青海南部治多县扎河一带上三叠统巴塘群火山岩特征及其构造环境

白云山，牛志军，段其发，赵小明，汤朝阳

BAI Yun-shan，NIU Zhi-jun，DUAN Qi-fa，ZHAO Xiao-ming，TANG Chao-yang

（中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北武汉 430205）

（Wuhan Center of China Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei,China）

青海南部治多县扎河一带上三叠统巴塘群火山岩特征及其构造环境

白云山，牛志军，段其发，赵小明，汤朝阳

BAI Yun-shan，NIU Zhi-jun，DUAN Qi-fa，ZHAO Xiao-ming，TANG Chao-yang

（中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北武汉 430205）

（Wuhan Center of China Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei,China）

巴塘群火山岩主要由基性玄武岩-中性安山岩-流纹岩组成，构成一套从基性到中性到酸性的岩石组合，具较完全的演化序列。岩石化学表现为表现为低TiO2（＜1%），高Al；稀土元素特征表现为轻稀土元素富集；在微量元素地球化学方面，表现为富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，εNd(t)变化在-0.3～2.9之间，εSr(t)变化在14.4～39.2之间，表现为弧火山岩特征,为拉竹龙－金沙江洋盆（或甘孜—理塘洋）向南消减的产物。

三叠纪；巴塘群；火山岩；构造环境；扎河；羌塘东部

Kay words:The Triassic Batang group;volcano rock;tectonic environment;Zhahe area,Eastern Qiangtang

青海省治多县扎河地区位于青海省南部，在大地构造上属东特提斯构造域，处于金沙江缝合带与班公湖—怒江缝合带之间的羌塘地块北部[1]，区内广泛分布以海相为主的晚三叠世地层。这里处于青藏高原东部，条件艰苦，环境恶劣，对该区三叠纪的研究还很薄弱，研究程度很低。2004－2006年，宜昌地质矿产研究所在青海南部曲麻莱地区开展1︰25万区域地质调查，对分布于治多县扎河一带的上三叠统巴塘群火山岩进行了较详细的调查研究，分析了成因类型，并对其形成构造环境进行了探讨。

1 地质特征

本文研究的巴塘群火山岩分布于青省南部治多县西北部扎河乡章果茶首、杂龙尕切雅赛一带(图1)，出露最大厚度983.59 m，火山岩产于该群的中组中段，呈层状、似层状产出。火山岩总体向西增厚，向东逐渐减少。主要岩性为玄武岩、钾玄岩、橄榄粗安岩、安粗岩、玄武安山岩、安山岩、流纹岩、安粗质角砾熔岩、凝灰熔岩、凝灰岩和沉凝灰岩。属海相喷发类型。

巴塘群上段灰岩层中生物化石丰富，产腕足类Rhaetinopsis pentagonalis Ching,Sun et Ye，R.zadoensis Ching,Sun etYe，Arcosarina pentagona Ching,Sun et Ye，Rhaetina elliptica Dagys,Oxycolpella robinsoni Dagys,O.elongata Ching et Fang，“O.”zhidoensis Sun,Ching et Ye,Koninckina gigantea Sun,Ching et Ye,Amphiclina cf.ungulina Bittner,A.sp.等；珊瑚Montlivaltia norica French, Thecosmilia sinensis Liao et Li，Pinacophyllum cf. parallelum French等；双壳：Pteria angusta(Saurin)， Chlamys cf.desiderii(Bittner)，Neomegalodon(Neomegalodon)boeckhi maerquensis Chen et Zhang,N. (N.)cf.damesi(Hornes),Unionites griesbachi(Bittner)等；腹足类Zygopleura(Allocosmia)cf.furricula (Assmann),Neritaria cf.involuta Koken,N.sp.；菊石：Paratibetites sp.海百合：Cyclocyclicus sp.等①。地质时代为晚三叠世卡尼期至诺利期。青海南部地区与晚三叠世巴塘群层位相当的是结扎群[2]，马丽艳等在研究区西邻区治多县一带结扎群火山岩中获得了K-Ar年龄值为208 Ma、224 Ma[3]，与上述化石所反映出的地质时代一致。

2 岩石学特征

巴塘群火山岩普遍蚀变较强，可见到明显的绿泥石化和绿帘石化现象。中基性岩石颜色总体较深，呈暗绿色、灰绿色、灰色；酸性岩呈灰白色。在TAS分类图上（图2），样品主要落入粗面玄武岩、玄武质粗面安山岩、粗面安山岩及流纹岩区，说明巴塘群火山岩从基性岩到中性岩、中酸性岩到酸性岩，具有较完整的演化序列。主要岩石特征如下：

图1 研究区地质略图Fig.1 Geological sketch map in studied area

碱性玄武岩灰绿色，辉绿结构、填间结构，由更长石（59%～62%）、辉石（11%～13%）、绿泥石（25%～28%）、方解石（0～1%）、榍石（0～1%）组成。更长石呈板状，具粘土化，在更长石组成的格架中充填有辉石、绿泥石、方解石形成辉绿结构，粒度在0.15～1.0 mm之间。

钾玄岩灰绿色，具气孔构造，变余斑状结构，基质为交织结构；斑晶由斜长石（5%～7%）、辉石（2%～5%）、角闪石（9%）组成。斜长石强烈帘石化、粘土化，角闪石具铁质反应边，绿泥石化，伴有纤闪石化，普通角闪石略具暗边化。基质由斜长石（61%～65%）、辉石（3%～6%）、绿泥石（5%～7%）、钾长石（2%～4%）及少量金属矿物组成。

橄榄粗安岩灰白色，变余斑状结构，基质交织结构；斑晶由斜长石（23%～25%）、暗色矿物（1%～3%）组成。斜长石具卡氏双晶。具帘石化。基质由斜长石（51%～55%）、暗色矿物（15%～19%）、钛铁矿（1%～2%）组成。

安粗岩灰色，变余斑状结构，基质为玻晶交织结构；斑晶由斜长石（5%～9%）、暗色矿物（2%～4%）组成。斜长石强烈帘石化。基质由斜长石（55%～57%）、玻璃及隐晶质（26%～30%）组成。岩石中少许气孔、杏仁体。杏仁体由方解石、绿泥石组成。

图2 火山岩TAS图解[4]Fig.2 TAS figure of volcanic rocks

玄武安山岩灰色，变余斑状结构，基质微晶隐晶结构；斑晶由斜长石（18%）、角闪石（13%）、辉石（2%）组成。斜长石强烈帘石化。基质由斜长石（31%）、暗色矿物（5%）、磁铁矿（1%）、隐晶质（30%）组成。岩石中少许杏仁体，中心为绿泥石，边缘为绿帘石集合体。

安山岩浅褐黄色，变余斑状结构，基质交织结构、微粒结构。斑晶由斜长石（31%～35%）、暗色矿物（1%～2%）组成。基质由斜长石（50%～53%）、石英（4%～6%）、暗色矿物（2%～4%）组成。斜长石具粘土化、帘石化及碳酸盐化。基质中斜长石多近于平行排列，暗色矿物分布于其间隙中形成交织结构，局部与石英一起构成微粒结构。

流纹岩灰白色，无斑结构，基质具显微微粒结构。由长英质（85%～89%）、绢云母（5%～9%）、氧化铁（1%～2%）组成。矿物颗粒大小在0.076～0.02 mm间，长石和石英微晶二者之间不能截然分开，局部可见长英质构成的微球粒，其间有绢云母和氧化铁分布。

安粗质角砾熔岩灰绿色，熔岩具砾状结构，杂斑结构，由火山碎屑（84%～88%）、熔岩胶结物（10%～12%）。火山碎屑呈棱角状、次棱角状，大小在0.80×1.86～2.25×22 mm，由玄武安山岩、铁质安山岩、铁质杏仁玄武岩及少量粉晶灰岩岩屑组成。熔岩胶结物：斑晶由斜长石、普通辉石、角闪石组成；大小0.12～0.56 mm。基质由斜长石微粒组成。

凝灰熔岩有安粗质火山角砾凝灰熔岩、流纹质含角砾凝灰熔岩、流纹质凝灰熔岩、流纹质玻屑晶屑凝灰熔岩等。其中常见者为流纹质凝灰熔岩和流纹质玻屑晶屑凝灰熔岩。岩石呈灰绿色，变余凝灰熔岩结构；由火山碎屑（20%～24%）和熔岩物质（76%）组成。火山碎屑为玻屑晶屑和少量岩屑组成，大小为0.08～0.45 mm，玻屑呈“Y”字型、弓型，脱玻重结晶为长英质微晶集合体，岩屑为具球粒结构的流纹岩，晶屑呈棱角状，由石英、斜长石组成。熔岩物质：斑晶（1%～2%），由斜长石、钾长石、石英组成，基质（73%～76%），由显微隐晶的长英质和次生绢云母组成。

凝灰岩有安粗质岩屑凝灰岩、流纹质晶屑玻屑凝灰岩、流纹质岩屑晶屑凝灰岩、流纹质晶屑凝灰岩等亚类型。其中以流纹质凝灰岩最为常见，岩石呈灰色，变余晶屑玻屑凝灰结构。由晶屑（10%～13%）、玻屑（17%～20%）、火山灰（65%～67%）组成。晶屑呈棱角状，以石英为主，玻屑呈管状、弧面棱角状，已被石英取代。

沉凝灰岩灰绿色，沉凝灰结构，火山物质由火山灰（48%～51%）、玻屑（8%～11%）、晶屑（1%～2%）组成。胶结物由钙质（35%～38%）、生物碎屑（1%～2%）组成。火山灰蚀变后被绿泥石、显微隐晶石英集合体取代。玻屑呈弧形棱角状、“Y”字形、管状，脱玻化后由微粒石英集合体取代。晶屑呈棱角状，由石英组成。

3 火山岩地球化学特征

3.1 主量元素特征

从表1可看出巴塘群火山岩岩石中SiO2从基性到酸性均有出露，具较完全的演化序列，岩石中TiO2含量均较低，平均0.57%，属低钛，显示岛弧火山岩特性，而有别于大洋中脊和洋岛火山岩（其TiO2含量一般＞1.3%）；Al2O3含量变化较大，在10.08%～20.81%之间，平均16%，高于一般的大洋火山岩，而小于典型的岛弧钙碱性火山岩（平均17.8%），K2O+Na2O为 3.05% ～11.26%，平均7.30%，较高，多数样品Na2O＞K2O；SiO2含量为42.42%～78.28%，表明岩浆从基性到酸性的演化。中基性岩σ为1.17～8.07，平均5.00，显示了碱性岩系特征；酸性岩σ为0.86～1.96，平均1.40，为钙碱性岩系。

3.2 稀土元素特征

巴塘群火山岩稀土元素分析结果见表2，ΣREE为80.39～193.60×10-6，平均134.59×10-6，LREE/HREE为2.76～12.51，平均7.16，（La/Yb）n为1.95～14.92，平均8.01，反映轻稀土富集。稀土配分曲线右倾（图3），轻稀土元素配分曲线向右陡倾，而重稀土配分曲线相对平坦，与板块会聚边缘玄武岩稀土元素配分曲线相似。岩石中Eu的亏损从基性到酸性岩逐渐增强，δEu=0.34～0.91，为铕较强负异常—弱负铕异常，反映岩浆从基性到酸性的演化过程中，斜长石的分离作用愈来愈增强。

图3 测区火山岩稀土元素配分曲线Fig.3 Chondrite-nornalized REE patterns of volcanic rocks of Batang Group

表2 巴塘群稀土元素分析结果（×10-6）Table 2 Rare earth element analyse results of Batang Group

3.3 微量元素特征

微量元素分析结果见表3，岩石的MORB标准化微量元素分布图见图4，表现为富集大离子亲石元素，Ti显著亏损，高场强元素Ta、Nb、Zr、P亏损，这基本反映了活动大陆边缘的特征。Salter发现活动大陆边缘区La/Nb比值普遍较高（＞2）[6]巴塘群火山岩La/Nb比值为1.37～4.31，平均2.15；Ba/La变化于5.56～92.37之间，平均36.30，与板块俯冲作用有关的的岛弧火山岩的Ba/La值（＞30）相近。板块会聚和离散区火山岩系研究表明，两者之间的火山作用在Th/Ta值上有明显区别，板块构造会聚区火山岩系的Th/Ta值变化较大，且多＞10，巴塘群火山岩Th/Ta值为4.88～32.16，平均13.25，明显具有板块会聚区的特点。

4 Sr、Nd、Pb同位素地球化学

图4 火山岩MORB标准化微量元素分布图[5]Fig.4 MORB normalized trace element patterns of Batang volcanic rocks

表3 巴塘群火山岩微量元素分析结果（×10-6）Table 3 Trace element analysis results of Batang Group

巴塘群上段灰岩中产大量生物化石，时代为晚三叠世卡尼期—诺利期，结合化石及同位素年代龄，将火山岩形成年龄核定为220 Ma，对放射成因锶、钕进行扣除和测算铅同位素各项参数，得到锶和钕的同位素初始比值（表4）。εNd(t)变化在-0.3～2.9之间，εSr(t)变化在14.4～39.2之间，在εNd (t)—εSr(t)图解中（图5），样品落入Ⅳ象限的上部及Ⅰ象限Ⅳ象限结合部位，处在壳幔源区之间，表明源区具有明显壳幔混合源区特征。

铅同位素分析结果见表5，在Pb同位素△β—△γ图解中（图6），样品落入1区及1区向3a过渡区，说明铅的来源为地幔及上地壳与地幔混合的俯冲带岩浆作用。

表4 Sr、Nd同位素组成测定结果Table 4 The Nd-Sr isotopic analysis results for Batang volcanic rocks

图5 火山岩εNd（t）-εSr(t)图解Fig.5 εNd（t）—εSr(t)diagram for Batang volcanic rocks

表5 Pb同位素分析结果表Table 5 The analytic results of Pb isotope component for Batang volcanic rocks

5 构造环境分析

5.1 火山岩物质来源

火成岩的Sr、Nd同位素初始比可以反映它们的源区特征。本次所测3个火山岩样品，ISr值比较一致，变化在0.70700～0.70539之间，略高于现代大洋玄武岩的ISr（0.702～0.706），但明显小于大陆壳平均值 0.719。INd值也较为一致，变化于0.512478～0.512719间，同样位于大洋地幔（0.51315～0.51305）与大陆壳上地壳（0.51212）[7]之间。铅主要来源于地幔（图6）。反映的是富集源区特征，显示其源区本身经历了一定程度的LREE和不相容元素的富集过程，表明火山岩物质应来源于一种富集型地幔源区，在火山岩原始岩浆形成和演化过程中可能有大量再循环而进入地幔的地壳物质组分，而且在岩浆源区占有重要地位。这与长江源各拉丹冬地区晚三叠世火山岩的特征[8]相同，说明形成火成岩的岩浆是地幔与地壳两组分的混合，以幔源组分略占优势。事实上，青藏高原在板块碰接这一特定的构造条件下，由于强烈的挤压应力和陆壳的缩短加厚，完全有可能使大量的地壳物质被带入地幔[9]，从而形成一特殊的加厚陆壳和富集型上地幔。

5.2 构造环境分析

巴塘群火山岩位于东特提斯构造域北部，处在拉竹龙—金沙江板块缝合带与班公湖—怒江板块缝合带之间的羌塘陆块东部，时代为晚三叠世，主要由碱性玄武岩、粗面安山岩、流纹岩等组成的一套基性—中性—酸性岩石。岩石化学上巴塘群火山岩表现为低Ti，稀土元素特征表现为轻稀土元素富集，在微量元素地球化学方面，表现为富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，这些地球化学特征均为弧火山岩所常见，Sr、Nd、Pb同位素特征表现为壳幔混合源区特征。在微量元素Ti/100—Zr—3Y图解（图略）及Hf/3—Th—Nb/16图解和Hf/3—Th—Ta图解（图7、图8）样品均主要落入岛弧火山岩区。综合上述分析，巴塘群火山岩形成的大地构造环境总体应属岛弧环境。

图6 Pb同位素△β—△γ图解Fig.6 △β—△γ diagram for Batang volcanic rocks

图7 Hf/3-Th-Ta图解Fig.7 Hf/3-Th-Nb/16 diagram for Batang volcanic rocks

羌塘东部地区在古特提斯洋产生至消亡的过程中，形成了一系列与之对应的火山岩系，火山岩的源区物质也在发生着不断的变化。早石炭世至中二叠世为裂谷型火山岩，岩浆来源于亏损地幔源区[10]，表明羌塘地块北部的金沙江洋盆、甘孜－理塘洋盆处于扩张的重要时期。晚二叠世开始出现岛弧型火山岩，揭示出金沙江洋处于闭合回返阶段，主洋盆向南俯冲，从拉张动力学机制转化为碰撞造山挤压动力学机制，而此时甘孜－理塘洋盆则朝着不同的方向演化。由于金沙江洋盆的闭合，受南北向张应力的影响，在较深水的裂堑式深海盆基础上进一步扩张形成更大的甘孜－理塘洋盆。

晚二叠世－晚三叠世是青海南部地区重要的构造转折时期，即由洋－陆俯冲转化为陆－陆俯冲，青海南部地区进入陆内演化阶段。晚三叠世早期甘孜－理塘洋盆扩展达到鼎盛时期，在曲麻莱以西可能继承了早期的金沙江结合带构造，中期班公湖—怒江洋发生海底扩张，羌塘地块不断向北推挤，使得甘孜－理塘洋向南西俯冲消减，羌塘地块与扬子地块拼合，产生强烈的碰撞造山，造山带核部开始隆起，俯冲的残留地块熔融，对源区物质不断改造。尽管如此，但从上述锶、钕同位素的研究来看，源区仍是以地幔物质为主，由于地幔物质的上涌，在上升达到地表过程中，受到不同程度上陆壳的混染，形成三叠纪巴塘群火山岩。与甘孜—理塘缝合带挤压隆起有关，由此在三江—藏东—青南—藏北地区形成一系列岛弧型火山岩带[11-13]，代表了挤压造山机制下的岛弧火山岩。

图8 Hf/3-Th-Ta图解Fig.8 Hf/3-Th-Ta diagram for Batang volcanic rocks

注释：

①中国地质调查局武汉地质调查中心.1：25万曲麻莱县幅（I46C002004）区域地质调查报告[R].2006.

[1]潘桂棠，陈智梁，李兴振，等．东特提斯地质构造形成演化[M]．北京：地质出版社,1997:1-218.

[2]赵小明，牛志军，姚华舟，段其发，汤朝阳．青海省治多西北上三叠统巴塘群划分对比与环境分析[J]．沉积学报，2006，24(4)：511-520．

[3]马丽艳，白云山，牛志军，王建雄，段其发.青海南部三叠纪结扎群火山岩地球化学特征及其构造环境分析[J]．地球学报，2007,28(5)：428-437.

[4]Le Bas M J,Le Maitre,R W,Streckeisen A，Zanettin B.A chemical classification of volcanic rocks based on the Total Alkali-Silica diagram [J].Journal of Petrology，1986，27: 745-750.

[5]Bevins R E,Kokelaar B P,Dunkley P N.Petrology and geochemistry of lower to middle Ordovician igneous rocks in Wales:a volcanic arc to marginal basin transition[J]. Proceedings of the Geologists'Association,1984,4:337-347.

[6]Salters V T M,Hart S R.The mantle sources of ocean ndges, island arcs:the Hf-isotope connection[J].Earth and Planet Science Letters,1991,104:364-380.

[7]Faure G.Principles of isotope geology (2nd ed.)[M].New York:John Wiley and Sons，1986:160-230.

[8]马丽艳，白云山，牛志军，姚华舟，段其发.长江源各拉丹冬地区晚三叠世火山岩锶钕同位素地球化学特征及其意义[J]．中国地质，2004，31(2)：174-178.

[9]Molnar P,England P,Martinod J.Mantle dynamics,uplift of the Tibetan plateau and the Indian Monsoon[J].Reviews of Geophysics,1993，31:357-396.

[10]马丽艳，牛志军，白云山，段其发，王建雄．青海南部二叠纪火山岩Sr、Nd、Pb同位素特征及地质意义[J].地球科学，2007，32(1)：22-28．

[11]侯增谦，莫宣学，谭劲，胡世华，罗再文．“三江”义敦岛弧带玄武岩喷发序列与裂谷—岛弧转化[J]．地球学报，1993，(1)：49-67。

[12]李才，王天武，杨德明，杨日红．西藏羌塘中央隆起区物质组成与构造演化[J]．长春科技大学学报，2001，31 (1)：25-31.

[13]白云山，李莉，牛志军，魏君奇，卜建军．长江源各拉丹冬晚三叠世火山岩特征与成岩构造环境[J]．华南地质与矿产，2001，(3)：9-13.

Bai Y S,Niu Z J,Duan Q F,Zhao X M and Tang C Y.Geochemical characteristics and its tectonic significance of Upper Triassic Batang group volcano rocks in Zhahe area,Zhiduo County, Southern Qinghai Province.,,2014,30(4):319-327.

Batang group volcano rock is mainly composed of basalt-andesite rhyolite,formed from a set of basic to neutral to acidic rock combination,with the sequence evolution is more complete.Petrochemistry showed low TiO2(less than 1 wt%),high Al;the characteristics of rare earth elements showed enrichment of light rare earth elements;in the trace element geochemistry,the performance for the enrichment of large ion lithophile elements,depleted in high field strength elements,εNd(t)is-0.3～2.9,εSr(t)is 14.4～39.2,all the above geochemical characteristics indicate those rocks were formed in volcano arc environment,is product of the Lazhulong-Jinsha River ocean(or Ganzi-Litang ocean)southward subduction.

P588.14

A

1007-3701(2014)04-319-09

10.3969/j.issn.1007-3701.2014.04.003

2014-03-10；

2014-05-28.

中国地质调查局项目“湘中页岩气资源远景调查”（12120114049701）.

白云山，（1964—），男，教授级高级工程师，主要从区域地质调查工作及岩浆岩研究.