西藏洞错地区郎山组晚白垩世火山岩的厘定——新特提斯洋北向俯冲导致增厚下地壳部分熔融的新证据

次 琼 ， 阿旺旦增 ， 索朗顿旦 ， 倪金海 ， 王新录 ， 翟 杰

1)西藏自治区地质矿产勘查开发局第二地质大队， 西藏拉萨 850000；

2)陕西区域地质矿产研究院， 陕西咸阳 712000

西藏冈底斯带是指位于西藏南部的印度河—雅鲁藏布江缝合带(LYZSZ)与北部的班公湖—怒江结合带(BNSZ)之间的近东西向的狭长地域， 长约2 500 km， 南北宽 150～300 km， 面积达 4.5×105km2的巨型构造岩浆岩带(潘桂棠等， 2006)。冈底斯带中生代岩浆岩十分发育， 前人对其研究工作主要集中于冈底斯中南部地区， 并认为它们是新特提斯洋北向俯冲消减产物， 而将冈底斯中北部的白垩纪岩浆岩归因于新特提斯洋壳的北向俯冲记录(丁林和来庆洲， 2003； 马国林和岳雅慧， 2010)。冈底斯带中最具代表性的白垩纪地层是郎山组地层， 该套地层主要分布在日土、革吉、改则及纳木错北岸等地， 为一套较稳定的碳酸盐岩沉积， 夹少量碎屑岩， 局部含火山岩。灰岩产丰富化石， 有圆笠虫、固着蛤、海蛾螺、双壳类及藻类等化石， 一般被认为反映时代为早白垩世 Aptian(阿普第期)—Albian(阿尔比期)。目前郎山组的地层时代主要是通过古生物的方法确认的，缺乏精确的年代学限定， 最近在该区开展1：5万区域地质调查和矿产资源调查工作中， 在西藏改则县洞错地区新发现了郎山组中的火山岩夹层， 这为郎山组地层的时代精确限定提供了重要线索。

本文拟基于新的发现， 对西藏改则县洞错地区郎山组的火山岩夹层进行岩石学、年代学等方面的研究， 并从年代学角度限定郎山组的地层时代，以期为该火山岩的岩石成因及构造背景提供新的资料。

1 地质特征

区域上郎山组岩性为灰、深灰色、灰黑色灰岩、生物灰岩和泥质灰岩为主， 偶夹粉砂岩、粉砂质泥岩和细砂岩， 局部夹火山岩。产圆笠虫、固着蛤、海蛾螺等化石， 与下伏地层多尼组整合接触， 上未见顶。本次在洞错孔隆强玛西一带郎山组中发现英安岩夹层(图1)， 该区地层以钙泥质粉砂岩为主， 夹少量薄层状灰岩， 英安岩产于钙泥质粉砂岩的夹层之中， 与地层基本为整合接触(西藏自治区地质矿产勘查开发局第二地质大队， 2018)。

2017年于孔隆强玛一带测制 PM014剖面，剖面起点 N 31°57′40″， E 84°57′57″ H 4870 m， 终点N 31°58′25″， E 84°57′51″ H 4811 m。剖面上英安岩可见 3层， 为 4、7、9层， 厚度分别为 13.7 m、4.7 m和1.3 m。剖面上地层特征如图2所示。

图1 郎山组分布略图(图1a据潘桂棠等, 2004a)Fig. 1 The distribution of Langshan Formation (Fig. 1a after PAN et al., 2004a)

图2 孔隆强玛地区PM014实测地层剖面图Fig. 2 The measured stratigraphic section PM014 in Kunglong Qiangma area

…………未见底…………

郎山组(K1-2l)厚度356.5 m

22. 浅灰色薄层状钙质粉砂岩夹深灰色薄层状细晶灰岩， 岩石比例为 8：1～9：1 45.1 m

21. 灰黑色劈理化泥晶灰岩 1.4 m

20. 浅灰绿色钙质粉砂岩夹深灰色薄层状细晶灰岩， 两种岩石在单个韵律中， 钙质粉砂岩宽度为40～60 cm， 细晶灰岩为 5～9 cm 16.2 m

19. 浅灰绿色劈理化钙质粉砂岩 2.1 m

18. 灰色劈理化钙质粉砂岩夹深灰色薄层状细晶灰岩， 在单个韵律中， 钙质粉砂岩为 1～2 m， 细晶灰岩为 2～3 cm 45.2 m

17. 灰绿色劈理化钙质粉砂岩 44.0 m

16. 深灰色薄层状泥灰岩夹灰黄色薄层状细晶灰岩， 两种岩石呈韵律式出现， 在单个韵律中泥灰岩为40～70 cm， 细晶灰岩为2～3 cm。在细晶灰岩中可见有长条状的似腹足化石特征， 宽为 2～3 mm，长为 1～1.5 cm， 平行岩石层面分布 16.2 m

15. 浅灰色薄层状泥灰岩 33.1 m

14. 浅灰色薄层状砂屑灰岩 1.9 m

13. 浅灰绿色薄层状泥质钙质粉砂岩夹浅灰色薄层状钙质粉砂岩 9.6 m

12. 浅灰色中薄层状钙质粉砂岩夹深灰色中薄层状生物碎屑灰岩， 两者岩石比例为 8：1～9：1， 在灰岩中可见水平层理， 局部可见化石宽为 2～3 mm，长为1～1.5 cm， 可能为腹足？岩石的顶底界面为不平整面 6.4 m

11. 浅灰色中薄层状钙质粉砂岩夹深灰色薄层状细晶灰岩， 两者岩石比例为 2：1～3：1 20.6 m

10. 深灰色中薄层状砾状灰岩， 岩石中可见大量砾石与基质同成分， 砾石砾径为2～6 cm， 呈椭圆状、圆状， 磨圆度较好， 含量为 50%～55%， 砾石略具定向， 长轴方向长轴方向与层面基本平行 3.3 m

9. 浅灰色英安岩 1.3 m

8. 深灰色薄层状泥灰岩 1.0 m

7. 浅灰色英安岩 4.7 m

6. 浅灰色薄层状钙质粉砂岩夹深灰色薄层状灰岩， 两者之间比例为 3：1～5：1 16.5 m

5. 浅灰绿色薄层状钙质粉砂岩 15.9 m

4. 浅灰绿色英安岩 13.7 m

3. 深灰中薄层状微晶灰岩 3.4 m

2. 浅灰色薄层状钙质粉砂岩夹深灰色薄层状细晶灰岩。浅灰色薄层状钙质粉砂岩， 两者比例为3：1～4：1， 局部岩石中夹有宽为 10～20 cm 宽的泥灰岩， 在灰岩的顶面上可见有暴露构造， 在钙质粉砂岩中局部可见(2.5～3) cm × 4 cm的椭圆状砾石与基质同成分， 其可能为岩石未完全固结时， 形成的同沉积构造 44.8 m

1. 深灰色中薄层状细晶灰岩 10.1 m

…………未见底…………

图3 英安岩的野外露头及镜下照片特征Fig. 3 Field outcrop and microscopic images of the dactie

图4 西藏洞错地区郎山组英安岩锆石阴极发光图(年龄/Ma)Fig. 4 CL images of analyzed zircons from the dacite of the Langshan Formation in Dongco area (age/Ma)

2 岩相学及锆石特征

样品采集于西藏改则县洞错乡南约25 km处孔隆强玛一带， 岩性主要为浅灰色英安岩(图3)， 岩石呈浅灰色， 斑状结构， 块状构造。斑晶主要由斜长石(30%)组成， 呈半自形， 板状， 发育有聚片双晶，具绢云母化及碳酸盐化， 粒径为 0.5～3 mm±， 基质(70%)， 由斜长石及隐晶质组成， 具显微交织结构。

3 分析结果

锆石样品的分离和挑选由廊坊市地岩矿物分选有限公司完成。在双目镜下挑选出晶形和透明度好的锆石颗粒， 将他们黏贴在环氧树脂表面， 抛光后将锆石进行透射光、放射光和阴极发光显微照相。锆石阴极发光(CL)显微照相由北京中美美科科技有限公司完成， LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄分析在中国中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。其中LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄分析仪器为 Elan6100DRC型激光剥蚀系统， 激光器为193 nmArF准分子激光器。激光剥蚀束斑直径为 32 μm， 激光剥蚀深度为 20～40 μm。实验中采用 He作为剥蚀物质的载气， 采用标准锆石91500作为外标， 采用美国国家标准物质局人工合成硅酸盐玻璃NIST SRM610作为内标。详细的实验原理、流程和仪器参数见Yuan et al.(2004)。

英安岩锆石U-Pb年龄数据见表1。通过CL图像看出(图 4)， 锆石颗粒大小在 100～220 μm 之间，锆石显示呈长柱状或短柱状的自形到半自形， 可见清楚的生长韵律或震荡环带。锆石Th/U均大于0.7，该比值高于变质成因锆石的 Th/U比值(通常小于0.1)， 与岩浆成因锆石基本一致(＞0.1)。206Pb/238U的年龄范围为85.6～94.2 Ma，206Pb/238U的加权平均年龄值为(88.7±1.1) Ma(图5)， 代表了该英安岩样品的形成时代， 指示该火山岩形成于晚白垩世的早期，这也相应地限定该区的郎山组地层应属于上白垩统，而非之前认为的下白垩统， 而地层时代的重新认定需要重新认识该套地层的区域地质与构造意义。

图5 西藏洞错地区郎山组英安岩年龄谐和图Fig. 5 U-Pb concordia diagrams for zircons from the dacite of Langshan Formation in Dongco area

表1 西藏洞错地区英安岩锆石U-Pb同位素年龄Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb data of zircons from the dacite in Dongco area

表2 西藏洞错地区英安岩岩石化学成分、微量元素分析表Table 2 The major element and trace element compositions of the dacite in Dongco area

英安岩的岩石化学含量见表 2， 岩石化学分析由华北有色地质勘查局燕郊中心实验室完成， 锆石U-Pb同位素年龄样由中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。火山岩的 SiO2含量为65.08%～65.58%， 总体属于中酸性岩， K2O含量为 1.59%～2.03%， Na2O 含量为 5.06%～5.56%，在 TAS图解(图 6)上岩石属于英安岩， 在火山岩SiO2-AR图解上(图7)， 岩石属于钙碱性系列。Al2O3含量为 15.34%～15.44%， MgO 含量为 1.59%～1.78%，稀土元素总量(∑REE)为(105.1～117.3)×10-6， 轻稀土(LREE)含量为(99.2～110.5)×10-6， 重稀土(HREE)含量为(5.90～6.85)×10-6， 轻重稀土元素比值(LREE/HREE)为 16.2～6.8， 平均值为 16.49。LaN/YbN为26.8～26.8， 在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图上(图 8)， 稀土元素球粒陨石标准化分布型式曲线向右缓倾， 表明轻稀土富集， 重稀土亏损特征，δEu为 0.87～0.88， 表现出弱的负铕异常。在原始地幔标准化微量元素蛛网图上(图 9)显示， 样品均具有相似的配分曲线模式， 总体富集大离子亲石元素(LILE， 如 Rb、K、Sr)， 与上地壳曲线基本一致(Sun and McDonough， 1989)。

图6 火山岩TAS图解Fig. 6 TAS diagram of volcanic rocks

图7 火山岩SiO2-AR图解Fig. 7 SiO2-AR diagram of volcanic rocks

图8 英安岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(标准化值据Sun and McDonough, 1989)Fig. 8 Chondrite-normalized REE patterns for the dacite(standardized data after Sun and McDonough, 1989)

图9 英安岩原始地幔标准化微量元素蛛网图(标准化值据Sun and McDonough, 1989)Fig. 9 The primitive mantle-normalized trace element spider diagram of the dacite (standardized data after Sun and McDonough, 1989)

4 讨论

4.1 岩石成因

埃达克岩(adakite)是 Defant and Drummond(1990)在研究阿留申群岛火山岩时提出的一种具有特定岩石地球化学特征的火山岩或侵入岩， 表现为 SiO2≥56%， Al2O3≥15%， 通常 MgO＜3%(很少高于 6%)， Y(≤18×10-6)及 HREE(Yb≤1.9×10-6)含量很低， Sr 含量很高(＞400×10-6)，87Sr/86Sr＜0.7040， LREE 富集， 无 Eu异常或(或有轻微的负Eu 异常)。

该英安岩具有与埃达克岩相似的地球化学特征： SiO2含量为 65.06%～65.58%； Al2O3含量为15.34%～15.44%； MgO 含量为 1.59%～1.78%； Na2O含量 5.06%～5.56%， 介于 3.5%与 7.5%之间；Na2O/K2O 为 2.49～3.50， 富钠； Sr 含量为(658～684)×10-6； Y 含量为(6.62～7.56)×10-6； Yb 含量为(0.62～0.73)×10-6； Sr/Y 为(90.48～99.40)×10-6， 大于 40×10-6； LREE富集， 有轻微的负 Eu异常。在Sr/Y-Y和La/Yb-Yb图解(图10)中， 所有样品点均落入埃达克岩区域内。

自从 Defant and Drummond(1990)提出埃达克岩是俯冲大洋壳在石榴石的稳定区域内部分熔融的产物之后， 研究显示埃达克质岩同样可以通过部分熔融底侵或者加厚的下地壳、幔源玄武质岩浆的结晶分异和拆沉的下地壳的部分熔融而形成(王焰等，2000； 熊小林等， 2005； 王强等， 2007)。

4.2 对新特提斯洋俯冲演化过程的指示意义

郎山组根据古生物化石特征将其时代置于早白垩世 Aptian(阿普第期)—Albian(阿尔比期)， 本次工作在郎山组火山岩夹层(英安岩)获得 LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄(88.7±1.1) Ma， 指示郎山组地层应属于晚白垩世的早期。

根据郎山组火山岩的厘定结果， 并结合前人资料可知， 白垩纪时期， 在新特提斯洋北向俯冲和班公湖—怒江洋南向俯冲过程中， 在冈底斯中北部地区发育与俯冲有关的火山岩(朱弟成等， 2006； 夏抱本等， 2007； 康志强等， 2008， 2010； 徐红霞等， 2011；王保弟等， 2013)。朱弟成等(2008)认为冈底斯北部地区在110 Ma左右发生的带状岩浆大爆发和幔源物质显著增加的现象是班公湖—怒江洋岩石圈断离所引发的软流圈上涌所致。目前研究结果表明(潘桂棠等， 2004b； 王伟等， 2013)， 班公湖—怒江结合带可能在晚古生代就已经打开， 中侏罗世洋壳开始俯冲消减， 洋盆一直持续到晚侏罗世—早白垩世才闭合， 因此郎山组中发现的这套英安岩是形成于88 Ma， 此时班公湖—怒江洋已经完全关闭， 不可能来源于俯冲洋壳的板片熔融。由此本文倾向于其可能是受印度板块的北向俯冲， 使新特提斯洋持续北向俯冲， 导致增厚下地壳物质发生部分熔融， 岩浆上涌、演化和喷发而形成(图 11)。因此， 郎山组中发现的这套英安岩是形成于 88 Ma， 应该与新特提斯洋持续北向俯冲具有密切成因联系， 其年龄显然可为进一步深入认识冈底斯地块北缘晚白垩世岩浆活动的地球动力学背景提供重要的年代学依据。

图10 英安岩(La/Yb)N-(Yb)N图解和Sr/Y-Y图解Fig. 10 (La/Yb)N-(Yb)N and Sr/Y-Y diagrams for the dacite

图11 印度板块北向俯冲增厚地壳部分熔融引发晚白垩世火山作用示意图(据马元等, 2017修改)Fig. 11 Sketch map of the Late Cretaceous volcanism caused by partial melting of thickened crust triggered by northward subduction of the Indian plate (modified after MA et al., 2017)

5 主要结论

(1)在西藏洞错地区郎山组发现英安岩夹层， 获得其 LA-ICP-MS锆石 U-Pb年龄为(88.7±1.1) Ma，指示该区的郎山组地层应属于上白垩统， 而非之前认为的下白垩统， 对郎山组地层时代的重新认定结果表明需要重新认识藏南地区郎山组地层的区域地质与构造意义。

(2)西藏洞错地区郎山组中的火山岩具有与埃达克岩相似的地球化学性质， 应该是增厚下地壳物质部分熔融而形成。该套晚白垩世火山岩的岩石化学特征表明， 因晚白垩世期间的新特提斯洋北向俯冲作用， 导致冈底斯北部地区发生了强烈的岩浆活动， 形成了包括郎山组火山岩夹层在内的一系列火山岩与侵入岩记录， 这也为进一步深入研究该地区岩浆作用大爆发的动力学机制提供了重要物质基础和依据。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (No. 121201103000150004).