北京大学学报自然科学版   2016, Vol. 52 Issue(5): 848-860

文章信息

刘洪, 张晖, 李光明, 黄瀚霄, 肖万峰, 游钦, 马东方, 张海, 张红
LIU Hong, ZHANG Hui, LI Guangming, HUANG Hanxiao, XIAO Wanfeng, YOU Qin, MA Dongfang, ZHANG Hai, ZHANG Hong
藏北羌塘南缘早白垩世青草山强过铝质S型花岗岩的成因:来自地球化学和锆石U-Pb年代学的约束
Petrogenesis of the Early Cretaceous Qingcaoshan Strongly Peraluminous S-Type Granitic Pluton, Southern Qiangtang, Northern Tibet: Constraints from Whole-Rock Geochemistry and Zircon U-Pb Geochronology
北京大学学报(自然科学版), 2016, 52(5): 848-860
Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2016, 52(5): 848-860

文章历史

收稿日期: 2015-03-31
修回日期: 2015-11-02
网络出版日期: 2016-09-01
 Abstract              PDF               Figures               Tables
引用本文
刘洪, 张晖, 李光明, 黄瀚霄, 肖万峰, 游钦, 马东方, 张海, 张红. 藏北羌塘南缘早白垩世青草山强过铝质S型花岗岩的成因:来自地球化学和锆石U-Pb年代学的约束[J]. 北京大学学报(自然科学版), 2016, 52(5): 848-860.
LIU Hong, ZHANG Hui, LI Guangming, HUANG Hanxiao, XIAO Wanfeng, YOU Qin, MA Dongfang, ZHANG Hai, ZHANG Hong. Petrogenesis of the Early Cretaceous Qingcaoshan Strongly Peraluminous S-Type Granitic Pluton, Southern Qiangtang, Northern Tibet: Constraints from Whole-Rock Geochemistry and Zircon U-Pb Geochronology[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2016, 52(5): 848-860.
藏北羌塘南缘早白垩世青草山强过铝质S型花岗岩的成因:来自地球化学和锆石U-Pb年代学的约束
刘洪1, 张晖1, 李光明1, 黄瀚霄1, 肖万峰2, 游钦3, 马东方1, 张海1, 张红1     
1. 中国地质调查局成都地质调查中心, 成都 610081;
2. 河南省地质调查院, 郑州450007;
3. 四川省煤田地质工程 勘察设计研究院, 成都 610072
收稿日期：2015-03-31；修回日期：2015-11-02；网络出版日期：2016-09-01
基金项目：国家重点研发计划(2016YFC0600300)、中国地质调查项目(DD20160015, DD20160026)和中国地质调查局成都地质调查中心青年基金([所控基]2014-03)资助
通信作者： 黄瀚霄, E-mail: hanxiaohuang@126.com
摘要： 藏北羌塘南缘扎普-多不杂岩浆弧内的青草山花岗岩体由花岗斑岩和石英二长斑岩组成, 目前缺乏地球化学和年代学数据来约束其成因和形成时代。用LA-ICP-MS方法测得石英二长斑岩锆石206Pb/238U年龄加权平均值为122±1 Ma (MSWD=3.9), 花岗斑岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄为114.6±1.2 Ma (MSWD=1.1), 表明岩体形成于早白垩世。岩体含白云母、堇青石, 无角闪石, 具有富铝(A12O3含量: 14.81%~15.86%)、贫钙(CaO含量: 1.10%~2.44%)、总碱含量高(K2O+Na2O含量: 6.86%~8.80%)的特征, 铝饱和指数A/CNK为1.06~1.20, 在CIPW标准矿物计算中出现刚玉分子(1.20%~2.86%), 未出现透辉石, 表明该岩体为一套强过铝质亚碱性S型花岗岩。(La/Yb)N=3.24~16.20, LREE/HREE=4.37~12.4, 在配分曲线上显示左高右低的特征, 富集Rb, Th, U, K, La, Ce等大离子亲石元素, 亏损Ta, Nb, P, Ti, Y等高场强元素, 具有较典型的岛弧岩浆岩地球化学特征。研究结果揭示, 青草山花岗岩为班公湖-怒江洋壳北向俯冲背景下, 上地壳杂砂岩质成分发生部分熔融作用的产物。
关键词： 西藏     班公湖-怒江     羌塘     青草山     S型花岗岩     过铝质花岗岩    
Petrogenesis of the Early Cretaceous Qingcaoshan Strongly Peraluminous S-Type Granitic Pluton, Southern Qiangtang, Northern Tibet: Constraints from Whole-Rock Geochemistry and Zircon U-Pb Geochronology
LIU Hong1, ZHANG Hui1, LI Guangming1, HUANG Hanxiao1, XIAO Wanfeng2, YOU Qin3, MA Dongfang1, ZHANG Hai1, ZHANG Hong1     
1. Chengdu Center, China Geological Survey, Chengdu 610081;
2. Henan Institute of Geology Survey, Zhengzhou 450007;
3. Sichuan Institute of Coal Geological Exploration and Desiging, Chengdu 610072
Corresponding author: HUANG Hanxiao, E-mail: hanxiaohuang@126.com
Abstract: The Qingcaoshan granitic pluton, located in the Zhapu-Duobuza magmatic arc in southern Qiangtang, consists of granite porphyry and quartz monzonitic porphyry. However, the age and genesis are not studied due to absence of geochemical and geochronological data. The weighted average 206Pb/238U age of 122±1 Ma (MSWD=3.9) for quartz monzonitic porphyry and 114.6±1.2 Ma (MSWD=1.1) for granite porphyry is present by LA-ICP-MS and SHRIMP zircon U-Pb dating. The intrusion have minor muscovite and cordierite, no hornblende. The granitic pluton is characterized by enriched Al (A12O3: 14.81%-15.86%), depleted Ca (CaO: 1.10%-2.44%), and high content of alkali (K2O+Na2O: 6.86%-8.80%). Father more, it is also characterized by ASI of 1.1 (A/CNK: 1.06-1.20), corundum (1.20%-2.86%) and absence of diopside showed through CIPW calculation, which are indicative of peraluminous sub-alkaline S-type graniten. The intrusive rock is relatively enriched in large ion lithophile elements (Rb, Th, U, K, La, Ce) and depleted in high field strength elements (Ta, Nb, P, Ti, Y), and exhibits LREE-enriched ((La/Yb)N: 3.24-16.20) with right-inclined REE distribution patterns. A synthesis of all these characteristics indicates that the Qingcaoshan granitic pluton was probably derived from partial melting of greywacke components in the upper crust as a result of norward subduction of the Bangong Co-Nujiang oceanic crust towards the Qiangtang block.
Key words: Tibet     Bangong Co-Nujiang     Qiangtang     Qingcaoshan     S-type granite     peraluminous granite    

班公湖‒怒江缝合带近东西向横跨于羌塘地块与冈底斯地块之间, 在其两侧广泛发育的中生代岩浆活动记录了班公湖‒怒江洋壳岩石圈俯冲以及羌塘地块与冈底斯地块碰撞的丰富信息, 是当前青藏高原地质研究的热点[1-7]。班公湖‒怒江缝合带西段的北侧为羌塘地块南缘的扎普‒多不杂岩浆弧(据文献[8]的大地构造分区方案)。近年来的地质调查发现该岩浆弧内岩石类型主要为中酸性岩系列[2]。已有的年代学数据[9-18]表明, 这些岩体的形成时代大致在晚侏罗世至早白垩世(168~106 Ma)。目前, 对羌塘南缘早白垩世岩浆活动地球动力学背景的认识存在分歧:一种观点认为该岩浆活动是中特提斯洋岩石圈的北向俯冲导致[1-2, 11-13, 18]; 另一种观点认为该岩浆活动与中特提斯洋南向俯冲过程中残余洋壳板片的浅部断离(或者拆沉)作用有关[6, 15]; 此外, 部分学者认为该研究活动发生在碰撞后地壳隆升阶段[16-17]。过去对该地区花岗岩类的报道以I型花岗岩为主, 强过铝质的S型花岗岩则鲜有报道。本文基于岩相学、岩石地球化学和锆石U-Pb年代学研究, 在扎普‒多不杂岩浆弧内的青草山地区厘定出早白垩世的强过铝质S型花岗岩, 并探讨该花岗岩的成因。研究结果有助于进一步了解青藏高原中部的中生代造山事件, 为班公湖‒怒江缝合带构造岩浆作用研究提供线索和证据。

1 地质概况

西藏自治区阿里地区改则县先遣乡境内的青草山花岗岩体位于班公湖‒怒江缝合带北侧, 羌塘地块南缘扎普‒多不杂岩浆弧(J-K1)内。该地区及外围出露的地层主要有中‒下二叠统雀英错组(P1-2q)石英砂岩、中二叠统龙格组(P2l)灰岩、上三叠统日干配错群(T3R)板岩、中侏罗统雀莫组(J2q)变质粉砂岩、中侏罗统布曲组(J2b)灰岩、下白垩统美日切错组(K1m)火山岩、上白垩统阿布山组(K21)泥岩以及古近系康托组(Ek)砾岩等(图 1)。中侏罗统雀莫错组为研究区主要地层, 岩性以浅灰至灰黄色中厚层变质砂岩、灰绿色薄层变质粉砂岩为主, 夹少量灰绿色薄层粉砂质板岩。岩浆岩主要有花岗斑岩及石英二长斑岩。在青草山地区西南约30 km的普让地区, 还分布具有岛弧型岩石地球化学特征的普让I型花岗岩[9]。青草山岩体位于中‒下二叠统雀英错组石英砂岩中(图 1), 与围岩有明显的侵入接触关系, 呈球形小岩株特征, 出露规模为300 m×600 m, 周金胜等[10]利用锆石SHRIMP U-Pb年代学方法测得的花岗斑岩年龄为114.6±1.2 Ma (MSWD=1.1)。

构造单元划分图据文献[19‒20]修改。1.第四系; 2.古近系康托组砾岩; 3.上白垩统阿布山组泥岩; 4.下白垩统美日切错组火岩; 5.中侏罗统布曲组灰岩; 6.中侏罗统雀莫变质粉砂岩; 7.上三叠统日干配错群板岩; 8.中二叠统龙格组灰岩; 9.中‒下二叠统雀英错组石英砂岩; 10.花岗岩; 11.石英二长斑岩; 12.花冈闪长岩; 13.二长闪长岩; 14.闪长岩; 15.二长岩; 16.辉绿岩; 17.磁铁矿; 18.断层; 19.地名; 20.研究区 图 1. 青草山‒普让地区地质简图 Figure 1. Geological sketch map of the Qingcaoshan-Purang region
图选项

2 采样及分析方法

实验样品有花岗斑岩3件和石英二长斑岩体4件。对7件样品均进行野外和手标本观察、薄片鉴定及全岩主量、稀土、微量元素分析, 对其中1件石英二长斑岩样品进行锆石U-Pb年代学分析。花岗斑岩(图 2(a)和(c))呈灰白色, 斑状结构, 块状构造, 斑晶主要由石英(约10%)组成, 同时含少量长石。石英二长斑岩(图 2(b)和(d))呈深灰色至灰黑色, 斑状结构, 块状构造, 斑晶体积约占55%, 主要为石英(5%~10%)、斜长石(20%~25%)和碱性长石(15%~20%), 少量白云母(约3%)、黑云母(约3%)和堇青石( < 1%), 长石类矿物大多已发生绢云母化蚀变。

(a)花岗斑岩野外照片; (b)石英二长斑岩野外照片; (c)花岗斑岩单偏光显微镜下(−)与正交偏光显微镜下(+)照片; (d)石英二长斑岩单偏光显微镜下(−)与正交偏光显微镜下(+)照片; J2q:中‒下二叠统雀英错组石英砂岩; ηοπ:石英二长斑岩; γπ:花岗斑岩; q:石英; Pl:斜长石 图 2. 青草山岩体野外及显微镜下照片 Figure 2. Field photos and micrographs for Qingcaoshan granitic pluton
图选项

主量、稀土、微量元素分析在国土资源部西南矿产资源监督检测中心(中国地质调查局成都地质调查中心)实验室完成。主量元素用AXIOS-X荧光光谱仪测定, 分析精度优于5%。微量元素用ICP-MS法, 采用等离子质谱仪(X-series)测定, 分析精度优于5%。锆石分选在廊坊诚信地质服务有限公司完成。背散射电子相、锆石阴极发光图像分析和锆石U-Pb测年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。锆石U-Pb同位素原位分析在Agilent公司生产的Agilent 7500a电感耦合等离子体质谱与MicroLas公司GeoLas 2005准分子激光剥蚀系统联机上进行。使用氦气作为剥蚀物质的载气, 分析所用的激光束斑直径为32 μm, 采用标准锆石Harvard 91500为外标进行同位素的分馏校正, GJ-1为内标进行精度检测, 标准玻璃NIST610为外标进行微量元素含量校正。详细的分析流程和仪器参数见文献[21‒22]。实验获得的数据处理采用ICPMSDataCal软件[22]进行处理, 经过普通Pb校正后, 锆石加权平均年龄的计算和谐和图的绘制采用Isoplot 4.15程序(方法和流程见文献[23]), 得出的同位素比值和年龄误差均在1σ水平。

3 分析结果 3.1 主量元素

主量元素分析结果(表 1)显示, 花岗斑岩SiO2含量为69.75%~70.12%, 石英二长斑岩SiO2含量为66.77%~68.54%, 均为酸性岩浆岩的特征。花岗斑岩K2O含量为2.87%~3.26%, 小于石英二长斑岩K2O含量(5.93%~6.92%)。青草山花岗岩具有总碱含量高(花岗斑岩K2O+Na2O含量为6.86%~7.64%, 石英二长斑岩K2O+Na2O含量为8.45%~8.80%)、富铝(花岗斑岩A12O3含量为15.03%~15.44%, 石英二长斑岩A12O3含量为14.81%~15.86%)、低钙(花岗斑岩CaO含量为1.71%~2.44%, 石英二长斑岩CaO含量为1.10%~2.02%)的特征。花岗斑岩里特曼指数(σ43)为1.74~2.18, 小于石英二长斑岩的里特曼指数(2.96~3.26), 均为钙碱性岩。在硅碱图解(图 3(a))中, 青草山花岗斑岩和石英二长斑岩均落入为亚碱性系列中, 青草山花岗斑岩和石英二长斑岩A/CNK值为1.06~1.20, 除一个样品为1.06外, 其他样品均大于1.1, 在CIPW标准矿物计算中出现刚玉分子而未出现透辉石, 说明青草山花岗岩属于强过铝质花岗岩类(图 3(b))。

表 1. 青草山岩体主量元素含量 Table 1. Major elements characteristic values for Qingcaoshan granitic pluton
岩石名称 样品号 含量/% A/NK A/CNK CaO/Na2O DI σ43 tZr/ C
SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3T MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 LOI K2O+Na2O 刚玉 透辉石
青草山
花岗斑岩		 QCS04 69.81 0.36 15.07 2.84 0.03 1.34 2.44 4.06 2.87 0.14 1.01 6.93 1.20 0 1.54 1.06 0.60 79.99 1.79 751
QCS05 69.75 0.37 15.44 2.96 0.03 1.27 1.77 4.14 3.50 0.15 0.61 7.64 1.99 0 1.46 1.12 0.43 82.76 2.18 764
QCS06 70.12 0.35 15.03 3.51 0.03 1.34 1.71 3.60 3.26 0.13 0.92 6.86 2.83 0 1.59 1.20 0.48 81.13 1.74 761
青草山
石英二长斑岩		 QCS10 66.77 0.44 15.64 3.58 0.03 1.62 1.68 1.90 6.90 0.19 1.18 8.80 2.50 0 1.48 1.15 0.89 81.11 3.26 768
QCS12 68.54 0.41 14.81 3.67 0.03 1.67 1.10 1.77 6.92 0.17 0.90 8.69 2.86 0 1.43 1.20 0.62 83.45 2.96 776
QCS14 67.48 0.45 15.73 3.52 0.03 1.52 1.57 2.67 6.11 0.18 0.76 8.78 2.34 0 1.43 1.14 0.59 82.26 3.15 773
QCS16 66.78 0.45 15.86 3.68 0.03 1.52 2.02 2.52 5.93 0.18 0.98 8.45 2.09 0 1.50 1.11 0.80 79.91 3.00 764
说明:里特曼系数σ43=(Na2O + K2O)2/(SiO2− 43);全岩锆石饱和温度tZr的计算方法见文献[24‒25]; 分异指数DI的计算方法见文献[26]。
表选项

(a)的底图据文献[27], (b)的底图据文献[28] 图 3. 青草山岩体岩石类型和系列划分图解 Figure 3. Classification and series diagrams for Qingcaoshan granitic pluton
图选项

3.2 稀土元素与微量元素

稀土元素与微量元素分析结果见表 2和3。本文稀土元素配分曲线(图 4(a))采用C1球粒陨石[29]标准化, 微量元素配分曲线(图 4(b))采用原始地幔[30]标准化。从图 4(a)可以看出, 青草山花岗斑岩和石英二长斑岩稀土元素位于羌塘南缘岛弧花岗岩范围(据文献[9‒14]数据投图), 稀土元素球粒陨石配分曲线均具有向右倾斜的“海鸥”形特征, 轻稀土曲线较陡, 重稀土曲线较平缓, 具明显的Eu异常, Ce异常不明显。青草山花岗斑岩稀土总量(ΣREE: 50.3~71.6 μg/g)、轻重稀土比值(LREE/HREE: 4.37~6.00)以及(La/Yb)N值(3.24~4.93)均小于青草山石英二长斑岩(ΣREE: 128~163 μg/g; LREE/HREE: 10.2~12.4; (La/Yb)N: 12.6~16.2)。在稀土元素球粒陨石标准化分布形式图(图 4(a))上, 2组数据均表现为右倾的平滑曲线, 而重稀土曲线平缓, 青草山花岗斑岩轻稀土曲线略低于石英二长斑岩。以上特征表明, 青草山花岗斑岩和石英二长斑岩均发生了轻、重稀土分馏, 并富集轻稀土。相对于石英二长斑岩, 花岗斑岩稀土分馏程度略低。

表 2. 青草山岩体稀土元素含量 Table 2. REE elements characteristic values for Qingcaoshan granitic pluton
岩石名称 样品号 含量/(μg · g−1) LREE/HREE (不含Y) (La/Yb)N δEu δCe
La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y ΣREE (不含Y)
青草山
花岗斑岩		 QCS04 10.7 27.7 3.59 15.4 3.45 0.57 3.00 0.48 2.68 0.51 1.56 0.23 1.56 0.23 13.7 71.6 6.00 4.93 0.54 1.10
QCS05 6.49 16.9 2.69 11.6 2.78 0.51 2.56 0.42 2.48 0.50 1.53 0.22 1.44 0.22 13.3 50.3 4.37 3.24 0.58 0.99
QCS06 7.96 21.6 2.85 11.7 2.37 0.50 2.18 0.34 2.13 0.42 1.27 0.18 1.31 0.19 11.0 55.0 5.89 4.35 0.67 1.11
青草山
石英二长斑岩		 QCS10 35.8 67.5 7.53 26.8 4.78 0.79 4.10 0.60 3.27 0.63 1.85 0.27 1.84 0.26 15.9 156 11.2 14.0 0.54 1.01
QCS12 31.8 59.5 6.54 22.9 3.95 0.65 3.25 0.46 2.48 0.48 1.52 0.22 1.46 0.22 12.9 135 12.4 15.7 0.55 1.01
QCS14 29.2 55.1 6.04 21.7 3.93 0.74 3.39 0.52 2.95 0.60 1.80 0.26 1.66 0.24 15.3 128 10.2 12.6 0.62 1.02
QCS16 39.4 71.6 7.53 26.2 4.46 0.92 3.98 0.55 3.12 0.61 1.79 0.26 1.75 0.29 15.7 163 12.2 16.2 0.67 1.02
表选项

球粒陨石标准化数据据文献[29], 原始地幔标准化数据据文献[30] 图 4. 青草山岩体稀土元素球粒陨石标准化分布形式(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b) Figure 4. Chondrite-normalized REE (a) and primitive-m antle-norma lized trace element patterns (b) for Qingcaoshan granitic pluton
图选项

在原始地幔标准化蛛网图(图 4(b))上, 青草山花岗斑岩与石英二长斑岩非常相似, 均落入羌塘南缘岛弧花岗岩微量元素范围(据文献[9‒14]数据投图), 呈向右倾斜的起伏曲线。高场强元素(HFSE)和大离子亲石元素(LILE)有较明显的分异(图 4(b), 表 3), 富集Rb, Th, U, K, La, Ce等大离子亲石元素(花岗斑岩La和Ce富集程度不明显), 亏损Ta, Nb, P, Ti, Y等高场强元素, 其中Ti严重亏损。相对于Rb, Th和U, 亏损Ba和Sr。

表 3. 青草山岩体微量元素含量 Table 3. Trace elements characteristic values for Qingcaoshan granitic pluton
岩石名称 样品号 含量/(μg · g−1)] Nb/Ta Zr/Hf Rb/Sr Rb/Ba
Rb Ba Th U K Ta Nb Sr P Zr Hf Sm Ti Ga
青草山
花岗斑岩		 QCS04 141 52.6 10.2 2.16 15730 0.99 11.8 224 611 1256 3.31 3.45 2156 17.0 12.0 38.0 0.63 2.69
QCS05 143 77.4 9.86 2.02 19250 1.07 12.4 354 655 127 3.43 2.78 2216 17.6 11.6 37.0 0.40 1.85
QCS06 167 63.4 8.60 2.13 17710 1.06 12.1 217 567 113 3.02 2.38 2097 18.5 11.4 37.4 0.77 2.63
青草山
石英二长斑岩		 QCS10 273 261 10.0 2.25 37235 1.04 12.6 141 829 131 3.44 4.78 2576 17.8 12.1 38.1 1.95 1.05
QCS12 260 155 10.6 2.31 37730 0.97 11.8 154 741 126 3.25 3.95 2456 17.6 12.1 38.7 1.69 1.68
QCS14 214 306 10.4 2.27 33220 1.10 13.1 306 786 137 3.54 3.93 2636 18.4 11.9 38.6 0.70 0.70
QCS16 222 291 12.1 2.69 32120 1.13 13.3 215 786 134 3.58 4.46 2636 19.0 11.8 37.5 1.03 0.76
表选项

3.3 锆石U-Pb年龄

对青草山地区石英二长斑岩样品中挑取的锆石进行锆石U-Pb年龄测试, 测点选择韵律环带结构清晰的部位, 代表性有效分析点位置及分析结果见图 5和表 4。所测锆石都透明、无色, 晶形较好, 具有典型的岩浆锆石密集振荡型环带, 锆石Th/U值(0.16~0.29)在岩浆锆石范围内(一般变质和热液成因锆石的Th/U < 0.1, 岩浆成因锆石的Th/U > 0.1[31]), 锆石的Th与U之间呈现较好的正相关性(表 4), 与典型的岩浆锆石特征[32]相符合。

表 4. 青草山岩体锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果 Table 4. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results for Qingcaoshan granitic pluton
编号 Pb/(μg·g−1) Th/(μg·g−1) U/(μg·g−1) Th/U 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 208Pb/232Th 206Pb/238U 谐和度/%
比值 误差(1σ) 比值 误差(1σ) 比值 误差(1σ) 比值 误差(1σ) 年龄/Ma 误差(1σ)
QCS14-01 16.2 151 765 0.20 0.0492 0.0019 0.1286 0.0049 0.0190 0.0002 0.0060 0.0003 121 1 98
QCS14-03 23.3 305 1050 0.29 0.0471 0.0015 0.1279 0.0042 0.0196 0.0002 0.0056 0.0002 125 1 97
QCS14-05 17.3 187 812 0.23 0.0495 0.0017 0.1313 0.0047 0.0191 0.0002 0.0057 0.0002 122 1 97
QCS14-07 12.8 127 614 0.21 0.0503 0.0019 0.1291 0.0048 0.0187 0.0002 0.0065 0.0003 119 1 96
QCS14-08 14.3 110 689 0.16 0.0518 0.0021 0.1341 0.0053 0.0189 0.0002 0.0060 0.0003 121 1 94
QCS14-10 15.9 145 754 0.19 0.0512 0.0019 0.1354 0.0048 0.0194 0.0002 0.0058 0.0002 124 1 95
QCS14-12 19.3 194 881 0.22 0.0458 0.0015 0.1245 0.0039 0.0197 0.0002 0.0059 0.0002 126 1 94
QCS14-15 18.0 141 840 0.17 0.0477 0.0017 0.1274 0.0047 0.0193 0.0002 0.0057 0.0002 123 1 98
QCS14-16 10.6 86.0 489 0.18 0.0529 0.0023 0.1396 0.0063 0.0191 0.0002 0.0082 0.0003 122 1 91
QCS14-17 14.3 190 667 0.29 0.0477 0.0019 0.1213 0.0047 0.0186 0.0002 0.0057 0.0002 119 1 98
QCS14-18 17.6 143 807 0.18 0.0478 0.0018 0.1283 0.0047 0.0196 0.0002 0.0063 0.0002 125 1 98
QCS14-20 14.6 129 689 0.19 0.0488 0.0018 0.1264 0.0045 0.0189 0.0002 0.0057 0.0002 121 1 99
说明:石英二长斑岩, 12个测点加权平均年龄为122±1 Ma, MSWD=3.9。
表选项

图 5. 青草山岩体代表性锆石的阴极发光图像(a)和锆石U-Pb年龄谐和图(b) Figure 5. Cathodolum inescence (CL) images of representative zircon (a) and concordia diagrams (b) for Qingcaoshan granitic pluton
图选项

本文所研究的锆石为与青草山石英二长斑岩同期结晶的岩浆锆石。对于年轻锆石, 使用206Pb/238U年龄能获得较为可靠的测试结果[33]。本次测试的12个分析点的206Pb/238U表面年龄在119~126 Ma之间, 其加权平均值为122±1 Ma (MSWD=3.9) (图 5), 代表石英二长斑岩体的结晶年龄, 略早于周金胜等[10]获得的青草山花岗斑岩锆石SHRIMP U-Pb年龄(114.6±1.2 Ma, MSWD=1.1)。由以上分析可知, 青草山地区岩浆活动集中在早白垩世, 其中石英二长斑岩形成时代略早于花岗斑岩。

4 讨论 4.1 形成温度计算

Watson等[24-25]从高温(700~1300 C)实验得出锆石溶解度模拟公式, 其原理是基于花岗岩副矿物锆石中Zr在岩浆开始结晶状态下固液两相中的分配系数是温度的函数, 用岩浆早期结晶温度近似地代表岩浆的形成温度。计算公式如下:

$ \begin{array}{*{20}{l}} {{t_{{\rm{Z}}r}}\left( {^ \circ {\rm{C}}} \right){\rm{ }} = {\rm{ }}12900{\rm{ }}/{\rm{ }}[(2.95 + 0.95M + }\\ {\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;{\rm{ln}}({\rm{Z}}{{\rm{r}}_{asadsd}}/{\rm{Z}}{{\rm{r}}_{sasdd}})]{\rm{ }} - {\rm{ }}273.15,} \end{array} $ (1)

M为全岩的(K+Na+2Ca)/(A1×Si)(摩尔浓度, 计算时令Si+Al+Fe+Mg+Ca+Na+K+P=1); Zr 锆石为锆石的Zr含量, 不做Zr, Hf校正时, 纯锆石中Zr的含量为4.96×105 μg/g; Zr熔体为熔体的Zr含量, 一般用全岩的Zr含量近似地代表熔体的Zr含量。

通过计算, 得到青草山花岗斑岩全岩锆石饱和温度为751~764 C (平均759 C), 石英二长斑岩全岩锆石饱和温度为764~776 C (平均770 C)(表 1)。也就是说, 青草山岩体形成的温度近似值约为751~776 C (平均765 C), 接近S型花岗岩形成的平均温度(764 C[34])。

4.2 岩石类型厘定

主流的花岗岩成因分类方案将花岗岩划分为A型(非造山型)、S型(壳源改造型)、I型(壳幔同熔型)和M型(幔源型)四类[26, 35-36]。高分异I型、S型花岗岩与A型花岗岩在地球化学特征及矿物学特征方面十分相似[34], 因此, 用于花岗岩成因分类的标志性矿物和一系列地球化学图解不适用于高分异花岗岩。也就是说, 若要准确识别花岗岩的成因类型, 需要判别花岗岩是否经历了高程度结晶分异作用[37]。在图 6(a)中, 青草山花岗斑岩和石英二长斑岩样品远离A型花岗岩范围, 落在未分异的I, S, M花岗岩范围内, 为一套分异程度比较低的花岗岩(分异指数DI=79.91~83.45)。青草山岩体的矿物成分中有白云母、堇青石等含铝矿物, 暗色矿物很少, SiO2含量较高, MgO和TiO2含量低, 标准矿物中刚玉分子含量大于1%, 为1.20%~2.86%, 未出现透辉石, 富铝, A/CNK > 1.1(S型花岗岩A/CNK > 1.1[39]), 为典型强过铝质花岗岩, 暗示是沉积岩同熔的结果。李献华等[40]指出: I型和S型花岗岩成因分类的岩石化学基础, 是S型花岗岩的Na, Ca, Sr在长石风化形成黏土的过程中发生丢失, 使沉积岩成为过铝质(并非Al增加), 因此S型花岗岩继承了源岩的过铝质岩石化学特征, 其Na, Ca, Sr含量明显低于I型花岗岩。青草山岩体Na2O含量(1.77%~4.14%, 平均2.95%)、CaO含量(1.10%~2.44%, 平均1.76%)和Sr含量(11.6~26.2 μg/g, 平均19.46 μg/g)均低于典型的普让I型花岗岩(Na2O含量为3.07%~4.82%, 平均4.13%; CaO含量为3.74%~8.98%, 平均5.66%; Sr含量为22.3~28.0 μg/g, 平均25.1 μg/g)[9]。研究表明, 由于Th和Y在过铝质岩浆演化早期优先进入富集Th和Y的矿物(如独居石), 因此S型花岗岩(Rb含量大于200 μg/g)的Th和Y含量较低, 并随着含量增加而降低; 相反, 富集Th和Y的矿物不在准铝质岩浆演化早期优先结晶, 所以分异I型花岗岩的Th和Y含量高, 并与Rb含量呈正相关关系[35, 39-42]。因此, 可用Y‒Rb及Th‒Rb散点图来判别I型和S型花岗岩。在图 6(c)和(d)中, 青草山花岗斑岩和石英二长斑岩样品明显拟合在S型花岗岩演化曲线上, 而有别于I型花岗岩, 同时在Jung等[38]的TiO2‒Zr图解(图 6(b))中, 青草山岩体样品也均位于S型花岗岩范围, 与前面证据吻合。前面计算得到青草山岩体全岩锆饱和温度为751~776 C (平均765 C), 在S型花岗岩形成温度范围(600~850 C[43]), 接近S型花岗岩形成的平均温度(764 C[35]), 低于I型花岗岩形成温度( > 900 C[43])。以上证据均表明, 青草山花岗岩为S型花岗岩。

(a)的底图据文献[37], (b)的底图据文献[38], (c)和(d)的底图据文献[35, 39] 图 6. 青草山花岗岩岩石成因判别图解 Figure 6. Petrogenesis discrimination diagrams for Qingcaoshan granitic pluton
图选项

4.3 岩石成因讨论

青草山花岗岩富集轻稀土, 高场强元素亏损, 稀土元素和微量元素均显示较典型的岛弧花岗岩的特征(图 4, 图 7(b))。在图 7(a)中, 青草山花岗岩及附近的普让花岗岩样品均落入火山弧花岗岩范围。由此可见, 青草山花岗岩极有可能形成于碰撞前的岛弧环境。已有年代学研究表明, 改则地区大约在110 Ma, 班公湖‒怒江洋俯冲消减可能结束, 进入陆内环境[9, 11, 15, 46]。羌塘地块南缘青草山地区(122±1 Ma)的岩体与普让(116±2 Ma[9])、多不杂(121.6±2.0 Ma[11])、波龙(119~120 Ma[47])等岩体侵位时间基本上一致, 可能都形成于班公湖‒怒江洋闭合前的岛弧环境。

(a)的底图据文献[44], (b)的底图据文献[45] 图 7. 青草山地区岩浆构造环境(a)和岩石性质判别(b)图解 Figure 7. Tectonic environment (a) and rock properties diagrams (b) for Qingcaoshan granitic pluton
图选项

目前研究认为, 幔源岩浆加热导致的地壳物质脱水重熔和基性岩浆结晶分异以及地壳混染作用均可形成长英质岩石[48-50]。青草山地区大面积出露中性、酸性岩浆岩, 无基性岩浆岩出露, 显示青草山花岗岩不太可能是由中基性岩浆高度演化形成。相对富集LREE和LILE, 相对亏损HFSE, 不相容元素Nb, Ta, Ti具有明显的负异常, 表明岩体源区有陆壳物质参与。根据Nb/Ta值为11.4~12.1, 接近平均地壳值(11~13[51]), Zr/Hf值为37.0~38.8, 接近并略高于壳源岩石(约33[52-53]), 以及Eu负异常(δEu=0.54~0.67)等特征, 可以推断这些岩石的源岩为地壳物质[54]。一般认为, 源岩为泥质岩和砂质岩的副片麻岩是S型花岗岩的母岩[55], 而酸性岩的成分与其源区密切相关, 过铝质花岗岩可以利用Al-Fe-Mg-Ti系统(图 8(a)和(c))和Rb-Sr-Ba系统(图 8 (b))确定其源区成分。在图 8(a)中, 青草山花岗斑岩和石英二长斑岩主要落入杂砂岩源岩范围。花岗岩熔体中CaO/Na2O值与温度和压力无关, 主要受源岩成分的控制[38], 因此CaO/Na2O值对源区的成分具有很好的指示意义。因斜长石在残余相中较稳定[60], 因此杂砂岩熔融形成的熔体(花岗岩)具有较高的CaO/Na2O值。Sylvester[58]的研究表明, 贫斜长石、富黏土的泥质岩部分熔融产生的过铝质花岗岩CaO/Na2O值一般小于0.3, 富斜长石、贫黏土的砂屑岩熔融生成的过铝质花岗岩CaO/Na2O值一般大于0.3。青草山花岗斑岩的CaO/Na2O为0.43~0.60, 石英二长斑岩的CaO/Na2O为0.59~0.88, 符合杂砂岩源岩的特征(图 8(d)), 因此青草山花岗斑岩和石英二长斑岩源岩主要为杂砂岩。

(a)的底图据文献[56]; (b)的底图据文献[57‒58]; (c)的底图据文献[57, 59], HP为高压条件, LP为低压条件; (d)的底图据文献[38] 图 8. 青草山花岗岩源岩判别图解 Figure 8. Source Rock discrimination diagrams for Qingcaoshan granitic pluton
图选项

5 结论

1)青草山石英二长斑岩结晶年龄应为122.3±1.5 Ma (MSWD=3.9), 略早于青草山花岗斑岩(115±1 Ma, MSWD=1.1), 表明青草山花岗岩类的岩浆活动集中在早白垩世, 岩体形成的温度近似值为765 C, 接近S型花岗岩形成的平均温度。

2)青草山花岗斑岩和石英二长斑岩应为在班公湖‒怒江洋壳北向俯冲背景下的岛弧环境中, 地壳杂砂岩质成分发生部分熔融作用形成的、分异程度较低的、强过铝质亚碱性S型花岗岩。

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