西藏孔隆鄉(xiāng)地區(qū)典中組火山巖年代學(xué)、地球化學(xué)特征及構(gòu)造意義

廖駕，戴亮亮，陳澍民，羅敏玄，李新，張濤，吳豐，聶小力

（中國地質(zhì)調(diào)查局長沙自然資源綜合調(diào)查中心，湖南 長沙 410600）

林子宗群火山巖自從1953 年被李璞命名以來（李璞，1955），一直都是西藏岡底斯巖漿帶的研究熱點(diǎn)，因?yàn)槠涑梢蛱N(yùn)含著新特提斯洋的俯沖和印度亞洲大陸碰撞的關(guān)鍵信息（王天武等，1999；莫宣學(xué)等，2003；周肅等，2004；李皓揚(yáng)等，2007；李俊等，2023）。林子宗群火山巖在岡底斯巖漿巖帶廣泛分布，主要以中酸性火山巖為主，被分為典中組、年波組以及帕那組（董國臣等，2005）。近年來,研究顯示林子宗火山巖在岡底斯東部、中部和西部的年齡并不一致（梁銀平等，2010；于楓等，2010；付文春等，2014）。早期對林子宗群火山巖的研究主要集中在岡底斯東部的林周地區(qū)（周肅等，2004；黃映聰?shù)龋?005；Mo et al.，2007；李皓揚(yáng)等，2007；莫宣學(xué)，2009；Lee et al.，2009），而后中西部地區(qū)也開展了許多研究工作，得到了許多準(zhǔn)確的年齡數(shù)據(jù)，進(jìn)一步豐富和完善了岡底斯巖漿帶構(gòu)造演化的基礎(chǔ)資料（朱弟成等，2006；付文春等，2014；劉安琳等，2015；李強(qiáng)等，2017；唐攀等，2018；李洪梁等，2019；潘亮等，2021）。筆者根據(jù)昂仁縣北西孔隆鄉(xiāng)地區(qū)1∶5 萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查的研究基礎(chǔ)上，對典中組火山巖進(jìn)行年代學(xué)與巖石地球化學(xué)研究，了解研究區(qū)林子宗群火山巖巖漿源區(qū)與構(gòu)造成因，再結(jié)合區(qū)域特征，認(rèn)識(shí)區(qū)域性變化規(guī)律，為進(jìn)一步揭示印度-歐亞大陸碰撞的穿時(shí)性提供支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于西藏中西部昂仁縣孔隆鄉(xiāng)地區(qū)，屬于岡底斯火山巖漿弧中段（侯增謙等，2006），大地構(gòu)造單元位于拉達(dá)克-岡底斯-察隅湖盆系內(nèi)，隆格爾-工布江達(dá)復(fù)合島弧帶（C-K）三級構(gòu)造單元北部（圖1a）。隆格爾-工布江達(dá)復(fù)合島弧帶在整個(gè)岡底斯呈NWW向延展，與岡底斯弧背斷隆帶位置一致。

圖1 西藏孔隆鄉(xiāng)地區(qū)地質(zhì)簡圖（據(jù)朱弟成等，2006）Fig.1 Geological sketch map of Konglong Township,Tibet

研究區(qū)林子宗群火山活動(dòng)強(qiáng)烈（占研究區(qū)面積30%以上），分布的地層單元有：典中組（E1d）、年波組（E2n）、帕那組（E2p），布噶寺組（N1b）。其中,筆者研究的典中組（E1d），呈條帶狀展布，主要分布在孔隆鄉(xiāng)中東部地區(qū)。典中組為一套中酸性火山巖組合，主要巖性組合為灰紫色晶屑漿屑熔結(jié)凝灰?guī)r、灰綠色含礫凝灰?guī)r、紫色含礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、紫色含礫凝灰?guī)r等。研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要以正斷層、平移斷層為主，局部地區(qū)也發(fā)育一些逆斷層，構(gòu)造線的方向主要為NW 向，局部也有SN 向（圖1b）。

2 樣品采集及測試方法

文中6 件典中組凝灰?guī)r樣品（均為）采集于孔隆鄉(xiāng)東南部的申拉日古近系古新統(tǒng)典中組實(shí)測剖面PM13 上。樣品風(fēng)化面呈土黃色，新鮮面淺紫紅色，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。鏡下特征顯示火山碎屑主要為流紋巖巖屑，呈不規(guī)則狀，大小為0.1～0.6 mm，含量約為1%，晶屑為石英、鉀長石（透長石），斜長石，呈棱角狀，少量石英有熔蝕港灣狀、次圓狀、孔狀，晶屑大小為0.05～1.2 mm，石英含量為7%，長石含量為14%，黑云母少量。膠結(jié)物為＜0.05 mm 的火山灰（泥），多數(shù)呈隱晶質(zhì)-顯微晶質(zhì)狀，壓結(jié)式膠結(jié)，膠結(jié)物中有點(diǎn)狀、不規(guī)則團(tuán)狀的方解石、綠泥石蝕變,含量為71%（圖2）。在全巖主微量分析的基礎(chǔ)上，選取其中1 件典型凝灰?guī)r樣品進(jìn)行LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年，用于U-Pb 定年的樣品PM13DH6 接近帕那組火山巖地層，坐標(biāo)為N 30°22′26″，W 85°59′17″（圖1b）。

圖2 西藏孔隆鄉(xiāng)地區(qū)典中組凝灰?guī)r野外及鏡下特征Fig.2 Field and microscopic characteristics of tuff of Dianzhong Formation in Konglong Township,Tibet

鋯石U-Pb 定年在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司完成，測試儀器為LA-ICP-MS，激光剝蝕系統(tǒng)為Photon Machines Excite，ICP-MS 為Agilent 7700x，激光剝蝕深度為20～40 μm，剝蝕斑束直徑為32 μm。分析數(shù)據(jù)采用軟件ICPMSDataCal 進(jìn)行離線處理，使用Isoplot3.0 軟件對同位素?cái)?shù)據(jù)結(jié)果處理（鐘玉芳等，2006；Liu et al.，2010；李艷廣等，2023）。

主微量和稀土元素分析在核工業(yè)二三〇研究所進(jìn)行，主量元素分析方法采用XRF 法，使用儀器為X射線熒光光譜儀，分析精度優(yōu)于1%，微量和稀土元素分析方法采用ICP-MS 法（劉穎等，1996），使用儀器為等離子體質(zhì)譜儀，分析精度優(yōu)于5%。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb 年代學(xué)

所有鋯石具有類似的外形特征，呈自形長柱狀，長為100～200 μm，長寬比為1∶1～2.5∶1。陰極發(fā)光圖像中（圖3），普遍具有明顯的振蕩環(huán)帶。17 個(gè)測試點(diǎn)位的Th/U 值為0.38～1.07（表1），指示巖漿成因特點(diǎn)（王梓桐等，2022；柳永正等，2023；熊萬宇康等，2023）。所有樣品206Pb/238U 年齡為60.2～68.5 Ma，在諧和圖中（圖4）均落在諧和線上或附近，其年齡加權(quán)平均值為（62.70±0.83）Ma（MSWD=1.7，n=17），指示為古近紀(jì)古新世噴發(fā)。

表1 典中組凝灰?guī)r（P13DH6）LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab.1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating Results of Dianzhong Formation tuff（P13DH6）

圖3 西藏孔隆鄉(xiāng)地區(qū)典中組凝灰?guī)r鋯石陰極發(fā)光圖Fig.3 Cathodoluminescence map of zircon from tuff of Dianzhong Formation in Konglong Township,Tibet

圖4 樣品P13DH6 鋯石U-Pb 諧和圖Fig.4 Zircon U-Pb harmonic diagram of sample P13DH6

3.2 巖石地球化學(xué)特征

本次在研究區(qū)共采集6 件典中組火山巖樣品，原始數(shù)據(jù)在去掉燒矢量的基礎(chǔ)上重新?lián)Q算成100%，得到校正后的氧化物含量，測試結(jié)果如表2 所示。樣品SiO2含量為74.81%～78.14%，平均值為75.93%，全堿（K2O+Na2O）含量為8.05%～8.32%，平均值為8%，其中Na2O 平均為4.11%，K2O 平均為3.9%。在TAS 圖解中（圖5），樣品均落入流紋巖區(qū)域內(nèi)，屬酸性火山巖范疇。在SiO2-K2O 圖解（圖6a）中，樣品全部位于高鉀鈣堿性系列區(qū)域中。樣品的里特曼指數(shù)δ值為1.53～2.17，小于3.3，為鈣堿性巖。樣品的A/CNK＞1.1，在A/CNK-A/NK 圖解（圖6b）中位于弱鋁質(zhì)巖石系列區(qū)域，表明巖漿具有殼源特征，總體上與岡底斯帶中西部地區(qū)的典中組火山巖較為相似（胡新偉等，2007；謝克家等，2011；岳相元，2012，鮑春輝，2014）。

表2 孔隆地區(qū)典中組火山巖的主量元素（%）、微量和稀土元素（10-6）分析結(jié)果表Tab.2 Whole-rock geochemical data of Dianzhong Formation volcanic rocks in Konglong area

圖5 西藏孔隆鄉(xiāng)地區(qū)火山巖樣品TAS 分類圖Fig.5 TAS diagram of volcanic rock samples in Konglong Township,Tibet

圖6 K2O-SiO2 圖解（a）和A/NK-A/CNK 圖解（b）Fig.6 (a) K2O-SiO2 diagram and (b) A/NK-A/CNK diagram

樣品稀土元素含量及相關(guān)特征值見表2。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（圖7a）中，呈多峰多谷的右傾型分布，樣品普遍富集大離子親石元素Rb、K、U 等，虧損高場強(qiáng)元素Nb、P 和Ti。稀土元素總量（ΣREE）為139.06× 10-6～190.28×10-6，平均值為173.41×10-6，ΣLREE/ΣHREE 值為6.34～15.42，平均值為10.60。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模式分配模式圖中（圖7b），配分曲線呈右傾，輕重稀土元素分餾明顯（（La/Yb）N=6.74～21.62）。樣品δEu 平均值為0.49，具有明顯Eu、Sr 負(fù)異常，說明巖漿源區(qū)可能存在斜長石的結(jié)晶分離或殘留，δCe 平均值為1.03，具有弱的Ce 異常。

圖7 典中組火山巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（a）和球粒隕石稀土元素配分圖（b）Fig.7 (a) Primitive mantle-normalized trace element spiderdiagram and (b) Chondrite-normalized REE patterns for the Dianzhong Formation volcanic rock

4 討論

4.1 年代學(xué)

林子宗群火山巖的年代學(xué)研究一直是岡底斯帶研究的熱點(diǎn)，前人在這方面做了大量的實(shí)質(zhì)性的工作。區(qū)域上林子宗群火山巖不整合接觸于設(shè)興組（K2sh）及更老的地層之上（李洪梁等，2019），表示該不整合面是由于發(fā)生了重大的地質(zhì)事件所導(dǎo)致的，而典中組的最早年齡是該地質(zhì)事件的最晚時(shí)限（莫宣學(xué)等，2006a；Mo et al.，2008）。但典中組的成巖時(shí)代一直有較大的爭議，在岡底斯帶東部的林周盆地，前人對林周盆地的典中組火山巖進(jìn)行40Ar/39Ar 同位素測年，測得典中組的頂?shù)啄挲g為60.6～64.4 Ma（Zhou et al.，2004；莫宣學(xué)等，2006b）；鋯石U-Pb測年方法測得岡底斯帶東部典中組火山巖年齡范圍在62.6～68.7 Ma（He et al.，2007）；林周盆地典中組火山巖的年齡分別為62～64 Ma 和 59～66 Ma（Huang et al.，2015；陳貝貝等，2016），故岡底斯帶東段典中組火山巖最早年齡目前被限定約為68.7 Ma。

岡底斯帶中段典中組年代學(xué)研究相對較少。梁銀平等測得朱諾地區(qū)典中組頂部火山巖的鋯石U-Pb年齡為 64.8 Ma（梁銀平等，2010）；岡底斯帶中段的措麥地區(qū)典中組鋯石U-Pb 年齡為65～70 Ma（于楓等，2010）；岡底斯帶中段桑桑地區(qū)典中組底部火山巖年齡為 69.9 Ma（謝冰晶等，2013）；查孜地區(qū)的典中組鋯石U-Pb 年齡為70.7 Ma，是目前報(bào)道的岡底斯帶中部最老年齡（李勇等，2018）。

岡底斯帶西段獅泉河地區(qū)典中組底部火山巖年齡分別為64.2 Ma 和64.5 Ma（王喬林，2011）；岡底斯帶西段達(dá)若地區(qū)典中組火山巖年齡為61.9 Ma（李洪梁等，2019）；岡底斯帶西段獅泉河地區(qū)典中組火山巖年齡為67.1～70.8 Ma（曹延等，2020），該年齡為岡底斯帶西段林子宗典中組火山巖最老的年齡。

印度和歐亞大陸碰撞的時(shí)限一直是區(qū)域研究的熱點(diǎn)，前人研究表明林子宗群火山巖是印度-歐亞大陸碰撞的結(jié)果，并且典中組底部的火山巖年齡可以代表碰撞的開始時(shí)間（莫宣學(xué)等，2003；李皓揚(yáng)等，2007；Mo X X et al.，2008），所以典中組底部的年齡對限定碰撞時(shí)限，進(jìn)一步解釋碰撞方式具有重要意義。岡底斯東、中、西段典中組火山巖年齡如圖8 所示，典中組火山巖的成巖年齡大致為60～70 Ma，并且典中組底部火山巖的年齡在岡底斯帶表現(xiàn)得并不一致，具體為中西段比東段要略早（Barth et al.，2000）。筆者用于鋯石U-Pb 測年得樣品采自于昂仁縣孔隆鄉(xiāng)地區(qū)林子宗群火山巖典中組頂部，測得凝灰?guī)r的鋯石U-Pb 年齡為（62.70±0.83）Ma，由于采樣位置比較接近于上覆的年波組火山巖，故該樣品年齡可以代表比較新的典中組火山巖年齡，這也說明底部典中組火山巖年齡要比62.7 Ma 更老，通過以上對比并結(jié)合前人的研究成果，間接支持了印度-亞洲大陸碰撞的穿時(shí)性這一觀點(diǎn)，說明中西部要早于東部。

圖8 林子宗群火山巖分布簡圖Fig.8 A simplified diagram of the distribution of volcanic rocks in the Linzizong Group

4.2 巖漿源區(qū)及構(gòu)造背景

酸性火山巖一般有兩種成因，一種是由幔源基性巖漿分異而來；另一種是地殼重熔作用的產(chǎn)物。文中酸性巖更可能為地殼重熔而來，包括以下5 點(diǎn)原因：①研究區(qū)中基性巖漿巖出露較少，主要出露一套中酸性火山碎屑熔巖和火山碎屑巖（1∶5 萬孔隆鄉(xiāng)幅），幔源基性巖漿的結(jié)晶分異不太可能形成如此大規(guī)模的酸性火山巖噴發(fā)。②文中樣品的SiO2含量較高（平均值75.93%），富堿（K2O+Na2O 平均值為8.01%），稀土元素含量高，輕、重稀土分餾明顯，普遍富集大離子親石元素Rb、K、U 等，虧損高場強(qiáng)元素Nb、P 和Ti，具有明顯的殼源巖漿的特征。③樣品Nb/Ta 值為9.6～11（平均值為10.3），接近地殼平均值（12～13）（Barth et al.，2000），與原始地幔平均值17.8 差距較大（Mcdonough et al.，1995）。④在稀土元素La-La/Sm比值圖解（圖9）中，樣品具有部分熔融趨勢，并且樣品微量元素Nb/La 值為0.16～0.33，均小于1，顯示巖漿在上升過程中受到了地殼的混染（Bruno et al.，2004；陳寧等，2023）。⑤樣品的Cr、Ni 等相容元素含量較低，Mg#值（平均值 為12.7）低于大陸地殼的值（44.8～55.3），且明顯偏離玄武質(zhì)巖漿（68～75）（Green，1976），表明巖漿源區(qū)有下地殼部分熔融作用并經(jīng)歷過鐵鎂質(zhì)礦物的分異作用。綜上所述，西藏孔隆鄉(xiāng)地區(qū)典中組火山巖巖漿可能是殼源物質(zhì)經(jīng)不同程度的部分熔融形成。

圖9 典中組火山巖部分熔融與分離結(jié)晶作用圖解Fig.9 Diagram of partial melting and separation crystallization of volcanic rocks of the Dianzhong Formation

研究區(qū)的典中組火山巖整體為一套酸性、過鋁質(zhì)的高鉀鈣堿性-鈣堿性巖石，表現(xiàn)為碰撞造山的特點(diǎn)。且地殼物質(zhì)對巖漿有明顯影響；樣品固結(jié)指數(shù)SI值為1.06～1.9，均值為1.5，屬于非常低的范疇，說明研究區(qū)典中組火山巖分異很徹底，酸性程度高。一般認(rèn)為，火山巖的堿度指數(shù)低且變化區(qū)間小指示該火山巖一般形成于島弧和活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境（鮑春輝，2014），樣品堿度指數(shù)AR值為2.74～4.99，堿度指數(shù)低，變化區(qū)間小，顯示島弧和活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境特征。在Y+Nb-Rb 構(gòu)造判別圖解上（圖10），樣品全部落入火山弧環(huán)境，且靠近同碰撞區(qū)和板內(nèi)區(qū)，說明典中組火山巖構(gòu)造環(huán)境較復(fù)雜，形成于火山弧型構(gòu)造環(huán)境，并且向同碰撞及板內(nèi)環(huán)境過渡，與岡底斯帶中西部桑桑地區(qū)和措勤地區(qū)特征一致（謝克家等，2011）。

5 結(jié)論

（1）西藏孔隆鄉(xiāng)地區(qū)典中組火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb 年齡為（62.70±0.83）Ma，指示其形成時(shí)代為古近紀(jì)古新世，通過對比分析，暗示印度-亞洲大陸碰撞的穿時(shí)性這一觀點(diǎn)，說明中西部要早于東部。

（2）西藏孔隆鄉(xiāng)地區(qū)典中組火山巖為一套酸性、弱鋁質(zhì)的高鉀鈣堿性-鈣堿性巖石，具有高Si、富堿，且稀土元素含量高，輕、重稀土分餾明顯，富集大離子親石元素Rb、K、U 等，虧損高場強(qiáng)元素Nb、P 和Ti，具有明顯的殼源巖漿的特征，可能是殼源物質(zhì)不同程度重熔作用的產(chǎn)物。

（3）西藏孔隆鄉(xiāng)地區(qū)典中組火山巖形成于火山弧型構(gòu)造環(huán)境，并且有同碰撞及板內(nèi)環(huán)境過渡的趨勢。