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中国科学SCIENCE IN CHINA2000
Vol.30 No.5 P.493-498 |
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青藏高原东部钾玄岩系岩浆岩同位素特征:岩石成因及其构造意义
张玉泉 谢应雯 李献华 邱华宁 赵振华 梁华英 钟孙霖
摘 要 青藏高原东部及邻区新生代钾玄岩系的岩浆岩,
沿哀牢山-金沙江断裂带及其两侧分布. 进行同位素研究的岩石,
包括钾质碱性深成岩、火山岩、煌斑岩和酸性斑岩. 分析结果表明,
它们的Sr, Nd和Pb同位素组成极其相似、变化范围小(87Sr/86Sr=0.705
187～0.707 254, 143Nd/144Nd = 0.512 305～0.512 630, 206Pb/204Pb =
18.53～ 18.97, 207Pb/204Pb = 15.51～15.72, 208Pb/204Pb
= 38.38～39.24)和接近EMⅡ地幔端元, 暗示其源区与交代地幔有关.
其形成与青藏高原北、东部在40Ma左右出现的大型走滑拉分断裂带导致地壳变薄和地幔上拱的构造背景有关.
关键词 同位素特征 岩浆岩 钾玄岩系列 青藏高原东部
青藏高原东部新生代钾玄岩系的岩浆岩分布在哀牢山-金沙江断裂带及其两侧,
产状从侵入到喷出, 岩性从超基性、基性、中性直到酸性等均有发育.
所研究的岩石包括钾质碱性深成岩、火山岩、煌斑岩和酸性斑岩.
其中酸性斑岩有过Pb同位素[1]和Sr, Nd同位素[2,3]的报道.
由于它们在时空上具一致性, 并伴有大型、超大型Au和Cu、Mo等多金属矿产资源.
因此, 研究其Sr, Nd和Pb同位素组成特征,
有助于深入探讨其源区、成岩和成矿理论.
1 Sr, Nd和Pb同位素特征
1.1 样品和采样地点
本文所研究的岩石包括钾质碱性深成岩(霞辉岩、等色岩、透辉石正长岩和透辉石正长斑岩),
火山岩(碱玄岩、安粗岩和粗面岩), 煌斑岩(碱煌岩和云煌岩)和酸性斑岩(石英二长斑岩、二长花岗斑岩、正长花岗斑岩和碱长花岗斑岩).
采样地点从北到南为:
囊谦、玉龙、扎拉尕、莽总、多霞松多、马牧普、总郭、小桥头、高兴村、石头村、和中、小关村、91#、弥渡和老王寨(图1).
图1 采样位置图
1为囊谦; 2为玉龙; 3为扎拉尕; 4为莽总; 5为多霞松多; 6为马牧普;
7为总郭; 8为小桥头; 9为高兴村; 10为石头村; 11为和中;
12为小关村; 13为91#; 14为弥渡; 15为老王寨
1.2 分析方法
Sr, Nd和Pb同位素组成在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学实验室完成.
样品准确称重后, 加入84Sr和146Nd稀释剂,
在聚四氟乙烯溶样罐中加热用HF+HNO3溶解. 用阳离子树脂分离Sr和稀土元素.
Nd 用HDEHP分离. Pb用常规的HBr-阴离子树脂分离. Sr, Nd和Pb同位素在VG-354质谱仪上测定.
87Sr/86Sr和143Nd/144Nd比值分别用86Sr/88Sr
= 0.119 4和145Nd/144Nd = 0.348 417标准化. 该仪器测定的NBS-987标准的86Sr/87Sr
= 0.710 340±20; La Jolla标准的143Nd/144Nd = 0.511 860±10. Pb同位素比值根据NBS981标准校正质量分馏(每个质量数校正0.1%),
分析精度在0.02%左右. Sr, Nd和Pb同位素分析结果如表1.
由于样品的形成时代(30Ma[3])很年轻, Sr, Nd和Pb同位素组成的现代测定值与初始值基本相同.
表1 西藏东部及邻区钾玄岩系列岩石Sr,
Nd和Pb同位素分析结果a) |
序
号 |
样品号 |
Nd
(×10-6) |
143Nd/144Nd |
εNd |
Sr
(×10-6) |
87Sr/86Sr |
εSr |
Pb
(×10-6) |
206Pb/204Pb |
207Pb/204Pb |
208Pb/204Pb |
1 |
96-2 |
84.88 |
0.512528±9 |
-2.18 |
1332.3 |
0.706139±14 |
23.3 |
69.48 |
18.716±24 |
15.642±26 |
38.872±65 |
2 |
96-8 |
126.42 |
0.512597±11 |
-0.84 |
974.6 |
0.705739± |
17.6 |
11.34 |
18.908±17 |
15.608±14 |
38.996±35 |
3 |
96-21 |
296.89 |
0.512507±13 |
-2.59 |
6600.1 |
0.705192±17 |
9.8 |
39.97 |
18.783±17 |
15.613±19 |
38.729±53 |
4 |
83-284 |
72.41 |
0.512427±19 |
-4.15 |
989.5 |
0.706765±8 |
32.2 |
22.28 |
18.971±18 |
15.669±20 |
38.996±21 |
5 |
82-136 |
64.93 |
0.512509±9 |
-2.56 |
1002.2 |
0.705817±21 |
18.7 |
21.32 |
18.867±26 |
15.661±24 |
38.963±28 |
6 |
82-141 |
39.99 |
0.512485±8 |
-3.02 |
750.6 |
0.705997±9 |
21.2 |
22.46 |
18.870±19 |
15.648±29 |
38.955±33 |
7 |
83-404 |
47.39 |
0.512522±9 |
-2.30 |
627.8 |
0.706329±14 |
26.0 |
35.32 |
18.883±13 |
15.629±10 |
38.921±18 |
8 |
83-375 |
43.31 |
0.512532±11 |
-2.11 |
276.3 |
0.705453±2 |
13.5 |
30.52 |
18.852±14 |
15.634±15 |
38.915±18 |
9 |
83-99 |
130.89 |
0.512496±11 |
-2.81 |
1585.4 |
0.705962±8 |
20.6 |
22.85 |
18.960±23 |
15.721±30 |
39.236±25 |
10 |
83-110 |
70.68 |
0.512496±10 |
-2.81 |
1545.3 |
0.706191±6 |
24.0 |
41.40 |
18.825±19 |
15.659±19 |
38.958±19 |
11 |
83-85 |
95.31 |
0.512552±16 |
-1.72 |
2281.1 |
0.705187±9 |
9.8 |
56.75 |
18.861±9 |
15.659±11 |
38.965±17 |
12 |
83-778 |
49.50 |
0.512517±8 |
-2.40 |
1603.7 |
0.706519±11 |
28.7 |
53.96 |
18.678±24 |
15.601±25 |
38.664±28 |
13 |
86-192 |
25.97 |
0.512544±39 |
-1.87 |
1003.5 |
0.706360±14 |
26.4 |
29.28 |
18.576±11 |
15.514±9 |
38.382±23 |
14 |
86-152 |
49.53 |
0.512536±13 |
-2.03 |
615.4 |
0.705677±7 |
16.7 |
6.96 |
18.865±68 |
15.562±68 |
39.120±79 |
15 |
86-4 |
48.07 |
0.512544±9 |
-1.87 |
1527.7 |
0.705911±9 |
20.0 |
26.14 |
18.656±15 |
15.610±13 |
38.644±21 |
16 |
86-99 |
37.75 |
0.512305±23 |
-4.89 |
1221.0 |
0.707119±6 |
37.2 |
45.57 |
18.532±3 |
15.523±14 |
38.492±18 |
17 |
86-76 |
92.45 |
0.512596±7 |
-0.86 |
2588.6 |
0.706324±5 |
25.9 |
47.67 |
18.813±13 |
15.675±16 |
39.082±35 |
18 |
86-177 |
33.20 |
0.512403±25 |
-4.62 |
1106.0 |
0.706497±5 |
28.3 |
28.40 |
18.564±11 |
15.552±13 |
38.408±16 |
19 |
86-33 |
33.57 |
0.512630±10 |
-0.20 |
986.3 |
0.706759±6 |
32.1 |
16.36 |
18.730±6 |
15.599±5 |
38.776±14 |
20 |
95-3 |
86.36 |
0.512597±9 |
-0.84 |
1526.2 |
0.707254±16 |
39.1 |
25.61 |
18.811±15 |
15.613±20 |
38.541±21 |
| a)4～8号据文献[4]；96-2透辉石正长斑岩,96-8安粗岩,96-21云煌岩采自囊谦；83-284石英二长斑岩采自玉龙；82-141二长花岗斑岩,82-136正长花岗斑岩采自扎拉尕；83-404碱长花岗斑岩采自莽总；83-375二长花岗斑岩采自多霞松多；83-110透辉石碱长正长岩，83-99云煌岩采自马牧普；
83-85粗面岩采自总郭； 83-778透辉石碱长正长岩采自小桥头； 86-152霞辉岩,
86-4碱玄岩采自高兴村； 86-192等色岩采自和中； 86-99云煌岩采自石头村；
86-177安粗岩采自小关村； 86-76碱煌岩采自91#； 86-33安粗岩采自弥渡；
95-3云煌岩采自老王寨 1.3
Sr, Nd和Pb同位素特征
从表1可看出,
钾质碱性深成岩、火山岩、煌斑岩和酸性斑岩等不同类型的岩石, 其Nd同位素组成极为相似,
变化范围小(143Nd/144Nd比值为0.512 305～ 0.512 630,约4个εNd单位),
并接近球粒陨石型原始地幔值. 87Sr/86Sr比值为0.705 187～-0.707
254, 类似于南印度洋中Kerguelen岛新生代火山岩和深成岩的该比值[5,6],高于原始地幔值(0.704
5). Pb同位素变化范围很小(206Pb/204Pb比值18.53～18.97,
207Pb/204Pb比值15.51～15.72, 208Pb/204Pb比值38.38～39.24),也类似南印度洋中Kerguelen岛的新生代火山岩和深成岩的相应比值.
结果表明, 该区钾玄岩系的不同类型的岩石Sr, Nd和Pb同位素组成特征的一致性,
暗示其物质来源于同一地幔源区.
1.3.1 钾玄岩系的岩浆岩Sr-Nd相关性 从图2可看出,
钾质碱性深成岩、火山岩、煌斑岩和酸性斑岩等的数据点分布范围小且比较集中,
与东非裂谷[8]和南印度洋中Kerguelen
岛新生代岩浆岩均位于富集区, 明显地不同于洋中脊玄武岩, 接近EMⅡ地幔端元,
暗示其地幔源区与交代地幔有关.
图2
钾玄岩系的岩浆岩Sr-Nd相关图
MORB为大洋中脊玄武岩[7], Ea为东非裂谷火山岩[8], Ker为凯尔盖朗岛[5],
DMM, EMI, EMII HIMU为地幔的4种端元组分[9], QT为青藏高原东部及邻区钾玄岩系列岩石区.
○为深成岩; ▲为火山岩; *为煌斑岩; +为酸性斑岩
1.3.2
钾玄岩系的岩浆岩Pb-Sr相关性 从图3可看出,
钾质碱性深成岩、火山岩、煌斑岩和酸性斑岩等数据点分布范围比较集中,
部分与Kergnelen岛重合, 靠近东非裂谷, 接近EMⅡ地幔端元,
暗示其地幔源区与交代地幔有关.
图3 钾玄岩系的岩浆岩Pb-Sr相关图
代号同图2
1.3.3 钾玄岩系的岩浆岩Pb-Nd相关性
从图4可看出,
钾质碱性深成岩、火山岩、煌斑岩和酸性斑岩等的数据点分布范围也比较集中,
部分重合Kergnelen岛, 靠近东非裂谷和接近EMⅡ地幔端元,
同样表明其源区与交代地幔有关.
图4 钾玄岩系的岩浆岩Pb-Nd相关图
代号同图2
前述表明,
青藏高原东部及邻区新生代钾玄岩系的岩浆岩,
包括钾质碱性深成岩、火山岩、煌斑岩和酸性斑岩,
其物质来源于同一地幔源区,
显示了物质来源于交代地幔源区的钾玄岩系岩石特有的Sr, Nd和Pb同位素组成特征.
2 讨论
2.1 酸性斑岩的属性
本文的酸性斑岩是指西藏东部玉龙铜矿带的含矿斑岩,
与其共生的典型的钾质碱性深成岩和火山岩等的岩石化学成分均富碱(K2O+Na2O)、高钾和K2O/Na2O比值远大于1[10],
同属于钾质碱性系列的岩石.
钾质碱性系列中的正长岩和花岗岩均不含碱性铁镁矿物,
这也是与含碱性铁镁矿物的钠质碱性系列中正长岩和花岗岩的不同之处,
原因在于岩石化学成分特点各有所长. 另外,
本文“酸性斑岩”实属钾质碱性系列和钾质碱性深成岩的一部分,
用“酸性斑岩”是为了与典型的钾质碱性深成岩中的浅成侵入之斑岩区别,
如正长斑岩和石英正长斑岩.
2.2 钾玄岩系的岩浆岩产出构造背景
根据地球化学组分, 将钾玄岩系的岩石分为5个亚类, 它们产于5个不同的构造背景之中[11]:
板内、大陆弧、后碰撞弧、大洋(岛)弧、初期和晚期洋弧.
本区的钾玄岩系岩石产出的构造背景为: (1)
自老第三纪始新世晚期以来, 金沙江-红河一系列山间断陷盆地中堆积了巨厚的下第三系贡觉组、宝丰寺组、美乐组和金丝厂组等红色磨拉石建造和含膏盐建造,
中新世山间型含煤亚建造,
上新统拉屋拉组、剑川组碱性玄武岩、粗面岩等火山岩建造,
总厚度在8 200 m1) 以上. (2)
在红河与金沙江之间地带的第三纪断陷盆地还有积水湖泊呈串珠状分布,
从南到北有洱海、茈碧湖和剑湖以及西藏东部莽湖等,
其景观与东非裂谷地貌[12]极为相似. (3) 据遥感资料[13]:
海通以南下第三系贡觉组沉积显示, 以莽错(湖)为中心的地区是第三纪以来的继承性断陷或断陷洼地,
形成一个平面上膨大区, 是沉积中心. 西藏东部最大的构造湖(莽错)位于第三系地层分布区中央的事实表明,
这一沉积中心在第四纪继续下陷. (4) 据钻探资料证实[14],
贡觉第三纪断陷盆地沉积物西薄东厚, 呈现不对称性; 据电测资料[15]证实在第三纪大理盆地西侧,
从苍山脚下到洱海边有三级台阶断裂, 断距相加近500 m,
其不对称性显示拉张的特点. 据重力资料,
布伽异常值在重力区域负异常的背景上局部出现正峰值,
如剑川、鹤庆和丽江以西正异常向北突出.
这些除高密度的玄武岩层影响外, 还表明在本区地壳局部变薄,
具有裂谷重力场的特点[14],
以及沿此带地震频繁、断裂断块发育和热泉地热点广布. (5)
据地球物理资料[16], 沿红河-金沙江一带断陷盆地为上地幔上拱带,
其莫霍面较东西两侧要突出2～3 km. (6) 据航磁资料[17],
在金沙江结合带的航磁反映明显,
形成磁性变化复杂的近南北向线性磁异常带,
背景场表现由东向西阶梯状升高的变化, 幅值多在30～80r.
结合带东侧为近于零的负值背景, 西侧昌都陆块为正值. 其异常形态,
东侧为近南北向短轴状, 西侧为北北西向带状.
结合带两边磁异常面貌的差异,
反映了金沙江一带存在一条规模较大的板内断裂系统.
电磁测深资料表明, 上地幔在金沙江结合带表现不连续, 北东侧下沉,
南西侧抬升, 具断错升降特点.
上述地质地貌和地球物理资料一致表明, 西藏东部及邻区,
沿金沙江-红河一带自老第三纪以来,
一直显示板内走滑拉分和具有初始裂谷性质的非造山构造背景.
2.3 岩石成因机制
该区新生代钾玄岩系岩浆岩同位素地质年龄范围在40～30 Ma[3]之间,
与雅鲁藏布江缝合带的印度大陆与欧亚大陆碰撞时间(40 Ma左右)相当或稍晚.
从而可以认为, 沿红河-金沙江-可可西里规模巨大的走滑拉分断裂带的出现,
是印度板块继续向北推移受到高原北部塔里木、柴达木和东部康滇古陆古老基底的阻挡的结果.
盆地下陷和地幔上拱为交代地幔源区的钾玄岩系岩浆岩的形成提供有利场所.
另外,
本区新生代钾玄岩系岩浆岩常成群和多伴随第三纪断陷盆地产出.
国家重点基础研究项目(批准号:
G1999043203)、中国科学院重点B项目（KZ952-S1-414）和"国家与中国科学院青藏高原研究项目成果"联合资助
张玉泉（中国科学院广州地球化学研究所, 广州510640）
谢应雯（中国科学院广州地球化学研究所, 广州510640）
李献华（中国科学院广州地球化学研究所, 广州510640）
邱华宁（中国科学院广州地球化学研究所, 广州510640）
赵振华（中国科学院广州地球化学研究所, 广州510640）
梁华英（中国科学院广州地球化学研究所, 广州510640）
钟孙霖（台湾大学地质系, 台北106-17）
参 考 文 献
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