岡底斯中段格達(dá)地區(qū)典中組火山巖鋯石U-Pb年齡和地球化學(xué)特征

周 鵬， 榮 峰， 周連河， 劉恭喜， 范 源， 萬忠焱， 尼瑪洛卓

(西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局地?zé)岬刭|(zhì)大隊，西藏 拉薩 850000)

0 引言

林子宗火山巖是青藏高原南部廣泛發(fā)育的新生代火山巖，其與下伏地層之間發(fā)育長達(dá)約1 500 km的巨大區(qū)域性角度不整合，代表了一次重大的地質(zhì)事件[1-4]，被認(rèn)為蘊含了新特提斯洋北向俯沖到印度與亞洲大陸碰撞造山的地質(zhì)信息，備受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，尤其是下部典中組火山巖的噴發(fā)時限和構(gòu)造環(huán)境一直是研究熱點[5-27]。前人對典中組同位素年代學(xué)進(jìn)行了大量的研究，獲得的年齡主要集中在70.89～60.2 Ma之間[6-8,10-22,25-27]。由于研究角度和方法的不同，部分學(xué)者認(rèn)為這條區(qū)域不整合界線在東西方向上存在約5 Ma的時間差異，暗示了碰撞的穿時性[15-16,26-27]； 此外，對典中組形成的構(gòu)造環(huán)境認(rèn)識仍有爭議，一種觀點認(rèn)為是碰撞型[1-4]，另一種觀點認(rèn)為是島弧型[6-10]，因此，對典中組開展年代學(xué)、地球化學(xué)研究具有重要意義。本文在西藏廳宮地區(qū)1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果基礎(chǔ)上，對格達(dá)地區(qū)典中組火山巖的形成時代、地球化學(xué)特征等進(jìn)行了深入剖析，綜合對比了岡底斯帶典中組的活動時限，以期為探討林子宗火山巖提供新的依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

岡底斯巖漿帶又稱為南拉薩地體，北側(cè)以獅泉河—隆格爾—措麥斷裂為界，南側(cè)緊鄰雅魯藏布江縫合帶，東西長約2 500 km，南北寬150～300 km，面積約450 000 km2，主要出露有巖基和大巖株構(gòu)成的大規(guī)?；◢弾r帶及同碰撞中酸性火山巖帶，兩者共同占據(jù)岡底斯巖漿帶總面積的60%以上[28]。岡底斯巖漿巖帶被洛巴堆—米拉山斷裂帶和獅泉河—永珠—嘉黎帶進(jìn)一步細(xì)分為南、中和北岡底斯巖漿巖帶[29]，其中南岡底斯帶構(gòu)成了岡底斯巖漿巖帶的主體部分，主要由侏羅世—早白堊世沉積地層、新生代火山巖及花崗巖構(gòu)成。

研究區(qū)位于南岡底斯巖漿巖帶上，發(fā)育近SN、NE及NW向構(gòu)造，尤以近SN向的控盆斷裂為代表，為當(dāng)雄—羊八井—多慶錯活動構(gòu)造帶的組成部分； 巖漿活動極為強烈，大面積出露始新世、中新世侵入巖及林子宗火山巖； 沉積地層分布范圍較小，僅在盆地中部一帶發(fā)育有中—上新統(tǒng)烏郁群和第四系沉積(圖1)。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置(a)及地質(zhì)簡圖(b)(據(jù)西藏廳宮地區(qū)1∶5萬區(qū)調(diào)資料)

2 巖石學(xué)特征

研究區(qū)古近紀(jì)火山活動強烈，火山巖巖相、巖性復(fù)雜，火山構(gòu)造發(fā)育。典中組火山巖分布在格達(dá)村東部一帶，地層厚度大于1 497 m，其巖石類型主要為火山集塊巖、火山角礫巖、流紋巖、安山巖、凝灰角礫熔巖及熔結(jié)凝灰?guī)r等，總體呈現(xiàn)出次火山巖相-爆發(fā)相-溢流相-火山碎屑流相-空落相的特征(圖2)。

圖2 研究區(qū)典中組地質(zhì)剖面

用于鋯石U-Pb定年的樣品采自典中組上部的安山巖，用于主量、稀土和微量元素分析的樣品共6件，分別為安山巖、流紋巖、凝灰角礫熔巖和熔結(jié)凝灰?guī)r(圖2)。安山巖呈紫灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶為斜長石，含量約30%，粒徑0.1～3.5 mm，自形板狀，可見聚片雙晶發(fā)育?；|(zhì)含量約70%，主要由斜長石、角閃石等組成，其中斜長石無色，粒徑0.01～0.05 mm，部分發(fā)生綠泥石化； 角閃石含量較少，雜亂分布于巖石中(圖3)。

(a) 安山巖巖石近照(b) 顯微鏡下照片(正交偏光)

3 樣品分析方法

選取格達(dá)地區(qū)典中組進(jìn)行鋯石U-Pb定年，樣品采集自該組頂部新鮮且無后期巖脈穿插的安山巖，鋯石分選由河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所實驗室完成，送武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測定。測試采用相干193 nm準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)，激光束斑直徑為32 μm，設(shè)備為安捷倫電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，微量元素和同位素校正標(biāo)準(zhǔn)樣品分別為NIST 610和91500。詳細(xì)測試方法及數(shù)據(jù)處理見文獻(xiàn)[30]。

樣品的主、微量及稀土元素測試由原國土資源部成都礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢查中心完成，主量元素以ICP-AES法、重量法測定為主,其余使用ICP-MS法測試。分析精度方面，主量元素(除H2O外)優(yōu)于1%，微量和稀土元素優(yōu)于5%，測試結(jié)果詳見表1、表2和表3。

4 巖石地球化學(xué)特征

4.1 主量元素特征

研究區(qū)典中組火山巖樣品SiO2含量為59.70%～73.85%，平均值為67.69%； K2O含量為1.36%～5.46%，平均值為3.31%； Na2O含量為0.12%～4.53%，平均值為2.79%； 全堿(Na2O+K2O)含量為3.43%～7.77%，平均值為6.09%； K2O/Na2O比值為0.41～27.6，僅一件樣品的K2O/Na2O比值明顯偏高； Al2O3含量為12.54%～16.07%，平均值為14.46%； MgO含量在0.32%～4.12%，平均值為1.42%； 鎂值為21～52，平均為35，指示幔源組分不高[31]。樣品在火山巖全堿-硅(TAS)分類圖中落入安山巖—流紋巖區(qū)域(圖4(a))，在SiO2-K2O圖解中樣品主要落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域，1件樣品落入鈣堿性系列區(qū)域(圖4(b))，可能與后期熱液活動相關(guān)。

(a) TAS分類[32] (b) SiO2-K2O圖解[33]

4.2 稀土和微量元素特征

格達(dá)地區(qū)典中組火山巖稀土元素總量在99.35×10-6～190.04×10-6，變化范圍較大，總體在稀土元素分配型式圖上表現(xiàn)為輕稀土富集的右傾曲線(圖5(a))。LREE/HREE=5.73～9.09，(La/Yb)N=5.06～8.88，說明輕稀土和重稀土元素發(fā)生了明顯分異；δEu=0.60～0.88之間，平均為0.75，具有較明顯的Eu異常特征。與朱諾[14]和措勤地區(qū)[23]典中組火山巖相比，格達(dá)地區(qū)的典中組火山巖具有相似的配分曲線特征，均顯示中等的負(fù)銪異常，這與斜長石在巖漿中的分離結(jié)晶或在地殼源區(qū)部分熔融過程中作為難熔殘余相存在有關(guān)。

研究區(qū)典中組火山巖在微量元素蛛網(wǎng)圖上呈現(xiàn)“多峰多谷”的形態(tài)，相對富集Rb、Th、U、K等大離子親石元素，虧損Ta、Nb、Ti等高場強元素(圖5(b))，顯示出島弧火山巖特征。在微量元素蛛網(wǎng)圖上，研究區(qū)與朱諾和措勤地區(qū)相比總體特征相似，蛛網(wǎng)曲線的峰谷反差呈現(xiàn)逐漸加大趨勢。

(a) 稀土元素配分型式圖(b) 微量元素蛛網(wǎng)圖

5 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡

選擇格達(dá)地區(qū)典中組上部安山巖進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡測試。共選擇了12顆晶形較完好、韻律清楚的鋯石，用激光剝蝕等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，每顆鋯石各分析一個測點，分析測試結(jié)果及陰極發(fā)光圖像見表4和圖6。

表4 研究區(qū)典中組火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結(jié)果

圖6 研究區(qū)典中組火山巖鋯石陰極發(fā)光圖像

陰極發(fā)光圖像顯示鋯石晶形較好，部分可見被溶蝕現(xiàn)象，呈不規(guī)則短柱狀，長寬比為1∶1～1∶3，具有明顯的環(huán)帶韻律結(jié)構(gòu)特征，Th/U值為0.5～1.3，為巖漿成因的鋯石[33]。測點06和11的諧和度低于90%，測點05的年齡較新(55.9 Ma)，因此這3個測點被舍棄。剩余9個測點的206Pb/238U年齡為61.2～61.9 Ma，在諧和圖上投點均落在諧和線上或附近(圖7)，加權(quán)平均值為(61.6±1.0) Ma(MSWD=0.041，n=9)，代表格達(dá)地區(qū)典中組火山巖的形成時間。

(a) U-Pb年齡諧和圖 (b) 加權(quán)平均年齡圖

6 討論

6.1 格達(dá)地區(qū)典中組形成時代

由于林子宗火山巖具有特殊的地質(zhì)意義，前人對其下部典中組開展了較系統(tǒng)的年代學(xué)研究，但目前對其形成時代仍存在一定的爭議。李璞1953年在命名“林子宗火山巖”時，將該套火山巖時代置于白堊紀(jì)； 其后，根據(jù)林子宗火山巖角度不整合于白堊系設(shè)興組之上，其上被漸新統(tǒng)日貢拉組覆蓋，并結(jié)合40Ar/39Ar測年成果，相關(guān)研究將林子宗火山巖活動時間置于新生代[5,24]。近年來，廣大學(xué)者對典中組火山巖開展了更為精確的鋯石U-Pb測年研究[6-8,10-22,25-27]，大量同位素成果顯示： 岡底斯東段典中組火山巖年齡在(70.89±0.31)～(60.2±0.7) Ma，中段年齡在(70.7±1.4)～(64.3±1.5) Ma，西段年齡集中在(70.8±1.1)～(61.1±0.6) Ma(表5)，從典中組火山巖的形成時間看，自東部至西部基本一致，無明顯差異。本文在格達(dá)地區(qū)通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年，獲得典中組上部安山巖年齡為(61.6±1.0) Ma，是目前岡底斯中段典中組最年輕的年齡，為該區(qū)域典中組火山巖噴發(fā)上限提供了新的依據(jù)。

表5 岡底斯典中組火山巖鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)

6.2 巖漿源區(qū)分析

通過大量的Sr-Nd-Pb及Hf同位素組成特征的研究，林子宗火山巖中酸性源區(qū)存在明顯的陸殼物質(zhì)與地幔物質(zhì)的混合作用，并且在岡底斯東部地區(qū)火山巖源區(qū)地幔物質(zhì)貢獻(xiàn)較多，而西部地區(qū)主要是地殼物質(zhì)再循環(huán)[1,6,14,25]。格達(dá)地區(qū)典中組火山巖Mg值為21～52，平均值為35，接近大陸地殼的值(44.8～55.3)，但明顯低于玄武質(zhì)巖漿值[38]； 微量元素蛛網(wǎng)圖中Nb、Ta呈現(xiàn)明顯負(fù)異常，亦具有大陸地殼特征[39]。Eby[40]認(rèn)為地幔成因的巖石Y/Nb值小于1.2，而殼源成因的巖石值大于1.2，研究區(qū)典中組火山巖Y/Nb值為2.0～2.7，顯示巖漿源區(qū)以地殼為主。研究表明： Rb、Sr、Nb和Ta的離子半徑相近，地球化學(xué)行為相似，Rb/Sr和Nb/Ta值在巖漿分異中不會發(fā)生較大的變化，可以反演巖漿的源區(qū)特征。格達(dá)地區(qū)Rb/Sr值為0.1～3.9，平均為1.1，顯示殼源巖漿的特征[41]，且Nb/Ta值為8.9～12.2，低于幔源巖漿比值17.2±2，接近殼源巖漿比值11～13[38]，進(jìn)一步說明具有殼源巖漿的特點。在圖8的La-La/Sm圖解中，研究區(qū)典中組火山巖樣品的投影點多沿部分熔融曲線分布，反應(yīng)巖漿演化過程中以部分熔融作用為主。綜上所述，格達(dá)地區(qū)典中組火山巖主要來源于地殼物質(zhì)的部分熔融。

圖8 研究區(qū)典中組火山巖La-La/Sm圖解[42]

6.3 構(gòu)造環(huán)境討論

研究認(rèn)為林子宗火山巖呈現(xiàn)島弧火山巖特征逐漸減少，陸內(nèi)巖漿活動漸增的特點[1]。格達(dá)地區(qū)典中組火山巖巖石類型以中酸性為主，鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.0～1.46，具過鋁質(zhì)巖石特點，里特曼指數(shù)為0.39～2.41，屬鈣堿性巖石系列，無疑處于造山帶環(huán)境； 微量元素特征表現(xiàn)為相對富集Rb、Th、U、K等大離子親石元素，虧損Ta、Nb、Ti等高場強元素，顯示出島弧火山巖特征，暗示該套火山巖的形成可能與俯沖作用有關(guān)[34-35]。將研究區(qū)與朱諾、措勤地區(qū)的典中組火山巖進(jìn)行系統(tǒng)的構(gòu)造環(huán)境分析，在Rb-(Yb+Nb)和Ta-Yb構(gòu)造環(huán)境判別圖上(圖9(a),(b))，所有樣品投點全部落入火山弧區(qū)域，說明其形成于俯沖的島弧環(huán)境。在Hf/3-Th-Ta構(gòu)造環(huán)境判別圖中(圖9(c))，樣品均落入鈣堿性弧火山巖區(qū)域，而在Th/Yb-Nb/Yb構(gòu)造環(huán)境判別圖中(圖9(d))，樣品基本落入活動大陸邊緣區(qū)域，進(jìn)一步表明典中組火山巖具有大陸邊緣島弧火山巖的特征。綜上所述，典中組火山巖是新特提斯洋北向俯沖消減過程的產(chǎn)物。

(a) Rb-(Y+Nb)圖解[33] (b) Ta-Yb圖解[33]

7 結(jié)論

(1)通過在格達(dá)地區(qū)開展LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年，獲得典中組上部安山巖年齡為(61.6±1.0) Ma，時代為古新世，是目前岡底斯中段最年輕的，為該區(qū)域典中組火山巖噴發(fā)上限提供了新的依據(jù)。

(2)岡底斯中段格達(dá)地區(qū)典中組火山巖具有富集LILE和LREE、虧損HFSE的地球化學(xué)特征，顯示典型島弧火山巖的特征； 其巖漿源區(qū)主要來源于地殼物質(zhì)部分熔融。構(gòu)造背景處于俯沖島弧環(huán)境，是新特提斯洋北向俯沖消減過程的產(chǎn)物。