2016, Vol. 32
2. 中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037
2. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
冈底斯带位于青藏高原南缘拉萨地体南部，一般指以雅鲁藏布结合带(IYZSZ)和班公湖-怒江结合带(BNSZ)为界、近东西向延伸的狭长地域，是一条长约2500km，南北宽约300km的巨型构造-岩浆带(潘桂棠等，2006)。该带西部与印度、巴基斯坦的拉达克(Ladakh)、科希斯坦(Kohistan)相连，向东绕过雅鲁藏布江大拐弯处的东喜马拉雅构造结(Eastern Himalayan Syntaxis)呈近南北向，进入缅甸北部。
冈底斯构造-岩浆岩带作为青藏高原的重要组成部分，记录了从新特提斯洋俯冲消减、印度板块与欧亚板块碰撞至板内俯冲的全过程，受到全球地质学家的广泛关注。前人将发育其内的岩浆活动划分为4个阶段：205~152Ma、109~80Ma、65~41Ma和33~13Ma(Ji et al.，2009; 纪伟强等，2009)。相对而言，学界对第一阶段(205~152Ma)岩浆事件的研究程度较低。但是由于该阶段的岩浆作用与新特提斯洋的开启、俯冲消减和最终闭合密切相关，对其的研究亦具有重要的科学意义(Chu et al.，2006;和钟铧等，2006; 张宏飞等，2007; Guo et al.，2013; Kang et al.，2014; 邱检生等，2015; Dong et al.，2015)。本文研究的墨脱辉长岩位于东喜马拉雅构造东侧，属于冈底斯岩浆岩带的东段。笔者通过对其进行详细的岩石地球化学、锆石U-Pb年代学及Sr-Nd-Hf同位素研究，试图探讨其形成时代和岩石成因，从而为新特提斯洋的构造演化提供来自岩浆岩方面的约束。
2 地质背景及样品描述东喜马拉雅构造结处于喜马拉雅造山带的东端，由于印度大陆板块的嵌入，使得近东西走向的喜马拉雅造山带转变成南北走向(图 1a)。由南迦巴瓦岩群组成的南迦巴瓦变质体自北而南总体形态呈现由N-S转为NEN-SWS方向的几何学特征，在平面上呈现北窄(10km)南宽(60km)的形态(图 1b)。该变质体外侧被雅鲁藏布江大拐弯缝合带所围限。根据大地构造填图及岩石学、矿物学、年代学等多学科综合研究，前人将研究区划分为三个构造单元：南迦巴瓦变质体(属印度陆块)、雅鲁藏布江缝合带及冈底斯岩浆岩带(Geng et al.，2006)。
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图 1 青藏高原构造格架(a，据Ji et al.，2009a)和东喜马拉雅构造结地质简图(b，据Xu et al.，2012) IYZSZ: 雅鲁藏布江缝合带；BNSZ: 班公湖-怒江缝合带 Fig. 1 Schematic geological map showing tectonic framework of the Tibetan Plateau(a，after Ji et al.，2009a)and tectonic map of the eastern Himalayan syntaxis(b，modified after Xu et al.，2012) IYZSZ: Indus-Yarlung Zangbo suture zone; BNSZ: Bangong-Nujiang suture zone |
南迦巴瓦变质体总呈一个复式背形构造，轴面向NW陡倾，是高喜马拉雅岩片东段的组成部分(许志琴等，2008)。由于研究方法和视角的不同，不同学者的划分略有不同，如(1) 孙志明等(2004a，b)根据南迦巴瓦岩群的原岩建造、变质程度的不同、变形样式的差异，将其解体为三套岩石组合：直白岩组、派乡岩组和多雄拉混合岩；(2) 许志琴等(2008) 根据岩性、变质程度、变形特征及构造边界的性质，进一步将其分为四个二级构造单元：比鲁构造岩片、直白构造岩片、南派乡构造岩片和多雄拉变质穹窿。
雅鲁藏布江缝合带大体沿雅鲁藏布江大拐弯展布，属一条宽20~40km的复杂构造带。带内以蛇绿岩和混杂堆积为特征，岩层挤压变形强烈，以剪切为主(许志琴等，2008; Xu et al.，2012; 董汉文等，2014; Dong and Xu，2016)。耿全如等(2010) 将强烈变形的蛇绿岩块分为岩块和基质两大类：岩块包括蛇绿岩套中的超镁铁岩、辉绿岩墙、辉长岩、变玄武岩类，还包括外来的石英(片)岩、大理岩和两侧老基底片麻岩等；基质是塑性变形十分强烈的绢云母石英片岩、二云母石英片岩、绿片岩等岩石组合。
冈底斯岩浆岩带位于雅鲁藏布江缝合带外侧，是一个与雅鲁藏布江大拐弯形态相似的弧形构造-岩浆带，主要由中-新元古代念青唐古拉群和白垩-古近纪冈底斯花岗岩浆带组成。作为拉萨地体的结晶基底，念青唐古拉群的变质程度达角闪岩相和麻粒岩相。白垩纪的花岗岩类(110~80Ma)为一套与雅鲁藏布江洋盆向北俯冲消减有关岛弧花岗岩类(张兆忠和邓万明，1981; Coulon et al.，1986; 邓万明，1992; Wen et al.，2008; 纪伟强等，2009; 徐旺春，2010)；晚白垩世-古近纪的花岗岩类岩石则与印度-欧亚板块碰撞有关(Mo et al.，2008; 董汉文等，2013; Xu et al.，2013)。
本文研究样品采自墨脱南背崩附近，辉长岩野外露头较新鲜，与片麻岩呈侵入接触关系，具有粗粒粒状结构(辉长结构)(图 2)，主要由斜长石(35%~45%)、单斜辉石(5%~20%)、角闪石(30%~35%)以及副矿物锆石、磷灰石、榍石和磁铁矿等组成。角闪石呈半自形粒状，多色性明显(图 2a)；斜长石矿物颗粒粗大，呈自形-半自形板状，下可见两组完全节理和典型的聚片双晶，少量斜长石呈他形包裹于单斜辉石中(图 2b)。
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图 2 墨脱辉长岩的显微镜下照片 (a)角闪石呈半自形粒状，多色性明显，两组解理清楚可见，角度约53°；(b)典型的辉长结构，斜长石矿物颗粒粗大，呈自形-半自形板状，发育聚片双晶，少量斜长石呈他形包裹于单斜辉石中.Cpx-单斜辉石；Amp-角闪石；Pl-斜长石 Fig. 2 Photomicrographs of gabbros from the Medog area |
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 1中。
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表 1 墨脱辉长岩地球化学组成(主量元素:wt%；稀土和微量元素:×10-6) Table 1 Whole-rock geochemical and Sr，Nd isotopic compositions of the Medog gabbro(major elements: wt%; trace elements: ×10-6) |
锆石分选在廊坊市科大岩石矿物分选技术服务有限公司完成，采用常规粉碎、浮选和电磁选方法进行分选。锆石阴极发光(CL)照相在北京锆年领航科技有限公司电子探针实验室采用扫描电镜完成，加速电压为15kV。锆石U-Pb同位素测年在中国地质调查局天津地质调查中心完成，仪器为Finnigan Neptune型LA-MC-ICP-MS及与之配套的Newwave UP193激光剥蚀系统，激光剥蚀斑束直径为35μm，剥蚀深度为20~40μm，锆石年龄计算采用国际标准锆石91500作为外标，元素含量采用人工合成硅酸盐玻璃NIST SRM610作为外标，29Si作为标元素进行校正。数据处理采用ICPMSDataCal 4.3程序，并采用软件对测试数据进行普通铅校正(Andersen，2002)，年龄计算及谐和图绘制采用ISOPLOT(3.0版)(Ludwig，2003)软件完成。测试结果见表 2。
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表 2 墨脱辉长岩中锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb定年数据 Table 2 LA-MC-ICP-MS U-Pb analytical results for zircons from the Medog gabbro |
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 3。
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表 3 墨脱辉长岩的锆石Hf同位素组成 Table 3 Hf isotope compositions in zircons of the Medog gabbro |
全岩Sr-Nd同位素分析在中国科技大学放射性成因同位素地球化学实验室。用阳离子交换树脂(BioRad AG50×8)分离纯化Rb、Sr和稀土元素(REE)，采用HDEHP萃淋树脂分离纯化Sm和Nd。详细的流程参见Chen et al.(2007) 。根据锆石U-Pb定年的结果，背崩辉长岩的结晶年龄为186Ma。所分析样品的Sr和Nd同位素的初始值按t=186Ma计算，扣除放射性成因Sr和Nd同位素的贡献。分析结果见表 4。
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表 4 墨脱辉长岩的Sr和Nd同位素组成 Table 4 Sr and Nd isotope compositions of the Medog gabbro |
全岩地化分析数据见表 1。在主量元素组成上，墨脱辉长岩表现出以下特征： 具中等SiO2含量，变化在48.19%和54.93%之间，平均52.3%，FeOT含量较高，为7.44%~11.1%，MgO和Mg#变化较大(MgO=4.53%~12.76%，Mg#=50.0~67.4)。在所测样品中，X20-1-1的SiO2含量最低，MgO含量最高(12.76%)，暗示其在成分上最接近于原始岩浆。样品的Al2O3的变化范围较大，为11.02%~18.15%，平均13.81%。总体而言，CaO(7.44%~12.11%)含量较高，Na2O(0.93%~2.36%)和K2O(0.49%~2.21%)含量较低。TiO2含量(0.83%~1.11%)低于大洋拉斑玄武岩和大陆溢流拉斑玄武岩的TiO2的平均值(分别为2.63%和10%，Wilson，1989)。由Harker图解(图 3)可知，SiO2与Al2O3、MgO、FeOT、Na2O都具有一定的相关性，表明结晶分异在岩浆的演化过程中具有重要作用。
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图 3 墨脱辉长岩主量元素Al2O3(a)、MgO(b)、CaO(c)、TiO2(d)、FeOT(e)、Na2O(f)与SiO2之间的协变图 Fig. 3 Co-variation diagram of Al2O3(a)，MgO(b)，CaO(c)，TiO2(d)，FeOT(e)and Na2O(f)versus SiO2 in the Medog gabbro |
墨脱辉长岩稀土总量(∑REE)变化于50.71×10-6~144.2×10-6之间，球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(图 4a)显示出轻稀土元素(LREE)相对于重稀土元素(HREE)的富集[(La/Yb)N=2.60~5.69]，并具有微弱负铕异常(Eu/Eu*=0.75~1.05)；样品具有较高的Sr(124×10-6~484×10-6)、V(189×10-6~282×10-6)和Sc(19.6×10-6~66.1×10-6)含量，Rb含量较低(3.39×10-6~93.7×10-6)。在原始地幔标准化微量元素蛛网图中(图 4b)，所测样品显示出Zr、Hf、Nb、Ta等高场强元素的负异常。此外，墨脱辉长岩的Zr/Hf(26.2~30.5)和Nb/Ta(8.05~14.9)比值较为均一，均低于原始地幔组成(Nb/Ta=17，Zr/Hf=36，Sun and McDonough，1989)。
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图 4 墨脱辉长岩球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(标准化值据Sun and McDonough，1989) Fig. 4 Chondrite-normalized REE pattern(a)and primitive mantle-normalized trace element pattern(b)for the Medog gabbro(normalization values after Sun and McDonough，1989) |
辉长岩(X20-1-1)中的锆石为长柱状，粒径为200~500μm，长轴/短轴比值为21~41。在CL图像中，所测锆石具有明显的的生长韵律环带(图 5)。选择了27颗锆石用于测定的U-Pb同位素组成。测试结果表明，这些锆石在Th和U含量及U/Pb年龄上都表现出较一致的特征。Th和U的含量较低，分别在76.4×10-6~589×10-6，和66.6×10-6~551×10-6，Th/U比值为0.82~1.40。存在生长韵律环带和较高的Th/U比值都指示这些锆石为典型的岩浆锆石。测得的206Pb/238U年龄变化较小，在184.0到188.9Ma之间，集中在谐和线的186Ma附近，加权平均年龄为185.97±0.33Ma(图 6)。这一加权平均年龄代表了辉长岩的结晶年龄。
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图 5 墨脱辉长岩的锆石阴极发光图像 Fig. 5 CL images of zircons from the Medog gabbro |
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图 6 墨脱辉长岩的LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb谐和图和加权年龄平均值 Fig. 6 Concordia curves and weighed mean age of zircons LA-MC-ICP-MS U-Pb data for the Medog gabbro |
墨脱辉长岩锆石的LA-MC-ICP-MS Hf同位素测试结果列于表 3。176Yb/177Hf比值范围为0.048702~0.171589，平均值为0.111104，176Lu/177Hf比值变化较大，变化范围为0.000832~0.002926，平均值为0.001797，176Hf/177Hf比值范围为0.282548~0.282664，平均值为0.282584。根据锆石的结晶年龄进行计算，得出εHf(t)值在-4.1~0之间(表 3、图 7)，加权平均值为-3.45±0.9，锆石Hf模式年龄tDM=866~1036Ma。
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图 7 墨脱辉长岩的εHf(t)与锆石U-Pb年龄关系图 Fig. 7 Plot of εHf(t)vs. U-Pb age of zircon from the Medog gabbro |
墨脱辉长岩的全岩Rb-Sr、Sm-Nd同位素分析结果列在表 4中，并投图于图 8中。辉长岩具有较低的Rb(3.93×10-6~93.7×10-6)但较高的Sr(122×10-6~484×10-6)，较高的Sm(3.01×10-6~8.59×10-6)和Nd(10.6×10-6~31.2×10-6)。Rb/Sr比值较低，小于0.7680，Sm/Nd比值小于0.2936(表 4)。初始Sr同位素比值较低，变化范围为0.705943~0.710329，但Nd同位素比值较高，εNd(t)(t=186Ma)在-3.06和2.84之间变化(表 4、图 8)。
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图 8 墨脱辉长岩Sr和Nd同位素地球化学特征 Fig. 8 Sr and Nd isotope systematics in the Medog gabbro |
墨脱辉长岩具有轻稀土较重稀土富集的特征，稀土含量与Sun and McDnough(1989) 报道的EMORB相当或略高。在球粒陨石标准化稀土配分图(图 4a)中，样品具有与E-MORB相似的配分模式。岩石的Zr/Y(1.72~3.34，平均为2.51)比值亦与E-MORB的特征(Zr/Y为3.32)相似。然而，墨脱辉长岩还具有富集大离子亲石(LILE)和亏损高场强元素(HFSE)的特征(如Nb=4.19×10-6~10.9×10-6，平均值7.52×10-6，Ta=0.41×10-6~0.73×10-6，平均值0.60×10-6)。前人的研究表面，在岩浆运移过程中地壳物质的加入会导致LREE和LILE富集，以及Ti、Nb、Ta等元素的亏损(Rudnick and Gao，2003)。本文所研究样品的Nb、Ta的含量与地壳中两者的含量较为接近(Nb=8×10-6，Ta＝0.7×10-6; Rudnick and Gao，2003)。样品具有相对“古老”的全岩Sr-Nd(87Sr/86Sr(t)=0.705943~0.710329，εNd(t)=-3.06~2.26，图 8)和锆石Hf同位素特征(εHf(t)=-4.1~0，tDM=866~1036Ma，图 7)，进一步暗示古老地壳物质的卷入。
5.2 大地构造意义通过近几十年的研究，学界普遍认为新特提斯洋板片俯冲经历了长期而复杂的动力学过程，主要发生在>205~40Ma期间(莫宣学等，2005; Ji et al.，2009a; 莫宣学，2011; 朱弟成等，2008; Zhu et al.，2008，2011; Guo et al.，2013; Kang et al.，2014; Li et al.，2015; Wang et al.，2015)。尽管如此，目前对中生代早期(晚三叠-早侏罗纪)岩浆作用的动力学机制尚存不同的认识，一种观点认为可能是班公湖-怒江洋向南俯冲消减的产物，如Geng et al.(2006) 对拉萨至达孜之间的叶巴组火山岩进行详细研究，认为其形成时代为早侏罗世(~181.7Ma)，具有岛弧火山岩的特点，推测其形成于班公湖-怒江洋向南的俯冲消减的结果；另一种观点则认为这一期岩浆作用与新特提洋向欧亚板块南缘的俯冲消减作用密切相关，后一种观点得到越来越多的证据支持(莫宣学等，2005; Chu et al.，2006; 张宏飞等，2007; Guo et al.，2013; Kang et al.，2014; 邱检生等，2015; Meng et al.，2016)。
本次研究的墨脱辉长岩位于东喜马拉雅构造结墨脱地区，产出于雅鲁藏布江缝合带东侧，由于东喜马拉雅构造结为一条重要地质界限，是构造格架和地貌水系发生急剧转折的地区(许志琴等，2008)，因此，本研究样品的构造属性应与冈底斯岩浆岩带南缘相当。该辉长岩形成于早侏罗世(186Ma)，反映了冈底斯带东段早侏罗世的地壳增长事件。另外，辉长岩中发育大量的含水矿物角闪石，研究表明，在大洋板块俯冲过程中，俯冲带物质的再循环可以使来自地幔楔部分熔融产生的原生玄武岩浆含相当量的水，在这种环境下形成的基性侵入体含大量角闪石(Beard，1986; 邱检生等，2015)，表明墨脱辉长岩的形成与新特提斯板片的俯冲密切相关，这意味着新特提斯洋开始俯冲消减作用的时代不晚于早侏罗世。
6 结论(1) 墨脱辉长岩富铝、低碱，集Sr、V、Sc，亏损Zr、Hf、Nb和Ta等高场强元素。εNd(t)值介于-3.06~2.26之间，87Sr/86Sr(t)值为0.705943~0.710329，并且具有相对不均一的锆石εHf(t)值(-4.1~0)。
(2) 墨脱辉长岩形成于185.97±0.33Ma，与冈底斯南缘的早侏罗世岩浆基本同期，反映了冈底斯带东段早侏罗世的地壳增长事件，即在早侏罗世时期冈底斯东段应处于新特提斯洋板片俯冲的构造背景。
致谢 天津地质调查中心耿建珍、中国地质科学院矿产资源研究所郭春丽及中国科技大学肖平分别在LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年实验、锆石Hf同位素测试及Rb-Sr和Sm-Nd同位素分析过程中给予了热情的帮助和悉心的指导。两位审稿人对本文进行了仔细评审，提出的宝贵意见使本文得以完善。在此一并表示衷心的感谢。| [] | Andersen T. 2002. Correction of common lead in U-Pb analyses that do not report 204Pb. Chemical Geology , 192 (1-2) :59–79. DOI:10.1016/S0009-2541(02)00195-X |
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