西藏改则县南缘拉果错蛇绿岩成因分析

西藏改则县南缘拉果错蛇绿岩成因分析

西藏的拉果假蛇绿岩位于西藏维察县南部30公里处，通常呈nw-传教士向西延伸。西与石泉河相连，东至与阿索混合岩、永珍珠混合岩和纳木错蛇绿岩相连。然后向东延伸至嘉黎和博米，每天延伸1000公里，宽3.35公里。该区域被称为石泉河-拉的错误，永珠-纳木的错误，嘉黎-波米的交叉带，以下简称slainajap带（图1a）（潘桂堂等，2003年、2006年），北接班贡湖-江龙河。该蛇绿岩带自上世纪80年代被发现以来,引起了国内外很多地质学家的高度关注。西藏地质矿产局等认为该蛇绿岩是其北侧班公湖-怒江缝合带洞错蛇绿岩的构造推覆体①(西藏地质矿产局,1993);肖序常、张玉修等认为该蛇绿岩带属班公湖-怒江缝合带的一个组成部分(肖序常等,2000;张玉修等,2007),是班公湖-怒江缝合带的一个分支;而潘桂棠、李金高等人(潘桂棠等,1997,2003,2006;李金高和曲德,1993)则认为拉果错蛇绿岩带是冈底斯造山带中班公湖-怒江缝合带与雅鲁藏布江缝合带之间的一条独立的弧-弧碰撞带的产物。对拉果错蛇绿岩的形成时代前人认识也不一致,部分单位、学者主要依据共生的硅质岩放射虫以及斜长花岗岩锆石SHRIMP谐和年龄155.3±2.6Ma①、全岩K-Ar年龄124Ma①,辉长岩40Ar/39Ar坪年龄124.63±0.6Ma②,确定为晚侏罗世一早白垩世;而张玉修等依据拉果错斜长花岗岩锆石SHRIMPU-Pb年龄166.6±2.5Ma,确定拉果错洋盆扩张时代为中侏罗世。由此看来对于拉果错蛇绿岩的形成时代也是不确定并存在争议的。拉果错蛇绿岩是Slainajap带中目前发现出露最完整的蛇绿岩组合单元之一,目前对其还没有详细的地球化学研究,它的成因及其构造环境仍不清楚,也存在着争议,本文在前人研究的基础上,对改则地区拉果错蛇绿岩进行了较系统的地质和地球化学研究,进而探讨其成因及构造环境,其研究将会对探讨班公湖-怒江缝合带及邻区大地构造演化具有重要的意义。1拉果错地区的构造背景拉果错蛇绿岩分布在西藏改则县南30km拉果错一带,其南侧为冈底斯-念青唐古拉复合火山岩浆弧的次一级构造单元则弄火山岩浆弧(图1B),该火山弧陆壳基底为晚古生代正常陆棚沉积环境,弧体主要为接奴群(J2-J3)、则弄群(J3-K,)和捷嘎组(K1),由安山玄武岩、安山岩、流纹岩及中酸性火山碎屑岩组成的一套完整的多火山沉积旋回组合;北侧紧邻昂龙岗日-班戈-伯舒拉岩浆弧的次一级构造单元波仓藏布-色林错弧前陆棚带,主体由早白垩世多尼组与郎山组浅海沉积组成(图1C)(潘桂棠等,2002,2006)。在改则南部的拉果错地区,蛇绿岩延伸约30km,宽3～6km,出露面积约120km2,总体呈东西向展布(图1B)。该蛇绿岩在平面上呈不规则透镜状产出,南缘、北缘皆与下白垩统郎山组灰岩呈断层接触,中部混有古生界块体(拉嘎组),南北两侧局部地段与晚侏罗世-早白垩世则弄群火山岩断层接触,北边界表现为右行走滑性质,断面北倾,倾角45°～50°。蛇绿岩带内岩石多数由于构造作用,破碎强烈,但带内蛇绿岩组成单元总体出露齐全,层序比较完整,主要由地幔橄榄岩、堆晶岩、枕状熔岩、岩墙、斜长花岗岩及放射虫硅质岩等单元组成,野外未见到真正的混杂岩基质,在基性熔岩和地幔橄榄岩中见大小不等的早白垩世郎山组灰岩岩块,局部被后期的花岗岩体吞噬。2蛇绿岩单位的岩石学特征2.1蛇绿混杂岩岩石为蛇绿岩岩石组合中最主要的岩石单元,主要岩石类型有蛇纹岩、蛇纹石化纯橄岩、二辉橄榄岩、(方辉)橄辉岩等,在蛇绿岩中分布较为广泛。大部分岩石具有不同程度的蛇纹石化,并为后期石英脉充填。岩石一般具有网状结构、假象结构,块状构造。该类岩石可能是由于气液变质作用,产生较强的菱镁矿化,以致菱镁矿替代了橄榄石或辉石,成为菱镁矿化蚀变岩,其间可见硅化一微粒状硅质充填的定向石英脉。2.2辉绿岩墙混合岩墙植物在拉果错北侧的一个低矮的山包处保留有较好的堆晶岩(图1B),中间被第四系覆盖,若两侧相连堆晶岩出露宽度可达2Km。其中多见有辉绿岩岩墙侵入。局部地段堆晶岩主要为一套堆晶辉长岩或由一套含长的超镁铁岩-含长纯橄岩-橄长岩-层状辉长岩组成,具比较典型的堆晶结构,具有不同色调的重力分异韵律层,韵律层一般宽约1～3cm不等,表现为良好的似成层性;而大多数地段仅具明显的层状构造,但缺失韵律,主要为层状辉长岩。2.3睡眠岩流体及患者质枕状玄武岩主要分布于拉果错北侧色利日穷勒沟南侧(图1B),具典型的枕状构造,由于后期构造的影响,枕状玄武岩一般都较破碎,但枕体还依稀可辨,有的还受球状风化影响严重,可见出露宽度约200m。枕状熔岩呈灰绿色,斑状结构,枕状构造。斑晶为自形一半自形板状斜长石,均已钠黝帘石化,呈假象产出,含量1%～2%;基质在岩流单元、甚至在枕状体的不同部位差异较大,枕状体边缘主要为隐晶质,间隐结构,枕体中心和岩流单元中部为似间粒和微晶结构,主要由斜长石和辉石组成。个别岩石具有气孔,呈不规则形状,充填有绿泥石、石英等。2.4蛇绿岩岩石学特征岩性有辉长辉绿岩、辉绿岩等,其围岩主要有两种。一种围岩为橄辉岩、辉橄岩,分布在拉果错北侧山脊偏南(图1B),岩墙出露宽度为50～100m,总体呈近东西向展布,单个岩墙宽度一般为30～60cm,岩墙有冷凝边,部分地段发育不对称冷凝边(图2),此类型岩墙与蛇绿岩以及洋壳的形成有关(张旗和周国庆,2001)。岩石具辉绿结构、辉长辉绿结构,块状构造。矿物成分主要有单斜辉石,自形一半自形粒状,大小一般为2～3mm,含量约30%～35%,大都内部常有半自形斜长石包体,多被透闪石或阳起石交代为假象,呈假象产出,少量残留;斜长石呈自形一半自形板条状,粒径一般为1～2mm,含量约55%～60%,多被黝帘石交代,呈假象产出,少量残留。次要矿物主要见有针柱状角闪石及片状的黑云母。副矿物有镁铁矿、磷灰石和钛铁矿等。另外一种围岩为斜长角闪岩,主要分布于拉果错北侧色利日穷勒沟南侧以及东部一个小山包处(图1B),岩墙出露宽度为100～300m。对于此套围岩本次工作没有对其进行详细的地球化学工作,本文初步认为此斜长角闪岩可能是基底岩石在蛇绿岩就位时遭受角闪岩相的变质作用而形成,岩墙产出与斜长角闪岩的关系,有待进一步的研究工作。2.5斜长岩石的地球化学特征斜长花岗岩多呈不规则的浅灰色脉体,呈分枝状、网脉状产于超基性岩中,脉体宽度一般为几十厘米到上百厘米不等,围岩主要为橄辉岩、辉橄岩、辉长岩及堆晶岩,与围岩呈明显的侵入接触关系。斜长花岗岩呈灰白色,中细粒花岗结构,块状构造,粒径0.5～3.5mm不等。主要矿物成份为:中长石50%～65%,半自形一自形板状,聚片双晶多不发育,常见到简单双晶或无双晶,一般具明显的环带构造,略蚀变,周围常分布有黝帘石集合体和极细绢云母鳞片;石英25%～30%,它形粒状,常为斜长石晶体间的填隙物,有的局部见有粗大的单晶体;角闪石2%～5%,呈纤状、集合体状,大部分经不同程度次闪石化,大多数蚀变为绿泥石、绿帘石等矿物。副矿物主要见有磷灰石、榍石,呈不均匀星散状分布于岩石之中。2.6及其他细脉状的特征硅质岩主要见有紫红色和灰黑色两种颜色,岩石具微晶-隐晶质结构,块状构造,个别薄片呈层纹一条带状构造,矿物成分:石英含量约30%,呈它形微粒状,有的呈细小扁豆、透镜状,可能为后期应力作用所致,粒径一般为0.02～0.06mm,少数>0.06mm;隐晶硅质含量约60%～65%,局部可见呈十字消光;氧化铁含量约3%～5%,呈棕色、暗棕色,细脉状-网脉状;粘泥质含量约3%,大部已蚀变成绢云母。个别薄片中含有放射虫,含量约5%,星点分布,放射虫呈圆形、椭圆形,直径约0.3mm,大部被玉髓集合体充填。3样品采集与预处理主、微量元素分析的样品主要采集于枕状熔岩、基性熔岩以及层状辉长岩单元,在野外尽量采集新鲜岩石样品,室内样品处理先去除风化面,然后手工碎至1～5mm,轮流用稀硝酸与稀盐酸浸泡清洗,烘干后用不锈钢钵粉碎至200目用于化学分析。3.1主量元素分析主量元素、微量元素分析测试由中国科学院广州地球化学研究所同位素年代学和地球化学重点实验室完成。主量元素分析采用碱熔玻璃XRF法分析完成,微量元素采用酸溶法,用PEElan6000型ICP-MS仪器测定分析。主量元素的分析精度好于5%,微量元素的分析精度优于10%。样品具体分析流程参阅刘颖等(1996)。3.2岩石及其类型化本区玄武岩和辉长岩主量元素、微量元素分析结果列于表1中。从表中可以看出,有4件样品SiO2含量偏高(54.42%～58.52%),属于玄武安山岩范畴,其余玄武岩SiO2含量变化不大,介于49.59%～52.59%,平均为51.97%,相对其它典型蛇绿岩中玄武岩SiO2含量偏高,二者纳入同一系列进行考虑,岩石样品具有中等MgO(平均为6.88%)、富Na2O(平均为4.69%)、贫K2O(平均为0.55%),以及Na2O>K2O特征。本区玄武岩TiO2含量为0.49%～1.00%,平均为0.66%,介于岛弧区火山岩(0.58%～0.85%)范围之内(Pearce,1983)。本区辉长岩类Si02含量变化于48.01%～48.08%,相对玄武岩要偏基性些,MgO含量比玄武岩类偏高(平均为10.42%),TiO2含量比玄武岩类偏低(平均为0.11%)。考虑到岩石样品有轻微的蚀变,而在蚀变过程中K、Na等碱金属的活动性较强,故此我们利用蚀变过程中不活泼元素(Zr、Ti、Nb、Y)进行判别,在Zr/TiO2-Nb/Y图解上(图3)所有样品均为亚碱性,并落入玄武岩区或在其边缘区。从A12O3质量分数偏高(平均15.42%)来看,又具有高铝玄武岩的特征,而高铝玄武岩正是消减带典型的岩石类型(张旗和周国庆,2001)。从上述岩石化学特征反映本区玄武岩具有消减带火成岩的组成特点。3.3岩浆成因、环境地质本区玄武岩及玄武安山岩9件样品中有两件样品稀土总量偏高,并且轻稀土明显富集,相似于岛弧环境形成的玄武岩,而其它大部分样品稀土总量较低,一般在25.65×10-6～49.72×10-6;轻重稀土分异不明显,LREE/HREE较稳定,在0.66～1.06之间变化;岩石(La/Yb)N介于0.98～1.99之间;SEu都趋近于1,变化于0.94～1.17。本区辉长岩稀土总量较低且变化略大,在4.98×10-6～16.76×10-6之间,LREE/HREE在1.24～2.61之间,岩石(La/Yb)N介于1.93～9.26之间,SEu变化于0.99～1.04,铕异常也不显著。在REE球粒陨石标准化配分图解中(图4),绝大部分玄武岩和玄武安山岩具有平坦的REE配分型式,同时各样品REE配分型式相互平行,只有位置的高低,显示其稀土分异程度相当,具有同源岩浆特征。辉长岩样品配分曲线位于玄武岩下部,有着比玄武岩更低的稀土总量,其曲线表现为微弱右倾的平坦型配分型式,尤其是重稀土更具相似性,但轻稀土显示有轻微富集,可能反映了地幔源区的某种属性,总体与玄武岩具有相似的稀土配分型式,表明二者可能来自同一源区。大部分玄武岩其平坦型配分曲线区别于N-MORB的LREE亏损型分布型式,指示拉果错蛇绿岩并非形成于N-MORB型的大洋中脊环境(Pearceetal.,1984)。高场强元素Nb、Ta、Zr、Hf在蚀变和变质等过程中具有很好的稳定性,因此是岩石成因和源区性质的示踪剂,并且一般地,岛弧玄武岩和部分亏损型洋中脊玄武岩(N-MORB)的Ta、Nb丰度分别不大于0.7×10-6和12×10-6,Nb/La<1,Hf/Ta>5,La/Ta>15,Ti/Y<350(Condieetal.,1989);而板内玄武岩(WPB)、过渡型洋中脊玄武岩(T-MORB)和富集型洋中脊玄武岩(E-MORB)则正好相反(Condieetal.,1989)。拉果错蛇绿岩中玄武岩的Ta丰度(0.06×10-6～0.50×10-6)和Nb丰度(0.86×10-6～2.80×10-6)较低,Nb/La比值为0.08～0.97,Hf/Ta比值为6.16～16.92,La/Ta比值为17.61～52.50,Ti/Y比值为225～328;表明该玄武岩成因、环境与WPB、T-MORB、E-MORB岩石构造环境无关,类似于岛弧玄武岩或N-MORB的形成环境。微量元素蛛网图(图5)显示,本区玄武岩、玄武安山岩和辉长岩具有十分相似的配分型式,曲线总体显示为近平坦型分布型式,尤其是曲线的后半部Nd-Lu段。然而,本区样品以富集Sr、Rb等大离子亲石元素和放射性生热元素Th,亏损Nb、Ta等高场强元素为特点,在蛛网图中具有明显的Sr、Rb、Th的隆起和Nb、Ta低谷,尤其是Nb的负异常,这种特征的地球化学性质在一定程度上反应了地幔源区含有岛弧火山岩的组分,而与典型的大洋中脊N-MORB有明显区别,因为大洋中脊之下的玄武岩通常不出现Sr、Rb等元素的富集,尤其是Nb的亏损。而在岛弧区,由于普遍发生洋壳和沉积物向岩石圈深部的再循环,在那样的物理化学条件下,或者由于高场强元素倾向于残留在难熔矿物相(例如金红石、榍石)中,或者在流体与上覆地幔楔相互作用过程中高场强元素具有较其它不相容元素高的晶/液分配系数,从而造成高场强元素的亏损(PearceandDeng1983;张旗和周国庆,2001,赖绍聪和刘池阳,2003)。两个轻稀土富集的玄武岩可能来自一个与该地区岛弧玄武岩相似的地幔源区,而稀土元素呈平坦型的样品则可能是被抽取了岛弧玄武岩的相对亏损地幔源区熔融形成的。4讨论4.1中-下-晚侏罗世地层格局本次研究工作尽管目前尚未获得该蛇绿岩可信的同位素年龄,但已有研究表明,该蛇绿岩共生的近洋沉积硅质岩中,既有晚侏罗世放射虫分子,也有早白垩世放射虫分子①,指示拉果错洋盆形成时代为晚侏罗世一早白垩世;斜长花岗岩中SHRIMP谐和年龄为155.3±2.6Ma、全岩K-Ar年龄为124Ma①,蛇绿岩的辉长岩中40Ar/39Ar等时线年龄和坪年龄分别为128.44±2.57Ma和124.63±0.6Ma②,这些年龄与放射虫的时代也是一致的;另外张玉修等(2007)在拉果错斜长花岗岩获得锆石SHRIMPU-Pb年龄为166.6±2.5Ma;从以上拉果错蛇绿岩形成时代来看最早可到中侏罗世,但主体仍属于晚侏罗世一早白垩世,尽管目前的资料还不能证实拉果错蛇绿岩的确切时代,但是结合研究区的地质关系,该蛇绿岩与早白垩世郎山组呈构造接触关系,局部地段被晚白垩世竟柱山组(K2j)磨拉石角度不整合覆盖②,可能标志着该带蛇绿岩构造侵位发生在早白垩世。因此,我们倾向性的认为拉果错洋盆形成时代上限为晚侏罗世一早白垩世。区域上在其西侧狮泉河蛇绿岩依据放射虫硅质岩确定其形成时代为早白垩世(郑有业等,2004),狮泉河蛇绿岩辉长闪长岩墙中锆石SHRIMPU-Pb年龄为163.35±0.35Ma(郑有业等,2006),史仁灯(2007)在辉长岩中获得锆石SHRIMPU-Pb加权平均年龄为167.0±1.4Ma;东侧阿索蛇绿质混杂岩中辉长辉绿岩全岩K-Ar年龄为118Ma(唐峰林等,2004),永珠蛇绿岩中辉长岩岩墙的锆石U-Pb年龄为178±10Ma①,纳木错蛇绿岩中辉长岩Rb-Sr年龄为166～173Ma(叶培盛等,2004),在最东侧嘉黎凯蒙蛇绿岩中橄长岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为218.2±4.6Ma(和钟铧等,2006);由西往东蛇绿岩形成时代逐渐变老,我们认为可能Slainajap带所代表的洋盆打开时间是东早西晚,显示斜向闭合的特点。这种现象与北侧班公湖-怒江缝合带从东向西有逐渐年轻的趋势(张旗和周国庆,2001)相一致,可能也暗示了拉果错洋盆的构造演化与班公湖-怒江洋盆的构造演化存在着某种联系。4.2成因及构造环境以往人们多运用蛇绿岩及其中的玄武岩来判断是否存在过洋盆,或者洋盆有多大。然而,近年的研究认为蛇绿岩形成的环境具有多样性,人们普遍发现大陆造山带中大多数蛇绿岩不是在大洋中脊中生成的,弧前盆地、弧后盆地、岛弧、大陆被动陆缘或小洋盆等各种构造环境中都可以形成蛇绿岩(Pearceetal.,1984;Sternetal.,1989;张旗和周国庆,2001)。因此,蛇绿岩形成环境的确定,对研究造山带的演化具有十分重要的意义。为探讨拉果错蛇绿岩形成的构造环境,需要重点分析该区蛇绿岩中不活动元素(Ti、P)、稀土元素、高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf)、强相容元素(Cr、Ni、Y、Yb)以及大离子亲石元素(Rb、Sr、Ba、K)等提供的信息,从而厘定拉果错蛇绿岩的大地构造环境。拉果错蛇绿岩中玄武岩类主量元素TiO2多介于0.49%～1.00%之间,平均为0.66%,TiO2含量较低,明显低于洋脊玄武岩TiO2的平均值1.5%(Pearce,1983);P2O5变化于0.02%～0.08%,平均为0.04%,与洋脊玄武岩的P2O5的平均含量0.14%相差甚远,二者暗示了此玄武岩非大洋中脊玄武岩和洋岛玄武岩的特点。稀土配分模式呈现平坦型曲线,大离子亲石元素Sr、Rb及放射性生热元素Th富集,高场强元素Nb、Ta亏损,具有岛弧玄武岩的特征,表明岩石由遭受消减板片流体交代的地幔楔源区的部分熔融而形成(Gribbleetal.,1998)。我们把本区的样品及前人在永珠、纳木错地区已经发表的样品数据(叶培盛等,2004,2005)一并纳入考虑。在不同玄武岩的Nb-Zr-Y构造判别图解中(图6),本区玄武岩、玄武安山岩所有样品及永珠地区、纳木错地区玄武岩全部样品投影点全部落入火山弧玄武岩区。在Ti-Zr-Sr图解中(图7),三个地区玄武岩类样品投影点全部落入IAB区或在其附近,属岛弧拉斑玄武岩。在不同构造玄武岩的Ti-Zr图解中(图8),全部样品投影点在A和B区,属岛弧拉斑玄武岩。由此看来,拉果错蛇绿岩与永珠蛇绿岩、纳木错蛇绿岩具有相似的构造环境,然而前人研究表明,永珠、纳木错形成于典型的弧后盆地构造环境(叶培盛等,2004,2005),具有岛弧火山岩和洋中脊玄武岩的双重特性(许继峰等,2000;赖绍聪等,2003),需要指出的是,拉果错蛇绿岩只具有岛弧火山岩的特征,而不具有洋中脊玄武岩通常亏损轻稀土的特征,它不可能产生于典型的或者是成熟的弧后盆地,而在弧间盆地环境中形成的基性火成岩具有同拉果错蛇绿岩相似的地球化学组成(张旗和周国庆,2001)。因此,综上所述并结合区域大地构造背景,我们认为晚侏罗世一早白垩世本区所处构造环境为发育于班-怒带消减带南缘的规模较小,发育时间短暂的初始小洋盆,拉果错蛇绿岩最有可能的产出环境是弧间盆地环境。4.3拉果错蛇绿岩的形成时代拉果错蛇绿岩作为冈底斯北缘蛇绿岩的重要组成部分,虽然蛇绿岩大部分被构造肢解,常呈蛇绿杂岩体产出,但蛇绿岩各组成单元在区内都能找到,发育相对完整的蛇绿岩构造单元,恢复的层序从下之上,岩石组合为地幔橄榄岩、堆晶岩、枕状熔岩、岩墙、斜长花岗岩、放射虫硅质岩。关于拉果错蛇绿岩的成因仍然存在两种可能性,一种可能是由于北侧班公湖-怒江洋盆向南俯冲消减过程中,在其后缘产生次级扩张造成。班公湖-怒江缝合带总体处在北面羌塘地块与南面冈底斯-念青唐古拉地块之间,晚三叠世到中侏罗世时期洋盆打开,在晚侏罗世至早白垩世早期,板块向南俯冲消减,在其后缘诱发拉张作用引起次级弧后扩张,形成拉果错弧后盆地,造就了新的大洋岩石圈,在拉果错洋盆快速扩张的机制下导致蛇绿岩就位。另一种可能是,拉果错蛇绿岩是在岛弧基底上裂离形成的弧间盆地构造环境中形成的。值得注意的是,拉果错蛇绿岩的基底上断续分布(区域上广泛分布)有一套以安山玄武岩