西藏春哲地區(qū)古新統(tǒng)典中組火山巖地球化學(xué)特征及其構(gòu)造響應(yīng)

劉馮斌,張 娜,丁 楓,林良彪,朱啟航

(1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059；2.陜西地礦區(qū)研院有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712000; 3.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059)

岡底斯構(gòu)造巖漿帶位于歐亞板塊南緣，是青藏高原的重要組成部分。帶內(nèi)廣泛分布中生代-新生代巖漿巖，記錄了古、新特提斯洋俯沖和印度-歐亞大陸碰撞造山過(guò)程的重要地質(zhì)信息[1-7]。有眾多學(xué)者對(duì)岡底斯巖漿帶進(jìn)行了多方面的研究。特別是從中三疊世到中新世，岡底斯巖漿帶發(fā)生一系列強(qiáng)烈的火山-巖漿活動(dòng)，形成了大面積的花崗巖基和廣泛分布的林子宗群火山巖系[8-12]。林子宗群火山巖東起拉薩地區(qū)，西至獅泉河地區(qū)，東西長(zhǎng)約1 200 km，南北寬約100 km，整體面積達(dá)岡底斯巖漿帶面積的一半以上[2]。

林子宗群自下而上依次為典中組(E1d)、年波組(E2n)、帕那組(E2p)，典中組底部火山巖的成巖年齡可以代表該地區(qū)碰撞開(kāi)始的時(shí)間[2]。由于岡底斯構(gòu)造帶東西方向跨度較大，各地發(fā)生板塊碰撞的時(shí)間與過(guò)程不盡相同，近年來(lái)眾多學(xué)者對(duì)岡底斯東段的林周盆地、南木林地區(qū)，中段的朱諾地區(qū)、措勤地區(qū)、桑桑地區(qū)、查孜地區(qū)，西段的獅泉河地區(qū)、達(dá)若等地區(qū)的典中組進(jìn)行了研究[13-23]。眾多學(xué)者試圖通過(guò)盡可能增加對(duì)岡底斯各段林子宗群巖石地球化學(xué)特征及年齡的測(cè)定，來(lái)進(jìn)一步探索印度大陸與歐亞大陸碰撞的復(fù)雜過(guò)程。

本研究區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查研究工作始于1983年， 直至2018年完成1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、1∶5萬(wàn)礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查以及1∶20萬(wàn)航磁調(diào)查，目前僅進(jìn)行了巖性組合、巖石特征方面的研究，而針對(duì)本區(qū)林子宗群的地球化學(xué)與年代學(xué)特征的研究尚未進(jìn)行。本文通過(guò)對(duì)謝通門(mén)縣春哲地區(qū)典中組火山巖地球化學(xué)特征的研究并對(duì)其進(jìn)行鋯石U-Pb同位素年齡測(cè)定，與各地段典中組的年齡進(jìn)行對(duì)比，探討該套火山巖在春哲地區(qū)產(chǎn)出的構(gòu)造背景，為岡底斯東段典中組火山巖的研究補(bǔ)充相應(yīng)的資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及典型剖面

研究區(qū)屬岡底斯—喜馬拉雅造山系之拉達(dá)克—岡底斯-察隅弧盆系，跨隆格爾—工布江達(dá)復(fù)合島弧帶和拉達(dá)克-岡底斯-下察隅巖漿弧帶2個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元[24]。主要地層有下白堊統(tǒng)楚木龍組(K1ch)、古新統(tǒng)典中組、始新統(tǒng)年波組、始新統(tǒng)帕那組。第四系主要為沼澤堆積物。林子宗群火山巖分布于區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域，此外局部還有侏羅系-白堊系的碎屑巖以及少量的鈣堿性侵入巖體(圖1)[25]。剖面位于圖1中東部的阿木苦一帶，剖面由南向北測(cè)制，總方位355°。剖面中出露地層為下白堊統(tǒng)楚木龍組、古新統(tǒng)典中組第一段、第二段、第三段和始新統(tǒng)年波組第一段(圖2、圖3)。

研究區(qū)內(nèi)典中組主要分布于東北部春哲鄉(xiāng)附近。根據(jù)巖石組合關(guān)系及巖性特征可把典中組分為3段，由下到上明顯可見(jiàn)火山巖酸性逐漸增強(qiáng)：第一段巖性以英安質(zhì)、安山質(zhì)凝灰?guī)r、角礫巖為主，夾安山巖，多為斑狀結(jié)構(gòu)，火山角礫結(jié)構(gòu)，斑晶的體積分?jǐn)?shù)為30%～45%，向上巖石中斑晶含量略微減少，總厚262.7 m，為一套爆發(fā)相-溢流相組合；第二段巖性為凝灰?guī)r、含角礫凝灰?guī)r，火山角礫結(jié)構(gòu)或含角礫凝灰結(jié)構(gòu)，角礫的體積分?jǐn)?shù)為40%～50%，略有定向性，總厚84.6 m，為一套爆發(fā)相-噴發(fā)沉積相組合；第三段巖性以英安巖為主，夾英安質(zhì)凝灰?guī)r、角礫巖，多為斑狀結(jié)構(gòu)，夾角礫熔結(jié)結(jié)構(gòu)，斑晶的體積分?jǐn)?shù)為40%～50%，部分巖石中可見(jiàn)晶屑圍繞角礫流動(dòng)，總厚187.1 m，為一套溢流相-噴發(fā)沉積相組合。3段之間為整合接觸關(guān)系；與下伏地層楚木龍組呈角度不整合接觸關(guān)系，接觸面呈彎曲狀；與上覆年波組呈整合接觸關(guān)系。

其中安山巖呈灰綠色，多呈斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶以石英和斜長(zhǎng)石為主，體積分?jǐn)?shù)為30%～45%，基質(zhì)為隱晶質(zhì)。英安巖呈紫紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；斑晶的體積分?jǐn)?shù)為50%～60%，斑晶粒徑為1～3 mm，成分主要為斜長(zhǎng)石和石英，基質(zhì)為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)?；鹕剿樾紟r類(lèi)包括灰綠色塊狀英安質(zhì)火山角礫巖(圖4-A、B)和灰紫色塊狀凝灰?guī)r(圖4-C、D)，大部分為塊狀構(gòu)造，晶屑含量較高， 體積分?jǐn)?shù)多在30%左右。英安質(zhì)火山角礫巖顏色多為灰色、深灰色，呈塊狀構(gòu)造，火山角礫結(jié)構(gòu)，火山角礫的體積分?jǐn)?shù)為40%～50%，粒徑多為2～8 mm，最大可達(dá)3 cm，成分主要為英安巖和安山巖，晶屑的體積分?jǐn)?shù)為20%～30%，主要為斜長(zhǎng)石，粒徑多為1～3 mm；填隙物為火山灰，粒度極細(xì)。凝灰?guī)r顏色多為灰紫色、灰綠色，表明略有風(fēng)化，呈塊狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)為凝灰結(jié)構(gòu)或含角礫凝灰結(jié)構(gòu)；晶屑的體積分?jǐn)?shù)為30%～50%，多為斜長(zhǎng)石，略顯定向性。

2 樣品采集與分析方法

從測(cè)制剖面中挑選了9件典中組火山巖樣品(表1)，其中PM005/7、PM005/19、PM005/23為年齡測(cè)試樣品，樣品采集位置見(jiàn)圖2、圖3。

表1 樣品宏觀特征Table 1 Macroscopic characteristics of volcanic rock sample

主元素、痕量元素分析工作是在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。測(cè)試分析前，除去樣品表面的風(fēng)化層后，將樣品研磨至200目進(jìn)行分析。主元素分析采用X射線熒光質(zhì)譜法(XRF)，分析精度優(yōu)于1%；痕量元素分析采用等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)，相對(duì)精度優(yōu)于5%。

鋯石U-Pb年齡測(cè)試以春哲地區(qū)露頭良好的典中組巖石為對(duì)象，采集了3件樣品。其中在典中組第一段底部采樣1個(gè)，典中組第三段采樣2個(gè)。由于典中組第二段以凝灰?guī)r為主，風(fēng)化嚴(yán)重，所以沒(méi)有采樣。挑選出具代表性的且表面干凈未風(fēng)化的樣品，從其中挑選鋯石，共分選出超過(guò)300顆鋯石，其中有51顆具代表性可以制成樣品靶，隨后使用發(fā)射掃描電子顯微鏡(Sirion200 FEI)上的Gatan陰極發(fā)光儀(MonCL3+)對(duì)其進(jìn)行陰極發(fā)光拍照，電壓為10 kV、電流為240 μA。U-Pb同位素分析儀器采用激光-電感耦合等離子質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)，激光束斑為32 μm，剝蝕深度為20～40 μm。鋯石年齡計(jì)算采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外部標(biāo)樣，數(shù)據(jù)處理采用Isoplot軟件進(jìn)行[26]，詳細(xì)分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法見(jiàn)Yuan Honglin等[27]。

3 分析結(jié)果

3.1 主元素特征

據(jù)表2可知， 典中組火山巖中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w)為58.62% ～ 79.05%，平均值為69.38%；Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.9%～19.69%，平均值為15.5%；K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.04%～5.15%，平均值為3.17%；Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.85%～4.22%，平均值為2.54%。分異指數(shù)DI 位于54.2～91.09，指示較強(qiáng)的結(jié)晶分異作用。K2O/Na2O比值范圍為0.3～4.17，平均值為1.61，總體上為鉀質(zhì)巖石(圖5)；A/CNK為0.35～1.23，平均為0.78，為偏鋁質(zhì)巖石；部分樣品的A/CNK>1.1，表明地殼物質(zhì)對(duì)巖漿已有明顯的影響。里特曼指數(shù)(δ)為0.51～2.22，平均為1.31，具有鈣堿性的特征。在AFM圖解(圖6)中，僅有1個(gè)點(diǎn)落在拉斑玄武巖系列與鈣堿性火山巖系列的界線附近，其余點(diǎn)均為鈣堿性火山巖系列，因此巖石類(lèi)型主要為一套偏鋁質(zhì)的鈣堿性中酸性火山巖，且偏酸性的火山巖更靠近A端元，富含更多的鋁質(zhì)。在火山巖全堿-硅(TAS)分類(lèi)圖解(圖7)中，2件樣品落在了安山巖區(qū)域，3件樣品落在英安巖區(qū)域，4件樣品落在流紋巖區(qū)域，全部位于Irvine分界線下方，為亞堿性。在K2O-SiO2圖解(圖8)中，4件樣品落在高鉀鈣堿性系列，5件樣品落在鈣堿性系列中。綜上，巖石類(lèi)型為鈣堿性—高鉀鈣堿性系列鉀質(zhì)巖石。顯示典中組巖石具大陸邊緣弧火山巖的特征。

表2 春哲地區(qū)典中組火山巖主元素分析結(jié)果(w/%)Table 2 Major element analysis of Dianzhong Formation volcanic rocks in Chunzhe area

3.2 稀土元素、痕量元素地球化學(xué)特征

春哲地區(qū)典中組火山巖及相關(guān)巖石共9種稀土元素成分列于表3中。其中w∑REE=(132.27～216.01)×10-6，平均值為160.06×10-6，具右傾特征(圖9)；wLREE/wHRE為4.97～13.34，平均值為9.17，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損；(wLa/wYb)N為4.83～17.06，平均值為11.71。稀土分餾程度較低，δEu為0.17～0.28，平均值為0.22，表現(xiàn)為銪負(fù)異常。

表3 春哲地區(qū)典中組火山巖稀土元素分析結(jié)果(w/10-6)Table 3 Analysis of rare earth elements of the Dianzhong Formation volcanic rocks in the Chunzhe area

典中組9件樣品的痕量元素分析結(jié)果見(jiàn)表4，蛛網(wǎng)圖呈右傾型分布形態(tài)，局部呈多峰多谷，富集K、Rb、LREE等大離子親石元素，虧損Ba、Sr等元素以及Nb、P、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素(圖10)，與島弧火山巖的痕量元素比值蛛網(wǎng)圖相似。虧損Ba、Sr等大離子親石元素可能意味著有地殼物質(zhì)影響到了典中組火山巖的形成[33]。Nb、Ta、Ti的負(fù)異常同樣表明在成巖過(guò)程中有地殼物質(zhì)的加入，而這些地殼物質(zhì)可能是由虧損Nb、Ta、Ti的交代流體攜帶而來(lái)。

表4 春哲地區(qū)典中組火山巖痕量元素分析結(jié)果(w/10-6)Table 4 Analysis of trace elements of the Dianzhong Formation volcanic rocks in Chunzhe area

4 討 論

4.1 火山巖形成時(shí)代

本區(qū)3件年齡樣品中共選取51顆鋯石進(jìn)行 LA-ICP-MS 鋯石U-Pb測(cè)試，樣品PM005/7包含22顆，樣品PM005/19包含14顆，樣品PM005/23包含15顆。樣品的206Pb/238U和207Pb/235U比值均落在諧和曲線上及其周?chē)?，表現(xiàn)出較好的諧和性(圖11～圖13)。樣品PM005/7英安質(zhì)角礫熔巖22顆鋯石的加權(quán)平均年齡為(61.39±0.6)Ma(MSWD=2.1,圖11)；樣品PM005/19英安巖14顆鋯石的加權(quán)平均年齡為(61.2±1.6)Ma(MSWD=8.9,圖12)；樣品PM005/23多斑英安巖15顆鋯石的加權(quán)平均年齡為(60.5±1.1)Ma(MSWD=0.5,圖13)：與鄰區(qū)南木林地區(qū)典中組的年齡測(cè)定結(jié)果一致，說(shuō)明研究區(qū)典中組火山巖形成于古新世。

20世紀(jì)50年代，林子宗群火山巖定名于林周盆地，當(dāng)時(shí)的成巖年代定為白堊紀(jì)。之后隨著研究不斷深入，有眾多學(xué)者應(yīng)用不同的方法對(duì)典中組進(jìn)行了年齡測(cè)定。但多數(shù)研究都集中于岡底斯東部與中部，對(duì)于岡底斯西部地區(qū)的研究較少(表5)。表5數(shù)據(jù)顯示岡底斯東部與西部的典中組的成巖年齡為60.6～68 Ma，岡底斯中部典中組的年齡為69 Ma左右，本文典中組成巖年齡最老為(61.39±0.6)Ma，與岡底斯東、西段的年齡一致，而比岡底斯中段晚5～10 Ma。

表5 岡底斯典中組年齡Table 5 Dated age of the Gangdise Dianzhong Formation

4.2 火山巖形成構(gòu)造背景

研究區(qū)典中組火山巖以鈣堿性系列為主，K2O/Na2O比值為0.3～4.17，平均值為1.61，為鉀質(zhì)、高鉀質(zhì)巖石。鈣堿性巖漿巖多出現(xiàn)于成熟的大陸邊緣弧，意味著擠壓導(dǎo)致地殼隆升、地殼增厚[3,36]。同時(shí)圖14顯示典中組全部落在火山弧花崗巖+同碰撞花崗巖區(qū)內(nèi)，靠近火山弧花崗巖+同碰撞花崗巖與板內(nèi)花崗巖的界線。在典中組第一段的安山巖構(gòu)造環(huán)境(La/Yb)-Th判別圖(圖15)上，典中組第一段的安山巖全部來(lái)源于大陸邊緣弧。整體來(lái)看典中組火山巖帶有火山弧特征，具同碰撞火山巖的特征。

4.3 火山巖源區(qū)特征及成因

火山巖虧損P元素，說(shuō)明巖漿形成時(shí)受到了地幔部分熔融作用的影響；虧損Ba、La和K等元素則指示殼源為典中組火山巖主要物質(zhì)來(lái)源。K2O含量的高低可指示在巖漿巖的形成過(guò)程中地殼物質(zhì)參與的影響程度[21]，典中組第一段火山巖中K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.03%～2.84%，均值為2.16%；典中組第三段火山巖中K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.55%～5.15%，平均為4.44%(表2)：從第一段至第三段K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高至2倍，表明在典中組火山巖的形成過(guò)程中，地殼物質(zhì)的影響逐漸增大。同時(shí)結(jié)合(La/Yb)-La的圖解(圖16)可以看出，典中組火山巖分布更靠近部分熔融線，部分熔融更可能是巖漿成因的主要控制因素，而分離結(jié)晶作用的影響較小。結(jié)合本區(qū)內(nèi)火山噴發(fā)時(shí)間較短且覆蓋面積較大的特點(diǎn)，可以解釋產(chǎn)生Eu負(fù)異常的原因是由于在巖漿形成過(guò)程中，斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶程度較弱，只能作為難熔殘余相存在于地殼源區(qū)部分熔融過(guò)程中，而并非是由于巖石是由基性巖漿結(jié)晶分異而成[38]。

5 結(jié) 論

本文通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查和剖面的測(cè)制，對(duì)西藏春哲地區(qū)典中組火山巖進(jìn)行樣品采集，并進(jìn)行全巖地球化學(xué)及年代學(xué)的研究，得到以下結(jié)論：

a.春哲地區(qū)典中組火山巖經(jīng)鋯石U-Pb法測(cè)得年齡為60.5～61.39 Ma，表明典中組火山巖的形成時(shí)代為古新世。與岡底斯東、西段的年齡一致，而比岡底斯中段晚5～10 Ma。

b.春哲地區(qū)典中組火山巖為一套偏鋁質(zhì)的鈣堿性中酸性火山巖，具高鉀、偏鋁質(zhì)特征，富集大離子親石元素(K、Rb、LREE)和稀有元素，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素，表現(xiàn)出島弧火山巖地球化學(xué)特征。

c.春哲地區(qū)典中組火山巖形成于成熟的大陸邊緣弧，整體處于擠壓構(gòu)造環(huán)境，屬同碰撞構(gòu)造階段的產(chǎn)物。典中組火山巖具殼?；旌蟻?lái)源特征，且自第一段至第三段，即由早到晚，地殼物質(zhì)的貢獻(xiàn)明顯有所增強(qiáng)。