拉萨地块西段中新世赛利普超钾质火山岩富集地幔源区和岩石成因:Li同位素制约

作为一种“非传统稳定同位素”,锂同位素地球化学研究已经成为近年来国际上研究的热点之一.文章成功应用锂同位素对青藏高原西南部赛利普超钾质火山岩进行了示范研究.研究表明,赛利普超钾质火出岩的w(Li)为11.2×10-6～22.9× 10-6,同位素组成δ7Li为1.2‰～+3.5‰,平均值为0 2‰,与平均上地壳的相当.超钾质火山岩的锂同位素组成与岩浆结晶分异程度参数之间不存在任何相关性,这表明在超钾质火山岩结晶分异过程中没有发生明显的锂同位素分馏,锂同位素组成特征反映了其形成时的源区特征.超钾质火山岩的锂同位素组成变化范围达4.7‰,并且与pb-Sr-Nd同位素和岩浆结晶分异参数之间亦无任何相关性,表明锂同位素异常可能反映了不均匀源区岩石特征.通过计算模拟以及与前人的类似研究成果进行对比,笔者认为俯冲印度地壳而不是特提斯洋壳(包括沉积物)的流体/熔体参与了超钾质火山岩的源区富集,并在此基础上提出了超钾质火山岩成因模式.     

青藏高原西南部赛利普超钾质火山岩富集地幔源区和岩石成因:锆石U-Pb年代学和Hf同位素制约

西藏拉萨地块西南部赛利普钾质-超钾质火山岩为一套含地幔包体的粗面安山岩,高K2O,MgO、Cr、Ni含量,K2O/Na2O比值和Mg#,为地幔低度部分熔融的原始岩浆,或经橄榄石、单斜辉石或Fe-Ti氧化物分离结晶.岩石强烈富集大离子亲石元素和轻稀土元素、亏损高场强元素Nb、Ta、Ti,富集放射性成因Sr、Pb和Nd同位素,指示岩浆源区为富集地幔.采用LA-ICP-MS测定赛利普钾质-超钾质火山岩三件样品的18颗新生岩浆锆石U-Pb年龄为15.8～19.2Ma,其中钾质岩石样品SL0628中11个点的加权平均值为17.7±0.3Ma,与他人获得的40Ar/39Ar年龄一致.三件样品中新生岩浆锆石的εHf(t)变化范围为-7.6～3.9,平均地壳模式年龄(tDMC=0.86～1.59Ga)变化较大,除两个分析点显示亏损特征外,总体显示富集特征,表明岩石源于富集源区,但有少量亏损地幔物质加入.三件样品共获得49颗继承锆石的U-Pb年龄介于20～1907Ma,其Hf同位素组成(εHf(t)=-25.9～5.3)和平均地壳模式年龄(tDMC=0.79～4.08Ga)变化较大;其中的37颗年龄较小的继承锆石(20～110Ma)指示地幔源区可能受到四期明显的岩浆改造事件(62.2～64.0Ma,43.3～55.1Ma,29.5～37.7Ma和20.1～27.4:Ma)和两个岩浆活动间歇期(70～90Ma和37.7～43.3Ma).在拉萨地块首次发现29.5～37.7Ma的岩浆活动,并发现与林子宗火山岩同期的、Hf同位素富集的岩浆活动(62.2～64.0Ma,εHf(t)=-21.2～3.0).三件样品中49颗继承锆石的Hf同位素研究表明源区富集组分可能源自拉萨地块古老地壳基底和俯冲的印度大陆地壳.赛利普钾质-超钾质岩石形成可能是印度大陆地壳前缘撕裂和分段俯冲的结果.     

青藏高原西部赛利普中新世火山岩源区:地球化学及Sr-Nd同位素制约

青藏高原拉萨地块西部赛利普地区新生代火山岩依据主量元素可划分为超钾质、钾质和钙碱性系列,主要的岩石类型为粗面安山岩、粗面岩,一个超钾质岩石的40Ar-39Ar年龄为17.58Ma,指示出火山活动为中新世.超钾质、钾质和钙碱性火山岩都显示出富集LREE及LILE(Th、U)、亏损HFSE(Nb、Ta、Ti)的特征.超钾质火山岩具有较高的K2O(6.31%～8.55%)、MgO(6.75%～8.96%)、Cr(270.7×10-6～460.4×10-6)、Ni(142.3×10-6～233.9×10-6)含量,较高的(87Sr/86Sr)i(0.71883～0.72732)和较低的εNd(-14.78～-15.37),指示可能起源于一个前期亏损并经后期俯冲作用改造的富钾的方辉橄榄岩富集地幔源区.钾质火山岩具有比超钾质火山岩低的K2O、MgO、Cr、Ni含量以及高的Ba、Sr含量,初始87Sr/86Sr为0.71553～0.71628,初始143Nd/144Nd为0.51197～0.51198,在空间上与超钾质火山岩共生,可能是前者母岩浆的演化产物.钙碱性火山岩具有较高的Sr(881.7×10-6～1309.2×10-6)、Sr/Y比值(50～108)和较低的Y(12.05×10-6～18.02×10-6),明显亏损重稀土Yb(0.93×10-6～1.30×10-6),类似于典型的埃达克质岩成分特征但相对高钾,并具有相对低的(87Sr/86Sr);(0.70928～0.71374)以及高的εNd(-7.90～-10.91),指示起源于富钾增厚下地壳物质的部分熔融.区域上拉萨地块超钾质岩、钾质岩与N-S向地堑系在空间上共存、时间上相吻合,由此本文认为拉萨地块中新世钾质.超钾质岩和南北向地堑系的形成可能与中新世早期北向俯冲的印度大陆岩石圈断离有关.     

青藏高原南部拉萨地块中新世超钾质岩石中的锆石记录

幔源岩浆上升的过程中捕获的锆石为揭示深部地壳"隐藏"的岩浆作用事件提供了宝贵机会。本文对采自南部拉萨地块学那地区的超钾质脉岩中的锆石进行了U-Pb年代学、微量元素和Hf同位素研究。研究结果表明,学那超钾质岩石中的锆石主要展示出4个主要的年龄峰值,分别是:<100Ma、300~400Ma、450~500Ma以及700~850Ma。这些锆石高U/Yb比值、低Y含量的特征暗示起源于大陆地壳。而新生代-中生代(<100Ma)和晚古生代(300~400Ma)的岩浆活动在南部拉萨地块上广泛发育,这表明南部拉萨地块新生地壳物质对学那超钾质岩浆活动的贡献。但是超钾质脉岩中早古生代和元古代(450~500Ma和 700~850Ma)锆石捕掳晶的存在则证实印度大陆地壳物质的加入。此外,从大约55Ma左右开始,锆石颗粒的(Dy/Yb)_N比值开始逐渐增高,ε_Hf(t)值则从+10~+5迅速下降至-10~-25。考虑到南部拉萨地块新生地壳的同位素组成特征,超钾质脉岩中的这些锆石颗粒可能记录了印度-亚洲陆陆汇聚过程中地壳的显著加厚以及俯冲的印度大陆地壳物质对南部拉萨地块后碰撞岩浆作用的贡献。     

青藏高原新生代两类超钾质岩石的成因——实验岩石学和地球化学约束

青藏高原分布有羌塘—囊谦—滇西和冈底斯两条新生代钾质-超钾质火山岩带。羌塘—囊谦—滇西超钾质岩浆活动的峰值时间为40～30Ma,主体岩石具有Ⅰ型超钾质岩的高MgO和低CaO、Al2O3含量特征;30～24Ma期间羌塘中、西部出现Ⅲ型钾质-超钾质岩浆活动,主体岩石以贫SiO2、高CaO、Al2O3和低MgO/CaO为特征。冈底斯新生代超钾质火山岩也显示I型超钾质岩的高MgO和低CaO、Al2O3含量特征,其形成时间为25～12Ma。综合超钾质岩石的实验资料,可知区内I型超钾质岩的源区以富硅、富钾流(熔)体交代形成的金云母方辉橄榄岩为主;Ⅲ型钾质-超钾质岩浆源区则以斜辉橄榄岩地幔为主。囊谦—滇西Ⅰ型超钾质岩带空间上严格受红河走滑构造带所控制,40～28Ma出现I型超钾质岩浆活动,16Ma转变为OIB型钾质火山岩。岩浆源区从岩石圈地幔向软流圈演变,暗示大型走滑断裂引起的岩石圈地幔减薄和软流圈上涌是导致交代岩石圈地幔金云母分解熔融产生区内I型超钾质岩浆的主控因素。羌塘中部35～34Ma有软流圈来源为主的钠质碱性玄武岩岩浆的喷发,30～24Ma转变为以岩石圈地幔为主要来源的Ⅲ型钾质-超钾质岩浆活动,岩浆源区从软流圈向岩石圈迁移,指示软流圈上涌伴随的富CO2流(熔)体活动是导致古交代岩石圈地幔升温熔融产生Ⅲ型钾质-超钾质岩浆的主控因素,软流圈上涌可能是俯冲板片断离或岩石圈地幔拆沉作用的结果。     

青藏高原拉萨地块碰撞后超钾质岩石的时空分布及其意义

对西藏拉萨地块超钾质岩石的研究是近10年来青藏高原研究的重要进展之一。本文对西藏拉萨地块中部当若雍错和许如错地区的超钾质火山岩进行了透长石和黑云母的~(40)Ar/~(39)Ar定年。当若雍错粗面岩的黑云母~(40)Ar/~(39)Ar等时线年龄为13．2±0．3Ma,3个透长石的等时线年龄分别为13．0±0．3Ma、13．7±0．3Ma和13．0±0．3Ma;许如错辉石粗面岩黑云母的~(40)Ar/~(39)Ar等时线年龄为11．2±0．3Ma。结合已有研究结果,探讨了拉萨地块碰撞后钾质和超钾质岩石的分布特征。超钾质岩石产出于大约东经87度以西的地区,岩石年龄介于8～25Ma之间,而钾质岩石则在东部和西部都有产出,时代为9～24Ma。超钾质和钾质岩石在野外产出的构造背景上,显示了与南北向裂谷、新生代盆地、南北延长的湖泊等分布的密切关系。拉萨地块碰撞后岩浆作用的时间与裂谷发育、岩脉侵入、埃达克岩形成等岩浆-构造事件的时间相互重叠不是偶然的,预示着可能存在一个深部岩石圈演化的统一事件,而最为可能的是高原南部岩石圈地幔的减薄作用。超钾质岩浆作用在拉萨地块与羌塘地区同时发育表明拉萨地块与藏北在构造和岩石圈演化方面具有一致性。     

羌塘岩带碰撞后超钾质火山岩地球化学特征及成因探讨

羌塘超钾质火山岩为板块碰撞后的产物,地球化学特征表明,其同时具有板内火山岩和俯冲带岛弧火山岩的双重地球化学特性。化学组成上富含轻稀土和大离子亲石元素而亏损Cr、Ni等相容元素。在成因上受分离结晶作用和源区混合作用共同制约。源区为受古俯冲上地壳物质和下地幔上升流体交代混合的EMII型富集地幔端元,可能富含角闪石和金云母等矿物。     

拉萨地块西段中新世查加寺钾质火山岩岩石成因*——岩石地球化学、年代学和Sr-Nd同位素约束

通常认为,青藏高原碰撞后钾质超钾质岩是交代富集上地幔低度部分熔融的产物,而最近的研究则表明,钾质火山岩也可以起源于下地壳源区.文章对青藏高原拉萨地块西段新识别出的查加寺火山岩进行了岩石地球化学、锆石SIMS U-Pb定年和Sr-Nd同位素研究,结果表明其岩石类型为碱性系列钾质粗面岩,锆石SIMS U Pb 年龄为(23.97±0.28) Ma,说明火山活动为中新世.钾质粗面岩显示出富集LREE及LILE(K、Rb、Ba、Th、U、Pb)、亏损HFSE(Ti、Nb、Ta、P),具有类似于埃达克质岩的稀土元素分布模式和微量元素蛛网图分布模式的特征;具有高的La/Yb比值(81～105)、较高的ω(Sr)(409×10-6～472×10-6)、较高的Sr/Y比值(28-37)、较低的ω(Y)(11.5×10-6～15.7×10-6)、明显亏损重稀土元素Yb(0.78×10-6～1.08×1)-6)、较高的w(Al2O3)(15.47％～16.7％)、较低的w(MgO)(0.63％～2.12％),无明显的Eu、Sr负异常,类似于典型的埃达克岩成分特征;具有高的w(K2O)(6.28％～6.97％)、高的Rb/Sr比值(0.94～1.03)和低的Ba/Rb比值(2.21～2.51),以及Na2O、K2O与SiO2无明显的相关关系,表明源区的富钾矿物是以金云母为主;具有较低的ω(Cr) 、ω(Ni)(分别为53.4×10-6～69.4×10-6,11.4×10-6～23.5×10-6),以及较低的εNd值(-12.6～-11.8)和较高的87Sr/86Sr比值(0.73207～0.73249).所有这些特征都表明,查加寺钾质粗面岩起源于拉萨地块增厚下地壳富钾物质的部分熔融.查加寺钾质粗面岩具有约145Ma、75 Ma和30 Ma等3组继承锆石年龄群.     

青藏高原高Mg^#和低Mg^#两类钾质-超钾质火山岩及其源区性质

通过对青藏高原碰撞后钾质-超钾质火山岩的对比分析,提出青藏高原存在羌塘-芒康-滇西（44～28Ma）和冈底斯（25～12Ma）两条高Mg^#钾质-超钾质火山岩带,而可可西里、西昆仑-东昆仑的新生代火山岩则为低Mg^#钾质火山岩.高Mg^#钾质-超钾质火山岩的化学成分均相对高镁低铁和贫钛,微量元素组成以具有类似岛弧火山岩的K/Nb、K/La、Rb/Nb、Pb/La、Ba/La等比值为特征.低Mg^#钾质-超钾质火山岩相对富铁贫镁和高钛,上述元素比值小于岛弧火山岩,大于和近似于洋岛玄武岩,指示岩浆源区富集组分有软流圈流体的贡献.羌塘-芒康的高Mg^#高钾钙碱性和高Mg^#钾玄岩系列指示高原中部受到陆内俯冲作用的影响;30Ma前俯冲板片断离,软流圈上涌,富集岩石圈地幔熔融形成羌塘低Mg^#过碱性钾质-超钾质系列.综合地球物理资料,提出青藏高原在印度大陆岩石圈的强力楔入下,高原内部软流圈物质沿欧亚岩石圈地幔俯冲板片的顶部向北东和南东挤出,使上覆岩石圈地幔发生剪切破裂,形成一系列串珠状高速体与低速体的相间分布,并随时间不断向北扩展.这也是阿尔金和滇西走滑系的深部动力源.正是软流圈与岩石圈的这种相互作用形成了可可西里和西昆仑-东昆仑低Mg^#钾玄质火山岩的软流圈-岩石圈地幔的混源特征.藏南高Mg^#超钾质岩浆源区的显著幔壳混合特征则可能来自印度大陆岩石圈俯冲作用的影响.     

西藏拉萨地块西部扎布耶茶卡火山岩的成因与意义

近年来在青藏高原南部拉萨地块不断发现的碰撞后钾质和超钾质岩石,对于揭示印度与亚洲大陆碰撞以来高原岩石圈的深部作用与过程发挥了重要作用。分布在拉萨地块西部扎布耶茶卡东岸的钾质和超钾质火山岩主体喷发时代为中新世（约16Ma）,出露面积约为400km2,火山岩持续喷发0.45Ma,估算的喷发速率约为0.26×10-3km3/a。岩石包括3种类型,第一类（约16Ma）为超钾质的粗面安山岩,SiO2低（55%~58 %）,高Fe2O3、MgO、TiO2;第二类（约27Ma）为钾玄质的响岩和粗面岩;第三类是高SiO2的钾玄质—超钾质粗面岩（SiO2＝59%~64％）和流纹岩（SiO2＝69％）。岩石显示轻稀土元素、大离子亲石元素高度富集和部分高场强元素亏损的特征,部分中酸性岩石显示高Sr低Y的埃达克岩的属性。岩石的Sr-Nd-Pb-O同位素组成与拉萨地块典型的超钾质岩石明显不同,显示亲青藏高原北部地球化学省的地球化学特征。扎布耶茶卡不同类型的岩浆代表了碰撞后高原南部岩石圈减薄作用导致的岩石圈不同层次的岩石部分熔融的产物。     

青藏高原拉萨地块西段三叠纪古地磁结果及其构造意义

报道拉萨地块西段三叠纪古地磁研究的初步结果。古地磁样品来自措勤县敌布错北缘新发现的海相三叠纪地层,共采集6个采点67块独立定向样品。岩石磁学实验表明,样品中含有大量中低矫顽力中等阻挡温度的磁性矿物和一定量的磁铁矿。于4个采点的47块样品中分离出现代地磁场的低温粘滞剩磁（分量A）,在6个采点66块样品中获得白垩纪的次生剩磁分量（分量B）,5个采点28块样品获得高温特征剩磁分量（分量C）。分量C仅可在少数以磁铁矿为主要载磁矿物的样品高温区间（525~585℃）获得,可通过标准褶皱检验,为岩石形成时期的原生剩磁信息。计算得出拉萨地块三叠纪的古地磁极位置：φρ=17.4°N、λρ=205.9°E、（dp=6.7,dm=3.7）,该结果表明拉萨地块三叠纪处于南纬中低纬度地区。结合羌塘古地磁结果推测,羌北地块与拉萨地块之间班公湖—怒江缝合带所代表的特提斯洋盆可能在早三叠世打开,早三叠世—晚三叠世期间快速扩张并推动羌北地块快速北移,促使了羌北地块与欧亚大陆南缘的拼合。     

青藏高原新生代火车头山碱性及钙碱性两套火山岩的地球化学特征及其物源讨论

藏北羌塘火车头山新生代火山岩可区分为钙碱性及碱性两个不同的系列.钙碱性火山岩主要岩石组合为玄武岩-安山岩-英安岩,其SiO2介于49%～70%之间,Al2O3＞10%,Na2O/K2O＞1;其中玄武岩具平坦型稀土配分型式,LREE/HREE为1.3～1.8,（La/Yb）N为2.87～4.45,无明显铕异常,δEu为0.96～1.09;该套岩石的Mg#与SiO2相关关系以及La/Sm-La等亲岩浆元素与超亲岩浆元素协变关系表明,它们应为幔源岩浆经分离结晶演化的产物,其岩石组合类型以及低的Sm/Yb值（Sm/Yb=1.53～5.35）表明它们的原始岩浆应来源于岩石圈地幔尖晶石二辉橄榄岩的局部熔融.本区碱性火山岩为一套典型的钾质岩石系列,主要岩石组合类型为碱玄岩-碱玄质响岩-响岩,其SiO2介于44%～59%之间,Al2O3＞14%,Na2O/K2O介于0.47～1.51之间;岩石轻稀土强烈富集,LREE/HREE为13.20～15.76,（La/Yb）N=50.44～91.99;其岩石组合类型以及Mg^#与SiO2相关关系以及La/Sm-La协变关系同样表明它们为共源岩浆分离结晶演化的产物;然而,其较高的Sm/Yb值（Sm/Yb=2.63～13.98）表明它们并非地幔橄榄岩直接局部熔融的产物,岩石弱的负Eu异常（δEu=0.77～0.85）以及Th、U的强烈富集和Nb、Ta的相对亏损,又反映了原始岩浆中有显著的地壳物质的贡献;该套钾质碱性系列岩石在La/Co-Th/Co同分母协变图上呈直线型分布,而在La/Co-Sc/Th异分母协变图上呈显著的双曲线分布,从而表明其源区为二源混合型,是青藏高原特殊的壳幔混合层局部熔融的产物,这些特征是新生代青藏高原壳幔层圈物质交换的重要岩石学证据.     

西藏拉萨地块西部赛利普地区捷嘎组火山岩的年代学、地球化学及地质意义

拉萨地体广泛分布有中生代的火山岩,了解它们的成因机制和构造背景对认识青藏高原新生代以前的演化历史意义重大。该文首次对出露于中拉萨地块西部赛利普地区捷嘎组火山岩进行了系统的锆石年代学、主量和微量元素地球化学研究。结果显示,捷嘎组火山岩主体为玄武岩、玄武安山岩及安山岩,属中钾钙碱性系列,精确的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年获得了(108.5±1.0) Ma的年龄值。捷嘎组火山岩整体上富集Rb、Th、U等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素,具有典型的岛弧火山岩特征。稀土元素配分模式主要表现为轻稀土元素富集右倾型,少数具有较平坦的配分模式,Eu显示弱的负异常,表明岩浆的分异程度较低。经讨论,认为捷嘎组火山岩很可能是在新特提斯班公湖-怒江洋盆南向俯冲消减的构造背景下,由于俯冲板片发生回转导致软流圈上涌从而诱发被交代的岩石圈地幔部分熔融而形成。     

青藏高原南部地幔包体的发现及其意义

尽管青藏高原碰撞后超钾质岩石代表了上地幔低度部分熔融的产物,增加了对地幔的了解,但是对青藏高原陆下岩石圈地幔的性质依然缺乏清楚认识,其中一个最主要的问题是高原腹地的超钾质岩石中一直缺少幔源包体和巨晶.本文报导了青藏高原南部赛利普粗面安山岩(具有典型的超钾质岩石特征,年龄约为17Ma)中产出的地幔包体的矿物主量元素成分.包体大小为0.5cm～1.5cm,主要为两类,一类是辉石岩(0px Cpx),另一类为二辉橄榄岩(Ol Opx Cpx±Phl±sp).包体中橄榄石(Mg#=89～90,CaO=0.05%～0.12%,TiO2<0.03%,NiO=0.29%～0.80%),单斜辉石(Mg#=88～91,Al2O3=5.5%～7%),斜方辉石(TiO2=0.05%～0.15%,Al2O3=2%～5%)和尖晶石(Mg#=58～76,Cr#=10～44,Cr2O3=9%～35%,MnO=0.09%～0.24%,FeO=11%～18%,Al2O3=29%～57%,MgO=16%～21%)的成分与中国东部新生代玄武岩中的地幔包体特征一致.包体的温度为990～1140℃、压力为16～20kb,显示的地温曲线与中国东部、东非肯尼亚等世界典型裂谷区的上地幔特征一致,表明青藏高原南部在中新世尽管处于印度与亚洲大陆的挤压汇聚状态,但是仍具有区域性伸展作用存在,这与藏南广泛发育的南北向裂谷和地表高热流是吻合的.包体中含水金云母与石英的出现以及尖晶石成分不均一性等揭示了包体中多期交代作用过程.与金云母共生的尖晶石后期改造作用表明导致藏南上地幔改造的交代流体应是与寄主火山岩成分接近的富K,Si和H2O的流体.藏南地幔包体的深入研究将对揭示青藏高原地幔的成分、状态与深部作用过程以及为更好解释超钾质岩石的成因提供更多的证据.