藏北羌塘榮瑪?shù)貐^(qū)新生代火山巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb測齡及其地質(zhì)意義

冉 皞, 王根厚, 梁 曉, 鄭藝龍, 王 梁,2

(1.中國地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083; 2.武警黃金地質(zhì)研究所，河北 廊坊 065000)

羌塘地塊位于青藏高原腹地，夾持于西金烏蘭-金沙江-紅河縫合帶與班公湖-怒江縫合帶之間，是揭示特提斯域演化的關(guān)鍵區(qū)域，其構(gòu)造屬性與演化歷史一直備受關(guān)注[1-6]。然而，對(duì)于羌塘地塊的結(jié)晶基底以及其在特提斯域演化中經(jīng)歷的構(gòu)造事件等問題一直充滿爭議[1-10]。國內(nèi)外諸多學(xué)者通過對(duì)羌塘地塊新生代之前，尤其是古生代巖石的鋯石U-Pb年代學(xué)研究，獲得了前寒武紀(jì)-中生代豐富的年齡記錄，并將其與拉薩地塊等青藏高原其他構(gòu)造單元的鋯石年齡進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而研究羌塘地塊的構(gòu)造屬性以及演化歷史，為解決羌塘地塊乃至整個(gè)特提斯域的發(fā)展演化提供了重要依據(jù)[1,3,7-9]。新生代巖石中鋯石的年齡則可能比較完全地記錄了羌塘地塊完整的形成與演化歷史。然而，對(duì)于羌塘地塊新生代巖石鋯石年齡的研究卻相對(duì)較少，尤其是新生代火山巖鋯石的年齡記錄。本次研究在羌塘榮瑪?shù)貐^(qū)新生代火山巖鋯石中首次發(fā)現(xiàn)了從新太古代到新生代的年齡數(shù)據(jù)，并探討其所記錄的構(gòu)造熱事件。

1 地質(zhì)概況與樣品來源

榮瑪?shù)貐^(qū)位于龍木錯(cuò)-雙湖-瀾滄江縫合帶以南的南羌塘地塊，主要出露新生界和古生界(圖1)。新生界主要為第四系、古近系；古生界主要為二疊系、晚古生代增生雜巖[4]及奧陶系。古近系康托組由西藏區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)于1986年進(jìn)行1∶100萬改則幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時(shí)建立，是羌塘地塊廣泛發(fā)育的一套陸源碎屑沉積巖，并局部夾有火山巖。在1∶100萬改則幅和1∶25萬日干配錯(cuò)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中，康托組被厘定為新近紀(jì)；然而近年來的同位素年代學(xué)研究[11,12]均表明，康托組的時(shí)代應(yīng)為古近紀(jì)始新世晚期-漸新世。研究區(qū)內(nèi)康托組巖石組合為紫紅色復(fù)成分礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖、細(xì)砂巖、含砂質(zhì)泥巖，局部夾基性-酸性火山巖。

本次研究樣品采自榮瑪鄉(xiāng)東部的康托組，為紫紅色粗砂巖中10～50 cm厚的火山巖夾層(圖2)，采樣位置：E86°49′40″、N32°57′29″(圖1)。巖石呈紫紅-褐色，氣孔及杏仁構(gòu)造，局部可見變質(zhì)粗砂巖角礫及1～3 cm厚砂巖夾層。巖石與粗砂巖接觸部位局部可見烘烤現(xiàn)象。巖性主要為鉀質(zhì)粗面玄武巖和橄欖粗安巖，地球化學(xué)特征指示其可能來源于過渡型地幔和富集型地幔，其形成與陸內(nèi)俯沖作用導(dǎo)致的軟流圈上涌有關(guān)(另文發(fā)表)。

2 分析方法與結(jié)果

原巖樣品粉碎至80目后按常規(guī)方法分選，在顯微鏡下手工挑選裂紋較少、透明度較好、干凈的鋯石制成環(huán)氧樹脂樣品靶，經(jīng)過打磨和拋光后拍攝透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)圖像。鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所使用美國ESI公司生產(chǎn)的UP193-FX ArF準(zhǔn)分子激光器和Thermo Fisher公司生產(chǎn)的Neptune多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行，激光剝蝕束斑直徑為50 μm，具體實(shí)驗(yàn)流程見參考文獻(xiàn)[13,14]。U-Pb同位素分餾校正使用GJ-1作為外部鋯石年齡標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)處理使用劉勇勝研發(fā)的ICPMSDataCal程序[15]和Kenneth R. Ludwig研發(fā)的Isoplot程序[16]，普通鉛校正使用208Pb校正法，鋯石樣品Pb、U、Th含量的計(jì)算使用NIST612玻璃標(biāo)樣。年輕鋯石(年齡<1 000 Ma)中放射性成因207Pb含量較少，分析中容易產(chǎn)生較大的誤差，因此對(duì)年輕鋯石均使用其206Pb/238U年齡，對(duì)較老鋯石(年齡>1 000 Ma)使用其207Pb/206Pb年齡[17]。

圖1 榮瑪?shù)貐^(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch-map of the Rongma area(大地構(gòu)造索引圖據(jù)參考文獻(xiàn)[4]修改)Q.第四系; Ek.古近系康托組; En.古近系納丁錯(cuò)組; P1-2t.中下二疊統(tǒng)吞龍共巴組; P1l.下二疊統(tǒng)龍格組; C-P.晚古生代增生雜巖; O2-3t.中上奧陶統(tǒng)塔石山組。1.斷裂; 2.湖泊; 3.采樣點(diǎn)

圖2 榮瑪?shù)貐^(qū)新生代火山巖野外露頭照片F(xiàn)ig.2 Field photographs of the Cenozoic volcanic rocks in the Rongma area

本次研究測試了70顆鋯石的70個(gè)U-Pb同位素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)，分析結(jié)果列于表1。大部分測試點(diǎn)在諧和線上及附近(圖3)，但有11個(gè)測試點(diǎn)(7, 15, 25, 34, 38, 39, 43, 50, 53, 58, 70)可能由于鉛的丟失嚴(yán)重偏離諧和線，不能代表其真實(shí)年齡，將其剔除。結(jié)果顯示年齡數(shù)據(jù)變化較大，從新太古代到新生代(2 651～24 Ma)均可見，但具有明顯的階段性。

3 討 論

鋯石232Th/238U比值為0.06～1.76，平均為0.70，除13個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)外(1, 2, 6等)均大于0.40，具巖漿鋯石的特征[18]。鋯石粒徑一般為50～100 μm，最大可達(dá)150 μm，主要為柱狀和不規(guī)則粒狀。鋯石陰極發(fā)光圖像(圖4)顯示有的鋯石具有典型的巖漿振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，有的鋯石具有變質(zhì)鋯石的無分帶、面狀分帶結(jié)構(gòu)，有的鋯石具有明顯的繼承核心。鋯石不同的形態(tài)及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)顯示了其來源的多樣性和經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化史：巖漿鋯石來源于巖漿活動(dòng)，變質(zhì)鋯石來源于變質(zhì)事件，具有繼承核心的鋯石表明其至少經(jīng)歷了2期構(gòu)造熱事件；而部分鋯石有一定的磨蝕，暗示其可能經(jīng)歷過搬運(yùn)和分選。

圖3 榮瑪?shù)貐^(qū)新生代火山巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡諧和圖Fig.3 LA-ICP-MS U-Pb age concordia diagrams of zircons from the Cenozoic volcanic rocks in the Rongma area

圖4 榮瑪?shù)貐^(qū)新生代火山巖鋯石代表性陰極發(fā)光圖像Fig.4 Representative CL images of zircons from the Cenozoic volcanic rocks in the Rongma area

年齡的階段性特征暗示其與一定的階段性構(gòu)造事件相關(guān)。年齡數(shù)據(jù)可分為12個(gè)年齡組：2 651～1 381 Ma, 1 182～1 147 Ma, 921～911 Ma, 832～741 Ma, 659 Ma, 562～535 Ma, 423～414 Ma, 320～291 Ma, 243～200 Ma, 156～140 Ma, 127～117 Ma, 24 Ma。

3.1 前寒武紀(jì)構(gòu)造熱事件

2 651～1 381 Ma年齡組共有11個(gè)測試點(diǎn)，指示了新太古代-中元古代中期的構(gòu)造熱事件。華北、北美、瑞芬以及其他克拉通在2.5 Ga B.P.發(fā)生了大規(guī)模的拼合事件，形成了可能是有記載的最古老的超級(jí)大陸；哥倫比亞超級(jí)大陸在2.1～1.8 Ga B.P.形成，并在古-中元古代裂解[7]。因此，2 651～1 381 Ma年齡組可能與超級(jí)大陸演化有關(guān)，但也可能是組成羌塘地塊結(jié)晶基底或古老陸塊殘片的地質(zhì)記錄。1 182～1 147 Ma年齡組共有2個(gè)測試點(diǎn)，指示了中元古代晚期的構(gòu)造熱事件，其時(shí)代與格林威爾造山事件(1 290～980 Ma B.P.)[19]相當(dāng)，在榮瑪溫泉地區(qū)石英巖的碎屑鋯石中也發(fā)現(xiàn)了格林威爾造山事件的年齡紀(jì)錄[20]。因此，1 182～1 147 Ma年齡組可能是格林威爾造山事件的記錄。921～911 Ma年齡組共有3個(gè)測試點(diǎn)，指示了新元古代早期的構(gòu)造熱事件。832～741 Ma年齡組共有6個(gè)測試點(diǎn)，指示了新元古代中期的構(gòu)造熱事件。羅迪尼亞超級(jí)大陸從830 Ma B.P.開始發(fā)育裂谷作用，到725 Ma B.P.可能已經(jīng)解體[21]。因此，該年齡組可能反映了羅迪尼亞超級(jí)大陸的裂解事件。659 Ma年齡組僅有1個(gè)測試點(diǎn)，可能指示了新元古代中期的構(gòu)造熱事件。562～535 Ma年齡組共有4個(gè)測試點(diǎn)，指示了新元古代晚期-早寒武世的構(gòu)造熱事件。在羌塘地塊中部出露的片麻巖[8,9]、藍(lán)閃石片巖[7]和奧陶紀(jì)溫泉石英巖[20]中均發(fā)現(xiàn)了泛非運(yùn)動(dòng)的證據(jù)，本年齡組與典型的泛非造山熱事件時(shí)代(570～520 Ma B.P.)[22]相當(dāng)。因此，562～535 Ma年齡組可能記錄了泛非運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造熱事件。

3.2 古生代構(gòu)造熱事件

423～414 Ma年齡組共有3個(gè)測試點(diǎn)，指示了中志留世-早泥盆世的構(gòu)造熱事件。在羌塘地塊中部變質(zhì)巖系中的鋯石均發(fā)現(xiàn)了同時(shí)代的年齡[7-9,20]，被認(rèn)為是加里東運(yùn)動(dòng)的記錄；在南羌塘地區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)連續(xù)的早古生代地層，大部分地層呈巖片、巖塊等形式產(chǎn)出，以斷層接觸為主，推測南羌塘地區(qū)可能存在加里東運(yùn)動(dòng)。因此，423～414 Ma年齡組可能是加里東運(yùn)動(dòng)的記錄。在320～291 Ma年齡組共有8個(gè)測試點(diǎn)，指示了石炭紀(jì)-早二疊世的構(gòu)造熱事件。在羌塘地塊中部發(fā)育有大規(guī)模、近東西走向的基性巖墻群(302±4 Ma B.P., 284±3 Ma B.P.)，是該地區(qū)發(fā)生區(qū)域性伸展作用的遺跡，可能是古特提斯洋在羌塘地塊初始張開的產(chǎn)物[23]，藏東北構(gòu)造古地理特征也發(fā)現(xiàn)了對(duì)這一事件的響應(yīng)[24]。因此，320～291 Ma年齡組可能記錄了古特提斯洋在羌塘地塊的張開。

3.3 中生代構(gòu)造熱事件

243～200 Ma年齡組共有6個(gè)測試點(diǎn)，指示了三疊紀(jì)的構(gòu)造熱事件。在藏北班公湖MOR型蛇綠巖中的方輝橄欖巖的Re-Os等時(shí)線年齡(254±28 Ma)為中特提斯洋在羌塘地塊的演化提供了時(shí)間約束，指示了晚二疊世中特提斯洋在羌塘地塊南緣已經(jīng)打開[25]。在羌塘地塊果干加年山和岡塘錯(cuò)發(fā)現(xiàn)的花崗巖(210±5 Ma B.P., 210±2.6 Ma B.P.)是同碰撞花崗巖，記錄了古特提斯洋的閉合事件，為龍木錯(cuò)-雙湖縫合帶主碰撞期提供了有效的約束[3,26]。因此，243～200 Ma年齡組可能記錄了在羌塘地塊古特提斯洋的閉合與中特提斯洋的打開。156～140 Ma年齡組共有10個(gè)測試點(diǎn)，其中8個(gè)測試點(diǎn)的加權(quán)平均值為150.0±2.7 Ma(MSWD=3.2)，指示了晚侏羅世的構(gòu)造熱事件。班公湖-怒江縫合帶北側(cè)革吉出露的晚侏羅世(155.6±1.1 Ma)島弧侵入巖是俯沖階段巖漿作用的產(chǎn)物，指示了晚侏羅世中特提斯洋向羌塘地塊的俯沖[27]。127～117 Ma年齡組共有4個(gè)測試點(diǎn)，指示了早白堊世的構(gòu)造熱事件。在羌塘地塊和拉薩地塊均發(fā)育有同時(shí)代的花崗巖，其記錄了同碰撞背景下的地殼加厚事件，是羌塘地塊與拉薩地塊碰撞造山的產(chǎn)物[28-30]。因此，127～117 Ma年齡組可能與中特提斯洋的閉合密切相關(guān)，記錄了羌塘地塊與拉薩地塊的碰撞事件，而156～140 Ma和127～117 Ma年齡組均是中特提斯洋俯沖-閉合事件的響應(yīng)。

3.4 新生代構(gòu)造熱事件

24 Ma年齡組只有1個(gè)測試點(diǎn)，為本次研究中發(fā)現(xiàn)的最年輕年齡，相當(dāng)于漸新世晚期，與采集樣品的康托組時(shí)代相當(dāng)。鋯石具有繼承核心和新生的巖漿振蕩環(huán)帶，并且測試點(diǎn)位于巖漿振蕩環(huán)帶之上，其年齡可能代表了該層火山巖的年齡；但該年齡段測試點(diǎn)僅有一個(gè)，并不具有說服力。

3.5 構(gòu)造啟示

藏北羌塘榮瑪?shù)貐^(qū)新生代火山巖從新太古代到新生代的鋯石年齡記錄了幾乎所有特提斯域演化的關(guān)鍵事件(表2)，尤其是古生代-中生代古特提斯洋與中特提斯洋在羌塘地塊的發(fā)展演化。階段性年齡所指示的階段性構(gòu)造事件基本上反映了在羌塘地塊古特提斯洋石炭紀(jì)-早二疊世的開啟與晚三疊世的閉合，并記錄了中特提斯洋晚在三疊世的擴(kuò)張、晚侏羅世的俯沖與早白堊世的閉合，而較老年齡的鋯石可能是加里東運(yùn)動(dòng)、泛非運(yùn)動(dòng)及與超級(jí)大陸演化相關(guān)構(gòu)造熱事件的產(chǎn)物。

表2 榮瑪?shù)貐^(qū)新生代火山巖鋯石年齡及其地質(zhì)意義Table 2 Ages of zircons and their geological implications of the Cenozoic volcanic rocks in the Rongma area

本次研究報(bào)道了26個(gè)前寒武紀(jì)鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)，在青藏高原其他構(gòu)造單元如拉薩地塊、特提斯喜馬拉雅地區(qū)巖石的鋯石中也發(fā)現(xiàn)了大量的前寒武紀(jì)年齡的記錄[1]。本次研究報(bào)道了13個(gè)1.0 Ga以上的年齡，從新太古代到中元古代均有分布，但沒有明顯的峰值年齡，與前人所報(bào)道的羌塘變質(zhì)巖中鋯石的年齡分布相似，而拉薩地塊和特提斯喜馬拉雅地區(qū)的鋯石均存在1.25～1.0 Ga的峰值年齡[1]；羌塘和特提斯喜馬拉雅地區(qū)的鋯石均有～950 Ma的峰值年齡[1]，但本次研究中并未發(fā)現(xiàn)～950 Ma的年齡記錄，拉薩地塊的鋯石也未發(fā)現(xiàn)該峰值年齡[1]；羌塘和拉薩地塊的鋯石均有～550 Ma的峰值年齡[1]，本次研究也報(bào)道了4個(gè)562～535 Ma年齡數(shù)據(jù)，但在特提斯喜馬拉雅地區(qū)的鋯石中未發(fā)現(xiàn)該峰值年齡[1]。Zhuetal.認(rèn)為羌塘、拉薩地塊和特提斯喜馬拉雅地區(qū)的前寒武紀(jì)鋯石年齡分布指示了這些構(gòu)造單元均起源于岡瓦納大陸[1]，而本次研究所報(bào)道的4個(gè)562～535 Ma年齡數(shù)據(jù)作為泛非運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)也暗示羌塘地塊存在泛非運(yùn)動(dòng)，并且起源于岡瓦納大陸。這些前寒武紀(jì)鋯石年齡似乎也暗示青藏高原各構(gòu)造單元的起源演化與古地理格局：羌塘地塊的鋯石缺少1.25～1.0 Ga的峰值年齡可能暗示其與拉薩地塊和特提斯喜馬拉雅地區(qū)的古地理分隔，拉薩地塊缺少～950 Ma的峰值年齡可能暗示其與羌塘地塊和特提斯喜馬拉雅地區(qū)的古地理分隔(本次研究缺少該年齡可能與樣品來源及數(shù)量有關(guān))。

在羌塘地塊的變質(zhì)巖中也發(fā)現(xiàn)了前寒武紀(jì)年齡的記錄，其中部分年齡記錄被認(rèn)為是羌塘地塊結(jié)晶基底存在的證據(jù)：王國芝等通過對(duì)羌塘中部戈木日群的巖石學(xué)和年代學(xué)研究認(rèn)為, 3 204 Ma B.P.和2 762 Ma B.P.碎屑鋯石的發(fā)現(xiàn)揭示了羌塘中部可能存在太古宙陸核[31]；鄧希光等通過對(duì)羌塘中部藍(lán)片巖的年代學(xué)研究認(rèn)為, 2 533 Ma B.P.鋯石的發(fā)現(xiàn)支持了羌塘地塊存在太古宙基底的可能性[7]；譚富文等通過對(duì)俄久賣片麻巖的年代學(xué)研究認(rèn)為, 1 780～1 666 Ma B.P.為羌塘地塊結(jié)晶基底形成的主要時(shí)期[8]。而在本次研究中也發(fā)現(xiàn)了2 651 Ma,2 502 Ma,2 237 Ma, 2 189 Ma, 2 050 Ma, 1 910 Ma, 1 843 Ma, 1 777 Ma, 1 637 Ma, 1 631 Ma年齡紀(jì)錄的鋯石。其中2 189 Ma, 1 910 Ma, 1 843 Ma的年齡為變質(zhì)鋯石年齡；1 777 Ma的年齡為繼承核心的年齡；其他年齡為巖漿鋯石年齡。這些前寒武紀(jì)年齡數(shù)據(jù)似乎暗示羌塘存在結(jié)晶基底，尤其是泛非運(yùn)動(dòng)證據(jù)的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榕c羌塘地塊可能同樣起源于岡瓦納大陸的拉薩地塊和特提斯喜馬拉雅地區(qū)已經(jīng)被證實(shí)，其基底具有泛非性質(zhì)[1,20]。

但是對(duì)于羌塘地塊是否存在結(jié)晶基底還存在一定的爭議，主要是因?yàn)檫@些證明基底存在的鋯石來源比較復(fù)雜[7-10,31]，大部分是原巖中的碎屑鋯石或原巖捕獲的鋯石。本次研究的新生代火山巖中的鋯石來源同樣比較復(fù)雜，有的可能是新生代巖漿作用形成的，有的可能是巖漿上升過程中從圍巖捕獲的，也可能是在巖石圈拆沉過程中進(jìn)入軟流圈地幔中并隨巖漿噴發(fā)至地表的。因此，這些鋯石不能作為羌塘地塊存在結(jié)晶基底的充分條件，而只是必要條件：即這些鋯石并不能完全證明羌塘地塊存在結(jié)晶基底；如果羌塘地塊存在結(jié)晶基底，那么2 651～2 237 Ma可能為羌塘地塊結(jié)晶基底原巖的年齡, 2 189～1 843 Ma可能為羌塘地塊結(jié)晶基底的主期變質(zhì)作用年齡。

不管怎樣，無論是本次研究所報(bào)道的新生代火山巖鋯石的年齡還是前人在變質(zhì)巖鋯石中發(fā)現(xiàn)的年齡，都證明了羌塘地塊具有復(fù)雜的構(gòu)造演化史，記錄了諸多構(gòu)造熱事件，而且也揭示了羌塘地塊存在前寒武紀(jì)年齡記錄這一事實(shí)；但這些年齡記錄究竟是不是爭論已久的羌塘地塊結(jié)晶基底，還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

藏北羌塘榮瑪?shù)貐^(qū)新生代火山巖鋯石的年齡為2 651～24 Ma，具有明顯的階段性，記錄了羌塘地塊與超級(jí)大陸演化相關(guān)的構(gòu)造熱事件、泛非運(yùn)動(dòng)、加里東運(yùn)動(dòng)、古特提斯洋與中特提斯洋的發(fā)展演化和新生代巖漿活動(dòng)，并指示羌塘地塊存在前寒武紀(jì)年齡記錄。將其與拉薩地塊和特提斯喜馬拉雅地區(qū)鋯石的前寒武紀(jì)年齡對(duì)比，暗示羌塘地塊起源于岡瓦納大陸。

中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院袁國禮副教授在本文成文過程中給予作者啟發(fā)和幫助，天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所李懷坤研究員和耿建珍工程師在鋯石LA-ICP-MS U-Pb測試中給予了幫助，西藏1∶5萬榮瑪鄉(xiāng)地區(qū)4幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目組成員在野外工作中給予了幫助，作者在此一并致謝。

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