西藏孔隆鄉地區典中組火山巖年代學、地球化學特征及構造意義

廖駕，戴亮亮，陳澍民，羅敏玄，李新，張濤，吳豐，聶小力

（中國地質調查局長沙自然資源綜合調查中心，湖南 長沙 410600）

林子宗群火山巖自從1953 年被李璞命名以來（李璞，1955），一直都是西藏岡底斯巖漿帶的研究熱點，因為其成因蘊含著新特提斯洋的俯沖和印度亞洲大陸碰撞的關鍵信息（王天武等，1999；莫宣學等，2003；周肅等，2004；李皓揚等，2007；李俊等，2023）。林子宗群火山巖在岡底斯巖漿巖帶廣泛分布，主要以中酸性火山巖為主，被分為典中組、年波組以及帕那組（董國臣等，2005）。近年來,研究顯示林子宗火山巖在岡底斯東部、中部和西部的年齡并不一致（梁銀平等，2010；于楓等，2010；付文春等，2014）。早期對林子宗群火山巖的研究主要集中在岡底斯東部的林周地區（周肅等，2004；黃映聰等，2005；Mo et al.，2007；李皓揚等，2007；莫宣學，2009；Lee et al.，2009），而后中西部地區也開展了許多研究工作，得到了許多準確的年齡數據，進一步豐富和完善了岡底斯巖漿帶構造演化的基礎資料（朱弟成等，2006；付文春等，2014；劉安琳等，2015；李強等，2017；唐攀等，2018；李洪梁等，2019；潘亮等，2021）。筆者根據昂仁縣北西孔隆鄉地區1∶5 萬區域地質礦產調查的研究基礎上，對典中組火山巖進行年代學與巖石地球化學研究，了解研究區林子宗群火山巖巖漿源區與構造成因，再結合區域特征，認識區域性變化規律，為進一步揭示印度-歐亞大陸碰撞的穿時性提供支撐。

1 區域地質背景

研究區位于西藏中西部昂仁縣孔隆鄉地區，屬于岡底斯火山巖漿弧中段（侯增謙等，2006），大地構造單元位于拉達克-岡底斯-察隅湖盆系內，隆格爾-工布江達復合島弧帶（C-K）三級構造單元北部（圖1a）。隆格爾-工布江達復合島弧帶在整個岡底斯呈NWW向延展，與岡底斯弧背斷隆帶位置一致。

圖1 西藏孔隆鄉地區地質簡圖（據朱弟成等，2006）Fig.1 Geological sketch map of Konglong Township,Tibet

研究區林子宗群火山活動強烈（占研究區面積30%以上），分布的地層單元有：典中組（E1d）、年波組（E2n）、帕那組（E2p），布噶寺組（N1b）。其中,筆者研究的典中組（E1d），呈條帶狀展布，主要分布在孔隆鄉中東部地區。典中組為一套中酸性火山巖組合，主要巖性組合為灰紫色晶屑漿屑熔結凝灰巖、灰綠色含礫凝灰巖、紫色含礫晶屑熔結凝灰巖、紫色含礫凝灰巖等。研究區內構造主要以正斷層、平移斷層為主，局部地區也發育一些逆斷層，構造線的方向主要為NW 向，局部也有SN 向（圖1b）。

2 樣品采集及測試方法

文中6 件典中組凝灰巖樣品（均為）采集于孔隆鄉東南部的申拉日古近系古新統典中組實測剖面PM13 上。樣品風化面呈土黃色，新鮮面淺紫紅色，凝灰結構，塊狀構造。鏡下特征顯示火山碎屑主要為流紋巖巖屑，呈不規則狀，大小為0.1～0.6 mm，含量約為1%，晶屑為石英、鉀長石（透長石），斜長石，呈棱角狀，少量石英有熔蝕港灣狀、次圓狀、孔狀，晶屑大小為0.05～1.2 mm，石英含量為7%，長石含量為14%，黑云母少量。膠結物為＜0.05 mm 的火山灰（泥），多數呈隱晶質-顯微晶質狀，壓結式膠結，膠結物中有點狀、不規則團狀的方解石、綠泥石蝕變,含量為71%（圖2）。在全巖主微量分析的基礎上，選取其中1 件典型凝灰巖樣品進行LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年，用于U-Pb 定年的樣品PM13DH6 接近帕那組火山巖地層，坐標為N 30°22′26″，W 85°59′17″（圖1b）。

圖2 西藏孔隆鄉地區典中組凝灰巖野外及鏡下特征Fig.2 Field and microscopic characteristics of tuff of Dianzhong Formation in Konglong Township,Tibet

鋯石U-Pb 定年在南京宏創地質勘查技術服務有限公司完成，測試儀器為LA-ICP-MS，激光剝蝕系統為Photon Machines Excite，ICP-MS 為Agilent 7700x，激光剝蝕深度為20～40 μm，剝蝕斑束直徑為32 μm。分析數據采用軟件ICPMSDataCal 進行離線處理，使用Isoplot3.0 軟件對同位素數據結果處理（鐘玉芳等，2006；Liu et al.，2010；李艷廣等，2023）。

主微量和稀土元素分析在核工業二三〇研究所進行，主量元素分析方法采用XRF 法，使用儀器為X射線熒光光譜儀，分析精度優于1%，微量和稀土元素分析方法采用ICP-MS 法（劉穎等，1996），使用儀器為等離子體質譜儀，分析精度優于5%。

3 分析結果

3.1 鋯石U-Pb 年代學

所有鋯石具有類似的外形特征，呈自形長柱狀，長為100～200 μm，長寬比為1∶1～2.5∶1。陰極發光圖像中（圖3），普遍具有明顯的振蕩環帶。17 個測試點位的Th/U 值為0.38～1.07（表1），指示巖漿成因特點（王梓桐等，2022；柳永正等，2023；熊萬宇康等，2023）。所有樣品206Pb/238U 年齡為60.2～68.5 Ma，在諧和圖中（圖4）均落在諧和線上或附近，其年齡加權平均值為（62.70±0.83）Ma（MSWD=1.7，n=17），指示為古近紀古新世噴發。

表1 典中組凝灰巖（P13DH6）LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年結果統計表Tab.1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating Results of Dianzhong Formation tuff（P13DH6）

圖3 西藏孔隆鄉地區典中組凝灰巖鋯石陰極發光圖Fig.3 Cathodoluminescence map of zircon from tuff of Dianzhong Formation in Konglong Township,Tibet

圖4 樣品P13DH6 鋯石U-Pb 諧和圖Fig.4 Zircon U-Pb harmonic diagram of sample P13DH6

3.2 巖石地球化學特征

本次在研究區共采集6 件典中組火山巖樣品，原始數據在去掉燒矢量的基礎上重新換算成100%，得到校正后的氧化物含量，測試結果如表2 所示。樣品SiO2含量為74.81%～78.14%，平均值為75.93%，全堿（K2O+Na2O）含量為8.05%～8.32%，平均值為8%，其中Na2O 平均為4.11%，K2O 平均為3.9%。在TAS 圖解中（圖5），樣品均落入流紋巖區域內，屬酸性火山巖范疇。在SiO2-K2O 圖解（圖6a）中，樣品全部位于高鉀鈣堿性系列區域中。樣品的里特曼指數δ值為1.53～2.17，小于3.3，為鈣堿性巖。樣品的A/CNK＞1.1，在A/CNK-A/NK 圖解（圖6b）中位于弱鋁質巖石系列區域，表明巖漿具有殼源特征，總體上與岡底斯帶中西部地區的典中組火山巖較為相似（胡新偉等，2007；謝克家等，2011；岳相元，2012，鮑春輝，2014）。

表2 孔隆地區典中組火山巖的主量元素（%）、微量和稀土元素（10-6）分析結果表Tab.2 Whole-rock geochemical data of Dianzhong Formation volcanic rocks in Konglong area

圖5 西藏孔隆鄉地區火山巖樣品TAS 分類圖Fig.5 TAS diagram of volcanic rock samples in Konglong Township,Tibet

圖6 K2O-SiO2 圖解（a）和A/NK-A/CNK 圖解（b）Fig.6 (a) K2O-SiO2 diagram and (b) A/NK-A/CNK diagram

樣品稀土元素含量及相關特征值見表2。在微量元素原始地幔標準化蛛網圖（圖7a）中，呈多峰多谷的右傾型分布，樣品普遍富集大離子親石元素Rb、K、U 等，虧損高場強元素Nb、P 和Ti。稀土元素總量（ΣREE）為139.06× 10-6～190.28×10-6，平均值為173.41×10-6，ΣLREE/ΣHREE 值為6.34～15.42，平均值為10.60。在稀土元素球粒隕石標準化模式分配模式圖中（圖7b），配分曲線呈右傾，輕重稀土元素分餾明顯（（La/Yb）N=6.74～21.62）。樣品δEu 平均值為0.49，具有明顯Eu、Sr 負異常，說明巖漿源區可能存在斜長石的結晶分離或殘留，δCe 平均值為1.03，具有弱的Ce 異常。

圖7 典中組火山巖原始地幔標準化微量元素蛛網圖（a）和球粒隕石稀土元素配分圖（b）Fig.7 (a) Primitive mantle-normalized trace element spiderdiagram and (b) Chondrite-normalized REE patterns for the Dianzhong Formation volcanic rock

4 討論

4.1 年代學

林子宗群火山巖的年代學研究一直是岡底斯帶研究的熱點，前人在這方面做了大量的實質性的工作。區域上林子宗群火山巖不整合接觸于設興組（K2sh）及更老的地層之上（李洪梁等，2019），表示該不整合面是由于發生了重大的地質事件所導致的，而典中組的最早年齡是該地質事件的最晚時限（莫宣學等，2006a；Mo et al.，2008）。但典中組的成巖時代一直有較大的爭議，在岡底斯帶東部的林周盆地，前人對林周盆地的典中組火山巖進行40Ar/39Ar 同位素測年，測得典中組的頂底年齡為60.6～64.4 Ma（Zhou et al.，2004；莫宣學等，2006b）；鋯石U-Pb測年方法測得岡底斯帶東部典中組火山巖年齡范圍在62.6～68.7 Ma（He et al.，2007）；林周盆地典中組火山巖的年齡分別為62～64 Ma 和 59～66 Ma（Huang et al.，2015；陳貝貝等，2016），故岡底斯帶東段典中組火山巖最早年齡目前被限定約為68.7 Ma。

岡底斯帶中段典中組年代學研究相對較少。梁銀平等測得朱諾地區典中組頂部火山巖的鋯石U-Pb年齡為 64.8 Ma（梁銀平等，2010）；岡底斯帶中段的措麥地區典中組鋯石U-Pb 年齡為65～70 Ma（于楓等，2010）；岡底斯帶中段桑桑地區典中組底部火山巖年齡為 69.9 Ma（謝冰晶等，2013）；查孜地區的典中組鋯石U-Pb 年齡為70.7 Ma，是目前報道的岡底斯帶中部最老年齡（李勇等，2018）。

岡底斯帶西段獅泉河地區典中組底部火山巖年齡分別為64.2 Ma 和64.5 Ma（王喬林，2011）；岡底斯帶西段達若地區典中組火山巖年齡為61.9 Ma（李洪梁等，2019）；岡底斯帶西段獅泉河地區典中組火山巖年齡為67.1～70.8 Ma（曹延等，2020），該年齡為岡底斯帶西段林子宗典中組火山巖最老的年齡。

印度和歐亞大陸碰撞的時限一直是區域研究的熱點，前人研究表明林子宗群火山巖是印度-歐亞大陸碰撞的結果，并且典中組底部的火山巖年齡可以代表碰撞的開始時間（莫宣學等，2003；李皓揚等，2007；Mo X X et al.，2008），所以典中組底部的年齡對限定碰撞時限，進一步解釋碰撞方式具有重要意義。岡底斯東、中、西段典中組火山巖年齡如圖8 所示，典中組火山巖的成巖年齡大致為60～70 Ma，并且典中組底部火山巖的年齡在岡底斯帶表現得并不一致，具體為中西段比東段要略早（Barth et al.，2000）。筆者用于鋯石U-Pb 測年得樣品采自于昂仁縣孔隆鄉地區林子宗群火山巖典中組頂部，測得凝灰巖的鋯石U-Pb 年齡為（62.70±0.83）Ma，由于采樣位置比較接近于上覆的年波組火山巖，故該樣品年齡可以代表比較新的典中組火山巖年齡，這也說明底部典中組火山巖年齡要比62.7 Ma 更老，通過以上對比并結合前人的研究成果，間接支持了印度-亞洲大陸碰撞的穿時性這一觀點，說明中西部要早于東部。

圖8 林子宗群火山巖分布簡圖Fig.8 A simplified diagram of the distribution of volcanic rocks in the Linzizong Group

4.2 巖漿源區及構造背景

酸性火山巖一般有兩種成因，一種是由幔源基性巖漿分異而來；另一種是地殼重熔作用的產物。文中酸性巖更可能為地殼重熔而來，包括以下5 點原因：①研究區中基性巖漿巖出露較少，主要出露一套中酸性火山碎屑熔巖和火山碎屑巖（1∶5 萬孔隆鄉幅），幔源基性巖漿的結晶分異不太可能形成如此大規模的酸性火山巖噴發。②文中樣品的SiO2含量較高（平均值75.93%），富堿（K2O+Na2O 平均值為8.01%），稀土元素含量高，輕、重稀土分餾明顯，普遍富集大離子親石元素Rb、K、U 等，虧損高場強元素Nb、P 和Ti，具有明顯的殼源巖漿的特征。③樣品Nb/Ta 值為9.6～11（平均值為10.3），接近地殼平均值（12～13）（Barth et al.，2000），與原始地幔平均值17.8 差距較大（Mcdonough et al.，1995）。④在稀土元素La-La/Sm比值圖解（圖9）中，樣品具有部分熔融趨勢，并且樣品微量元素Nb/La 值為0.16～0.33，均小于1，顯示巖漿在上升過程中受到了地殼的混染（Bruno et al.，2004；陳寧等，2023）。⑤樣品的Cr、Ni 等相容元素含量較低，Mg#值（平均值 為12.7）低于大陸地殼的值（44.8～55.3），且明顯偏離玄武質巖漿（68～75）（Green，1976），表明巖漿源區有下地殼部分熔融作用并經歷過鐵鎂質礦物的分異作用。綜上所述，西藏孔隆鄉地區典中組火山巖巖漿可能是殼源物質經不同程度的部分熔融形成。

圖9 典中組火山巖部分熔融與分離結晶作用圖解Fig.9 Diagram of partial melting and separation crystallization of volcanic rocks of the Dianzhong Formation

研究區的典中組火山巖整體為一套酸性、過鋁質的高鉀鈣堿性-鈣堿性巖石，表現為碰撞造山的特點。且地殼物質對巖漿有明顯影響；樣品固結指數SI值為1.06～1.9，均值為1.5，屬于非常低的范疇，說明研究區典中組火山巖分異很徹底，酸性程度高。一般認為，火山巖的堿度指數低且變化區間小指示該火山巖一般形成于島弧和活動大陸邊緣環境（鮑春輝，2014），樣品堿度指數AR值為2.74～4.99，堿度指數低，變化區間小，顯示島弧和活動大陸邊緣環境特征。在Y+Nb-Rb 構造判別圖解上（圖10），樣品全部落入火山弧環境，且靠近同碰撞區和板內區，說明典中組火山巖構造環境較復雜，形成于火山弧型構造環境，并且向同碰撞及板內環境過渡，與岡底斯帶中西部桑桑地區和措勤地區特征一致（謝克家等，2011）。

5 結論

（1）西藏孔隆鄉地區典中組火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb 年齡為（62.70±0.83）Ma，指示其形成時代為古近紀古新世，通過對比分析，暗示印度-亞洲大陸碰撞的穿時性這一觀點，說明中西部要早于東部。

（2）西藏孔隆鄉地區典中組火山巖為一套酸性、弱鋁質的高鉀鈣堿性-鈣堿性巖石，具有高Si、富堿，且稀土元素含量高，輕、重稀土分餾明顯，富集大離子親石元素Rb、K、U 等，虧損高場強元素Nb、P 和Ti，具有明顯的殼源巖漿的特征，可能是殼源物質不同程度重熔作用的產物。

（3）西藏孔隆鄉地區典中組火山巖形成于火山弧型構造環境，并且有同碰撞及板內環境過渡的趨勢。