西藏当惹雍错富钾和富钠碱性火山岩的矿物学研究及其成因指示

于丽芳，赵文霞，陈建林，郭倩，王保弟

(1.中山大学测试中心，广东广州510275;2.广东省地质局七一九地质大队，广东 肇庆526020;3.中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室，广东广州510640)

西藏当惹雍错富钾和富钠碱性火山岩的矿物学研究及其成因指示

于丽芳1，2，赵文霞1，陈建林3，郭倩1，王保弟3

(1.中山大学测试中心，广东广州510275;2.广东省地质局七一九地质大队，广东 肇庆526020;3.中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室，广东广州510640)

对青藏高原西南部当惹雍错地区的中新世超钾质粗面岩及共存的富钠质方沸石(霞石)响岩进行了详细的岩石学、矿物学研究，揭示出两套岩石具有不同的矿物学特征。钠质方沸石(霞石)响岩中橄榄石斑晶的熔体包裹体与钾质火山岩的成分相当，应属于早期残余的钾质岩浆，表明了钠质方沸石(霞石)响岩的形成晚于超钾质粗面岩。两类岩石的全岩化学成分、矿物组合及其单斜辉石核部的化学成分、Ti-Al比值的明显差异，表明钠质方沸石(霞石)响岩不是钾质粗面岩岩浆演化的产物，它们来自于不同的岩浆源区，即富钾和富钠的地幔源区。

矿物学;碱性火山岩;成因指示;当惹雍错

青藏高原广泛分布着新生代钾质-超钾质岩浆岩，它是在青藏高原碰撞造山后至高原快速隆升的过程中形成的，记录了高原形成和演化的许多重要信息。一般认为这些钾质-超钾质岩浆的源区为EMII型富集地幔(Miller et al.，1999;杨经绥等，2002;陈建林等，2007)，因此对其进行广泛而深入的研究，将有助于理解青藏高原形成和隆升过程(Peccerillo，1990，1992;邓万明等，2001;迟效国等，2006;孙晨光等，2007)。拉萨地块在25～10 Ma期间出现了一次岩浆活动的高峰期，形成了分布广泛的钾质-超钾质岩、高钾钙碱性岩及埃达克岩(许继峰和王强，2003;赵志丹等，2006;陈建林等，2006;王保弟等，2008)。由于岩浆组成的变化往往标志着构造格局发生变化和地球深部事件，因此对同期出现的高原隆升及东西向伸展的研究有着重要的意义(Turner et al.，1993;Williams et al.，2001;Chung et al.，2003;Hou et al.，2004;Williams et al.，2004;丁林等，2006;陈建林等，2006;王保弟等，2008)。前人对拉萨地块的钾质火山岩的岩石成因机制及其构造意义均有较好的研究(Miller et al.，1999)，但对该区的钠质火山岩的研究相对较少，对其与钾质火山岩的相互关系缺乏了解。因此，本文对拉萨地块当惹雍错地区的钾质-超钾质粗面岩和钠质方沸石响岩进行了详细的矿物学研究，探明两类岩石之间的相互关系，以期为深入理解青藏高原南部拉萨地块的抬升和伸展作用提供信息。

1 地质背景

青藏高原的形成被认为是陆-陆碰撞的典型例子，从而成为地球科学研究的热点。它主要由3条缝合带(自南而北:雅鲁藏布江、班公错-怒江、金沙江缝合带)分隔的4个地块(自南向北:喜马拉雅、拉萨、羌塘、松潘-甘孜地块)拼合而成。拉萨地块位于青藏高原南部地区，总体呈东西向展布，其北侧为班公-怒江缝合带，南侧则以雅鲁藏布缝合带为界。

本文的研究区(当惹雍错)位于拉萨地块中部的南北向地堑中。地堑以当雄-文部活动断裂和脚相给活动断裂为边界，由当穹错、当惹雍错和许如错断陷盆地组成(图1)。在当惹雍错两侧的亚前、米巴勒、仪仟等地发育中新世的火山-侵入活动，岩体总体呈南北向串珠状展布，岩性有白榴石响岩、碱玄岩、粗安岩、碱性粗面岩、安山岩、凝灰岩等。早期为粗面质-碱玄质岩浆的喷溢和侵出，晚期为碱质岩浆的喷溢和爆发，形成弯状火山、岩流、岩钟、岩舌等火山构造及山岳、穹丘等火山地貌，后期沿南北向断裂有花岗斑岩侵位(赵志丹等，2006)。

图1 当惹雍错地区地质简图(据Ding et al.，2003修改)Fig.1 Sketch geological map of the Tangra Yumco area(After Ding et al.，2003)

2 碱性火山岩的岩相学特征

所研究的两类岩石产出在当惹雍错东侧的米巴勒地区，在一个火山剖面上，两类岩石呈互层状产出，详细的野外描述见赵文霞等(2011)。钠质和钾质两套火山岩显示出不同的岩石学和矿物学特征。

钠质方沸石(霞石)响岩呈灰黑色，X射线粉晶衍射表明富钠质碱性火山岩的矿物成分包括方沸石、镁橄榄石、透辉石、金云母和少量磁铁矿，与岩相学观察一致(图2a、b、c)。岩石具斑状结构，斑晶主要为方沸石(40%)，透辉石(15%～20%)，金云母(约5%)，部分样品含橄榄石(约10%)。透辉石斑晶可以分成两类，一类斑晶较大且大多数具有明显的成分环带，另一类斑晶较小而不具成分环带。基质主要由方沸石、透辉石、透长石、磷灰石、磁铁矿等微晶组成(赵文霞等，2011)。

超钾质粗面岩呈灰黑色，斑状结构，斑晶主要为透辉石(10%～15%)、透长石(10%)和金云母(10%)。透辉石斑晶可以分成两类，一类斑晶较大且大多数斑晶具有明显的成分环带，另一类斑晶较小而不具成分环带。基质具粗面结构，主要由透长石、透辉石-普通辉石、金云母、磷灰石、磁铁矿等矿物微晶组成(图2d、e、f)。

图2 方沸石响岩(a，b，c)和超钾质粗面岩(d，e，f)的正交偏光照片Fig.2 Micrographs of the ultra-potassic trachyte and sodium analcime(nepheline)phonolite(crossed polarizer)

3 碱性火山岩的矿物学特征

本文矿物的化学成分利用中山大学测试中心电镜室日本电子JXA-8800R型电子探针仪进行分析，条件为加速电压15 kV，电子束流2×10-8A，电子束径1 μm，元素峰位的分析时间为10 s(钾、钠易迁移元素分析时间为5 s)，ZAF校正，分析误差小于3%。

3.1 橄榄石

橄榄石主要以斑晶的形式存在于钠质火山岩中，在钾质碱性火山岩中未见。钠质火山岩的橄榄石斑晶的代表性电子探针分析结果见表1，其MgO的含量为 47.28%～49.78%，FeO 的 含 量 为9.07%～12.45%，NiO 的 含 量 为0.22%～0.44%，Fo 值 为87.20～91.72，Fa为9.43～12.80，属于贵橄榄石 -镁橄榄石。由于它所含的 NiO、Cr2O3的含量较高，而Al2O3的含量较低，高Fo、Cr显示了其具有地幔橄榄石的特征(陶克捷和张培善，1985;李继亮等，2007)。

3.2 辉石

在所研究的钠质方沸石(霞石)响岩和超钾质粗面岩中均出现了辉石斑晶和辉石基质。赵文霞等(2011)已对钠质方沸石(霞石)响岩中的辉石斑晶成分进行过详细的研究，表明其端元组分为，基质辉石的端元组分为超钾质粗面岩中斑晶辉石具有与响岩中辉石斑晶相似的 端 元 组 分， 为 Wo(44.39～48.02)En(46.57～49.64)Fs(4.75～6.55)，基质辉石的端元组分为 Wo(41.95～46.80)En(42.07～46.57)Fs(7.32～11.46)，比响岩中基质辉石变化范围小。在辉石的三角投图上(图3)，两类岩石的辉石斑晶均主要落在透辉石的区域范围内，而辉石基质均主要落在透辉石和普通辉石的区域范围内。与辉石斑晶相比，基质辉石的 FeO、TiO2、Na2O、Al2O3的含量较高，而MgO的含量较低(表2)，两类岩石都显示出从辉石斑晶到基质辉石具有向Fs演化的趋势(图3)。但两套岩石中的辉石斑晶Mg#值相当，相互之间不存在演化关系。

表1 方沸石(霞石)响岩中橄榄石的电子探针分析结果Table 1 EPMA results of the olivines in the sodium analcime(nepheline)phonolite

图3 单斜辉石成分分类图Fig.3 Wo-En-Fs classification diagram of clinopyroxenes

表2 辉石电子探针分析结果Table 2 EPMA results of the clinopyroxenes

3.3 金云母

钠质碱性火山岩中的金云母成分变化较大(表3)，总体上，斑晶金云母具有比基质金云母更宽的成分变化范围。斑晶金云母的 Mg#为66.09～87.04，Ti/(Mg+Fe+Ti+Mn)值为0.04～0.13，Al/(Al+Mg+Fe+Ti+Mn+Si)值为0.15～0.17;基质金云母上述比值分别为 70.65～79.30，0.04～0.11和0.14～0.18。

钾质粗面岩的斑晶金云母成分变化也较大，与钠质方沸石(霞石)响岩相比，总体上钾质粗面岩的斑晶金云母具有略低的Mg#值(60.55～79.32)和较高的TiO2、Al2O3、FeO的含量，但具有相似的 Ti/(Mg+Fe+Ti+Mn)值(0.04～0.11)和 Al/(Al+Mg+Fe+Ti+Mn+Si)值(0.14～0.19)，而基质金云母的上述比值分别为 67.47～84.50，0.04～0.11和 0.16～0.18。

3.4 方沸石

方沸石主要以斑晶的形式存在于钠质碱性火山岩中，少量为基质。方沸石为等轴晶系矿物，应显示特有的四角三八面体或与立方体的聚形，但在所研究的岩石中该矿物有些呈长柱状晶体或具六边形横切面。电子探针成分分析表明(表4)其含有较高的K2O，结合X射线粉末衍射测试结果分析，推测这些方沸石由碱性岩特征矿物霞石蚀变而来，而部分方沸石仍保留有霞石六方晶系的晶形。方沸石(霞石)的出现表明了岩浆曾处于富钠贫硅的特殊环境(赵文霞等，2011)。

3.5 透长石

透长石在超钾质粗面岩中大量出现，而在方沸石响岩中仅少量存在于基质中。电子探针成分分析表明(表5):超钾质粗面岩中透长石斑晶Na2O的含量较低(2.49%～3.76%)，FeO的含量较高(0.28%～0.91%)，基质 FeO 的含量 也 较高(0.49%～2.04%)，从斑晶到基质FeO的含量呈增高的趋势。

表3 金云母电子探针分析结果Table 3 EPMA results of the phlogopites

4 方沸石(霞石)响岩橄榄石中的钾质熔体包裹体特征

包裹体的物质组成反映了成岩时期的介质环境，在钠质火山岩的橄榄石中发现岩浆熔融包裹体，包裹体呈不规则状。通过对样品(CM10-04-09)中橄榄石包裹体的电子探针定量分析可知(表6)，其具高K2O、低Na2O的特征，K2O/Na2O比值较高(＞4)。与钾质-超钾质火山岩的主量元素的化学成分(于丽芳，2010;Chen et al.，2011)相近，在 MgONa2O/K2O图中(图4)，包裹体成分明显不同于钠质火山岩，但落在钾质-超钾质岩的范围内，可能是钾质火山岩残余岩浆的产物。

表4 方沸石(霞石)响岩中方沸石斑晶电子探针分析结果(%)Table 4 EPMA results of the analcimes in the sodium analcime(nepheline)phonolite(%)

表5 超钾质粗面岩中透长石电子探针分析结果(%)Table 5 EPMA results of the sanidines in the ultra-potassic trachyte(%)

表6 方沸石(霞石)响岩(CM10-04-09)橄榄石中岩浆熔融包体电子探针分析结果(%)Table 6 EPMA results of the potassic residual magma inclusions in olivines of the sodium analcime(nepheline)phonolite(%)

图4 碱性火山岩MgO-Na2O/K2O图Fig.4 MgO-Na2O/K2O diagram of the alkaline volcanic rocks

5 岩石成因关系及意义

方沸石响岩和超钾质粗面岩分别为钠质和钾质的碱性岩，具有不同的矿物组合和成分特征，暗示它们可能具有不同的地幔源区。另一方面，两类岩石在同一火山剖面上呈互层状产出，反映出它们的形成时间和空间都非常接近。因此，厘清它们是否为同一岩浆体系的演化产物或者具有不同的地幔源区将是深入探讨其岩石成因机制及其深部意义的关键。

5.1 全岩化学成分的不连续性

钠质方沸石(霞石)响岩具有较低的K2O含量(2.58%～4.77%)和较高的 Na2O 含量(3.31%～4.22%)，Mg#从47.8～56.2，平均为 52.4(于丽芳，2010)。超钾质粗面岩具有较高的 K2O含量(6.11%～10.61%)、MgO 含量(1.10%～7.53%)和 Mg#(29.0～59.3，平均为51.5)(于丽芳，2010;Chen et al.，2011)。在 MgO-Na2O/K2O 图中(图4)，钠质方沸石(霞石)响岩与超钾质粗面岩具有相当的MgO含量但明显落在不同区域，而方沸石(霞石)响岩橄榄石中存在钾质熔体包体，该包体落在钾质-超钾质岩的范围内，可能是钾质火山岩残余岩浆的产物，超钾质粗面岩应早于钠质方沸石响岩喷发。而它们在成分上不存在连续性，暗示了它们源区上的不一致性。

5.2 矿物成分的差异

沸石(霞石)响岩的矿物组合为橄榄石+透辉石+金云母+方沸石(霞石)+磷灰石(少量)+透长石(少量)+磁铁矿(少量);超钾质粗面岩的矿物组合为:透辉石+金云母+透长石+磷灰石(少量)+磁铁矿(少量)。方沸石(霞石)响岩以富含橄榄石和方沸石、贫乏透长石区别于共存的超钾质粗面岩，两套岩石中的辉石斑晶均落在透辉石的区域范围内，Mg#值也相当，与超钾质粗面岩相比，钠质方沸石(霞石)响岩中金云母Mg#值较高，两套岩石不同的矿物组合及矿物特征说明它们可能来源于不同的岩浆源区。

矿物颗粒的核部(内环)记录了岩浆早期结晶的历史，因此，对两套碱性火山岩的单斜辉石核部进行对比也可以追溯其源区的差异。

从图5可以看出，与超钾质粗面岩中单斜辉石的核部相比，钠质方沸石(霞石)响岩单斜辉石的核部Mg#的值没有很大差异，具有较高的Al2O3含量(0.86%～1.96%)和 Cr2O3含 量 (0.08%～0.42%)。如果钠质方沸石(霞石)响岩岩浆是由超钾质粗面岩岩浆演化而来，相对演化程度高的单斜辉石应具有较低的 Mg#值、Cr2O3含量和较高的Na2O含量，但分析结果表明，两类岩石的单斜辉石斑晶核部成分并不存在上述变化趋势(图5)。另外，由同一岩浆体系演化而来的单斜辉石具有相似的Ti-Al比值，因此可以利用它来判断单斜辉石的亲缘性(Mitchell and Bergaman，1991;Perini and Conticelli，2002;黄小龙等，2007)。钾质粗面岩和钠质方沸石(霞石)响岩的单斜辉石核部Ti-Al比值明显不同(图6)。因此，钠质方沸石(霞石)响岩岩浆不可能是由超钾质粗面岩岩浆演化而来，应来源于独立的地幔源区。

陈建林等(2007)对同一地堑查孜地区的钾质-超钾质火山岩进行了详细的岩石化学研究，认为这些火山岩的岩浆应来源于富含金云母的地幔源区，并且与东西向的伸展有关。查孜地区的中基性钾质-超钾质火山岩为11～13 Ma，与本文的钾质-超钾质火山岩(12.5 Ma)同期喷发，因此它们应有相似的地幔源区，即富钾地幔源区。而方沸石(霞石)响岩与钾质-超钾质粗面岩具有不同的矿物组合、核部化学成分特征、Ti-Al比值，且晚于钾质-超钾质粗面岩的喷发，表明它应该来源于另一个富钠的地幔岩浆源区。

6 结 论

图5 单斜辉石Mg#-氧化物图解Fig.5 Mg#-oxide diagrams of the clinopyroxenes

图6 单斜辉石Al-Ti关系图Fig.6 Ti-Al diagram of the clinopyroxenes

(1)研究区存在一套钠质碱性火山岩——方沸石(霞石)响岩，该碱性火山岩的矿物组合为橄榄石+透辉石+金云母+方沸石(霞石)+磷灰石(少量)+透长石(少量)+磁铁矿(少量)，与其共存的超钾质粗面岩具有不同的矿物组合，即透辉石+金云母+透长石+磷灰石(少量)+磁铁矿(少量)。

(2)在方沸石(霞石)响岩橄榄石中发现钾质火山岩残余岩浆的包裹体，钾质火山岩岩浆的产生相对早于钠质火山岩岩浆。但钠质方沸石(霞石)响岩岩浆不是由钾质粗面岩岩浆演化而来。两类岩石全岩化学成分、单斜辉石正环带核部化学成分特征、Ti-Al比值的差异指示了不同的岩浆源区。

致谢:两位审稿老师分别对本文进行了一审和复审，提出了许多中肯的意见和建议，作者在此表示衷心的感谢!

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Mineralogical Characteristics of the Sodium-and Potassic-rich Alkaline Volcanic Rocks at Tangra Yumco，SE Tibet:Implications for Petrogenesis

YU Lifang1，2，ZHAO Wenxia1，CHEN Jianlin3，GUO Qian1and WANG Baodi3
(1.Instrumental Analysis and Research Center，Sun Yat-sen University，Guangzhou510275，Guangdong，China;2.No.719Brigade of Guangdong Geological Bureau，Zhaoqing526020，Guangdong，China;3.State Key Laboratory of Isotope Geochemistry;Guangzhou Institute of Geochemistry，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou510640，Guangdong，China)

The Miocene sodium-rich analcime(nepheline)phonolite and coexisting ultrahigh-potassium trachytes at Tangra Yumco area in southwestern Qinghai-Tibet Plateau show distinct petrological and mineralogical characteristics.The magmatic inclusions within olivine phenocrysts in the sodium analcime(nepheline)phonolite are compositionally similar to the ultrapotassic volcanic rocks，indicating that the potassium magma was formed prior to the sodium magma.Because of the different whole rock components，mineral assemblages，mineral compositions and Ti-Al ratios in the clinopyroxene cores，the sodium analcime(nepheline)phonolites were likely derived from different mantle magmatic sources rather than fractional results of a potassic trachytic magma.

mineralogy;alkaline volcanic rocks;petrogenesis;Tangra Yumco

P575

A

1001-1552(2012)02-0274-010

2011-08-24;改回日期:2011-12-06

项目资助:国家自然科学基金(40772046)和中国科学院重要方向性项目(KZCX2-YW-Q04)资助。

于丽芳(1984-)，女，硕士，矿物岩石矿床学专业。Email:yulifang222333@126.com

赵文霞，女，博士，副研究员。Email:zhaowx@mail.sysu.edu.cn