岡底斯中段堿長花崗巖鋯石U-Pb-Hf同位素特征及地質(zhì)意義
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
作者：鄭曉蒙
地球上新生代以來最為壯觀的地質(zhì)事件即印度一亞洲大陸的碰撞，兩大陸的匯聚、碰撞形成了最新、最厚、最高的高原——青藏高原。對于高原的形成過程及巖石記錄的研究始終是地學(xué)研究的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。在高原的地學(xué)研究中，巖漿巖的研究占有非常重要的地位，主要因?yàn)閹r漿來自于地球深部，蘊(yùn)含有豐富的地質(zhì)信息，是了解地球深部（巖石圈地幔）最為直接的手段和證據(jù)，因此巖漿巖及其相伴的包體常常被譽(yù)為是研究巖石圈地幔構(gòu)造演化的“窗口”(window)和“探針”(Lithoprobe)。在板片俯沖及后期陸一陸碰撞的過程中，高原發(fā)生了強(qiáng)烈的巖漿活動，形成了廣泛分布高原且種類繁多的巖漿巖，其中又以岡底斯巖漿�。◣В�( Gangdese magmatic arc)的巖漿巖分布最為集中。西藏岡底斯巖漿巖帶在大地構(gòu)造上位于印度一雅魯藏布江縫合帶(IYSZ)和班公湖一怒江縫合帶( BNSZ)之間，東西長度2500 km左右，南北寬100～300 km，是青藏高原最為重要的一條巖漿構(gòu)造帶口’’。岡底斯巖漿巖帶出露規(guī)模十分巨大，約占西藏巖漿巖出露面積的80%以上。傳統(tǒng)上，拉薩地體也被稱為岡底斯造山帶，或橫跨印度一亞洲大陸喜馬拉雅轉(zhuǎn)換帶。根據(jù)構(gòu)造域內(nèi)弧一弧、弧一陸碰撞結(jié)合帶和夾持其間的陸塊或不同性質(zhì)的各類盆地和火山巖漿弧，潘桂棠等又將岡底斯造山帶細(xì)分為班公湖一怒江縫合帶、昂龍崗日一班戈一伯舒拉嶺巖漿弧、獅泉河一拉果錯一阿索一永珠一納木
錯一嘉黎一波密弧一弧碰撞帶、岡底斯一念青唐古拉復(fù)合火山巖漿弧、日喀則弧前盆地和雅魯藏布江縫合帶6個次級地質(zhì)單元。除去岡底斯帶南北的縫合帶，結(jié)合岡底斯內(nèi)部的洛巴堆一米拉山區(qū)域大斷層和獅泉河一拉果錯一永珠一納木錯一嘉黎蛇綠混雜巖帶，Zhu et al將岡底斯巖漿巖帶從北到南劃分為北岡底斯帶，中岡底斯帶和南岡底斯帶。
狹義上的岡底斯巖漿帶（�。┍欢x為拉薩地體南部火山一巖漿作用特別發(fā)育的地帶，即南岡底斯(圖l-a)。岡底斯巖漿弧的研究始于20世紀(jì)60年代，隨后中科院青藏高原考察隊(duì)(1973-1978年)、中法合作（1980-1982年）和中一英合作(1985年)對岡底斯巖漿帶進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究，獲得了一大批年代學(xué)及同位素地球化學(xué)數(shù)據(jù)以及近15年來中國學(xué)者在岡底斯巖漿帶的年代學(xué)、巖石成因方面也取得了突破性進(jìn)展，將岡底斯巖漿演化研究推到了一個新的高度。
在板塊的碰撞中，形成了一類鉀長花崗巖或者堿長花崗巖，它們的出現(xiàn)和分布對大地構(gòu)造的演化具有很好的指示意義，也是板塊后碰撞(post-collision)過程中巖石學(xué)研究的一個熱點(diǎn)問題。在前人工作的基礎(chǔ)之上，本論文選擇岡底斯中段謝通門塔瑪?shù)貐^(qū)研究程度較低的堿長花崗巖作為研究對象，主要通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年、Lu-Hf同位素特征并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，探討堿長花崗巖形成的動力學(xué)背景和岡底斯造山帶新生代的殼幔演化過程。
1 地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征
研究區(qū)位于岡底斯巖漿弧中段南緣，毗鄰雅魯藏布江縫合帶（圖l-a）。在地理位置上緊鄰謝通門縣塔瑪鄉(xiāng)，交通相對便利（圖l-b）。區(qū)內(nèi)主要以花崗巖復(fù)式巖體為主，花崗巖體中發(fā)育有一條脆一韌性剪切帶，該剪切帶是花崗巖體中的主要地質(zhì)構(gòu)造（圖l-c）。在1:250000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時，對研究區(qū)的花崗巖復(fù)式巖體進(jìn)行了解體，厘定堿長花崗巖、花崗閃長巖、石英二長巖、二長花崗巖、石英閃長巖等。此外，區(qū)內(nèi)巖體主要由白堊紀(jì)花崗巖和新生代花崗巖組成。白堊紀(jì)花崗巖具有正的εHf(t)值，地球化學(xué)顯示火山弧花崗巖的特征，并且前人認(rèn)為白堊紀(jì)花崗巖的形成多與新特提斯洋向北的低角度俯沖有關(guān)。區(qū)內(nèi)新生代花崗巖具有高度演化的特征，Hf同位素特征變化范圍較小，具有正的εHr(t)值，表現(xiàn)出一種殼�；旌系奶卣�，該期巖漿的形成和新特提斯洋板片的斷離有關(guān)。結(jié)合前人研究成果，選擇區(qū)內(nèi)研究程度較低的堿長花崗巖為研究對象。前人對其年代學(xué)研究主要基于K-Ar法獲得。由于封閉溫度的限制，云母族等礦物的Ar封閉溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于堿長花崗巖的結(jié)晶溫度，導(dǎo)致K-Ar法通常不能準(zhǔn)確給出巖體的侵位、結(jié)晶年齡。基于以上，本文對該堿長花崗巖進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石
U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析，對前人所做的工作進(jìn)行了較大的修改，補(bǔ)充了堿長花崗巖的成因來源分析。對堿長花崗巖進(jìn)行了詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查后，選取巖體不同的部位進(jìn)行了樣品采集（樣品xy823和xy826）。
肉紅色堿長花崗巖主要由石英(20%~25%)、堿性長石（條紋長石）(55%～60%)組成，含有少量斜長石(5%～10%)以及黑云母(5%～10%)，副礦物主要有鋯石、磷灰石、磁鐵礦等（圖2）。薄片中，黑云母呈淺黃綠色到到暗綠色，屬于富鐵黑云母。巖石整體上為塊狀構(gòu)造，部分遭受糜棱巖化，形成初糜棱巖化花崗巖，在野外呈現(xiàn)為眼球狀花崗巖(圖2-a，b)。石英多為條帶狀，發(fā)育帶狀消光、變形紋、亞顆�；踔猎陬w粒邊緣有動態(tài)重結(jié)晶現(xiàn)象(圖2-d，f)；堿性長石卡式雙晶明顯，并可見明顯的微破裂（圖2-c，e）；酸性斜長石除微破裂外，還發(fā)育扭折、雙晶彎曲等顯微構(gòu)造（圖2-c）。整個巖體總體顯示出糜棱巖化花崗巖到碎裂巖化花崗巖的變形構(gòu)造特征，切過巖體核部變形較強(qiáng)。堿長花崗巖整體為中一粗�；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，堿性長石呈斑狀，肉紅色，外貌特征十分明顯（圖2-b），是堿長花崗巖顯著的特點(diǎn)。該巖體整體較為新鮮，除部分長石有高嶺土化外，其余礦物沒有發(fā)生明顯的蝕變。
2分析方法
樣品是在廊坊科大巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司挑選完成的。具體步驟如下：將所測試的花崗巖樣品首先物理粉碎，按照重力和磁選的方法進(jìn)行初步篩選，然后在雙目鏡下進(jìn)一步挑選，選出品形較好、透明度和色澤度高的鋯石，并且確保已選的鋯石完整，沒有微小裂隙或破裂。然后，把已經(jīng)挑選好的鋯石粘在環(huán)氧樹脂上，經(jīng)拋光后進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光掃描電鏡照相(CL images)。陰極發(fā)光照相是在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所大陸構(gòu)造與動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高分辨掃描電鏡一陰極發(fā)光實(shí)驗(yàn)室完成( SEM-EDS-CL)。最后根據(jù)CL圖像選擇環(huán)帶較為發(fā)育和自形程度高的鋯石進(jìn)行LA-ICP-MS定年。
鋯石U-Pb定年在中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。所測試的儀器型號為Geolas2005激光剝蝕系統(tǒng)和Agilent7500a電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)，激光束斑直徑為32 um。實(shí)驗(yàn)中，剝蝕物質(zhì)的載氣為He氣，氣體流速為270 mL/min，工作電壓為27.1 kv，剝蝕激光的能量為29 J/am2。實(shí)驗(yàn)中91500作為標(biāo)樣進(jìn)行同位素分餾校正，每隔8個測點(diǎn)用兩個91500標(biāo)樣校正；其次29Si和Nist610分別為內(nèi)外標(biāo)來校正元素含量，更加具體的實(shí)驗(yàn)操作方法見Liu YS et al。數(shù)據(jù)的處理采用ICPMSDataCa19.0軟件進(jìn)行樣品的同位素比值和U- Pb表面年齡數(shù)據(jù)處理，并利用Andersen方法對所測的數(shù)據(jù)進(jìn)行了普通鉛矯正。鋯石諧和年齡和加權(quán)平均年齡圖采用Isoplot3.0(Ludwig，2003)宏加載在Exce12003中完成。
鋯石的Lu-Hf同位素分析在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，實(shí)驗(yàn)是在Nu Plasma HR多接收電感耦合等離子質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)上進(jìn)行的。本次試驗(yàn)所測定的鋯石標(biāo)樣9 1 500的”6Hf/”7Hf數(shù)值為0.282308士12，該值與溶液法獲得的值0.282302土8在誤差范圍內(nèi)相一致。Lu-Hf同位素分析詳細(xì)的原理和操作步驟可見Wuet a1、吳福元等及侯可軍等。
3分析結(jié)果
3.1鋯石U-Pb年代學(xué)
鋯石特點(diǎn)：從陰極發(fā)光CL圖像上可以看出，鋯石大小從100 um到220um不等，顆粒大小相對均勻，半自形到自形，短柱狀到長柱狀，長短軸之比為1:1～3:1，部分鋯石內(nèi)部發(fā)育有暗色包體。CL陰極發(fā)光圖中可見明顯的巖漿韻律環(huán)帶（圖3），此外，2件樣品的232Th／U238的比值均大于0.4（表1），顯示典型的酸性侵入巖鋯石特征。在207Pb/235/U-206Pb/238U諧和圖上，2件樣品均落在諧和曲線上或者諧和曲線附近（圖4），表明鋯石在形成后沒有明顯的普通Pb丟失。對兩組樣品進(jìn)行年代學(xué)分析，去除掉個別年齡不諧和的測試點(diǎn)，對剩下的測點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算，獲得的年齡分別為：xy823=(40.02±0.39)Ma（95%置信度，MSWD=1.6）；xy826=(40.65±0.32)Ma（95%置信度，MSWD=1.09）。兩件樣品年齡在誤差范圍內(nèi)幾乎一致，因此該年齡具有高的可信度，可以很好地反映堿長花崗巖形成的年齡一侵位結(jié)晶年齡。測試結(jié)果見表1。
3.2 Lu-Hf同位素
Lu-Hf是近十年來快速發(fā)展起來的一種同位素定年和地球化學(xué)示蹤技術(shù)，在鑒別巖漿來源和巖漿作用過程具有十分廣泛的應(yīng)用。由于鋯石Lu-Hf體系具有很高的封閉溫度，并且不易被后期流體、熱事件所改造，即使是麻粒巖相的條件下，鋯石仍然可以保留最原始的Hf同位素特征。這一特征使礙鋯石可以很好地記錄巖漿巖源區(qū)不同性質(zhì)的原巖特征，結(jié)合鋯石U-Pb年齡，能為巖漿起源、地殼生長、演化及殼幔相互作用提供重要的信息。其次，鋯石Hf是判斷巖漿是否具有混染特征的最為有效的方法之一，進(jìn)而為花崗巖的物源和成因機(jī)制提供制約。此外，Lu-Hf同位素體系適于鋯石等礦物原位分析的特征，使其應(yīng)用范圍大大拓寬。鋯石是三大巖類中常見的副礦物，而且具有高的Hf含量(0.5%~2%)，因此是Hf同位素分析較為理想的礦物。鋯石中具有低的Lu含量和Lu/Hf比值，表明鋯石在形成后沒有明顯的放射性成因Hf的積累，所測定的176Hf/177Hf比值基本代表其形成時體系的Hf同位素組
成從而為討論巖石成因及大地構(gòu)造演化提供了重要的地質(zhì)信息。
鋯石原位Hf同位素的測試在鋯石U-Pb定年的相同或者相鄰部位進(jìn)行（圖中小圈為Hf同位素分析測點(diǎn)位置，大圈為鋯石U-Pb定年），其初始176Hf/”7Hf值通過相對應(yīng)的鋯石U-Pb年齡進(jìn)行校正。所有測試的鋯石均獲得較好Hf同位素數(shù)據(jù)，176Hf/177Hf的誤差值（2σ）均在0.00005以內(nèi)。樣品xy823:176Lu／177Hf比值遠(yuǎn)小于0.002；樣品xy826:176Lu/177Hf也均小于0.002。由176Lu／177Hf可以得出，鋯石形成后放射性成因的Hf積累很少，可以很好地反映鋯石形成時巖漿的Hf同位素組成特征。其中堿長花崗巖兩件樣品xy823和xy826所測試的21個點(diǎn)Hf同位素較為一致，176Hf/177Hf比值0.282633～0.282878之間，平均值為0.282765，計(jì)算所得的εHr(t)值介于- 4.08～4.15，平均值為0.28，峰值在- 1～1之間；TDMC
模式年齡在822～1373 Ma，平均值為1075Ma，峰值年齡為1000~1200 Ma（圖5）。Hf同位素的詳細(xì)測試結(jié)果見表2。
4討論
4.1年代學(xué)意義
岡底斯巖漿弧的巖漿成因和新特提斯洋的打開、俯沖、關(guān)閉以及最后印度一歐亞大陸的碰撞具有密切的關(guān)系。莫宣學(xué)根據(jù)巖漿活動的大地構(gòu)造動力學(xué)背景，將岡底斯中一新生代的巖漿活動劃分為3個主要階段：(1)新特提斯洋板片的俯沖階段(>65 Ma)；(2)同碰撞階段(65～40 Ma)，(3)后碰撞階段（～40 Ma以來）。其次，紀(jì)偉強(qiáng)等和徐旺春搜集了岡底斯巖漿巖的大量鋯石U-Pb年代學(xué)數(shù)據(jù)，通過對這些年代學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將岡底斯帶的巖漿活動劃分為205～152 Ma．109～80 Ma,65～41 Ma,33～13 Ma四個主要活動期。本次研究所獲得的堿長花崗巖巖體年齡處于第三個活躍期，在大地構(gòu)造上，屬于主碰撞期到后碰撞期的轉(zhuǎn)換階段（約40 Ma）。目前，在岡底斯關(guān)于碰撞到后碰撞轉(zhuǎn)換期的火成巖的研究相對較少，本文獲得的40 Ma的堿長花崗巖的年齡補(bǔ)充了主碰撞期到后碰撞期巖漿活動的年代學(xué)數(shù)據(jù)，從巖石學(xué)角度出發(fā)，為板片碰撞的動力學(xué)過程及模式提供證據(jù)。
4.2 Lu-Hf同位素
鋯石的Hf同位素能有效地反映巖漿的來源。本文研究的兩件樣品的εHr(t)平均值為
0.28，表現(xiàn)出一種古老地殼的熔融或再循環(huán)。2件樣品的εHr(t)值明顯的為正負(fù)相間，為典型的殼�；烊拘�，具有較小的εHf(t)值，表明在大約40 Ma時幔源物質(zhì)的底侵中有大量古老地殼物質(zhì)的加入。其次，樣品具有較老的模式年齡，TDMC在822～1373 Ma，平均值為1075 Ma，峰值年齡為1000～1200 Ma（圖5），這有可能說明了拉薩地體中可能零星分布有古老
的結(jié)晶基底或者中部拉薩地體古老的物質(zhì)剝蝕進(jìn)入了南邊的岡底斯帶，通過混染的方式進(jìn)入到了古新世一始新世花崗巖中，使得岡底斯帶中的εHf(t)值顯著降低，因此，部分地區(qū)的εHr(t)值有可能為負(fù)，這也和朱弟成、董昕以及徐旺春等取得的認(rèn)識相一致。
在岡底斯地區(qū)，40～50 Ma的花崗巖鋯石Hf表現(xiàn)出富集特征，εHf(t)數(shù)值在0附近，我們所獲得的堿長花崗巖的εHf(t)均值(0.28)也處在0線附近(圖5)。此外，這和曲水巖基中的基性包體的地質(zhì)時代較為一致，說明了這時在岡底斯地區(qū)存在有大規(guī)模的基性巖漿底侵，導(dǎo)致了地殼物質(zhì)發(fā)生熔融，形成了始新世花崗質(zhì)巖石。該時期基性巖漿的底侵很可能和新特斯洋板片的高角度俯沖有關(guān)，在40～50 Ma時由于印度一歐亞板塊進(jìn)一步碰撞，板片在50 Ma期間發(fā)生斷離，引起了軟流圈地幔的上涌，導(dǎo)致了該期花崗質(zhì)巖漿的形成（圖6）。
5結(jié)論
通過對岡底斯中段謝通門塔瑪?shù)貐^(qū)的堿長花崗巖的研究，本文主要取得以下幾點(diǎn)認(rèn)識：
(1)通過LA-ICP-MS鋯石U—Pb定年，獲得了岡底斯中段謝通門塔瑪?shù)貐^(qū)堿長花崗巖的侵位年齡為40 Ma，屬于印度一亞洲主碰撞期到后碰撞轉(zhuǎn)換時形成的花崗巖。
(2)堿長花崗巖鋯石的εHf（t)值為：176Hf/”7Hf比值在0.282633～0.282878，平均值為0.282765，計(jì)算所得的εHf(t)值介于-4.08—4.15，平均值為0.28，峰值在- 1～+1之間；TDMC模式年齡在822～1373 Ma，平均值為1075 Ma，峰值年齡為1000～1200 Ma。
(3)結(jié)合Lu- Hf同位素和研究區(qū)大地構(gòu)造背景，區(qū)內(nèi)堿長花崗巖可能是由始新世時新特斯洋板片的斷離，導(dǎo)致軟流圈上涌，使的具有中元古代到新元古代早期模式年齡的地殼發(fā)生部分熔融，在這期間具有幔源物質(zhì)的加入。
6提要：
本文對岡底斯巖漿帶中段謝通門塔瑪?shù)貐^(qū)堿長花崗巖進(jìn)行了原位LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年和LA-MC-ICP-MS鋯石Lu-Hf同位素分析。研究結(jié)果表明，采自該巖體不同部位的兩件鋯石U-Pb同位素加權(quán)平均年齡分別為(40.02±0.39)Ma和(40.65±0.32)Ma，具有幾乎一致的地質(zhì)年齡，即堿長花崗巖侵位結(jié)晶年齡為40 Ma左右。LA-MC-ICP-MS鋯石Lu-Hf同位素研究顯示，176Hf/177Hf比值在0.282633～0.282878，平均值為0,282765，計(jì)算所得的εHr(t)值介于-4.08～4.15，平均值為0.28，峰值在-1~十1之間；TDMC模式年齡在822～1373 Ma，平均值為1075 Ma，峰值年齡為1000～1200 Ma。其次，樣品的εHr(t)值具有正負(fù)相間的特點(diǎn)，εHr(t)也相對較小，為典型的殼�；烊拘�，巖漿源區(qū)主要以古老地殼的熔融為主。綜合研究表明，謝通門塔瑪?shù)貐^(qū)堿長花崗巖主要是由新特斯洋板片的斷離，致使軟流圈地幔上涌，引起拉薩地體地殼物質(zhì)的熔融、再循環(huán)而形成的，在這個過程中有部分幔源物質(zhì)的加入。
