喜马拉雅造山带聂拉木地区渐新世深熔作用的厘定.pdf
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1、书书书 ():岩石学报 :高利娥,曾令森,赵令浩等 喜马拉雅造山带聂拉木地区渐新世深熔作用的厘定 岩石学报,():,:喜马拉雅造山带聂拉木地区渐新世深熔作用的厘定高利娥曾令森赵令浩严立龙李广旭王亚莹王海涛王睿 ,中国地质科学院地质研究所,自然资源部深地科学与探测技术实验室,北京 国家地质实验测试中心,北京 天津师范大学地理与环境科学学院,天津 ,收稿,改回 ,():,:,:(),;(),;(),;(),()(),;摘要喜马拉雅新生代淡色花岗岩记录了地壳深熔作用和花岗岩侵位的地球化学和构造物理效应。与形成于增厚地壳条件下和伸展背景下的始新世和中新世花岗岩相比,渐新世花岗岩分布比较局限,且源区和形
2、成机制还存在着较大的争议。本文受国家重点研发计划()、国家自然科学基金项目(、)、第二次青藏高原科学考察项目()、中国地质科学院地质研究所基本科研业务费项目()和中国地质调查局地质调查项目(,)联合资助 第一作者简介:高利娥,女,年生,副研究员,地球化学专业,:位于喜马拉雅造山带中部的聂拉木地区,可见 的含电气石黑云母的花岗岩、的含黑云母的花岗岩、的含电气石黑云母的伟晶花岗岩侵入到高喜马拉雅岩系上部。这三组渐新世花岗岩具有以下特征:()较高的 、和 ,;()、和 的负异常;()略微富集轻稀土,亏损中稀土和重稀土,高度变化的 异常和微弱的负 异常;()均一的初始 同位素比值,(),()。此外,含
3、电气石黑云母的花岗岩和含电气石黑云母的伟晶花岗岩具有较高的 和 ,较低的 比值,其 比值与 和 含量都无相关性,表明其为富 流体参与高喜马拉雅变沉积岩含水部分熔融作用的产物。而含黑云母的花岗岩具有较低的 和 ,较高的 比值,且其 比值与 和 含量显示明显的负相关关系,表明其为变沉积岩发生脱水熔融作用的产物。综合喜马拉雅造山带已有的研究成果,得出以下认识:渐新世花岗岩的源区从下地壳基性物质转变为中地壳变泥质岩,展示了源区向上迁移的过程,并经历了一期重要的岩浆热液交代作用;渐新世深熔作用记录了造山带从缩短增厚向伸展垮塌转换阶段深部地壳的响应,从而促使了高喜马拉雅岩系的折返。关键词聂拉木;渐新世花岗
4、岩;含水部分熔融作用;高喜马拉雅岩系折返;喜马拉雅造山带中图法分类号 ;喜马拉雅新生代淡色花岗岩,是世界上最年轻的淡色花岗岩,是中 下地壳岩石发生深熔作用以及派生熔体经历岩浆演化的产物,蕴藏了有关地壳深熔作用和花岗岩侵位的地球化学和构造物理效应的重要信息(吴福元等,;曾令森和高利娥,)。自 世纪 年代以来,国内外学者对喜马拉雅新生代淡色花岗岩的形成年代、岩石学特征、地球化学特征、形成机制和构造动力学意义等方面开展了大量的研究,取得了丰硕的成果(吴福元等,及其中参考文献)。随着研究程度的提高和测试技术的快速发展,一系列新的研究成果揭示了更加丰富的深熔作用,具体表现在:()深熔作用的时限可以追溯到
5、始新世(;,;,;,;,;,;,);()淡色花岗岩的源区多样化,高喜马拉雅结晶岩系中的变沉积岩(变泥质岩和变杂砂岩)(,;,;,)是主要源区,花岗质片麻岩、基性下地壳、特提斯喜马拉雅带的郎杰学群、低喜马拉雅岩系和地幔物质在不同时间段也有不可忽视的贡献(,;于俊杰等,;,;,;,;,;,;,;,;,;,;,;,);()部分熔融机制多样化,早期主要以角闪岩部分熔融作用(,;,;,)为主,后期(中新世以来)变沉积岩部分熔融作用为主,包括白云母脱水部分熔融作用、白云母含水部分熔融作用、黑云母部分熔融作用等多种熔融模式(,;,;,;,;,;,;,;,;,;,;,);()岩浆演化过程复杂化,早期研究认为喜
6、马拉雅淡色花岗岩是部分熔融作用的产物(,;,;,;,;,),近年来研究显示喜马拉雅部分淡色花岗岩存在围岩混染和结晶分异作用(,;,);()形成的构造背景有待深入挖掘,始新世花岗岩为增厚下地壳熔融的产物(,;,;,),但中新世花岗岩与藏南拆离系或南北向裂谷系的活动之间的相关性还存在分歧(,;,;,;,);()淡色花岗岩富集稀有金属的机制、成矿背景、成矿潜力研究刚刚起步(,;李光明等,;秦克章等,;吴福元等,),存在许多有待深入研究的关键科学问题。与中新世花岗岩相比,渐新世花岗岩分布很局限。目前只在苦堆穹窿(,;,)、派枯错穹窿(,)、夏如穹窿(,;,)、岗巴穹窿(,;,)和拉轨岗日穹窿(,)等地
7、报道存在渐新世淡色花岗岩。昌果穹窿也发育年龄 的淡色花岗岩(,),但未见相关地球化学数据的报到。与保存较原始熔体特征的始新世花岗岩相比,渐新世花岗岩为含石榴石 电气石淡色花岗岩,具有明显的负 异常()和“海鸥型”的稀土分配模式(曾令森和高利娥,),与高分异花岗岩的特征相似(吴福元等,;,;,)。渐新世花岗岩具有高度变化的 ()()和 ()值()(,;,;,),源区和形成机制还存在着较大的争议,具体表现为:()高喜马拉雅岩系变泥质岩发生黑云母部分熔融作用(,)、白云母脱水部分熔融作用(,);()高喜马拉雅岩系中的变杂砂岩和变泥质岩共同部分熔融作用(,);()副矿物的差异性溶解(,);()围岩的混
8、染(,);()热液作用(刘志超等,)。与形成于增厚地壳条件下和伸展背景下的始新世和中新世的花岗岩相比,对渐新世花岗岩形成构造背景的认识还存在分歧,苦堆渐新世花岗岩被认 岩石学报 ,():图 藏南地区喜马拉雅造山带()和聂拉木地区()地质简图 雅鲁藏布江缝合带;藏南拆离系;主中央逆冲推覆带;聂拉木不连续带;南北向裂谷带 ()();为形成于增厚地壳条件下(,),其他渐新世花岗岩形成于高喜马拉雅结晶岩系折返过程中(,;,;,),甚至被认为促使了藏南拆离系的启动(,)。聂拉木地区,已有的研究显示该地区经历了渐新世的变质作用和混合岩化(,;,),但该地区是否存在渐新世花岗岩还有待进一步研究。所以,渐新世
9、花岗岩的形成机制和产出的构造背景至关重要,有必要进行深入挖掘,为准确厘定喜马拉雅造山带构造演化过程提供关键的数据。地质背景与样品特征喜马拉雅造山带由北向南划分为特提斯喜马拉雅带、高喜马拉雅结晶带、低喜马拉雅带和次喜马拉雅带(图 )。沿着特提斯喜马拉雅带和高喜马拉雅带,新生代花岗岩呈带状平行展布,它们之间的界限为藏南拆离系()。在持续的造山过程中,特提斯喜马拉雅带通过强烈的褶皱变形来吸收缩短量,同时在内部发育有一系列的片麻岩穹隆和多个淡色花岗岩侵入体(,)。高喜马拉雅带中,主体为一套原岩年龄为元古代到早古生代的变质沉积岩系(尹安,),被命名为高喜马拉雅结晶岩系,变质级别通常达到高角闪岩相到麻粒岩
10、相且发育反转变质带(,;,)。另外,高喜马拉雅结晶岩系还出露于特提斯喜马拉雅中片麻岩穹隆的核部(,)。除了主体的变质沉积岩,高喜马拉雅内部还发高利娥等:喜马拉雅造山带聂拉木地区渐新世深熔作用的厘定图 聂拉木地区渐新世花岗岩的野外特征 育原岩为 和 的花岗片麻岩(,;,;,),以及新生代深熔作用引发的大规模淡色花岗质岩浆活动(曾令森和高利娥,)。低喜马拉雅主要由一套经历了绿片岩相到角闪岩相变质的元古代沉积岩系组成(,),同时发育有 的眼球状片麻岩(,;,)。聂拉木地区位于喜马拉雅造山带中部,其东西侧分别紧邻珠穆朗玛峰和希夏邦马峰。从北向南,依次由特提斯喜马拉雅岩系、藏南拆离系、高喜马拉雅岩系、主
11、中央逆冲断层和低喜马拉雅岩系组成(图 )。特提斯喜马拉雅岩系由砂岩、灰岩和板岩组成,高喜马拉雅岩系由混合岩化的副片麻岩、钙硅酸盐夹层、早古生代花岗片麻岩和侵入其中的新生代花岗岩组成,低喜马拉雅岩系由含石墨泥质片岩和新元古代花岗质片麻岩组成(,)。渐新世 中新世花岗岩岩体、岩床、岩脉侵入到高喜马拉雅岩系和藏南拆离系内(,;,)。藏南拆离系,出露于聂拉木镇以北约 处,为一约 宽的韧性剪切带,由大理岩、糜棱岩化黑云母片麻岩和新生代花岗岩组成(刘小兵等,;,),活动时限为 至 (,)。在高喜马拉雅带,()识别出典型的巴罗型变质带,从南至北变质级别逐渐增强,随后在顶部迅速降低,依次为蓝晶石带、夕线石 白
12、云母带、夕线石 钾长石带、堇青石带、过渡到特提斯喜马拉雅底部的绿泥石带。此外,在高喜马拉雅带内,根据变质温度、压力和深熔年代学的差异,()识别出一套构造变质的不连续面(),将高喜马拉雅结晶岩系分为上下两个部分,不同矿物组成和不同结构的花岗岩侵入到高喜马拉雅岩系上部。为了探讨不同类型花岗岩的成因机制和相互关系,我们对每种类型的岩石进行了系统的等间距原地采样,每块样品单独做全岩地球化学分析,然后相同类型的样品合起来挑选锆石,进行锆石定年(图 )。为含电气石黑云母的花岗岩(图 ,),主要由石英、钾长石、斜长石、黑云母、电气石和少量的夕线石组成(图 ,)。为含黑云母的花岗岩(图 ),主要由石英、钾长石
13、、斜长石和黑云母组成(图 ,)。为含电气石黑云母的伟晶花岗岩(图 ),矿物组成与 相似,主要由石英、钾长石、斜长石、黑云母、电气石和少量的夕线石组成(图 ,),但是,矿物的粒度明显变大,为伟晶质结构。这三个系列的样品采自同一地区(、)。分析方法 锆石 定年为了准确限定不同类型花岗岩的形成年代,从含电气石黑云母的花岗岩 、含黑云母的花岗岩 和含电气石黑云母的伟晶花岗岩 中挑选锆石,经过手工挑选、制靶和抛光,然后进行阴极发光()和扫描电镜背散射()成像观察,揭示锆石的内部结构。阴极发光成像在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心进行。在中国地质科学院地质研究所大陆构造与动力学重点实验室进行了 图
14、像和锆石内部包裹体的观察。通过对照阴极发光和 图像,鉴别锆石不同生长域差异特征,选取锆石 测试点。岩石学报 ,():图 聂拉木地区渐新世花岗岩的单偏光显微照片 黑云母;斜长石;石英;矽线石;电气石 ;含电气石黑云母的花岗岩 采用 锆石 定年,锆石 同位素定年测试在北京离子探针中心进行,所用仪器为高分辨率高灵敏度离子探针 ,分析时所用标样为 锆石,每测定个未知点,插入 次标样,以便及时校正,保障测试精度。和 含量以锆石标样 为外标进行校正。含黑云母的花岗岩 和含电气石黑云母的伟晶花岗岩 的锆石 同位素定年测试在国家地质实验测试中心 实验室分析完成。使用 :激光器及 高分辨电感耦合等离子体质谱仪,
15、该质谱仪具有高灵敏度特征,更利于低含量元素的准确测定。激光剥蚀斑束直径 ,光斑移动速度 ,频率 ,能量密度约为 ,以 作 为 剥 蚀 物 质 传 输 载 气。实 验 前 剥 蚀 进行仪器信号调谐,和 信号大于 ,氧化物产率(),同位素信号比值 ,降低分析过程中动态分馏作用的影响。单点分析包括气体背景采集时间 ,激光剥蚀样品信号采集时间 及剥蚀后吹扫时间 。每分析 个未知样品点插入分析标准样品 点和质量监控样品 点。全岩元素地球化学测试全岩主量和微量元素测试在自然资源部国家地质实验测试中心完成。全岩主量元素通过 (荧光光谱仪 )方法测试,分析精度为 。全岩微量元素和稀土元素()通过等离子质谱仪(
16、)分析,含量大于 的元素的测试精度为 ,而小于 的元素精度为 。个别在样品中含量低的元素,测试误差大高利娥等:喜马拉雅造山带聂拉木地区渐新世深熔作用的厘定图 聂拉木地区渐新世花岗岩中锆石的阴极发光照片不同颜色的圈代表不同期次的热液事件 (),于 。全岩 同位素测试 和 同位素是在中国科学技术大学使用 质谱仪进行测试,相关仪器运行条件及详细分析流程见 ()。在分析过程中,分别使用了国际标样 (平均测量值为 ,)和 (为 ,)来监测仪器稳定性。和 同位素质量分馏校正分别采用 和 (,)。分析标样 的 和 加权平均测量值分别为 (,)和 (,),与文献报道的参考值在误差范围内完全一致。数据及结果 花
17、岗岩的结晶年龄在样品 中,大部分锆石为自形 半自形,棱角清晰,锆石颗粒的长度在 之间。在阴极发光图像上(图 ),锆石显示相似的核 幔 边结构。核部显示典型的韵律震荡环带,为岩浆锆石的特征。幔部和边部为均一化的深灰色和浅灰白色,表明该花岗岩经历了后期热事件的影响。对不同部位进行了 锆石 同位素组成测试。在核部锆石域中,和 含量较高,分别在 和 之间,比值较低,小于 (表 )。年龄分布于 之间,在谐和图上,相对集中分布于一致线的 附近区域(图 ),个样品点的加权平均年龄为 (,图 ),清晰的韵律振荡环带表明这组年龄为花岗岩的结晶年龄。深灰色幔部区域具有相似的 和 ,分别在 和 之间,比值较低,小于
18、 。个样品点相对集中分布于一致线的 附近区域(图 ),加权平均年龄为 (,图 )。浅灰色边部区域也具有相似的 和 含量,位于谐和线上的样品点的 年龄为 (图 )。这两期年龄应该记录了花岗岩形成之后受到后期热液事件的交代作用。在样品 中,大部分锆石为自形 半自形,棱角清 岩石学报 ,():表 聂拉木地区渐新世花岗岩的 锆石 定年数据 测点号 ()()误差相关系数 不谐和度年龄()(),含电气石黑云母的花岗岩 ,晰,锆石颗粒的长度在 之间。在阴极发光图像上(图 ),锆石显示核 幔 边结构。核部显示模糊化的韵律震荡环带,幔部为灰白色均一化,边部显示典型的韵律震荡环带,为岩浆锆石的特征。个别锆石的韵律
19、震荡环带边部外侧还会增生均一化的浅灰白色边,表明该花岗岩经历了后期热事件的影响。对不同区域进行了 锆石 同位素组成测试。在边部韵律震荡环带锆石域中,和 含量较高,分别在 和 之间,比值较低,(表 )。年龄分布于 之间,在谐和图上,相对集中分布于一致线的 附近区域,加权平均年龄为 (点,图 ),清晰的韵律振荡环带表明这组年龄为花岗岩的结晶年龄。核部模糊化的韵律震荡环带锆石域中,和 含量较高,分别在 和 之间,比值较高,。年龄分布于 之间,在谐和图上,相对集中分布于一致线的 附近区域,加权平均年龄为 (点,图 ),韵律振荡环带表明这组年龄为继承锆石的岩浆结晶年龄。幔部灰白色均一化区域较窄,部分样品
20、点位于混合区域。在 同位素组成测试之后,使用扫描电镜仔细鉴定测定的位置,排除混合年龄。经确定,只有两点位于纯的较宽幔部区域,得到的 年龄为 (图 )。浅灰色增生边部区域具有较高的 和 含量,分别在 和 之间,比值为 。位于谐和线上的样品点的 年龄为 (图 )。与样品 相似,这期年龄记录了后期热液事件的交代作用。在样品 中,大部分锆石为自形 半自形,棱角清晰,锆石颗粒的长度在 之间。在阴极发光图像上(图 ),锆石显示相似的核 幔 边结构。核部和幔部显示典型的韵律震荡环带,为岩浆锆石的特征。边部为均一化的浅灰白色,表明该花岗岩经历了后期的热事件的影响。对核部、幔部和边部进行了 锆石 同位素组成测试
21、。在锆石核部域中,和 含量较高,分别在 和 之间,比值较低,小于 (表 )。锆石的幔部与核部相似,和 含量较高,分别在 和 之间,比值小于 。年龄分布于 和 之间,在谐和图上,相对集中分布于一致线上 和 附近的区域(图 ),加权平均年龄为 (点,)和 (点,图 ),清晰的韵律振荡环带表明这两组年龄都为花岗岩的结晶年龄。浅灰色边部区域具有较高的 和 含量,分别在 和 之间,比值小于 。位于谐和线上的样品点的 年龄为 (图 ),同样记录了后期热液事件的交代作用。全岩元素和同位素地球化学特征从主量元素含量来看(表 、图 ),这三组渐新世花岗岩高利娥等:喜马拉雅造山带聂拉木地区渐新世深熔作用的厘定图
22、聂拉木地区渐新世花岗岩的 定年谐和图 具有 较 高 的 ()、()、()和 (),但较低的 ()、()、和 ,较高的 ()。从原始地幔标准化微量元素蛛网图上看,大部分花岗岩具有 、和 的显著负异常,中两个样品还显示 和 负异常(图 )。和 具有较高的 ()和 ()含量,较低的 比值(),且 与 比值和 与 比值都无相关性(图 )。相反,具有较低的 ()和 ()含量,较高的 比值(),且 与 比值和 与 岩石学报 ,():书书书?高利娥等:喜马拉雅造山带聂拉木地区渐新世深熔作用的厘定书书书?岩石学报 ,():表 聂拉木地区渐新世花岗岩的主量元素()和微量元素()含量 ()()样品号 岩性含电气石
23、黑云母的花岗岩含黑云母的花岗岩含电气石黑云母的伟晶花岗岩年龄()、高利娥等:喜马拉雅造山带聂拉木地区渐新世深熔作用的厘定续表 样品号 岩性含电气石黑云母的花岗岩含黑云母的花岗岩含电气石黑云母的伟晶花岗岩年龄()、()()()()()()()比值具有负相关关系(图 )。大部分样品中 比值大于 ,但 比值大于 (表 )。在球粒陨石标准化稀土元素配分图上(图 ),三组花岗岩都显示略微富集轻稀土(),亏损中稀土()和重稀土(),(),高度变化的 异常(),微弱的负 异常()。含电气石黑云母的花岗岩具有均一的初始 同位素比值和 同位素比值,(),()(表 、图 )。讨论 聂拉木地区新生代花岗岩年代学特征
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