西藏洞錯地區(qū)郎山組晚白堊世火山巖的厘定
——新特提斯洋北向俯沖導(dǎo)致增厚下地殼部分熔融的新證據(jù)

次 瓊 ， 阿旺旦增 ， 索朗頓旦 ， 倪金海 ， 王新錄 ， 翟 杰

1)西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)大隊， 西藏拉薩 850000；

2)陜西區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究院， 陜西咸陽 712000

西藏岡底斯帶是指位于西藏南部的印度河—雅魯藏布江縫合帶(LYZSZ)與北部的班公湖—怒江結(jié)合帶(BNSZ)之間的近東西向的狹長地域， 長約2 500 km， 南北寬 150～300 km， 面積達 4.5×105km2的巨型構(gòu)造巖漿巖帶(潘桂棠等， 2006)。岡底斯帶中生代巖漿巖十分發(fā)育， 前人對其研究工作主要集中于岡底斯中南部地區(qū)， 并認為它們是新特提斯洋北向俯沖消減產(chǎn)物， 而將岡底斯中北部的白堊紀巖漿巖歸因于新特提斯洋殼的北向俯沖記錄(丁林和來慶洲， 2003； 馬國林和岳雅慧， 2010)。岡底斯帶中最具代表性的白堊紀地層是郎山組地層， 該套地層主要分布在日土、革吉、改則及納木錯北岸等地， 為一套較穩(wěn)定的碳酸鹽巖沉積， 夾少量碎屑巖， 局部含火山巖?；?guī)r產(chǎn)豐富化石， 有圓笠蟲、固著蛤、海蛾螺、雙殼類及藻類等化石， 一般被認為反映時代為早白堊世 Aptian(阿普第期)—Albian(阿爾比期)。目前郎山組的地層時代主要是通過古生物的方法確認的，缺乏精確的年代學(xué)限定， 最近在該區(qū)開展1：5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)資源調(diào)查工作中， 在西藏改則縣洞錯地區(qū)新發(fā)現(xiàn)了郎山組中的火山巖夾層， 這為郎山組地層的時代精確限定提供了重要線索。

本文擬基于新的發(fā)現(xiàn)， 對西藏改則縣洞錯地區(qū)郎山組的火山巖夾層進行巖石學(xué)、年代學(xué)等方面的研究， 并從年代學(xué)角度限定郎山組的地層時代，以期為該火山巖的巖石成因及構(gòu)造背景提供新的資料。

1 地質(zhì)特征

區(qū)域上郎山組巖性為灰、深灰色、灰黑色灰?guī)r、生物灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r為主， 偶夾粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和細砂巖， 局部夾火山巖。產(chǎn)圓笠蟲、固著蛤、海蛾螺等化石， 與下伏地層多尼組整合接觸， 上未見頂。本次在洞錯孔隆強瑪西一帶郎山組中發(fā)現(xiàn)英安巖夾層(圖1)， 該區(qū)地層以鈣泥質(zhì)粉砂巖為主， 夾少量薄層狀灰?guī)r， 英安巖產(chǎn)于鈣泥質(zhì)粉砂巖的夾層之中， 與地層基本為整合接觸(西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)大隊， 2018)。

2017年于孔隆強瑪一帶測制 PM014剖面，剖面起點 N 31°57′40″， E 84°57′57″ H 4870 m， 終點N 31°58′25″， E 84°57′51″ H 4811 m。剖面上英安巖可見 3層， 為 4、7、9層， 厚度分別為 13.7 m、4.7 m和1.3 m。剖面上地層特征如圖2所示。

圖1 郎山組分布略圖(圖1a據(jù)潘桂棠等, 2004a)Fig. 1 The distribution of Langshan Formation (Fig. 1a after PAN et al., 2004a)

圖2 孔隆強瑪?shù)貐^(qū)PM014實測地層剖面圖Fig. 2 The measured stratigraphic section PM014 in Kunglong Qiangma area

…………未見底…………

郎山組(K1-2l)厚度356.5 m

22. 淺灰色薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖夾深灰色薄層狀細晶灰?guī)r， 巖石比例為 8：1～9：1 45.1 m

21. 灰黑色劈理化泥晶灰?guī)r 1.4 m

20. 淺灰綠色鈣質(zhì)粉砂巖夾深灰色薄層狀細晶灰?guī)r， 兩種巖石在單個韻律中， 鈣質(zhì)粉砂巖寬度為40～60 cm， 細晶灰?guī)r為 5～9 cm 16.2 m

19. 淺灰綠色劈理化鈣質(zhì)粉砂巖 2.1 m

18. 灰色劈理化鈣質(zhì)粉砂巖夾深灰色薄層狀細晶灰?guī)r， 在單個韻律中， 鈣質(zhì)粉砂巖為 1～2 m， 細晶灰?guī)r為 2～3 cm 45.2 m

17. 灰綠色劈理化鈣質(zhì)粉砂巖 44.0 m

16. 深灰色薄層狀泥灰?guī)r夾灰黃色薄層狀細晶灰?guī)r， 兩種巖石呈韻律式出現(xiàn)， 在單個韻律中泥灰?guī)r為40～70 cm， 細晶灰?guī)r為2～3 cm。在細晶灰?guī)r中可見有長條狀的似腹足化石特征， 寬為 2～3 mm，長為 1～1.5 cm， 平行巖石層面分布 16.2 m

15. 淺灰色薄層狀泥灰?guī)r 33.1 m

14. 淺灰色薄層狀砂屑灰?guī)r 1.9 m

13. 淺灰綠色薄層狀泥質(zhì)鈣質(zhì)粉砂巖夾淺灰色薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖 9.6 m

12. 淺灰色中薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖夾深灰色中薄層狀生物碎屑灰?guī)r， 兩者巖石比例為 8：1～9：1， 在灰?guī)r中可見水平層理， 局部可見化石寬為 2～3 mm，長為1～1.5 cm， 可能為腹足？巖石的頂?shù)捉缑鏋椴黄秸?6.4 m

11. 淺灰色中薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖夾深灰色薄層狀細晶灰?guī)r， 兩者巖石比例為 2：1～3：1 20.6 m

10. 深灰色中薄層狀礫狀灰?guī)r， 巖石中可見大量礫石與基質(zhì)同成分， 礫石礫徑為2～6 cm， 呈橢圓狀、圓狀， 磨圓度較好， 含量為 50%～55%， 礫石略具定向， 長軸方向長軸方向與層面基本平行 3.3 m

9. 淺灰色英安巖 1.3 m

8. 深灰色薄層狀泥灰?guī)r 1.0 m

7. 淺灰色英安巖 4.7 m

6. 淺灰色薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖夾深灰色薄層狀灰?guī)r， 兩者之間比例為 3：1～5：1 16.5 m

5. 淺灰綠色薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖 15.9 m

4. 淺灰綠色英安巖 13.7 m

3. 深灰中薄層狀微晶灰?guī)r 3.4 m

2. 淺灰色薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖夾深灰色薄層狀細晶灰?guī)r。淺灰色薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖， 兩者比例為3：1～4：1， 局部巖石中夾有寬為 10～20 cm 寬的泥灰?guī)r， 在灰?guī)r的頂面上可見有暴露構(gòu)造， 在鈣質(zhì)粉砂巖中局部可見(2.5～3) cm × 4 cm的橢圓狀礫石與基質(zhì)同成分， 其可能為巖石未完全固結(jié)時， 形成的同沉積構(gòu)造 44.8 m

1. 深灰色中薄層狀細晶灰?guī)r 10.1 m

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圖3 英安巖的野外露頭及鏡下照片特征Fig. 3 Field outcrop and microscopic images of the dactie

圖4 西藏洞錯地區(qū)郎山組英安巖鋯石陰極發(fā)光圖(年齡/Ma)Fig. 4 CL images of analyzed zircons from the dacite of the Langshan Formation in Dongco area (age/Ma)

2 巖相學(xué)及鋯石特征

樣品采集于西藏改則縣洞錯鄉(xiāng)南約25 km處孔隆強瑪一帶， 巖性主要為淺灰色英安巖(圖3)， 巖石呈淺灰色， 斑狀結(jié)構(gòu)， 塊狀構(gòu)造。斑晶主要由斜長石(30%)組成， 呈半自形， 板狀， 發(fā)育有聚片雙晶，具絹云母化及碳酸鹽化， 粒徑為 0.5～3 mm±， 基質(zhì)(70%)， 由斜長石及隱晶質(zhì)組成， 具顯微交織結(jié)構(gòu)。

3 分析結(jié)果

鋯石樣品的分離和挑選由廊坊市地巖礦物分選有限公司完成。在雙目鏡下挑選出晶形和透明度好的鋯石顆粒， 將他們黏貼在環(huán)氧樹脂表面， 拋光后將鋯石進行透射光、放射光和陰極發(fā)光顯微照相。鋯石陰極發(fā)光(CL)顯微照相由北京中美美科科技有限公司完成， LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡分析在中國中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成。其中LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡分析儀器為 Elan6100DRC型激光剝蝕系統(tǒng)， 激光器為193 nmArF準分子激光器。激光剝蝕束斑直徑為 32 μm， 激光剝蝕深度為 20～40 μm。實驗中采用 He作為剝蝕物質(zhì)的載氣， 采用標(biāo)準鋯石91500作為外標(biāo)， 采用美國國家標(biāo)準物質(zhì)局人工合成硅酸鹽玻璃NIST SRM610作為內(nèi)標(biāo)。詳細的實驗原理、流程和儀器參數(shù)見Yuan et al.(2004)。

英安巖鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)見表1。通過CL圖像看出(圖 4)， 鋯石顆粒大小在 100～220 μm 之間，鋯石顯示呈長柱狀或短柱狀的自形到半自形， 可見清楚的生長韻律或震蕩環(huán)帶。鋯石Th/U均大于0.7，該比值高于變質(zhì)成因鋯石的 Th/U比值(通常小于0.1)， 與巖漿成因鋯石基本一致(＞0.1)。206Pb/238U的年齡范圍為85.6～94.2 Ma，206Pb/238U的加權(quán)平均年齡值為(88.7±1.1) Ma(圖5)， 代表了該英安巖樣品的形成時代， 指示該火山巖形成于晚白堊世的早期，這也相應(yīng)地限定該區(qū)的郎山組地層應(yīng)屬于上白堊統(tǒng)，而非之前認為的下白堊統(tǒng)， 而地層時代的重新認定需要重新認識該套地層的區(qū)域地質(zhì)與構(gòu)造意義。

圖5 西藏洞錯地區(qū)郎山組英安巖年齡諧和圖Fig. 5 U-Pb concordia diagrams for zircons from the dacite of Langshan Formation in Dongco area

表1 西藏洞錯地區(qū)英安巖鋯石U-Pb同位素年齡Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb data of zircons from the dacite in Dongco area

表2 西藏洞錯地區(qū)英安巖巖石化學(xué)成分、微量元素分析表Table 2 The major element and trace element compositions of the dacite in Dongco area

英安巖的巖石化學(xué)含量見表 2， 巖石化學(xué)分析由華北有色地質(zhì)勘查局燕郊中心實驗室完成， 鋯石U-Pb同位素年齡樣由中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成。火山巖的 SiO2含量為65.08%～65.58%， 總體屬于中酸性巖， K2O含量為 1.59%～2.03%， Na2O 含量為 5.06%～5.56%，在 TAS圖解(圖 6)上巖石屬于英安巖， 在火山巖SiO2-AR圖解上(圖7)， 巖石屬于鈣堿性系列。Al2O3含量為 15.34%～15.44%， MgO 含量為 1.59%～1.78%，稀土元素總量(∑REE)為(105.1～117.3)×10-6， 輕稀土(LREE)含量為(99.2～110.5)×10-6， 重稀土(HREE)含量為(5.90～6.85)×10-6， 輕重稀土元素比值(LREE/HREE)為 16.2～6.8， 平均值為 16.49。LaN/YbN為26.8～26.8， 在球粒隕石標(biāo)準化稀土元素配分模式圖上(圖 8)， 稀土元素球粒隕石標(biāo)準化分布型式曲線向右緩傾， 表明輕稀土富集， 重稀土虧損特征，δEu為 0.87～0.88， 表現(xiàn)出弱的負銪異常。在原始地幔標(biāo)準化微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖 9)顯示， 樣品均具有相似的配分曲線模式， 總體富集大離子親石元素(LILE， 如 Rb、K、Sr)， 與上地殼曲線基本一致(Sun and McDonough， 1989)。

圖6 火山巖TAS圖解Fig. 6 TAS diagram of volcanic rocks

圖7 火山巖SiO2-AR圖解Fig. 7 SiO2-AR diagram of volcanic rocks

圖8 英安巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準化分布型式圖(標(biāo)準化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig. 8 Chondrite-normalized REE patterns for the dacite(standardized data after Sun and McDonough, 1989)

圖9 英安巖原始地幔標(biāo)準化微量元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig. 9 The primitive mantle-normalized trace element spider diagram of the dacite (standardized data after Sun and McDonough, 1989)

4 討論

4.1 巖石成因

埃達克巖(adakite)是 Defant and Drummond(1990)在研究阿留申群島火山巖時提出的一種具有特定巖石地球化學(xué)特征的火山巖或侵入巖， 表現(xiàn)為 SiO2≥56%， Al2O3≥15%， 通常 MgO＜3%(很少高于 6%)， Y(≤18×10-6)及 HREE(Yb≤1.9×10-6)含量很低， Sr 含量很高(＞400×10-6)，87Sr/86Sr＜0.7040， LREE 富集， 無 Eu異?；?或有輕微的負Eu 異常)。

該英安巖具有與埃達克巖相似的地球化學(xué)特征： SiO2含量為 65.06%～65.58%； Al2O3含量為15.34%～15.44%； MgO 含量為 1.59%～1.78%； Na2O含量 5.06%～5.56%， 介于 3.5%與 7.5%之間；Na2O/K2O 為 2.49～3.50， 富鈉； Sr 含量為(658～684)×10-6； Y 含量為(6.62～7.56)×10-6； Yb 含量為(0.62～0.73)×10-6； Sr/Y 為(90.48～99.40)×10-6， 大于 40×10-6； LREE富集， 有輕微的負 Eu異常。在Sr/Y-Y和La/Yb-Yb圖解(圖10)中， 所有樣品點均落入埃達克巖區(qū)域內(nèi)。

自從 Defant and Drummond(1990)提出埃達克巖是俯沖大洋殼在石榴石的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)部分熔融的產(chǎn)物之后， 研究顯示埃達克質(zhì)巖同樣可以通過部分熔融底侵或者加厚的下地殼、幔源玄武質(zhì)巖漿的結(jié)晶分異和拆沉的下地殼的部分熔融而形成(王焰等，2000； 熊小林等， 2005； 王強等， 2007)。

4.2 對新特提斯洋俯沖演化過程的指示意義

郎山組根據(jù)古生物化石特征將其時代置于早白堊世 Aptian(阿普第期)—Albian(阿爾比期)， 本次工作在郎山組火山巖夾層(英安巖)獲得 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡(88.7±1.1) Ma， 指示郎山組地層應(yīng)屬于晚白堊世的早期。

根據(jù)郎山組火山巖的厘定結(jié)果， 并結(jié)合前人資料可知， 白堊紀時期， 在新特提斯洋北向俯沖和班公湖—怒江洋南向俯沖過程中， 在岡底斯中北部地區(qū)發(fā)育與俯沖有關(guān)的火山巖(朱弟成等， 2006； 夏抱本等， 2007； 康志強等， 2008， 2010； 徐紅霞等， 2011；王保弟等， 2013)。朱弟成等(2008)認為岡底斯北部地區(qū)在110 Ma左右發(fā)生的帶狀巖漿大爆發(fā)和幔源物質(zhì)顯著增加的現(xiàn)象是班公湖—怒江洋巖石圈斷離所引發(fā)的軟流圈上涌所致。目前研究結(jié)果表明(潘桂棠等， 2004b； 王偉等， 2013)， 班公湖—怒江結(jié)合帶可能在晚古生代就已經(jīng)打開， 中侏羅世洋殼開始俯沖消減， 洋盆一直持續(xù)到晚侏羅世—早白堊世才閉合， 因此郎山組中發(fā)現(xiàn)的這套英安巖是形成于88 Ma， 此時班公湖—怒江洋已經(jīng)完全關(guān)閉， 不可能來源于俯沖洋殼的板片熔融。由此本文傾向于其可能是受印度板塊的北向俯沖， 使新特提斯洋持續(xù)北向俯沖， 導(dǎo)致增厚下地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融， 巖漿上涌、演化和噴發(fā)而形成(圖 11)。因此， 郎山組中發(fā)現(xiàn)的這套英安巖是形成于 88 Ma， 應(yīng)該與新特提斯洋持續(xù)北向俯沖具有密切成因聯(lián)系， 其年齡顯然可為進一步深入認識岡底斯地塊北緣晚白堊世巖漿活動的地球動力學(xué)背景提供重要的年代學(xué)依據(jù)。

圖10 英安巖(La/Yb)N-(Yb)N圖解和Sr/Y-Y圖解Fig. 10 (La/Yb)N-(Yb)N and Sr/Y-Y diagrams for the dacite

圖11 印度板塊北向俯沖增厚地殼部分熔融引發(fā)晚白堊世火山作用示意圖(據(jù)馬元等, 2017修改)Fig. 11 Sketch map of the Late Cretaceous volcanism caused by partial melting of thickened crust triggered by northward subduction of the Indian plate (modified after MA et al., 2017)

5 主要結(jié)論

(1)在西藏洞錯地區(qū)郎山組發(fā)現(xiàn)英安巖夾層， 獲得其 LA-ICP-MS鋯石 U-Pb年齡為(88.7±1.1) Ma，指示該區(qū)的郎山組地層應(yīng)屬于上白堊統(tǒng)， 而非之前認為的下白堊統(tǒng)， 對郎山組地層時代的重新認定結(jié)果表明需要重新認識藏南地區(qū)郎山組地層的區(qū)域地質(zhì)與構(gòu)造意義。

(2)西藏洞錯地區(qū)郎山組中的火山巖具有與埃達克巖相似的地球化學(xué)性質(zhì)， 應(yīng)該是增厚下地殼物質(zhì)部分熔融而形成。該套晚白堊世火山巖的巖石化學(xué)特征表明， 因晚白堊世期間的新特提斯洋北向俯沖作用， 導(dǎo)致岡底斯北部地區(qū)發(fā)生了強烈的巖漿活動， 形成了包括郎山組火山巖夾層在內(nèi)的一系列火山巖與侵入巖記錄， 這也為進一步深入研究該地區(qū)巖漿作用大爆發(fā)的動力學(xué)機制提供了重要物質(zhì)基礎(chǔ)和依據(jù)。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (No. 121201103000150004).