西藏孔隆乡地区典中组火山岩年代学、地球化学特征及构造意义

2024-01-22廖驾戴亮亮陈澍民罗敏玄李新张涛吴丰聂小力

西北地质 2024年1期

廖驾，戴亮亮，陈澍民，罗敏玄，李新，张涛，吴丰，聂小力

（中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心，湖南长沙 410600）

林子宗群火山岩自从1953 年被李璞命名以来（李璞，1955），一直都是西藏冈底斯岩浆带的研究热点，因为其成因蕴含着新特提斯洋的俯冲和印度亚洲大陆碰撞的关键信息（王天武等，1999；莫宣学等，2003；周肃等，2004；李皓扬等，2007；李俊等，2023）。林子宗群火山岩在冈底斯岩浆岩带广泛分布，主要以中酸性火山岩为主，被分为典中组、年波组以及帕那组（董国臣等，2005）。近年来,研究显示林子宗火山岩在冈底斯东部、中部和西部的年龄并不一致（梁银平等，2010；于枫等，2010；付文春等，2014）。早期对林子宗群火山岩的研究主要集中在冈底斯东部的林周地区（周肃等，2004；黄映聪等，2005；Mo et al.，2007；李皓扬等，2007；莫宣学，2009；Lee et al.，2009），而后中西部地区也开展了许多研究工作，得到了许多准确的年龄数据，进一步丰富和完善了冈底斯岩浆带构造演化的基础资料（朱弟成等，2006；付文春等，2014；刘安琳等，2015；李强等，2017；唐攀等，2018；李洪梁等，2019；潘亮等，2021）。笔者根据昂仁县北西孔隆乡地区1∶5 万区域地质矿产调查的研究基础上，对典中组火山岩进行年代学与岩石地球化学研究，了解研究区林子宗群火山岩岩浆源区与构造成因，再结合区域特征，认识区域性变化规律，为进一步揭示印度-欧亚大陆碰撞的穿时性提供支撑。

1 区域地质背景

研究区位于西藏中西部昂仁县孔隆乡地区，属于冈底斯火山岩浆弧中段（侯增谦等，2006），大地构造单元位于拉达克-冈底斯-察隅湖盆系内，隆格尔-工布江达复合岛弧带（C-K）三级构造单元北部（图1a）。隆格尔-工布江达复合岛弧带在整个冈底斯呈NWW向延展，与冈底斯弧背断隆带位置一致。

图1 西藏孔隆乡地区地质简图（据朱弟成等，2006）Fig.1 Geological sketch map of Konglong Township,Tibet

研究区林子宗群火山活动强烈（占研究区面积30%以上），分布的地层单元有：典中组（E1d）、年波组（E2n）、帕那组（E2p），布噶寺组（N1b）。其中,笔者研究的典中组（E1d），呈条带状展布，主要分布在孔隆乡中东部地区。典中组为一套中酸性火山岩组合，主要岩性组合为灰紫色晶屑浆屑熔结凝灰岩、灰绿色含砾凝灰岩、紫色含砾晶屑熔结凝灰岩、紫色含砾凝灰岩等。研究区内构造主要以正断层、平移断层为主，局部地区也发育一些逆断层，构造线的方向主要为NW 向，局部也有SN 向（图1b）。

2 样品采集及测试方法

文中6 件典中组凝灰岩样品（均为）采集于孔隆乡东南部的申拉日古近系古新统典中组实测剖面PM13 上。样品风化面呈土黄色，新鲜面浅紫红色，凝灰结构，块状构造。镜下特征显示火山碎屑主要为流纹岩岩屑，呈不规则状，大小为0.1～0.6 mm，含量约为1%，晶屑为石英、钾长石（透长石），斜长石，呈棱角状，少量石英有熔蚀港湾状、次圆状、孔状，晶屑大小为0.05～1.2 mm，石英含量为7%，长石含量为14%，黑云母少量。胶结物为＜0.05 mm 的火山灰（泥），多数呈隐晶质-显微晶质状，压结式胶结，胶结物中有点状、不规则团状的方解石、绿泥石蚀变,含量为71%（图2）。在全岩主微量分析的基础上，选取其中1 件典型凝灰岩样品进行LA-ICP-MS 锆石U-Pb 定年，用于U-Pb 定年的样品PM13DH6 接近帕那组火山岩地层，坐标为N 30°22′26″，W 85°59′17″（图1b）。

图2 西藏孔隆乡地区典中组凝灰岩野外及镜下特征Fig.2 Field and microscopic characteristics of tuff of Dianzhong Formation in Konglong Township,Tibet

锆石U-Pb 定年在南京宏创地质勘查技术服务有限公司完成，测试仪器为LA-ICP-MS，激光剥蚀系统为Photon Machines Excite，ICP-MS 为Agilent 7700x，激光剥蚀深度为20～40 µm，剥蚀斑束直径为32 µm。分析数据采用软件ICPMSDataCal 进行离线处理，使用Isoplot3.0 软件对同位素数据结果处理（钟玉芳等，2006；Liu et al.，2010；李艳广等，2023）。

主微量和稀土元素分析在核工业二三〇研究所进行，主量元素分析方法采用XRF 法，使用仪器为X射线荧光光谱仪，分析精度优于1%，微量和稀土元素分析方法采用ICP-MS 法（刘颖等，1996），使用仪器为等离子体质谱仪，分析精度优于5%。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb 年代学

所有锆石具有类似的外形特征，呈自形长柱状，长为100～200 µm，长宽比为1∶1～2.5∶1。阴极发光图像中（图3），普遍具有明显的振荡环带。17 个测试点位的Th/U 值为0.38～1.07（表1），指示岩浆成因特点（王梓桐等，2022；柳永正等，2023；熊万宇康等，2023）。所有样品206Pb/238U 年龄为60.2～68.5 Ma，在谐和图中（图4）均落在谐和线上或附近，其年龄加权平均值为（62.70±0.83）Ma（MSWD=1.7，n=17），指示为古近纪古新世喷发。

表1 典中组凝灰岩（P13DH6）LA-ICP-MS 锆石U-Pb 定年结果统计表Tab.1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating Results of Dianzhong Formation tuff（P13DH6）

图3 西藏孔隆乡地区典中组凝灰岩锆石阴极发光图Fig.3 Cathodoluminescence map of zircon from tuff of Dianzhong Formation in Konglong Township,Tibet

图4 样品P13DH6 锆石U-Pb 谐和图Fig.4 Zircon U-Pb harmonic diagram of sample P13DH6

3.2 岩石地球化学特征

本次在研究区共采集6 件典中组火山岩样品，原始数据在去掉烧矢量的基础上重新换算成100%，得到校正后的氧化物含量，测试结果如表2 所示。样品SiO2含量为74.81%～78.14%，平均值为75.93%，全碱（K2O+Na2O）含量为8.05%～8.32%，平均值为8%，其中Na2O 平均为4.11%，K2O 平均为3.9%。在TAS 图解中（图5），样品均落入流纹岩区域内，属酸性火山岩范畴。在SiO2-K2O 图解（图6a）中，样品全部位于高钾钙碱性系列区域中。样品的里特曼指数δ值为1.53～2.17，小于3.3，为钙碱性岩。样品的A/CNK＞1.1，在A/CNK-A/NK 图解（图6b）中位于弱铝质岩石系列区域，表明岩浆具有壳源特征，总体上与冈底斯带中西部地区的典中组火山岩较为相似（胡新伟等，2007；谢克家等，2011；岳相元，2012，鲍春辉，2014）。

表2 孔隆地区典中组火山岩的主量元素（%）、微量和稀土元素（10-6）分析结果表Tab.2 Whole-rock geochemical data of Dianzhong Formation volcanic rocks in Konglong area

图5 西藏孔隆乡地区火山岩样品TAS 分类图Fig.5 TAS diagram of volcanic rock samples in Konglong Township,Tibet

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

样品稀土元素含量及相关特征值见表2。在微量元素原始地幔标准化蛛网图（图7a）中，呈多峰多谷的右倾型分布，样品普遍富集大离子亲石元素Rb、K、U 等，亏损高场强元素Nb、P 和Ti。稀土元素总量（ΣREE）为139.06× 10-6～190.28×10-6，平均值为173.41×10-6，ΣLREE/ΣHREE 值为6.34～15.42，平均值为10.60。在稀土元素球粒陨石标准化模式分配模式图中（图7b），配分曲线呈右倾，轻重稀土元素分馏明显（（La/Yb）N=6.74～21.62）。样品δEu 平均值为0.49，具有明显Eu、Sr 负异常，说明岩浆源区可能存在斜长石的结晶分离或残留，δCe 平均值为1.03，具有弱的Ce 异常。

图7 典中组火山岩原始地幔标准化微量元素蛛网图（a）和球粒陨石稀土元素配分图（b）Fig.7 (a) Primitive mantle-normalized trace element spiderdiagram and (b) Chondrite-normalized REE patterns for the Dianzhong Formation volcanic rock

4 讨论

4.1 年代学

林子宗群火山岩的年代学研究一直是冈底斯带研究的热点，前人在这方面做了大量的实质性的工作。区域上林子宗群火山岩不整合接触于设兴组（K2sh）及更老的地层之上（李洪梁等，2019），表示该不整合面是由于发生了重大的地质事件所导致的，而典中组的最早年龄是该地质事件的最晚时限（莫宣学等，2006a；Mo et al.，2008）。但典中组的成岩时代一直有较大的争议，在冈底斯带东部的林周盆地，前人对林周盆地的典中组火山岩进行40Ar/39Ar 同位素测年，测得典中组的顶底年龄为60.6～64.4 Ma（Zhou et al.，2004；莫宣学等，2006b）；锆石U-Pb测年方法测得冈底斯带东部典中组火山岩年龄范围在62.6～68.7 Ma（He et al.，2007）；林周盆地典中组火山岩的年龄分别为62～64 Ma 和 59～66 Ma（Huang et al.，2015；陈贝贝等，2016），故冈底斯带东段典中组火山岩最早年龄目前被限定约为68.7 Ma。

冈底斯带中段典中组年代学研究相对较少。梁银平等测得朱诺地区典中组顶部火山岩的锆石U-Pb年龄为 64.8 Ma（梁银平等，2010）；冈底斯带中段的措麦地区典中组锆石U-Pb 年龄为65～70 Ma（于枫等，2010）；冈底斯带中段桑桑地区典中组底部火山岩年龄为 69.9 Ma（谢冰晶等，2013）；查孜地区的典中组锆石U-Pb 年龄为70.7 Ma，是目前报道的冈底斯带中部最老年龄（李勇等，2018）。

冈底斯带西段狮泉河地区典中组底部火山岩年龄分别为64.2 Ma 和64.5 Ma（王乔林，2011）；冈底斯带西段达若地区典中组火山岩年龄为61.9 Ma（李洪梁等，2019）；冈底斯带西段狮泉河地区典中组火山岩年龄为67.1～70.8 Ma（曹延等，2020），该年龄为冈底斯带西段林子宗典中组火山岩最老的年龄。

印度和欧亚大陆碰撞的时限一直是区域研究的热点，前人研究表明林子宗群火山岩是印度-欧亚大陆碰撞的结果，并且典中组底部的火山岩年龄可以代表碰撞的开始时间（莫宣学等，2003；李皓扬等，2007；Mo X X et al.，2008），所以典中组底部的年龄对限定碰撞时限，进一步解释碰撞方式具有重要意义。冈底斯东、中、西段典中组火山岩年龄如图8 所示，典中组火山岩的成岩年龄大致为60～70 Ma，并且典中组底部火山岩的年龄在冈底斯带表现得并不一致，具体为中西段比东段要略早（Barth et al.，2000）。笔者用于锆石U-Pb 测年得样品采自于昂仁县孔隆乡地区林子宗群火山岩典中组顶部，测得凝灰岩的锆石U-Pb 年龄为（62.70±0.83）Ma，由于采样位置比较接近于上覆的年波组火山岩，故该样品年龄可以代表比较新的典中组火山岩年龄，这也说明底部典中组火山岩年龄要比62.7 Ma 更老，通过以上对比并结合前人的研究成果，间接支持了印度-亚洲大陆碰撞的穿时性这一观点，说明中西部要早于东部。

图8 林子宗群火山岩分布简图Fig.8 A simplified diagram of the distribution of volcanic rocks in the Linzizong Group

4.2 岩浆源区及构造背景

酸性火山岩一般有两种成因，一种是由幔源基性岩浆分异而来；另一种是地壳重熔作用的产物。文中酸性岩更可能为地壳重熔而来，包括以下5 点原因：①研究区中基性岩浆岩出露较少，主要出露一套中酸性火山碎屑熔岩和火山碎屑岩（1∶5 万孔隆乡幅），幔源基性岩浆的结晶分异不太可能形成如此大规模的酸性火山岩喷发。②文中样品的SiO2含量较高（平均值75.93%），富碱（K2O+Na2O 平均值为8.01%），稀土元素含量高，轻、重稀土分馏明显，普遍富集大离子亲石元素Rb、K、U 等，亏损高场强元素Nb、P 和Ti，具有明显的壳源岩浆的特征。③样品Nb/Ta 值为9.6～11（平均值为10.3），接近地壳平均值（12～13）（Barth et al.，2000），与原始地幔平均值17.8 差距较大（Mcdonough et al.，1995）。④在稀土元素La-La/Sm比值图解（图9）中，样品具有部分熔融趋势，并且样品微量元素Nb/La 值为0.16～0.33，均小于1，显示岩浆在上升过程中受到了地壳的混染（Bruno et al.，2004；陈宁等，2023）。⑤样品的Cr、Ni 等相容元素含量较低，Mg#值（平均值为12.7）低于大陆地壳的值（44.8～55.3），且明显偏离玄武质岩浆（68～75）（Green，1976），表明岩浆源区有下地壳部分熔融作用并经历过铁镁质矿物的分异作用。综上所述，西藏孔隆乡地区典中组火山岩岩浆可能是壳源物质经不同程度的部分熔融形成。

图9 典中组火山岩部分熔融与分离结晶作用图解Fig.9 Diagram of partial melting and separation crystallization of volcanic rocks of the Dianzhong Formation

研究区的典中组火山岩整体为一套酸性、过铝质的高钾钙碱性-钙碱性岩石，表现为碰撞造山的特点。且地壳物质对岩浆有明显影响；样品固结指数SI值为1.06～1.9，均值为1.5，属于非常低的范畴，说明研究区典中组火山岩分异很彻底，酸性程度高。一般认为，火山岩的碱度指数低且变化区间小指示该火山岩一般形成于岛弧和活动大陆边缘环境（鲍春辉，2014），样品碱度指数AR值为2.74～4.99，碱度指数低，变化区间小，显示岛弧和活动大陆边缘环境特征。在Y+Nb-Rb 构造判别图解上（图10），样品全部落入火山弧环境，且靠近同碰撞区和板内区，说明典中组火山岩构造环境较复杂，形成于火山弧型构造环境，并且向同碰撞及板内环境过渡，与冈底斯带中西部桑桑地区和措勤地区特征一致（谢克家等，2011）。