拉薩地塊東部晚古生代含火山巖地層形成時代及其構(gòu)造背景*

顏家強 吉風寶

西藏自然科學博物館，西藏 拉薩 850000

青藏高原因經(jīng)歷古生代以來的古、新特提斯演化過程有關(guān)復(fù)雜的構(gòu)造、沉積、巖漿事件作用而成為地質(zhì)研究的天然實驗室［1-3］。近年來隨著直孔-松多地區(qū)基礎(chǔ)調(diào)查工作的開展，在原有松多榴輝巖變質(zhì)作用研究成果基礎(chǔ)上［4,5］，該區(qū)陸續(xù)報道了晚石炭-中二疊世蛇綠巖組合（如溫木朗溝、加色村、松多村）、中二疊世洋島組合（如雪浪溝、拉龍松多）、二疊紀弧巖漿（如沖尼村）等古特提斯洋相關(guān)記錄［6］。拉薩地塊廣泛分布晚古生代含火山巖地層（如古生界松多巖群、下石炭統(tǒng)諾錯組、上石炭-下二疊統(tǒng)來姑組、下二疊統(tǒng)昂杰組和拉嘎組、中二疊統(tǒng)洛巴堆組），可能形成于伸展背景下的岡瓦納陸緣裂陷環(huán)境［7］，除直孔-松多地區(qū)開展了系統(tǒng)性工作外，整體研究程度低，限于該套地層化石記錄較少，多數(shù)地層時代僅憑沉積特征對比確定［7,8］。隨著鋯石高精度定年工作的開展，部分先期認為屬于晚古生代火山-沉積巖系時代陸續(xù)被重新厘定（圖1）：如措勤尼雄地區(qū)原下二疊統(tǒng)拉嘎組［8］中火山巖被重新厘定為早白堊世［9］，八宿然烏地區(qū)原上石炭-下二疊統(tǒng)來姑組［7］中火山巖被重新厘定為早白堊世［10,11］，這些地層的早白堊世火山巖與班公湖-怒江洋的俯沖作用相關(guān)［9-11］，其弧巖漿特征使得前人對拉薩地塊晚古生代構(gòu)造背景認識存在陸緣?。?,12,13］和伸展裂陷［7］兩種觀點。

近年來成果揭示墨竹工卡沖尼村的基性巖為早-中二疊世（278Ma～270Ma）弧巖漿作用記錄，與松多古特提斯洋俯沖有關(guān)［17,18,23］。南羌塘地塊、拉薩地塊和特提斯喜馬拉雅晚古生代冰海相雜礫巖碎屑鋯石研究成果表明拉薩地塊晚古生代位于澳大利亞大陸北西部，南羌塘和特提斯喜馬拉雅則位于印度大陸的北緣［24］。結(jié)合直孔-松多地區(qū)蛇綠巖套報道年齡集中于晚石炭-中二疊世，拉薩地塊晚古生代含火山巖地層很可能記錄了古特提斯洋早期裂解過程［6］，為確定該套地層所夾火山巖時代和性質(zhì)，選取波密傾多地區(qū)來姑組火山巖和工布江達娘蒲地區(qū)松多巖群岔薩崗巖組玄武巖開展了年代學和全巖地球化學研究，并搜集已報道的拉薩地塊二疊紀基性巖綜合對比，探討拉薩地塊晚古生代含火山巖地層的構(gòu)造背景。

1 區(qū)域地質(zhì)概況和樣品特征

青藏高原自北向南主要由松潘-甘孜地塊、北羌塘地塊、南羌塘地塊、拉薩地塊、特提斯喜馬拉雅及其間的金沙江縫合帶、龍木錯-雙湖-瀾滄江縫合帶、班公湖-怒江縫合帶和印度河-雅魯藏布江縫合帶組成（圖1）。拉薩地塊依據(jù)其巖漿和地層特征，以獅泉河-納木錯混雜巖帶、洛巴堆-米拉山斷裂為界劃分為三部分［25］：南、北拉薩地塊以廣泛發(fā)育新生地殼和中-新生代火山-沉積地層為特征，中拉薩地塊以具有元古代結(jié)晶基底和古生界沉積蓋層為特征。

拉薩地塊東部上石炭-下二疊統(tǒng)來姑組主要由塊狀含礫板巖、含礫巖屑石英砂巖、粉砂質(zhì)板巖夾薄層火山巖組成［7］，波密傾多地區(qū)來姑組主要由粉砂質(zhì)板巖夾薄層火山巖組成［7］，受后期構(gòu)造作用改造強烈，劈理發(fā)育，黃白色流紋巖-凝灰?guī)r呈透鏡狀產(chǎn)出（取樣點坐標:95°38′52.67″E,29°58′19.63″N，圖2A），凝灰?guī)r強劈理化，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為具石英，局部可見溶蝕港灣結(jié)構(gòu)，石英斑晶大都發(fā)生不同程度的脆韌性變形，基質(zhì)發(fā)育強絹云母化（圖2C）。松多巖群最初依據(jù)區(qū)域?qū)Ρ葎澐譃樯隙B統(tǒng)，后經(jīng)1:20 萬和1:25 萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查劃分為前奧陶紀［26,27］。松多巖群主體為低綠片巖-低角閃巖相的片巖類為主，包括岔薩崗巖組（以含變火山巖為特征）、馬布庫巖組（以云母片巖為特征）和雷龍庫巖組（以石英片巖為特征），原巖為一套石英砂巖、雜砂巖為主，夾數(shù)層火山巖的沉積-火山巖系［26,28］。前人嘗試Rb-Sr、Sm-Nd、鋯石LA-ICP-MS多種手段對松多巖群直接定年，獲得的年齡從元古代到石炭紀［27-29］，直孔-松多一帶松多巖群碎屑鋯石年代學獲得了較為相近晚石炭世的沉積時代下限［30-33］。工布江達娘蒲地區(qū)松多巖群雷龍庫巖組主體為淺灰白色石英巖，劈理發(fā)育，在局部夾有火山巖（取樣點坐標:93°6′34.46″E,30°10′1.75″N，圖2B），火山巖變形較弱，斑晶為角閃石、輝石及斜長石假象，基質(zhì)呈玻基交織結(jié)構(gòu)，已強烈綠泥石化和絹云母化（圖2D）。

圖2 樣品野外（A-B）及顯微（C-D）照片

2 分析方法

樣品前處理及主、微量元素測定委托北京科薈測試技術(shù)有限公司完成。全巖主量元素測定采用熔片X 熒光光譜法（XRF）利用島津XRF-1800 分析完成，測試精度高于5%；全巖微量元素含量采用溶樣法利用Thermo Element XR-ICP MS 分析完成，多數(shù)微量元素的測試精度為5%.

LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試分析在北京科薈測試技術(shù)有限公司完成，鋯石定年分析所用儀器為AnalytikJena PQMS Elite 型ICP-MS 及與之配套的RESOlution 193 nm 準分子激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕所用斑束直徑為24 μm，頻率為6 Hz，能量密度約為4 J/cm2，以He 為載氣。鋯石U-Pb 定年以標樣GJ-1 為外標，微量元素含量利用NIST 610 做為外標、Si 做內(nèi)標的方法進行定量計算［34］。測試過程中在每測定10個樣品前后重復(fù)測定兩個鋯石標樣GJ-1 對樣品進行校正，并測量一個鋯石Plesovice，觀察儀器的狀態(tài)以保證測試的精確度,詳細實驗測試過程可參見文獻［35］。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal 程序［34］，鋯石年齡諧和圖用Isoplot 4.15 程序獲得［36］。樣品分析過程中，Plesovice標樣作為未知樣品的分析結(jié)果為337.1±1.3 Ma（n=20,2σ），對應(yīng)的年齡推薦值為337.13±0.37 Ma（2σ）［37］，兩者在誤差范圍內(nèi)完全一致。

3 分析結(jié)果

3.1 LA-ICP-MS 鋯石U-Pb定年和微量元素分析

LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年和微量元素分析結(jié)果見表1。

流紋質(zhì)凝灰?guī)r中的鋯石整體呈自形柱狀，長100μm～200μm，長寬比為2:1～5:1，在陰極發(fā)光圖像中，可見鋯石發(fā)育淺色細密震蕩環(huán)帶，部分鋯石有明顯的繼承鋯石核（圖3A），其Th/U 比值為0.6～1.5（除點21YQD-16-10 為0.1，圖3D），具有典型的巖漿鋯石特征［38］。樣品共測定20 個分析點獲得20 個有效分析結(jié)果，其中9 個點獲得較為一致的早白堊世年齡（117.4Ma～118.8Ma），加權(quán)平均年齡為117.4±0.9Ma（MSWD=0.34,圖3C），代表流紋巖的成巖時代。其余11 個點的年齡較為分散（121.8Ma～1150.7Ma），可能是后期改造過程中混入圍巖內(nèi)碎屑鋯石。在Log10(Nb/Yb)-Log10(U/Yb)鋯石微量元素構(gòu)造判別圖解中（圖3E），早白堊世分析點落入大陸弧型區(qū)域范圍，鋯石Ti 溫度計計算成巖溫度為621℃～810℃（圖3F）。

圖3 （A）波密傾多地區(qū)來姑組流紋巖鋯石陰極發(fā)光照片（圓圈為定年位置）；（B）工布江達娘蒲地區(qū)松多巖群雷龍庫巖組＜500Ma鋯石陰極發(fā)光照片（圓圈為定年位置）；（C）波密傾多地區(qū)來姑組流紋巖鋯石定年諧和圖；（D）年齡-Th/U圖；（E）鋯石微量log10（U/Yb）vs.log10(Nb/Yb)圖解［40］；（F）年齡-鋯石Ti溫度計計算溫度圖

雷龍庫巖組火山巖中的鋯石整體呈短柱狀或渾圓狀，長80μm～150μm，長寬比為1:1～5:1，，在陰極發(fā)光圖像中可見鋯石發(fā)育震蕩環(huán)帶（圖3B），為巖漿捕獲鋯石。測定100 個分析點獲得95 個有效分析結(jié)果，其年齡范圍為327.3Ma～3285.7Ma，Th/U 比值為0.007～30.738（圖3D），大都屬于巖漿鋯石（＞0.4［39］）在Log10(Nb/Yb)-Log10(U/Yb)鋯石微量元素構(gòu)造判別圖解中（圖3E），大部分分析點落入大陸弧型區(qū)域范圍，鋯石Ti 溫度計計算成巖溫度為547℃～1045℃（圖3F），與前人報道松多地區(qū)松多巖組碎屑鋯石特征一致［33］。

3.2 巖石地球化學

本文僅對工布江達娘蒲地區(qū)雷龍庫巖組火山巖（以下簡稱娘蒲火山巖）開展了全巖主、微量元素分析，結(jié)果見表2；波密傾多地區(qū)火山巖（以下簡稱傾多火山巖）全巖主、微量元素數(shù)據(jù)引自文獻［7］。鑒于樣品不同程度蝕變，樣品燒失量變化較大，巖石分類和成因討論過程中，主量元素均采用無揮發(fā)分換算后的含量，微量元素使用Th、Nd、Ta及稀土元素等不易活動元素。

表2 全巖主、微量分析結(jié)果

傾多火山巖依據(jù)SiO2含量分為玄武-安山巖和英安-流紋巖兩組：玄武-安山巖SiO2含量為48.11%～55.60%，TiO2含量為0.87%～1.80%，Al2O3含量為13.89%～17.84%，TFe2O3含量為9.25%～14.76%，MgO含量為4.38%～8.10%，Mg#指數(shù)為39.55～53.41；英安-流紋巖SiO2含量為63.00%～78.15%，K2O/Na2O 比值介于0.76～2.75，鋁飽和指數(shù)（A/CNK）1.06～1.25，屬過鋁質(zhì)鉀玄巖系列；娘蒲火山巖的SiO2含量為53.61%～56.23%，TiO2含量為0.80%～0.88%，Al2O3含量為14.20%～15.81%，TFe2O3含量為8.01%～8.32%，MgO 含量為7.76%～9.03%，Mg#指數(shù)為65.74～68.42。在Nb/Y-SiO2和Nb/Y-Zr/TiO2巖石分類圖解中（圖4A 和B），傾多和娘蒲火山巖大都落入玄武-安山巖范圍。在微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖中（圖4C和E），傾多和娘蒲火山巖富集Rb、Th、U、K、Pb 而虧損Nb、Ta、Ti，與區(qū)域上報道的鴨洼基性巖顯著不同，與唐加基性巖和松多巖群玄武巖具有一定的相似性。在稀土元素球粒隕石標準化配分曲線圖中（圖4D和F），傾多和娘蒲火山巖曲線呈右傾，其中傾多中基性火山巖呈弱Eu異常（δEu=0.83～1.27），酸性巖強Eu 負異常（δEu=0.35～0.50），輕、重稀土元素分餾變化較大（（La/Yb）N=1.67～19.46）；娘蒲火山巖Eu 異常不明顯，δEu 范圍為0.91～0.96，輕、重稀土元素分餾明顯，（La/Yb）N比值為11.62～11.76。

圖4 拉薩地塊晚古生代火成巖巖石分類圖解（A-B）；原始地幔標準化微量元素蜘蛛圖（C和E）和球粒隕石標準化稀土元素模式圖（D和F），標準化值、洋島玄武巖值、富集洋中脊玄武巖值、正常洋中脊玄武巖值據(jù)數(shù)據(jù)來源：松多巖群玄武巖；傾多火山巖；唐加基性巖；鴨洼基性巖

4 討論

4.1 地層時代

拉薩地塊北部廣泛分布與班公湖-怒江洋消亡有關(guān)的早白堊世中酸性火山巖和侵入巖，火山巖以則弄群、捷嘎組、去申拉組、多尼組為代表［44］。波密-然烏-八宿地區(qū)早白堊世火山巖最早由吳根耀等［10］在然烏雅則報道，稱為雅則火山巖；謝堯武等［45］報道八宿地區(qū)朱村組為早白堊世中酸性火山碎屑巖及熔巖；后續(xù)研究揭示波密-然烏-八宿地區(qū)分布有早白堊世（109～128Ma）火山-侵入巖系統(tǒng)［46-48］，可能形成于羌塘-拉薩地塊碰撞后環(huán)境。本文獲得傾多火山巖中流紋巖時代為早白堊世，與波密-然烏-八宿地區(qū)早白堊世火山巖時代一致，表明該下白堊統(tǒng)套含火山巖地層在波密西部也有分布，并非前人認為的石炭-二疊系地層。

直孔-松多一帶松多巖群碎屑鋯石年代學獲得了較為相近晚石炭世的沉積時代下限［30-33］，本文獲得娘蒲火山巖中碎屑鋯石年齡譜特征與上述年齡譜特征相似（圖5A-C），表明娘蒲火山巖形成時代不早于晚石炭世，與區(qū)域上報道的三疊系復(fù)理石建造碎屑鋯石年齡譜相比缺乏三疊紀鋯石年齡（圖5D）。對比當雄、工布江達地區(qū)石炭-二疊系地層和直孔-松多一帶三疊系地層的碎屑鋯石年齡譜（圖5C-E），表明其都具 有300Ma～400Ma、500Ma～600Ma、900Ma～1000Ma、1100Ma～1300Ma四個年齡峰，且南部的300Ma～400Ma年齡峰值更明顯，暗示該階段鋯石物源可能在南側(cè)，這與拉薩地塊南部岡底斯巖基發(fā)育有此階段的巖漿活動特征相符［49］。

圖5 拉薩地塊東部晚古生代地層碎屑鋯石年齡譜圖（＞1000 Ma采用207Pb/206Pb年齡，其余為206Pb/238U年齡；N為總年齡點數(shù)）

4.2 巖石成因

傾多和娘蒲地區(qū)中基性巖SiO2（48.11%～55.60%）、TiO2（0.80%～1.80%）、MgO（0.80%～1.80%）、TFe2O3（8.01%～14.76%）含量和Mg#（39.55～68.42）變化較大，Ni（2.79ppm～200.14ppm）和Cr（8.18ppm～479.23ppm）含量較低，與原始巖漿特征明顯不同（Mg#=68～75,Ni＞320ppm,Cr＞1000ppm）［54,55］。在Nb-Nb/La 圖解中樣品點全部落入殼源混染范圍（圖6A），在La-La/Sm 圖解中樣品點全部部分熔融趨勢線和分離結(jié)晶趨勢線之間范圍（圖6B），表明其為地殼混染和分離結(jié)晶作用影響的演化巖漿。在Sm-Sm/Yb 和La/Yb-Dy/Yb 圖解中樣品點大都落入尖晶石-石榴石二輝橄欖巖混合源區(qū)中（圖6C-D），其中傾多中基性巖和唐加基性巖源區(qū)以尖晶石二輝橄欖巖為主，松多巖群玄武巖為以尖晶石二輝橄欖巖極低程度部分熔融（＜0.5%）為主的尖晶石-石榴石二輝橄欖巖混合源區(qū)（比例9:1～5:5）；鴨洼基性巖源區(qū)則為以石榴石二輝橄欖巖低程度部分熔融（＜2%）為主的尖晶石-石榴石二輝橄欖巖混合源區(qū)（比例5:5～1:9）。在（Ta/La）PM-（Hf/Sm）PM和Th/Zr-Nb/Zr 圖解中（圖6E-F），傾多中基性巖、松多巖群玄武巖、唐加基性巖樣品點都顯示源區(qū)受流體富集作用影響的趨勢，鴨洼基性巖則顯示源區(qū)受熔體富集作用影響的趨勢。綜合上述分析，松多巖群玄武巖、傾多中基性巖源區(qū)與唐加基性巖特征類似，為受流體富集作用影響的尖晶石-石榴石二輝橄欖巖混合源區(qū)（比例9:1～5:5）極低程度部分熔融（＜0.5%）。同時，巖漿上升過程中受到地殼混染和分離結(jié)晶作用影響。

圖6 巖漿演化及源區(qū)判別圖解

4.3 構(gòu)造環(huán)境

波密-然烏-八宿地區(qū)早白堊世(109～128Ma)火山-侵入巖系統(tǒng)研究較為深入［46-48］，其特征與騰沖地塊東緣的早白堊世(108～129Ma)火山-侵入巖系統(tǒng)特征類似［63,64］，與班公湖-怒江洋南向俯沖閉合相關(guān)。傾多流紋質(zhì)凝灰?guī)r鋯石微量元素構(gòu)造判別圖解（圖3E）和中基性巖微量元素構(gòu)造判別圖解（圖7）都顯示其形成環(huán)境為陸緣弧或島弧環(huán)境，結(jié)合前人研究結(jié)論，傾多火山巖屬于波密-然烏-八宿地區(qū)與班公湖-怒江洋南向俯沖相關(guān)的早白堊世陸緣弧巖漿系統(tǒng)。

圖7 構(gòu)造環(huán)境判別圖解

松多巖群玄武巖在微量元素構(gòu)造判別圖解中（圖7），與代表松多古特提斯洋俯沖相關(guān)的弧巖漿的唐加基性巖具有類似特征，大部分數(shù)據(jù)點落入陸緣弧區(qū)域，鴨洼基性巖則屬于未受源物質(zhì)混染陸內(nèi)玄武巖。近年來拉薩地塊南緣陸續(xù)報道了石炭紀伸展環(huán)境巖漿作用記錄［49,65,66］，認為其形成于古特提斯洋向?qū)呒{大陸北緣(拉薩地塊)俯沖作用下的弧后背景。然而拉薩地塊原晚古生代弧特征的火山巖被重新厘定為早白堊世火山巖(本文及文獻［9］)，同時晚古生代地層碎屑鋯石年齡顯示300Ma～400Ma鋯石區(qū)在南部，松多巖群火山巖和拉薩地塊南緣石炭紀花崗巖分布規(guī)模較小但具有典型的弧巖漿特征，拉薩地塊北部尚無確切的大規(guī)模晚古生代弧巖漿作用記錄，因此松多巖群火山巖可能是遠離拉薩地塊南部俯沖帶的大陸邊緣弧環(huán)境。

5 結(jié)論

波密傾多地區(qū)原屬來姑組火山巖中流紋質(zhì)凝灰?guī)r鋯石LA-ICP-MS 加權(quán)平均年齡為117.4±0.9Ma（N=9，MSWD=0.34），為早白堊世巖漿作用產(chǎn)物而非晚古生代；工布江達娘蒲地區(qū)松多巖群與直孔-松多地區(qū)松多巖群形成時代一致，其沉積時代不早于晚石炭世；波密-然烏-八宿地區(qū)早白堊世（109～128Ma）火山-侵入巖系統(tǒng)向西延伸到傾多地區(qū)，與班公湖-怒江洋南向俯沖相關(guān)；松多巖群中玄武巖形成于俯沖相關(guān)的大陸邊緣弧環(huán)境，可能與岡瓦納大陸北緣俯沖作用相關(guān)。