西藏拉萨果嘎布地区始新世花岗岩类地球化学特征及LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究

Study on the Geochemical Characteristics and LA-ICP-MS Zircon U-Pb Geochronology of Eocene Granitoids in the Guogabu Area, Lhasa, Xizang

摘要

对拉萨果嘎布花岗岩类进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和全岩地球化学分析，探讨了成岩时代、岩石成因和源区等。研究结果表明，拉萨果嘎布花岗岩类的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为（46.5±0.6） Ma\sim（43.5±0.8） Ma，为始新世岩浆活动的产物，能够代表该区域岩体的成岩时代；拉萨果嘎布花岗岩类属于准铝质-弱过铝质的钙碱性-高钾钙碱性的I型花岗岩，富集Th、U、Hf、Sr、Rb、K等元素，亏损Ba、Ta、Nb、Ti、Y、P等元素，具有弧型岩浆的地球化学属性；经过综合分析后认为，拉萨果嘎布花岗岩类的形成应该与幔源型基性岩浆的底侵作用有关，深部幔源基性岩浆的底侵作用携带了大量的炽热熔融体，导致中下地壳的部分熔融，且在部分熔融过程中深部幔源基性岩浆也参与了花岗质岩浆的演化（即混合作用），进而形成了始新世花岗岩类。

Abstract

This study conducted LA-ICP-MS zircon U-Pb geochronology and whole-rock geochemical analyses of the Guogabu granitoids in Lhasa. The diagenetic age, petrogenesis, and source area of the granitoids were examined. The results show that the LA-ICP-MS zircon U-Pb ages of the Guogabu granitoids in Lhasa range from (46.5±0.6) Ma to (43.5±0.8) Ma, corresponding to Eocene magmatic activity and representing the diagenetic age of these rocks. The Guogabu granites in Lhasa are classified as quasi-aluminous to weakly peraluminous, calc-alkaline to high-potassium calc-alkaline type I granites. These rocks are enriched in Th, U, Hf, Sr, Rb, and K, but depleted in Ba, Ta, Nb, Ti, Y, and P, showing geochemical characteristics of arc-type magmas. Comprehensive analyses suggest that the formation of the Lhasa Guogabu granite involved the intrusion of mantle-derived basic magma at depth, which introduced significant heat and facilitated partial melting of the middle and lower crust. During this process, mantle-derived basic magma also contributed to the evolution of the granitic magma through mixing, ultimately resulting in the formation of Eocene granites.

Graphical abstract

关键词

花岗岩类 / LA-ICP-MS / U-Pb / 地球化学特征 / 岩石成因 / 岩浆源区 / 始新世

Key words

granites / LA-ICP-MS / U-Pb / geochemical characteristics / petrogenesis / magmatic source area / eocene

引 言

青藏高原是研究大陆动力学的理想场所^[1]，记录了青藏高原多期次碰撞造山和特提斯洋演化的重要信息^[2]。拉萨地体位于青藏高原腹地，区域岩浆岩发育形成了近东西向展布的冈底斯岩浆岩带，是新特提斯洋俯冲、消减、闭合以及印度-亚洲陆陆碰撞的产物，保留了一系列与之相关的岩浆岩^[3-5]。研究区位于西藏拉萨市尼木县的果嘎布地区，属于冈底斯岩浆岩带的重要组成部分。已有研究指出，研究区始新世花岗岩类的岩石成因大致可分为两种类型，一种具有岛弧花岗岩的特征，另一种为同碰撞作用下的产物^[6]。此外，部分学者认为该时期花岗岩的形成与新特提斯洋板片的断离存在成因联系^[7-11]。因此，研究拉萨果嘎布花岗岩类的岩石成因及岩浆源区对完善认识新特提斯洋演化形式，以及进一步完善印度-亚洲大陆的碰撞时限均有重要的指示意义。本文在前人研究的基础上，以果嘎布花岗岩类为研究对象，通过15件岩石地球化学分析及3件LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄研究，厘定了果嘎布花岗岩类不同岩性的成岩时代和岩石成因及岩浆源区。

1 岩相学特征

拉萨果嘎布地区大地构造位置示意图显示^[12]，其花岗岩类属于冈底斯岩浆岩带之拉达克-冈底斯-下察隅岩浆弧亚带的重要组成部分（图1A）。区域岩浆活动强烈，总体呈近东西向展布，与区域构造迹线展布方向一致，岩性主要包括花岗闪长岩、二长花岗岩和似斑状二长花岗岩等，为一复式岩体（图1B）。三者的接触界线不明显，整体上呈过渡渐变的接触关系，区域内以岩珠、岩枝为主，侵位于上侏罗统桑日群中。

1.1 花岗闪长岩

岩石呈灰白色，具半自形-它形粒状结构，块状构造，主要矿物成分包括：斜长石（约50%）、钾长石（约25%）、石英约（约20%）和角闪石（约5%）等（图2A）。其中，斜长石呈自形-半自形板状，粒径以0.3\sim2 mm为主，少量可达2\sim3 mm，可见环带构造和聚片双晶，部分颗粒发生绢云母化；钾长石呈它形粒状，粒径约0.3\sim2 mm，Ⅰ级灰-灰白干涉色，一组完全解理，斜消光；石英呈它形粒状，粒径为0.2\sim1.5 m，镜下无色；黑云母呈棕色片状，粒径0.2\sim1.5 mm，具极强的多色性和吸收性，干涉色Ⅱ级，杂乱分布，部分颗粒发生绿泥石化；普通角闪石呈自形柱状，粒径0.5\sim2 mm，绿色，具强的多色性和吸收性，干涉色Ⅱ级，二轴晶，斜消光，杂乱分布，部分颗粒发生绿泥石化。

1.2 二长花岗岩

岩石呈浅灰白色—浅肉红色，具中粒半自形粒状结构，块状构造。主要矿物成分包括：斜长石（约40%）、钾长石（约25%）、石英（约25%）和黑云母（约10%）等，矿物呈镶嵌接触状，杂乱分布（图2B）。其中，斜长石呈自形—半自形板状，粒径2 mm以上，少量为0.5\sim2 mm，无色，正低突起，Ⅰ级灰干涉色，可见聚片双晶；钾长石呈它形粒状，粒径2\sim5 mm，少量为0.3\sim2 mm，无色，负低突起，Ⅰ级灰-灰白干涉色；石英呈它形粒状，粒径0.3\sim4 mm，镜下无色，正低突起，Ⅰ级灰-灰白干涉色；黑云母呈棕色，片状，片径大小为0.5\sim2.5 mm，具极强的多色性和吸收性，大部分发生绿泥石化。另外，含有少量的金属矿物，粒径0.1\sim0.3 mm，黑色，它形粒状，均质体。

1.3 似斑状二长花岗岩

岩石呈灰白色，具似斑状结构，块状构造。岩石由斜长石（约28%）、钾长石（约22%）、石英（约40%）和黑云母（约10%）等组成（图2C和图2D）。其中，斜长石呈半自形-自形板状，粒径0.4\sim2 mm，无色，正低突起，Ⅰ级灰干涉色，发育聚片双晶，部分颗粒发生绢云母化；钾长石呈半自形板状-它形粒状，粒径0.5\sim2 mm，少量呈4\sim7 mm的似斑晶出现，具条纹结构，为条纹长石；石英呈它形粒状，粒径0.2\sim2 mm，镜下无色，正低突起，Ⅰ级灰-灰白干涉色；黑云母呈自形片状，棕色，粒径0.5\sim1 mm，具极强的多色性和吸收性，部分颗粒发生绿泥石化。

2 分析方法

拉萨果嘎布地区花岗岩样品的主量元素和微量元素测试工作均在川西北地质队检测中心完成，所选测试样品均为新鲜具有代表的样品，测试采用Optima 5 300V 等离子体发射光谱仪分析^[13,14]，分析精度优于5%。锆石单矿物挑选及测试工作均由武汉上谱分析科技有限责任公司完成，测试仪器为Agilent 7 700e，GeolasPro激光剥蚀系统由COMPexPro 102 ArF 193 nm准分子激光器和MicroLas光学系统组成，激光束和频率分别为32 µm和5 Hz；采用锆石标准91500和玻璃标准物质NIST610作外标分别进行同位素和微量元素分馏校正，数据离线处理采用软件ICPMSDataCal完成^[15]，U-Pb年龄谐和图绘制和年龄加权平均计算采用Isoplot/Ex_ver3完成^[16]。

3 分析结果

3.1 岩石地球化学

果嘎布花岗岩体由花岗闪长岩、二长花岗岩和似斑状二长花岗岩等组成，针对不同岩性分别采集花岗闪长岩（LS1-1\sim5）、二长花岗岩（LS2-1\sim5）和似斑状二长花岗岩（LS3-1\sim5）样品，全岩分析结果见表1。

花岗闪长岩地球化学特征（表1）显示：①SiO₂含量59.02%\sim65.76%，平均62.22%，属于酸性岩类；②Na₂O为2.96%\sim4.30%，平均3.68%；K₂O为1.75%\sim3.87%，平均2.80%，全碱（Na₂O+K₂O）为4.71%\sim7.95%，平均6.48%，Na₂O/K₂O值介于0.93\sim1.70，平均1.40，相对富钠，同时在SiO₂-K₂O图解（图3A）中花岗闪长岩样品落入高钾钙碱性系列与钙碱性系列之间，整体上显示出岩石向碱性变化的趋势；③Al₂O₃含量15.55%\sim17.50%，平均16.39%，铝饱和指数A/CNK为0.89\sim1.00，平均0.94，为准铝质花岗岩（图3B）；④MgO含量1.52%\sim2.33%，平均1.98%；⑤TiO₂含量0.42%\sim0.67%，平均0.55%；P₂O₅含量0.22%\sim0.37%，平均0.30%。

二长花岗岩地球化学特征（表1）显示：①SiO₂含量71.85%\sim75.35%，平均73.22%，属于酸性岩类；②Na₂O为3.58%\sim4.12%，平均3.86%；K₂O为3.84%\sim4.49%，平均4.27%；全碱（Na₂O+K₂O）为7.96%\sim8.46%，平均8.14%，Na₂O/K₂O值介于0.81\sim1.07，平均0.91，相对富钾，同时在SiO₂-K₂O图解（图3A）中二长花岗岩样品落入高钾钙碱性系列范围内，显示出高钾的特征；③Al₂O₃含量13.26%\sim14.28%，平均13.83%，铝饱和指数A/CNK为1.00\sim1.15，平均1.05，为过铝质花岗岩（图3B）；④MgO含量0.28%\sim0.59%，平均0.51%；⑤TiO₂含量0.14%\sim0.29%，平均0.24%；P₂O₅含量0.05%\sim0.12%，平均0.09%。

似斑状二长花岗岩地球化学特征（表1）显示：①SiO₂含量67.83%\sim71.42%，平均69.30%，属于酸性岩类；②Na₂O为3.39%\sim4.44%，平均3.88%；K₂O为2.01%\sim4.02%，平均3.30%；全碱（Na₂O+K₂O）为5.67%\sim8.46%，平均7.18%，Na₂O/K₂O值介于1.05\sim1.82，平均1.23，相对富钾，在SiO₂-K₂O图解（图3A）中似斑状二长花岗岩样品落入高钾钙碱性系列范围内；③Al₂O₃含量14.17%\sim15.64%，平均14.89%，铝饱和指数A/CNK为1.06\sim1.12，平均1.08，为过铝质花岗岩（图3B）；④MgO含量0.85%\sim1.44%，平均1.05%；⑤TiO₂含量0.13%\sim0.62%，平均0.36%；P₂O₅含量0.13%\sim0.21%，平均0.16%。

花岗闪长岩的稀土总量∑REE（不含Y）在156.34×10^-6\sim265.54×10^-6之间，二长花岗岩的稀土总量∑REE（不含Y）在96.53×10^-6\sim136.63×10^-6之间，似斑状二长花岗岩的稀土总量∑REE（不含Y）在96.92×10^-6\sim217.94×10^-6之间；花岗闪长岩的La_N/Yb_N介于7.38\sim23.66之间，二长花岗岩的La_N/Yb_N介于9.67\sim44.29之间，似斑状二长花岗岩的La_N/Yb_N介于9.27\sim29.62之间；所有样品均具有较为明显的负铕异常，且所有的样品均具有较为一致的稀土元素配分模式（图4A），总体上为轻稀土相对富集、重稀土相对亏损的右倾型。原始地幔标准化微量元素蛛网图（图4B）显示，不同样品具有较为一致的变化趋势，样品富集Th、U、Hf、Sr、Rb、K等元素，亏损Ba、Ta、Nb、Ti、Y、P等元素。综上所述，拉萨果嘎布地区花岗岩类具有在相似成岩构造背景下的不同阶段同源岩浆演化特征。

3.2 年代学

本次所选花岗闪长岩样品中的锆石形态呈半自形-它形晶，长轴约50\sim150 μm，具有明显的生长环带（图5），且Th/U值为1.30\sim3.15，均大于0.4；二长花岗岩样品中锆石呈自形-半自形晶，长轴约100\sim250 μm，具有明显的生长环带（图6），且Th/U值为1.04\sim1.85，均大于0.4；似斑状二长花岗岩样品中锆石形态呈自形-半自形晶（图7），长轴约100\sim250 μm，具有明显的生长环带，且Th/U值为0.43\sim4.93，均大于0.4（表2）。由此可知，本次所选锆石均具有典型岩浆锆石的特征^[18]，因此，所获年龄值能够代表不同岩石类型的结晶年龄。由表2可知，研究区花岗岩闪长岩的结晶年龄为（45.7±0.7） Ma（n=15，MSWD=0.8），二长花岗岩的结晶年龄为（46.5±0.6） Ma（n=12，MSWD=0.5），似斑状二长花岗岩的结晶年龄为（43.5±0.8） Ma（n=15，MSWD=1.2）（图8），故拉萨果嘎布岩体的形成时代应属于始新世。

4 讨 论

4.1 成岩时代

前人对冈底斯岩浆岩带中的花岗岩进行了大量的年代学研究，其中始新世为岩浆活动最活跃的时期，形成了冈底斯岩浆岩带的主体部分^[19]。孟元库等^[20]在冈底斯岩浆岩带西段的谢通门地区获得谢通门花岗岩的LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄为48.3\sim43.5 Ma；丛源等^[21]在南木林地区获得普洛岗花岗岩的LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄为（44.5\sim44.3） Ma；丁小稀^[22]获得藏南地区桑日闪长岩的LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄为（49\sim45） Ma；喻思斌等^[23]获得谢通门地区达居花岗岩的LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄为（52.7\sim45.3） Ma。上述所获年龄值与本文在拉萨果嘎布地区所获花岗岩类的结晶年龄（46.5±0.6\sim43.5±0.8） Ma基本一致，说明果嘎布花岗岩类与冈底斯岩浆岩带其余地区一致，发育始新世岩浆活动。

4.2 岩石成因

拉萨果嘎布花岗岩类样品的铝饱和指数（A/CNK）介于0.89\sim1.10之间，个别小于1.15（表1），总体上呈现出准铝质至弱过铝质的特征（图3），具有I型花岗岩的地球化学特征。同时，果嘎布花岗岩类样品中矿物成分以斜长石、钾长石、石英、黑云母、角闪石等为主，未见堇青石、白云母等过铝质矿物，与S型花岗岩富含堇青石、白云母等过铝质矿物存在明显差异。Zr+Nb+Ce+Y-(Na₂O+K₂O)/CaO图解显示^[24]，所有样品投影点均落入未结晶分异的M、I、S型花岗岩范围内，与A型花岗岩特征差异较大（图9A）；SiO₂-P₂O₅图解显示^[25]，所有样品随SiO₂含量增多P₂O₅含量降低，即二者呈负相关关系，与I型花岗岩的演化趋势一致（图9B）。王德滋等^[26]认为Rb/Sr值小于0.9时具有I型花岗岩，而Rb/Sr值大于0.9时具有S型花岗岩特征，研究区不同花岗岩样品中Rb/Sr比值绝大多数介于0.05\sim0.44之间，具有I型花岗岩的特征。综上所述，根据岩石地球化学特征及矿物学特征，本文认为拉萨果嘎布花岗岩类为I型花岗岩。

4.3 岩浆源区

果嘎布花岗岩类的哈克图解清晰地显示了SiO₂与不同岩性的特征氧化物之间的变化关系（图10），MgO、P₂O₅、TiO₂、CaO、Al₂O₃、FeO含量随着SiO₂含量递增而逐渐降低，即呈负相关关系，说明拉萨果嘎布花岗闪长岩、二长花岗岩和似斑状二长花岗岩是同一岩浆结晶分异演化的产物。

在Nb-Nb/Th图解^[27]（图11A）中所有样品投影点落入弧火山岩范围附近，远离MORB区域及原始地幔区域，暗示果嘎布花岗岩类与弧火山岩具有较一致的地球化学特征；在Nb/Y-Th/Y图解^[27]（图11B）中样品投影点落入Th/Nb=10和Th/Nb=1趋势线（中下地壳）之间，投影点远离上地壳范围。此外，不同岩性样品中的La/Nb值介于1.48\sim5.05之间，平均值为3.30，均大于1.0，由此可知岩浆源区应不属于地幔来源^[28]；同时，样品中的Rb/Sr比值介于0.05\sim1.08之间，平均为0.36，与大陆地壳的Rb/Sr值基本一致^[29]。综上所述，拉萨果嘎布花岗岩类的岩浆源区应该来源于中下地壳的部分熔融。

Skjerlie等^[30]的岩石学试验证明不同组分的地壳在部分熔融条件下可以形成不同类型的花岗质岩浆岩，并认为准铝质-弱过铝质I型花岗岩一般由地壳中基性岩类发生部分熔融而形成的，而过铝质花岗岩则一般是沉积岩发生部分熔融而成。但是，Kemp等^[31]认为I型花岗岩在形成过程中伴随着幔源物质的加入，即I型花岗岩是在幔源和壳源物质不同比例混合而形成的产物。在Hoskin等^[32]提出的MgO-TFeO图解（图12A）和Rb/Sr-Ti/Zr图解（图12B）中，所有样品投影点均落入岩浆混合曲线范围内，而远离结晶分异曲线，说明拉萨果嘎布花岗岩类的原始岩浆在形成过程中发生过岩浆混合作用；在La-La/Sm图解^[33]（图12C）和Th-Th/Nd图解^[33]（图12D）中，所有样品投影点均表现出线性的正相关关系，说明研究区花岗岩在成岩过程中经历了岩浆混合作用和部分熔融作用，这一结论与冈底斯岩浆岩带南缘的岩浆岩的成因一致^[33,34]。综上所述，拉萨果嘎布花岗岩类的形成应该与幔源型基性岩浆的底侵作用有关，深部幔源基性岩浆的底侵作用携带了大量的炽热熔融体，导致中下地壳的部分熔融，且在部分熔融过程中深部幔源基性岩浆也参与了花岗质岩浆的演化（即混合作用），进而形成了始新世花岗岩类。

4.4 岩浆演化

岩浆演化是岩浆作用时空变化的反映，但分析岩浆演化，首先应研究岩浆的同源性和时空分布上的相关性。研究区的花岗岩类在空间上密切共生，侵位时间相近，在岩石组合、矿物组成以及岩石地球化学等方面均呈现出相似性。从CIPW标准矿物计算结果来看，岩石中石英、钾长石含量较高，钠长石、钙长石含量较少，岩浆总体上向富硅、富钾方向演化。岩石SiO₂含量与其他氧化物之间的关系图解（图7）也显示出一定的规律性。SiO₂含量与MgO、Al₂O₃、CaO、TiO₂、P₂O₅均呈负相关关系。在稀土配分曲线上，各岩体总体配分曲线型式相似，都具有轻稀土富集的特点，分馏程度较好，稀土总量相对增大，显示出良好的同源性和分布特征；岩体微量元素比值蛛网图显示配分模式较为一致，表现出曲线向右倾斜，大离子亲石元素Rb、Th富集，高场强元素Nb、Ta、Ti亏损等特点。因此，研究区始新世花岗岩类可能是同源岩浆演化的产物，构成研究区重要的岩浆事件，可能是受到喜马拉雅板片与冈底斯板片陆-陆碰撞影响而形成。

5 结 论

（1）拉萨果嘎布岩浆岩类的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为（46.5±0.6） Ma\sim（43.5±0.8） Ma，属于始新世岩浆活动的产物，能够代表果嘎布岩体的成年时代。

（2）拉萨果嘎布花岗岩类属于准铝质-弱过铝质的钙碱性-高钾钙碱性的I型花岗岩，富集Th、U、Hf、Sr、Rb、K等元素，亏损Ba、Ta、Nb、Ti、Y、P等元素，具有弧型岩浆的地球化学属性。

（3）拉萨果嘎布花岗岩类的形成与幔源型基性岩浆的底侵作用有关，深部幔源基性岩浆的底侵作用携带了大量的炽热熔融体，导致中下地壳的部分熔融，且在部分熔融过程中深部幔源基性岩浆也参与了花岗质岩浆的演化（即混合作用），进而形成了始新世花岗岩类。

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基金资助

西藏卡贡地区1:5万四幅区域地质调查项目(DD20160016-21)

国家自然科学基金项目(41967059)

西藏大学青年培育基金青苗计划项目(ZDQMJH22-12)

西藏大学自治区级大学生创新创业训练计划项目(S202610694060)