冈底斯中段格达地区典中组火山岩锆石U-Pb年龄和地球化学特征

周 鹏， 荣 峰， 周连河， 刘恭喜， 范 源， 万忠焱， 尼玛洛卓

(西藏自治区地质矿产勘查开发局地热地质大队，西藏 拉萨 850000)

0 引言

林子宗火山岩是青藏高原南部广泛发育的新生代火山岩，其与下伏地层之间发育长达约1 500 km的巨大区域性角度不整合，代表了一次重大的地质事件[1-4]，被认为蕴含了新特提斯洋北向俯冲到印度与亚洲大陆碰撞造山的地质信息，备受国内外学者的关注，尤其是下部典中组火山岩的喷发时限和构造环境一直是研究热点[5-27]。前人对典中组同位素年代学进行了大量的研究，获得的年龄主要集中在70.89～60.2 Ma之间[6-8,10-22,25-27]。由于研究角度和方法的不同，部分学者认为这条区域不整合界线在东西方向上存在约5 Ma的时间差异，暗示了碰撞的穿时性[15-16,26-27]； 此外，对典中组形成的构造环境认识仍有争议，一种观点认为是碰撞型[1-4]，另一种观点认为是岛弧型[6-10]，因此，对典中组开展年代学、地球化学研究具有重要意义。本文在西藏厅宫地区1∶5万区域地质调查成果基础上，对格达地区典中组火山岩的形成时代、地球化学特征等进行了深入剖析，综合对比了冈底斯带典中组的活动时限，以期为探讨林子宗火山岩提供新的依据。

1 区域地质背景

冈底斯岩浆带又称为南拉萨地体，北侧以狮泉河—隆格尔—措麦断裂为界，南侧紧邻雅鲁藏布江缝合带，东西长约2 500 km，南北宽150～300 km，面积约450 000 km2，主要出露有岩基和大岩株构成的大规模花岗岩带及同碰撞中酸性火山岩带，两者共同占据冈底斯岩浆带总面积的60%以上[28]。冈底斯岩浆岩带被洛巴堆—米拉山断裂带和狮泉河—永珠—嘉黎带进一步细分为南、中和北冈底斯岩浆岩带[29]，其中南冈底斯带构成了冈底斯岩浆岩带的主体部分，主要由侏罗世—早白垩世沉积地层、新生代火山岩及花岗岩构成。

研究区位于南冈底斯岩浆岩带上，发育近SN、NE及NW向构造，尤以近SN向的控盆断裂为代表，为当雄—羊八井—多庆错活动构造带的组成部分； 岩浆活动极为强烈，大面积出露始新世、中新世侵入岩及林子宗火山岩； 沉积地层分布范围较小，仅在盆地中部一带发育有中—上新统乌郁群和第四系沉积(图1)。

图1 研究区大地构造位置(a)及地质简图(b)(据西藏厅宫地区1∶5万区调资料)

2 岩石学特征

研究区古近纪火山活动强烈，火山岩岩相、岩性复杂，火山构造发育。典中组火山岩分布在格达村东部一带，地层厚度大于1 497 m，其岩石类型主要为火山集块岩、火山角砾岩、流纹岩、安山岩、凝灰角砾熔岩及熔结凝灰岩等，总体呈现出次火山岩相-爆发相-溢流相-火山碎屑流相-空落相的特征(图2)。

图2 研究区典中组地质剖面

用于锆石U-Pb定年的样品采自典中组上部的安山岩，用于主量、稀土和微量元素分析的样品共6件，分别为安山岩、流纹岩、凝灰角砾熔岩和熔结凝灰岩(图2)。安山岩呈紫灰色，斑状结构，基质具半自形粒状结构，块状构造。斑晶为斜长石，含量约30%，粒径0.1～3.5 mm，自形板状，可见聚片双晶发育。基质含量约70%，主要由斜长石、角闪石等组成，其中斜长石无色，粒径0.01～0.05 mm，部分发生绿泥石化； 角闪石含量较少，杂乱分布于岩石中(图3)。

(a) 安山岩岩石近照(b) 显微镜下照片(正交偏光)

3 样品分析方法

选取格达地区典中组进行锆石U-Pb定年，样品采集自该组顶部新鲜且无后期岩脉穿插的安山岩，锆石分选由河北省廊坊区域地质调查所实验室完成，送武汉上谱分析科技有限责任公司进行LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测定。测试采用相干193 nm准分子激光剥蚀系统，激光束斑直径为32 μm，设备为安捷伦电感耦合等离子体质谱仪，微量元素和同位素校正标准样品分别为NIST 610和91500。详细测试方法及数据处理见文献[30]。

样品的主、微量及稀土元素测试由原国土资源部成都矿产资源监督检查中心完成，主量元素以ICP-AES法、重量法测定为主,其余使用ICP-MS法测试。分析精度方面，主量元素(除H2O外)优于1%，微量和稀土元素优于5%，测试结果详见表1、表2和表3。

4 岩石地球化学特征

4.1 主量元素特征

研究区典中组火山岩样品SiO2含量为59.70%～73.85%，平均值为67.69%； K2O含量为1.36%～5.46%，平均值为3.31%； Na2O含量为0.12%～4.53%，平均值为2.79%； 全碱(Na2O+K2O)含量为3.43%～7.77%，平均值为6.09%； K2O/Na2O比值为0.41～27.6，仅一件样品的K2O/Na2O比值明显偏高； Al2O3含量为12.54%～16.07%，平均值为14.46%； MgO含量在0.32%～4.12%，平均值为1.42%； 镁值为21～52，平均为35，指示幔源组分不高[31]。样品在火山岩全碱-硅(TAS)分类图中落入安山岩—流纹岩区域(图4(a))，在SiO2-K2O图解中样品主要落入高钾钙碱性系列区域，1件样品落入钙碱性系列区域(图4(b))，可能与后期热液活动相关。

(a) TAS分类[32] (b) SiO2-K2O图解[33]

4.2 稀土和微量元素特征

格达地区典中组火山岩稀土元素总量在99.35×10-6～190.04×10-6，变化范围较大，总体在稀土元素分配型式图上表现为轻稀土富集的右倾曲线(图5(a))。LREE/HREE=5.73～9.09，(La/Yb)N=5.06～8.88，说明轻稀土和重稀土元素发生了明显分异；δEu=0.60～0.88之间，平均为0.75，具有较明显的Eu异常特征。与朱诺[14]和措勤地区[23]典中组火山岩相比，格达地区的典中组火山岩具有相似的配分曲线特征，均显示中等的负铕异常，这与斜长石在岩浆中的分离结晶或在地壳源区部分熔融过程中作为难熔残余相存在有关。

研究区典中组火山岩在微量元素蛛网图上呈现“多峰多谷”的形态，相对富集Rb、Th、U、K等大离子亲石元素，亏损Ta、Nb、Ti等高场强元素(图5(b))，显示出岛弧火山岩特征。在微量元素蛛网图上，研究区与朱诺和措勤地区相比总体特征相似，蛛网曲线的峰谷反差呈现逐渐加大趋势。

(a) 稀土元素配分型式图(b) 微量元素蛛网图

5 LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄

选择格达地区典中组上部安山岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄测试。共选择了12颗晶形较完好、韵律清楚的锆石，用激光剥蚀等离子体质谱仪进行分析，每颗锆石各分析一个测点，分析测试结果及阴极发光图像见表4和图6。

表4 研究区典中组火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果

图6 研究区典中组火山岩锆石阴极发光图像

阴极发光图像显示锆石晶形较好，部分可见被溶蚀现象，呈不规则短柱状，长宽比为1∶1～1∶3，具有明显的环带韵律结构特征，Th/U值为0.5～1.3，为岩浆成因的锆石[33]。测点06和11的谐和度低于90%，测点05的年龄较新(55.9 Ma)，因此这3个测点被舍弃。剩余9个测点的206Pb/238U年龄为61.2～61.9 Ma，在谐和图上投点均落在谐和线上或附近(图7)，加权平均值为(61.6±1.0) Ma(MSWD=0.041，n=9)，代表格达地区典中组火山岩的形成时间。

(a) U-Pb年龄谐和图 (b) 加权平均年龄图

6 讨论

6.1 格达地区典中组形成时代

由于林子宗火山岩具有特殊的地质意义，前人对其下部典中组开展了较系统的年代学研究，但目前对其形成时代仍存在一定的争议。李璞1953年在命名“林子宗火山岩”时，将该套火山岩时代置于白垩纪； 其后，根据林子宗火山岩角度不整合于白垩系设兴组之上，其上被渐新统日贡拉组覆盖，并结合40Ar/39Ar测年成果，相关研究将林子宗火山岩活动时间置于新生代[5,24]。近年来，广大学者对典中组火山岩开展了更为精确的锆石U-Pb测年研究[6-8,10-22,25-27]，大量同位素成果显示： 冈底斯东段典中组火山岩年龄在(70.89±0.31)～(60.2±0.7) Ma，中段年龄在(70.7±1.4)～(64.3±1.5) Ma，西段年龄集中在(70.8±1.1)～(61.1±0.6) Ma(表5)，从典中组火山岩的形成时间看，自东部至西部基本一致，无明显差异。本文在格达地区通过LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年，获得典中组上部安山岩年龄为(61.6±1.0) Ma，是目前冈底斯中段典中组最年轻的年龄，为该区域典中组火山岩喷发上限提供了新的依据。

表5 冈底斯典中组火山岩锆石U-Pb年龄数据

6.2 岩浆源区分析

通过大量的Sr-Nd-Pb及Hf同位素组成特征的研究，林子宗火山岩中酸性源区存在明显的陆壳物质与地幔物质的混合作用，并且在冈底斯东部地区火山岩源区地幔物质贡献较多，而西部地区主要是地壳物质再循环[1,6,14,25]。格达地区典中组火山岩Mg值为21～52，平均值为35，接近大陆地壳的值(44.8～55.3)，但明显低于玄武质岩浆值[38]； 微量元素蛛网图中Nb、Ta呈现明显负异常，亦具有大陆地壳特征[39]。Eby[40]认为地幔成因的岩石Y/Nb值小于1.2，而壳源成因的岩石值大于1.2，研究区典中组火山岩Y/Nb值为2.0～2.7，显示岩浆源区以地壳为主。研究表明： Rb、Sr、Nb和Ta的离子半径相近，地球化学行为相似，Rb/Sr和Nb/Ta值在岩浆分异中不会发生较大的变化，可以反演岩浆的源区特征。格达地区Rb/Sr值为0.1～3.9，平均为1.1，显示壳源岩浆的特征[41]，且Nb/Ta值为8.9～12.2，低于幔源岩浆比值17.2±2，接近壳源岩浆比值11～13[38]，进一步说明具有壳源岩浆的特点。在图8的La-La/Sm图解中，研究区典中组火山岩样品的投影点多沿部分熔融曲线分布，反应岩浆演化过程中以部分熔融作用为主。综上所述，格达地区典中组火山岩主要来源于地壳物质的部分熔融。

图8 研究区典中组火山岩La-La/Sm图解[42]

6.3 构造环境讨论

研究认为林子宗火山岩呈现岛弧火山岩特征逐渐减少，陆内岩浆活动渐增的特点[1]。格达地区典中组火山岩岩石类型以中酸性为主，铝饱和指数A/CNK为1.0～1.46，具过铝质岩石特点，里特曼指数为0.39～2.41，属钙碱性岩石系列，无疑处于造山带环境； 微量元素特征表现为相对富集Rb、Th、U、K等大离子亲石元素，亏损Ta、Nb、Ti等高场强元素，显示出岛弧火山岩特征，暗示该套火山岩的形成可能与俯冲作用有关[34-35]。将研究区与朱诺、措勤地区的典中组火山岩进行系统的构造环境分析，在Rb-(Yb+Nb)和Ta-Yb构造环境判别图上(图9(a),(b))，所有样品投点全部落入火山弧区域，说明其形成于俯冲的岛弧环境。在Hf/3-Th-Ta构造环境判别图中(图9(c))，样品均落入钙碱性弧火山岩区域，而在Th/Yb-Nb/Yb构造环境判别图中(图9(d))，样品基本落入活动大陆边缘区域，进一步表明典中组火山岩具有大陆边缘岛弧火山岩的特征。综上所述，典中组火山岩是新特提斯洋北向俯冲消减过程的产物。

(a) Rb-(Y+Nb)图解[33] (b) Ta-Yb图解[33]

7 结论

(1)通过在格达地区开展LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年，获得典中组上部安山岩年龄为(61.6±1.0) Ma，时代为古新世，是目前冈底斯中段最年轻的，为该区域典中组火山岩喷发上限提供了新的依据。

(2)冈底斯中段格达地区典中组火山岩具有富集LILE和LREE、亏损HFSE的地球化学特征，显示典型岛弧火山岩的特征； 其岩浆源区主要来源于地壳物质部分熔融。构造背景处于俯冲岛弧环境，是新特提斯洋北向俯冲消减过程的产物。