蘆維瑞 張澤明,2 李文壇 安文濤 任宏飛 郭明明 王迪 吳雙鵬

1.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083 2.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037

喜馬拉雅造山帶形成在新生代印度與亞洲大陸碰撞過程中(Dewey and Bird,1970;Yin and Harrison,2000)。喜馬拉雅造山帶東、西兩端的南迦巴瓦構(gòu)造結(jié)和南迦帕爾巴特構(gòu)造結(jié)處于大陸碰撞的前緣位置，此處的巖石經(jīng)歷了強(qiáng)烈的變質(zhì)、變形和快速抬升，是研究碰撞造山與高原隆升的理想場所(丁林等,1995;鐘大賚和丁林,1996;張進(jìn)江等,2003)。南迦巴瓦構(gòu)造結(jié)核部出露有大量高壓麻粒巖，其代表印度大陸俯沖后折返上來的物質(zhì)，記錄了喜馬拉雅造山帶的形成與演化歷史。

前人對南迦巴瓦雜巖中的高壓麻粒巖進(jìn)行了較多的鋯石U-Pb年代學(xué)研究，獲得了許多不同的年齡，由此對這些高壓麻粒巖的變質(zhì)與部分熔融時間、持續(xù)過程，以及高壓麻粒巖和南迦巴瓦雜巖的成因給出了不同的解釋(Ding and Zhong,1999;Dingetal.,2001;Liuetal.,2007;Zhangetal.,2010,2012,2015,2018,2021;Xuetal.,2010;Suetal.,2012;Zengetal.,2012;劉鳳麟和張立飛,2014;Pengetal.,2018;Tianetal.,2019,2020;Kangetal.,2020)。但是，所獲得的不同年齡能否表明，南迦巴瓦地區(qū)的麻粒巖具有不同的形成演化歷史還需要深入研究。特別需要對定年礦物(如鋯石和獨居石)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和微區(qū)成分進(jìn)行深入分析，對原位定年結(jié)果進(jìn)行合理解釋。本文對6個泥質(zhì)高壓麻粒巖(藍(lán)晶石榴黑云片巖)中的鋯石和獨居石進(jìn)行系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、U-(Th)-Pb同位素和微量元素分析，以求揭示這些巖石中定年礦物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、微區(qū)成分和年齡特征，約束巖石的變質(zhì)、深熔時間和持續(xù)過程。本文研究表明，所研究樣品中的鋯石和獨居石具有相似的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但由于不同結(jié)構(gòu)域生長寬度和分析點大小的限制，無法對全部結(jié)構(gòu)域進(jìn)行分析，進(jìn)而使3個樣品獲得了較大的變質(zhì)與深熔年齡范圍，而另外3個樣品獲得了年輕、且較小的變質(zhì)與深熔年齡范圍。綜合已有的資料，筆者認(rèn)為南迦巴瓦雜巖中的高壓麻粒巖很可能具有相同的長期變質(zhì)與深熔歷史。但由于定年礦物結(jié)晶能力的差異和分析方法的限制，筆者認(rèn)為不能從某些樣品中獲得全部變質(zhì)年齡信息。

1 地質(zhì)背景

位于青藏高原南部的喜馬拉雅造山帶由四個構(gòu)造單元組成，從北向南依次是特提斯喜馬拉雅、高喜馬拉雅、低喜馬拉雅和次喜馬拉雅系列，它們之間分別為藏南拆離系(STDS)、主中央逆沖斷裂(MCT)和主邊界逆沖斷裂(MBT)(圖1a;Yin and Harrison,2000)。特提斯喜馬拉雅巖系北以印度-雅魯藏布江縫合帶(ITSZ)為界，南以藏南拆離系為界。ITSZ代表印度與亞洲大陸之間新特提斯洋盆的殘留。STDS是一條在向南剪切的逆沖斷層基礎(chǔ)上重新活動的向北下滑正斷層(許志琴等,2021)。特提斯喜馬拉雅巖系由印度大陸北緣的古生代至中生代淺變質(zhì)沉積巖所組成(Yinetal.,1999;Guillotetal.,2008;Zhangetal.,2014)。藏南拆離系之下的高喜馬拉雅巖系為造山帶的核部，是俯沖至亞洲大陸之下而后折返上來的印度大陸地殼，由高級變質(zhì)巖和淡色花崗巖組成。低喜馬拉雅巖系主要由元古代的沉積巖和巖漿巖組成。

圖1 喜馬拉雅造山帶(a)以及東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)(b)地質(zhì)簡圖(據(jù)Zhang et al.,2021修改)Fig.1 Sketch geological maps of the Himalayan orogen (a)and Eastern Himalayan Syntaxis (b)(modified after Zhang et al.,2021)

東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)主要由三個巖石構(gòu)造單元組成，分別為拉薩地體、印度-雅魯藏布江縫合帶和喜馬拉雅帶。喜馬拉雅帶包括特提斯喜馬拉雅巖系和高喜馬拉雅結(jié)晶巖系(圖1b)。高喜馬拉雅結(jié)晶巖系，即南迦巴瓦雜巖經(jīng)歷了早期的高壓麻粒巖相變質(zhì)作用和晚期的麻粒巖相至角閃巖相退變質(zhì)作用，主要由混合巖化的正片麻巖、副片麻巖、片巖、斜長角閃巖、鈣硅酸巖和大理巖組成(Liu and Zhong,1997;Burgetal.,1998;Ding and Zhong,1999;Zhangetal.,2012)。Zhangetal.(2012)研究表明，正片麻巖具有晚元古代至早古生代的原巖年齡，斜長角閃巖的原巖為1645～1590Ma的巖漿巖，鈣硅酸鹽具有早古生代(～538Ma)的變質(zhì)年齡，副片麻巖中的碎屑鋯石獲得了從新太古代到早古生代的四組年齡峰值(2490Ma、1640Ma、990Ma和480Ma)。在高喜馬拉雅結(jié)晶巖系內(nèi)的西側(cè)保存有典型的泥質(zhì)、長英質(zhì)和基性高壓麻粒巖(圖1b)。泥質(zhì)高壓麻粒巖(藍(lán)晶石石榴石黑云母片巖)和基性高壓麻粒巖(石榴石單斜輝石麻粒巖)呈薄層或透鏡體狀產(chǎn)于長英質(zhì)高壓麻粒巖(藍(lán)晶石石榴石片麻巖)中。這些高壓麻粒巖在折返過程中經(jīng)歷了強(qiáng)烈的退變質(zhì)作用，基性高壓麻粒巖常退變?yōu)槭裥遍L角閃巖，表現(xiàn)為石榴石和單斜輝石含量減少，而角閃石和斜長石含量增加(Kangetal.,2020;Zhangetal.,2021)。泥質(zhì)和長英質(zhì)高壓麻粒巖退變質(zhì)為含夕線石石榴石的片巖和片麻巖，表現(xiàn)為石榴石和藍(lán)晶石被夕線石、斜長石和黑云母等礦物替代(Zhangetal.,2010,2015;向華等,2013;Tianetal.,2016,2019,2020)。

本文所研究的樣品采自米林東北方向約30km的巴嘎溝(圖1b)。該地區(qū)出露的巖石類型有藍(lán)晶石榴黑云片巖、藍(lán)晶石榴片麻巖、石榴石單斜輝石麻粒巖、石榴斜長角閃巖和藍(lán)晶石榴石英巖等。其中，片巖多呈薄層狀夾于片麻巖中或與片麻巖互層，石榴石單斜輝石麻粒巖和石榴斜長角閃巖多呈透鏡體產(chǎn)于片麻巖中，石英巖常與片巖和片麻巖互層產(chǎn)出。這些巖石多由淺色體和暗色體構(gòu)成，表明其經(jīng)歷了強(qiáng)烈的部分熔融。泥質(zhì)和長英質(zhì)麻粒巖中淺色體主要由石英、長石和石榴石組成，暗色體主要由石榴石、藍(lán)晶石、長石、石英和黑云母組成。石榴石單斜輝石麻粒巖中的淺色體主要由石英、斜長石和石榴石組成，暗色體主要由石榴石、單斜輝石、角閃石、石英和黑云母組成。

2 巖相學(xué)

本文所研究的6個藍(lán)晶石榴黑云片巖樣品均具斑狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，由石英(25%～35%)、石榴石(15%～20%)、藍(lán)晶石(10%～20%)、黑云母(10%～15%)、鉀長石(10%～15%)、斜長石(5%～10%)、夕線石(3%～5%)、白云母(1%～5%)、石墨(1%～5%)和副礦物金紅石、鈦鐵礦、鋯石及獨居石組成(圖2)。定向分布的藍(lán)晶石、黑云母以及長石和石英條帶構(gòu)成片理(圖2)。大顆粒的石榴石和藍(lán)晶石為變斑晶，其它礦物為變基質(zhì)。石榴石變斑晶核部含有石英、斜長石、黑云母和金紅石包裹體(圖2a)。藍(lán)晶石變斑晶含有石英和黑云母包裹體(圖2b,e)。部分石榴石邊部被斜長石+黑云母+石英的后成合晶冠狀體所替代，藍(lán)晶石被夕線石部分替代、金紅石被鈦鐵礦物部分替代(圖2d)。因此，藍(lán)晶石榴黑云片巖至少保留有兩期礦物組合，峰期礦物組合為石榴石+藍(lán)晶石+斜長石+鉀長石+黑云母+石英+金紅石，退變質(zhì)礦物組合為石榴石+夕線石+斜長石+鉀長石+黑云母+石英+鈦鐵礦。本文所使用的礦物代號據(jù)Whitney and Evans (2010)。

圖2 藍(lán)晶石榴黑云片巖顯微照片(a-f)藍(lán)晶石榴黑云片巖均由石榴石、藍(lán)晶石、黑云母、石英、鉀長石、斜長石、石墨、夕線石、白云母、金紅石和鈦鐵礦組成.定向分布的藍(lán)晶石、黑云母、石英和長石條帶構(gòu)成片理.(a、d、e)變斑晶石榴石含有金紅石、鈦鐵礦、石英和黑云母包裹體.(b、c、e)藍(lán)晶石內(nèi)部含有石英和黑云母包裹體.(a、b、d、e)變斑晶石榴石邊部部分被夕線石+黑云母+斜長石+石英的后成合晶冠狀體所替代.(d)藍(lán)晶石被夕線石部分替代.礦物代號：Grt-石榴石；Ky-藍(lán)晶石；Sil-夕線石；Bt-黑云母；Ms-白云母；Pl-斜長石；Kfs-鉀長石；Qz-石英；Rt-金紅石；Gr-石墨；Ilm-鈦鐵礦Fig.2 Photomicrographs of the kyanite garnet biotite schists(a-f)the kyanite garnet biotite schist is composed of garnet,kyanite,biotite,quartz,K-feldspar,plagioclase,graphite,sillimanite,muscovite,rutile and ilmenite.Directionally distributed kyanite,biotite,quartz and feldspar bands form the schistosity.(a,d,e)the porphyroblastic garnet contains rutile,ilmenite,quartz and biotite inclusions.(b,c,e)the kyanite contains quartz and biotite inclusions.(a,b,d,e)the edge of porphyroblastic garnet is partially replaced by the symplectitic coronas of sillimanite+biotite+plagioclase+quartz.(d)the kyanite is partially replaced by sillimanite

3 分析方法

鋯石和獨居石U-(Th)-Pb同位素和微量元素含量的測定在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所礦物/包裹體微區(qū)分析實驗室使用激光剝蝕-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICPMS)完成。激光剝蝕平臺采用NWR193uc型193nm深紫外激光剝蝕進(jìn)樣系統(tǒng)(Elemental Scientific Lasers，美國)，配備雙體積樣品池(Two Volume 2)。質(zhì)譜儀采用Agilent 7900型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent，美國)，儀器的詳細(xì)操作流程和分析方法見于超等(2019)。

采用激光束斑直徑50μm、剝蝕頻率10Hz、能量密度3.5J/cm2的激光條件，用掃描速度3μm/s的速度線掃描剝蝕NIST 612，調(diào)節(jié)氣流以獲得高的信號強(qiáng)度(238U～5×105cps)、低的氧化物產(chǎn)率(ThO/Th<0.2%)。再選用100μm、能量密度10J/cm2激光，以3μm/s的速度線掃描NIST 610，對待測元素進(jìn)行P/A調(diào)諧。鋯石和獨居石樣品固定在環(huán)氧樹脂靶上，拋光后在超純水中超聲清洗，分析前用純甲醇擦拭樣品表面。采用5個激光脈沖對每個剝蝕區(qū)域進(jìn)行預(yù)剝蝕(剝蝕深度～0.3μm)，以去除樣品表面可能的污染。在束斑直徑25μm、剝蝕頻率5Hz、能量密度2J/cm2的激光條件下分析樣品。數(shù)據(jù)處理采用Iolite程序(Patonetal.,2010)，鋯石以91500作為主標(biāo)，GJ-1作為副標(biāo)，每隔10～12個樣品點分析2個91500標(biāo)樣及一個GJ-1標(biāo)樣。獨居石以44069作為主標(biāo)，Trebilcock作為副標(biāo)，每隔10～12個樣品點分析2個44069標(biāo)樣及一個Trebilcock標(biāo)樣(Aleinikoffetal.,2006;Tomascaketal.,1996)。通常采集20秒的氣體空白，35～40秒的信號區(qū)間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，按指數(shù)方程進(jìn)行深度分餾校正(Patonetal.,2010)。鋯石以NIST 610作為外標(biāo)，91Zr作為內(nèi)標(biāo)計算微量元素含量。獨居石以NIST 610作為外標(biāo)，140Ce作為內(nèi)標(biāo)計算微量元素含量。使用Isoplot/Ex_ver3(Ludwig,2003)進(jìn)行鋯石和獨居石諧和圖繪制。

4 鋯石和獨居石U-(Th)-Pb定年及微量元素

4.1 鋯石U-Pb定年及微量元素

本文對6個片巖樣品中的鋯石進(jìn)行了U-Pb同位素和微量元素原位分析，分析結(jié)果見表1、表2，代表性鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像見圖3。這些樣品中的鋯石均為半自形的短柱狀，長80～150μm，寬30～100μm。在CL圖像中可以看到，6個樣品的鋯石具有相同的核-幔-邊結(jié)構(gòu)，即由繼承碎屑核+變質(zhì)(深熔)幔+變質(zhì)(深熔)邊組成(圖3)。某些鋯石顆粒缺少繼承核，由變質(zhì)(深熔)幔+變質(zhì)(深熔)邊組成。鋯石的繼承核為不規(guī)則狀，多具韻律環(huán)帶，強(qiáng)發(fā)光。鋯石的幔部發(fā)光最暗，為半自形短柱狀、多具弱的補(bǔ)丁狀或韻律狀環(huán)帶。鋯石邊部具有較強(qiáng)的發(fā)光，弱的補(bǔ)丁狀分帶，或無分帶(圖3)。

表1 藍(lán)晶石榴黑云片巖中鋯石U-Pb定年結(jié)果Table 1 Zircon U-Pb dating data of the kyanite garnet biotite schists

續(xù)表1Continued Table 1

續(xù)表1Continued Table 1

表2 藍(lán)晶石榴黑云片巖中鋯石微量元素含量(×10-6)Table 2 Trace element contents of zircons from the kyanite garnet biotite schists (×10-6)

續(xù)表2Continued Table 2

續(xù)表2Continued Table 2

圖3 片巖中鋯石陰極發(fā)光圖像和分析點位置及相應(yīng)年齡(Ma)Fig.3 Cathodoluminescence (CL)images of zircons from the schists,showing the locations of analyzed spots and relevant ages (Ma)

片巖樣品T19-13-5、T19-13-16和T19-25-5中的鋯石具有較寬(>50μm)的幔部和邊部。本次分析采用的分析束斑直徑為25μm，這些鋯石的幔和邊均可進(jìn)行分析。這3個樣品鋯石幔部和邊部獲得的206Pb/238U年齡分別是39.6～31.6Ma和26.8～17.3Ma、40.8～32.0Ma和28.3～18.6Ma、38.1～31.3Ma和28.4～18.8Ma(圖4)。另外3個片巖樣品(T19-13-3、T19-13-29、T19-25-8)中鋯石的邊部較寬，可以進(jìn)行分析，而幔部較窄(<35μm)，不能進(jìn)行分析。這3個樣品鋯石邊部獲得的206Pb/238U年齡分別是22.0～17.0Ma、20.9～16.9Ma和22.2～16.6Ma(圖5)。由此可見，6個樣品的鋯石邊部給出了相似的年輕年齡，在28.4～16.6Ma之間。3個樣品的鋯石幔部也給出了相近但較老的年齡，在40.8～31.3Ma之間。

鋯石邊部的Th和U含量分別為7.4×10-6～29.1×10-6和262×10-6～1162×10-6，其Th/U比值為0.008～0.059，而幔部的Th和U含量分別為4.0×10-6～30.4×10-6和487×10-6～3140×10-6，Th/U比值為0.006～0.020(表1)。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖顯示，鋯石邊部具有較弱分異、平坦甚至虧損的重稀土模式，具有比幔部更明顯的負(fù)Eu異常(圖4、圖5)。總體上，隨著年齡的減小，鋯石的Th/U比值增加，負(fù)Eu異常更加明顯(即Eu/Eu*減??；圖6)。

圖4 藍(lán)晶石榴黑云片巖鋯石U-Pb諧和圖(a、c、e)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(b、d、f，標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough,1989)(I)Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagrams (a,c,e)and chondrite-normalized REE patterns (b,d,f,normalization values after Sun and McDonough,1989)of the schists (I)

圖5 藍(lán)晶石榴黑云片巖鋯石U-Pb諧和圖(a、c、e)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(b、d、f，標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough,1989)(Ⅱ)Fig.5 Zircon U-Pb concordia diagrams (a,c,e)and chondrite-normalized REE patterns (b,d,f,normalization values after Sun and McDonough,1989)of the schists (Ⅱ)

圖6 藍(lán)晶石榴黑云片巖鋯石U-Pb年齡與Th/U(a)和Eu/Eu*(b)變化圖Fig.6 Diagrams of U-Pb ages versus Th/U (a)and Eu/Eu* (b)of zircon from the schists

4.2 獨居石U-Th-Pb定年及微量元素

本文對4個藍(lán)晶石榴黑云片巖樣品中的獨居石進(jìn)行了U-Th-Pb同位素和微量元素分析，分析結(jié)果見表3、表4。4個樣品中的獨居石具有相似特征，多為粒狀，50～150μm，在背散射電子圖像(BSE)上顯示出補(bǔ)丁狀分帶(圖7)。一個片巖樣品(T19-13-5)中的獨居石獲得了38.1～17.5Ma的較寬208Pb/232Th年齡范圍，而其它3個樣品中獨居石(T19-13-3、T19-13-29、T19-25-8)獲得了較年輕、且較小的208Pb/232Th年齡范圍，分別26.0～18.8Ma、22.3～16.9Ma和26.4～19.4Ma(圖8)。獨居石的HREE和Y含量分別為28×10-6～1045×10-6、606×10-6～13780×10-6，Th/U比值和Eu/Eu*變化較大，分別為2.67～40.72和0.17～0.47(表3和表4；圖9)。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分圖顯示，獨居石輕稀土富集、重稀土虧損，具負(fù)Eu異常(圖8)。隨著年齡的減小，獨居石的HREE和Y含量、Eu/Eu*減小，而Th/U比值增加(圖9)。

圖7 藍(lán)晶石榴黑云片巖獨居石背散射電子圖像和分析點位置及相應(yīng)年齡(Ma)Fig.7 Backscattered electron images of monazite from the schists,showing the locations of analyzed spots and relevant ages (Ma)

圖8 藍(lán)晶石榴黑云片巖獨居石U-Th-Pb諧和圖(a、c、e、g)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(b、d、f、h，標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù) Sun and McDonough,1989)Fig.8 Monazite U-Th-Pb concordia diagrams (a,c,e,g)and chondrite-normalized REE patterns (b,d,f,h,normalization values after Sun and McDonough,1989)

圖9 藍(lán)晶石榴黑云片巖獨居石Th-Pb年齡與HREE(a)、Y(b)、Th/U(c)和Eu/Eu*(d)變化圖Fig.9 Diagrams of Th-Pb ages versus HREE (a),Y (b),Th/U (c)and Eu/Eu* (d)of monazite from the schists

5 討論

東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)的高喜馬拉雅巖系，即南迦巴瓦雜巖，含有典型的高壓麻粒巖。基性高壓麻粒巖由石榴石+單斜輝石+斜長石+石英+金紅石組成(Zhong and Ding,1996;劉鳳麟和張立飛,2014;Zhangetal.,2018,2021;Kangetal.,2020)。泥質(zhì)和長英質(zhì)高壓麻粒巖由石榴石+藍(lán)晶石+斜長石+鉀長石+黑云母+石英+金紅石組成(Liu and Zhong,1997;Ding and Zhong,1999;Zhangetal.,2010,2015;Guilmetteetal.,2011;向華等,2013;Tianetal.,2019,2020)。這些高壓麻粒巖的峰期變質(zhì)條件在800～900℃和14～16kbar，經(jīng)歷了低壓麻粒巖相退變質(zhì)作用，具有順時針型變質(zhì)作用P-T軌跡(Dingetal.,2001;Guilmetteetal.,2011;劉鳳麟和張立飛,2014;Zhangetal.,2015,2018,2021;Tianetal.,2016,2019;Kangetal.,2020)。研究表明，這些高壓麻粒巖在進(jìn)變質(zhì)過程中都經(jīng)歷了強(qiáng)烈的脫水熔融，基性麻粒巖主要是角閃石的脫水熔融(Kangetal.,2020;Zhangetal.,2021)，而泥質(zhì)和長英質(zhì)麻粒巖是白云母和黑云母的脫水熔融(Ding and Zhong,1999;向華等,2013;Zhangetal.,2015;Tianetal.,2019,2020)?；愿邏郝榱r的熔融反應(yīng)是：角閃石+石英±斜長石=石榴石+熔體±單斜輝石(Kangetal.,2020)，泥質(zhì)高壓麻粒巖的熔融反應(yīng)是：白云母+黑云母+石英=石榴石+藍(lán)晶石+鉀長石+熔體(向華等,2013)。石榴石、藍(lán)晶石和鉀長石是反應(yīng)的生成物，即轉(zhuǎn)熔相。在退變質(zhì)過程中，石榴石、藍(lán)晶石和鉀長石與殘留的熔體發(fā)生反應(yīng)，形成夕線石、斜長石、黑云母和石英。本文所研究的巖石為典型的泥質(zhì)高壓麻粒巖，峰期礦物組合為石榴石+藍(lán)晶石+斜長石+鉀長石+黑云母+石英+金紅石。這些片巖中含有大量的石榴石和藍(lán)晶石，表明其經(jīng)歷了強(qiáng)烈的部分熔融和熔體丟失。這些巖石也經(jīng)歷了麻粒巖相退變質(zhì)作用和殘留熔體結(jié)晶過程，表現(xiàn)為石榴石和藍(lán)晶石被夕線石、斜長石、黑云母和石英替代(圖2)。

對于南迦巴瓦地區(qū)高壓麻粒巖的變質(zhì)時代，已經(jīng)進(jìn)行了一些鋯石U-Pb定年研究，但不同的研究者給出了不同的變質(zhì)年齡或不同的變質(zhì)年齡范圍。對于高壓基性麻粒巖，Dingetal.(2001)獲得了44.0～11.0Ma年齡，Pengetal.(2018)獲得了29.7～8.2Ma的變質(zhì)年齡，Zhangetal.(2018)獲得了39～11Ma年齡，Kangetal.(2020)獲得了40.2～10.3Ma年齡。對于泥質(zhì)和長英質(zhì)高壓麻粒巖，Liuetal.(2007)獲得了34.5～22.0Ma年齡，Zhangetal.(2010)獲得了39.9～16.3Ma年齡，Suetal.(2012)獲得了26.7～17.5Ma年齡，Zhangetal.(2012)獲得了32.7～8.1Ma年齡，Zhangetal.(2015)獲得了43.9～7.2Ma年齡，Tianetal.(2020)獲得了49.7～13.0Ma年齡范圍。

綜上可見，大多數(shù)研究者從南迦巴瓦地區(qū)高壓麻粒巖的鋯石中獲得了較寬的變質(zhì)年齡范圍(Dingetal.,2001;Zhangetal.,2015,2018;Tianetal.,2020;Kangetal.,2020)，而少數(shù)研究者獲得了相對較窄的變質(zhì)年齡范圍(Liuetal.,2007;Suetal.,2012;Pengetal.,2018)。本文的研究結(jié)果表明，高壓泥質(zhì)麻粒巖中的鋯石具有核+幔+邊結(jié)構(gòu)(圖3)。鋯石的細(xì)小核部多為不規(guī)則狀，具有不同的環(huán)帶，應(yīng)為繼承的碎屑核。鋯石幔部和邊部多為半自形短柱狀、多具弱的韻律狀或補(bǔ)丁狀分帶，具有低的HREE(21×10-6～168×10-6)和Y(84×10-6～775×10-6)含量，低的Th/U比值(0.006～0.059；表1、表2)，具負(fù)Eu異常，平坦、弱分異或虧損的HREE配分模式(圖4、圖5)。這些是高壓麻粒巖中變質(zhì)和深熔鋯石的典型特征(Rubatto,2002;Corfuetal.,2003;Zhangetal.,2010,2015,2021;Rubattoetal.,2013;Tayloretal.,2016;Dingetal.,2021a,b)。因此，所研究高壓泥質(zhì)麻粒巖中的鋯石是由繼承的碎屑核+變質(zhì)(深熔)幔+變質(zhì)(深熔)邊組成。所研究樣品中的獨居石在BSE圖中顯示出補(bǔ)丁狀分帶，其HREE和Y含量、Th/U比值、Eu/Eu*分別為28×10-6～1045×10-6、606×10-6～13780×10-6、2.67～40.72和0.17～0.47(表3、表4)，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分圖顯示出輕稀土富集、重稀土虧損以及負(fù)Eu異常(圖8)。這些也是泥質(zhì)麻粒巖中變質(zhì)獨居石的典型特征(Rubattoetal.,2013;Dingetal.,2021a)。

表3 藍(lán)晶石榴黑云片巖中獨居石U-Th-Pb定年結(jié)果Table 3 Monazite U-Th-Pb dating data of the kyanite garnet biotite schists

續(xù)表3Continued Table 3

續(xù)表3Continued Table 3

表4 藍(lán)晶石榴黑云片巖中獨居石微量元素含量(×10-6)Table 4 Trace element contents of monazites from the kyanite garnet biotite schists (×10-6)

續(xù)表4Continued Table 4

值得注意的是，所研究片巖中鋯石的幔部和邊部域的發(fā)育寬度是不同的，有的較寬(>50μm)，采用常規(guī)的原位定年技術(shù)(分析點大小在24～35μm)可以定年，而有的比較窄(<30μm)，不能進(jìn)行定年。所研究的6個樣品中有3個樣品的鋯石具有較寬的幔部和邊部(T19-13-5、T19-13-16、T19-25-5)，從其幔部獲得了類似、且較老的年齡范圍，從其邊部獲得了類似、但年輕的年齡范圍(圖4、表1)。因此，3個樣品的幔部和邊部年齡合在一起具有類似且寬的年齡范圍，分別為39.6～17.3Ma、40.8～18.6Ma和38.1～18.8Ma。另外3個樣品鋯石的幔部較窄，不能進(jìn)行定年，其從較寬的邊部獲得了與前3個樣品鋯石邊部類似的年輕年齡范圍，分別是22.0～17.0Ma、20.9～16.9Ma和22.2～16.6Ma(圖5、表1)。因此，筆者認(rèn)為所研究的6個樣品很可能具有相同的變質(zhì)年齡范圍，但由于其中3個樣品中鋯石的幔部發(fā)育較窄，不能進(jìn)行原位定年，只獲得了較小的鋯石邊部年齡。筆者推測，鋯石幔部生長的較窄，不能進(jìn)行定年是導(dǎo)致以前從南迦巴瓦高壓麻粒巖中獲得較小變質(zhì)年齡的原因。即記錄了年輕年齡的鋯石域生長在巖石的變質(zhì)作用較晚期，所獲得的年齡并不說明巖石沒有經(jīng)歷更早的變質(zhì)作用。

現(xiàn)有的研究表明，如果對研究區(qū)高壓麻粒巖中的鋯石進(jìn)行系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析，識別出足夠進(jìn)行原位定年寬度的變質(zhì)幔和變質(zhì)邊，分別進(jìn)行定年，就可以獲得較大的變質(zhì)年齡范圍。比如，Tianetal.(2020)從高壓泥質(zhì)麻粒巖中獲得了49.7～25.11Ma的幔部年齡，26.9～13.0Ma的邊部年齡，Zhangetal.(2021)從高壓基性麻粒巖淺色體中的鋯石中獲得了41.5～35.6Ma的幔部年齡，34.6～15.3Ma的邊部年齡。因此，現(xiàn)有和以前研究結(jié)果很可能說明，南迦巴瓦地區(qū)的高壓麻粒巖具有類似的長期變質(zhì)過程。

本文對4個片巖中的獨居石進(jìn)行定年也獲得了不同的年齡范圍。樣品T19-13-5獲得了較寬鋯石年齡范圍(39.6～17.3Ma)，其獨居石也給出了類似的較寬變質(zhì)年齡范圍(38.1～17.5Ma，圖8)。而另外只能獲得鋯石邊部年齡的3個樣品(T19-13-3、T19-13-29和T19-25-8)，其獨居石也給出了與鋯石邊部類似的較小年齡范圍(26.0～18.8Ma、22.3～16.9Ma和26.4～19.4Ma，圖8)。這很可能說明，在鋯石幔部域不發(fā)育的片巖樣品中，其獨居石在同時期也基本上沒有生長，所以不能獲得較老的變質(zhì)年齡。

在高級變質(zhì)和部分熔融過程中，定年副礦物鋯石和獨居石的生長行為受多種因素影響，如副礦物在巖石中的結(jié)構(gòu)位置、主要造巖礦物的穩(wěn)定性和變質(zhì)作用P-T軌跡(Watsonetal.,1989;Roberts and Finger,1997;Beaetal.,2006)、副礦物自身生長行為和溶解動力學(xué)(Bea,1996;Watson,1996;Kelseyetal.,2008)、部分熔融程度、熔體化學(xué)和熔體提取速率(Watson and Harrison,1983;Wattetal.,1996;Rubattoetal.,2001;Stepanovetal.,2012)、晶體大小分布以及奧斯特瓦爾德(Ostwald)熟化(Nemchin and Bodorkos,2000;Nemchinetal.,2001)。有些研究認(rèn)為在整個變質(zhì)、部分熔融和熔體結(jié)晶過程中鋯石和獨居石都可以生長(Williams,2001;Rubattoetal.,2013)，而另一些研究認(rèn)為鋯石和獨居石在某些變質(zhì)和熔融階段不能生長，如在冷卻過程中由于熔體的排出使得源區(qū)強(qiáng)烈虧損Zr和LREE(Yakymchuk and Brown,2014;王偉等,2014)。盡管本文所研究的片巖具有相同的礦物組成和類似的演化歷史，但它們具有不同的礦物含量和不同的殘留熔體含量，即反應(yīng)物與生成物的體積比是不同的，熔體的提取比率是不同的，這些差異很可能是導(dǎo)致不同片巖中鋯石和獨居石生長行為不同的原因。

對高級變質(zhì)和深熔巖石中鋯石和獨居石定年的結(jié)果如何進(jìn)行解釋，即所獲得年齡是代表巖石的進(jìn)變質(zhì)、峰期，還是退變質(zhì)時間？是熔融時間，還是熔體結(jié)晶時間？進(jìn)變質(zhì)、退變質(zhì)、部分熔融和熔體結(jié)晶持續(xù)的時間是多少？這是喜馬拉雅造山帶高喜馬拉雅巖系研究的重要內(nèi)容。鋯石和獨居石是高級變質(zhì)巖中常見的副礦物，將鋯石和獨居石不同結(jié)構(gòu)域獲得的年齡和微量元素含量變化與巖石的變質(zhì)反應(yīng)過程聯(lián)系起來，可以對所獲年齡的地質(zhì)意義做出合理解釋(Degelingetal.,2001;Hermann and Rubatto,2003;Whitehouse and Platt,2003;Rubattoetal.,2006;Harley and Kelly,2007;Baldwin and Brown,2008;Yakymchuk and Brown,2014,2019;Yakymchuketal.,2018;Dingetal.,2021a,b)。

對南迦巴瓦地區(qū)基性高壓麻粒巖的鋯石已經(jīng)進(jìn)行了定年和微量元素分析，建立了鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)、礦物微量元素成分與年齡之間的成因關(guān)系。如Zhangetal.(2018)研究表明，高壓基性麻粒巖中鋯石由變質(zhì)核+變質(zhì)邊組成，其核部具有相對低的HREE含量、平坦到弱分異的HREE模式，表明變質(zhì)核是與石榴石同時生長的，所獲得的39～22Ma年齡代表麻粒巖的進(jìn)變質(zhì)和部分熔融持續(xù)時間；而鋯石變質(zhì)邊具相對高的HREE含量、明顯分異的HREE模式，應(yīng)是形成在石榴石的分解過程中，所獲得的22～11Ma年齡應(yīng)代表麻粒巖的退變質(zhì)和熔體結(jié)晶時間。Zhangetal.(2021)對高壓基性麻粒巖淺色體中鋯石的研究表明，隨著年齡的減小，相應(yīng)分析點的HREE和Y含量降低，而MREE和Th/U比值升高。這表明鋯石幔部和邊部形成在石榴石生長、角閃石分解和熔融過程中。結(jié)合高壓基性麻粒巖進(jìn)變質(zhì)過程中礦物相含量變化，認(rèn)為42～20Ma年齡代表高壓基性麻粒巖早期進(jìn)變質(zhì)與深熔作用的持續(xù)時間。

Dingetal.(2021a)對喜馬拉雅造山帶東端錯那地區(qū)泥質(zhì)和長英質(zhì)麻粒巖中獲得了可變的鋯石和獨居石年齡，從46Ma到40Ma，獨居石的HREE和Y含量減小，而Eu/Eu*增加，將其解釋為石榴石的生長和斜長石的分解；從40Ma到13Ma，獨居石的HREE和Y含量增加，而Eu/Eu*減小，將其解釋為石榴石分解和斜長石生長。從40Ma到18Ma，鋯石的HREE和Y含量增加，而Eu/Eu*減小，解釋為石榴石的分解和斜長石的生長。結(jié)合高壓麻粒巖變質(zhì)過程中石榴石和斜長石含量的變化，作者認(rèn)為所研究麻粒巖的早期進(jìn)變質(zhì)發(fā)生在～50Ma，部分熔融開始于42～40Ma，熔體結(jié)晶發(fā)生在24～18Ma。Dingetal.(2021b)對喜馬拉雅造山帶中段亞東地區(qū)高壓泥質(zhì)麻粒巖和淺色體中鋯石的研究顯示，從32Ma到24Ma，鋯石的Th和Th/U比值明顯增加，HREE和Y輕微增加，將這些變化分別解釋為熔體含量增加以及石榴石擴(kuò)散再平衡或輕微分解；從22Ma到19Ma，鋯石的Th/U比值、Y和HREE含量增加，而Eu/Eu*減小，將這些變化分別解釋為熔體含量繼續(xù)增加、石榴石分解以及斜長石的生長；從19Ma到13Ma，鋯石Th/U比值減小、Y和HREE明顯增加，認(rèn)為是熔體結(jié)晶和伴隨的石榴石快速分解過程。因此，Dingetal.(2021b)認(rèn)為32～24Ma代表高壓麻粒巖早期進(jìn)變質(zhì)和部分熔融持續(xù)時間、22～19Ma代表近等溫降壓過程、19～13Ma代表熔體結(jié)晶階段。這兩個關(guān)于泥質(zhì)和長英質(zhì)高壓麻粒巖的研究表明，在進(jìn)變質(zhì)與部分熔融過程中，由于石榴石和斜長石(+鉀長石)的生長和熔體含量的增加，使得鋯石和獨居石的HREE和Y含量減少，Eu/Eu*值減小，而Th/U比值增加。相反，在這些高壓麻粒巖的退變質(zhì)和熔體結(jié)晶過程中，由于石榴石的分解、斜長石的生長，鋯石和獨居石的HREE和Y含量增加，Eu/Eu*值減小。

本文和現(xiàn)有研究均表明，南迦巴瓦地區(qū)的高壓泥質(zhì)麻粒巖經(jīng)歷了強(qiáng)烈的部分熔融，在部分熔融過程中，石榴石、鉀長石和藍(lán)晶石是轉(zhuǎn)熔相。相反，在退變質(zhì)和熔體結(jié)晶過程中，石榴石和鉀長石分解，斜長石明顯增加。本文所研究片巖中鋯石幔部和邊部具有低的HREE(21×10-6～168×10-6)和Y(84×10-6～775×10-6)含量(表2)，平坦、弱分異或虧損的HREE配分模式(圖4、圖5)，這表明鋯石的幔部和邊部都是與石榴石同時生長的。而且，隨著年齡的減小，鋯石的Th/U比值增加，Eu異常更加明顯，獨居石的HREE和Y含量、Eu/Eu*減小，Th/U比值增加(圖6、圖9)。這表明隨著年齡的減小，石榴石、鉀長石、熔體的體積是增加的。因此，鋯石和獨居石所給出的從～41Ma到～17Ma年齡范圍代表片巖的進(jìn)變質(zhì)與部分熔融的持續(xù)時間。

本文所研究片巖中鋯石和獨居石給出的長期進(jìn)變質(zhì)和深熔作用持續(xù)時間與以前的研究結(jié)果基本一致。如從南迦巴瓦基性麻粒巖中獲得了39～22Ma(Zhangetal.,2018)，40～20Ma(Kangetal.,2020)和42～20Ma(Zhangetal.,2021)的進(jìn)變質(zhì)與部分熔融持續(xù)時間。因此，筆者認(rèn)為南迦巴瓦地區(qū)的高壓麻粒巖均經(jīng)歷了～20Ma的長期進(jìn)變質(zhì)與深熔過程。另外，喜馬拉雅造山帶中、東段的高級變質(zhì)巖中也獲得了類似的長期變質(zhì)和深熔過程(Rubattoetal.,2013;Dingetal.,2021a,b)。這表明高喜馬拉雅結(jié)晶巖系具有類似的變質(zhì)與深熔過程。

6 結(jié)論

本文對南迦巴瓦地區(qū)出露的典型高壓泥質(zhì)麻粒巖-藍(lán)晶石榴黑云片巖中的鋯石和獨居石進(jìn)行了系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、U-(Th)-Pb定年和微量元素研究，得出如下結(jié)論：

(1)藍(lán)晶石榴黑云片巖中的鋯石均由繼承碎屑核+變質(zhì)(深熔)幔+變質(zhì)(深熔)邊組成。3個樣品的鋯石幔部給出了相近的較老年齡(40.8～31.3Ma)，邊部獲得了相近的年輕年齡(28.4～17.3Ma)。另3個樣品的鋯石幔較窄，不能進(jìn)行定年，從其邊部獲得了較年輕的年齡范圍(22.2～16.6Ma)。一個樣品的獨居石獲得了較寬年齡范圍38.1～17.5Ma，另外3個樣品的獨居石獲得了較窄的年齡范圍(26.4～16.9Ma)。筆者認(rèn)為這些片巖很可能具有相同的變質(zhì)時間，但由于某些樣品中的鋯石和獨居石在早期變質(zhì)過程中形成的結(jié)晶域太窄或缺失，只獲得了它們的較晚變質(zhì)年齡。

(2)所研究的藍(lán)晶石榴黑云片巖經(jīng)歷了從～41Ma到～17Ma的長期進(jìn)變質(zhì)與部分熔融過程。筆者推測南迦巴瓦地區(qū)的高壓麻粒巖具有相同的和長期持續(xù)的高溫變質(zhì)與深熔過程，喜馬拉雅造山帶中、東段的高級變質(zhì)巖經(jīng)歷了相近的長期演化歷史。

致謝感謝李小偉和杜瑾雪老師審閱全文，并提出重要的修改意見。感謝董昕、田作林、丁慧霞和向華老師的指導(dǎo)與幫助。江媛媛、秦圣凱、張成圓和張榮輝同學(xué)參加了野外工作。感謝于超博士、康東艷和李中堯同學(xué)在數(shù)據(jù)處理過程中的幫助。