藏南冈底斯岩基日多地区花岗岩体形成时代和地球化学特征

冈底斯岩基广泛发育三叠纪-中新世的岩浆岩,是研究与新特提斯洋北向俯冲和印度-欧亚大陆碰撞相关的构造岩浆作用特征的天然实验室。日多地区花岗岩体位于藏南墨竹工卡县东侧日多乡附近,其主体为花岗岩,被花岗闪长玢岩脉侵入。锆石U-Pb地质年代学表明:主体花岗岩形成于62.7±0.5Ma,侵入其中的花岗闪长玢岩脉形成于59.5±1.5Ma,并捕获了大量的侏罗纪岩浆岩锆石(155.4±1.8Ma)。日多地区花岗岩体的全岩地球化学特征为:(1)高Si O_2、Na_2O、Al_2O_3,低Fe O~T、MgO、Ti O_2;(2)富集轻稀土(LREE),亏损重稀土(HREE)及高场强元素Nb、Ta、Ti、P元素;(3)具有Eu负异常,总体显示高钾钙碱性、过铝质花岗岩和岛弧型岩浆岩特征。锆石Hf同位素特征暗示其岩浆源区为基性下地壳物质。花岗闪长玢岩脉裹挟大量侏罗纪岩浆型锆石,表明冈底斯岩基拉萨以东地区可能经历了较广泛的晚侏罗世岩浆作用。     

藏南冈底斯岩基晚白垩世构造岩浆作用:以拉萨白堆复合岩体中-基性岩脉群为例

拉萨白堆复合岩体寄主为含包体的花岗闪长岩,并被一系列平行-近平行东西走向中-基性岩脉群穿插,总体形成类似"条纹码"般的构造形式。锆石U-Pb定年表明,这些基性岩脉主要形成于85~68Ma。同期中性和基性脉岩都表现出富集大离子亲石元素和LREE,亏损高场强元素,Sr同位素初始比值较低,但Nd同位素比值(εNd(t)+3.1)和锆石Hf同位素组成(εHf(t)+10.7)较高,都不具有Eu异常。与中性脉岩相比,基性脉岩具有(1)Mg O含量较高和较高的Mg#(50.6);(2)较高的Cr、Ni、Co含量;(3)较富集HREE且平坦分布。但中性脉岩Y含量较低,Sr/Y比值(38~72)较高,具有高Sr-低Y的特征;这些特征表明:这些岩浆岩的源区可能为受流体交代的岩石圈地幔。中-基性脉岩之间具有岩浆演化关系,在岩浆演化过程中以角闪石的分离结晶为主。结合文献数据,这些新数据表明冈底斯岩基的在晚白垩世(85~68Ma)经历了弧上伸展构造作用,岩浆作用持续活动,可能与新特提斯洋板片的北向斜俯冲相关。     

藏南冈底斯岩基东段朗县杂岩早白垩世岩浆作用: 新特提斯洋二次俯冲

新特提斯洋长期俯冲消减作用在早白垩世可能经历二次俯冲启动或板片俯冲几何形态的重大转换。确定西藏南部冈底斯岩基早白垩世岩浆作用的岩石地球化学特征和作用方式是甄别上述过程的关键,对理解新特提斯洋的俯冲演化过程至关重要。本文就冈底斯岩基东段朗县杂岩中保存的各类早白垩世岩浆岩,开展了锆石U-Pb地质年代学和Hf同位素、全岩元素和同位素（Sr-Nd）组成分析。数据结果表明：1）基性岩侵位时代为早白垩世晚期（103.6~100.8Ma）,为高钾钙碱性偏铝质岩石,锆石ε_Hf（t）=+0.3~+5.7,全岩ε_Nd（t）=-0.8和-0.3,暗示其岩浆源区具有大量俯冲沉积物或流体的混入,为沉积物熔体和流体交代的地幔楔物质部分熔融的产物,经历了一定程度的角闪石分离结晶作用;2）中性岩形成于99.8~97.6Ma,略晚于基性岩,其主量元素与基性岩具有较好的线性关系,全岩ε_Nd（t）=+1.1,具有较多的地幔物质参与,为基性岩浆进一步演化形成;3）酸性岩（脉体）记录了多阶段岩浆作用（124.1~95.3Ma）,根据同位素组成不同进一步划分为两类,第一类具有较低的全岩ε_Nd（t）值（-8.3~-6.0）,其岩浆源区显示富集特征,t_DM2=1385~1586Ma,由古老地壳物质的再熔融形成;第二类的锆石ε_Hf（t）值（-2.8~+3.2）变化较大,岩脉的锆石ε_Hf（t）=+0.4~+8.1,t_DM=428~906Ma,全岩ε_Nd（t）=+0.1和+0.8,表明岩浆源区具有不均一性,为古老地壳物质被富流体地幔岩浆改造形成;和4）镁铁质包体的主量元素与寄主花岗岩具有较好的线性关系,锆石的Hf同位素组成变化较大（ε_Hf（t）=-9.3~+4.1）,变化范围可达13个ε单位,为岩浆混合成因。寄主花岗岩和角闪辉长岩分别作为酸性和基性端元,是基性岩浆与其诱发古老地壳熔融形成的花岗质岩浆经混合形成。结合冈底斯岩基早白垩世岩浆岩的研究结果,朗县杂岩在早白垩世（124~97Ma）的岩浆作用具有明显的岩浆混合现象,锆石Hf和全岩Sr-Nd同位素组成变化较大,可达13个ε单位,其岩浆源区复杂且富含流体,代表了新特提斯洋在早期（240~144Ma）经历漫长的俯冲之后,在早白垩世时期（~120Ma）俯冲带发生跃迁或俯冲角度达到临界点,导致大量俯冲沉积物和流体沿俯冲带俯冲下去,与发生部分熔融的地幔楔物质混合,底侵导致上覆古老地壳物质的再熔融,形成早白垩世复杂的岩浆岩组合,很可能是新特提斯洋二次俯冲开始的标志。

     

藏南冈底斯带中段始新世岩浆作用的厘定及其大地构造意义

本文对藏南冈底斯带中段的花岗岩类和角闪辉长岩进行了锆石U-Pb年代学和全岩地球化学分析,据此阐明了岩体的形成机制与演化过程,并探讨了成岩时的大地构造背景。分析结果显示,研究区内花岗岩类和角闪辉长岩体的LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果为41~55Ma,为始新世早-中期岩浆活动的产物,代表了区内岩体的成岩年龄。在地球化学组成上,花岗岩类属于钙碱性到高钾钙碱性系列,均富集轻稀土(LREE)和大离子亲石元素(LILE)(Rb、Ba和K),强烈亏损Nb、Ta、P等高场强元素(HFSE),具有弧型岩浆岩的地球化学组成。此外,花岗岩类的铝饱和指数(A/CNK)小于1.1,属于准铝质到弱过铝质的I型花岗岩。角闪辉长岩为石榴橄榄岩部分熔融的产物,并在后期侵位的过程中遭受到了壳源物质的混染。综合分析表明,研究区内的岩体形成于初始碰撞向主碰撞的转化阶段。始新世早期(～50Ma)新特提斯洋板片的断离引起软流圈物质上涌,导致岩石圈地幔发生部分熔融形成基性岩浆,随后基性岩浆底侵至下地壳并诱发下地壳发生部分熔融形成花岗岩质岩浆,最后经过岩浆混合作用形成始新世早-中期冈底斯地区的花岗岩类。     

藏南冈底斯带中段早侏罗世岩浆作用的厘定及其大地构造意义

以藏南冈底斯带中段的东嘎花岗岩体和奴玛花岗岩体为研究对象,对其进行了锆石U-Pb年代学、Lu-Hf同位素和全岩地球化学综合分析,据此探讨其岩石成因和大地构造意义。东嘎花岗岩体主要由石英、长石以及少量黑云母、角闪石组成;奴玛花岗岩体主要由石英、长石以及少量黑云母组成。锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果显示,东嘎花岗岩体的加权平均年龄为185.8±2.3 Ma,奴玛花岗岩体的加权平均年龄为185.9±2.2Ma和185.1±1.7 Ma,两个岩体具有一致的成岩年龄,为同一期岩浆事件的产物。在地球化学组成上,两个岩体均富集轻稀土(LREE)和大离子亲石元素(LILE),亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素(HFSE),具有明显的俯冲带岩浆岩特征;里特曼指数和铝饱和指数显示,两个岩体属于弱过铝质钙碱性I型花岗岩。锆石Lu-Hf结果显示,两个岩体均具有显著亏损的锆石Hf同位素组成和极高的εHf(t)值(分别为+11.14~+15.55,平均值+13.76;+9.49~+15.52,平均值+13.56)以及相对年轻的二阶段模式年龄(T_(DM2)),反映了它们的源区以新生地壳的部分熔融为主。综合研究表明:早侏罗世(普林斯巴期)时,藏南冈底斯地区应为典型的活动大陆边缘环境,花岗质岩石的形成和新特提斯洋向拉萨地体的北向俯冲有关,其成因与幔源岩浆的底侵引起新生下地壳的部分熔融有关。     

藏南冈底斯岩基东南缘早白垩世高镁-高Sr/Y含单斜辉石闪长岩

野外地质调查和SHRIMP锆石U-Pb定年表明,在冈底斯南缘朗县北部发育一套年龄为121.8±1.5Ma的闪长岩,侵入到一套年龄为360.8±3.5Ma弱片麻理化的花岗闪长岩中.除了典型的闪长岩矿物组合外,这套早白垩世闪长岩不仅含岩浆型绿帘石,而且含单斜辉石.朗县早白垩世闪长岩具有以下地球化学特征:(1)较低的SiO2(54.9％ ～ 55.4％)和较高的Al2O3(17.7％ ～ 17.9％)和Mg# (65.3 ～66.1);(2)较高的Na2O/K2O比值(＞2.5),显示富钠的特征;(3)富集LREE,亏损HREE,从Ho到Lu稀土分布样式比较平坦((Ho/Yb)N=0.93 ～ 1.07),具有微弱的Eu负异常(Eu/Eu*=0.88 ～0.91);(4)富集Sr(488×10-6 ～500×10-6)和Ba(176×10-6 ～181×10-6),较高的Sr/Y比值(37.5 ～41.7)和较低的La/Yb比值(7.6～9.8);(5)锆石εHr(t)值相对较高,为+3.4～ +6.9;(6)亏损高场强元素,富集石榴石相容元素(Sc、Y和HREE)和地幔相容元素(Cr、Ni、Co),这些地球化学特征和矿物组合表明这个岩体为富水的岩体,是新特提斯洋北向俯冲过程中俯冲板片释放的流体所交代的地幔楔的部分熔融的产物.通过铝在角闪石的压力计,确定了该套早白垩世闪长岩的侵位深度大约为13km,而早石炭世花岗闪长岩的侵位深度大约为21km,表明在早白垩世岩浆作用时,拉萨地决南缘经历了长期平均速率最小为～0.04mm/yr的剥露作用.     

冈底斯曲水岩基岩浆混合:来自暗色岩浆包体角闪石显微结构的证据

冈底斯岩浆带位于拉萨地体南缘,其形成过程主要受中生代新特提斯洋板片俯冲和新生代印度-亚洲陆-陆碰撞控制,是揭示青藏高原形成过程和深化大陆动力学研究的天然实验室。曲水岩基位于冈底斯岩浆带中段,介于拉萨和曲水之间,主要由花岗闪长岩、花岗岩、闪长岩和辉长岩组成。岩基花岗质岩体中包含大量暗色岩浆包体,包体产出状态有同侵位岩墙、包体墙、包体群等,表明岩浆混杂与混合现象。前人关于曲水岩基做了大量研究工作,取得很多进展,比如,发现这些暗色岩浆包体与寄主岩具有相同的结晶时代,主要集中在55~45Ma。但是,关于曲水岩基形成在俯冲背景还是碰撞背景还存在着争论。这些广泛分布的暗色岩浆包体和寄主岩的关系,及其所代表的岩浆混合过程还需要精细的矿物学工作。因此,本文在综合分析野外岩性分布、暗色岩浆包体出露形态的基础上,重点选择花岗闪长质寄主岩和其中的暗色岩浆包体中的角闪石进行矿物显微结构和构造的分析,并结合电子探针数据,以探求曲水岩基的岩浆混合过程。我们初步认为曲水岩基的形成经历两期混合过程：早期的基性岩浆和酸性岩浆端元在深部的混合;晚期基性、酸性岩浆混合后的中性岩浆爆破、上升,并继续与酸性岩浆混合。此外,曲水岩基形成于俯冲到碰撞的转换过程,受控于俯冲板片作用所产生的弧型岩浆和板片回旋及稍后的断离所产生的地幔岩浆双重作用。

     

藏南冈底斯岩浆带研究进展与展望

冈底斯岩浆岩带（以下简称冈底斯带）是新特提斯洋俯冲和印度—亚洲板块碰撞的产物,为典型的复合型大陆岩浆弧,是研究板块增生、大陆地壳生长再造和碰撞造山的天然实验室。大量研究揭示新特提斯洋主要经历了4个重要的演化时期：分别是早期俯冲（>152 Ma）、晚期俯冲（100~65 Ma）、主碰撞（55~40 Ma）和后碰撞伸展期（23 Ma至今）。前人对其开展了大量的工作,并取得了重要的认识和进展,然而关于新特提斯洋的形成和演化以及冈底斯带火成岩岩浆源区的属性、精细的成岩过程等方面仍然存在着激烈的争议。文章首先介绍了冈底斯带的研究历史和大地构造背景,对冈底斯带目前存在的主要科学问题和争议进行了初步梳理,从13个方面进行了论述和总结。初步的梳理给出的启示是：冈底斯带是一个典型的岩浆—构造—成矿—变形变质带,经历了长期、复杂和多阶段的演化过程,而不是简单地拼贴于古老拉萨地体之上的新生大陆岛弧体。主要认识包括：（1）冈底斯岛弧带是研究新特提斯洋俯冲最为理想的场所,记录了新特提斯洋演化的关键信息,是破解新特提斯洋板片初始俯冲时限和板片俯冲方式最佳的研究对象;（2）冈底斯带中不同时代的花岗岩基或岩株可能经历了一个多期次组装累积的过程,今后应运用晶粥体的模型去重新理解冈底斯带花岗质岩石的形成和动力学成岩过程;（3）冈底斯地区地幔的性质沿着走向表现出复杂性,具有地球化学上的不均一性;（4）冈底斯带的火成岩存在同位素上的倒转,这可能暗示冈底斯地区存在老的基底;（5）冈底斯岛弧带在构造上具有明显的掀斜性,表现出东段以下地壳组分为主,中西段以中上地壳组分为主,暗示了冈底斯带自新生代以来经历了一个不均衡的构造抬升和剥露过程; （6）冈底斯带的研究对象仍以火成岩为主,研究方法多限于传统的岩石学和放射性Sr-Nd-Hf同位素手段,而非传统的稳定性同位素（Mg-O-Li-B-Mo）的研究却鲜有报道,并且在研究内容上主要以岩石成因和地质年代学为主,而对火成岩侵位过程和成岩后的构造变形和抬升剥蚀等相关研究则相对薄弱;（7）目前,构造地质学手段在冈底斯带的研究中运用较少,常以岩浆演化来代替构造演化。最后,文章针对目前的研究现状,对冈底斯带未来的研究方向进行了展望。     

青藏高原冈底斯带东南部新生代多期岩浆作用及其构造意义

本文对拉萨地体东南缘东冈底斯带的花岗岩进行了详细的野外地质观察,基于侵入关系划分出了5期花岗岩.前4期花岗岩经历了不同程度的变形,呈片麻状构造,而最后1期花岗岩未经历变形,呈块状构造.锆石U-Pb定年揭示,5期花岗岩的形成年龄分别为63Ma、51Ma、50Ma、29Ma和26Ma.岩石学和岩石化学分析表明,前两期为花岗闪长岩,具有高的MgO(1.28％～1.84％)和CaO(3.16％～4.18％)含量,高的Mg#值(平均为43),中等K2O含量(1.5％～2.53％),低的K2O/Na2O(0.37～0.68),为准铝质Ⅰ型花岗岩.而后三期为花岗岩,其中第四期和第五期分别为浅色花岗岩脉和伟晶岩脉,具有明显低MgO(0.03％～0.27％)、Mg#值(2～15),低CaO(1.04％～1.6％),较高K2O(3.75％～6.93％)、K2O/Na2O(0.94～2.04),弱过铝质,显示S型花岗岩特征.研究表明,前三期花岗岩在冈底斯带其它地区也有广泛分布,而后两期花岗岩仅在研究区出露,这很可能说明拉萨地体东南缘从渐新世以来经历了与冈底斯带其它地区不同的构造演化历史.     

藏南冈底斯岩基东段晚白垩世早期朗县杂岩的岩石成因和深部地球动力学过程

藏南冈底斯岩基晚白垩世早期岩浆岩保存了有关新特提斯洋的俯冲演化过程和大陆地壳生长的重要信息。本文对朗县杂岩中出露的晚白垩世早期中酸性岩（岩脉）开展了全岩元素地球化学、锆石U-Pb地质年代学、同位素（Sr、Nd和Hf）组成的研究。闪长岩和花岗闪长岩年龄为92.4~86.9Ma,花岗岩（脉）年龄为91.9~88.6Ma,均为晚白垩世早期岩浆作用的产物。闪长岩和花岗闪长岩具有高钾钙碱性偏铝质特征,具有较高的锆石Hf（ε_Hf（t）=+8.3~+13.2,平均值+10.9）和全岩Nd（ε_Nd（t）=+3.2~+2.7）同位素组成,为受俯冲板片流体和大洋沉积物熔体共同交代的地幔楔部分熔融形成,闪长岩岩浆源区形成深度较浅且受板片流体的交代程度较高,花岗闪长岩岩浆源区更深,受沉积物熔体交代程度较高。花岗岩（脉）在主量元素、稀土元素和微量元素组成上显示明显差异,可划分为两类,第一类花岗岩属于低钾钙碱性系列,Na₂O/K₂O>3.0,稀土总量较高,具有明显的Eu负异常,Sr/Y低（< 7.2）。在主量元素组成上,该类花岗岩与闪长岩和花岗闪长岩形成较好的线性演化关系,表明它们可能是上述中酸性岩浆演化的产物。第二类花岗岩属于高钾钙碱性系列,Na₂O/K₂O较低（均 < 1.0）,铝饱和指数较高（A/CNK=1.01~1.02）,发育角闪石,稀土总量较低,具有微弱负或无Eu异常（Eu/Eu^*=0.88~1.12）,Sr/Y比值（33.8~55.4）较高,锆石Hf（ε_Hf（t）=+4.1~+10.8）和全岩Nd（ε_Nd（t）=+0.8）同位素组成都较低,为新生下地壳部分熔融形成。结合冈底斯岩基晚白垩世早期（100~87Ma）岩浆岩已有的研究结果,认为新特提斯洋板片自早白垩世以高角度俯冲,在晚白垩世早期俯冲板片发生回撤,导致软流圈物质上涌增强,诱发熔流体交代过的地幔楔较高程度的部分熔融形成镁铁质岩浆。这些镁铁质岩浆上升侵位到下地壳,发生不同程度的分离结晶作用并诱发新生下地壳部分熔融,形成晚白垩世岩石地球化学性质各异的岩浆岩。

     

西藏南部冈底斯大陆弧早白垩纪弧前伸展作用

在现今活动的俯冲带系统中,俯冲板片的后撤或回卷都可能导致弧前伸展作用,但弧前伸展作用是否局限于浅部构造层次,还是涉及整个岩石圈,是理解岛弧构造演化和地球化学效应的重要课题。在西藏冈底斯岩基南缘,保留着世界上典型的弧前盆地——日喀则弧前盆地。在该盆地的北缘,除了发育中新世闪长玢岩脉外,还发育一系列近东西向展布的辉绿岩脉,形成时代为106.6±0.8Ma(锆石U-Pb年龄)。基性岩脉在岩石学、矿物学和地球化学特征上较均一,具体表现为:(1)富集LREE,亏损HREE,但HREE平直;(2)强烈亏损Rb、Ba、Nb和Ta,微弱亏损Ti,但Zr和Hf不具亏损现象;(3)锆石Hf同位素组成(εHf(t)=+11.7~+15.4)较高;和(4)包含捕获的早侏罗世岩浆锆石。上述数据表明:在日喀则弧前盆地形成过程中,伴随着强烈的早白垩纪弧前伸展作用,诱发较亏损地幔发生部分熔融,形成不同于典型岛弧岩浆岩的基性岩,可能是在新特提斯洋北向俯冲过程中,海沟后撤,在弧前形成强烈的地幔角流的结果。同时,日喀则弧前盆地可能构建于早侏罗纪结晶岩系之上。     

西藏措勤晚白垩世英安岩的厘定与地球化学特征

野外地质调查和SHRIMP锆石U/Pb地质年代学研究表明,拉萨地块中带措勤地区发育一套形成于晚白垩世中期的英安岩(88.5±1.2 Ma)。该套火山岩具有岛弧火山岩的地球化学特征,为地壳深部岩浆岩部分熔融形成的Ⅰ型岩浆岩,经历了明显的斜长石分离结晶作用。与同时代的侵入岩相比,该套火山岩为高度演化的岩浆,Rb/Sr比值较高,但Sr/Y比值较低。在拉萨地块内部,广泛发育的90～85 Ma的岩浆作用与新特提斯洋的北向俯冲作用相关。     

藏南冈底斯岩基东段中新世中酸性高Sr/Y比岩浆岩的地球化学特征及成因探讨

藏南冈底斯带广泛发育中新世中酸性高Sr/Y比岩浆岩,对该类型岩石的成因研究可为藏南后碰撞岩浆活动提供良好的记录和约束。通过对冈底斯带东段中酸性岩浆岩进行锆石U-Pb年代学研究表明,该中酸性岩浆岩形成于16～18Ma,为中新世时期;全岩地球化学数据表明岩浆岩具有高SiO_2含量( 64%),高钾富钠,高Sr、低Y和高Sr/Y比,轻稀土富集、重稀土亏损且较平坦的特征,显示出埃达克质岩的地球化学亲缘性;与冈底斯带中段～14Ma埃达克质闪长玢岩脉相比,冈底斯带东段的中新世岩浆岩具有更高的K含量;锆石Hf同位素分析结果表明,中新世中酸性岩浆岩具有正的且变化较大的εHf(t)值(+1. 2～+14. 4);全岩(La/Yb)N值对中新世地壳厚度的估算结果为77～84km,处于壳幔边界处。综合上述数据分析表明,冈底斯带东段中新世中酸性高Sr/Y岩浆岩的成因为拉萨地块加厚下地壳(占主体的新生下地壳+少量古老地壳)的部分熔融,并在源区残留了石榴子石和角闪石,造成熔融的热量来源可能为拉萨地体岩石圈根部拆沉导致的热扰动。     

青藏高原冈底斯带南部的紫苏花岗岩：安第斯型造山作用的证据

青藏高原南部白垩纪形成的冈底斯岩基是新特提斯大洋岩石圈向北部的欧亚大陆之下俯冲形成的安第斯型会聚板块边缘的重要组成部分。已经有研究证明,冈底斯岩基主要由钙碱性和埃达克质的花岗闪长岩组成,但本文报道了在冈底斯带东南缘产出的紫苏花岗岩。这种岩石主要由中长石、微斜长石、顽火辉石、透辉石、石英、富钛的黑云母和角闪石组成。在化学成分上,其铁镁指数FeO/（FeO+MgO）=0.47~0.50,钙碱指数MALI为-3.97~+0.11, 铝饱和指数ASI为0.83~0.92,是典型的镁质、钙碱性、准铝质紫苏花岗岩。计算出的结晶温度为850~950℃,压力>0.4GPa,形成深度为13~15km。紫苏花岗岩中的锆石为岩浆结晶成因,两个样品的U-Pb定年分别给出了87Ma的相同加权平均年龄。岩石学和地球化学特征表明,冈底斯带南缘晚白垩纪的紫苏花岗岩形成在典型的大陆岩浆弧环境。紫苏花岗岩和伴生高温麻粒岩的存在为冈底斯带在晚中生代经历的安第斯型造山作用提供了更加确凿的证据。