西藏春哲地区古新统典中组火山岩地球化学特征及其构造响应

刘冯斌,张 娜,丁 枫,林良彪,朱启航

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；2.陕西地矿区研院有限公司，陕西 咸阳 712000; 3.成都理工大学 地球科学学院，成都 610059)

冈底斯构造岩浆带位于欧亚板块南缘，是青藏高原的重要组成部分。带内广泛分布中生代-新生代岩浆岩，记录了古、新特提斯洋俯冲和印度-欧亚大陆碰撞造山过程的重要地质信息[1-7]。有众多学者对冈底斯岩浆带进行了多方面的研究。特别是从中三叠世到中新世，冈底斯岩浆带发生一系列强烈的火山-岩浆活动，形成了大面积的花岗岩基和广泛分布的林子宗群火山岩系[8-12]。林子宗群火山岩东起拉萨地区，西至狮泉河地区，东西长约1 200 km，南北宽约100 km，整体面积达冈底斯岩浆带面积的一半以上[2]。

林子宗群自下而上依次为典中组(E1d)、年波组(E2n)、帕那组(E2p)，典中组底部火山岩的成岩年龄可以代表该地区碰撞开始的时间[2]。由于冈底斯构造带东西方向跨度较大，各地发生板块碰撞的时间与过程不尽相同，近年来众多学者对冈底斯东段的林周盆地、南木林地区，中段的朱诺地区、措勤地区、桑桑地区、查孜地区，西段的狮泉河地区、达若等地区的典中组进行了研究[13-23]。众多学者试图通过尽可能增加对冈底斯各段林子宗群岩石地球化学特征及年龄的测定，来进一步探索印度大陆与欧亚大陆碰撞的复杂过程。

本研究区的基础地质调查研究工作始于1983年， 直至2018年完成1∶5万区域地质调查、1∶5万矿产远景调查以及1∶20万航磁调查，目前仅进行了岩性组合、岩石特征方面的研究，而针对本区林子宗群的地球化学与年代学特征的研究尚未进行。本文通过对谢通门县春哲地区典中组火山岩地球化学特征的研究并对其进行锆石U-Pb同位素年龄测定，与各地段典中组的年龄进行对比，探讨该套火山岩在春哲地区产出的构造背景，为冈底斯东段典中组火山岩的研究补充相应的资料。

1 区域地质背景及典型剖面

研究区属冈底斯—喜马拉雅造山系之拉达克—冈底斯-察隅弧盆系，跨隆格尔—工布江达复合岛弧带和拉达克-冈底斯-下察隅岩浆弧带2个Ⅲ级构造单元[24]。主要地层有下白垩统楚木龙组(K1ch)、古新统典中组、始新统年波组、始新统帕那组。第四系主要为沼泽堆积物。林子宗群火山岩分布于区内大部分区域，此外局部还有侏罗系-白垩系的碎屑岩以及少量的钙碱性侵入岩体(图1)[25]。剖面位于图1中东部的阿木苦一带，剖面由南向北测制，总方位355°。剖面中出露地层为下白垩统楚木龙组、古新统典中组第一段、第二段、第三段和始新统年波组第一段(图2、图3)。

研究区内典中组主要分布于东北部春哲乡附近。根据岩石组合关系及岩性特征可把典中组分为3段，由下到上明显可见火山岩酸性逐渐增强：第一段岩性以英安质、安山质凝灰岩、角砾岩为主，夹安山岩，多为斑状结构，火山角砾结构，斑晶的体积分数为30%～45%，向上岩石中斑晶含量略微减少，总厚262.7 m，为一套爆发相-溢流相组合；第二段岩性为凝灰岩、含角砾凝灰岩，火山角砾结构或含角砾凝灰结构，角砾的体积分数为40%～50%，略有定向性，总厚84.6 m，为一套爆发相-喷发沉积相组合；第三段岩性以英安岩为主，夹英安质凝灰岩、角砾岩，多为斑状结构，夹角砾熔结结构，斑晶的体积分数为40%～50%，部分岩石中可见晶屑围绕角砾流动，总厚187.1 m，为一套溢流相-喷发沉积相组合。3段之间为整合接触关系；与下伏地层楚木龙组呈角度不整合接触关系，接触面呈弯曲状；与上覆年波组呈整合接触关系。

其中安山岩呈灰绿色，多呈斑状结构，块状构造，斑晶以石英和斜长石为主，体积分数为30%～45%，基质为隐晶质。英安岩呈紫红色，斑状结构，块状构造；斑晶的体积分数为50%～60%，斑晶粒径为1～3 mm，成分主要为斜长石和石英，基质为隐晶质结构。火山碎屑岩类包括灰绿色块状英安质火山角砾岩(图4-A、B)和灰紫色块状凝灰岩(图4-C、D)，大部分为块状构造，晶屑含量较高， 体积分数多在30%左右。英安质火山角砾岩颜色多为灰色、深灰色，呈块状构造，火山角砾结构，火山角砾的体积分数为40%～50%，粒径多为2～8 mm，最大可达3 cm，成分主要为英安岩和安山岩，晶屑的体积分数为20%～30%，主要为斜长石，粒径多为1～3 mm；填隙物为火山灰，粒度极细。凝灰岩颜色多为灰紫色、灰绿色，表明略有风化，呈块状构造，结构为凝灰结构或含角砾凝灰结构；晶屑的体积分数为30%～50%，多为斜长石，略显定向性。

2 样品采集与分析方法

从测制剖面中挑选了9件典中组火山岩样品(表1)，其中PM005/7、PM005/19、PM005/23为年龄测试样品，样品采集位置见图2、图3。

表1 样品宏观特征Table 1 Macroscopic characteristics of volcanic rock sample

主元素、痕量元素分析工作是在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。测试分析前，除去样品表面的风化层后，将样品研磨至200目进行分析。主元素分析采用X射线荧光质谱法(XRF)，分析精度优于1%；痕量元素分析采用等离子质谱法(ICP-MS)，相对精度优于5%。

锆石U-Pb年龄测试以春哲地区露头良好的典中组岩石为对象，采集了3件样品。其中在典中组第一段底部采样1个，典中组第三段采样2个。由于典中组第二段以凝灰岩为主，风化严重，所以没有采样。挑选出具代表性的且表面干净未风化的样品，从其中挑选锆石，共分选出超过300颗锆石，其中有51颗具代表性可以制成样品靶，随后使用发射扫描电子显微镜(Sirion200 FEI)上的Gatan阴极发光仪(MonCL3+)对其进行阴极发光拍照，电压为10 kV、电流为240 μA。U-Pb同位素分析仪器采用激光-电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS)，激光束斑为32 μm，剥蚀深度为20～40 μm。锆石年龄计算采用国际标准锆石91500作为外部标样，数据处理采用Isoplot软件进行[26]，详细分析步骤和数据处理方法见Yuan Honglin等[27]。

3 分析结果

3.1 主元素特征

据表2可知， 典中组火山岩中SiO2质量分数(w)为58.62% ～ 79.05%，平均值为69.38%；Al2O3质量分数为11.9%～19.69%，平均值为15.5%；K2O质量分数为2.04%～5.15%，平均值为3.17%；Na2O质量分数为0.85%～4.22%，平均值为2.54%。分异指数DI 位于54.2～91.09，指示较强的结晶分异作用。K2O/Na2O比值范围为0.3～4.17，平均值为1.61，总体上为钾质岩石(图5)；A/CNK为0.35～1.23，平均为0.78，为偏铝质岩石；部分样品的A/CNK>1.1，表明地壳物质对岩浆已有明显的影响。里特曼指数(δ)为0.51～2.22，平均为1.31，具有钙碱性的特征。在AFM图解(图6)中，仅有1个点落在拉斑玄武岩系列与钙碱性火山岩系列的界线附近，其余点均为钙碱性火山岩系列，因此岩石类型主要为一套偏铝质的钙碱性中酸性火山岩，且偏酸性的火山岩更靠近A端元，富含更多的铝质。在火山岩全碱-硅(TAS)分类图解(图7)中，2件样品落在了安山岩区域，3件样品落在英安岩区域，4件样品落在流纹岩区域，全部位于Irvine分界线下方，为亚碱性。在K2O-SiO2图解(图8)中，4件样品落在高钾钙碱性系列，5件样品落在钙碱性系列中。综上，岩石类型为钙碱性—高钾钙碱性系列钾质岩石。显示典中组岩石具大陆边缘弧火山岩的特征。

表2 春哲地区典中组火山岩主元素分析结果(w/%)Table 2 Major element analysis of Dianzhong Formation volcanic rocks in Chunzhe area

3.2 稀土元素、痕量元素地球化学特征

春哲地区典中组火山岩及相关岩石共9种稀土元素成分列于表3中。其中w∑REE=(132.27～216.01)×10-6，平均值为160.06×10-6，具右倾特征(图9)；wLREE/wHRE为4.97～13.34，平均值为9.17，轻稀土元素富集，重稀土元素亏损；(wLa/wYb)N为4.83～17.06，平均值为11.71。稀土分馏程度较低，δEu为0.17～0.28，平均值为0.22，表现为铕负异常。

表3 春哲地区典中组火山岩稀土元素分析结果(w/10-6)Table 3 Analysis of rare earth elements of the Dianzhong Formation volcanic rocks in the Chunzhe area

典中组9件样品的痕量元素分析结果见表4，蛛网图呈右倾型分布形态，局部呈多峰多谷，富集K、Rb、LREE等大离子亲石元素，亏损Ba、Sr等元素以及Nb、P、Ti等高场强元素(图10)，与岛弧火山岩的痕量元素比值蛛网图相似。亏损Ba、Sr等大离子亲石元素可能意味着有地壳物质影响到了典中组火山岩的形成[33]。Nb、Ta、Ti的负异常同样表明在成岩过程中有地壳物质的加入，而这些地壳物质可能是由亏损Nb、Ta、Ti的交代流体携带而来。

表4 春哲地区典中组火山岩痕量元素分析结果(w/10-6)Table 4 Analysis of trace elements of the Dianzhong Formation volcanic rocks in Chunzhe area

4 讨 论

4.1 火山岩形成时代

本区3件年龄样品中共选取51颗锆石进行 LA-ICP-MS 锆石U-Pb测试，样品PM005/7包含22颗，样品PM005/19包含14颗，样品PM005/23包含15颗。样品的206Pb/238U和207Pb/235U比值均落在谐和曲线上及其周围，表现出较好的谐和性(图11～图13)。样品PM005/7英安质角砾熔岩22颗锆石的加权平均年龄为(61.39±0.6)Ma(MSWD=2.1,图11)；样品PM005/19英安岩14颗锆石的加权平均年龄为(61.2±1.6)Ma(MSWD=8.9,图12)；样品PM005/23多斑英安岩15颗锆石的加权平均年龄为(60.5±1.1)Ma(MSWD=0.5,图13)：与邻区南木林地区典中组的年龄测定结果一致，说明研究区典中组火山岩形成于古新世。

20世纪50年代，林子宗群火山岩定名于林周盆地，当时的成岩年代定为白垩纪。之后随着研究不断深入，有众多学者应用不同的方法对典中组进行了年龄测定。但多数研究都集中于冈底斯东部与中部，对于冈底斯西部地区的研究较少(表5)。表5数据显示冈底斯东部与西部的典中组的成岩年龄为60.6～68 Ma，冈底斯中部典中组的年龄为69 Ma左右，本文典中组成岩年龄最老为(61.39±0.6)Ma，与冈底斯东、西段的年龄一致，而比冈底斯中段晚5～10 Ma。

表5 冈底斯典中组年龄Table 5 Dated age of the Gangdise Dianzhong Formation

4.2 火山岩形成构造背景

研究区典中组火山岩以钙碱性系列为主，K2O/Na2O比值为0.3～4.17，平均值为1.61，为钾质、高钾质岩石。钙碱性岩浆岩多出现于成熟的大陆边缘弧，意味着挤压导致地壳隆升、地壳增厚[3,36]。同时图14显示典中组全部落在火山弧花岗岩+同碰撞花岗岩区内，靠近火山弧花岗岩+同碰撞花岗岩与板内花岗岩的界线。在典中组第一段的安山岩构造环境(La/Yb)-Th判别图(图15)上，典中组第一段的安山岩全部来源于大陆边缘弧。整体来看典中组火山岩带有火山弧特征，具同碰撞火山岩的特征。

4.3 火山岩源区特征及成因

火山岩亏损P元素，说明岩浆形成时受到了地幔部分熔融作用的影响；亏损Ba、La和K等元素则指示壳源为典中组火山岩主要物质来源。K2O含量的高低可指示在岩浆岩的形成过程中地壳物质参与的影响程度[21]，典中组第一段火山岩中K2O的质量分数为1.03%～2.84%，均值为2.16%；典中组第三段火山岩中K2O的质量分数为3.55%～5.15%，平均为4.44%(表2)：从第一段至第三段K2O的质量分数升高至2倍，表明在典中组火山岩的形成过程中，地壳物质的影响逐渐增大。同时结合(La/Yb)-La的图解(图16)可以看出，典中组火山岩分布更靠近部分熔融线，部分熔融更可能是岩浆成因的主要控制因素，而分离结晶作用的影响较小。结合本区内火山喷发时间较短且覆盖面积较大的特点，可以解释产生Eu负异常的原因是由于在岩浆形成过程中，斜长石的分离结晶程度较弱，只能作为难熔残余相存在于地壳源区部分熔融过程中，而并非是由于岩石是由基性岩浆结晶分异而成[38]。

5 结 论

本文通过野外地质调查和剖面的测制，对西藏春哲地区典中组火山岩进行样品采集，并进行全岩地球化学及年代学的研究，得到以下结论：

a.春哲地区典中组火山岩经锆石U-Pb法测得年龄为60.5～61.39 Ma，表明典中组火山岩的形成时代为古新世。与冈底斯东、西段的年龄一致，而比冈底斯中段晚5～10 Ma。

b.春哲地区典中组火山岩为一套偏铝质的钙碱性中酸性火山岩，具高钾、偏铝质特征，富集大离子亲石元素(K、Rb、LREE)和稀有元素，亏损高场强元素，表现出岛弧火山岩地球化学特征。

c.春哲地区典中组火山岩形成于成熟的大陆边缘弧，整体处于挤压构造环境，属同碰撞构造阶段的产物。典中组火山岩具壳幔混合来源特征，且自第一段至第三段，即由早到晚，地壳物质的贡献明显有所增强。