西藏當(dāng)惹雍錯富鉀和富鈉堿性火山巖的礦物學(xué)研究及其成因指示

于麗芳，趙文霞，陳建林，郭倩，王保弟

(1.中山大學(xué)測試中心，廣東廣州510275;2.廣東省地質(zhì)局七一九地質(zhì)大隊，廣東 肇慶526020;3.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510640)

西藏當(dāng)惹雍錯富鉀和富鈉堿性火山巖的礦物學(xué)研究及其成因指示

于麗芳1，2，趙文霞1，陳建林3，郭倩1，王保弟3

(1.中山大學(xué)測試中心，廣東廣州510275;2.廣東省地質(zhì)局七一九地質(zhì)大隊，廣東 肇慶526020;3.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510640)

對青藏高原西南部當(dāng)惹雍錯地區(qū)的中新世超鉀質(zhì)粗面巖及共存的富鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖進(jìn)行了詳細(xì)的巖石學(xué)、礦物學(xué)研究，揭示出兩套巖石具有不同的礦物學(xué)特征。鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖中橄欖石斑晶的熔體包裹體與鉀質(zhì)火山巖的成分相當(dāng)，應(yīng)屬于早期殘余的鉀質(zhì)巖漿，表明了鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖的形成晚于超鉀質(zhì)粗面巖。兩類巖石的全巖化學(xué)成分、礦物組合及其單斜輝石核部的化學(xué)成分、Ti-Al比值的明顯差異，表明鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖不是鉀質(zhì)粗面巖巖漿演化的產(chǎn)物，它們來自于不同的巖漿源區(qū)，即富鉀和富鈉的地幔源區(qū)。

礦物學(xué);堿性火山巖;成因指示;當(dāng)惹雍錯

青藏高原廣泛分布著新生代鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)巖漿巖，它是在青藏高原碰撞造山后至高原快速隆升的過程中形成的，記錄了高原形成和演化的許多重要信息。一般認(rèn)為這些鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)巖漿的源區(qū)為EMII型富集地幔(Miller et al.，1999;楊經(jīng)綏等，2002;陳建林等，2007)，因此對其進(jìn)行廣泛而深入的研究，將有助于理解青藏高原形成和隆升過程(Peccerillo，1990，1992;鄧萬明等，2001;遲效國等，2006;孫晨光等，2007)。拉薩地塊在25～10 Ma期間出現(xiàn)了一次巖漿活動的高峰期，形成了分布廣泛的鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)巖、高鉀鈣堿性巖及埃達(dá)克巖(許繼峰和王強(qiáng)，2003;趙志丹等，2006;陳建林等，2006;王保弟等，2008)。由于巖漿組成的變化往往標(biāo)志著構(gòu)造格局發(fā)生變化和地球深部事件，因此對同期出現(xiàn)的高原隆升及東西向伸展的研究有著重要的意義(Turner et al.，1993;Williams et al.，2001;Chung et al.，2003;Hou et al.，2004;Williams et al.，2004;丁林等，2006;陳建林等，2006;王保弟等，2008)。前人對拉薩地塊的鉀質(zhì)火山巖的巖石成因機(jī)制及其構(gòu)造意義均有較好的研究(Miller et al.，1999)，但對該區(qū)的鈉質(zhì)火山巖的研究相對較少，對其與鉀質(zhì)火山巖的相互關(guān)系缺乏了解。因此，本文對拉薩地塊當(dāng)惹雍錯地區(qū)的鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)粗面巖和鈉質(zhì)方沸石響巖進(jìn)行了詳細(xì)的礦物學(xué)研究，探明兩類巖石之間的相互關(guān)系，以期為深入理解青藏高原南部拉薩地塊的抬升和伸展作用提供信息。

1 地質(zhì)背景

青藏高原的形成被認(rèn)為是陸-陸碰撞的典型例子，從而成為地球科學(xué)研究的熱點(diǎn)。它主要由3條縫合帶(自南而北:雅魯藏布江、班公錯-怒江、金沙江縫合帶)分隔的4個地塊(自南向北:喜馬拉雅、拉薩、羌塘、松潘-甘孜地塊)拼合而成。拉薩地塊位于青藏高原南部地區(qū)，總體呈東西向展布，其北側(cè)為班公-怒江縫合帶，南側(cè)則以雅魯藏布縫合帶為界。

本文的研究區(qū)(當(dāng)惹雍錯)位于拉薩地塊中部的南北向地塹中。地塹以當(dāng)雄-文部活動斷裂和腳相給活動斷裂為邊界，由當(dāng)穹錯、當(dāng)惹雍錯和許如錯斷陷盆地組成(圖1)。在當(dāng)惹雍錯兩側(cè)的亞前、米巴勒、儀仟等地發(fā)育中新世的火山-侵入活動，巖體總體呈南北向串珠狀展布，巖性有白榴石響巖、堿玄巖、粗安巖、堿性粗面巖、安山巖、凝灰?guī)r等。早期為粗面質(zhì)-堿玄質(zhì)巖漿的噴溢和侵出，晚期為堿質(zhì)巖漿的噴溢和爆發(fā)，形成彎狀火山、巖流、巖鐘、巖舌等火山構(gòu)造及山岳、穹丘等火山地貌，后期沿南北向斷裂有花崗斑巖侵位(趙志丹等，2006)。

圖1 當(dāng)惹雍錯地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)Ding et al.，2003修改)Fig.1 Sketch geological map of the Tangra Yumco area(After Ding et al.，2003)

2 堿性火山巖的巖相學(xué)特征

所研究的兩類巖石產(chǎn)出在當(dāng)惹雍錯東側(cè)的米巴勒地區(qū)，在一個火山剖面上，兩類巖石呈互層狀產(chǎn)出，詳細(xì)的野外描述見趙文霞等(2011)。鈉質(zhì)和鉀質(zhì)兩套火山巖顯示出不同的巖石學(xué)和礦物學(xué)特征。

鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖呈灰黑色，X射線粉晶衍射表明富鈉質(zhì)堿性火山巖的礦物成分包括方沸石、鎂橄欖石、透輝石、金云母和少量磁鐵礦，與巖相學(xué)觀察一致(圖2a、b、c)。巖石具斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為方沸石(40%)，透輝石(15%～20%)，金云母(約5%)，部分樣品含橄欖石(約10%)。透輝石斑晶可以分成兩類，一類斑晶較大且大多數(shù)具有明顯的成分環(huán)帶，另一類斑晶較小而不具成分環(huán)帶。基質(zhì)主要由方沸石、透輝石、透長石、磷灰石、磁鐵礦等微晶組成(趙文霞等，2011)。

超鉀質(zhì)粗面巖呈灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為透輝石(10%～15%)、透長石(10%)和金云母(10%)。透輝石斑晶可以分成兩類，一類斑晶較大且大多數(shù)斑晶具有明顯的成分環(huán)帶，另一類斑晶較小而不具成分環(huán)帶?；|(zhì)具粗面結(jié)構(gòu)，主要由透長石、透輝石-普通輝石、金云母、磷灰石、磁鐵礦等礦物微晶組成(圖2d、e、f)。

圖2 方沸石響巖(a，b，c)和超鉀質(zhì)粗面巖(d，e，f)的正交偏光照片F(xiàn)ig.2 Micrographs of the ultra-potassic trachyte and sodium analcime(nepheline)phonolite(crossed polarizer)

3 堿性火山巖的礦物學(xué)特征

本文礦物的化學(xué)成分利用中山大學(xué)測試中心電鏡室日本電子JXA-8800R型電子探針儀進(jìn)行分析，條件為加速電壓15 kV，電子束流2×10-8A，電子束徑1 μm，元素峰位的分析時間為10 s(鉀、鈉易遷移元素分析時間為5 s)，ZAF校正，分析誤差小于3%。

3.1 橄欖石

橄欖石主要以斑晶的形式存在于鈉質(zhì)火山巖中，在鉀質(zhì)堿性火山巖中未見。鈉質(zhì)火山巖的橄欖石斑晶的代表性電子探針分析結(jié)果見表1，其MgO的含量為 47.28%～49.78%，F(xiàn)eO 的 含 量 為9.07%～12.45%，NiO 的 含 量 為0.22%～0.44%，F(xiàn)o 值 為87.20～91.72，F(xiàn)a為9.43～12.80，屬于貴橄欖石 -鎂橄欖石。由于它所含的 NiO、Cr2O3的含量較高，而Al2O3的含量較低，高Fo、Cr顯示了其具有地幔橄欖石的特征(陶克捷和張培善，1985;李繼亮等，2007)。

3.2 輝石

在所研究的鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖和超鉀質(zhì)粗面巖中均出現(xiàn)了輝石斑晶和輝石基質(zhì)。趙文霞等(2011)已對鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖中的輝石斑晶成分進(jìn)行過詳細(xì)的研究，表明其端元組分為，基質(zhì)輝石的端元組分為超鉀質(zhì)粗面巖中斑晶輝石具有與響巖中輝石斑晶相似的 端 元 組 分， 為 Wo(44.39～48.02)En(46.57～49.64)Fs(4.75～6.55)，基質(zhì)輝石的端元組分為 Wo(41.95～46.80)En(42.07～46.57)Fs(7.32～11.46)，比響巖中基質(zhì)輝石變化范圍小。在輝石的三角投圖上(圖3)，兩類巖石的輝石斑晶均主要落在透輝石的區(qū)域范圍內(nèi)，而輝石基質(zhì)均主要落在透輝石和普通輝石的區(qū)域范圍內(nèi)。與輝石斑晶相比，基質(zhì)輝石的 FeO、TiO2、Na2O、Al2O3的含量較高，而MgO的含量較低(表2)，兩類巖石都顯示出從輝石斑晶到基質(zhì)輝石具有向Fs演化的趨勢(圖3)。但兩套巖石中的輝石斑晶Mg#值相當(dāng)，相互之間不存在演化關(guān)系。

表1 方沸石(霞石)響巖中橄欖石的電子探針分析結(jié)果Table 1 EPMA results of the olivines in the sodium analcime(nepheline)phonolite

圖3 單斜輝石成分分類圖Fig.3 Wo-En-Fs classification diagram of clinopyroxenes

表2 輝石電子探針分析結(jié)果Table 2 EPMA results of the clinopyroxenes

3.3 金云母

鈉質(zhì)堿性火山巖中的金云母成分變化較大(表3)，總體上，斑晶金云母具有比基質(zhì)金云母更寬的成分變化范圍。斑晶金云母的 Mg#為66.09～87.04，Ti/(Mg+Fe+Ti+Mn)值為0.04～0.13，Al/(Al+Mg+Fe+Ti+Mn+Si)值為0.15～0.17;基質(zhì)金云母上述比值分別為 70.65～79.30，0.04～0.11和0.14～0.18。

鉀質(zhì)粗面巖的斑晶金云母成分變化也較大，與鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖相比，總體上鉀質(zhì)粗面巖的斑晶金云母具有略低的Mg#值(60.55～79.32)和較高的TiO2、Al2O3、FeO的含量，但具有相似的 Ti/(Mg+Fe+Ti+Mn)值(0.04～0.11)和 Al/(Al+Mg+Fe+Ti+Mn+Si)值(0.14～0.19)，而基質(zhì)金云母的上述比值分別為 67.47～84.50，0.04～0.11和 0.16～0.18。

3.4 方沸石

方沸石主要以斑晶的形式存在于鈉質(zhì)堿性火山巖中，少量為基質(zhì)。方沸石為等軸晶系礦物，應(yīng)顯示特有的四角三八面體或與立方體的聚形，但在所研究的巖石中該礦物有些呈長柱狀晶體或具六邊形橫切面。電子探針成分分析表明(表4)其含有較高的K2O，結(jié)合X射線粉末衍射測試結(jié)果分析，推測這些方沸石由堿性巖特征礦物霞石蝕變而來，而部分方沸石仍保留有霞石六方晶系的晶形。方沸石(霞石)的出現(xiàn)表明了巖漿曾處于富鈉貧硅的特殊環(huán)境(趙文霞等，2011)。

3.5 透長石

透長石在超鉀質(zhì)粗面巖中大量出現(xiàn)，而在方沸石響巖中僅少量存在于基質(zhì)中。電子探針成分分析表明(表5):超鉀質(zhì)粗面巖中透長石斑晶Na2O的含量較低(2.49%～3.76%)，F(xiàn)eO的含量較高(0.28%～0.91%)，基質(zhì) FeO 的含量 也 較高(0.49%～2.04%)，從斑晶到基質(zhì)FeO的含量呈增高的趨勢。

表3 金云母電子探針分析結(jié)果Table 3 EPMA results of the phlogopites

4 方沸石(霞石)響巖橄欖石中的鉀質(zhì)熔體包裹體特征

包裹體的物質(zhì)組成反映了成巖時期的介質(zhì)環(huán)境，在鈉質(zhì)火山巖的橄欖石中發(fā)現(xiàn)巖漿熔融包裹體，包裹體呈不規(guī)則狀。通過對樣品(CM10-04-09)中橄欖石包裹體的電子探針定量分析可知(表6)，其具高K2O、低Na2O的特征，K2O/Na2O比值較高(＞4)。與鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)火山巖的主量元素的化學(xué)成分(于麗芳，2010;Chen et al.，2011)相近，在 MgONa2O/K2O圖中(圖4)，包裹體成分明顯不同于鈉質(zhì)火山巖，但落在鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)巖的范圍內(nèi)，可能是鉀質(zhì)火山巖殘余巖漿的產(chǎn)物。

表4 方沸石(霞石)響巖中方沸石斑晶電子探針分析結(jié)果(%)Table 4 EPMA results of the analcimes in the sodium analcime(nepheline)phonolite(%)

表5 超鉀質(zhì)粗面巖中透長石電子探針分析結(jié)果(%)Table 5 EPMA results of the sanidines in the ultra-potassic trachyte(%)

表6 方沸石(霞石)響巖(CM10-04-09)橄欖石中巖漿熔融包體電子探針分析結(jié)果(%)Table 6 EPMA results of the potassic residual magma inclusions in olivines of the sodium analcime(nepheline)phonolite(%)

圖4 堿性火山巖MgO-Na2O/K2O圖Fig.4 MgO-Na2O/K2O diagram of the alkaline volcanic rocks

5 巖石成因關(guān)系及意義

方沸石響巖和超鉀質(zhì)粗面巖分別為鈉質(zhì)和鉀質(zhì)的堿性巖，具有不同的礦物組合和成分特征，暗示它們可能具有不同的地幔源區(qū)。另一方面，兩類巖石在同一火山剖面上呈互層狀產(chǎn)出，反映出它們的形成時間和空間都非常接近。因此，厘清它們是否為同一巖漿體系的演化產(chǎn)物或者具有不同的地幔源區(qū)將是深入探討其巖石成因機(jī)制及其深部意義的關(guān)鍵。

5.1 全巖化學(xué)成分的不連續(xù)性

鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖具有較低的K2O含量(2.58%～4.77%)和較高的 Na2O 含量(3.31%～4.22%)，Mg#從47.8～56.2，平均為 52.4(于麗芳，2010)。超鉀質(zhì)粗面巖具有較高的 K2O含量(6.11%～10.61%)、MgO 含量(1.10%～7.53%)和 Mg#(29.0～59.3，平均為51.5)(于麗芳，2010;Chen et al.，2011)。在 MgO-Na2O/K2O 圖中(圖4)，鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖與超鉀質(zhì)粗面巖具有相當(dāng)?shù)腗gO含量但明顯落在不同區(qū)域，而方沸石(霞石)響巖橄欖石中存在鉀質(zhì)熔體包體，該包體落在鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)巖的范圍內(nèi)，可能是鉀質(zhì)火山巖殘余巖漿的產(chǎn)物，超鉀質(zhì)粗面巖應(yīng)早于鈉質(zhì)方沸石響巖噴發(fā)。而它們在成分上不存在連續(xù)性，暗示了它們源區(qū)上的不一致性。

5.2 礦物成分的差異

沸石(霞石)響巖的礦物組合為橄欖石+透輝石+金云母+方沸石(霞石)+磷灰石(少量)+透長石(少量)+磁鐵礦(少量);超鉀質(zhì)粗面巖的礦物組合為:透輝石+金云母+透長石+磷灰石(少量)+磁鐵礦(少量)。方沸石(霞石)響巖以富含橄欖石和方沸石、貧乏透長石區(qū)別于共存的超鉀質(zhì)粗面巖，兩套巖石中的輝石斑晶均落在透輝石的區(qū)域范圍內(nèi)，Mg#值也相當(dāng)，與超鉀質(zhì)粗面巖相比，鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖中金云母Mg#值較高，兩套巖石不同的礦物組合及礦物特征說明它們可能來源于不同的巖漿源區(qū)。

礦物顆粒的核部(內(nèi)環(huán))記錄了巖漿早期結(jié)晶的歷史，因此，對兩套堿性火山巖的單斜輝石核部進(jìn)行對比也可以追溯其源區(qū)的差異。

從圖5可以看出，與超鉀質(zhì)粗面巖中單斜輝石的核部相比，鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖單斜輝石的核部Mg#的值沒有很大差異，具有較高的Al2O3含量(0.86%～1.96%)和 Cr2O3含 量 (0.08%～0.42%)。如果鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖巖漿是由超鉀質(zhì)粗面巖巖漿演化而來，相對演化程度高的單斜輝石應(yīng)具有較低的 Mg#值、Cr2O3含量和較高的Na2O含量，但分析結(jié)果表明，兩類巖石的單斜輝石斑晶核部成分并不存在上述變化趨勢(圖5)。另外，由同一巖漿體系演化而來的單斜輝石具有相似的Ti-Al比值，因此可以利用它來判斷單斜輝石的親緣性(Mitchell and Bergaman，1991;Perini and Conticelli，2002;黃小龍等，2007)。鉀質(zhì)粗面巖和鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖的單斜輝石核部Ti-Al比值明顯不同(圖6)。因此，鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖巖漿不可能是由超鉀質(zhì)粗面巖巖漿演化而來，應(yīng)來源于獨(dú)立的地幔源區(qū)。

陳建林等(2007)對同一地塹查孜地區(qū)的鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)火山巖進(jìn)行了詳細(xì)的巖石化學(xué)研究，認(rèn)為這些火山巖的巖漿應(yīng)來源于富含金云母的地幔源區(qū)，并且與東西向的伸展有關(guān)。查孜地區(qū)的中基性鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)火山巖為11～13 Ma，與本文的鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)火山巖(12.5 Ma)同期噴發(fā)，因此它們應(yīng)有相似的地幔源區(qū)，即富鉀地幔源區(qū)。而方沸石(霞石)響巖與鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)粗面巖具有不同的礦物組合、核部化學(xué)成分特征、Ti-Al比值，且晚于鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)粗面巖的噴發(fā)，表明它應(yīng)該來源于另一個富鈉的地幔巖漿源區(qū)。

6 結(jié) 論

圖5 單斜輝石Mg#-氧化物圖解Fig.5 Mg#-oxide diagrams of the clinopyroxenes

圖6 單斜輝石Al-Ti關(guān)系圖Fig.6 Ti-Al diagram of the clinopyroxenes

(1)研究區(qū)存在一套鈉質(zhì)堿性火山巖——方沸石(霞石)響巖，該堿性火山巖的礦物組合為橄欖石+透輝石+金云母+方沸石(霞石)+磷灰石(少量)+透長石(少量)+磁鐵礦(少量)，與其共存的超鉀質(zhì)粗面巖具有不同的礦物組合，即透輝石+金云母+透長石+磷灰石(少量)+磁鐵礦(少量)。

(2)在方沸石(霞石)響巖橄欖石中發(fā)現(xiàn)鉀質(zhì)火山巖殘余巖漿的包裹體，鉀質(zhì)火山巖巖漿的產(chǎn)生相對早于鈉質(zhì)火山巖巖漿。但鈉質(zhì)方沸石(霞石)響巖巖漿不是由鉀質(zhì)粗面巖巖漿演化而來。兩類巖石全巖化學(xué)成分、單斜輝石正環(huán)帶核部化學(xué)成分特征、Ti-Al比值的差異指示了不同的巖漿源區(qū)。

致謝:兩位審稿老師分別對本文進(jìn)行了一審和復(fù)審，提出了許多中肯的意見和建議，作者在此表示衷心的感謝!

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Mineralogical Characteristics of the Sodium-and Potassic-rich Alkaline Volcanic Rocks at Tangra Yumco，SE Tibet:Implications for Petrogenesis

YU Lifang1，2，ZHAO Wenxia1，CHEN Jianlin3，GUO Qian1and WANG Baodi3
(1.Instrumental Analysis and Research Center，Sun Yat-sen University，Guangzhou510275，Guangdong，China;2.No.719Brigade of Guangdong Geological Bureau，Zhaoqing526020，Guangdong，China;3.State Key Laboratory of Isotope Geochemistry;Guangzhou Institute of Geochemistry，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou510640，Guangdong，China)

The Miocene sodium-rich analcime(nepheline)phonolite and coexisting ultrahigh-potassium trachytes at Tangra Yumco area in southwestern Qinghai-Tibet Plateau show distinct petrological and mineralogical characteristics.The magmatic inclusions within olivine phenocrysts in the sodium analcime(nepheline)phonolite are compositionally similar to the ultrapotassic volcanic rocks，indicating that the potassium magma was formed prior to the sodium magma.Because of the different whole rock components，mineral assemblages，mineral compositions and Ti-Al ratios in the clinopyroxene cores，the sodium analcime(nepheline)phonolites were likely derived from different mantle magmatic sources rather than fractional results of a potassic trachytic magma.

mineralogy;alkaline volcanic rocks;petrogenesis;Tangra Yumco

P575

A

1001-1552(2012)02-0274-010

2011-08-24;改回日期:2011-12-06

項(xiàng)目資助:國家自然科學(xué)基金(40772046)和中國科學(xué)院重要方向性項(xiàng)目(KZCX2-YW-Q04)資助。

于麗芳(1984-)，女，碩士，礦物巖石礦床學(xué)專業(yè)。Email:yulifang222333@126.com

趙文霞，女，博士，副研究員。Email:zhaowx@mail.sysu.edu.cn