青藏高原北部風(fēng)火山花崗斑巖包體鋯石u-pb年代學(xué)研究

青藏高原北部風(fēng)火山花崗斑巖包體鋯石u-pb年代學(xué)研究

青藏高原的沖突史和構(gòu)造高度變化是國(guó)際地質(zhì)科學(xué)家的研究重點(diǎn)。青藏高原北部漸新世晚期—中新世早期經(jīng)歷了自擠壓縮短向伸展走滑的構(gòu)造轉(zhuǎn)換,古環(huán)境發(fā)生了巨大變化,是青藏高原隆升的重要地質(zhì)歷史時(shí)期。但迄今為止,對(duì)青藏高原北部漸新世晚期—中新世早期地質(zhì)構(gòu)造事件的年代學(xué)約束主要依據(jù)磁性地層學(xué)資料,其他可參考的精確測(cè)年資料還比較缺乏,亟待加強(qiáng)相關(guān)的研究工作。茲選擇風(fēng)火山北麓花崗斑巖,應(yīng)用離子探針方法,進(jìn)行鋯石U-Pb同位素測(cè)年,力求為青藏高原北部地殼縮短和構(gòu)造隆升提供高精度的年代學(xué)約束。1逆沖推覆動(dòng)力學(xué)風(fēng)火山是青藏高原北部重要的構(gòu)造地貌單元,南側(cè)為沱沱河高平原,北側(cè)為北麓河高平原,出露的主要地層單元包括中—上三疊統(tǒng)砂巖和灰?guī)r夾玄武巖、風(fēng)火山群紫紅色砂礫巖(圖1)、雅西錯(cuò)群磚紅色碎屑巖夾膏鹽層(圖2(a))、五道梁群泥灰?guī)r(圖2(c))和白云質(zhì)灰?guī)r(圖2(b))。風(fēng)火山群與上覆地層、下伏地層之間均呈角度不整合接觸關(guān)系,五道梁群與雅西錯(cuò)群呈微角度不整合或平行不整合接觸關(guān)系。根據(jù)磁性地層分析資料,風(fēng)火山群沉積時(shí)代為古近世—始新世,雅西錯(cuò)群沉積時(shí)代為漸新世,五道梁群沉積時(shí)代為中新世早期。風(fēng)火山及鄰區(qū)新生代發(fā)生了多期強(qiáng)烈的構(gòu)造變形,形成新生代早中期逆沖斷層、褶皺構(gòu)造和新生代晚期走滑斷層,構(gòu)造線走向以近東西向—北西西向?yàn)橹?二道溝盆地第四紀(jì)發(fā)育北東向和近南北向邊界正斷層(圖1)。新生代早中期風(fēng)火山地區(qū)發(fā)育較大規(guī)模的逆沖推覆構(gòu)造,稱為風(fēng)火山逆沖推覆構(gòu)造,由不同規(guī)模的逆沖斷層和褶皺構(gòu)造組成,東西延長(zhǎng)超過100km,南北寬超過50km(圖1),導(dǎo)致風(fēng)火山群和雅西錯(cuò)群發(fā)生區(qū)域性褶皺變形。風(fēng)火山逆沖推覆構(gòu)造大部分逆沖斷層都向北傾斜,傾角約為30°～45°,向深部會(huì)聚于緩向北傾斜的低角度主逆沖斷層(圖1);主逆沖斷層在茍魯錯(cuò)盆地北側(cè)廣泛出露,斷層傾角變化于15°～26°;在茍魯錯(cuò)東側(cè)沿主逆沖斷層,古近統(tǒng)—始新統(tǒng)風(fēng)火山群(E1+2)逆沖推覆于漸新統(tǒng)雅西錯(cuò)群(E3)之上(圖2(d)、(e)),指示自北向南的逆沖推覆運(yùn)動(dòng)方向。在風(fēng)火山北麓和烏麗北側(cè),發(fā)育少量向北傾斜的逆斷層,可能屬風(fēng)火山逆沖推覆構(gòu)造的反向沖斷層(圖1)。在風(fēng)火山及鄰區(qū),發(fā)育侵入于風(fēng)火山群和雅西錯(cuò)群的花崗斑巖脈和小巖基。風(fēng)火山逆沖推覆構(gòu)造對(duì)這些小型花崗斑巖侵入體具有比較明顯的控制作用。巖體主要發(fā)育于主逆沖斷層和反向沖斷層的復(fù)合部位(圖1),推斷新生代早中期風(fēng)火山巖漿侵位與逆沖推覆構(gòu)造運(yùn)動(dòng)存在成因聯(lián)系。漸新世晚期,青藏高原經(jīng)歷了區(qū)域性剝蝕夷平過程,使風(fēng)火山花崗斑巖遭受風(fēng)化剝蝕并出露于地表,之后于中新世早中期發(fā)育古大湖,形成五道梁期湖相沉積地層,呈角度不整合覆蓋新生代早中期巖石地層。據(jù)青藏公路及兩側(cè)地層產(chǎn)狀的統(tǒng)計(jì)資料,五道梁群湖相沉積地層產(chǎn)狀平緩(圖2(b)、(c)),地層傾角絕大部分小于20°,大部分傾角變化于10°～20°之間,出現(xiàn)頻率最高的露頭巖層傾角為10°～15°,說明自中新世早中期開始,區(qū)域構(gòu)造環(huán)境發(fā)生了顯著變化,地殼擠壓縮短變形微弱,伸展走滑漸居主導(dǎo)地位(圖1)。2巖石學(xué)和年齡在風(fēng)火山北麓、青藏公路西側(cè)、秀水河源頭,出露由近南北向巖脈斜列組成的花崗斑巖侵入體(圖1),侵位于雅西錯(cuò)群砂礫巖層內(nèi)(圖2(f)),巖體與圍巖的侵入接觸關(guān)系清晰(圖2(g)),接觸帶發(fā)育冷凝邊和烘烤邊(圖2(h))。巖體巖石發(fā)育斑狀結(jié)構(gòu)(圖2(h)),斑晶主要為板狀鉀長(zhǎng)石晶體,大部分鉀長(zhǎng)石斑晶粒徑為0.5～2mm,部分鉀長(zhǎng)石斑晶長(zhǎng)達(dá)3～4cm。巖體內(nèi)部分布大小不等的暗色包體,以角閃巖包體、輝長(zhǎng)巖包體和閃長(zhǎng)巖包體為主;輝長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖包體的邊緣明顯被花崗巖同化,部分包體內(nèi)部發(fā)生程度不同的花崗巖化,指示暗色包體在花崗質(zhì)巖漿內(nèi)部的部分熔融現(xiàn)象。在該花崗斑巖西南部S5露頭取花崗斑巖樣品D2141和暗色包體樣品D2154,取樣位置為北緯34°58′25″,東經(jīng)92°36′21″,海拔高度為4870m。經(jīng)過顯微觀測(cè)和詳細(xì)的礦物鑒定,花崗斑巖樣品D2141含鉀長(zhǎng)石70%、石英20%、透輝石5%、黑云母5%及少量鋯石與磷灰石,發(fā)育斑狀結(jié)構(gòu),斑晶主要為鉀長(zhǎng)石,約占30%,巖石成分接近石英正長(zhǎng)斑巖;暗色包體樣品D2154含鉀長(zhǎng)石65%、石英20%、輝石10%、黑云母5%及少量磁鐵礦、鋯石、磷灰石,鉀長(zhǎng)石斑晶含量約占20%;輝石主要為普通輝石,部分發(fā)生強(qiáng)烈蝕變,僅殘留輝石假象。對(duì)樣品D2141和D2154,分別按照常規(guī)程序進(jìn)行碎樣、磁選和浮選,再在雙目鏡下人工挑選鋯石單礦物。對(duì)花崗斑巖樣品D2141,選取具有清晰環(huán)帶的巖漿結(jié)晶鋯石(如圖3(a)),在北京離子探針中心按照標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行單顆粒鋯石的U-Pb同位素測(cè)年。對(duì)暗色包體樣品D2154,鋯石粒徑明顯小于花崗斑巖樣品D2141,既包括具有清晰環(huán)帶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶鋯石,也包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)合鋯石,復(fù)合鋯石核部為渾圓狀碎屑鋯石,周邊發(fā)育晚期巖漿鋯石的生長(zhǎng)環(huán)帶(圖4(a))。選取不同類型的鋯石顆粒,在北京離子探針中心按照標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行單顆粒鋯石的U-Pb同位素測(cè)年。測(cè)試中使用標(biāo)準(zhǔn)鋯石SL13和TEM。SL13具有和諧年齡,其年齡為572Ma,U含量為238μg/g,用于標(biāo)定所測(cè)定的未知樣品的U含量。TEM年齡為417Ma,具有和諧年齡,用于校正所測(cè)定的未知樣品的年齡。在樣品測(cè)定過程中,TEM和未知樣品交替測(cè)定,其比例為1∶3。測(cè)定的TEM重現(xiàn)性為2%。測(cè)定的數(shù)據(jù)處理采用LudwigSquid1.0及Isoplot程序。普通鉛根據(jù)實(shí)測(cè)204Pb校正?；◢彴邘r樣品D2141的U-Pb同位素測(cè)試數(shù)據(jù)列于表1,暗色包體的U-Pb同位素測(cè)試數(shù)據(jù)列于表2,所列單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差均為1σ,加權(quán)平均年齡具有95%的置信度?；◢彴邘r樣品D2141鋯石粒徑達(dá)0.2～0.25mm,晶形完好,環(huán)帶結(jié)構(gòu)清晰,232Th/238U同位素比值較大,變化于0.29～0.89,屬典型的巖漿結(jié)晶鋯石;共對(duì)15顆巖漿鋯石進(jìn)行了離子探針測(cè)年,發(fā)現(xiàn)巖漿鋯石明顯分為早、晚2期。樣品D2141晚期10顆巖漿鋯石的U-Pb同位素年齡比較接近,變化于(26.9±0.7)～(30.5±3.3)Ma之間(表1),平均年齡值為(27.6±0.5)Ma,代表花崗斑巖晚期巖漿鋯石的結(jié)晶年齡及晚期巖漿侵入雅西錯(cuò)群的時(shí)代(圖3(b));晚期另外2顆巖漿鋯石的年齡分別為(25.1±0.6)Ma和(31.1±1.0)Ma,因偏離平均年齡較多,在U-Pb同位素諧和曲線圖中以虛線表示,不參加U-Pb同位素平均年齡的計(jì)算(圖3(b));如果將早期12顆巖漿鋯石的U-Pb同位素年齡一并考慮,則得出平均年齡(27.4±0.8)Ma,MSWD=3.20。樣品D2141早期3顆巖漿鋯石的U-Pb同位素年齡分別為(34.7±0.9)Ma、(35.1±0.8)Ma、(36.7±0.7)Ma(表2(a)),它們的平均年齡為(35.6±0.9)Ma(圖4(b)),明顯大于晚期巖漿鋯石的平均年齡(27.6±0.5)Ma。暗色包體樣品D2154鋯石的粒徑為0.6～0.1mm,大部分鋯石顆粒都由核部和邊部組成;核部為渾圓狀繼承鋯石,232Th/238U同位素比值變化于0.43～1.06;邊部為具環(huán)帶結(jié)構(gòu)的新生鋯石,232Th/238U同位素比值變化于0.41～1.08;232Th/238U同位素比值指示核部繼承鋯石和邊部新生鋯石都屬于巖漿鋯石。核部渾圓狀繼承鋯石的U-Pb同位素年齡變化較大,4顆繼承鋯石的年齡分別為(648.6±12.8)Ma、(411.4±8.4)Ma、(201.5±4.1)Ma、(198.6±4.1)Ma(表2(c))。邊部具環(huán)帶結(jié)構(gòu)新生鋯石的年齡比較接近,其中1顆鋯石的U-Pb同位素年齡為(30.7±1.9)Ma,另外3顆鋯石的U-Pb同位素年齡變化于(33.1±2.9)～(33.6±0.7)Ma,4個(gè)邊部新生鋯石的平均年齡為(33.3±1.0)Ma(圖4(b)),接近樣品D2141早期巖漿鋯石的結(jié)晶年齡(表2(a)、(b))。由于樣品D2154的邊部新生鋯石與樣品D2141早期巖漿鋯石取樣地點(diǎn)相同,內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似,都具清晰的環(huán)帶結(jié)構(gòu),在U-Pb同位素諧和曲線圖上分布范圍相近,屬同期花崗質(zhì)巖漿結(jié)晶產(chǎn)物,因此擬組合在一起進(jìn)行分析,求出7顆鋯石的平均年齡為(34.5±1.4)Ma(MSWD=2.9),代表風(fēng)火山北麓花崗斑巖早期巖漿鋯石的結(jié)晶時(shí)代,略高于S6點(diǎn)石英正長(zhǎng)斑巖鉀長(zhǎng)石的K-Ar法同位素年齡(32.13±0.58)Ma。3逆沖推覆動(dòng)力學(xué)與構(gòu)造意義由于風(fēng)火山北麓花崗斑巖侵位發(fā)生于區(qū)域構(gòu)造環(huán)境自擠壓縮短向伸展走滑轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時(shí)期,巖漿侵位與風(fēng)火山逆沖推覆構(gòu)造存在密切關(guān)系,因此風(fēng)火山北麓花崗斑巖的U-Pb同位素測(cè)年具有特別重要的地質(zhì)意義。3.1晚于東南角巖石期巖相沉積的時(shí)代風(fēng)火山北麓花崗斑巖侵入于雅西錯(cuò)群沉積地層,被五道梁群湖相沉積地層角度不整合,因此晚期巖漿鋯石的結(jié)晶年齡(27.6±0.5)Ma早于五道梁群湖相沉積時(shí)代、晚于雅西錯(cuò)群地層沉積時(shí)代,與磁性地層年齡基本符合,指示中新世早期古大湖與五道梁群湖相沉積形成時(shí)代晚于(27.6±0.5)Ma。3.2湖相沉積后地殼和帶風(fēng)青藏高原北部在漸新世晚期發(fā)生了自擠壓縮短向伸展走滑的構(gòu)造轉(zhuǎn)換,地殼擠壓縮短主要發(fā)生在漸新世晚期花崗斑巖侵位以前,之后發(fā)生區(qū)域性剝蝕夷平過程;自中新世早中期五道梁群湖相沉積以來,地殼擠壓縮短變形微弱,伸展走滑漸居主導(dǎo)地位,伴有玄武巖漿噴發(fā)。根據(jù)孢粉資料,自漸新世早中期(雅西錯(cuò)群)—中新世早中期(五道梁群),青藏高原南部、青藏高原北部、青藏高原東北部熱帶亞熱帶植被急劇減少直至消亡,暗針葉林植被急劇增加,指示青藏高原不同地區(qū)在漸新世晚期—中新世早期都發(fā)生了快速隆升。風(fēng)火山北麓花崗斑巖侵位發(fā)生在區(qū)域構(gòu)造轉(zhuǎn)換和青藏高原隆升的關(guān)鍵時(shí)期,漸新世晚期風(fēng)火山及鄰區(qū)快速構(gòu)造隆升時(shí)代晚于花崗斑巖侵位年齡(27.6±0.5)Ma、早于五道梁群初始沉積年齡23.5Ma。3.3巖漿源區(qū)構(gòu)造背景風(fēng)火山新生代早中期花崗斑巖侵位與風(fēng)火山逆沖推覆構(gòu)造存在密切關(guān)系,逆沖推覆構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與巖漿源區(qū)地殼局部熔融存在動(dòng)力學(xué)成因聯(lián)系(圖1中A-B剖面)。暗色包體鋯石邊部的新生結(jié)晶環(huán)帶與花崗斑巖早期結(jié)晶鋯石的U-Pb同位素平均年齡為(34.5±1.4)Ma(圖4(b)),指示巖漿源區(qū)地殼局部熔融及逆沖推覆構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的發(fā)生時(shí)代早于(34.5±1.4)Ma?；◢彴邘r侵位于主逆沖斷層上盤發(fā)生了比較強(qiáng)烈褶皺變形的新生代早期沉積地層(圖2(g)、(h)),花崗斑巖晚期巖漿鋯石的結(jié)晶年齡(27.6±0.5)Ma對(duì)風(fēng)火山逆沖推覆構(gòu)造晚期活動(dòng)時(shí)代具有指示意義。綜合花崗斑巖及暗色包體的鋯石離子探針U-Pb同位素年齡,推斷風(fēng)火山逆沖推覆構(gòu)造運(yùn)動(dòng)開始時(shí)代早于34.5Ma、結(jié)束時(shí)代晚于27.6Ma。4鋯石u-pb同位素年齡及巖漿源區(qū)地殼局部熔融通過單顆粒鋯石離子探針U-Pb同位素測(cè)年,精確測(cè)定了風(fēng)火山北麓花崗斑巖2期巖漿鋯石的結(jié)晶時(shí)代。早期巖漿鋯石結(jié)晶平均年齡為(34.5±1.4)Ma,對(duì)應(yīng)于巖漿源區(qū)地殼局部熔融時(shí)代;晚期巖漿鋯石平均結(jié)晶年齡為(27.6±0.5)Ma,對(duì)應(yīng)于巖漿向上侵入雅西錯(cuò)群的巖漿侵位時(shí)代。雖然風(fēng)火山北麓花崗斑巖的侵位時(shí)代(27.6±0.5)Ma早于念青唐古拉花崗巖的結(jié)晶年齡(18.3～11.1)Ma和北喜馬拉雅花崗巖的結(jié)晶年齡(17.6～9.5)Ma,但仍屬青藏高原北部發(fā)現(xiàn)的出露于地表的最年輕花崗巖,具有重要的地質(zhì)構(gòu)造意義。風(fēng)火山北麓花崗斑巖及暗色包體的鋯石U-Pb同位素測(cè)年為區(qū)域地層、逆沖推覆構(gòu)造和高原隆升的研究提供了重要的年代學(xué)約束。風(fēng)火山北麓花崗斑巖暗色包體的繼承鋯石232Th/238U同位素比值變化于0.43～1.06,表明鋯石來源于巖漿巖;繼承鋯石呈渾圓狀,具有明顯的碎屑鋯石形態(tài);繼承鋯石U-Pb同位素年齡各不相同,非常分散,也符合水系搬運(yùn)和再沉積鋯石的年