劉馮斌,張 娜,丁 楓,林良彪,朱啟航

(1.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059；2.陜西地礦區(qū)研院有限公司，陜西 咸陽 712000; 3.成都理工大學 地球科學學院，成都 610059)

岡底斯構造巖漿帶位于歐亞板塊南緣，是青藏高原的重要組成部分。帶內廣泛分布中生代-新生代巖漿巖，記錄了古、新特提斯洋俯沖和印度-歐亞大陸碰撞造山過程的重要地質信息[1-7]。有眾多學者對岡底斯巖漿帶進行了多方面的研究。特別是從中三疊世到中新世，岡底斯巖漿帶發(fā)生一系列強烈的火山-巖漿活動，形成了大面積的花崗巖基和廣泛分布的林子宗群火山巖系[8-12]。林子宗群火山巖東起拉薩地區(qū)，西至獅泉河地區(qū)，東西長約1 200 km，南北寬約100 km，整體面積達岡底斯巖漿帶面積的一半以上[2]。

林子宗群自下而上依次為典中組(E1d)、年波組(E2n)、帕那組(E2p)，典中組底部火山巖的成巖年齡可以代表該地區(qū)碰撞開始的時間[2]。由于岡底斯構造帶東西方向跨度較大，各地發(fā)生板塊碰撞的時間與過程不盡相同，近年來眾多學者對岡底斯東段的林周盆地、南木林地區(qū)，中段的朱諾地區(qū)、措勤地區(qū)、桑桑地區(qū)、查孜地區(qū)，西段的獅泉河地區(qū)、達若等地區(qū)的典中組進行了研究[13-23]。眾多學者試圖通過盡可能增加對岡底斯各段林子宗群巖石地球化學特征及年齡的測定，來進一步探索印度大陸與歐亞大陸碰撞的復雜過程。

本研究區(qū)的基礎地質調查研究工作始于1983年， 直至2018年完成1∶5萬區(qū)域地質調查、1∶5萬礦產遠景調查以及1∶20萬航磁調查，目前僅進行了巖性組合、巖石特征方面的研究，而針對本區(qū)林子宗群的地球化學與年代學特征的研究尚未進行。本文通過對謝通門縣春哲地區(qū)典中組火山巖地球化學特征的研究并對其進行鋯石U-Pb同位素年齡測定，與各地段典中組的年齡進行對比，探討該套火山巖在春哲地區(qū)產出的構造背景，為岡底斯東段典中組火山巖的研究補充相應的資料。

1 區(qū)域地質背景及典型剖面

研究區(qū)屬岡底斯—喜馬拉雅造山系之拉達克—岡底斯-察隅弧盆系，跨隆格爾—工布江達復合島弧帶和拉達克-岡底斯-下察隅巖漿弧帶2個Ⅲ級構造單元[24]。主要地層有下白堊統(tǒng)楚木龍組(K1ch)、古新統(tǒng)典中組、始新統(tǒng)年波組、始新統(tǒng)帕那組。第四系主要為沼澤堆積物。林子宗群火山巖分布于區(qū)內大部分區(qū)域，此外局部還有侏羅系-白堊系的碎屑巖以及少量的鈣堿性侵入巖體(圖1)[25]。剖面位于圖1中東部的阿木苦一帶，剖面由南向北測制，總方位355°。剖面中出露地層為下白堊統(tǒng)楚木龍組、古新統(tǒng)典中組第一段、第二段、第三段和始新統(tǒng)年波組第一段(圖2、圖3)。

研究區(qū)內典中組主要分布于東北部春哲鄉(xiāng)附近。根據(jù)巖石組合關系及巖性特征可把典中組分為3段，由下到上明顯可見火山巖酸性逐漸增強：第一段巖性以英安質、安山質凝灰?guī)r、角礫巖為主，夾安山巖，多為斑狀結構，火山角礫結構，斑晶的體積分數(shù)為30%～45%，向上巖石中斑晶含量略微減少，總厚262.7 m，為一套爆發(fā)相-溢流相組合；第二段巖性為凝灰?guī)r、含角礫凝灰?guī)r，火山角礫結構或含角礫凝灰結構，角礫的體積分數(shù)為40%～50%，略有定向性，總厚84.6 m，為一套爆發(fā)相-噴發(fā)沉積相組合；第三段巖性以英安巖為主，夾英安質凝灰?guī)r、角礫巖，多為斑狀結構，夾角礫熔結結構，斑晶的體積分數(shù)為40%～50%，部分巖石中可見晶屑圍繞角礫流動，總厚187.1 m，為一套溢流相-噴發(fā)沉積相組合。3段之間為整合接觸關系；與下伏地層楚木龍組呈角度不整合接觸關系，接觸面呈彎曲狀；與上覆年波組呈整合接觸關系。

其中安山巖呈灰綠色，多呈斑狀結構，塊狀構造，斑晶以石英和斜長石為主，體積分數(shù)為30%～45%，基質為隱晶質。英安巖呈紫紅色，斑狀結構，塊狀構造；斑晶的體積分數(shù)為50%～60%，斑晶粒徑為1～3 mm，成分主要為斜長石和石英，基質為隱晶質結構。火山碎屑巖類包括灰綠色塊狀英安質火山角礫巖(圖4-A、B)和灰紫色塊狀凝灰?guī)r(圖4-C、D)，大部分為塊狀構造，晶屑含量較高， 體積分數(shù)多在30%左右。英安質火山角礫巖顏色多為灰色、深灰色，呈塊狀構造，火山角礫結構，火山角礫的體積分數(shù)為40%～50%，粒徑多為2～8 mm，最大可達3 cm，成分主要為英安巖和安山巖，晶屑的體積分數(shù)為20%～30%，主要為斜長石，粒徑多為1～3 mm；填隙物為火山灰，粒度極細。凝灰?guī)r顏色多為灰紫色、灰綠色，表明略有風化，呈塊狀構造，結構為凝灰結構或含角礫凝灰結構；晶屑的體積分數(shù)為30%～50%，多為斜長石，略顯定向性。

2 樣品采集與分析方法

從測制剖面中挑選了9件典中組火山巖樣品(表1)，其中PM005/7、PM005/19、PM005/23為年齡測試樣品，樣品采集位置見圖2、圖3。

表1 樣品宏觀特征Table 1 Macroscopic characteristics of volcanic rock sample

主元素、痕量元素分析工作是在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。測試分析前，除去樣品表面的風化層后，將樣品研磨至200目進行分析。主元素分析采用X射線熒光質譜法(XRF)，分析精度優(yōu)于1%；痕量元素分析采用等離子質譜法(ICP-MS)，相對精度優(yōu)于5%。

鋯石U-Pb年齡測試以春哲地區(qū)露頭良好的典中組巖石為對象，采集了3件樣品。其中在典中組第一段底部采樣1個，典中組第三段采樣2個。由于典中組第二段以凝灰?guī)r為主，風化嚴重，所以沒有采樣。挑選出具代表性的且表面干凈未風化的樣品，從其中挑選鋯石，共分選出超過300顆鋯石，其中有51顆具代表性可以制成樣品靶，隨后使用發(fā)射掃描電子顯微鏡(Sirion200 FEI)上的Gatan陰極發(fā)光儀(MonCL3+)對其進行陰極發(fā)光拍照，電壓為10 kV、電流為240 μA。U-Pb同位素分析儀器采用激光-電感耦合等離子質譜儀(LA-ICP-MS)，激光束斑為32 μm，剝蝕深度為20～40 μm。鋯石年齡計算采用國際標準鋯石91500作為外部標樣，數(shù)據(jù)處理采用Isoplot軟件進行[26]，詳細分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法見Yuan Honglin等[27]。

3 分析結果

3.1 主元素特征

據(jù)表2可知， 典中組火山巖中SiO2質量分數(shù)(w)為58.62% ～ 79.05%，平均值為69.38%；Al2O3質量分數(shù)為11.9%～19.69%，平均值為15.5%；K2O質量分數(shù)為2.04%～5.15%，平均值為3.17%；Na2O質量分數(shù)為0.85%～4.22%，平均值為2.54%。分異指數(shù)DI 位于54.2～91.09，指示較強的結晶分異作用。K2O/Na2O比值范圍為0.3～4.17，平均值為1.61，總體上為鉀質巖石(圖5)；A/CNK為0.35～1.23，平均為0.78，為偏鋁質巖石；部分樣品的A/CNK>1.1，表明地殼物質對巖漿已有明顯的影響。里特曼指數(shù)(δ)為0.51～2.22，平均為1.31，具有鈣堿性的特征。在AFM圖解(圖6)中，僅有1個點落在拉斑玄武巖系列與鈣堿性火山巖系列的界線附近，其余點均為鈣堿性火山巖系列，因此巖石類型主要為一套偏鋁質的鈣堿性中酸性火山巖，且偏酸性的火山巖更靠近A端元，富含更多的鋁質。在火山巖全堿-硅(TAS)分類圖解(圖7)中，2件樣品落在了安山巖區(qū)域，3件樣品落在英安巖區(qū)域，4件樣品落在流紋巖區(qū)域，全部位于Irvine分界線下方，為亞堿性。在K2O-SiO2圖解(圖8)中，4件樣品落在高鉀鈣堿性系列，5件樣品落在鈣堿性系列中。綜上，巖石類型為鈣堿性—高鉀鈣堿性系列鉀質巖石。顯示典中組巖石具大陸邊緣弧火山巖的特征。

表2 春哲地區(qū)典中組火山巖主元素分析結果(w/%)Table 2 Major element analysis of Dianzhong Formation volcanic rocks in Chunzhe area

3.2 稀土元素、痕量元素地球化學特征

春哲地區(qū)典中組火山巖及相關巖石共9種稀土元素成分列于表3中。其中w∑REE=(132.27～216.01)×10-6，平均值為160.06×10-6，具右傾特征(圖9)；wLREE/wHRE為4.97～13.34，平均值為9.17，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損；(wLa/wYb)N為4.83～17.06，平均值為11.71。稀土分餾程度較低，δEu為0.17～0.28，平均值為0.22，表現(xiàn)為銪負異常。

表3 春哲地區(qū)典中組火山巖稀土元素分析結果(w/10-6)Table 3 Analysis of rare earth elements of the Dianzhong Formation volcanic rocks in the Chunzhe area

典中組9件樣品的痕量元素分析結果見表4，蛛網(wǎng)圖呈右傾型分布形態(tài)，局部呈多峰多谷，富集K、Rb、LREE等大離子親石元素，虧損Ba、Sr等元素以及Nb、P、Ti等高場強元素(圖10)，與島弧火山巖的痕量元素比值蛛網(wǎng)圖相似。虧損Ba、Sr等大離子親石元素可能意味著有地殼物質影響到了典中組火山巖的形成[33]。Nb、Ta、Ti的負異常同樣表明在成巖過程中有地殼物質的加入，而這些地殼物質可能是由虧損Nb、Ta、Ti的交代流體攜帶而來。

表4 春哲地區(qū)典中組火山巖痕量元素分析結果(w/10-6)Table 4 Analysis of trace elements of the Dianzhong Formation volcanic rocks in Chunzhe area

4 討 論

4.1 火山巖形成時代

本區(qū)3件年齡樣品中共選取51顆鋯石進行 LA-ICP-MS 鋯石U-Pb測試，樣品PM005/7包含22顆，樣品PM005/19包含14顆，樣品PM005/23包含15顆。樣品的206Pb/238U和207Pb/235U比值均落在諧和曲線上及其周圍，表現(xiàn)出較好的諧和性(圖11～圖13)。樣品PM005/7英安質角礫熔巖22顆鋯石的加權平均年齡為(61.39±0.6)Ma(MSWD=2.1,圖11)；樣品PM005/19英安巖14顆鋯石的加權平均年齡為(61.2±1.6)Ma(MSWD=8.9,圖12)；樣品PM005/23多斑英安巖15顆鋯石的加權平均年齡為(60.5±1.1)Ma(MSWD=0.5,圖13)：與鄰區(qū)南木林地區(qū)典中組的年齡測定結果一致，說明研究區(qū)典中組火山巖形成于古新世。

20世紀50年代，林子宗群火山巖定名于林周盆地，當時的成巖年代定為白堊紀。之后隨著研究不斷深入，有眾多學者應用不同的方法對典中組進行了年齡測定。但多數(shù)研究都集中于岡底斯東部與中部，對于岡底斯西部地區(qū)的研究較少(表5)。表5數(shù)據(jù)顯示岡底斯東部與西部的典中組的成巖年齡為60.6～68 Ma，岡底斯中部典中組的年齡為69 Ma左右，本文典中組成巖年齡最老為(61.39±0.6)Ma，與岡底斯東、西段的年齡一致，而比岡底斯中段晚5～10 Ma。

表5 岡底斯典中組年齡Table 5 Dated age of the Gangdise Dianzhong Formation

4.2 火山巖形成構造背景

研究區(qū)典中組火山巖以鈣堿性系列為主，K2O/Na2O比值為0.3～4.17，平均值為1.61，為鉀質、高鉀質巖石。鈣堿性巖漿巖多出現(xiàn)于成熟的大陸邊緣弧，意味著擠壓導致地殼隆升、地殼增厚[3,36]。同時圖14顯示典中組全部落在火山弧花崗巖+同碰撞花崗巖區(qū)內，靠近火山弧花崗巖+同碰撞花崗巖與板內花崗巖的界線。在典中組第一段的安山巖構造環(huán)境(La/Yb)-Th判別圖(圖15)上，典中組第一段的安山巖全部來源于大陸邊緣弧。整體來看典中組火山巖帶有火山弧特征，具同碰撞火山巖的特征。

4.3 火山巖源區(qū)特征及成因

火山巖虧損P元素，說明巖漿形成時受到了地幔部分熔融作用的影響；虧損Ba、La和K等元素則指示殼源為典中組火山巖主要物質來源。K2O含量的高低可指示在巖漿巖的形成過程中地殼物質參與的影響程度[21]，典中組第一段火山巖中K2O的質量分數(shù)為1.03%～2.84%，均值為2.16%；典中組第三段火山巖中K2O的質量分數(shù)為3.55%～5.15%，平均為4.44%(表2)：從第一段至第三段K2O的質量分數(shù)升高至2倍，表明在典中組火山巖的形成過程中，地殼物質的影響逐漸增大。同時結合(La/Yb)-La的圖解(圖16)可以看出，典中組火山巖分布更靠近部分熔融線，部分熔融更可能是巖漿成因的主要控制因素，而分離結晶作用的影響較小。結合本區(qū)內火山噴發(fā)時間較短且覆蓋面積較大的特點，可以解釋產生Eu負異常的原因是由于在巖漿形成過程中，斜長石的分離結晶程度較弱，只能作為難熔殘余相存在于地殼源區(qū)部分熔融過程中，而并非是由于巖石是由基性巖漿結晶分異而成[38]。

5 結 論

本文通過野外地質調查和剖面的測制，對西藏春哲地區(qū)典中組火山巖進行樣品采集，并進行全巖地球化學及年代學的研究，得到以下結論：

a.春哲地區(qū)典中組火山巖經鋯石U-Pb法測得年齡為60.5～61.39 Ma，表明典中組火山巖的形成時代為古新世。與岡底斯東、西段的年齡一致，而比岡底斯中段晚5～10 Ma。

b.春哲地區(qū)典中組火山巖為一套偏鋁質的鈣堿性中酸性火山巖，具高鉀、偏鋁質特征，富集大離子親石元素(K、Rb、LREE)和稀有元素，虧損高場強元素，表現(xiàn)出島弧火山巖地球化學特征。

c.春哲地區(qū)典中組火山巖形成于成熟的大陸邊緣弧，整體處于擠壓構造環(huán)境，屬同碰撞構造階段的產物。典中組火山巖具殼?；旌蟻碓刺卣?，且自第一段至第三段，即由早到晚，地殼物質的貢獻明顯有所增強。