摘要
西藏南部特提斯喜马拉雅的扎西康矿区出露一套以辉绿岩和流纹岩为主的双峰式岩浆岩组合,该套岩浆岩组合的岩石成因和成矿意义仍然存在争议。本文在前人工作的基础上,对两类岩浆岩开展了年代学、地球化学和Sr-Nd同位素分析。结果显示扎西康辉绿岩和流纹岩均形成于早白垩世(135~133 Ma)。辉绿岩 TiO2 含量为 3.49%~4.38%,富集 LREE、HFSE,亏损 LILE,87Sr/86Sr 初始值为 0.707357~0.707929, 143Nd/144Nd 初始值为 0.512550~0.512598,εNd(t)值为 1.60~2.53,具有高钛 OIB 型玄武岩的地球化学特征,由 Ⅱ型富集地幔的石榴石二辉橄榄岩经历 5%~15% 的熔融形成。流纹岩具有较高的 REE 和 HFSE 含量 (Zr+Nb+Y+Ce>350×10-6 ),10000*Ga/Al 为 2.33~3.32,TZr为 955~999 ℃,具有高温 A 型花岗岩的地球化学特征,主要由地壳物质的部分熔融形成。扎西康双峰式岩浆岩是Kerguelen地幔柱与岩石圈地幔作用的产物,形成于Kerguelen地幔柱活动导致的东冈瓦纳大陆裂解的构造背景,代表了东冈瓦纳大陆裂解的初始阶段。双峰式岩浆岩在早白垩世的侵位过程中产生的热动力促使了围岩地层中成矿物质的活化迁移和初始富集。扎西康铅锌多金属矿床成矿作用过程中,岩浆岩作为成矿前的围岩与成矿期含矿热液流体之间具有丰富的物质交换。
Abstract
In the Tethyan Himalaya of southern Xizang, the Zhaxikang mining district exposes a bimodal magmatic rock assemblage dominated by diabase and rhyolite. However, the petrogenesis and metallogenic significance of this set of magmatic rock assemblages remain controversial. Based on previous work, this study conducted geochronological, geochemical, and Sr-Nd isotopic analyses on the two types of magmatic rocks. The results indicate that both the Zhaxikang diabase and rhyolite formed during the Early Cretaceous (135-133 Ma). The diabase exhibits TiO2 contents of 3.49%-4.38%, enrichment in LREE and HFSE, depletion in LILE, initial 87Sr/86Sr ratios of 0.707357-0.707929, initial 143Nd/144Nd ratios of 0.512550-0.512598, and εNd(t) values of 1.60-2.53, displaying geochemical characteristics of high-Ti OIB-type basalt. It was formed by 5%-15% partial melting of garnet lherzolite mantle from a Type II enriched mantle source. The rhyolite exhibits high concentrations of rare earth elements (REE) and high field strength elements (HFSE) (Zr+Nb+Y+Ce> 350×10-6 ), with 10000*Ga/Al ratios ranging from 2.33 to 3.32 and zircon saturation temperatures (TZr) between 955 and 999 ℃. These geochemical characteristics are indicative of high-temperature A-type granite, which is formed through the partial melting of crustal materials. The Zhaxikang bimodal magmatic rocks are products of the interaction between the Kerguelen mantle plume and the lithospheric mantle, formed in a tectonic setting of East Gondwana breakup induced by the Kerguelen mantle plume activity, representing the initial stage of East Gondwana continental rifting. The thermal dynamics generated during the emplacement of bimodal magmatic rocks in the Early Cretaceous facilitated the activation, migration, and initial enrichment of ore-forming materials in the surrounding rock strata. During the mineralization process of the Zhaxikang lead-zinc polymetallic deposit, the magmatic rocks, as pre-ore surrounding rocks, experienced extensive material exchange with the ore-bearing hydrothermal fluids.
Keywords
西藏南部隆子—措美—浪卡子—江孜—康马一带广泛出露晚侏罗世—早白垩世的岩浆岩,包括辉绿岩脉(墙)、辉长岩、玄武岩及少量超基性岩和酸性岩。随着众多学者研究工作的不断深入,这些岩浆岩的动力学背景主要被认为有两种观点:一是与新特提斯洋的大规模扩张相关(钟华明等,2005; Jiang et al.,2006;江思宏等,2007;童劲松等,2007)。二是与 Kerguelen 地幔柱活动相关(Zhu et al.,2008; 裘碧波等,2010;朱弟成等,2013;董磊等,2016)。锆石 U-Pb 测年显示这些岩浆岩主要产生于 147~130 Ma(图1a;Zhu et al.,2007,2008;Liu et al., 2015;Zhou et al.,2018;董随亮等,2018;Tian et al., 2019;丁枫等,2020;田京京等,2021;袁和和洪秀伟,2022),峰值约为 132 Ma,与澳大利亚西部的 Bunbury 玄武岩同期(Casuarina 组40Ar/39Ar 年龄约132 Ma;Frey et al.,1996),而且在早白垩世东冈瓦纳古大陆构造重建图上,两者古地理位置接近(coffin et al.,2002)。因此,Zhu et al(.2009)将它们命名为 Comei-Bunbury 大火成岩省,并通过地球化学、地理位置等证据把这些岩浆岩与 Kerguelen 地幔柱的活动联系起来。
地幔柱与超大陆裂解之间存在密切的联系,一些学者认为,地幔柱在引发大陆裂解并随后推动板块漂移方面起到积极作用(Frisch et al.,2011)。在约 140 Ma 之前,有一个超大陆(东冈瓦纳大陆),主要由今天的印度、澳大利亚和南极洲大陆板块组成,越来越多的研究认为它的裂解是Kerguelen地幔柱撞击的结果(Zhu et al.,2009;Liu et al.,2015)。近些年来,一些研究成果表明在大陆裂谷中形成的双峰式火山组合能够准确地记录大陆裂解的时间(Li et al.,2005;Tian et al.,2019;蔡磊等,2023)。因此,措美大火成岩省中的双峰式火山岩作为东冈瓦纳大陆裂解的直接产物,对限定东冈瓦纳大陆的裂解时间具有重要的意义。
特提斯喜马拉雅成矿带上分布着众多金锑、铅锌多金属矿床,矿内普遍发育玄武岩、辉绿岩、流纹岩等基性和酸性岩浆岩(张刚阳等,2011;Zhang et al.,2014;邓舟等,2019;Lan et al.,2023;Li et al., 2023),岩体与矿体的空间关系密切,暗示二者可能存在一定的成因联系。前人对于措美大火成岩省中西部的错那、哲古错、浪卡子、江孜、康马等地区的岩浆岩已做了大量的研究,但对东部区域隆子县扎西康矿区的岩浆岩研究较少,尤其是双峰式岩浆岩的成因意义和与成矿的关系。因此,本文开展了扎西康矿区双峰式岩浆岩的年代学、全岩地球化学和Sr-Nd同位素研究,结合前人已有成果,分析扎西康矿区岩浆岩的岩石成因,探讨岩浆岩与铅锌多金属矿床的成因联系。
1 区域地质背景及样品
喜马拉雅造山带以藏南拆离系(STDS)和主中央逆冲断层(MCT)为界可分为 3 个构造单元,由北到南依次为特提斯喜马拉雅(THS)、高喜马拉雅 (GHS)和低喜马拉雅(LHS)(King et al.,2011)。研究区位于特提斯喜马拉雅的东部,其北以邛多江断裂为界,南以洛扎断裂为界(图1a)。区域地层包括前震旦系、古生界、中生界及第四系,其中以中生代地层分布最为广泛。前震旦纪和古生代地层主要为一套由片麻岩、片岩和变粒岩组成的变质岩,构成了核杂岩变质基底。中生代地层包括三叠系、侏罗系和白垩系,三叠系出露为上三叠统涅如组 (T3n1-3),岩性包括浅变质的炭质板岩和砂质板岩。侏罗纪地层在整个中生代出露面积最大、发育最为连续,包括下侏罗统日当组(J1r)、中—下侏罗统陆热组(J1-2l)、中侏罗统遮拉组(J2z)和上侏罗统维美组(J3w)。侏罗系地层在岩性上为一套粉砂质板岩、碎屑岩、碳酸盐岩,夹玄武岩、英安岩和火山碎屑岩。区域内白垩纪地层主要包括上侏罗统—下白垩统桑秀组(J3-K1s)、下白垩统甲丕拉组(K1 j)及上白垩统宗卓组(K2z),岩性为一套碎屑岩和碳酸盐岩建造。区域内广泛分布有近东西向展布的玄武岩、辉绿岩脉(墙)、辉长岩以及少量层状超基性岩和酸性岩,覆盖面积已超过50000 km2(朱弟成等,2013)。基性岩大多具有洋岛玄武岩(OIB)的特征,酸性岩具有 A 型花岗岩的特征,其年龄主要集中在 147~130 Ma,被认为是Kerguelen地幔柱与岩石圈地幔相互作用的产物(Zhu et al.,2008,2009;图1b、c)。扎西康矿区内主要出露下侏罗统日当组地层,岩性主要为变石英砂岩和含炭钙质板岩。矿区内断裂构造发育,主要为近南北向断裂,其次为近北东向断裂。铅锌锑矿体主要呈脉状分布于近南北向断裂破碎带中。矿区内广泛发育有辉绿岩脉和流纹岩,辉绿岩和流纹岩发育绿泥石化、硅化和碳酸盐化等蚀变(郑有业等,2012)。
辉绿岩呈灰绿色,具辉绿结构,块状构造。典型的矿物成分为斜长石(约40%)、辉石(约45%)、角闪石(约5%)和黑云母(约5%),副矿物为磁铁矿、锆石、磷灰石等,蚀变矿物见绿泥石、方解石、绢云母等,蚀变程度中等(图2a、b)。流纹岩呈浅灰白色,具斑状结构,块状构造或流纹构造。典型的矿物成分为石英、斜长石、钾长石、少量角闪石和黑云母,副矿物为锆石、磷灰石、独居石。流纹岩蚀变程度较弱—中等,蚀变矿物见有绢云母、绿泥石、方解石等(图2c、d)。
2 样品采集与分析方法
结合前人已有的研究资料,本文选择了扎西康矿区代表性的辉绿岩样品 6 件、流纹岩样品 2 件开展了主量、微量和稀土元素分析,选择了3件辉绿岩样品进行了Sr-Nd同位素分析。样品的主量元素在武汉综合岩矿测试中心完成,微量元素和 Sr-Nd 同位素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。首先去除样品表面的风化物,之后将样品充分粉碎并磨至 200 目。主量元素采用 X 射线荧光光谱仪(XRF)分析,分析精度优于 5%。微量元素采用电感耦合等离子体质谱仪 (ICP-MS)测试,采用国家岩石 GSR-4、GSR-2 和 GSR-3标准样进行矫正,分析精度优于 5%。Sr-Nd 同位素采用 Neptune Plus型多接收等离子体质谱仪 (MC-ICP-MS)进行测试,测试过程中用 NBS987 和 JNDi-1 国际标准样分别对 Sr、Nd 同位素进行监控,确保其准确度,Sr 同位素分析精度优于 0.03‰,Nd 同位素分析精度优于0.05‰。
本文对采自扎西康矿区 PD6 的辉绿岩样品开展了 SHRIMP 锆石 U-Pb 测年。锆石分选在河北廊坊区调研究所实验室完成。首先对样品进行机械破碎,使其粒度达到 63~150 μm,接着通过磁选、浮选、手工挑选等方法获得晶型较好、干净无裂隙的锆石。将挑选好的锆石裱在环氧树脂上制靶并抛光露出锆石颗粒。锆石 U-Pb同位素分析采用高分辨率 SHRIMP Ⅱ型离子探针仪,采用 TEM作为标准锆石,采用实测204Pb 校正普通铅,用 BR266 和 NBS610 玻璃来标定 U 含量和调校 Zr2O 峰和206Pb 峰,所得数据用 Ludwing SQUID 1.02 程序进行计算和处理,谐和图用Isoplot完成(Ludwing,2001)。
图1研究区区域地质图
a—青藏高原构造纲要图;b—措美大火成岩省地质简图(据Zhu et al.,2009修改);c—扎西康矿区地质图(据郑有业等,2012修改); THS—特提斯喜马拉雅岩系;GHS—高喜马拉雅结晶杂岩系;LHS—低喜马拉雅岩系;MBT—主边界逆冲断层;MCT—主中央逆冲断层;MFT— 主前锋逆冲断层;STDS—藏南拆离系;JS—金沙江缝合带;BNS—班公湖—怒江缝合带;IYS—印度河—雅鲁藏布江缝合带
图2扎西康双峰式岩浆岩手标本及镜下特征
a—辉绿岩手标本;b—辉绿岩正交偏光照片;c—流纹岩手标本;d—流纹岩正交偏光照片
3 分析结果
3.1 主量元素特征
扎西康辉绿岩和流纹岩的主量元素分析结果见表1。本文研究的 8 件样品均发生了不同程度的蚀变,其中辉绿岩的烧失量为1.27%~9.02%,流纹岩的烧失量为2.84%~2.92%。
扎西康辉绿岩的 SiO2 含量变化于 43.39%~52.53%,属于典型的基性岩。其TiO2和FeOT 含量较高,分别变化于 3.49%~4.38% 和 9.96%~12.04%, MgO 含量为 4.35%~5.26%,Mg# 为 41.2~47.5。在 Nb/ Y-Zr/TiO2×0.0001岩石分类图解中(图3),样品属于亚碱性—碱性玄武岩。
扎西康流纹岩具有较高的 SiO2 含量,变化于 73.37%~78.90%,较低的 FeOT、P2O5和 Na2O 含量,分别变化于 1.01%~3.61%、0.04%~0.11%、0.03%~0.42%。在 Nb/Y-Zr/TiO2×0.0001 岩石分类图解上 (图3),样品位于流纹岩及其边界区域上。流纹岩碱质含量(Na2O+K2O)为 3.32%~3.56%,K2O/Na2O 为 55.5~117.7,铝饱和指数 A/CNK 为 2.16~3.00,A/NK 为 2.64~3.31,显示出其富钾、贫钠、强过铝质的特征;在低程度蚀变过程中,Ca、K、Na 等元素相对 Al 元素是可移动的(Smith and Smith,1976),因此,认为流纹岩富钾、贫钠、强过铝质的地球化学特征与蚀变作用有关,绿泥石和方解石等矿物的出现证明了这一点。
图3扎西康双峰式岩浆岩的Nb/Y-Zr/TiO2×0.0001图解(底图据Winchester and Floyd,1977)
3.2 稀土、微量元素特征
扎西康双峰式岩浆岩的微量元素分析结果见表2。扎西康辉绿岩具有较高的稀土元素总量,∑ REE=150×10-6~247×10-6,平均为 181×10-6。轻重稀土分异较为明显,LREE/HREE=5.06~7.27,平均为 6.07;(La/Yb)N=5.37~11.01,平均为 7.56。稀土元素配分曲线图整体具有低缓右倾的特征,显示出富集轻稀土,亏损重稀土的特征(图4a)。辉绿岩无Eu异常(δEu=0.90~1.23),表明斜长石的分离结晶作用不明显。微量元素蛛网图上,辉绿岩整体富集 Th、U、 Nb 等高场强元素,相对亏损 K、Sr、P 等大离子亲石元素(图4b)。另外,3个样品强烈亏损K元素、相对亏损 Rb 和 Ba 元素,可能是岩石发生较强的蚀变导致的元素流失。
流纹岩的稀土元素含量明显高于辉绿岩,∑ REE=295×10-6~449×10-6,平均为 362×10-6。轻重稀土分异程度较高,LREE/HREE=10.0~18.03,平均值为 13.04;(La/Yb)N=10.32~31.58,平均值为 17.43。稀土元素配分曲线图整体右倾,显示出富集轻稀土、亏损重稀土的特征(图4c)。流纹岩具有明显的负 Eu 异常(δEu=0.51~0.87),表明斜长石的分离结晶作用明显或斜长石的源区残留。微量元素蛛网图上,流纹岩整体富集 Rb、Th、La 等元素,亏损 Ba、 Nb、Sr、P、Ti等元素(图4d)。
图4扎西康辉绿岩的稀土元素球粒陨石标准化配分图解(a)、微量元素原始地幔标准化配分图解(b)和扎西康流纹岩的稀土元素球粒陨石标准化配分图解(c)、微量元素原始地幔标准化配分图解(d)(球粒陨石、原始地幔、OIB、E-MORB和N-MORB 数据据Sun and McDonough,1989)
3.3 Sr-Nd同位素特征
扎西康辉绿岩的Sr-Nd同位素测试值及年龄校正见表3。
本文对 3件辉绿岩样品进行了 Sr-Nd同位素测试,其87Sr/86Sr 初始值为 0.707357~0.707929, 143Nd/144Nd 初始值为 0.512550~0.512598,εNd(t)值为 1.60~2.53。区域上同时代的桑秀组酸性岩和 Laguila 酸性岩87Sr/86Sr 初始值为 0.7171~0.7290, 143Nd/144Nd 初始值为 0.511798~0.512058,εNd(t)值为-10.0~-13.39(Zhu et al.,2007;Liu et al.,2015;Zhou et al.,2018)。扎西康辉绿岩和区域上的酸性岩具有较大的 Sr-Nd 同位素差异,表明二者来源于不同的岩浆源区。
表1扎西康双峰式岩浆岩的主量元素数据(%)
注:ZB41~ZB44据林彬等,2014;A/CNK=n(Al2O3)/[n(CaO)+n(Na2O)+n(K2O)];A/NK=n(Al2 O3 )/[n(Na2 O)+n(K2 O)];Mg# =n(MgO)/[n(MgO)+n(FeOT)]。
表2扎西康双峰式岩浆岩的微量元素数据(10-6)
注:ZB41~ZB44据林彬等,2014;δEu=2×EuN/(SmN+GdN)。
表3扎西康辉绿岩的Sr-Nd同位素数据
注:( 87Sr/86Sr) i =( 87Sr/86Sr)m+( 87Rb/86Sr)m(eλt-1),λ =1.42×10-11a-1;( 143Nd/144Nd)i =( 143Nd/144Nd)m+( 147Sm/144Nd)m(eλt-1),λ =6.54×10-12a-1;εNd(t)= [( 143Nd/144Nd)m/( 143Nd/144Nd) CHUR(t)-1],( 143Nd/144Nd) CHUR(t)=0.512638-0.1967×(eλt-1),t=133Ma(Keto and Jacobsen,1987)。
3.4 锆石U-Pb年龄
辉绿岩锆石主要呈半自形的椭圆状晶体,长 50~100 μm,宽 40~60 μm。部分锆石发育典型的岩浆震荡环带,内部具有继承核(图5a)。SHRIMP 锆石U-Pb测年获得有效测试数据为7个,具体结果见表4。在一致曲线图中(图5b),7 个数据点的206Pb/238U 年龄集中于 139~130 Ma,给出的加权平均年龄为(133.4±2.2) Ma(MSWD=0.88),其置信度为 95%,较好地代表了辉绿岩的结晶年龄。林彬等 (2014)测得扎西康流纹岩的锆石 U-Pb 年龄为 (135.3±0.6) Ma,与辉绿岩形成时代相近,表明二者为同一时期的产物,形成于早白垩世。
表4扎西康辉绿岩锆石SHRIMP测年结果
注:Pb和Pb* 分别为普通铅和放射成因铅;误差为1σ。
图5扎西康辉绿岩锆石CL图像和锆石U-Pb一致曲线图
4 讨论
辉绿岩样品的 LOI 值变化于 1.27%~9.02%,表明样品均经历了不同程度的热液蚀变。前人的资料显示,一些主量元素(如 Ca、Na、K)和大离子亲石元素(如Rb、Sr、Pb)在蚀变期间是可移动的;而稀土元素(REE)、高场强元素(如 Y、Nb、Ta、Th、Zr、Hf、 Ti)及过渡族金属(如 Cr、Ni)则在蚀变中保持稳定 (Bedard,1999)。因此,本文仅选用蚀变过程中保持稳定的元素进行讨论。
4.1 辉绿岩成因
玄武质岩浆主要由地幔橄榄岩和辉石岩等镁铁质岩石的部分熔融形成,但在形成的过程中是否有地壳物质的加入,需要进一步判别。在(Th/ Ta)PM-(La/Nb)PM图解中,所有样品点均落入原始地幔周围,而远离中、上地壳,与 Kerguelen有关的 OIB 型火山岩相似,表明扎西康辉绿岩未受到地壳混染 (图6a)。在( 87Sr/86Sr)i -εNd(t)图解中,扎西康辉绿岩同区域上的基性岩一致,未显示出地壳混染的趋势 (图6b)。此外,La/Nb、Ba/Nb和Ba/La的比值是判别地壳混染的另一个有效指标(Wedepohl,1995)。通常受到地壳混染的地幔岩浆,其不相容元素(La、Ba 等)会相对于Nb明显增高,从而具有高的La/Nb、Ba/ Nb 和 Ba/La 值。扎西康辉绿岩的 La/Nb 为 0.89~1.64,平均值为 1.06;Ba/Nb 为 2.19~10.64,平均值为 6.54;Ba/La 为 2.76~11.72,平均值为 6.49,与原始地幔值(La/Nb≈0.94,Ba/Nb≈9.00,Ba/La≈9.60;Weaver, 1991)较为接近。以上结果表明扎西康辉绿岩起源于原始地幔,在侵位过程中没有受到地壳物质的混染。
扎西康辉绿岩的 Mg# 值为 41.19~47.55,明显低于原生岩浆范围(Mg# =70~84,Yu et al.,2021),表明辉绿岩在形成过程中其成分特征已发生了演化。在以 Mg# 为横坐标的 Harker 图解上(图7),Ni、Cr 呈现出正相关的关系,表明辉绿岩可能经历了镁铁质矿物(辉石、橄榄石等)的分离结晶;FeOT 与Mg# 呈负相关关系,表明辉绿岩可能经历了富铁矿物(磁铁矿、钛铁矿等)的分离结晶(夏瑛等,2012)。另外,扎西康辉绿岩中未见Eu异常,表明斜长石的分离结晶作用不明显。在( 87Sr/88Sr)i-( 143Nd/144Nd)i图解中,扎西康辉绿岩位于Ⅱ型富集地幔附近(图8a),表明其岩浆源区具有Ⅱ型富集地幔的特征;La/Sm-Sm/Yb 图解显示了扎西康辉绿岩的大致熔体成分(图8b),其位于石榴石二辉橄榄岩区域中,显示经历了 5%~15%的熔融,表明扎西康辉绿岩是由石榴石二辉橄榄岩发生较低程度部分熔融形成的。扎西康辉绿岩中 LREE 和 HREE 的显著分异((La/Yb)N= 5.37~11.01)以及高的 Ce/Yb 比值(Ce/Yb=19.06~35.56)也对应于石榴石二辉橄榄岩的低程度部分熔融(Zhu et al.,2007)。
辉绿岩的稀土元素配分曲线显示出与OIB型玄武岩近似的特征,同时,在La-La/Nb和Nb-Nb/Th图解上(图9),扎西康辉绿岩均落入洋岛玄武岩中,也反映出扎西康辉绿岩具有OIB型玄武岩的属性。根据前人的研究可将措美大火成岩省中的基性岩分为 OIB、N-MORB 和 E-MORB 共 3 种类型,其中 OIB 型基性岩已被确定为是 Kerguelen 地幔柱与岩石圈地幔作用的产物(朱弟成等,2013)。因此,笔者认为扎西康辉绿岩是由Ⅱ型富集地幔的石榴石二辉橄榄岩经历5%~15%的熔融所形成,在上升过程中未受到地壳物质混染,经历了橄榄石、辉石等矿物的分离结晶,是Kerguelen地幔柱与岩石圈地幔作用的产物。
图6扎西康辉绿岩(Th/Ta)PM-(La/Nb)PM(a)和(87Sr/88Sr)i-εNd(t)(b)图解
(上、中、下地壳数据据Rudnick and Gao,2003;原始地幔和岩石圈地幔数据据Sun and McDonough,1989;与Kerguelen有关的火成岩数据据朱弟成等,2005;基性岩数据据Zhu et al.,2007;Liu et al.,2015;Li et al.,2020)
图7扎西康辉绿岩的Harker图解
4.2 流纹岩成因
根据不同的地球化学特征将花岗岩划分为 I 型、S型、M型和A型等4种类型(Whalen et al.,1987; 赵海波等,2024)。I 型和 S 型花岗岩具有较低的 FeOT/MgO 比值(平均值分别约为 1.3 和 1.2,Whalen et al.,1987),扎西康流纹岩的 FeOT /MgO 比值为 2.05~7.36,明显高于I型和S型花岗岩。M型花岗岩起源于地幔,其显著的地球化学特征是具有富集的 Sr-Nd 同位素组成,而区域上的酸性岩具有亏损的 Sr-Nd 同位素组成(Zhu et al.,2007;Liu et al.,2015; Zhou et al.,2018)。以上证据表明扎西康流纹岩不同于 I 型、S 型和 M 型花岗岩。A 型花岗岩最早由 Loiselle and Wones(1979)提出,为产于伸展构造背景下的碱性、无水花岗岩,具有特殊的地球化学特征。扎西康流纹岩具有较高的 REE 和 HFSE 含量, (Zr+Nb+Y+Ce)>350×10-6,以及高的 10000×Ga/Al 比值(10000*Ga/Al=2.33~3.32)和较显著的 Sr、P、Eu 负异常,这些特征与 A 型花岗岩非常相似(Eby,1990)。在(Zr+Nb+Y+Ce)-FeOT/MgO、(Zr+Nb+Y+ Ce)-10000×Ga/Al、10000×Ga/Al-Zr 和 10000×Ga/ Al-Nb 岩石成因类型判别图解中,扎西康流纹岩均落入 A型花岗岩区域(图10)。另外,酸性岩浆上侵到上地壳过程中一般属于绝热式上侵,锆石在酸性岩浆中一般结晶分离的时间较早,因而岩浆的锆饱和温度可以用来近似的代表岩浆源区最低熔融温度,也可以用来代表岩浆结晶温度(吴福元等, 2007)。本文采用Waston et al(.2006)从岩浆模拟实验得出的锆饱和温度计来计算流纹岩的岩浆温度:
(1)
式(1)中,DZr近似为 496000/全岩锆含量,令 Si+ Al+Fe+Mg+Ca+Na+K+P=1(原子分数),M=(2Ca+K+ Na)/(Si×Al)。
计算得到流纹岩的 TZr=955~999℃(均值为 980℃),明显高于 I 型和 S 型花岗岩(TZr<800℃),而与典型的 A 型花岗岩相似(王存智等,2021)。以上证据表明扎西康流纹岩具有A型花岗岩的地球化学属性。
图10扎西康流纹岩的(Zr+Nb+Ce+Y)-FeOT /MgO(a)、(Zr+Nb+Ce+Y)-10000*Ga/Al(b)、10000*Ga/Al-Zr(c)、10000*Ga/ Al-Nb(d)图解(底图据Whalen et al.,1987)
FG—分异的 M,I,S 型花岗岩;OGT—未分异的M,I,S 型花岗岩
目前对 A 型花岗岩的成因主要存在两种看法:一是基性端元岩浆结晶分离成因,二是地壳物质部分熔融成因。在岩石地球化学特征方面,由基性端元岩浆结晶分异形成的岩浆通常显示出过碱性的特征,而扎西康流纹岩显示出过铝质的特征。另外,由于扎西康流纹岩与区域上的酸性岩浆岩具有相似的元素组成,且均具有高温 A 型花岗岩的地球化学特征(区域酸性岩 TZr为 853~902℃),暗示扎西康流纹岩与区域上的酸性岩具有相似的成因(Zhu et al.,2007;Liu et al.,2015;Zhou et al.,2018)。区域上酸性岩的87Sr/86Sr 初始值为 0.7171~0.7290, 143Nd/144Nd 初始值为 0.511793~0.512058,εNd(t)值为-10.0~-13.39,扎西康辉绿岩87Sr/86Sr 初始值为 0.705911~0.707929,143Nd/144Nd 初始值为 0.512550~0.512598,εNd(t)值为 1.60~2.53,二者差异较大,代表来源于不同的源区。因此,本文认为扎西康流纹岩不是基性端元岩浆结晶分离的产物,而是由地壳物质的部分熔融形成。
由前所述,流纹岩成岩温度为955~999℃,属于高温岩浆岩,表明触发地壳熔融的热量巨大,需要来自地幔的额外热量。这么大的热量从何而来呢? 结合当时的地质背景,Kerguelen地幔柱活动所产生的热量可能就是触发地壳熔融的关键。在中国西南的峨眉山大火成岩省中,也存在 A 型的长英质岩浆岩被认为是地幔柱活动的产物(Shellnutt and Zhou,2007)。
4.3 构造背景及地质意义
特提斯喜马拉雅晚侏罗世—早白垩世时期的岩浆岩主要以辉绿岩、辉长岩、玄武岩等基性岩和流纹岩、长英质岩等酸性岩为主,年龄主要集中于 147~130 Ma,对于其构造背景,前人主要存在新特提斯洋大规模扩张导致的岩石圈减薄与软流圈地幔物质上涌(江思宏等,2007)和Kerguelen地幔柱活动导致东冈瓦纳大陆裂解(Zhu et al.,2008)两种观点。目前绝大多数学者已认可 Kerguelen 地幔柱活动导致东冈瓦纳大陆裂解是形成特提斯喜马拉雅晚侏罗世—早白垩世时期岩浆岩的根本动力学背景(朱弟成等,2013;Liu et al.,2015;Zhou et al., 2018;Tian et al.,2019;蔡磊等,2023)。
扎西康辉绿岩和流纹岩之间存在“Daly 间隙”,具有双峰式岩浆岩的特征。前人研究表明,双峰式岩浆岩可以形成于大陆裂谷、洋岛、大陆拉张减薄、活动大陆边缘、弧后盆地以及造山后拉张的构造背景(汪晓伟等,2015)。扎西康流纹岩具有 A 型花岗岩的大部分地球化学特征,指示其可能形成于伸展拉张背景,如大陆裂谷、弧后盆地或造山后拉张。 Y-Nb 图解常被用作为识别板内花岗岩、洋中脊花岗岩、火山弧花岗岩和同碰撞花岗岩最有效的方法 (Pearce et al.,1984;何峻岭等,2023)。在该图解上 (图11a),流纹岩样品均落入板内花岗岩中,与区域上的大多数酸性岩浆岩具有相同的构造背景(Zhu et al.,2007;Liu et al.,2015;Zhou et al.,2018)。ZrTi、Zr-Zr/Y 图解可以明确识别出板内玄武岩、洋中脊玄武岩(MORB)和岛弧玄武岩(Pearce and Norry, 1979)。在 Zr-Ti和 Zr-Zr/Y 图解上(图11b、c),辉绿岩样品点均落入板内玄武岩区域,与扎西康流纹岩具有一致的产出背景。前人研究表明,特提斯喜马拉雅的白垩纪地层形成于在伸展环境下迅速加深的裂谷背景,与印度从冈瓦纳大陆东部裂解有关 (Liu et al.,2015)。因此,本文认为扎西康双峰式岩浆岩形成于 Kerguelen 地幔柱活动导致的东冈瓦纳大陆裂解的构造背景。
前人研究表明,双峰式岩浆组合作为大陆裂解的直接产物,能够更准确地记录大陆裂解时间(Li et al.,2005;Tian et al.,2019;蔡磊等,2023)。位于特提斯喜马拉雅南部的错那地区双峰式火山岩年龄为 140~137 Ma(Tian et al.,2019),中部的索努地区双峰式火山岩年龄为 138 Ma(蔡磊等,2023),本文扎西康双峰式岩浆岩形成于135~133 Ma。因此,将东冈瓦纳大陆初始裂解的阶段限定为140~133 Ma,形成的双峰式岩浆组合代表了特提斯喜马拉雅小规模的大陆裂谷事件。在 132 Ma,措美大火成岩中大量的岩浆活动产物,则代表了东冈瓦纳大陆裂解的进一步扩大,为特提斯喜马拉雅大规模的大陆裂谷事件。
东冈瓦纳大陆裂解演化具体的模式为:在晚侏罗世Kerguelen地幔柱活动到印度大陆、澳大利亚大陆和南极洲大陆的交界处,并且形成一个宽阔的蘑菇状头部。随着地幔柱头部的发育,周围的地幔物质被合并和吸收。在140 Ma左右,Kerguelen地幔柱的头部物质开始向上侵位,导致大陆地壳开始拉伸、减薄。随着时间的推移,地壳持续受到地幔柱热机械作用和化学侵蚀作用,Kerguelen地幔柱活动产生的巨大能量导致了大陆地壳的部分熔融从而形成岩浆房,岩浆顺着拉张裂隙上升侵位形成了扎西康流纹岩以及区域上的其他酸性岩。在 Kerguelen 地幔柱持续活动下,岩石圈地幔开始发生部分熔融形成了扎西康辉绿岩。此时,东冈瓦纳大陆处于初始裂解阶段。在132 Ma,Kerguelen地幔柱活动大规模爆发,使得东冈瓦纳大陆裂解规模进一步扩大,最终在 100 Ma 时完全裂解(Hu et al.,2010)。 Kerguelen 地幔柱的大规模爆发直接导致了隆子— 措美—浪卡子—江孜一带近东西向基性岩脉的形成(图12)。
a—140 Ma 左右,Kerguelen地幔柱头部物质开始向上侵位,由于热机械和化学侵蚀作用,大陆地壳部分熔融形成酸性岩浆,岩石圈地幔部分熔融形成基性岩浆,构成了双峰式岩浆作用,造成了东冈瓦纳大陆的初始裂解;b—132 Ma左右,Kerguelen地幔柱头部到达岩石圈地幔底部,岩浆活动大规模爆发,从而加剧了东冈瓦纳大陆的裂解,并形成了措美大火成岩省
4.4 双峰式岩浆岩与成矿的关系
特提斯喜马拉雅成矿带上的扎西康铅锌多金属矿、马扎拉金锑矿、查拉普金矿、沙拉岗锑矿等矿区中普遍发育有玄武岩、辉绿岩、流纹岩等基性和酸性岩浆岩(张刚阳等,2011;Zhang et al.,2014;邓舟等,2019;Lan et al.,2023;Li et al.,2023)。如查拉普金矿的部分蚀变辉绿岩达到金的边界品位、沙拉岗锑矿的蚀变辉绿岩中发育锑矿体,显示早期侵位的岩浆岩是成矿前的岩浆活动,可能为金锑、铅锌多金属矿床提供了良好的成矿地质条件。扎西康铅锌多金属矿床成矿作用过程中,成矿热液流体对成矿前作为围岩的岩浆岩进行蚀变和交代,会造成元素的带入和带出,从而影响热液流体的物理化学环境。本文将扎西康双峰式岩浆岩中蚀变较强岩石与蚀变较弱岩石的元素平均值进行对比,观察元素的富集和亏损特征(表5),讨论热液蚀变过程中辉绿岩和流纹岩从成矿热液流体中带入带出的元素。结果显示,成矿热液流体对矿区岩浆岩发生热液蚀变作用的过程中,辉绿岩中的Ba、Cs、Sb等元素进入了热液流体中,热液流体中的Pb、Ag、As、Ni、Cr 等元素进入了辉绿岩中(图13a)。流纹岩中的 Cr、Cs等元素进入了热液流体中,热液流体中的Zn、Pb、 Ag、In、As、Sb、Cu、Co、Ni等元素进入了流纹岩中(图13b)。此外,扎西康矿区的围岩地层为含炭钙质板岩,富集 Sb、As、Pb、Zn、Ag、Au 等金属元素,矿床中硫化物的原位硫同位素结果显示其硫源主要来源于围岩地层(李洪梁等,2020),表明围岩地层为成矿提供了物质来源。扎西康双峰式岩浆岩在早白垩世的侵位过程中产生的热动力,可能促使了围岩地层中 Sb、Pb、Zn、Ag、Au 等成矿元素的活化迁移,从而导致金属物质的初始富集。
图13扎西康双峰式岩浆岩的元素比值关系图
a—热液蚀变过程中辉绿岩的元素带入带出特征;b—热液蚀变过程中流纹岩的元素带入带出特征
表5扎西康双峰式岩浆岩部分金属元素数据(10-6 )
注:ZB41~ZB44据林彬等,2014;ZK007-B3-1~D1813-2据Li et al.,2020。
5 结论
(1)扎西康双峰式岩浆岩由辉绿岩和流纹岩组成,锆石 U-Pb 测年显示扎西康辉绿岩形成于 (133.4±2.2)Ma,扎西康流纹岩形成于(135.3±0.6) Ma,均为早白垩世,与措美大火成岩省中的其他岩浆岩形成时代相近。
(2)扎西康辉绿岩具有 OIB 型玄武岩的地球化学特征,由Ⅱ型富集地幔的石榴石二辉橄榄岩地幔经历 5%~15% 的熔融所形成。扎西康流纹岩具有 A 型花岗岩的地球化学特征,由地壳物质的部分熔融形成。扎西康双峰式岩浆岩是 Kerguelen 地幔柱与岩石圈地幔作用的产物,形成于Kerguelen地幔柱活动导致的东冈瓦纳大陆裂解的构造背景,代表了东冈瓦纳大陆裂解的初始阶段。
(3)双峰式岩浆岩在早白垩世的侵位过程中产生的热动力促使了围岩地层中成矿物质的活化迁移和初始富集。扎西康铅锌多金属矿床成矿过程中,辉绿岩中的 Ba、Cs、Sb 等元素进入了热液流体,热液流体中的 Pb、Ag、As、Ni、Cr 等元素进入了辉绿岩。流纹岩中的 Cr、Cs 等元素进入了热液流体,热液流体中的 Zn、Pb、Ag、In、As、Sb、Cu、Co、Ni等元素进入了流纹岩。
致谢 感谢评审老师和编辑部老师提出的宝贵修改意见。