西藏纳屋错地区中酸性侵入岩的年代学、岩石化学特征研究
发布时间：2014-09-26 09:41
【摘要】 班公湖-怒江结合带是一条大规模的混杂岩带，具有复杂地质构造演化，因此，一直受到地质学界的广泛关注。目前，前人对班公湖-怒江结合带的蛇绿岩套已有较多的研究成果，但对于其俯冲过程中所产生的岛弧岩浆活动的研究还不很多。本文仅应用LA-ICP-MS法对发育在纳屋错地区阿翁错小区中酸性侵入岩进行锆石U-Pb测年实验，同时对研究区内中酸性侵入岩进行了岩石地球化学研究，旨在探讨研究区中酸性侵入岩成岩时代及其形成环境。本文共采集锆石U-Pb测年样品6件，岩石化学分析样品13件。获得石英二长闪长岩成岩年龄为114.7+11.0/-6.0Ma，二长花岗岩成岩年龄为112.4+3.5/-6.1Ma，花岗闪长岩成岩年龄为105.2+3.8/-4.5Ma，花岗斑岩成岩年龄为105.0+2.0/-2.5Ma，闪长玢岩成岩年龄为104.5+7.9/-9.4Ma，花岗岩成岩年龄为93.4+2.5/-3.0Ma。纳屋错地区阿翁错小区花岗岩类岩体SiO264.56%～74.18%，K2O含量为2.65%～4.65%，中性侵入岩SiO2含量52.54%～63.19%，K2O含量为0.76%～3.27%。花岗岩类岩体的A/CNK为1.38～1.52，CIPW出现了刚玉分子，无透辉石。通过A/CK-A/CNK图解以及CIPW计算结果可判断，本文研究的中酸性侵入岩体应属高钾钙碱性、弱过铝质岩石。班公湖-怒江洋岩圈向南俯冲时大洋板块发生断离导致软流圈上涌，岩石圈地幔熔融而形成的中基性岩浆形成侵入岩与火山岩，幔源物质烘烤其上部地壳熔融的酸性岩浆混合后发生分离结晶，形成花岗岩。
第1章引言
1.1背景及意义
1.1.1选题背景及课题来源
班公湖-怒江结合带位于青藏高原南部，绵延近3000㎞，是一条大规模的混杂岩带，具有复杂地质构造演化，因此，一直受到地质学界的广泛关注[1][2][3]。目前，前人对班公湖-怒江结合带的蛇绿岩套已有较多的研究成果，但对于其俯冲过程中所产生的岛弧岩浆活动的研究还不很多。
基于上述背景，本论文的研究工作依托国土中国地质调查局西藏班—怒成矿带基础地质调查—1：5万纳屋错地区区域地质调查项目，选择白垩纪中酸性侵入岩为研究对象，对其代表性岩体进行同位素年代学、岩石化学、岩石地球化学等的研究，并以此为据，探讨其时岩浆物质来源及其地质意义。
1.1.2选题目的及意义
本文工作是笔者在参与西藏1：5万纳屋错地区区域地质调查(项目编号：1212011121247)项目过程中的部分研究内容。项目起始于2011年1月，为期三年，笔者有幸一直参与具体的研究工作。
在依托上述项目的基础上，对出露在纳屋错地区阿翁错小区的中酸性侵入岩进行系统取样，继而应用LA-ICP-MS法对单颗锆石进行打点测年，同时对其进行岩石化学、岩石地球化学分析等测试、分析、研究。其研究的目的与意义主要为：
1．确定中酸性侵入岩成岩时代：对中酸性侵入岩进行锆石测年分析，结合区域地质特征，研究其成岩时代及岩浆活动时代，分析岩浆岩时空规律。
2．探讨岩体的源区性质：对采集的样品进行主量元素及稀土元素分析，判断其物质来源，分析岩浆的演化过程。
3．确定岩石序列表：综合样品成岩时代及其物质来源等研究，结合区域地质资料，推演研究区岩浆岩岩石序列表。
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1.2研究现状
研究区地处青藏高原西部阿里地区革吉县纳屋错—夏布错一带（见图1-1），隶属于西藏自治区阿里地区革吉县盐湖乡。区内有拉萨至阿里的主干公路（省道）及盐湖乡-日土县的省道，距拉萨约1600km，离革吉县城190km，其余地方仅有乡村路分布，通行条件差。区域地质等研究程度相对较低，与内地相比，整个青藏高原地质研究工作程度较低，大比例尺区域地质调查仅少量覆盖。
1.2.1研究区中酸性侵入岩调查史
1．1976年中科院青藏综合考察队中的阿里分队对本区及邻区开展了路线地质调查，对于中酸性侵入岩成岩、产出等方面都做了开拓性的研究，并编制了阿里地区1∶200万地质草图，但因各方面条件所限，仍然留有大量空白。
2．1980－1982年，武汉地质学院、西藏第二地质大队联合考察队对研究区进行了多学科大规模的全面考察，编制了阿里地区1∶200万地质图和1∶200万阿里地区大地构造图，并于1990年出版了专著《西藏阿里地质》[4]。
3．1980－1987年，西藏地矿局区调队完成了1∶100万日土幅区调，编制了1∶100万日土幅地质图及地质调查报告，形成相关基础性地质资料[5]。
4．2001—2003年，四川省地质调查院开展并完成“西藏1：25万革吉县幅区域地质调查—遥感应用试点图幅”项目，产生了一系列相关的地质成果[6]。本次研究工作的基础就是建立在上述一系列的工作成果之上。
1.2.2研究区中酸性侵入岩已有成果
在1：25万革吉幅区域地质调查过程中，完善了区域地层系统，划出了班公错—怒江结合带南北界线，对革吉区幅中酸性侵入岩的岩石系列、源区、构造环境等进行了较深入的研究，并将本文研究岩体划归为盐湖复式岩体[6][7]。
盐湖复式岩体分布于盐湖乡南侧，盐湖与聂尔错之间。岩体大致呈北西—南东方向延展，于地表出露长约155km，宽约55km，出露面积850km2，岩体主要由大小各异、产状不同的二十余侵入体构成。主要岩类有：浅灰色中粒花岗岩、灰色细粒闪长岩、紫灰色中粒似斑状黑云母花岗岩、浅灰色细粒似斑状黑云母花岗岩、灰色中粒二长花岗岩、灰色中粗粒似斑状黑云母花岗岩等，以及后期沿构造裂隙贯入的细晶岩脉，闪长玢岩脉以及花岗斑岩脉等[7]。
1.2.3当前尚待解决的问题
1．由于工作程度及图幅比例尺精度所限，研究区内中酸性侵入岩岩性、岩相及产出特征有待深入调查。
2．受当时测年技术限制，测区内基本未对岩浆岩成岩时代进行锆石U-Pb定年研究，仅西藏地矿局区调队完成1∶100万日土幅区调时进行了部分岩浆岩的K-Ar法测年，故中酸性侵入岩成岩年代有待进一步研究。
1.3技术路线
笔者会同项目组于2011年、2012年在班公湖-怒江结合带西段纳屋错地区开展1：5万区域地质调查，前后野外工作共170余天，针对火山岩浆弧带内广泛发育大小不等的中酸性侵入岩体进行野外观察，岩石特征描述，界线圈定，采集代表性样品，锆石U-Pb测年和岩石地球化学研究，进而探讨其岩石成因以及形成环境。其技术路线见图1-2。
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第2章岩石年代学、岩石化学的研究方法
2.1锆石U-Pb年代学研究方法
随着科学技术的进步，锆石测年技术日趋成熟，锆石测年方法也越来越广泛地应用于岩石年代学研究中。在自然状态下，铀通常以234U、235U、238U三种不同的状态出现，这三种状态下的铀元素的质量和丰度分别是：238U(99.275%)，235U(0.720%)，234U(0.005%)。其中，通过一系列的衰变，234U会转化成为238U，而238U和235U通过一系列的衰变，会转变成为铅的两种状态：206Pb和207Pb。放射性元素Th则只以一种状态产出，即232Th[9][10]。在通常状态下，U与Th的其他状态都是几乎不存在的，很少可以被观察到。铀的三种自然状态的衰变过程如下：
当含有U、Th的岩石形成之后，通过长期的衰变，形成了衰变平衡，此时就可将通过衰变而形成的铅作为单衰变物质来处理，于是，我们可以得出以下三个平衡方程：
等式两边除以Pb204，得
通过方程式（8）、（9），可得
上述各式中
表达的是岩石在当前状态下的同位素比值， 则是岩石中混入普通铅的同位素比值，上述方程（7）~（10）即是U—Pb法定年的基本方程。在测定了岩石中的U、Th、Pb几种元素的含量和组成，通过合适的计算方式算出岩石中的普通铅组成含量，即可求出岩石的成岩时代[10]。最终表达式为：
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2.2岩石化学研究方法
化学成分是岩石的主要成分的一种表现形式，岩石化学成分的研究日益广泛，其重要性也与日俱增。
岩石样品通过分析之后，其元素含量以质量百分数（ωB%）的形式来表现。岩浆岩的分析结果一般以13种物质来表示，主要有：SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、K2O、Na2O、P2O5等[10][11]。
在岩石化学研究的过程中，同时分析岩石稀土元素及微量元素含量，对中酸性岩浆岩稀土元素分析元素一般有La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Ta、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y等；对中酸性岩浆岩微量元素分析元素一般有Rb、Ba、Th、Ta、Nb、Ce、Zr、Hf、Sm、Y、Yb等[12]。
通过对岩石主量元素分析，可准确判定岩石类型及岩石定名，划定岩石系列，判定岩石类型；通过岩石稀土元素及微量元素分析可以判定岩石物质来源，同时，依据微量元素分析可判定岩石的构造环境等地质意义。
岩石化学的研究是在地质学、岩浆岩石学、构造学、矿物学、晶体化学等的基础上进行的，而其服务对象也是这些学科。岩石化学的研究方法因其研究目的及岩性的不同而不同，也随这科技的进展而不断变化。故而，在研究的过程中必须针对具体的情况，应用各种岩石化学的研究方法，查阅国内外最新研究现状，总结规律，从而达到研究的目的[10][11]。
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第3章区域地质概况.......................................7
3.1区域地层.........................................7
3.2区域构造...........................................8
3.3岩浆岩.........................................10
3.4变质作用......................................10
第4章纳屋错地区阿翁错小区中酸性侵入岩体........................................11
4.1纳屋错地区阿翁错小区中酸性侵入岩体地质学特征....................................11
4.2纳屋错地区阿翁错小区中酸性侵入岩体岩相学特征....................................12
第5章岩体的年代学特征及岩石地球化学特征研究............................................13
5.1年代学特征........................................13
5.1.1测试方法...................................13
5.1.2样品特征及测试结果分析.........................................14
5.2地球化学特征..........................................24
5.2.1测试方法........................................25
5.2.2样品特征及测试结果分析........................................25
第6章岩石源区讨论及地质意义
6.1中酸性侵入岩源区讨论
本区花岗岩的矿物组合、岩石学和岩石化学特点具有Barbarin花岗岩分类中ACG和KCG的特点，形成的动力学环境和洋壳俯冲作用有关。分别对中性侵入岩体和花岗岩类岩体进行了Ta+Yb-Rb图解和C/MF-A/MF图解，分组标准依旧按照第5章表5-3。
对中性侵入岩进行利用地球化学构造环境判别图解分析其形成环境，在Rb-Yb+Ta判别图（图6-1），中性侵入岩落入火山弧环境中，说明中性侵入岩同样形成于受洋壳俯冲作用影响的活动大陆边缘。
通过对中性侵入岩体C/MF-A/MF图解（见图6-2）可得出，闪长玢岩、石英二长闪长岩以及石英闪长岩主要物质来源为熔融基性岩，同时可见石英二长闪长岩近位于变质砂岩熔融产物界线附近，说明石英二长闪长岩物质来源较为复杂，这一点与石英闪长岩锆石形态多样性相一致。
利用地球化学构造环境判别图解分析本区花岗岩的形成环境，在Rb-Yb+Ta判别图（图6-3），花岗岩落入火山弧环境中，说明花岗岩形成于受洋壳俯冲作用影响的活动大陆边缘。通过对花岗岩类岩体C/MF-A/MF投图分析（图6-4），可得出结论，花岗岩、花岗斑岩主要物质来源为变质泥岩熔融产生，然而，这二者皆近位于变质砂岩；二长花岗斑岩、二长花岗岩物质来源主要来自于变质砂岩，但是二长花岗斑岩近位于变质泥岩，二长花岗岩近位则同时近位于变质泥岩与基性岩熔融产物；花岗闪长岩主要物质来源为基性岩的熔融产物，同时近位于变质砂岩；由上述结论可知，花岗岩类岩体物质来源复杂，其中，花岗岩、花岗斑岩以及二长花岗斑岩物质来源较为接近，花岗闪长岩、二长花岗岩物质来源较为接近。花岗岩类岩体浆岩源区成分复杂性在其锆石形态上也有所表现[3][42][43]。
结合第五章内容，花岗岩类岩体成岩时代在90—110Ma，与班公湖—怒江结合带发生大规模岩浆活动时间吻合，而形成该期岩浆活动的动力学原因可能是班公湖—怒江洋壳俯冲板片的断离[2][44]，导致软流圈地幔物质的上升到地幔楔，引起古老基底物质的重熔，导致兼具I型和A型特征的岩浆活动。班公湖-怒江洋岩圈向南俯冲时大洋板块发生断离导致软流圈上涌，岩石圈地幔熔融而形成的中基性岩浆形成侵入岩与火山岩，幔源物质烘烤其上部地壳熔融的酸性岩浆混合后发生分离结晶，形成花岗岩。
中酸性岩浆岩成岩时代符合由中性到酸性的规律[43]，其物质来源初为基性岩的部分熔融，后随同岩性由中性向酸性的变化，物质来源由基性岩的部分熔融，转为变质砂岩部分熔融，最后转为变质泥岩部分熔融；同时也由钙碱性系列转为高钾钙碱性系列[1][2]。
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结论
本文通过对西藏纳屋错地区南部中酸性侵入岩体进行的年代学、岩石化学及岩石地球化学特征的研究，获得了以下结论
1．石英（二长）闪长岩、二长花岗岩、（石英）闪长玢岩、花岗闪长岩、花岗斑岩皆形成于早白垩世晚期；花岗岩形成于晚白垩世早期；中酸性侵入岩形成时代较为接近，大致在90-110Ma，与班班公湖—怒江结合带发生大规模岩浆活动时间吻合，说明中酸性侵入岩形成于这一时期的挤压造山环境。
2．纳屋错地区阿翁错小区花岗岩类岩体SiO264.56%~74.18%，K2O含量为2.65%~4.65%，中性侵入岩SiO2含量52.54%~63.19%，K2O含量为0.76%~3.27%。花岗岩类岩体的A/CNK为1.38~1.52，CIPW出现了刚玉分子，无透辉石。通过A/CK-A/CNK图解以及CIPW计算结果可判断，本文研究的中酸性侵入岩体应属高钾钙碱性、弱过铝质岩石。
3．结合已有结果，建立研究区中酸性侵入岩的岩石序列表，对研究冈底斯北部及班公湖-怒江洋的构造-岩浆演化具有一定的地质意义。
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本文编号：9234
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