念青唐古拉弧背断隆东段古近纪大规模火山作用及找矿意义

雷传扬 汪雄武 彭惠娟

（成都理工大学地球科学学院，成都610059）

印度－欧亚大陆碰撞是近期地球历史上最重要的一次地质事件，对印度－欧亚大陆碰撞事件的研究，成了国内外地学领域的前沿与热点［1－5］。念青唐古拉弧背断隆东段属于冈底斯构造岩浆带，大面积分布新生代帕那组火山岩（流纹岩中斜长石和钾长石的40Ar／39Ar测试年龄值为43.93～53.52Ma［1］），构 成 冈 底 斯 火 山 岩 带 的 主 体 岩系［6］，岩石学、地球化学特征及其与下伏地层之间的区域不整合包含着从板块俯冲机制向大陆碰撞机制转变 的 丰 富 信 息［1，2，7，8］，分 布 着 许 多 典 型 矿床（尤卡朗式层控热液型铅锌银矿、沙让式斑岩型钼铜矿、拉屋式夕卡岩型铅锌铜银多金属矿、洞中松多热液夕卡岩型铅锌矿床等）。在前人研究的基础上，本文试图分析念青唐古拉弧背断隆东段古近系帕那组火山岩的地质地球化学特征、构造环境、地球动力学意义及其找矿意义。

1 区域地质背景和岩石学特征

念青唐古拉弧背断隆东段西以那曲－当雄断裂为界，北、东以狮泉河－纳木错－嘉黎缝合带为界，南以沙莫勒－麦拉－米拉山－洛巴堆断裂为界，属于拉萨—察隅地层分区。带内出露的地层主要是二叠系洛巴堆组岩屑砂岩、生物碎屑灰岩夹安山岩、凝灰质砂岩建造和乌鲁龙组钙质泥岩、生物碎屑灰岩夹砂岩建造；石炭系来姑组含砾砂岩、长石石英砂岩、长石砂岩建造和诺错组含砂绢云岩、砂质黏土岩、细砂岩、灰岩建造以及晚古生界鲁玛拉变质岩岩组。古近纪是该岩浆带岩浆活动强烈的时期之一，岩石种类较多，分布广泛（图1）。花岗质岩体主要分布在旁多—羊八井一带，归并为旁多序列和羊八井序列，岩石类型以二长花岗岩为主，岩体侵位时代为始新世。火山岩主要是帕那组中、酸性火山碎屑岩、火山熔岩，主要分布于旁多—拉多岗一线以南广大地区、嘉黎断裂之南的扎雪－唐古、马拉岗日南、多其木等附近，以火山沉积角度不整合覆盖于前奥陶系松多群、石炭－二叠系来姑组和石英二长斑岩岩体之上。从区域上看，该不整合面的下伏地层属海相，褶皱强烈；其上覆地层帕那组火山岩为陆相，地层近水平，与下伏地层在沉积相、变形程度和样式上截然不同，表明在不整合面上、下地层之间曾发生过一次规模巨大的地质事件，这一地质事件导致了帕那组中酸性火山岩的大规模喷发。根据岩性特征和岩石组合，帕那组火山岩可划分为4段（图2）。该套火山岩的基底为早古生代大陆边缘盆地沉积的碳酸盐岩－复陆碎屑岩建造。构造变形较简单，总体表现为一系列的近东西向宽缓褶皱和向北倾斜的逆冲断裂系。

图2 帕那组中酸性火山岩分类命名图Fig.2 Nb／Y－Zr／Ti diagram of the Pana volcanic rocks

研究区火山岩是由一套巨厚的中酸性火山熔岩、火山碎屑岩及少量凝灰质碎屑岩组成的火山岩系。主要岩石类型以高钾中酸性火山熔岩及与其相关的火山碎屑岩为主，其中还有少量中性熔岩，它们在层位上成分不等地构成了多个从溢流相至爆发相的火山旋回岩系。帕那组火山地层堆积序列由4个火山喷发亚旋回构成，相序特点表现为：岩石成分上第一亚旋回为流纹质；第二亚旋回以粗面质开始，流纹质结束，以出现钾质流纹岩、英安岩为特征；第三亚旋回以英安质开始，流纹质结束，顶部出现火山喷发间断，形成一套沉积岩组合；第四亚旋回以流纹质开始，向上出现安山岩、粗安岩和粗面岩，在旁多—羊八井火山盆地帕那组第四段底部有橄榄玄武岩出露。岩性上第一段（E2p1）主要岩性为流纹岩，少数为粗面岩、粗面安山岩；第二段（E2p2）主要为粗面岩、粗面安山岩；第三段（E2p3）主要为粗面岩、安山岩；第四段（E2p3）主要为流纹岩、粗面岩（图2）。

2 地球化学特征

2.1 主量元素

流纹质火山岩分布在帕那组各段（图3）。其质量分数：SiO2＞69%，K2O＋Na2O＞8%，K2O＞Na2O［9，10］，部分样品具超钾质特点，显示火山活动特征类似于板块内部火山岩，岩浆有向富钾演化的趋势，多数样品w（Al2O3）＞13%，属于铝饱和－过饱和类型的钾玄质岩石；安山质、粗面质岩石主要出现在帕那组中上部，w（SiO2）为57%～69%，w（K2O＋Na2O）一般＞8%，w（K2O）＞w（Na2O），多数样品w（Al2O3）＞13%（图3），属铝饱和－过饱和类型的钾玄质岩石；帕那组火山岩各种氧化物与SiO2变异曲线总体具较好的线性关系，仅钾、钠显示比较特殊的线形变化特点（图3），总体反映同源岩浆演化特征。从岩石化学成分上看，帕那组火山岩有高钾碱玄质岩石特点，与典型的俯冲型火山岩存在明显区别，具有地壳增厚期陆内火山活动特点。

研究区主要分布I型流纹岩，可能与俯冲消减过程中幔源物质和壳源物质的同熔作用有关。岩石系列属于亚碱性（图4－A）中的高钾钙碱性系列和钾玄岩系列（图4－B）。

2.2 稀土元素

帕那组火山岩稀土元素的质量分数较高，平均为 232.99×10－6，LERR／HERR 值 平 均 为12.45，LREE富集且分馏明显，而 HREE相对亏损且分馏不明显，稀土配分模式图呈以Eu为界左陡右缓的“右倾”式（图5），有利于形成VMS矿床［11］，（La／Yb）N平均为18.503，δEu平均为0.665。一般认为，产生负铕异常的原因和斜长石的低含量有关。斜长石含量低主要与岩浆的分离结晶过程中斜长石大量晶出或在地壳源区部分熔融过程中斜长石作为难熔组分而呈残留相有关［12］。帕那组火山岩大面积流纹质岩浆的喷发特征，其产生负铕异常的原因不能排除岩浆分离结晶作用的可能性，但更可能是在地壳的部分熔融过程中，斜长石作为难熔相残留下来所致。

图3 帕那组火山岩地层综合柱状图及部分元素随SiO2变异图Fig.3 Synthesized histogram of the Pana volcanic rocks and variogram of some elements with SiO2

图4 帕那组火山岩岩石系列判别图Fig.4 Rock series diagram of the Pana volcanic rocks

图5 帕那组火山岩稀土配分模式图解Fig.5 Chondrite－normalized REE patterns of the Pana volcanic rocks

2.3 微量元素

帕那组各段火山岩微量元素分布模式图总体表现为向右倾的“多峰多谷”的形态（图6），但总体特征较为相似。与原始地幔相比，相对富集不相容元素 K、Rb、Th、Ce，而Sr、Ba、Ta、Nb、Ti呈现低谷，具岛弧火山岩的特征，但有向板内过渡的趋势［13］。其他元素比较接近或弱亏损于原始地幔。其形态与藏南中新世典型后碰撞高钾火山岩的微量元素分配形式极为相似［14］。微量元素蛛网图中Nb、Ta、Ti谷通常被解释为与俯冲作用有关的火成岩的特征［14］，其中Nb谷还反映其原岩具有一定的大陆壳特征，而火山岩显示Th富集的特征，指示岩浆来自地壳物质的部分熔融［15］（图7－A、B）。Zr的质量分数＞200×10－6，有利于形成 VMS矿床［11］。

图6 帕那组火山岩样品原始地幔标准化微量元素分布模式图解Fig.6 Trace element spider patterns of the Pana volcanic rocks by normalized against primary mantle rocks

3 火山岩成因分析

为了进一步分析帕那组火山岩形成的构造环境、地球动力学背景及找矿意义，需要讨论帕那组火山岩的成因。帕那组火山岩旋回以流纹质岩浆活动为主体，但以钾玄质岩浆活动结束（图2、图3、图4）。钾玄岩的出现是陆内岩浆活动的标志［1］。稀土元素配分模式图解中LREE富集且分馏明显，HREE相对亏损且分馏不明显，以及Eu负异常表明：基性岩浆的结晶分异作用在帕那组流纹岩的成因中可能起了一定作用；但是，陆壳的部分熔融可能起的作用更大。像帕那组这样大规模的炽热岩浆和火山灰流在相对较短的时间内喷发，很难用基性岩浆的分异残余来解释，加之流纹质火山熔岩明显富集Th和LREE，并具有与陆壳非常相似的蛛网图曲线（图6），显示部分熔融趋势（图7－A），原岩是杂砂岩变质和基性岩类（图7－B），这些都支持念青唐古拉弧背断隆东段帕那组火山岩的岩浆活动与地壳重熔有关。帕那组火山岩属于富钾火山岩（图4－B），富钾火山岩不可能由正常的地幔橄榄岩通过部分熔融作用产生，在这类岩石的成岩过程中必须有地壳物质的参与［17］。已有研究表明，钾玄质岩石可形成于板缘和岛弧环境，也可以形成于拉张环境和后碰撞环境［18］。火山岩强烈富集大离子亲石元素和LREE的地球化学属性表明源区为交代富集地幔［21］。

图7 帕那组火山岩成因判别图Fig.7 Diagrams for the origin discrimination of the Pana volcanic rocks

根据板块构造学说，相对冷且密度大的大洋岩石圈在海沟处可被俯冲到大陆岩石圈底下直至670km深度，洋壳在俯冲潜没过程中或之后经脱水作用所产生的流体可对上地幔产生广泛且强烈的交代作用形成富集地幔。帕那组火山岩的样品点均位于或靠近深海沉积物分布区（图7－C），分析认为区内岩石圈地幔受到了因俯冲而进入地幔的泥质沉积物析出流体的混染作用，图7－D、E证实了这一观点。但样品点仅落在或靠近深海沉积物分布区，这充分说明区内富钾火山岩的成岩过程中浅部地壳物质的混染程度不强，岩浆源区存在有较强的因俯冲而进入地幔的地壳物质的混染作用。在不相容元素比值图解（图7－D）中，帕那组火山岩与弧火山岩相似，具有高wRb／wLa比值的特征，这表明源区EMI型富集地幔在岩浆形成过程中可能有俯冲板片富集流体的参与，也说明帕那组火山岩的岩浆源区为一个俯冲板片流体交代的俯冲地幔楔。绝大多数样品点均投影在岛弧火山岩区或靠近火山岩区、碎屑沉积物及大陆地壳的分布区（图7－E），这一特征也指示陆源物质参与了成岩过程［21］。综合上述分析，帕那组火山岩是由来自俯冲带的地幔源区的基性分异岩浆与陆壳重熔的酸性岩浆混合形成的，此外，俯冲板片上部的深海沉积物也参与了岩浆的形成。

4 火山岩形成的构造环境及大陆动力学背景

钙碱性—高钾钙碱性玄武岩－安山岩－英安岩－流纹岩组合属于陆内俯冲、碰撞型组合［13］。帕那组火山岩为一套以火山碎屑岩的流纹质为主夹有玄武岩、安山岩、粗面岩的火山岩组合，属钙碱性—高钾钙碱性系列（图4）。稀土分配模式为LREE富集型，具明显的负铕异常，LREE分馏程度明显高于HREE（图5）；微量元素原始地幔标准化配分曲线显示大离子亲石元素Rb、Ba、K及放射性生热元素Th强烈富集，Sr、Ta、Ti则相对亏损（图6）。稀土和微量元素组成特点均类似于现代岛弧或活动大陆边缘火山岩，是新特提斯大洋板块向北俯冲过程中火山活动较晚阶段的产物［13］，分布在弧后地区（图8－C），加上在帕那组火山岩中有粗面岩一类的碱性岩分布，表明当时的大地构造环境在碰撞时期有短时间的松弛阶段，导致地壳厚度变薄，中酸性岩浆喷出地表，形成了扎雪地区火山岩盆地。大约在55Ma B.P.，印度大陆与欧亚大陆发生“软碰撞”，新特提斯大洋不断减弱直到最终闭合［23］。闭合后新特提斯大洋的洋壳不断向北俯冲，加上“软碰撞”的加剧，随后在冈底斯南侧发生了陆内俯冲，最终导致已消减的新特提斯大洋板块俯冲前缘物质榴辉岩化［24］而密度加大，并进而发生拆沉与大陆板块脱离而下沉，造成软流圈物质上涌并提供引起地壳发生部分熔融的热引擎，导致其上拉萨陆块发生部分熔融，形成帕那组火山岩。样品投在经典岛弧岩石区域（图8－A），长英质岩石样品主要投在岛弧火山岩区域（图8－B），大多数样品投在正常的大陆弧构造环境内（图8－D），第一段、第二段、第三段的样品均分布在火山弧区和同碰撞带区，而第四段的样品仅落在同碰撞带区（图8－E），这样的分布意味着帕那组火山岩第一段至第三段处于火山弧向同碰撞过渡的大地构造环境，而到了第四段的时候大地构造环境已是同碰撞造山带环境。分析图8并结合帕那组火山岩中流纹岩大规模分布的特征，不难得出当时的大地构造环境处于由新特提斯大洋板块向北大规模俯冲向印度板块与欧亚板块“硬碰撞”转变的过渡大地构造环境。

图8 帕那组火山岩构造环境及动力机制判别图Fig.8 Diagrams for tectonic setting and the dynamic mechanism discrimination of the Pana volcanic rocks

5 找矿意义

研究区位于念青唐古拉弧背断隆成矿区带，属于旁多—错高成矿带，区内有拉屋－尤卡朗－昂张Pb、Zn、Au、Cu矿集区和蒙亚啊－洞中拉－亚贵拉Pb、Zn、Cu矿集区（图1）。矿集区主要分布在构造裂隙附近，受构造裂隙控制，其形成多与板块俯冲和碰撞作用以及碰撞后伸展阶段的构造－岩浆作用有关。其新生代所处的大地构造背景有利于形成“Bathurst”型 VMS矿床（Pb＋Zn＋Cu）（图9）。该带大面积分布帕那组中酸性火山岩，可以认为是以酸性火山岩为主的长英质大火成岩省［28］。相应的矿床主要是 Cu－Pb－Zn－Au－Ag、WSn、U－Th－REE矿床，以及 Sb－As矿床等。在活动大陆边缘火山岛弧构造带上，英安岩－流纹岩组合是寻找金、铜多金属矿床的重要岩石学标志之一［28］。帕那组火山岩岩石主体系高钾钙碱性系列，主要是 FII型流纹岩（图10），高 Th、［La／Yb］N和 Th／Th［2（Th）N／（Zr＋Hf）N］，有利于形成“Bathurst”型Pb＋Zn＋Cu矿床［27］；岩石组合为玄武岩－安山岩－流纹岩组合，与汇聚板块的活动大陆边缘上岛弧带中钙碱系列火山岩及其岩石组合一致，易形成Cu－Pb－Zn－Au－Ag（VMS）矿床。帕那组火山岩w（Na2O）／w（Na2O＋K2O）＜0.7，故有利于寻找铅锌铜矿床［29］。火山岩曾蚀变（图11－A、B、C），且蚀变主要类型为青磐岩化和绢云母化（图11－D），与绿泥石化和青磐岩化有关的矿床的种类很多，如铁、铜、铜、铅、锌、金、银和黄铁矿型矿床等。值得一提的是流纹岩可以赋存矿床类型很多，不仅仅是同生的VMS矿床，还有其他矿床。例如与中、酸性火山－潜火山岩有关的锡矿，这类矿床一般与英安岩－流纹岩类中酸性火山岩套、石英斑岩－花岗斑岩等浅成岩套的产出有直接成因关系，有2个类型：（1）斑岩型：锡、钨、钼矿床组合产于斑岩体顶部交代蚀变带中，锡矿化主要与绢英岩带有关。（2）火山－潜火山热液型：锡矿床产于英安质－流纹质凝灰熔岩的密集裂隙中。研究区位于活动大陆边缘，推测在帕那组英安质－流纹质火山－潜火山岩下面有中、浅成中酸性侵入体，其围岩是碳酸盐岩、钙质火山岩等化学性质活泼的岩石，在侵入体与围岩的接触带及其附近易于形成夕卡岩型铜矿、夕卡岩型铁矿、夕卡岩型钼矿、夕卡岩型锡矿、夕卡岩型铅锌矿、斑岩型铜（钼）矿床、硅灰石矿床等。

图9 帕那组火山岩成矿模式图Fig.9 Mineralization model diagram of the Pana volcanic rocks

图10 帕那组流纹岩分类图Fig.10 Classification of Pana rhyolites

6 结论

a.帕那组火山岩形成于火山弧向同碰撞过渡的大地构造环境，由俯冲消减过程中的幔源物质和壳源物质的同熔作用及增厚地壳的硅铝质部分熔融形成。

b.研究区有利于寻找“Bathurst”型VMS矿床（Pb＋Zn＋Cu），此外，斑岩型锡、钨、钼矿床，火山－潜火山热液型锡矿床以及夕卡岩型铜矿、夕卡岩型铁矿、夕卡岩型钼矿、夕卡岩型锡矿、夕卡岩型铅锌矿、斑岩型铜（钼）矿床、硅灰石矿床等也是找寻的重点。

在成文的过程中得到了西藏自治区地质调查院“西藏自治区矿产资源潜力评价项目”组多位老师的热情和耐心指导，文中的一些判别图解由路远发老师提供的Geokit软件完成，在此一并表示感谢。

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