西藏谢通门县切琼地区典中组流纹岩锆石U-Pb年龄、Hf同位素及地球化学特征

曾 成, 闫茂强, 沈志远, 高 强, 魏俊浩*, 毛国正, 邓永明

西藏谢通门县切琼地区典中组流纹岩锆石U-Pb年龄、Hf同位素及地球化学特征

曾 成1, 闫茂强1, 沈志远1, 高 强1, 魏俊浩1*, 毛国正2, 邓永明2

(1. 中国地质大学(武汉) 资源学院, 湖北 武汉 430074; 2. 西藏工程勘查施工(集团)有限公司, 西藏 拉萨 850000)

西藏中拉萨地块切琼地区广泛发育的林子宗群火山岩被认为是印度大陆与亚洲大陆碰撞火山作用的响应, 对于揭示大陆碰撞的时限和过程具有重要的意义。本文对区内流纹岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、Hf同位素及全岩元素地球化学研究, 结果显示: 研究区流纹岩年龄为67.1±0.1 Ma, 符合林子宗群典中组火山岩年龄范围。该流纹岩具有富Si、高K、低Ti、过铝质特征; 富集轻稀土元素, 亏损重稀土元素, (Gd/Yb)N=0.57～1.16, 普遍出现负Eu异常(δEu=0.05～0.08), 相对富集大离子亲石元素(Pb、Rb、Th、U), 亏损高场强元素(P、Ti), 并且明显亏损 Ba和Sr, 属于高钾钙碱性过铝质系列, 具有陆源弧火山岩的特点; 锆石176Hf/177Hf值在0.282673～0.282804之间,Hf()在−2.1～+2.3之间, 平均为−0.6,2DM变化于875～1117 Ma之间。综合分析表明, 切琼地区林子宗群典中组流纹岩形成于俯冲构造环境, 源于古老地壳物质再循环, 且混染了少量幔源物质。对比区域上相关矿床, 结合切琼地区已发现矿点, 表明切琼地区典中组火山岩具有一定寻找浅成低温热液型、矽卡岩型矿床的潜力。

林子宗群; 典中组; 流纹岩; 晚白垩世; 中拉萨地块

0 引 言

印度‒亚洲大陆碰撞作为地球上重大的地质事件之一, 一直是国内外地学工作者关注的焦点。近30年来, 众多地质学家在沉积地层(DeCelles et al., 2004, 2014; Zhu et al., 2005; Najman et al., 2010; Cai et al., 2011; Roddaz et al., 2011; Wang et al., 2011; Hu et al., 2012a, 2016; Orme et al., 2015)、古地磁(Dupont-Nivet et al., 2010; Yi et al., 2011; Meng et al., 2012; Lippert et al., 2014; Huang et al., 2015)和超高压变质(O’brien et al., 2001; Leech et al., 2005;Donaldson et al., 2013)等方面研究对印度‒亚洲大陆碰撞的认识取得了巨大的进展(Wang et al., 2014)。印度‒亚洲大陆碰撞经历了从弧‒陆碰撞到陆‒陆碰撞复杂的演化过程(潘桂棠等, 2006; 侯增谦等, 2006a, 2006b; 莫宣学和潘桂棠, 2006; 朱弟成等, 2008; Zhu et al., 2013; 丁林等, 2017; Liu et al., 2018; Colleps et al., 2020), 从洋壳的俯冲到后续碰撞造山, 并伴随着大量的岩浆作用, 关于岩石成因和形成机制的研究对认识和了解造山作用、深部动力学过程, 以及限定初始碰撞时限具有重要意义。林子宗群火山岩作为中、新生代岩浆作用重要的产物, 广泛分布于拉萨地块南部, 西起狮泉河, 东至拉萨东, 构成一条长达1000 km的火山岩带, 总厚约5000 m。自下而上, 林子宗群分为典中组、年波组和帕那组(莫宣学等, 2003; 董国臣等, 2005; 侯增谦等, 2006b), 具有由钙碱性的陆缘弧火山岩经钙性‒钙碱性的陆缘弧‒陆内火山岩到高钾钙碱性‒钾玄岩系列的板内火山岩过渡的地球化学特征(Mo et al., 2007, 2008; Lee et al., 2009), 一定程度上记录了新特提斯洋俯冲消减过渡到印度‒亚洲大陆碰撞的过程(莫宣学等, 2003; Ding, 2003)。处于林子宗群底部的典中组火山岩, 与下伏地层为区域性角度不整合接触, 该不整合关系被认为可能代表了印度大陆与亚洲大陆之间的碰撞事件。因此对典中组火山岩的研究, 可以更好地揭示该地区碰撞开始的时限与过程(莫宣学等, 2003, 2007, 2009; 莫宣学和潘桂棠, 2006; Lee et al., 2009, 2012)。

近年来, 林子宗群典中组火山岩的研究区域, 由早期的拉萨地块东部林周地区(90°E以东)(李皓扬等, 2007; He et al., 2007; Lee et al., 2012; 杨辉等, 2013; Huang et al., 2015; Zhu et al., 2015; 陈贝贝等, 2016; 唐攀等, 2018; Yan et al., 2019; 韦乃韶等, 2019), 逐渐扩大到拉萨地块的中部(84°E～90°E)(胡新伟等, 2007; 李再会等, 2008; 梁银平等, 2010; 谢冰晶等, 2013; 张小强, 2013; 丁帅等, 2017; 付燕刚, 2017; 李勇等, 2018; 周鹏等, 2019)和西部(84°E以西)(王乔林, 2011; Jiang et al., 2018; 姜军胜, 2018; 曹延等, 2019), 进一步完善了林子宗群典中组火山岩系的年代学框架、岩石成因及构造背景体系。另一方面, 随着找矿工作的进行以及成岩成矿研究的不断深入, 在林子宗群典中组火山岩中发现了一批多金属矿床, 比如斯弄多浅成低温热液型Ag-Pb-Zn矿床(唐菊兴等, 2016; 付燕刚等, 2017)、仁堆Pb-Zn矿床(张小强, 2013)、诺仓Pb-Zn(Cu)矿床、北纳Pb-Zn(Cu)矿床、打加错Ag-Pb-Zn矿床等(姜军胜, 2018), 呈现出林子宗群典中组火山岩较好的找矿潜力, 拓展了对其研究的意义。

本次对研究程度较低的拉萨地块中段切琼地区林子宗群典中组火山岩进行了详细的剖面观察, 并针对区内广泛出露的流纹岩进行岩相学观察、LA-ICP-MS锆石U-Pb定年、锆石Hf同位素及岩石地球化学研究, 同时与拉萨地块东段、中段和西段出露的典型典中组火山岩进行对比, 探讨其形成时代、岩石成因及构造环境, 丰富和完善林子宗群典中组火山岩的研究, 为讨论典中组火山岩区域性变化特征与成矿潜力提供基础资料。

1 地质背景与岩石特征

拉萨地块是指位于青藏高原南部的印度河‒雅鲁藏布江缝合带(IYZSZ)与北部的班公湖‒怒江缝合带(BNSZ)之间近东西向的狭长地域。根据基底岩石和沉积盖层的差异, 以沙莫勒‒麦拉‒洛巴堆‒米拉山断裂(SMLMF)和狮泉河‒永珠‒纳木错‒嘉黎蛇绿混杂岩带(SYNJF)为界, 由南向北将拉萨地块划分为南拉萨地块、中拉萨地块和北拉萨地块(图1b; Zhu et al., 2011, 2013)。

切琼地区大地构造位置处于中拉萨地块中段南部(图1b), 措勤‒纳木错初始弧间裂谷盆地的西段。林子宗群火山岩在切琼地区出露面积约893.3 km2, 不整合覆盖于石炭系永珠组(C1-2)、上石炭统‒下二叠统拉嘎组(C2～P1)、二叠系昂杰组(P1)之上, 其上被乌郁群(N2)及第四系(Q)覆盖。该火山岩大部分为典中组火山岩, 仅在西南角出露少量年波组火山岩(图2)。通过详细的野外剖面观察, 切琼地区典中旋回由18个韵律组成, 岩性及厚度如图3所示, 典中组火山岩系在该区出露厚达766 m, 上覆年波组为含角砾晶屑凝灰岩, 下伏昂杰组为石英砂岩, 因剖面位置昂杰组出露较少, 在图2中未体现。典中组火山活动多以喷溢‒爆发为主, 也有喷(爆)发‒喷溢‒沉积方式。岩石成分总体上具有从早到晚由中性向中酸性(酸性)演化的特征。火山活动较强烈, 爆发指数为15%～23%, 早期爆发较强烈, 中晚期以喷溢为主, 属陆相喷发产物。整个切琼地区, 空间上, 火山岩东西方向上岩性及厚度变化不大, 南北方向上变化较大, 以爆发相的酸性岩石为主, 溢流相的岩石次之, 并以沉积夹层的相对发育为特征; 时间上, 其下部以爆发相和溢流相互层为特征, 主要岩石类型有英安质晶屑凝灰岩, 流纹质含角砾晶屑凝灰岩、晶屑凝灰岩、安山岩、英安岩、流纹岩; 中部以发育爆发相和沉积相为特征, 其岩石类型有火山角砾岩、英安岩或流纹质含角砾晶屑凝灰岩、英安质玻屑凝灰熔岩、含砾杂砂岩、杂砂岩、细砂岩; 上部以爆发相和溢流相为主, 分为上、下两段, 下段以火山碎屑岩为主, 其岩石类型有英安质火山角砾岩、英安质晶屑玻屑凝灰岩、凝灰岩和流纹质晶屑凝灰熔岩, 上段以熔岩为主, 次为碎屑岩和沉积岩, 其岩石类型有似球粒流纹岩、流纹质晶屑凝灰岩、硅质岩, 自下而上火山活动具有弱→强→弱的演化特征。野外宏观观察结果表明, 典中组火山岩多呈层状、似层状产出, 沉积夹层较少, 表现为火山物质的正常堆积, 地层结构主要为熔岩与火山碎屑岩互层特征。根据矿调报告(西藏自治区地质调查院, 2016), 在切琼地区林子宗群火山岩中发现铅锌矿、铜多金属矿、银矿等多个矿点, 展现出较好的找矿潜力。其中, 查嘎勒姐矿点赋存在典中组火山角砾岩裂隙中, 色拉铅锌矿化点赋存在残留于典中组火山角砾岩中的泥质粉砂岩内, 均与典中组火山岩密切相关。

图1 西藏拉萨地块林子宗群火山岩及部分典中组年龄分布简图(据Zhu et al., 2011修改)

1. 第四系; 2. 乌郁群碎屑岩段; 3. 年波组火山岩; 4. 典中组火山岩; 5. 敌布错组; 6. 二叠系; 7. 拉嘎组; 8. 永珠组; 9. 始新世二长花岗岩; 10. 晚三叠世二长花岗岩; 11. 断层; 12. 地质界线; 13. 不整合界线; 14. 磁铁矿点; 15. 铅锌矿点; 16. 铜多金属矿点; 17. 银矿点; 18. 实测剖面位置; 19. 采样点。

图3 切琼地区典中组火山岩柱状图

用于锆石U-Pb定年、Hf同位素及岩石地球化学分析的样品均为流纹岩, 采样位置见图2。流纹岩, 主要分布于研究区东南部, 岩石呈浅灰、浅黄色(图4b), 球粒结构(图4c), 块状构造、流纹构造(图4d), 主要由变余长英质球粒(70%)、石英(10%)、蚀变长石(15%)、褐铁矿(2%)和少量蚀变钾长石斑晶等组成。变余长英质球粒呈球粒状, 粒度多为0.2 mm左右, 具长石泥雾状蚀变, 部分球粒变质重结晶成显微文象长石状, 但仍显示放射状结构。石英呈不规则粒状, 多数粒度小于0.1 mm, 充填于球粒之间, 少数石英粒度稍大, 达0.2 mm×0.4 mm。蚀变长石呈不规则粒状, 粒度多小于0.1 mm, 具泥雾状蚀变, 偶见聚片双晶, 既有斜长石, 也有钾长石。褐铁矿呈红褐色, 褐黑色, 不规则团块状, 团块粒度达0.6 mm,为原岩磁铁矿风化而成。蚀变钾长石斑晶(图4d)呈自形‒半自形板状, 粒度大者达1.6 mm×2.4 mm, 发育泥状高岭石化、绿帘石化。

2 分析方法

2.1 LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和Hf同位素测试

本文用于锆石U-Pb定年的样品为流纹岩(-Zr), 岩石新鲜且表面经过打磨清理。锆石分选由廊坊岩拓地质服务有限公司完成, 挑选晶形完好、未蚀变的锆石颗粒制成样品靶。锆石阴极发光图像拍摄在武汉上谱分析科技有限责任公司完成, 仪器为高真空扫描电子显微镜(JSM-IT100), 配备有GATAN MINICL系统。

锆石U-Pb同位素定年和微量元素含量在武汉上谱分析科技有限责任公司利用LA-ICP-MS同时分析完成。详细的仪器参数和分析流程见Zonget al., (2010)。本次分析的激光束斑为32 µm, 频率为5 Hz。U-Pb同位素定年和微量元素含量处理中采用锆石标准91500和玻璃标准物质NIST610作外标分别进行同位素和微量元素分馏校正。数据的离线处理采用软件ICPMSDataCal(Liuet al., 2008, 2010)完成。锆石U-Pb年龄谐和图绘制和加权平均年龄计算采用Isoplot/Ex_ver3(Ludwig, 2003)软件完成。

锆石原位微区Hf同位素测试在武汉上谱分析科技有限责任公司利用Neptune型多接收等离子体质谱仪和Geolas Pro型激光剥蚀系统联用的方法完成, 详细的分析流程见Hu et al. (2012b)。Hf同位素测试点位置与U-Pb测试点位置一致, 测试束斑直径为32 μm。

(a) 岩石露头; (b) 流纹岩手标本照片; (c) 流纹岩球粒结构(正交偏光); (d) 流纹构造、蚀变钾长石斑晶(正交偏光)。矿物代号: Qtz. 石英; Kfs. 钾长石。

2.2 岩石地球化学测试

样品全岩主量、微量和稀土元素测试均在澳实分析检测(广州)有限公司完成。主量元素分析釆用ME-XRF26d X射线荧光光谱仪熔融法完成, 微量和稀土元素分析采用M61-MS81电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)完成, 主量元素分析精度和准确度优于5%, 微量和稀土元素分析精度和准确度优于10%。

3 分析结果

3.1 LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄

切琼地区典中组流纹岩样品(-Zr)LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试结果见表1。锆石均为无色透明, 颗粒自形程度较好, 多为自形‒半自形晶体, 粒径在80～200 μm之间, 长宽比为1∶1～3∶1。从CL图像(图5)可见, 所有锆石均发育典型的岩浆振荡环带(Wildeet al., 2001)。数据显示Th/U值为0.56～2.70, 均值为1.12, 具典型的岩浆锆石特征(吴元保和郑永飞, 2004)。25个测试点中除2个不谐和点(点4和 23)外, 其余23个测试点206Pb/238U年龄分布在67.0～67.6 Ma之间, 在谐和图上测试点均位于谐和线上或谐和线附近(图6a),206Pb/238U加权平均年龄为67.1±0.1 Ma (MSWD=0.20)。因此, 该流纹岩的形成年龄为67.1± 0.1 Ma, 为晚白垩世岩浆作用的产物。

3.2 全岩地球化学特征

为探讨切琼地区林子宗群火山岩的地球化学特征, 对6件流纹岩样品进行了主量、微量和稀土元素分析, 分析结果见表2。本次测试样品均采自地表新鲜露头且不含裂隙与细脉, 全岩烧失量均小于3%, 表明测试的岩石样品不受后期风化作用, 或受后期风化作用以及流体作用的影响较小。

3.2.1 主量元素

流纹岩样品的SiO2含量普遍较高, 在75.93%～ 79.75%之间, 平均含量为78.18%; 全碱K2O+Na2O含量为5.82%～7.99%, 平均含量为7.16%; 其中K2O含量为3.23%～5.10%, 平均含量为4.18%; Na2O含量为2.18%～3.52%, 平均含量为2.98%, K2O/Na2O值为0.96～2.01, 平均值为1.45。在火山岩TAS图中, 6件样品全部投在流纹岩区域, 且处于亚碱性范围内(图7a);在K2O-SiO2图中, 6件样品中主要投在高钾钙碱性系列区域, 部分处于高钾钙碱性系列与钙碱性系列界线附近(图7c)。Al2O3含量相对较高, 在11.58%～ 13.30%之间, 平均含量为12.41%; A/CNK值为1.19～ 1.61, 均大于1, 平均值为1.32, 在铝饱和指数图解中, 6件样品全部投在过铝质区域(图7d)。因此, 该火山岩样品为过铝质钙碱性‒高钾钙碱性流纹岩, 与已报道的拉萨地块中段典中组火山岩特征基本一致。

表1 切琼地区流纹岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果

图5 切琼地区流纹岩锆石阴极发光图像(括号内为εHf(t)值, 年龄单位: Ma)

图6 切琼地区流纹岩锆石U-Pb年龄谐和图

表2 切琼地区典中组流纹岩全岩地球化学分析结果

续表2:

注: 主量元素(%), 微量和稀土元素(×10−6), LOI为烧失量, A/NK=Al2O3/(Na2O+K2O)(摩尔比), A/CNK=Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)(摩尔比), 戈蒂里指数=(Al2O3−Na2O)/TiO2, 里特曼指数=(Na2O+K2O)2/(SiO2−43), δEu=2×EuN/(SmN+GdN), 下标N表示球粒陨石标准化后数值, 标准化值据Sun and McDonough, 1989。

3.2.2 微量元素

原始地幔标准化微量元素蛛网图呈现多峰多谷的右倾模式(图8a), 可以看出, 该流纹岩相对富集Pb、Rb、Th、K、U等元素, 亏损Ba、Ti、P、Sr等元素。Zr/TiO2-Nb/Y图解也进一步确定该火山岩为流纹岩(图7b)。

3.2.3 稀土元素

该流纹岩样品稀土元素总量为73.5×10−6～ 172×10−6, 整体偏高且变化较大。其中轻稀土元素(LREE)含量为47.3×10−6～149×10−6, 重稀土元素(HREE)含量为19.6×10−6～26.2×10−6, LREE/HREE值介于1.80～6.90之间, (La/Yb)N为1.31～5.51, 具明显的轻重稀土元素分异, 相对富集轻稀土元素, 亏损重稀土元素; (Gd/Yb)N为0.574～0.960, 表明重稀土元素未发生分馏。球粒陨石标准化稀土元素分布型势图(图8b)呈明显的右倾模式, 具有显著的负Eu异常(δEu=0.05～0.07)等特点。

3.3 锆石Hf同位素

切琼地区典中组流纹岩锆石Hf同位素测试结果见表3。样品中23颗锆石176Hf/177Hf值在0.282673～ 0.282804之间, 平均为0.282716;Hf()在−2.1～2.3之间, 平均为−0.6, 大部分小于0(图9b、c); 对应的二阶段模式年龄(2DM)变化于875～1117 Ma之间, 平均为1037 Ma(图9a)。

4 讨 论

4.1 火山岩形成时代

切琼地区典中组流纹岩加权平均年龄为67.1± 0.1 Ma, 其代表了该火山岩的形成时代, 与拉萨地块中段典中组火山岩的形成年龄(70.89～57.42 Ma)相符。

在林子宗群火山岩研究早期, 一批学者对林周盆地林子宗群火山岩进行系统的40Ar-39Ar同位素测年, 给出了林子宗群典中组火山岩与下伏地层间不整合形成最晚时限为65 Ma左右(莫宣学等, 2003; 周肃等, 2004; 董国臣等, 2005)。目前已有数据表明, 整个拉萨地块林子宗群典中组火山岩年龄为70.89～ 57.42 Ma(图10), 其中拉萨地块东段典中组火山岩年龄为70.89～58.30 Ma(李皓扬等, 2007; He et al., 2007; 杨辉等, 2013; Huang et al., 2015; Zhu et al., 2015; 陈贝贝等, 2016; 唐攀等, 2018; Yan et al., 2019; 韦乃韶等, 2019; 周鹏等, 2019), 拉萨地块中段典中组火山岩年龄为70.70～57.42 Ma(梁银平等, 2010; 谢冰晶等, 2013; 张小强, 2013; 付燕刚, 2017; 丁帅等, 2017; 李勇等, 2018; 陈兰朴等, 2019), 拉萨地块西段典中组火山岩年龄为70.80～64.25 Ma(王乔林, 2011; 姜军胜, 2018; 曹延等, 2019)。综合前人资料表明, 拉萨地块林子宗群典中组火山岩的活动时间为晚白垩世至始新世, 且具有东段、中段比西段持续时间长的特点。

4.2 岩石成因

酸性火山岩是岩浆演化最后阶段的产物, 是活动大陆边缘、大陆裂谷以及大火山岩省等大陆火成作用的重要组成部分(McCulloch et al., 1994; Feeley and Dungan, 1996; Pankhurst et al., 2000; Riley et al., 2001; Miller and Harris, 2007), 其成因研究对认识大陆地壳演化过程具有重要意义(Annen et al., 2006)。研究区典中组流纹岩为过铝质钙碱性‒高钾钙碱性流纹岩, SiO2含量普遍较高(75.93%～79.75%, 平均值为78.18%), 为典型的酸性岩石。

从岩石地球化学特征可以看出, 该样品过铝质特征明显, 相对富集大离子亲石元素Rb、Th、U和K, 亏损高场强元素Ti、P和大离子亲石元素Ba、Sr。轻重稀土元素分异明显, 相对富集轻稀土元素, 亏损重稀土元素, 负Eu异常特征显著。通过与拉萨地块中段已报道的谢通门(李再会等, 2008)、朱诺(梁银平等, 2010)、厅宫(周鹏等, 2019)、孔隆‒丁仁勒(谢冰晶等, 2013)、斯弄多(丁帅等, 2017)等地区典中组火山岩的岩石地球化学特征对比分析, 切琼地区流纹岩与拉萨地块中段其他地区典中组火山岩具有一致的陆缘弧火山岩的特点。

数据来源: 谢通门地区据李再会等, 2008; 朱诺地区据梁银平等, 2010; 孔隆至丁仁勒地区据谢冰晶等, 2013; 南木林地区据丁帅等, 2017; 厅宫地区据周鹏等, 2019。底图a图据Middlemost, 1994; b图据Winchester and Floyd, 1977; c图据Peccerillo and Taylor, 1976; d图据Maniar and Piccoli, 1989。

拉萨地块中段数据来源同图7, 球粒陨石和原始地幔标准化数据Sun and McDonough, 1989。

表3 切琼地区典中组流纹岩的锆石Hf同位素分析结果

注:Lu/Hf=(176Lu/177Hf)s/(176Lu/177Hf)CHUR−1,Hf()=10000×{[(176Hf/177Hf)s−(176Lu/177Hf)s×(e−1)]/[(176Hf/177Hf)CHUR, 0−(176Lu/177Hf)CHUR×(e−1)]−1},DM= 1/λ×ln{1+[(176Hf/177Hf)s−(176Hf/177Hf)DM]/[(176Lu/177Hf)s−(176Lu/177Hf)DM,DM2=DM(Hf)−(DM(Hf)−)×[(cc−s)/(cc−DM)], (176Lu/177Hf)CHUR=0.0332, (176Hf/177Hf)CHUR, 0=0.28272(Blichert-Toft et al., 1997), (176Lu/177Hf)DM=0.0332, (176Hf/177Hf)DM=0.282772(Griffin et al., 2000),cc=0.015,DM= −0.548,=1.867×10−11a−1(Söderlund et al., 2004),为对应锆石的年龄。

数据来源: 林周地区据李皓扬等, 2007; 新嘎果地区据唐攀等, 2018; 南木林地区据付燕刚, 2017; 拉萨基底据Zhu et al., 2011。

数据来源: (1) 拉萨地块东段据李皓扬等, 2007; He et al., 2007; 杨辉等, 2013; Huang et al., 2015; Zhu et al., 2015; 陈贝贝等, 2016; 唐攀等, 2018; Yan et al., 2019; 韦乃韶等, 2019; 周鹏等, 2019; (2) 拉萨地块中段据梁银平等, 2010; 谢冰晶等, 2013; 张小强, 2013; 付燕刚, 2017; 丁帅等, 2017; 李勇等, 2018; 陈兰朴等, 2019; (3) 拉萨地块西段据王乔林, 2011; 姜军胜, 2018; 曹延等, 2019。

流纹岩岩浆源区方面, 该样品具有较低Cr(8.00×10−6～17.0×10−6)和Ni(0.40×10−6～0.80×10−6)含量, 其更接近地壳来源(地壳Cr和Ni含量分别约为5.00×10−6～33.0×10−6和3.00×10−6～39.0×10−6; Lara et al., 2017)。大离子亲石元素Ba和Sr出现明显的负异常, 也指示岩浆源区中有地壳物质参与(赵志丹等, 2001; 丁枫等, 2017; 唐攀等, 2018)。另一方面, 该火山岩的Th/U值为4.23～8.26(平均值为6.13); Nb/Ta值为11.57～13.14(平均值为12.69), 显示壳幔混合的特点(下地壳Th/U值为3.80～6.00, 原始地幔Th/U值为4.00, 幔源岩浆Nb/Ta值为17.5±2, 壳源岩浆Nb/Ta值为11.0～12.0; Gao et al., 2004)。

鉴于锆石Hf同位素在地质演化示踪上的优越性, 其被广泛应用到岩浆源区研究中(吴福元等, 2007)。在拉萨地块东段, 李皓扬等(2007)、唐攀等(2018)分别对林周盆地典中组最底部英安质火山角砾岩和新嘎果地区典中组流纹质岩屑晶屑凝灰岩进行锆石Hf同位素研究, 得到了相似的Hf()值和2DM, 其Hf()均为正值(Hf()=+0.5～+9),2DM在556～1104 Ma之间, 表明拉萨地块东段典中组火山岩主要来源于地幔组分, 但混染了古老地壳物质。在拉萨地块中段, 付燕刚(2017)对南木林地区典中组火山岩进行锆石Hf同位素原位分析, 两套样品Hf()在正负值范围内波动(−4.7～+3.5与−5.2～+2), 均值小于0,2DM在933～1548 Ma之间, 表明了该火山岩为壳幔互相作用的产物。在拉萨地块西段, Jiang et al. (2018)对诺仓地区典中组玄武质‒安山质晶屑凝灰岩和同期的花岗斑岩分别进行Sr-Nd同位素研究(Nd()= −5.9～−4.3)与锆石Hf同位素研究(Hf()=−22～−6, 均值为−13.3), 结合地球化学特征, 认为该地区典中组中酸性火山岩主要来源于古拉萨地块基底物质的重熔, 并混入了少量幔源物质。

研究区典中组流纹岩锆石Hf同位素研究结果显示,Hf()值在−2.1～+2.3之间, 平均值为−0.6, 大部分小于0(图9b、c), 对应的二阶段模式年龄2DM变化于875～1117 Ma之间, 平均为1037 Ma(图9a), 表明源区有少量幔源岩浆加入, 但大部分为先存古老地壳组分的改造、再循环。对比前人研究成果, 进一步证实了于枫等(2010)通过对比措麦地区与林周地区林子宗群火山岩Sr-Nd-Pb同位素组成, 得出拉萨地块地壳基底组成不均一性的结论。拉萨地块东段火山岩主要来源于地幔组分, 并在岩浆演化过程中混染了古老地壳(Mo et al., 2007, 2008; 韦乃韶等, 2019); 拉萨地块西段火山岩可能源于幔源岩浆与壳源物质间的相互作用(王乔林, 2011), 或者主要来源于古拉萨地块基底物质的重熔, 并混入了少量幔源物质(Jiang et al., 2018); 拉萨地块中段林子宗群中酸性火山岩为地幔源区基性分异岩浆和陆壳重熔的酸性岩浆按不同比例混合而成(梁银平等, 2010), 或主要是古老地壳物质再循环, 并混有少量幔源岩浆。总体看来, 典中组火山岩岩浆源区从东向西幔源组分不断减少, 而古老地壳物质增多的变化趋势愈加明显, 预示拉萨地块中段和西段存在古老结晶基底的可能。

另一方面, 拉萨地块中段林子宗群典中组火山岩显示了较大范围的Sr/Nd和Ba/Th变化值以及较小Th/Yb和Th/Nb变化值(图11a、b), 这一特征与经历了相关流体富集的地幔楔产生的岩浆一致, 反映了典中组火山岩初始岩浆源区流体富集; 岩石相对亏损Ti、P等高场强元素以及明显的陆缘弧火山岩特征, 表明源区经历过由俯冲板片脱水产生的流体交代作用(Rapp et al., 2003; 侯增谦等, 2006a); 从La/Sm-La图解(图12a)可以看出, 切琼地区流纹岩与拉萨地块中段典中组火山岩均表现为主要受部分熔融作用的控制, 暗示俯冲的新特提斯洋壳板片脱水产生的流体交代地幔楔使其发生部分熔融。Inger and Harris (1993)提出Rb/Sr值较高的熔体一般是熔融过程中流体较少的结果, 而Rb/Sr值升高是由于较低程度的部分熔融所致。切琼地区流纹岩Rb/Sr值(20.59～51.81)相对较高, 且Rb/Sr值与Ba含量呈负相关关系, 表明该成岩过程中流体参与较少, 可能来源于白云母的脱水熔融(图12b), 进一步说明该流纹岩岩浆源区也经历了新特提斯洋板片回卷过程中的古地壳的部分熔融。SiO2含量与(La/Sm)N值呈正相关关系, 与(Dy/Yb)N值呈负相关关系(图12c、d), 反映岩浆演化过程中存在一定的角闪石分异结晶(Macpherson et al., 2006)。同时, Ti、P呈负异常, 表明了金红石、磷灰石的残余, Sr和Ba的亏损以及明显的负Eu异常, 说明斜长石和钾长石也经历了一定的结晶分异作用。

综上所述, 切琼地区流纹岩具有陆缘弧火山岩特征, 岩浆源区主要是古老地壳物质再循环, 且混有少量幔源岩浆, 其岩浆演化过程主要受部分熔融控制, 存在一定的结晶分异, 总体显示了具有新特提斯俯冲洋壳、大洋岩石圈地幔与大陆地壳的混合趋势。

4.3 构造环境

研究区典中组火山岩是一套以爆发相、溢流相为主的中性、中酸性和酸性火山岩系, 主要由中性、中酸性熔岩、火山碎屑岩类组成, 是一套从中性火山岩向中酸性(酸性)火山岩, 由钙碱性系列向高钾钙碱性系列连续演化的火山岩组合。地球化学特征表明, 研究区流纹岩属高钾钙碱性系列、少量为钙碱性系列, 反映其发育于挤压造山带(岛弧、活动大陆边缘、陆‒陆与陆内造山带)。在lg-lg图解中, 研究区流纹岩与拉萨地块中段典中组样品全部落入造山带(岛弧及活动大陆边缘)环境区域(图13a), 也进一步表明了研究区流纹岩形成于造山带环境。该流纹岩高Al2O3、低TiO2以及较低的Ni、Cr含量(Ni=0.40×10−6～0.80×10−6, 平均值为0.62×10−6; Cr=8.00×10−6～17.0×10−6, 平均值为12.7×10−6)等特征与岛弧或活动大陆边缘弧环境相吻合; 另一方面, 样品亏损Ti、P等高场强元素, 以及呈轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的右倾稀土元素配分模式, 均指示其具有岛弧或活动大陆边缘火山岩的构造属性, 也表明了该流纹岩是在特提斯洋北向俯冲于亚洲大陆之下的构造背景下形成。在Rb/30-Hf-3Ta图解中, 流纹岩样品与拉萨地块中段典中组火山岩主要落在火山弧区域, 并有向同碰撞‒碰撞后区域演化的趋势(图13b), 暗示典中组火山岩的构造环境可能经历了从俯冲到碰撞的变化过程。岩石成因方面, 该流纹岩主要为古老地壳物质部分熔融产生的酸性岩浆的产物。

拉萨地块中段数据来源同图7, 底图据Jiang et al., 2018。

拉萨地块中段数据来源同图7, 图b据Inger and Harris, 1993。

前人研究认为, 在印度‒亚洲大陆碰撞之前, 新特提斯洋板片以低角度或平向俯冲于亚洲大陆之下(Yin and Harrison, 2000; Ding et al., 2003; Chung et al., 2005; Wen et al., 2008; Lee et al., 2009)。70～40 Ma之间, 新特提斯洋板片以较陡的角度向北俯冲于亚洲大陆之下, 而后经历了新特提斯洋板片的回卷和断裂, 引发了一系列岩浆爆发事件(Wen et al., 2008; Ji et al., 2009; Lee et al., 2012; Zhu et al., 2015)。其中, 新特提斯洋板片陡向俯冲于亚洲大陆之下, 降低了地幔楔初熔温度, 随后俯冲流体交代地幔楔使其熔融(Lee et al., 2009, 2012), 形成基性岩浆, 并在陆壳底部聚集。随着俯冲的不断加深, 新特提斯洋板片发生回卷, 扰动了岩石圈地幔使其产生对流, 产生的热量导致古老地壳发生部分熔融, 进而产生混入少量幔源物质的酸性岩浆。之后, 酸性岩浆与上侵的基性岩浆混合, 形成了典中组火山岩(Chung et al., 2005; 侯增谦等, 2006a; 张小强, 2013)。这一过程常常用来推导随后的俯冲末期和印度‒亚洲大陆碰撞早期的新特提斯洋板片断裂时限问题, 即印度‒亚洲大陆初始碰撞时限(Lee et al., 2009, 2012)。具有陆缘弧火山岩特征的林子宗群典中组火山岩应是新特提斯洋岩石圈北向俯冲的结果, 其年龄应该早于印度‒亚洲大陆碰撞的初始年龄, 其底部年龄可能代表了俯冲作用年龄。现已报道的典中组底部年龄集中在70 Ma左右(李皓扬等, 2007; 王乔林, 2011; 杨辉等, 2013; Zhu et al., 2015; 陈贝贝等, 2016; 唐攀等, 2018; 周鹏等, 2019; 陈兰朴等, 2019), 表明新特提斯洋此时已经陡冲; 而典中组顶部年龄集中在60 Ma(杨辉等, 2013; Zhu et al., 2015; 陈贝贝等, 2016; 陈兰朴等, 2019), 表明印度‒亚洲大陆初始碰撞发生在60 Ma之后。

因此, 根据前人对于典中组火山岩的构造演化的研究, 结合其地球化学特征及构造环境判别图解, 切琼地区流纹岩最有可能形成于俯冲的岛弧环境, 为新特提斯洋板片回卷引发的古地壳熔融的产物。

4.4 成矿潜力分析

在切琼地区, 由于印度‒亚洲陆块的碰撞, 出现大规模的岩浆活动, 使得以高钾钙碱性火山岩为主的典中组火山岩广泛出露, 接触变质、热液蚀变等现象较为普遍, 断裂构造十分发育, 为内生矿产的富集提供了良好的成矿条件, 形成了研究区铅、锌、银、铁等多金属为主的矿产。例如, 查嘎勒姐铅锌矿点, 其含矿岩性为典中组灰黑色火山角砾岩, 金属矿物呈胶结物充填于火山碎屑之间或节理裂隙中; 矿石矿物为方铅矿、磁铁矿, 脉石矿物为白云母、绿帘石、绿泥石等; 围岩蚀变主要有绿帘石化、绿泥石化和黄铁矿化等; 该矿点类型为火山热液型。色拉铅锌矿(化)点, 含矿岩性为典中组火山角砾岩中残留的泥质粉砂岩, 矿化分布于岩石颗粒孔隙中或节理裂隙面上, 矿化蚀变类型有磁铁矿化、黄铁矿化、角岩化和铅锌矿化等; 矿石矿物主要为铅、锌、褐铁矿等。土壤地球化学显示, Pb、Zn、Cu等成矿元素峰值区与地表矿化体套合较好, 该矿化蚀变与岩浆热液和火山热液先后叠加作用有关。

区域上, 林子宗群典中组火山岩年龄集中在70～60 Ma, 与同一构造背景下的查个勒Pb-Zn矿床(高顺宝等, 2012)、龙根Ag-Zn矿床(段志明等, 2014)等成岩成矿年龄一致。作为重要的赋矿层位, 典中组火山岩区内发现如纳如松多Pb-Zn矿床(纪现华等, 2014)、斯弄多Ag-Pb-Zn多金属矿床(唐菊兴等, 2016; 丁帅等, 2017)等浅成低温热液型矿床, 打加错、诺仓等矽卡岩型Ag-Pb-Zn矿床, 北纳Pb-Zn矿床等热液脉型矿床(姜军胜, 2018)。火山岩源区方面, 冈底斯成矿带中西段林子宗群典中组火山岩受控于拉萨地块地壳基底, 是俯冲和再循环的大陆地壳物质与幔源岩浆混合作用的产物, 有利于铅锌银矿床的形成(黄瀚霄等, 2019)。

拉萨地块中段数据来源同图7; a图据Rittmann, 1971; b图据Harris et al., 1986。

综上所述, 切琼地区大面积出露的林子宗群典中组火山岩, 具有一定的寻找浅成低温热液型、矽卡岩型矿床的潜力。

5 结 论

(1) 切琼地区流纹岩形成于晚白垩世, 锆石U-Pb年龄为67.1±0.1 Ma, 属林子宗群典中组火山岩。拉萨地块林子宗群典中组火山岩喷发时间上具有东段和中段比西段持续时间长的特点。

(2) 切琼地区流纹岩属过铝质钙碱性‒高钾钙碱性系列, 富集大离子亲石元素Rb、Th、U和K, 亏损高场强元素Ti、P和大离子亲石元素Ba、Sr, 富集轻稀土元素, 亏损重稀土元素, 且具有明显的负Eu异常, 总体显示陆缘弧火山岩特征。锆石Hf同位素特征(Hf()=−2.1～+2.3, 平均为−0.6)显示该火山岩岩浆源区主要是古老地壳物质再循环, 并且混有少量幔源成分, 岩浆演化过程中存在一定的结晶分异。与拉萨地块其他地区典中组火山岩的对比表明, 拉萨地块典中组火山岩岩浆源区存在不均一性, 从东向西幔源组分减少而古老地壳物质逐渐增多。

(3) 切琼地区典中组火山岩形成于俯冲的岛弧环境, 具有大陆边缘弧火山岩特征, 为新特提斯岩石圈板片回卷引发的古地壳熔融的主要产物, 具一定的寻找浅成低温热液型、矽卡岩型矿床潜力。

致谢:中国地质大学(武汉)资源学院闫茂强同学和高强同学在野外工作及论文撰写过程中提供了帮助与指导, 中国地质科学院矿产资源研究所唐菊兴研究员和一位匿名审稿人提出了建设性的修改意见, 在此一并致以诚挚的感谢。

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Zircon U-Pb Ages, Hf Isotopes and Geochemistry of the Rhyolite in the Dianzhong Formation from the Qieqiong Area, Xietongmen County, Tibet

ZENG Cheng1, YAN Maoqiang1, SHEN Zhiyuan1, GAO Qiang1, WEI Junhao1*, MAO Guozheng2, DENG Yongming2

(1. Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074, Hubei, China; 2. Tibet Engineering Exploration and Construction (Group) Co., Ltd., Lhasa 850000, Tibet, China)

TheQieqiong area is located in the middle Lhasa block, Tibet, where volcanic rocks of the Linzizong Group are widespread. The Linzizong volcanic succession is regarded as the magmatism response to the continent collision between India and Asia, which is essentially important in discovering the initial collisional time and processes. This paper reports the whole-rock geochemical, Hf isotope and zircon U-Pb geochronological results of the rhyolite in this area. Tthe dating results show that the age of the rhyolite in the study area is 67.1±0.1 Ma and belongs to the volcanic rock of the Dianzhong Formation of the Linzizong Group. Chemical analyses show that the rhyolites in this area have high Si, high K, and low Ti, with peraluminous nature; they are characterized by LREE enrichment and obvious REE differentiation (Gd/Yb)N=0.57–1.16, with significant negative Eu anomalies (δEu=0.05–0.08), they are enriched in LILEs (Pb, Rb, Th and U), depleted in HFSEs (P and Ti), and obviously depleted in Ba and Sr, thus belong to calc-alkalic and peraluminous series with characteristics of continental margin arc volcanic rocks. Zircon grains from the rhyolite have176Hf/177Hf values in the range of 0.282673 to 0.282804,Hf() values in the range of −2.1 to +2.3, and two-stage model ages (2DM) of 875 Ma to 1117 Ma. Overall, the rhyolite in the Dianzhong Formation from the Qieqiong area was formed in a subduction tectonic setting, derived mainly from recycled crustal material, and mixed with a small amount of mantle-derived magma. Considering the related deposits in the area and the discovered ore spots in the Qieqiong area, we suggest that the volcanic rocks of the Dianzhong Formation in the Qieqiong area have promising potential for epithermal and skarn deposits prospecting.

Linzizong Group; Dianzhong Formation; rhyolite; Late Cretaceous; middle Lhasa block

2020-05-22;

2020-11-06

国家自然科学基金项目(41772071)资助。

曾成(1994–), 男, 硕士研究生, 矿产普查与勘探专业。E-mail: 13075979289@163.com

魏俊浩(1961–), 男, 教授, 博士生导师, 从事矿产勘查研究工作。E-mail: junhaow@163.com

P595; P597; P581

A

1001-1552(2022)01-0154-021