西藏措勤县雄玛地区始新统林子宗群帕那组火山岩地球化学特征及构造背景

鲍春辉，丁枫，王乾，刘寿航，徐峰，何朝鑫

成都理工大学地球科学学院，成都， 610059

内容提要：西藏措勤县雄玛地区林子宗群帕那组火山岩大地构造位置位于冈底斯—念青唐古拉山板片，地层分区上属于冈底斯地层区、隆格尔—南木林地层分区。岩性主要为一套以浅灰色、灰绿色流纹质凝灰岩为主，夹浅黄绿色、灰绿色流纹岩及英安岩、火山角砾岩、杂砂岩及砾岩的岩石组合。之下与永珠组和拉嘎组呈喷发不整合接触。岩石地球化学特征表明该火山岩系属过铝质的高钾钙碱性—亚碱性系列，稀土元素地球化学中轻稀土元素明显富集，微量元素中大离子亲石元素(Rb、K、Th、U、LREE)富集，高场强元素(Nb、P、Ti)亏损。以上特征说明雄玛地区林子宗群帕那组火山岩岩浆源于陆壳重熔，属与俯冲造山有关的陆相火山岩，同时又兼具陆—陆碰撞的特点。推测帕那组火山岩形成于新特提斯洋壳俯冲基本结束，印度板块与欧亚板块碰撞开始的构造背景下，年龄大概在38Ma左右，为始新世晚期。

西藏冈底斯带挟持于班公湖—怒江缝合带与雅鲁藏布江缝合带之间，该带发育有大量中—新生代中酸性火山岩，其中最为著名的林子宗群火山岩出露面积最广。该火山岩主要为一套夹有沉积岩的陆相火山岩，它不整合覆盖于下伏地层之上，在形成时代上跨越了古新世—始新世。由老至新包括典中组(E1d)、年波组(E1n)、帕那组(E2p)。且在地球化学特征上具有从下部典中组中性火山岩向上部的年波组和帕那组酸性和高钾火山岩演化的岩石学和地球化学特征(于枫等，2010)。林子宗火山岩早期带有较多陆缘弧火山岩特征,中期开始出现标志陆内岩浆活动的钾玄岩,晚期更多地显示了加厚陆壳条件下火山岩的特点,记录了从新特提斯洋壳俯冲消减末期到印度—亚洲大陆碰撞初期整个过程丰富的信息(莫宣学等，2003)。

前人对林子宗群帕那组火山岩的分布，岩石学和岩石地球化学特征以及时代进行了一定的研究，但主要集中在拉萨地块东部林周盆地以及冈底斯中东部地区，而对冈底斯西部地区帕那组火山岩的研究非常薄弱。江西省地质调查院(2002)进行1∶25万措麦幅区域地质调查，调查范围覆盖研究区，并将措勤地区帕那组火山岩定义为一套酸性—中性火山碎屑岩夹熔岩，底部为沉积碎屑岩的岩石组合，取下部英安岩测得同位素年龄值38.49±1.00Ma(K-Ar法)，地球化学特征显示了火山弧环境的特点(江西省地质调查院❶)。四川省地质调查院(2002)在研究区西部进行1∶25万区域地质调查，将帕那组火山岩定义为一套硅化流纹岩及少量流纹质火山碎屑岩。Ar-Ar同位素年龄值为46.22Ma，形成于岛弧环境(四川省地质调查院❷)。至今十年的时间内对冈底斯中西段帕那组火山岩的研究几乎仅停留在1∶25万区域地质调查的基础上,且由于帕那组火山岩出露面积较小，分布不集中，剖面顶底不全，研究范围十分局限，导致对措勤地区帕那组火山岩的岩性定义和年龄也存在较大分歧，从而制约了对冈底斯中西段古近纪岩浆活动与构造演化的研究。

本文以冈底斯中西段措勤县雄玛地区帕那组火山岩为研究对象，结合野外资料、室内研究以及前人成果，试图通过对该地区帕那组火山岩的岩石学、岩石地球化学分析结果来探讨其成因及其形成的构造环境以期对研究区的区域地质演化和探寻与火山活动有关的矿产资源提供基础地质资料。

图1 研究区大地构造位置图(据潘桂棠等,2006)Fig. 1 Tectonic location of the study area(modified after Pan Guitang et al.,2006)Ⅰ—班公湖—怒江缝合带；Ⅱ—波仓藏布—色林错弧前陆棚带；Ⅲ—则弄火山岩浆弧；Ⅳ—措勤—多瓦复合弧后前陆盆地；Ⅴ—隆格尔—念青唐古拉复合火山岩浆弧；Ⅵ—南冈底斯岩浆弧；Ⅶ—雅鲁藏布缝合带；Ⅷ—喜马拉雅造山带Ⅰ—Bangong Lake —Nujiang River suture zone;Ⅱ—Bocang River—Selin Lake Fore-arc continental shelf zone;Ⅲ—Zenong volcanic—magmatic arc;Ⅳ—Coqen—Duowa compound type back-arc foreland basin;Ⅴ—Longger—Nyainqentanglha compound type volcanic—magmatic arc;Ⅵ—South Gangdise magmatic arc;Ⅶ—Yarlung-River suture zone； Ⅷ—Himalaya orogenic belt

1 区域地质概况

研究区位于雅鲁藏布江缝合带和班公湖怒江缝合带之间的措勤盆地南部，大地构造位置隶属于冈底斯—念青唐古拉山板片，区域构造线以北西西向或近东西向为主。该区南北向横跨隆格尔—念青唐古拉复合岩浆弧和南冈底斯岩浆弧(图1)。

图2 研究区地质简图Fig. 2 Geologic sketch map of the study areaQhal—第四系全新统冲积物；Qhpal —第四系全新统洪冲积物；E2P—始新统帕那组；E2n—古新统年波组；上石炭统拉嘎: C2l2—二段，C2l1—一段；下石炭统永珠组：C1y4—四段，C1y3—三段，C1y2—二段，C1y1—一段；E2ηγ—始新世二长花岗岩；E2γδπ—始新世花岗闪长斑岩Qhal — Holocene alluvium; Qhpal — Holocene flood alluvium; E2p — Eocene Pana Formation; E2n — Paleocene nianbo Formation; Upper Carboniferous Laga Formation: C2l2—the Second Member,C2l1—the First Member;Lower Carboniferous Yongzhu Formation: C1y4—the Fourth Member, C1y3—the Third Member,C1y2—the Second Member, C1y1—the First member; E2ηγ—Eocene monzonitic granite;E2γδπ—Eocene granodiorite porphyry

该区地层分区属于冈底斯地层区，隆格尔—南木林地层分区，主要充填地层包括上古生界的石炭系和二叠系地层，区内普遍缺失下中三叠统和下侏罗统沉积地层，另外第四系分布广泛，水系比较发育。该区中新生代岩浆活动十分强烈，侵入岩、火山岩均有出露，均属于喜马拉雅期侵位或喷出。主要受东西向和北西向构造控制，具有多类型、多期次、多阶段的特征。林子宗群帕那组火山岩(E2p)主要出露于研究区东南部，面积约16km2(图2)。其中英安岩同位素年龄值为38.49±1.00Ma(K-Ar法)(江西省地质调查院❶)，为始新世晚期。通过与林周盆地帕那组火山岩年龄(48～53 Ma)(周肃等，2004)对比，本区帕那组时代起始时间略晚。

2 样品采集和分析方法

2.1 样品采集及岩石特征

图 3 (a)始新统帕那组火山岩宏观特征；(b)凝灰质火山角砾熔岩微观特征；(c)流纹质岩屑晶屑火山角砾熔岩微观特征(偏光)；(d)流纹质岩屑晶屑火山角砾熔岩特征(正交)；(e)流纹质岩屑晶屑火山角砾熔岩微观特征(偏光，可见大量火山角砾及明显长石和石英斑晶，有明显的粘土矿化、绿泥石化现象等)；(f)流纹质岩屑晶屑火山角砾熔岩微观特征(正交，可见大量火山角砾及明显长石和石英斑晶，有明显的粘土矿化、绿泥石化现象等)Fig. 3 (a) volcanic rock macro characteristics of Eocene Pana Formation; (b) micro characteristics of tuffaceous volcanic breccia lava; (c)—micro characteristics of rhyolitic debris and crystal volcanic breccia lava(polarimetry) ; (d) micro characteristics of rhyolitic debris and crystal volcanic breccia lava(orthogonality) ; (e) micro characteristics of rhyolitic debris and crystal volcanic breccia lava(polarimetry,we can clearly seeing many volcanic breccia,feldspar and quartz phenocrysts,clayization,choritization and so on); (f) micro characteristics of rhyolitic debris and crystal volcanic breccia lava(orthogonality,we can clearly seeing many volcanic breccia,feldspar and quartz phenocrysts,clayization,choritization and so on)

该研究区帕那组为一套以浅灰色、灰绿色流纹质凝灰岩为主，夹浅黄绿色、灰绿色流纹岩及英安岩、火山角砾岩、杂砂岩及砾岩的岩石组合。在研究区内采取三块帕那组火山岩样品：BX0604-1流纹质火山角砾熔岩、BX6603-1凝灰质火山角砾熔岩、BX6705-1流纹质火山角砾熔岩。宏观上，该研究区帕那组火山岩受风化严重，多呈肉红色，可见大量裂隙，中间被大量沙泥、植物碎屑，腐殖质等物质充填，胶结物为熔岩胶结，岩石致密坚硬；微观上，火山角砾和凝灰岩屑多被氧化成淡褐红色调，角砾成分为变泥质粉砂岩、变褐铁矿化细砂岩、变泥质长石石英细砂岩，角砾状、不规则粒状，粒度在3.1～2.0mm间。熔岩在组构上呈斑状结构，块状构造，其中斑晶约占15%，粒度在3.1～1.0mm间，多由石英、粘土矿化和绢云母化的斜长石、钾长石组成，其中钾长石、石英边部熔蚀结构发育，斑晶局部可见绿泥石化。基质成分主要为黄褐色玻璃、脱玻化晶出的少量半晶质微粒矿物(长石、石英)等。同时岩石具硅化、褐铁矿化，多呈脉状、团粒状交代基质。特征如下图3所示。

图4 (a) 始新统帕那组火山岩TAS图(据Le et al.,1989)；(b)帕那组火山岩SiO2—K2O图(据Peccerillo et al.,1976)；(c)始新统帕那组火山岩SiO2—Alk图(据Irvine，1971)；(d)始新统帕那组火山岩铝饱和指数图解(据Irvine，1971)Fig. 4(a)TAS diagram of volcanic rocks from the Eocene Pana Formation;(b)SiO2—K2O diagram of volcanic rocks from the Eocene Pana Formation;(c)SiO2—Alk diagram of volcanic rocks from the Eocene Pana Formation;(d)ACNK diagram of volcanic rocks from the Eocene Pana Formation

表1 西藏措勤县雄玛地区始新统林子宗群帕那组火山岩化学成分(%)、CIPW标准矿物及参数特征值Table 1 Chemical composition(%), CIPW standard mineral and characteristic values of the volcanic rocks of the Eocene Pana Formation, Linzizong Group, in the Xiongma Area,Coqen County,Xizang(Tibet)

序号岩 性样 号CIPW标准矿物(%)参数及特征值QAnAbOrCDiHyWoIlMtApDIA/CNKSIARσK2O+Na2OK2O/Na2O1流纹质火山角砾熔岩BX0604-152.1 1.8 2.1 32.0 8.2 01.3800.541.8 0.286.1 2.1 2.2 2.140.985.3722.4 2凝灰质火山角砾熔岩BX6603-133.8 2.5 26.6 30.7 2.9 01.0400.471.9 0.1791.0 1.2 1.8 3.432.278.11.7 3流纹质火山角砾熔岩BX6705-184.3 0.2 0.4 1.3 13.3 00.1700.150.1 0.1285.9 27.2 12.8 1.040.50.254.3 4流纹质含角砾熔岩5071-7-145.4 1.1 5.8 40.2 3.4 01.5300.412.0 0.1991.4 1.4 3.3 3.911.667.339.9 5含角砾玻屑凝灰岩5499-3-153.3 9.7 14.2 17.3 0.0 2.7401.660.180.8 0.0584.8 0.8 5.2 2.10.564.421.8 6流纹质含角砾晶屑熔结凝灰岩5499-5-130.9 1.6 38.5 22.5 1.9 01.3500.662.3 0.2491.9 1.1 2.8 3.692.38.230.8 平均49.9 2.8 14.6 24.0 5.0 0.470.910.280.41.5 0.1688.5 5.6 4.7 2.721.35.626.8

表2 西藏措勤县雄玛地区始新统林子宗群帕那组火山岩稀土元素含量(×10-6)及特征值 Table 2 Rare earth element concentration(×10-6) and characteristic values of the volcanic rocks of the Eocene Pana Formation, Linzizong Group, in the Xiongma Area, Coqen County,Xizang(Tibet)

表3 西藏措勤县雄玛地区始新统林子宗群帕那组火山岩微量元素含量(×10-6)及特征值Table 3 Trace elements content and characteristic feature values of the volcanic rocks of the Eocene Pana Formation, Linzizong Group, in the Xiongma Area, Coqen County,Xizang(Tibet)

2.2 样品分析方法

本次研究采集的三件样品均为蚀变弱，较新鲜样品，在经过室内清洗晾干后切制薄片，然后做了仔细的镜下观察。送样分析前均除去样品风化面再进行磨碎，用化学纯乙醇清洗过的玛瑙研钵手工研磨到200目后送样分析，共3件，另外三件样品(5071-7-1、5499-3-1、5499-5-1)测试数据引自江西省地质调查院西藏1∶25万措麦区幅(H45C002002)区域地质调查报告采样位置见图2。化学分析在四川省西南冶金地质测试所完成。主量元素用PHILLIPS PW-2404 型X 荧光光谱仪分析完成，精度优于1%；微量元素和稀土元素用ICP-MS 测定，仪器型号是ELEMENT-2 质谱仪，分析精度优于2%，分析流程文献(费光春等，2014)，分析结果见表1、2、3。

图5(a)帕那组火山岩微量元素原始地幔比值蛛网图；(b)稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig. 5 (a) spider diagram of trace element ratio of volcanic rocks from from the Eocene Pana Formation;(b) chondrite-normalized REE patterns of volcanic rocks from the Eocene Pana Formation

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素地球化学特征

区内帕那组火山岩的化学成分及计算的有关参数见表1。在TAS图4(a)中，6件样品基本都投到了流纹岩区，只有一件样品投到了流纹岩与英安岩分界线上；岩石分异指数DI≥85，以中酸性火山岩为主。火山岩SiO2含量范围为70%～80%，平均74.76%；全碱含量(K2O+Na2O)为0.25%～8.23%，平均5.62%；K2O/Na2O为0.84%～22.35，平均为6.8；属于钾质—高钾质岩石。里特曼组合指数(σ)为0～2.3，均<3.3，属钙性及钙碱性岩石；图4(b)中6件样品多数投在了高钾钙碱性组合岩石区，且有钾玄岩出现。钾玄岩的出现，是大洋岩石圈俯冲结束、陆内会聚开始的岩石学标志(邓晋福等，1996)；同时靠大洋一侧的岛弧拉斑玄武岩系列和靠大陆一侧的钾玄岩系列不发育，可能是板块的俯冲角较大所致(四川省地质调查院❷)。在硅—碱图4(c)中样品均位于亚碱性系列区；图4(d)中，6件样品全部投在了过铝质区。过铝的花岗质岩石是壳源的(Barbarin，1999)，主要是与大陆碰撞中沉积岩的重熔作用有关(Pearce et al，1984)。

综上所述，本区帕那组火山岩为一套过铝质的高钾钙碱性—亚碱性系列的火山岩，主量元素特征显示碰撞造山的特点和岩浆源区与大陆地壳有很大关系，同时钾玄岩的出现暗示此时大洋岩石圈俯冲结束、陆内会聚开始的构造背景。

3.2 微量元素特征

微量元素分析结果见表3。蛛网图5(a)中总体上呈现了大离子亲石元素(Rb、K、Th、U、LREE)富集，高场强元素(Nb、P、Ti)亏损的特征，反映岛弧岩浆作用的特点。这主要是因为随俯冲洋壳下插加深、温度升高，俯冲洋壳板片发生变质和脱水，导致富水条件下的部分熔融,造成富含于难熔矿物中的高场强元素( Nb、Ti、P)更多地留在源区的残余固相中,而大离子亲石元素( K、Rb、Th、U、LREE)多含于一般造岩矿物中，且具有不相容性，则倾向富集于形成的岩浆和溶液中(张本仁，2001)。 Ba 和Sr 负异常说明在部分熔融过程中源区有碱性长石、斜长石残留或在岩浆演化过程中有碱性长石、斜长石结晶分异，说明岩浆源区中有地壳物质参与(赵志丹等，2001)； P、Ti、Nb 负异常则与磷灰石、Fe—Ti 氧化物(金红石)残留或分异有关(刘栋等，2011)，同时说明其岩浆源区是与俯冲地壳有关(赵志丹等，2001)。

3.3 稀土元素特征

帕那组火山岩的6件稀土元素丰度值及相关参数见表2，稀土元素球粒陨石标准化分配型式见图5(b)。可以看出稀土元素配分曲线呈右倾平滑曲线形式，轻稀土元素明显富集，其分馏程度高于重稀土部分， 重稀土部分分配型式接近水平。LaN/YbN=7.64～27.84，平均为17.3，δEu为0.48～0.83，平均为0.62，较明显的铕负异常。一般认为较明显的铕负异常介于陆缘弧火山岩和同碰撞火山岩(王立全等，2002)之间,产生负铕异常的原因和斜长石的含量低有关。而斜长石含量低主要与岩浆的分离结晶作用或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(王立强等，2012；黄映聪等，2005)。根据帕那组火山岩中大面积的流纹质岩的喷发特征,其产生负铕异常的原因虽然不能排除分离结晶作用的可能性,但真正的原因可能是陆壳大规模熔融过程中,斜长石作为难熔相残留下来所致。

4 构造背景分析

本区帕那组火山岩在lgτ—lgσ图上，全部样品均投在消减带火山岩区(图6)，判断帕那组火山岩主要产出与汇聚板块边界有关的岛弧中(杨德明等，1999)。主量元素特征显示碰撞造山的特点，表明岩浆源区与大陆地壳有很大关系。微量元素分析有岛弧岩浆作用的特点(李昌年，1992)，表明火山岩应形成于洋壳俯冲造山的环境下。从该组底部采取英安岩样品测试分析得出年龄大概在38Ma左右，属于始新世晚期，正是印度板块与欧亚板块碰撞的起始时间(周征宇等，2005)，此时的班公湖—怒江特提斯洋早已关闭，因此，其地球动力学背景必然与南侧喜马拉雅特提斯洋壳向北俯冲产生的远程效应有关(胡新伟等，2007)。根据以上两点推测帕那组岩浆喷发时间大概在新特提斯洋俯冲基本结束，印度板块与欧亚板块碰撞开始的构造背景下。

图6 帕那组火山岩lgτ—lgσ图解Fig. 6 lgτ—lgσdiagram of volcanic rocks from the Eocene Pana FormationA—稳定构造环境；B—造山带(岛弧及活动大陆边缘)；C—由A或B区演化的碱性偏碱性岩浆岩

5 结论

综上所述，西藏措勤县雄玛地区始新统林子宗群帕那组火山岩主量元素特征表明该火山岩系属过铝质的高钾钙碱性—亚碱性系列。主量元素特征显示碰撞造山的特点和岩浆源区与大陆地壳有很大关系，同时钾玄岩的出现暗示此时大洋岩石圈俯冲结束、陆内会聚开始的构造背景。稀土元素地球化学具较明显的负铕异常特征，说明帕那组火山岩岩浆形成于正常陆壳底部或者加厚的中、上部，介于陆缘弧火山岩和同碰撞火山岩之间。微量元素中大离子亲石元素(Rb、K、Th、U、LREE)富集，高场强元素(Nb、P、Ti)亏损的特征，反映岛弧岩浆作用特点。在lgσ—lgτ图解中帕那组火山岩主要产出与汇聚板块边界有关的岛弧中。以上特征说明雄玛地区林子宗群帕那组火山岩岩浆源于陆壳重熔，属与俯冲造山和碰撞造山均有关的陆相弧火山岩。推测帕那组火山岩形成于新特提斯洋壳俯冲基本结束，印度板块与欧亚板块碰撞开始的构造背景下，年龄大概在38Ma左右，为始新世晚期。

致谢:此文为西藏1∶5万罗仓地区区域地质矿产调查的集体成果之一,在此对该项目组成员表示由衷的感谢!

注释/Notes

❶ 江西省地质调查院. 2002.西藏自治区1∶25 万措麦区幅区域地质调查报告.

❷ 四川省地质调查院. 2002.西藏自治区1∶25 万措勤区幅区域地质调查报告.