引用本文
唐华, 陈永东, 魏龙, 李宁. 冈底斯南缘拉隆地区变形花岗岩地质特征及其构造意义[J].中国地质调查, 2020,7(4): 85-94.
TANG Hua, CHEN Yongdong, WEI Long, LI Ning. Geological characteristics and tectonic implications of the deformed granite in Lalong area in the southern margin of Gangdise[J].Geological Survey of China, 2020,7(4): 85-94.  
doi: 10.19388/j.zgdzdc.2020.04.11
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冈底斯南缘拉隆地区变形花岗岩地质特征及其构造意义
唐华1, 陈永东1,2, 魏龙1, 李宁1
1.四川省地质矿产勘查开发局川西北地质队,绵阳 621000
2.成都理工大学沉积地质研究院,成都 610000

第一作者简介: 唐华(1988—),男,工程师,主要从事应用构造地质学研究。Email: 673991740@qq.com。

通信作者简介: 陈永东(1985—),男,研士研究生,主要从事基础地质研究。Email:249422986@qq.com。

收稿日期: 2019-06-23
基金资助: 中国地质调查局“西藏尼木地区1:5万区域地质调查(编号: 121201010000150014-07)”项目资助
摘要

冈底斯岩浆弧中发育了1条重要的韧性剪切带,为深入了解该韧性剪切带上变形花岗岩的成因、变形作用及其性质,对冈底斯南缘拉隆地区变形花岗岩开展了地球化学、变形构造和锆石U-Pb同位素年代学研究。通过对冈底斯南缘拉隆地区出露的变形花岗岩进行实测地质剖面测制及野外地质填图,发现变形花岗岩呈近EW向展布,北侧与中生代麻木下组呈断层接触,其余被第四系覆盖。岩石类型主要为英云闪长岩,属于高硅钙碱性系列岩石。SiO2含量为66.2%~71.0%,平均值为68.3%,全碱(Na2O+K2O)含量、Al2O3含量和MgO含量均较高,轻稀土元素总量(∑LREE)大于重稀土元素总量(∑HREE),Rb、Th等大离子亲石元素富集,Ta、Zr、Nb等高场强元素亏损,Sr含量高,Y含量低,Sr/Y为73.02~99.05,整体显示具有埃达克质岩石的特征属性。变形花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(83.56±0.83) Ma,为晚白垩世,代表了其岩浆结晶形成的年龄。变形花岗岩主要为新特提斯洋壳向北俯冲削减背景下,增厚的下地壳部分熔融形成的产物,在中新世28~13 Ma遭受了近EW向左旋剪切、向北滑覆的韧性剪切变形作用。

关键词: 变形花岗岩; 埃达克质岩石; 锆石U-Pb年龄; 剪切变形作用; 新特提斯洋
中图分类号:P588.121 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2020)04-0085-10
Geological characteristics and tectonic implications of the deformed granite in Lalong area in the southern margin of Gangdise
TANG Hua1, CHEN Yongdong1,2, WEI Long1, LI Ning1
1. Northwestern Sichuan Geological Team, Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development of Sichuan Province,Mianyang 621000, China
2. Institute of Sedimentary Geology, Chengdu University of Technology, Chengdu 610000, China
Abstract

In the Gangdise magmatic arc develops an important ductile shear zone. In order to peer deeper into the genesis of the deformed granite and its deformation and properties, the authors studied the whole rock geochemistry, deformation structure and zircon U-Pb geochronology of the deformed granite in Lalong area in the southern margin of Gangdise. It is found that the deformed granite is distributed in nearly EW direction, the north side contacts with Mesozoic Mamuxia Formation along a fault,and the rest is covered by Quaternary system,after the geological profile measurement and field geological mapping of the deformed granite exposed in Lalong area in the southern margin of Gangdise.The main rock type is tonalite, belonging to high silica calc alkaline series. SiO2 content ranges from 66.2% to 71.0%, with an average of 68.3%. The content of total alkali (Na2O + K2O) is higher,so is the content of Al2O3 and MgO.The content of light rare earth elements (∑LREE) is higher than that of heavy rare earth elements (∑HREE). Rb, Th and other large ion lithophile elements are enriched, while Ta, Zr, Nb and other high field-strength elements are depleted. Sr content is high, Y content is low, and Sr/Y value is 73.02~99.05. All shows that the rock has the adakitic rock characteristics. The LA-ICP-MS zircon U-Pb age of the deformed granite is (83.56±0.83) Ma, which is the late Cretaceous and represents the magmatic crystallization age.The deformed granite was mainly formed by partial melting of the thickened lower crust under the background of northward subduction and reduction of Neo-Tethys Ocean. During Miocene 28~13 Ma, the deformed granite underwent nearly EW trending left-lateral shear and northward slip ductile shear deformation.

Keyword: deformed granite; Adakitic rock; Ziron U-Pb; shear deformation; Neo-Tethys Ocean
0 引言

在新特提斯洋壳向北俯冲消减和印度-欧亚板块碰撞造山过程中, 青藏高原发生了强烈的岩浆活动, 形成了近EW向平行于雅鲁藏布江缝合带分布的巨型岩浆带, 即冈底斯岩浆弧[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]。前人对冈底斯岩浆弧构造环境和年代学特征进行了研究, 认为南冈底斯岩浆弧由与中生代新特提斯洋壳俯冲和新生代欧亚-印度板块碰撞造山有关的岩浆岩产物构成[13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26], 但以往对岩浆弧叠加的构造变形特征研究较少。冈底斯岩浆弧中叠加了1条重要的谢通门— 曲水韧性剪切带, 前人的研究主要集中在运动学、动力学和构造变形特征方面[27, 28, 29], 对叠加的岩浆弧尚未开展具体研究。近些年, 一些学者对谢通门— 曲水韧性剪切带的形成时限(23~21 Ma)和变形温度(300~550℃)进行了研究, 认为该韧性剪切带形成于新生代地壳快速增厚时期, 地壳侧向增厚不均匀导致冈底斯岩浆弧在新生代中期发生EW向崩塌, 造成SN向后碰撞伸展, 在冈底斯岩浆弧中叠加了谢通门— 曲水韧性剪切带[30, 31, 32, 33, 34, 35]。尽管对冈底斯岩浆弧和谢通门— 曲水韧性剪切带的研究取得了一些新认识, 但是对韧性剪切变形花岗岩的成因、韧性剪切变形时限及其成因等都缺乏系统的研究。本文以尼木县北侧拉隆地区变形花岗岩为研究对象, 通过开展实测地质剖面测制和野外地质填图工作, 采集岩矿薄片, 进行岩石化学全分析、锆石U-Pb测年及石英EBSD组构测试, 从地质特征、岩石矿物学、地球化学、锆石U-Pb年龄及构造变形等方面进行研究, 获得了一些新认识, 为冈底斯南缘构造演化研究提供了新依据。

1 构造地质背景

研究区位于南冈底斯岩浆弧中段尼木县, 南侧紧邻雅鲁藏布江缝合带(图1(a)), 其地理坐标为90° 00'~90° 15' E, 29° 20'~29° 30' N。研究区岩石以大规模中— 新生代侵入岩为主, 局部残留或捕虏与新特提斯洋壳俯冲消减有关的产物, 包括由碳酸盐岩建造、岛弧钙碱性正变质岩建造及副变质岩建造组成的变质杂岩体[36, 37, 38]和由碎屑岩、碳酸盐岩、岛弧型钙碱性火山岩组成的桑日群[39, 40]。变质杂岩体的变质作用时限(85~50 Ma)与新特提斯洋壳俯冲作用形成岩浆弧主峰期(90~50 Ma)[41]相吻合, 表明新特提斯洋壳俯冲消减具有多期性[42]。研究区地质体是新特提斯洋打开、俯冲消减直至陆陆碰撞的产物[43], 构造组合样式为一系列近WE向的断裂被NE向和NW向的走滑断层切割错移。在保留早期构造形迹的同时叠加了走滑断裂、韧性剪切构造和活动断裂[44], 叠加构造以区域WE向谢通门— 曲水韧性剪切带和NS向当雄— 羊八井活动断裂带[45, 46]最为明显。

图1 研究区大地构造位置(a)[2]、地质简图(b)[37]及实测地质剖面图(c)
1.雅鲁藏布江缝合带; 2.研究区; 3.第四系; 4.下— 中白垩统比马组; 5.中生代麻木下组; 6.渐新世似斑状正长花岗岩; 7.始新世似斑状二长花岗岩; 8.始新世闪长岩; 9.始新世石英闪长岩; 10.晚白垩世英云闪长岩; 11.早白垩世石英闪长岩; 12.地质界线和断层界线; 13.逆冲断层和正断层; 14.糜棱岩化带和采样位置; ; 15.实测剖面及编号; 16.断层破碎带; 17.平移走滑断裂; 18.闪长玢岩; 19.始新世二长花岗岩; 20.片理化安山岩; 21.黑云阳起片岩; 22.地名; 23.层号Fig.1 Tectonic location(a), geological sketch(b)and measured geological profile(c)of the study area

2 测试方法

在中国地质科学院地质研究所原国土资源部大陆构造与动力学重点实验室JEOLJSM-5610LV型扫描电子显微镜下完成石英EBSD组构测试工作, 加速电压为20 kV, 工作距离为20 mm。晶格优选方位极密图由HKL公司制造的CHANNEL5软件完成, 对扫描数据进行等面积半球赤平投影, 得到石英晶体各主要晶体空间分布结构平面图, 许志琴等[47]对具体的操作方法及实验流程进行了详细阐述。

岩石全岩分析在湖北省地质实验测试中心完成。首先将新鲜的岩石样品切割制成岩石薄片, 然后将样品粉碎研磨至约200目, 制成粉末样品后进行主量元素、微量元素及稀土元素含量分析。锆石U-Pb同位素测年在北京地质构造与动力学国家重点实验室完成, 实验仪器采用激光等离子质谱技术, 分为激光发生装置与等离子质谱(电感耦合)2部分。实验主要流程包括清洁样靶、测试载气量(仪器中)、配备补偿气、样品点打点测试及数据处理。

3 岩石学特征

变形花岗岩分布在拉隆地区(图1(b))[36], 呈近EW向展布, 出露面积约4 km2。由Pm28实测地质剖面图(图1(c))可知: 1~3层为桑日群麻木下组灰绿色片理化安山岩和片岩; 第4层为侵入的渐新世似斑状正长花岗岩; 5~6层和8~24层为变形花岗岩(糜棱岩化英云闪长岩); 第7层、25层和27层为后期侵入的闪长玢岩; 第20层、26层为变形花岗岩(糜棱岩化二长花岗岩)。变形花岗岩以糜棱面理、南北向拉伸线理(图2(a)、(b))及旋转碎斑(图2(c))为特征, 呈糜棱结构, 面状构造, 显微镜下见矿物破碎、变形, 发育长石残斑结构(图2(d)、(e)、(f)、(g)、(h))和S-C组构(图2(i))等典型韧性变形结构, 运动方向均指示向北滑覆, 与野外观察的宏观特征一致。

图2 变形花岗岩野外及显微镜下特征照片Fig.2 Field and microscopic characteristics of the deformed granite in the study area

糜棱岩化英云闪长岩为绿灰色, 呈粒状结构和糜棱结构, 面状构造。主要矿物成分及含量为: 斜长石0~65%, 石英20%~25%, 黑云母20%~25%, 普通角闪石9%~15%。斜长石边缘颗粒破碎, 石英颗粒动态重结晶, 黑云母发生弯曲变形, 可见有斜长角闪片岩捕虏体。

糜棱岩化二长花岗岩为灰色, 呈粒状结构和糜棱结构, 块状构造。主要矿物成分及含量为: 钾长石50%, 斜长石30%, 石英24%, 黑云母5%。

4 岩石电子背散射衍射(EBSD)组构特征

采集了EBSD组构分析样品糜棱岩化英云闪长岩, 矿物拉伸线理方向为12° , 糜棱面理产状为78° ~57° 。对200颗重结晶石英颗粒进行晶格优选, 制作优选方位极密图(图3)。石英颗粒为它形粒状结构, 粒径大小一般为0.1~0.2 mm, 部分大小为0.05~0.1 mm或0.2~0.5 mm, 呈定向分布。极密图的坐标轴设置为a轴平行于拉伸线理方向, ab切面为糜棱面理面, c轴垂直面理方向。

图3 变形花岗岩组构极密图
a.平行拉伸线理方向; b.平行面理方向; c.垂直面理; S.糜棱面理Fig.3 Section structure density map of the deformed granite

由bc切面组构极密图(图3(a))可知, 最高极密值为6.5%, 为单斜对称型, 属中低温组构, 极密位于第二、四象限的环带内, 显示岩石走向上受到了左旋剪切运动; 由ac切面组构极密图(图3(b))可知, 最高极密值为6.5%, 为单斜对称型, 主极密位于第一、三象限的环带内, 属高中温组构, 显示向北滑覆, 次极密位于第二、四象限的环带内, 近于c轴, 属中低温组构。以上表明其变形以左旋剪切、向北滑覆为主, 与宏观及镜下观察一致。

5 岩石地球化学特征
5.1 主量元素

变形花岗岩主量元素含量及特征参数见表1。变形花岗岩SiO2含量为66.2%~71.0%, 平均值为68.3%, 属于酸性岩; Al2O3含量为14.7%~15.5%, 平均值为15.1%; 全碱(Na2O+K2O)含量为6.2%~7.3%, 平均值为6.83%; MgO含量为1.0%~3.3%, 平均为值为1.93%; TiO2含量为0.3%~0.7%, 平均值为0.5%; (FeO+Fe2O3)含量为2.3%~5.5%, 平均值为3.7%。变形花岗岩的铝饱和指数A/CNK均> 1, 属于强过铝质岩石; 里特曼指数σ 为1.9~2.0, 平均值为1.98, 属于钙碱性系列; 分异指数DI为63.1~82.9, 平均值为74.11。

表1 变形花岗岩主量元素、稀土元素和微量元素含量及特征参数 Tab.1 Content and characteristic parameters of main elements, rare earth elements and trace elements of the deformed granite
5.2 稀土元素

变形花岗岩稀土元素含量及特征参数见表1。变形花岗岩稀土元素(∑ REE)总含量为(68.3~83.8)× 10-6, 平均值为76.3× 10-6; 轻稀土元素含量与重稀土元素含量比值(LREE/HREE)为10.8~13.3, 均值为12.0, 表明轻稀土元素总量(∑ LREE)大于重稀土元素总量(∑ HREE); δ Eu平均值为0.95, 显示极弱的铕负异常。在球粒陨石标准稀土元素配分曲线图(图4)上, 曲线呈右倾形态, 与岛弧花岗岩的稀土元素配分曲线相似。

图4 变形花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图[48]Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns of the deformed granite[48]

5.3 微量元素

变形花岗岩微量元素含量及特征参数见表1。变形花岗岩的Rb含量为(90.8~134.8)× 10-6; Th含量为(4.2~9.7)× 10-6; Nb含量为(4.1~5.3)× 10-6; Hf含量为(4.1~5.0)× 10-6。岩石富集Rb、Th等大离子亲石元素, 亏损Ta、Zr、Nb等高场强元素, Cr等相容元素含量偏低, Sr含量高, Y含量低, Sr/Y为73.02~99.05, 具有埃达克质岩石的特征属性。在原始地幔标准化微量元素蛛网图(图5)上, 整体呈M型。

图5 变形花岗岩原始地幔标准化微量元素蛛网图[49]Fig.5 Primitive mantle-normalized trace elements spider diagram of the deformed granite[49]

6 年代学特征

变形花岗岩(样品编号为Pm28-22)LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果见表2。

表2 变形花岗岩(样品编号为Pm28-22)LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果 Tab.2 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotope analytical result of the deformed granite(Pm28-22)

糜棱岩化英云闪长岩共测定20颗锆石, 在锆石阴极发光图像(图6)上, 锆石晶体形态以复多方柱为主, 环带结构明显, 可见长柱状和短柱状, 锆石多为半透明状, 部分晶体具熔蚀现象, 样品中晶体边部多发育连续环带。20颗锆石的232Th平均含量为359.50× 10-6, 238U平均含量为467.54× 10-6, 232Th/238U平均值为0.69。岩石的232Th/238U值及锆石阴极发光图像均反映其具有岩浆锆石特征[50], 可代表岩浆结晶年龄。由于其中4颗锆石的谐和度较低(低于90%), 故不参与加权平均值的计算。因此, 另外16颗锆石的206Pb/238U加权平均年龄为(83.56± 0.83) Ma, 置信度为96%, MSWD=0.26(n=16), 这与谐和曲线图(图7)上显示的年龄(83.59± 0.89) Ma相近。前人在糜棱岩中获得黑云母、绢云母40Ar/39Ar年龄分别为21.81 Ma和23.74 Ma[35], 认为其变形时限为24~21 Ma, 表明本次研究的变形花岗岩形成时代为晚白垩世, 剪切变形时代为中新世。

图6 变形花岗岩锆石阴极发光(CL)图像Fig.6 CL images of zircons of the deformed granite

图7 变形花岗岩锆石U-Pb年龄谐和曲线图Fig.7 Harmonic diagram of zircon U-Pb age of the deformed granite

7 讨论
7.1 岩石成因及构造环境

变形花岗岩为钙碱性系列岩石, 地球化学特征表现为: SiO2含量> 56%, Al2O3含量> 15%, 轻稀土元素富集, 重稀土元素亏损, Yb含量< 1× 10-6, Y含量< 18× 10-6, 大离子亲石元素富集, 高场强元素亏损。S含量高, Y含量低, Sr/Y为73.02~99.05, 与原始埃达克质岩石具有相似的地球化学特征。在Sr/Y-Y图解(图8)中, 样品投影点全部落入埃达克岩范围内。

图8 变形花岗岩Sr/Y-Y图解[51]Fig.8 Sr/Y-Y diagram of the deformed granite[51]

此外, 变形花岗岩具有较高的SiO2含量, A/CNK均> 1, 属于强过铝质岩石, A/NK平均值为2.20, 普遍偏低, A/NK与A/CNK均> 1, 与大洋地壳来源的埃达克质岩石形成鲜明对比, 在A/NK-A/CNK图解(图9)中, 样品投影点落在下地壳来源的埃达克岩范围内。

图9 变形花岗岩A/NK-A/CNK图解[52]Fig.9 A/NK-A/CNK diagram of the deformed granite[52]

综合研究表明, 变形花岗岩属于C型埃达克质岩石。变形花岗岩K2O含量较高, 基本属于中— 高钾范围, 而大洋地壳部分熔融的埃达克质岩石SiO2含量普遍不高, K2O含量也普遍偏低。变形花岗岩MgO含量和Mg#值能较好地反映埃达克质岩石来源[53]。变形花岗岩MgO平均值为1.93%, 普遍偏低, 变形花岗岩样品投影点分别落在洋壳成因和加厚下地壳成因的埃达克质岩石中, 表明其成因介于加厚下地壳熔融成因和俯冲洋壳成因之间。

在阳离子R1-R2图解(图10)中, 变形花岗岩样品投影点均落入板块碰撞前区域。在前人[55]提出的构造环境判别图解(图11)中, 变形花岗岩样品投影点均落入火山弧花岗岩区。

图10 变形花岗岩阳离子R1-R2图解[54]
1.地幔分离; 2.板块碰撞前; 3.板块碰撞后抬升; 4.造山期; 5.非造山期; 6.同碰撞期; 7.造山期后Fig.10 Cationic R1-R2 diagram of the deformed granite[54]

图11 变形花岗岩构造环境判别图解[55]
ORG.洋脊花岗岩; WPG.板内花岗岩; VAG.火山弧花岗岩; COLG.同碰撞花岗岩Fig.11 Discriminant diagram of the tectonic environment of the deformed granite[55]

7.2 对新特提斯洋演化时代的约束

变形花岗岩位于冈底斯岩浆弧南缘, 其地球化学特征和地质特征反映其为新特提斯洋壳向北俯冲削减背景下增厚的下地壳部分熔融形成的, 为俯冲削减形成侵入岩浆的岩石学记录。变形花岗岩锆石U-Pb年龄为(83.56± 0.83) Ma, 为晚白垩世, 与区域上新特提斯洋壳俯冲削减时代一致[56, 57, 58]。与之相应的岩石组合包括北西侧的晚白垩世(69± 1) Ma[37]石英闪长岩和早— 晚白垩世桑日群比马组(92± 1.5) Ma[37]安山岩, 共同构成与新特提斯洋壳俯冲有关的埃达克质岩石组合, 表明新特提斯洋俯冲消减作用在83.8 Ma左右还在继续进行。

7.3 对碰撞造山运动的约束

韧性剪切带中后侵入岩脉的年龄可代表韧性剪切变形活动的上限年龄, 而遭受韧性剪切变形的最新地质体的年龄可代表韧性剪切带活动的下限年龄。本次研究在变形花岗岩中侵入的辉长岩脉中获得锆石U-Pb年龄为13 Ma[37], 为中新世, 在变形的最新地质体中获得锆石U-Pb年龄为28 Ma[37], 表明韧性剪切变形活动的上、下限年龄为28~13 Ma, 与区域上普遍认为的变形活动年龄24~20 Ma相当。该时期正处于碰撞造山作用阶段, 表明变形花岗岩见证了新特提斯洋壳俯冲消减和欧亚-印度板块碰撞造山的构造-岩浆作用。

综上可知, 拉隆地区变形花岗岩为新特提斯洋壳在晚白垩世向北俯冲削减的产物, 并在中新世(28~13 Ma)遭受了左旋剪切和向北滑覆的韧性剪切变形作用。

8 结论

(1)冈底斯南缘拉隆地区变形花岗岩岩石地球化学分析显示, 其岩石类型主要为英云闪长岩, 属于高硅钙碱性系列岩石。SiO2含量为66.2%~71.0%; 全碱(Na2O+K2O)含量为6.2%~7.3%; Al2O3含量为14.7%~15.5%; MgO含量为1.0%~3.3%; 轻、重稀土元素含量比值(LREE/HREE)为10.8~13.3; δ Eu为0.9~1, 属于铕亏损型; Rb、Th等大离子亲石元素富集, Ta、Zr、Nb等高场强元素亏损; Sr含量为(547.3~620.7)× 10-6, Y含量为(6.1~8.5)× 10-6, Sr/Y为73.02~99.05。整体显示具有埃达克质岩石的特征属性。

(2)冈底斯南缘拉隆地区变形花岗岩锆石U-Pb年龄为(83.56± 0.83) Ma, 岩石为晚白垩世新特提斯洋壳向北俯冲削减背景下增厚的下地壳部分熔融形成的产物。

(3)冈底斯南缘拉隆地区变形花岗岩在中新世(28~13 Ma)遭受了左旋剪切和向北滑覆的韧性剪切变形作用。

(责任编辑: 刘丹)

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