄和等时线年龄图(c, d)，图示代表性锆石的阴极发光照片 Fig. 5 U-Pb zircon age diagrams (a, b), 40Ar/39Ar spectrum (c) and isochronal (d) age plots for biotite from quartz diorite of the Yushu mélange, representative cathodoluminescence (CL) images are shown |
Q3-13黑云母的阶段加热40Ar/39Ar年龄的数据见表 2，样品进行了12个阶段的分步加热，加热温度区间介于700~1400℃，其中850~1400℃的温度范围即第3至第12的10个连续加热阶段内，样品的40Ar/39Ar较为一致。年龄谱具有比较平坦的年龄坪，其累计39Ar占总释放量的89.2%，坪年龄为201.7±1.3Ma(图 5c)。在正等时线图上，截距年龄为202.0±3.1Ma(MSWD=0.42)(图 5d)，等时线年龄和坪年龄相当一致。
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表 2 玉树混杂带石英闪长岩黑云母40Ar/39Ar分析结果 Table 2 40Ar/39Ar analyses for biotite separates from quartz diorite of the Yushu mélange |
石英闪长岩SiO2含量在55.53%~62.88%之间(表 3)，Al2O3含量较高(16.02%~17.93%)，MgO含量在2.45%~5.51%间(Mg#=43.01~58.76)，与SiO2具有负相关关系。K2O含量在1.20%~2.55%之间，属于中-高钾系列，除Q3-5(0.98)外，Na2O/K2O比值大都>1.0。铝饱和指数A/CNK值介于0.86~0.97之间，平均为0.93，属于准铝质，总体属于钙碱性系列岩石(图 6a，b)。样品La/Nb比值在2.21~4.34间，高于大陆地壳值(2.2)。在微量元素蜘蛛网图上，表现为K，Rb，Ba，Th等大离子亲石元素(LILE)富集, 而Nb、Ta、P、Ti等高场强元素(HFSE)等则明显亏损(图 7a)。稀土元素总量ΣREE为63.97×10-6~128.4×10-6，(La/Yb)N为1.74~9.38，具有富集轻稀土、亏损重稀土的特征(图 7b)，δEu(Eu/Eu*)值为0.57~0.81，平均为0.74，具明显的Eu负异常。
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表 3 玉树混杂带石英闪长岩主量(wt%)、微量(×10-6)元素分析表 Table 3 Whole-rock major (wt%) and trace element (×10-6) compositions for quartz diorites of the Yushu mélange |
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图 6 玉树混杂带糜棱岩化石英闪长岩SiO2-(Na2O+K2O-CaO)图(据Frost et al., 2001)和A/NK-A/CNK 图(据Maniar and Piccoli, 1989) Fig. 6 (Na2O+K2O-CaO) vs. SiO2 diagram (a, after Frost et al., 2001) and A/NK-A/CNK diagram (b, after Maniar and Piccoli, 1989) for mylonitic quartz diorite in the Yushu mélange |
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图 7 玉树混杂带糜棱岩化石英闪长岩微量元素蛛网图(a，标准化值据McDonough and Sun, 1995)和稀土配分图(b，标准化值据Boynton, 1984) Fig. 7 Primitive mantle-normalized trace element diagrams (a, normalization values after McDonough and Sun, 1995) and chondrite-normalized REE patterns (b, normalization values after Boynton, 1984) for mylonitic quartz diorite in the Yushu mélange |
玉树混杂带糜棱岩化石英闪长岩的初始Sr、Nd校正采用路远发(2004) 提供的GeoKit软件程序计算，按照208Ma的锆石U-Pb年龄进行校正。计算出的87Sr/86Sr初始比值从0.70783到0.71064，143Nd/144Nd初始比值介于0.512070~0.512186之间，εNd(t)值在-5.9~-3.6间(表 4、图 8)。这些Sr-Nd同位素数据与三叠纪东羌塘和松潘甘孜地块内的花岗岩特征相类似。
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表 4 玉树混杂带石英闪长岩Sr-Nd同位素组成 Table 4 Sr-Nd isotope compositions for quartz diorites of the Yushu mélange |
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图 8 玉树混杂带变形岩体(87Sr/86Sr)i-εNd(t)图 数据来源：二叠纪东羌塘火成岩据张洪瑞等, 2010, Zhang et al. (2013) ; 松潘甘孜埃达克岩据Zhang et al. (2006) ; 东羌塘和松潘甘孜三叠纪花岗岩据Roger et al. (2003) , Xiao et al. (2007) ; 松潘甘孜A型花岗岩据 Zhang et al. (2007) ; 松潘甘孜S型花岗岩据时章亮等(2009) Fig. 8 Initial diagram for mylonitic quartz diorite in the Yushu mélange Data sources: Permian magmatic rocks in EQ from Zhang et al.(2010, 2013); adakitic rock in Songpan-Ganzi belt from Zhang et al. (2006) ; I-type granitoids in Songpan-Ganzi belt and EQ from Roger et al. (2003) , Xiao et al. (2007) ; A-type granite in Songpan-Ganzi from Zhang et al. (2007) ; S-type granite in Songpan-Ganzi from Shi et al. (2009) |
石英闪长岩中挑选出的锆石具有清晰震荡环带，其Th/U>0.1，为典型岩浆锆石，测得U-Pb加权平均年龄208.54±0.43Ma，代表了岩体的结晶年龄。区域上东羌塘地块北缘发育一套三叠纪火山岩及侵入岩，时代从237Ma持续至204Ma(Roger et al., 2003；Wang et al., 2008；王秉璋等，2008；刘银等，2010；Yang et al., 2012)，本文所述岩体即是此期岩浆活动的响应。
石英闪长岩中发育由矿物拉长或定向排列形成的糜棱面理，其中黑云母以基质的形式围绕斜长石等碎斑定向生长。黑云母具一组完全解理，平行于面理走向。挑选出的黑云母40Ar/39Ar坪年龄为201.7±1.3Ma，其累计39Ar占总释放量的89.2%。坪年龄代表了黑云母糜棱面理的时代，即该岩体遭受韧性变形的时代。Yang et al.(2012) 在该带上取得变形岩体的白云母40Ar/39Ar年龄为193~195Ma，表明三叠纪末-侏罗纪初该区经历了一期重要的构造变形事件。
5.2 岩石成因Wang et al.(2008) 曾在沱沱河地区报道有三叠纪高镁安山岩，认为是俯冲板片熔融的产物。相对于高镁安山岩(Tatsumi，2001；Jolly et al., 2007)，本区石英闪长岩具有较低MgO(2.45%~5.51%)、低Mg#(43.01~58.76)，低Cr(12.4×10-6~116×10-6)、Ni(7.74×10-6~34.2×10-6)等，表明其不属于高镁火成岩。
钙碱性安山岩的成因一般有三种模式(如Tatsumi et al., 2008)：(1) 亏损地幔的低度部分熔融；(2) 幔源镁铁质岩浆与地壳物质的同化混染或分离结晶作用；(3) 幔源岩浆底侵引起镁铁质下地壳的部分熔融。石英闪长岩体中没有见暗色包体，显微镜下未发现矿物急剧结晶的不平衡结构，岩石Sr-Nd同位素组成范围较窄，说明岩浆结晶过程中未发生同化混染或混合作用。在La-La/Sm图解和Zr-Zr/Sm图解中(图 9a，b)，石英闪长岩显示为正相关关系，说明其形成主要受部分熔融作用影响。沱沱河地区的同时代中基性火山岩具有正εNd(t)值(0.86~5.2，Wang et al., 2008)，说明东羌塘北缘在三叠纪时地幔具亏损特征。而玉树混杂带内石英闪长岩具有高Sr、负Nd的同位素特征(图 8)，排除了亏损地幔的影响；该Sr-Nd特征与区域上中下地壳熔融形成的A型、Ⅰ型和埃达克岩等的相类似，为下地壳参与熔融提供了力证。
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图 9 玉树混杂带糜棱岩化石英闪长岩La/Sm-La (a), Zr/Sm-Zr (b), Rb-Y+Nb (c)和Th/Yb-Ta/Yb (d)图解 Fig. 9 La/Sm vs. La (a), Zr/Sm vs. Zr (b), Rb vs. Y+Nb (c) and Th/Yb vs. Ta/Yb (d) diagrams for mylonitic quartz diorite in the Yushu mélange |
玉树糜棱岩化石英闪长岩具有富集大离子亲石元素，亏损高场强元素的特征，反映了俯冲带环境的影响。在Rb-Y+Nb图解上，样品都落于火山弧区域(图 9c)。在Th/Yb-Ta/Yb图解上还显示为大陆边缘弧的背景(图 9d)。该岩体形成于208Ma，与东羌塘地块北缘中-晚三叠世火成岩一起构成了一条巨大的火山岩浆带。该带上稍早期发育富铌玄武岩、高镁安山岩，岩浆活动主要集中在地块中北部，时代在237~219Ma(Wang et al., 2008；刘银等，2010)；中晚期为钙碱性安山岩-英安岩-流纹岩组合，伴有钙碱性中酸性侵入岩，主要分布在地块北缘接近缝合带处，时代集中在215~204Ma(Roger et al., 2003；王秉璋等，2008；Yang et al., 2012；本文)。尽管该条火山岩浆带的东南延伸还存在争议(Roger et al., 2003；Reid et al., 2005；Yang et al., 2012)，但它与金沙江西段缝合带的空间关系表明，其为金沙江西段洋盆向南俯冲的产物。
岩体发育北西西向糜棱面理，显示韧性变形特征，黑云母40Ar/39Ar年龄约束变形时代为201Ma。这期变形在玉树混杂带上普遍发育，为北东东向纯剪变形的结果，叠加于稍早期简单剪切变形形成的不对称构造之上。我们注意到松潘甘孜地块上也发育该期变形，变形特征和时代与玉树混杂带上的相类似，表明两地块很可能在三叠纪末已经接触，进入碰撞阶段。
作为东羌塘地块的最北缘，目前玉树混杂带上已经报道有早-中二叠世含放射虫硅质岩(朱迎堂等，2006；段其发等，2006；李善平等，2010)，258Ma具OIB特征的辉长岩(雍拥等，2011)，239Ma具MORB特征的辉长岩(段其发等，2009)。本文数据表明，该带上还发育洋盆俯冲时形成的侵入岩体及闭合阶段的变形。可见，玉树混杂带记录了金沙江洋盆裂解、俯冲闭合的全过程。
6 结论(1) 玉树混杂带中发育糜棱岩化石英闪长岩体，岩石基质矿物定向排列，形成糜棱面理，面理走向北西西，与区域构造线一致。
(2) 石英闪长岩锆石U-Pb年龄为208Ma，黑云母40Ar/39Ar年龄为201Ma。前者为岩浆结晶年龄，后者为变形冷却年龄。
(3) 岩石为准铝质中-高钾钙碱性系列，富集K，Rb，Ba，Th等大离子亲石元素, 明显亏损高场强元素，具高Sr负Nd的同位素组成，为基性下地壳的部分熔融的产物。
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