地质力学学报  2018, Vol. 24 Issue (1): 128-136
引用本文
张耀玲, 沈燕绪, 吴珍汉, 赵珍. 西藏改则地区美苏组岩浆岩锆石U-Pb年龄及地质意义[J]. 地质力学学报, 2018, 24(1): 128-136.
ZHANG Yaoling, SHEN Yanxu, WU Zhenhan, ZHAO Zhen. ZIRCON U-PB AGES OF MAGMATIC ROCKS FROM MEISU FORMATION IN GERZE AREA IN TIBET AND ITS GEOLOGICAL SIGNIFICANCE[J]. Journal of Geomechanics, 2018, 24(1): 128-136.
西藏改则地区美苏组岩浆岩锆石U-Pb年龄及地质意义
张耀玲1,2 , 沈燕绪3 , 吴珍汉4 , 赵珍4     
1. 中国地质大学(北京), 北京 100083;
2. 中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081;
3. 国土资源实物地质资料中心, 河北 三河 065201;
4. 中国地质科学院, 北京 100037
摘要:西藏中部南羌塘改则盆地美苏组由砖红色砂砾岩和火山岩夹层组成,一些学者在美苏组建组剖面等地获得古新世-始新世的K-Ar年龄(34.0~69.1Ma),目前对其形成时代还缺少可靠的年代学约束。应用激光烧蚀多接收器电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)方法,对改则盆地美苏组沉积地层中的流纹岩、石英粗安岩和花岗斑岩中锆石进行了U-Pb同位素测定。结果表明,改则盆地美苏组红层中的三个火山岩样品及一个侵入岩样品岩浆锆石206Pb/238U年龄分别为38.3±0.5 Ma、39.0±0.3 Ma、37.4±0.4 Ma、38.8±0.6 Ma,从而限定了该地区美苏组沉积时代为始新世晚期。改则地区美苏组岩浆岩形成时代为班公湖-怒江缝合带调节印度-欧亚大陆碰撞之后高原内部刚性块体向东"逃逸"而重新活动提供了年代学证据。
关键词岩浆岩    U-Pb年龄    美苏组    西藏    始新世    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.01.014     文章编号:1006-6616(2018)01-0128-09
ZIRCON U-PB AGES OF MAGMATIC ROCKS FROM MEISU FORMATION IN GERZE AREA IN TIBET AND ITS GEOLOGICAL SIGNIFICANCE
ZHANG Yaoling1,2 , SHEN Yanxu3 , WU Zhenhan4 , ZHAO Zhen4     
1. China University of Geoscience, Beijing 100083, China;
2. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Science, Beijing 100081, China;
3. Cores and Samples Center of Land & Resources, Sanhe 065201, Hebei, China;
4. Chinese Academy of Geological Science, Beijing 100037, China
Abstract: The Meisu Formation exposed in Gerze basin of southern Qiangtang, middle Tibet, is composed of red sandstones and conglomerates with volcanic rock interlayers. At present, its formation age is still lack of reliable geochronologic constraints as other researchers only acquired Paleocene-Eocene K-Ar ages(34.0~69.1 Ma) from type section and other places of Meisu Formation. Laser ablation multiple collector inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-MC-ICP-MS) method is used to determinate zircon U-Pb isotope from rhyolite, quartz trachyandesite, and granite secondary volcanic rock of sedimentary strata of Meisu Formation in Gerze basin. The results indicate that the average 206Pb/238U age of magma zircons of 3 volcanic samples and 1 intrusive rock sample are respectively 38.3±0.5 Ma, 39.0±0.3Ma, 37.4±0.4 Ma and 38.8±0.6 Ma, which defines the formation age of Meisu Formation of this area is late Eocene. The forming age of Meisu Formation of Gerze area provides chronological evidence of reactivation of Bangonghu-Nujiang Suture to regulate internal rigid block of Tibet Plateau "escape" to the East after India-Eurasia continental collision.
Key words: magmatic rock    U-Pb age    Meisu Formation    Tibet    Eocene    
0 引言

青藏高原羌塘地块南部广泛出露由美苏组与康托组构成的晚新生代陆相沉积岩系[1~3],岩石主要为紫红色—绛红色—褐红色—暗紫色等杂色粗碎屑系,厚达数百米至千余米;其中下部以中厚层状巨砾岩、中砾岩和细砾岩为主,上部以中薄层砂岩和含砾砂岩为主,局部夹粉砂岩、泥灰岩和中基性—中酸性火山岩,并富含孢粉。关于美苏组形成时代,曲永贵和朱同兴等[2~4]将其置于中新世,但目前大量测年结果显示美苏组形成时代为古新世至始新世。如1:25万改则幅测得美苏组玄武岩K-Ar年龄为58.4Ma,东侧图幅获得美苏组波基玄武岩2个K-Ar年龄分别为34.8 Ma和34.0 Ma[5];1:25万邦多区幅在美苏组中获得1个玄武岩Ar-Ar年龄49.2 Ma以及4个安山岩与流纹岩样品K-Ar法同位素年龄值为39.4~69.1 Ma[6],在尼玛美苏组建组剖面测得3个火山岩K-Ar年龄为59.9~69.1 Ma[7];石油勘探开发院在措勤盆地美苏组中获得7个火山岩K-Ar法同位素年龄值为43.6~56.8 Ma[8]

总之,在众多学者的研究中美苏组形成时代跨度较大(34.0~69.1 Ma),可能由于样品中存在的过剩氩影响了测年数据的精确性,因此,美苏组尚缺乏可靠的同位素年代学约束。通过对羌塘地块南部改则盆地美苏组火山岩夹层锆石U-Pb同位素年龄测定,以约束美苏组的沉积时代,为研究青藏高原陆内碰撞造山作用提供科学依据。

1 美苏组火山岩测年样品地质特征

美苏组沿班公怒江结合带南缘分布,于2003年由江西省地调院命名,命名剖面位于西藏尼玛县美苏,时代定为古新世—始新世,该套地层是一套基性—中性—酸性—酸碱性岩石组合,沉积不整合于竞柱山组之上[6],区域上该地层厚度大于1564 m,未见顶。为一套基性—酸性火山熔岩为主的夹火山碎屑岩组合, 主要岩性为英安质(流纹质)晶屑岩屑凝灰岩、火山角砾岩、英安岩、流纹岩、安山岩、玄武安山岩、玄武岩夹凝灰质砂岩[8]

对西藏改则县东南部扪挡勒一带出露约178.76 km2的美苏组红层盆地(见图 1)开展详细野外观测,发现残留火山机构、火山通道相具流纹构造的中酸性火山岩以及火山通道相侵入岩,火山岩呈中厚层顺层夹于红层砂砾岩沉积地层中,具水下盆地喷发—沉积特点。该套地层南部不整合于前新生代地层之上,北部被康托组红层不整合覆盖。取样层位见图 2

a—青藏高原西南部构造单元划分简图;b—改则地区地质简图JSSZ-金沙江缝合带;BNSZ-班公湖—怒江缝合带;SNMZ-狮泉河—纳木错蛇绿混杂岩带;LMF-洛巴堆—米拉山断裂;IYZSZ-印度—雅鲁藏布缝合带 图 1 研究区地质简图 Figure 1 Geological map of the research area

图 2 美苏组综合地层柱状图 Figure 2 General stratigraphic column of Meisu Formation

流纹岩(B13020-1与B13021-1)样品取自主火山口东侧,呈火山颈产出,产状近直立(见图 3 a )。岩石具斑状结构和块状构造,主要由斑晶和基质组成;斑晶为斜长石、钾长石和黑云母,均为半自形晶,大小1~2 mm为主;基质为斜长石、钾长石和石英,微晶状,微晶大小0.01~0.02 mm为主(见图 3b)。

图 3 野外露头照片与样品显微图像 Figure 3 Outcrop pictures and photomicrographs of dating samples

石英粗安岩(B13023-1)样品取自美苏组红层中的火山岩夹层(见图 3c),岩层向北微倾约10°,厚约30 cm。岩石具斑状结构,基质微晶结构,块状构造。斑晶为半自形板状斜长石,大小2~5 mm为主;基质为斜长石、钾长石、石英和辉石,斜长石微晶状,大小0.01~0.02 mm;钾长石微晶状,大小0.01~0.05 mm为主;石英它形粒状,大小0.05~0.1 mm为主;辉石微晶状,大小0.01~0.05 mm为主(见图 3d)。

花岗斑岩(B13022-1)出露于围绕主火山口的次火山浅成岩体中(见图 3e),具斑状结构和块状构造。岩石由斑晶和基质组成;斑晶为斜长石、钾长石和黑云母,均为半自形,大小1~2 mm为主;基质为斜长石、钾长石、石英和黑云母,大小0.01~0.02 mm为主;局部可见少量细粒闪长岩和花岗斑岩捕虏体,整体较均一(见图 3f)。

2 测试分析

锆石按常规方法分选,最后在双目镜下挑纯。将锆石用双面胶粘在玻璃板上,罩上PVC环,然后将环氧树脂和固化剂进行充分混合后注入PVC环中,待树脂充分固化后将样品靶从玻璃板上剥离,并对其进行打磨和抛光,然后对靶上样品进行显微镜下的反射光和透射光照相以及阴极发光(CL)照相。

锆石U-Th-Pb同位素分析在天津地质矿产研究所同位素实验室激光烧蚀多接收器电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS)系统上完成。其多接收器电感耦合等离子体质谱仪为Thermo Fisher公司制造的Neptune,离子光学通路采用能量聚焦和质量聚焦的双聚焦设计,并采用动态变焦(ZOOM)使质量色散达到17%。仪器配有9个法拉第杯接收器和4个离子计数器接收器。激光器为美国ESI公司生产的UP193-FX ArF准分子激光器,激光波长193 nm,脉冲宽度5 ns,束斑直径为2~150 μm可调,脉冲频率1~200 Hz连续可调。测试根据锆石CL图像和透射光及反射光照片,利用193 nm激光器对锆石进行剥蚀,设置的剥蚀坑直径为35 μm,激光能量密度为13~14 J/cm2,频率为8~10 Hz,用TEMORA锆石标样和NIST612玻璃标样分别校正U-Pb分馏和U、Th、Pb含量。数据处理采用中国地质大学研发的ICPMSDataCal程序和Ludwig的Isoplot程序。激光剥蚀系统为GeoLas 2005,ICP-MS为Agilent 7500 a。对分析数据的离线处理采用软件ICPMSDataCal[10, 11]完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法同Liu等[11~13]。锆石样品的U-Pb谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot完成[14]。采用208Pb校正法对普通铅进行校正。详细的实验流程见李怀坤等[15]。实验具体分析结果如表 1所示,测试数据的误差均为1σ。由于样品年轻,年龄值采用206Pb/238U年龄。

表 1 锆石U-Pb同位素测年结果 Table 1 Zircon U-Pb isotope dating data

B13020-1(流纹岩)锆石为长柱状或短柱状(见图 4a),长宽比2:1~4:1,发育细密震荡环带结构,Th/U值均大于0.1,为0.75~1.66,显示典型的岩浆锆石特征,颜色形态均一,部分锆石较破碎且发育核。24个测点206Pb/238U年龄范围36~52 Ma,5个测点(测点8、20、22、23和24)年龄较大且偏离谐和线为继承锆石,解释为南部拉萨地块古近纪岩浆活动在该地区的残余影响,排除后该样品锆石19个测点206Pb/238U表面年龄范围36~43 Ma,平均年龄38.3±0.5Ma(n=19,MSWD=3.0)(见图 5a)解释为岩浆喷发年龄。

图 4 锆石CL图像与部分测点数据 Figure 4 Cathodoluminescence(CL)images of zircons and data from samples

图 5 锆石U-Pb谐和图 Figure 5 Isotopic concordance of zircon U-Pb

B13021-1(流纹岩),锆石为长柱状、短柱状及板状(见图 4b),长宽比2:1~5:1,发育细密、平行或宽的振荡环带结构,Th/U值均大于0.1,为0.60~1.54,显示典型的岩浆锆石特征。26个测点中除测点16和测点25远偏离谐和线,剩余24个测点谐和性很好。测点16的206Pb/238U年龄为61 Ma,解释为古近纪岩浆活动影响,测点25的206Pb/238U年龄为120 Ma,解释为青藏高原中部班怒带及冈底斯大范围存在的一期白垩纪岩浆活动(Zhu et al., 2011, 2012)。参与计算的24个测点206Pb/238U年龄范围为36~50 Ma,平均年龄39.0±0.3 Ma(n=24,MSWD=1.9)(见图 5b)解释为岩浆喷发年龄。

B13023-1(石英粗安岩)锆石呈长柱状或短柱状,长宽比3:1~6:1,发育振荡环带结构(见图 4c),Th/U值大于0.1,为0.70~1.38,属典型的岩浆锆石,24个测点206Pb/238U年龄范围36~52 Ma,含2个偏离谐和线的测点(测点17和18)。样品的实际测定数据点偏离谐和曲线主要是由于非放射成因普通铅的加入所导致的。该样品参与及计算的锆石19个测点206Pb/238U表面年龄范围37~50 Ma,下交点平均年龄37.4±0.4 Ma(n=22,MSWD=1.4)(见图 5c)解释为岩浆喷发年龄。

B13022-1(花岗斑岩)锆石为柱状或板状晶体(见图 4d),长宽比2:1~4:1,发育平行细密环带,Th/U值大于0.1,为0.84~1.71,具岩浆锆石特点,整体色浅部分较破碎。26个测点206Pb/238U年龄范围37~81 Ma,6个测点(测点1、2、5、6、8和24)年龄较大(42~81 Ma)且偏离谐和线为继承锆石,解释为南部拉萨地块古近纪岩浆活动在本地区的残余影响,排除后该样品锆石20个测点206Pb/238U表面年龄范围37~41 Ma,平均206Pb/238U年龄为38.8±0.6 Ma(n=20,MSWD=2.8)(见图 5d),解释为岩浆侵入年龄。

3 讨论

印度大陆与欧亚大陆碰撞于40 Ma完成[16~20],在雅鲁藏布江一代新特提斯洋关闭、印度板块向北俯冲的作用下在雅鲁藏布江缝合带以北冈底斯一代形成了钙碱性为主的林子宗群火山岩,美苏组地层反应了林子宗群喷发之后的一期始新世火山活动,即始新世晚期高原内部南羌塘地区的岩浆活动由岛弧火山岩浆作用转为后碰撞岩浆作用。其后,在高原内部羌塘地区的盆地大面积发育渐新世—中新世康托组陆相碎屑和火山沉积[21]。羌塘地体受到印度板块与青藏联合大陆碰撞以来大规模走滑构造的影响,美苏组火山岩发育在受班公湖—怒江断裂带控制的一系列线性分布的火山沉积盆地中[22],其形成时代为班公湖—怒江缝合带调节印度—欧亚大陆碰撞之后高原内部刚性块体向东“逃逸”而重新活动提供了年代学证据。

4 结论

通过研究获得美苏组三个火山岩样品与一个火山通道相侵入岩样品的锆石206Pb/238U年龄,加权平均值范围37.4~39.0 Ma,反映了该地区岩浆活动时代,由此限定羌塘地块南部改则盆地美苏组的形成时代为始新世晚期。该期始新世火山活动不同于同碰撞阶段以林子宗群为主的岩浆作用,代表了高原内部南羌塘地区后碰撞时期的岩浆作用。

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