宋旭波，李應栩，李光明，劉洪，向安平

(1. 成都理工大學地球科學學院，四川 成都 610059；2.中國地質調查局成都地質調查中心，四川 成都 610081)

岡底斯構造-巖漿巖帶是夾持于雅魯藏布江結合帶與班公湖-怒江結合帶之間的一條巨型構造-巖漿巖帶[1-5]，是一個復雜的多島弧-盆體系，可進一步劃分出十余個次級地質構造單元，記錄了泥盆紀—中三疊世洋-陸轉換，晚三疊世—白堊紀盆-山轉換以及古近紀—第四紀殼幔轉換3次構造體制轉換的復雜演化歷史[6]。由于印度-亞歐大陸于65Ma的匯聚碰撞，岡底斯帶南緣的印度河-雅魯藏布江縫合帶(IYS)分別被向南逆沖的岡底斯逆沖斷裂系(GT)和向北逆沖的大反向逆沖斷裂系(GCT)改造[7-8]，導致上盤岡底斯弧花崗巖基大面積出露[4]。

岡底斯巖基是一個由基性巖到酸性巖連續(xù)演化的鈣堿性復式巖基[9]。50Ma左右俯沖板片斷離，大量軟流圈地幔物質上涌，導致大規(guī)模巖漿底侵和巖漿混合作用的發(fā)生[10-13]，其基性組分來自含石榴石的地幔，之后經(jīng)歷分離結晶和地殼混染形成中酸性巖漿[14]。花崗巖Sr-O同位素表現(xiàn)出富集組分混染虧損組分的成因模式[15]。巖基普遍顯示正的εNd(t)值和正的εHf(t)值，主體具有新元古代以來的模式年齡，表明岡底斯巖基具有較大的幔源物質的貢獻和年輕基底的特征[2,16-17]。

對岡底斯南緣巖漿巖的研究表明，岡底斯帶南部出露大量中新世埃達克質巖。侯增謙等[18]提出這些埃達克巖起源于碰撞加厚的新生鎂鐵質下地殼，而高永豐等[19]認為是滯留在地幔的洋殼殘片部分熔融的產物。但早始新世埃達克質巖卻鮮有發(fā)現(xiàn)。Ji等[20]在岡底斯南緣東段發(fā)現(xiàn)了51Ma的埃達克質花崗閃長巖。本文在岡底斯南緣中段仁布縣帕夏村發(fā)現(xiàn)了具有埃達克質巖特征的石英閃長巖，其成巖年齡49.5Ma，在野外和室內詳細研究的基礎上，分析處理了石英閃長巖的全巖地球化學數(shù)據(jù)，對該巖體的成因、構造背景和巖漿源區(qū)進行了探討。

1 地質背景

1.1 地質概況

研究區(qū)(圖1)位于岡底斯中段南緣與雅魯藏布江縫合帶北亞帶(雄如-勇拉蛇綠構造混雜巖帶)結合部位，出露地層有上三疊統(tǒng)宋熱組一段(T3s1)，主要分布于研究區(qū)南部。巖性以細砂、粉砂質板巖為主，偶夾絹云母板巖及炭質板巖，局部出露基性-超基性巖漿巖。受韌性剪切作用影響，巖石強烈破碎、褶曲、片理化，發(fā)育碎裂巖、糜棱巖，產狀混亂，表現(xiàn)為混雜巖特征。研究區(qū)內構造主要為一系列近東西向展布的逆沖斷裂，并被近南北向斷裂切割錯動。侵入巖主要分布于研究區(qū)北部，巖性為石英閃長巖，另有少量黑云母花崗巖、閃長玢巖等巖脈。

1.2 巖相學特征

圖1 研究區(qū)地質簡圖[21]

Fig.1 Simplified geological map of Paxia in Renbu, Xizang (after Yao Xiaofeng et al., 2011)

石英閃長巖風化面呈灰黃色(圖2a)，新鮮面呈灰白色，具有中-細粒半自形粒狀結構、塊狀構造(圖2b)。其中斜長石約占65%，呈半自形板狀，雜亂分布，粒徑1～3.5mm，隱約可見環(huán)帶狀構造，常被絹云母、白云母和石英交代；角閃石約占20%，呈半自形長柱狀，粒徑0.3～3mm，個別顆?？梢婋p晶(圖2c)；石英約占10%，呈它形粒狀，填隙于斜長石和角閃石之間，常交代斜長石，粒徑0.3～1.5mm；黑云母約占5%，呈鱗片狀，常被角閃石和綠泥石交代(圖2d)。副礦物可見磷灰石等。

2 樣品采集和測試方法

石英閃長巖巖性單一，本次在研究區(qū)內巖體的不同部位共采集了6件樣品，所采樣品新鮮無蝕變。

石英閃長巖的鋯石分離提純工作在廊坊誠信地質服務有限公司按標準方法完成。首先將樣品用清水洗凈并晾干，然后粉碎至80目，再分別經(jīng)過粗淘、磁選和酒精細淘等工序，最后再顯微鏡下挑選鋯石。鋯石的制靶、陰極發(fā)光(CL)顯微照相在北京鋯年領航科技有限公司完成，詳細制備流程參見宋彪等[22]。LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年是在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成。電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)的型號為Agilent 7500a，激光剝蝕系統(tǒng)為配備有193nm ArF-excimer激光器的GeoLas 2005，激光束斑直徑為30μm。采用標樣NIST610計算Th、U含量，標樣91500對Th、U、Pb同位素分餾校正，采用ICPMSDataCal 11.5處理質譜數(shù)據(jù)和Isoplot軟件計算加權平均年齡和繪制諧和圖，獲得的U-Th-Pb同位素比值數(shù)據(jù)見表1。樣品的全巖化學分析在冶金總局分析測試中心完成，按照國標采用X射線熒光光譜法和電感耦合等離子體質譜法分別測定樣品的主量元素、微量元素和稀土元素的含量，分析結果見表2。

圖2 研究區(qū)石英閃長巖野外露頭及顯微鏡下特征(正交偏光)

a.巖石風化面呈灰黃色；b.巖石具中-細粒半自形粒狀結構，塊狀構造；c.石英閃長巖中的角閃石可見雙晶，D1238B1；d.角閃石交代黑云母，D1240B1；Q.石英；Pl.斜長石；Bt.黑云母；Hb.角閃石

Fig.2 Field outcrops (a, b) and photomicrographs (c, d) of quartz diorite from Paxia in Renbu, Xizang (cross-polarized light)

表1石英閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學分析結果

Table1LA-ICP-MSzirconU-PbagedeterminationsforthequartzdioritesamplescollectedfromPaxiainRenbu,Xizang

測點編號含量(10?6)ThUPbTh/U同位素比值年齡(Ma)207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σNZTW?261701949 40 870 02150 03850 04300 02620 00770 000472694242 825 549 52 6NZTW?1823127912 30 830 07040 02530 06900 01610 00730 000393960467 815 347 12 0NZTW?171842287 90 810 06660 03650 06240 02210 00730 000382885361 521 146 82 1NZTW?1530428617 11 060 08540 04080 05410 02050 00770 0004132572153 519 849 62 2NZTW?121762069 50 860 06430 04120 04170 02340 00680 000375097441 522 843 72 2NZTW?618723711 00 790 10460 06890 04830 01940 00720 0004170988347 918 846 02 4NZTW?320724610 00 840 09640 06580 06950 02250 00790 0004155592468 221 450 52 5NZTW?2791931443112 520 04760 00330 05070 00330 00790 000176 0155 550 23 150 60 7NZTW?124127812 60 860 04910 02120 05750 01710 00800 000315478556 816 451 52 1

表2石英閃長巖主量元素(%)、微量元素(10-6)和稀土元素(10-6)含量分析結果

Table2Analyticalresultsofmajorelements(%)andtraceelements(10-6)andREE(10-6)inthequartzdioritesamplescollectedfromPaxiainRenbu,Xizang

樣品編號D1238B1D1240B1D1243?2B1D1283?1B2D1224?5B1D1200?5B1SiO254 6254 5555 0757 6753 6055 26Al2O318 3618 5617 7816 4917 4517 80FeO4 864 485 104 705 395 09Fe2O34 774 043 592 934 883 65MgO4 193 464 083 854 373 54CaO4 527 947 466 926 735 71Na2O4 834 063 613 433 675 08K2O2 261 582 092 652 422 41MnO0 250 180 170 150 180 16TiO20 970 880 770 890 990 98P2O50 370 270 280 300 310 31LOI1 900 520 980 740 941 92Total101 90100 52100 98100 74100 94101 92A/CNK0 990 810 820 780 830 83A/NK1 772 212 171 932 011 62Mg#45 2743 5546 9548 6444 7243 30Na2O+K2O7 095 645 706 096 097 50K2O/Na2O0 470 390 580 770 660 47Rb24 022 724 049 331 340 6Sr3909411000932590499Y12 212 113 014 513 914 5Ba536340368472485399La18 720 627 224 417 718 4Ce44 244 761 256 143 142 9Pr5 745 587 476 945 765 73Nd23 822 728 227 824 723 0Sm4 684 295 035 184 804 80Eu1 651 491 491 571 761 67Gd4 474 004 494 824 474 46Tb0 5860 5550 5950 6410 6310 633Dy3 182 883 023 443 443 53Ho0 5980 5560 5950 6560 6630 703Er1 651 591 741 981 821 94Tm0 2080 2420 2610 2910 2760 281Yb1 221 531 771 861 801 79Lu0 1960 2370 2890 2850 2570 266Pb16 912 011 113 58 1214 3Th2 413 544 615 042 035 04U0 990 941 271 570 531 57Nb3 075 377 017 775 437 66Ta0 2720 3880 5620 5310 2600 576Zr56 7127110110114122

(接上表)

樣品編號D1238B1D1240B1D1243?2B1D1283?1B2D1224?5B1D1200?5B1Hf2 373 913 503 432 364 76ΣREE110 98110 92143 36135 91111 18110 14ΣLREE98 8799 32130 59121 9597 8296 53ΣHREE12 1011 6112 7613 9613 3613 61δEu1 081 080 930 941 141 08La/Yb15 4013 4315 4213 089 8510 26(La/Yb)N10 469 1310 478 896 696 97Sm/Yb3 852 802 852 782 672 68Zr/Sm12 1229 5221 8021 2323 6525 46Nb/Ta11 2813 8512 4814 6420 8913 30Sr/Y32 0077 5077 0064 3742 4334 38Yb+Ta1 491 922 332 392 062 37

3 測試結果

3.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡

石英閃長巖中的鋯石晶形大多完好，晶面、晶棱清晰，晶體潔凈透明，具有油脂光澤或玻璃光澤，顆粒長度在150～220μm之間，寬度在60～100μm之間，長寬比3∶1～2∶1。鋯石的陰極發(fā)光圖像(圖3)顯示，鋯石多具核幔結構，內部發(fā)育震蕩環(huán)帶，為典型的巖漿鋯石[23]，顆粒內部由于Th、U含量不同而表現(xiàn)出明暗差異[24]。鋯石的U含量為(194～3144)×10-6，Th含量為(170～7919)×10-6，Th/U比值為0.79～2.52，均大于0.1(表1)，顯示巖漿成因鋯石的特征[25-26]，表明鋯石的結晶年齡可代表石英閃長巖的成巖年齡。測得的9個石英閃長巖鋯石點數(shù)據(jù)相對集中，均在諧和線上及其附近(圖4)，顯示出很好的諧和性，9個206Pb/238U分析數(shù)據(jù)的加權平均年齡為49.5±1.7Ma(圖4，MSWD=2.0)，測試結果可信，可代表巖體的結晶年齡，表明其侵位于49.5Ma，屬于始新世巖漿巖。

3.2 主量元素特征

石英閃長巖6件樣品的主量元素含量及特征值見表2。石英閃長巖SiO2含量為53.60%～57.67%，平均值為55.13%；Al2O3的含量為16.49%～18.56%，平均值為17.74%；(K2O+Na2O)的含量為5.64%～7.50%，平均值為6.35%；K2O/Na2O為0.39～0.77；CaO含量為4.52%～7.94%，平均值為6.55%；MgO含量為3.46%～4.37%，平均值為3.91%，Mg#為43.30～48.64；鋁飽和指數(shù)A/CNK=0.78～0.99，為準鋁質巖漿巖(圖5)。在TAS圖解(圖6)中，大部分樣品投影在Ir線附近堿性閃長巖范圍內，有兩個分別落在堿性閃長巖與二長巖的邊界上和二長巖與閃長巖的邊界上。在SiO2-K2O圖解(圖7)中，大部分樣品落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域，只有一個落入鈣堿性系列區(qū)域。以上結果表明，石英閃長巖為準鋁質高鉀鈣堿性系列巖石。

圖3 石英閃長巖中鋯石陰極發(fā)光(CL)照片

Fig.3 The cathodoluminescence (CL) images of the representative zircons in the quartz diorite samples collected from Paxia in Renbu, Xizang

圖4 石英閃長巖鋯石U-Pb諧和圖及206Pb/238U加權平均年齡

Fig.4 Concordia plot of the zircon U-Pb age data and weighted average age for the quartz diorite samples collected from Paxia in Renbu, Xizang

圖5 石英閃長巖鋁飽和指數(shù)圖解[27]

Fig.5 A/CNK vs. A/NK diagram for the quartz diorite samples collected from Paxia in Renbu, Xizang (after Irvine et al., 1971)

圖6 石英閃長巖TAS圖解[29]

Fig.6 TAS diagram for the quartz diorite samples collected from Paxia in Renbu, Xizang (after Middlemost, 1994)

3.3 微量元素特征

石英閃長巖的6件樣品的微量元素含量及特征值見表2。稀土總量ΣREE為(110.14～143.36)×10-6，平均值為120.41×10-6，其中輕稀土總量ΣLREE為(96.53～130.59)×10-6，平均值為107.51×10-6，重稀土總量ΣHREE為(11.61～13.96)×10-6，平均值為12.90×10-6；(La/Yb)N值為6.69～10.47，平均值為8.77；LREE/HREE為7.09～10.23，平均值為8.35。在球粒隕石標準化配分模式(圖8a)中表現(xiàn)為右傾型式，表明輕稀土相對富集，重稀土相對虧損，輕、重稀土分餾較為明顯，屬于輕稀土富集型。δEu為0.93～1.14，平均值為1.04，銪異常不明顯，表明石英閃長巖巖漿源區(qū)無斜長石殘留，侵位過程中沒有經(jīng)歷斜長石的分離結晶作用。

圖7 SiO2-K2O圖解[28]

Fig.7 SiO2vs. K2O diagram of the quartz diorite samples collected from Paxia in Renbu, Xizang (after Peccerillo et al., 1976)

石英閃長巖原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖8b)顯示，巖體具有明顯富集大離子親石元素(LILE)U、Th、K、Ba、Rb等和Pb、虧損高場強元素(HFSE)Ta、Nb、Ti的特征，表明巖漿源區(qū)存在金紅石的殘留或者巖漿演化中有金紅石的晶出[18, 30]。

4 討論

4.1 巖漿的源區(qū)與演化

埃達克巖是一類具有高Sr(>400×10-6)、低Y(18×10-6)和Yb(1.9×10-6)、高La/Yb(>7.6～15.0)和Sr/Y(>20.0～40.0)比值、虧損重稀土元素(HREE)和正銪異常(少數(shù)具有極弱負銪異常)獨特地球化學特征的巖石[32]。本次研究的石英閃長巖具有低Y(12.99×10-6～14.50×10-6，均小于18×10-6)、Yb(1.22×10-6～1.86×10-6，均小于1.9×10-6)、高Sr(除一個樣品為390×10-6外，其余均大于400×10-6)、較高的La/Yb值(9.85～15.42)和Sr/Y值(32.0～77.5)，相對虧損重稀土元素(HREE)，銪異常不明顯(δEu=0.93～1.14)，具有與埃達克巖[32]相似的地球化學特征。在Y-Sr/Y圖解(圖9a)中，所有樣品均落入埃達克巖范圍。在Zr/Sm-Nb/Ta圖(圖9b)中，所有樣品均投影于埃達克質巖范圍外，暗示石英閃長巖不是真正的埃達克巖，多數(shù)分析結果位于角閃巖和角閃石榴輝巖部分熔融范圍。在圖8中，石英閃長巖的微量元素和稀土元素含量均低于Ji等漸新世—中新世埃達克巖[20]，但配分曲線與之相似。這些特征表明該石英閃長巖為埃達克質巖漿巖，巖漿源區(qū)熔融程度和殘留物不同于埃達克巖。

圖8 石英閃長巖稀土元素球粒隕石標準化配分曲線(a)和微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(b)(球粒隕石值和原始地幔值據(jù)Sun等[31]；圖中淺色部分為56～48Ma岡底斯花崗巖基，深色部分為漸新世—中新世埃達克巖，數(shù)據(jù)自Ji等[20])

Fig.8 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element distribution patterns (b) for the quartz diorite samples collected from Paxia in Renbu, Xizang (after Sun et al., 1989)

石英閃長巖球粒隕石標準化配分模式(圖8a)和原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖8b)中，石英閃長巖樣品富集輕稀土元素(LREE)和K、Rb、Ba、Th等大離子親石元素(LILE)，虧損重稀土元素(HREE)和Nb、Ta、Ti等高場強元素(HFSE)，表明石英閃長巖巖漿源區(qū)殘留金紅石和角閃石，或者巖漿演化中有金紅石和角閃石的晶出[18, 30]。樣品沒有明顯的負銪異常，表明巖漿源區(qū)不存在斜長石殘留，且在巖漿演化過程中斜長石也沒有發(fā)生明顯的結晶分異。在Y-Sm/Yb圖解(圖9c)、Y-Zr/Sm圖解(圖9d)和YbN-(La/Yb)N圖解(圖9e)中，樣品均落入角閃巖部分熔融區(qū)域，表明巖漿源區(qū)為角閃巖相，源區(qū)殘留物有金紅石、角閃石，無斜長石。

圖9 (a)石英閃長巖Y-Sr/Y圖解[32]；(b)石英閃長巖Zr/Sm-Nb/Ta圖解[38]；(c)石英閃長巖Y-Sm/Yb圖解[39]；(d)石英閃長巖Y-Zr/Sm圖解[39]；(e)石英閃長巖YbN-(La/Yb)N圖解[40]；(f)石英閃長巖δEu-LaN/YbN圖解[41]；(g)石英閃長巖La-La/Yb圖解；(h)石英閃長巖Sr-Ba圖解[42]

Fig.9 Quartz diorite samples collected from Paxia in Renbu, Xizang: (a) Y vs. Sr/Y diagram (after Defant et al., 1990); (b) Zr/Sm vs. Nb/Ta diagram (after Foley et al., 2002); (c) Y vs. Sm/Yb diagram (after Hou Zengqian et al., 2005); (d) Y vs. Zr/Sm diagram (after Hou Zengqian et al., 2005); (e) YbNvs. (La/Yb)Ndiagram (after Martin, 1986); (f) δEu vs. LaN/YbNdiagram (after Chen et al., 2009; (g) La vs. La/Yb diagram; (h) Sr vs. Ba diagram (after Li et al., 2007)

已有研究表明，來源于地殼組分的巖石具有較低的Sm/Nd比值(0.15～0.20)[33]，而經(jīng)歷過地幔混染作用或來源于巖石圈地幔的巖漿，其La/Sm比值較穩(wěn)定，變化不大，La/Ta則多大于25[34]。上地幔與地殼的Rb/Sr比值平均值分別為0.034和0.35[35]。石英閃長巖樣品的Sm/Nd值為0.18～0.21，La/Sm值為3.69～5.41，La/Ta值為31.95～68.85，兼具地殼巖石和地幔巖漿的特征；Rb/Sr比值為0.024～0.081，介于上地幔和地殼之間，且靠近上地幔端元。在δEu-LaN/YbN圖解(圖9f)中，所有樣品點均落入殼幔混源區(qū)域。本次研究樣品的Mg含量較高(MgO>3%，Mg#為43.30～48.64)，高Mg特征常被解釋為底侵巖漿在上升過程中，交代地幔楔所致[36]，在此過程中造成了該區(qū)域金云母的熔融[37]。

研究區(qū)樣品在La-La/Yb圖解(圖9g)中表現(xiàn)為分離結晶作用的趨勢，表明石英閃長巖自源區(qū)侵位過程中經(jīng)歷了結晶分異作用。在Sr-Ba圖解(圖9h)中，所有點均落在白云母和角閃石兩條線之間，表明石英閃長巖巖漿在侵位過程中析出的礦物主要為白云母和角閃石。

綜上所述，研究區(qū)石英閃長巖應是角閃巖相下地殼與熔融了地幔楔中金云母的上涌熔體混合作用的產物，源區(qū)殘留相為角閃石、金紅石，無斜長石殘留。在巖漿侵位過程中經(jīng)歷了角閃石和白云母的結晶分異作用。

4.2 構造背景與巖漿演化

岡底斯巖基在50Ma左右正處于印度板塊向歐亞板塊俯沖碰撞的主碰撞階段[4]，兩個大陸板塊的直接碰撞，一是增大了新特提斯洋殼板塊的俯沖阻力，導致其發(fā)生折返(Roll back)和斷離(Breakoff)[43]，進而演化出侵位于岡底斯南緣的規(guī)模巨大的殼/幔混源和殼源花崗巖，并形成了與碰撞作用密切相關的火山-巖漿巖帶；二是該時期地殼厚度大幅增加，廣泛發(fā)育于岡底斯南緣的帕那組(53.52～43.93Ma)火山巖就是陸殼加厚以及大規(guī)模熔融的產物[44]。該時期在地表的表現(xiàn)形式為應力松弛或NS向伸展，發(fā)育了55～50Ma的平行于岡底斯帶產出的EW向正斷層系統(tǒng)[45]。結合研究區(qū)樣品巖漿源區(qū)與演化分析可知，石英閃長巖是殼/幔巖漿混合的產物，形成時代為49.5Ma左右，為陸殼加厚期間應力松弛背景下的產物。

陡深俯沖的新特提斯板片前緣在53Ma到達100km深處后，發(fā)生高密度的榴輝巖化，使俯沖板片斷裂，形成斷離窗[4]。此后俯沖板片向上折返，俯沖角度變緩[46]，造成減壓作用，導致在岡底斯帶發(fā)生EW向正斷層活動。在深部，減壓作用引起軟流圈物質透過斷離窗上涌，與上覆地幔楔發(fā)生交代和混合，巨大的熱量促使地幔楔熔融并繼續(xù)上侵至下地殼與地幔楔邊界。在殼幔邊界，底侵巖漿經(jīng)過MASH(熔融、同化、儲存、均一)過程和AFC(同化、分餾、結晶)過程[47-49]，在幔源物質不斷加熱下，繼而引發(fā)下地殼角閃巖相物質發(fā)生部分熔融，導致大規(guī)模幔源巖漿與下地殼部分熔融產物發(fā)生混合作用[44]，形成混合巖漿，并使得混合巖漿具有埃達克質巖的特征[36, 50-51]。在49.5Ma左右，混合巖漿經(jīng)過白云母和角閃石的分離結晶作用，并在巖漿源區(qū)殘留金紅石、角閃石，無斜長石殘留，形成了具有埃達克質巖性質的石英閃長巖。

5 結論

(1)石英閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為49.5±1.7Ma(MSWD=2.0)，表明巖體形成于始新世。

(2)石英閃長巖具有高Sr低Y的特征，顯示出埃達克質巖的性質，是角閃巖相下地殼與熔融了地幔楔中金云母的上涌熔體混合的產物。源區(qū)殘留相為角閃石、金紅石，無斜長石，侵位過程中經(jīng)歷了白云母和角閃石的結晶分異作用。

(3)印度板片前緣在53Ma發(fā)生斷離所產生的減壓作用引起軟流圈物質上涌透過斷離窗，與上覆地幔楔發(fā)生交代和混合并繼續(xù)上侵至殼幔邊界，導致下地殼角閃巖相物質部分熔融，發(fā)生大規(guī)模幔源巖漿底侵和巖漿混合作用，形成混合巖漿，最終侵位形成了具有埃達克質巖性質的石英閃長巖。