地质通报  2019, Vol. 38 Issue (5): 697-710  
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于远山, 张海, 王富明, 王兴明, 刘卜桢, 秦烽焰, 何海. 藏东日扎山一带马拉松多组流纹岩年龄、地球化学特征及其地质意义[J]. 地质通报, 2019, 38(5): 697-710.
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Yu Y S, Zhang H, Wang F M, Wang X M, Liu B Z, Qin F Y, He H. Age and geochemical characteristics of Malasongduo Formation rhyolite in Riza Mountain, east Tibet, and its geological significance[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(5): 697-710.
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基金项目

中国地质调查局项目《西南三江有色金属资源基地调查项目》(编号:DD20160016)

作者简介

于远山(1966-), 男, 高级工程师, 从事区域地质矿产调查研究工作。E-mail:yys008@126.com

文章历史

收稿日期: 2018-02-22
修订日期: 2018-09-03
藏东日扎山一带马拉松多组流纹岩年龄、地球化学特征及其地质意义
于远山1 , 张海1 , 王富明2 , 王兴明2 , 刘卜桢3 , 秦烽焰3 , 何海2     
1. 中国地质调查局成都地质调查中心, 四川 成都 610081;
2. 四川省地质矿产勘查开发局四○五地质队, 四川 都江堰 611830;
3. 成都理工大学地球科学学院, 四川 成都 610059
摘要: 为确定藏东日扎山一带马拉松多组流纹岩的形成时代及成岩构造环境,探讨古特提斯洋闭合时间,应用LA-ICP-MS方法对其进行锆石U-Pb精确定年,并开展岩石学和地球化学研究。结果表明,该区流纹岩岩浆锆石206Pb/238U年龄加权平均值为244±1.2Ma,较精确地限定了马拉松多组流纹岩的形成时代,为中三叠世早期。岩相学及地球化学研究结果显示,马拉松多组流纹岩具高硅(SiO2=72.72%~76.88%),富碱((K2O+Na2O)=6.64%~7.41%,K2O>Na2O),过铝质(Al2O3=11.76%~13.03%,A/CNK=1.17~1.31)特征;岩石富集大离子亲石元素K、Rb,高场强元素Th、U,而亏损大离子亲石元素Sr和Ba,高场强元素Nb、Ta、P、Zr、Hf、Ti等;稀土元素配分模式表现出轻稀土元素富集(LREE/HREE=1.93~2.89),轻稀土元素分馏程度稍高于重稀土元素的右倾V字形分布模式,具有明显的负Eu异常(δEu=0.36~0.41);其成因可能与幔源岩浆的底侵和加厚地壳的减薄有关,是幔源基性岩浆底侵导致地壳物质脱水发生部分熔融的产物,即主要是陆壳和硅铝质源岩部分熔融形成的,岩浆在上升过程中经历了结晶分异作用。其化学性质具有S型向A型流纹岩演化的趋势,以及同碰撞弧火山岩与碰撞后A型流纹岩的双重特性。综合研究认为,研究区在早中三叠世处于弧-陆碰撞后活动大陆边缘短暂的后造山伸展构造环境,古特提斯洋(金沙江洋)在此之前已经闭合。
关键词: 流纹岩    马拉松多组    年代学    地球化学    藏东    日扎山    
Age and geochemical characteristics of Malasongduo Formation rhyolite in Riza Mountain, east Tibet, and its geological significance
YU Yuanshan1, ZHANG Hai1, WANG Fuming2, WANG Xingming2, LIU Buzhen3, QIN Fengyan3, HE Hai2     
1. Chengdu Center of China Geological Survey, Chengdu 610081, Sichuan, China;
2. No. 405 Geological Party, Sichuan Bureau of Geological Exploration and Development, Dujiangyan 611830, Sichuan, China;
3. College of Geosciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China
Abstract: In order to determine the formation age and tectonic environment of east Tibetan Malasongduo Formation rhyolite and provide new evidence for studying ancient Tethys closing time, the authors applied the LA-ICP-MS method for the precise zircon U-Pb dating and studied petrology and geochemistry. The results show that the weighted average 206Pb/238U age of rhyolite magma in this area is 244 ±1.2Ma (MSWD=0.59), which accurately defines the formation age of the Malasongduo Formation rhyolite, i.e., Early-Middle Triassic. Petrographic and geochemical studies show that Malasongduo Formation rhyolite has high silica (SiO2=72.72%~76.88%) and alkali (ALK (K2O+Na2O)=6.64%~7.41%, K2O>Na2O), and exhibits peraluminous nature (Al2O3=11.76%~13.03%, A/CNK=1.17~1.31); the rocks are enriched in large ion lithophile elements K and Rb, and high field strength elements Th and U, but depleted in large ion lithophile elements Sr and Ba, and high field strength elements such as Nb, Ta, P, Zr, Hf and Ti; REE patterns show that LREE is enriched (LREE/HREE=1.93~2.89), light rare earth elements (LREE) is slightly higher than the degree of fractionation of heavy rare earth elements (HREE), and there exist right-inclined V-shaped distribution and obvious negative Eu anomalies (Eu=0.36~0.41). The genesis of the rocks may be related to the underplating of the mantle derived magma and the thinning of the thickening crust. They were formed by the mantle derived basic magma underplating resulting in dehydration of crustal material and partial melting. They were mainly formed by partial melting of continental crust and aluminosilicate source rocks, and the magma underwent crystallization differentiation during the process of rising. The chemical properties have the evolution trend of S type to A type rhyolite, and have the dual characteristics of the syn-collisional arc volcanic rocks and the post collisional A type rhyolite. According to the comprehensive study, the study area was in a short post orogenic extensional tectonic environment on the post collisional active continental margin in the Early-Middle Triassic period, and the ancient Tethys Ocean (Jinshajiang Ocean) had been closed before that.
Key words: rhyolite    Malasongduo Group    geochronology    geochemistry    Tibet    Riza Mountain    

藏东地区位于西南"三江"(金沙江、澜沧江和怒江)复合造山带[1]的中段。作为东特提斯(Tethys)构造域的重要部分, 自晚古生代以来, 该区经历了洋壳俯冲、陆-弧碰撞、陆-陆碰撞、陆内造山等一系列重大地质构造事件[1-9], 具有长期、多期活动的特点; 并发生了多幕式的大规模成矿作用和巨量金属堆积, 形成丰富的有色及贵金属矿产资源[1]。该区记录并保存有特提斯构造演化的诸多痕迹, 是著名的构造-岩浆岩带和有色金属-贵金属成矿带[10-13]。因其强烈的构造-岩浆活动、复杂的造山作用过程及成矿作用特点, 长期以来, 受中外地质学家的关注, 且成果颇丰[14]

研究发现, 西藏东部分布几套北西-南东向大致平行发育的早-中三叠世中酸性火山岩地层, 自东向西分别为普水桥组-瓦拉寺组、马拉松多组等[15]。这些早-中三叠世地层与上覆、下伏地层均为角度不整合接触, 曾被认为是同期异相的产物(地层体)[16], 期间存在相互相变的关系, 形成于统一的大型火山-沉积盆地, 火山活动贯穿盆地发展全过程, 构成相对独立的构造层[15]。各地层名称、时代及沉积特征存在的差异, 是上覆较新地层不整合超覆造成早-中三叠世地层因掩盖而出露不全, 以及后期构造因素不同程度的破坏所致[15]

潘桂棠等[7]认为, 该区在早-中三叠世总体处于隆升状态, 仅在东部造山带存在规模不大的坳陷小盆地; 其形成于海西运动的侵蚀面上, 顶部被上三叠统磨拉石等建造全面超覆, 空间上互不相连, 充填序列及演化历史不同, 属造山带内地壳差异隆升和冲断坳陷所圈闭的构造盆地; 其中普遍含有的中酸性火山岩为碰撞型弧火山岩[7, 17]。这一时期出现的构造小盆地和以中酸性为主的火山活动是藏东碰撞造山的响应[7]

鉴于藏东地区早-中三叠世火山岩建造所处的特定层位及其在古特提斯地质演化中所反映的特殊构造背景, 对其进行精细的分析研究, 对于重塑该区早-中三叠世地质演化历史, 认识该区古特提斯地质演化过程具有十分重要的意义, 也有助于区域地质成矿背景研究的进一步深化。2016-2017年, 笔者参加中国地质调查局东特提斯大型资源基地调查工程所属的西南三江有色金属资源基地调查项目, 在藏东地区进行1:5万区域地质调查过程中, 于芒康县东北日扎山一带确认马拉松多组发育一套浅色流纹岩, 并对其进行岩石学、年代学及地球化学研究, 旨在约束其形成的地质时代、确定其形成的构造环境, 进而为讨论古特提斯洋的闭合时限提供新证据。

1 地质概况

研究区在大地构造位置上处于藏东昌都-芒康陆块东缘, 临近江达-维西陆缘火山弧带(图 1-a)。区内出露地层主要为上二叠统妥坝组(P3t)陆缘碎屑岩、下-中三叠统马拉松多组(T1-2m)滨浅海相碎屑岩-火山岩、上三叠统甲丕拉组(T3j)河湖相红色砂砾岩。3套地层的岩石组合、产状和构造变形样式明显不同, 尤以妥坝组(P3t)碎屑岩发育连续紧闭褶曲及走向劈理变形最强; 甲丕拉组(T3j)呈单斜, 区域上构成相对开阔的简单背向斜褶曲; 马拉松多组(T1-2m)变形介于二者之间, 发育不完整的褶曲及片理化。

图 1 研究区大地构造位置(a)及地质简图(b) Fig.1 Geotectonic position (a) and geological map (b) of the study area

马拉松多组(T1-2m)火山岩位于该组上部, 出露面积近10km2, 岩石类型主要为肉红色-灰白色流纹岩, 局部夹少量浅灰色-棕褐色英安岩与石英粗面岩(图 1-b), 其下以长石砂岩、长英质砂砾岩为底不整合于妥坝组之上, 其上被甲丕拉组红层不整合超覆。区域上, 马拉松多组为一套以中酸性火山岩及火山碎屑岩为主夹碎屑岩的地层体, 岩性主要为长石石英砂岩、粉砂岩、页岩等, 上下部见中酸性火山岩及火山碎屑岩, 局部地区以底部细砾岩或含砾粗砂岩为界不整合于石炭系-二叠系灰岩地层之上[16, 18]; 其火山岩主要为一套紫红色-灰白色厚块层状安山岩-英安岩-高钾流纹岩组合[17]; 横向上, 该组火山岩中见以流纹斑岩潜火山岩相及火山角砾岩为中心的古火山机构, 局部见灰绿色块层状玄武岩, 柱状节理发育, 并具有绿底红顶特征, 显示陆相火山喷发特征。区内, 马拉松多组流纹岩附近的妥坝组中侵入有印支早期的中酸性石英闪长玢岩体(δοπT1)(图 1-b)。

2 岩石学特征

马拉松多组火山岩主要分布于藏东芒康县东北部日扎山一带, 呈近南北-北西西向展布, 宽约几百米至2km不等; 岩性以流纹岩为主, 少量英安岩、石英粗面岩。流纹岩风化面呈褐红色或肉红色, 新鲜面呈灰白色, 呈致密块状构造(图版Ⅰ)。岩石由斑晶(20%~25%)和基质(80%~75%)组成, 具斑状结构, 基质霏细结构。斑晶为石英和钾长石, 含少量斜长石。石英:他形-半自形晶, 不规则熔蚀状, 表面洁净光滑, 干涉色为一级黄, 具裂纹, 粒径一般0.75~3.25mm; 钾长石:半自形晶, 板状, 干涉色为一级灰, 具裂纹, 不同程度的高岭土化、绢云母化、偶见绿泥石化, 粒径一般1.00~3.75mm; 斜长石:半自形晶, 板状, 干涉色为一级灰, 强绢云母化, 具聚片双晶, 含量少。基质主要为霏细状长石和石英质矿物。副矿物主要为磷灰石、锆石及不透明矿物, 散布于基质间。

图版Ⅰ   PlateⅠ   a、b.芒康县日扎山马拉松多组流纹岩野外露头;c~f.流纹岩镜下显微照片(c、e单偏光;d、f正交偏光)。Kf—钾长石;Pl—斜长石;Qz—石英
3 锆石U-Pb年龄

流纹岩年龄样采集点见图 1。锆石挑选由河北省廊坊市诚信地质服务有限公司完成, 样品经机械破碎后用常规重、磁法分选, 然后在双目镜下进行人工挑纯, 挑选出透明度和光泽度较好、粒度较大、结晶较好的单晶锆石制作环氧树脂样品靶, 研磨、抛光后拍摄阴极发光(CL)图像。选择锆石内环带发育良好、无包体、无裂缝的部位圈定做微区原位分析。应用激光烧蚀多接收器电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)方法进行锆石U-Pb精确定年。样品制靶、阴极发光照相及测试分析均在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室进行。利用193nm激光器对锆石进行剥蚀, 激光剥蚀斑束直径为32μm, 激光剥蚀深度为20~40μm; 锆石U-Pb及年龄校准选用标准锆石91500, 详细操作、仪器参数及数据处理见刘勇胜等[19-20]的研究结果。加权平均年龄和谐和图解采用Ludwig[21] Isoplot/Ex-ver3程序计算。数据点误差均为1σ, 加权平均年龄的置信水平为95%。

流纹岩样品锆石多为长柱状或短棱柱状, 晶体发育较完整, 呈半自形-自形, 长度40~100μm, 长宽比为1:1~2:1。挑选出的23颗锆石阴极发光(CL)图像(图 2)显示, 锆石具较清晰的岩浆锆石振荡环带结构; 测试结果显示(表 1), 样点的Th/U值介于0.19~0.60之间, 大于0.1, 为较典型的岩浆锆石。23个样品测点的206Pb/238U表观年龄在241.0± 3.0~249.8±3.3Ma之间, 在U-Pb谐和图上较集中分布(图 3), 其206Pb/238U年龄加权平均值为244.0± 1.2Ma(MSWD=0.59), 显示研究区马拉松多组流纹岩的成岩年龄约为244Ma, 为中三叠世早期的产物。

图 2 日扎山马拉松多组流纹岩锆石阴极发光图像 Fig.2 Zircon cathodoluminescent images of rhyolite from Malasongduo Formation in Riza Mountain
表 1 日扎山马拉松多组流纹岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating results for rhyolites from the Malasongduo Formation, Riza Mountain
图 3 日扎山马拉松多组流纹岩锆石U-Pb谐和图 Fig.3 U-Pb concordia diagrams for zircons from the rhyolites in Malasongduo Formation, Riza Mountain
4 岩石地球化学特征

用于研究流纹岩地球化学特征的样品, 在野外采集时充分考虑其代表性和新鲜程度, 尽量避免和减少后期热液活动对岩石化学成分的影响, 多点采集, 选无后期热液脉体穿插的流纹岩作为主量、微量元素测试样品, 同时选择配套手标本进行薄片鉴定。最终选择10块流纹岩样品进行主量、微量元素测试。先将表皮切除, 取中心新鲜、无污染部分粗碎至1~2mm的颗粒后, 精碎研磨至200目以下, 然后按主样(分析样)、副样(备份)分装待测。

主量和微量元素分析均在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。主量元素采用X射线荧光光谱仪法分析, 分析误差优于5%, 检测依据为GB/T14506-2010;微量及稀土元素采用电感耦合等离子体质谱ICP-MS方法分析, 分析误差一般优于5%, 制样方法和分析流程见参考文献[22]。主量、微量元素分析测试结果见表 2

表 2 马拉松多组流纹岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 2 Major, trace and rare earth elements analytical results of the rhyolites from the Malasongduo Formation
4.1 主量元素

表 2可见, 研究区流纹岩的SiO2含量普遍较高, 介于72.91%~76.88%之间, 平均74.63%;Al2O3含量中等, 在11.76%~13%之间, 平均12.44%;K2O含量较高, 在4.71%~6.39%之间, 平均5.08%;全碱ALK(Na2O+K2O)含量为6.64%~7.41%, 平均6.96%; K2O/Na2O值多为2.22~2.68, 个别达6.33, 平均2.89, 明显富钾; 全铁TFe2O3为1.96%~3.25%, 平均2.64%。TiO2含量低, 在0.23%~0.47%之间, 平均0.37%, 属于低钛流纹岩系列(TiO2 < 0.4%) [23-24]。A/ CNK值为1.17~1.37, 普遍大于1.1, 在CIPW标准矿物中出现含量为2%~4%的标准矿物刚玉(C)分子, 表明属过铝质岩石。岩石分异指数(DI)为85.57~93.56, 平均值88.96, 固结指数(SI)为1.37~ 7.52, 平均值4.58, 显示较高的分异程度及酸性。在TAS火山岩分类命名图解[25-27] (图 4-a)中, 所有样品点落在亚碱性系列的流纹岩区; 在A/CNK-A/NK图解[28](图 4-b)中, 样品点全部落入过铝质岩区; 在SiO2-K2O图解[29](图 4-c)中, 样品点全部落入高钾岩系区域, 在SiO2-K2O图解[30](图 4-d)中, 样品点主体落于高钾钙碱性系列区域, 部分进入钾玄岩区, 但全部岩石里特曼指数σ(1.43~1.64, 平均1.53)小于3.3, 表明岩石主要仍为钙碱性岩类。因此, 岩石化学特征表明, 研究区马拉松多组流纹岩为过铝质高钾钙碱性岩石。

图 4 日扎山流纹岩岩石分类图解 Fig.4 Classification diagrams of rhyolites in the Riza Mountain a—TAS图解(底图据参考文献[25-26],碱性、亚碱性系列界线据参考文献[27]);b—A/CNK-A/NK图解(底图据参考文献[28]);c、d—SiO2-K2O变异图(c、d底图分别据参考文献[29][30])
4.2 微量元素

微量元素分析结果(表 2)显示, 研究区马拉松多组流纹岩不相容元素中, 大离子亲石元素Rb、Cs、Sr、Ba、Pb含量分别为:Rb=210×10-6~307×10-6(平均243×10-6), Cs=2.80×10-6~5.89×10-6(平均3.90× 10-6), Sr=65.6×10-6~98.1×10-6(平均88.1×10-6), Ba=816 × 10-6~1008 × 10-6(平均928 × 10-6), Pb= 19.0×10-6~35.9×10-6(平均29.4×10-6); Rb/Sr值平均为2.82, 略高于I型和S型花岗岩的Rb/Sr平均值(分别为0.61和1.81), 但低于A型花岗岩(3.52)[31]。高场强元素Zr=62.2×10-6~116×10-6(平均86.2× 10-6), Hf=2.35×10-6~3.74×10-6(平均2.96×10-6), Nb=7.65×10-6~14.1×10-6(平均11.5×10-6), Ta= 0.82×10-6~1.3×10-6(平均1.09×10-6), Th=17.7× 10-6~22.4×10-6(平均20.2×10-6), U=4.06×10-6~ 5.63×10-6(平均4.94×10-6)。在原始地幔标准化[32]微量元素蛛网图(图 5-a)中, 样品的微量元素分布曲线较一致, 总体向右倾, 富集大离子亲石元素K、Rb, 以及高场强元素Th、U, 显示明显的正异常; 亏损大离子亲石元素Sr和Ba, 以及高场强元素Nb、Ta、Zr、Hf、P、Ti等, 显示较明显的负异常, 表明岩石的形成可能受到地壳物质的混染, 类似于地壳熔融产生的流纹岩[33-34]。岩石中Sr的负异常表明岩浆中存在斜长石的分离结晶[35], 强不相容元素Rb的强烈富集反映岩浆可能经历了较充分的结晶分异过程[33], 而P、Ti的亏损表明, 磷灰石和钛铁矿在源区可能存在寄主矿物的残留或已发生明显的分离结晶[36]。这些特点暗示, 岩浆可能来源于地壳[35]

4.3 稀土元素

从稀土元素分析结果(表 2)可以看出, 研究区流纹岩的稀土元素总量ΣREE=121.49×10-6~273.86× 10-6, 平均为219.53×10-6, 与世界上酸性岩的平均丰度(288×10-6)[37]相比, 略偏低; 其中, 轻稀土元素LREE=74.99 × 10-6~201.27 × 10-6, 重稀土元素HREE=41.50 × 10-6~72.59 × 10-6; LREE /HREE= 1.93~2.89, 平均2.46, (La/Yb)N =3.77~10.25, 平均7.69, 富集轻稀土元素, 且轻、重稀土元素分异较明显。(La/Sm)N=2.76~3.57, 平均值3.32;(Gd/Yb)N= 0.92~2.04, 平均1.65, 反映轻稀土元素相对重稀土元素分异程度稍高。在球粒陨石标准化[32]的稀土元素配分模式图(图 5-b)上, 稀土元素表现出轻稀土元素略向右倾斜, 重稀土元素相对平缓, 轻稀土元素分馏程度稍高于重稀土元素的配分特征; 右倾的V字形分布模式类似于上地壳及活动陆缘硅酸质岩浆岩的稀土元素配分模式[38], 暗示它们可能来自于地壳物质局部熔融形成的壳源岩浆系列[34]。δEu= 0.37~0.41, 平均值为0.38, 具有明显的负Eu异常(图 5-b), 表明岩石在形成过程中有斜长石的结晶分离[33, 39]或源区部分熔融残留角闪石[40], 可能指示岩浆形成的深度较浅[33]。δCe=0.94~1.61, 平均1.11, 指示岩石不具有明显的Ce异常。

图 5 日扎山马拉松多组流纹岩微量元素蛛网图(a)和稀土元素配分图(b) Fig.5 Trace element spidergrams (a) and chondrite-normalized REE patterns (b) for rhyolites from the Malasongduo Formation in the Riza Mountain (原始地幔及球粒陨石标准值据参考文献[32])
5 讨论 5.1 岩石成因

岩浆岩物质组成继承了源区的特性, 根据主量、微量元素地球化学特征可以探讨其岩石成因及源区性质[41]。酸性火山岩是岩浆演化最后阶段的产物, 其成因研究对认识大陆地壳火成作用及壳幔关系具有重要意义[24]。通常认为, 长英质酸性火山岩的成因主要包括2种模式:一种是幔源基性岩浆经历广泛结晶分异和同化混染作用的产物; 另一种是幔源岩浆的底侵热量促使地壳物质脱水发生重熔的产物[24, 34]。但无论哪种成因, 酸性岩受地壳混染是不可避免的[24]。与花岗质岩石相对应, 流纹质岩石亦有Ⅰ型、S型、A型之分, 其中以Ⅰ型分布最广[33]。Ⅰ型流纹岩富碱、富铝, 铝饱和指数(A/CNK)一般小于1.1, P2O5随SiO2增加而降低, 尤其当SiO2>75%时, 绝大多数样品的P2O5 < 0.05%;S型流纹岩以铝含量较高为特征, 铝饱和指数多大于1.1;A型流纹岩富碱, 相对贫铝, 过碱指数AI(NK/A)多大于0.85[31], 铝饱和指数一般小于1, 与Ⅰ型一样, 也具有低P2O5的特点[42]

研究区流纹岩具有较高的SiO2含量(72.91%~ 76.88%), 铝饱和指数A/CNK值多大于1.1, 类似于S型花岗岩[34]。在Frost等[43]的SiO2-(Na2O+K2OCaO)图解中, 样品点集中于S型与A型相交区域(图 6-a), 显示壳源分异的特点。对于幔源基性岩浆, Ti/Yb和Nb/Th值可以较好地反映其是否经历过地壳物质混染及其混染程度[33]; 在Ti/Yb-Nb/Th相关图[44] (图 6-b)上, 样品点基本位于中地壳结晶分异演化线附近, 指示该地区流纹岩可能不是幔源中基性岩浆结晶分异而成, 而是与中地壳酸性岩浆的结晶分异作用有关[44]。在Whalen等[31]提出的以Ga/Al值为基础的多种判别图(图 7)中, 研究区流纹岩主要投入I & S型成因区域或I & S型向A型演化过渡区域, 以及分离结晶长英质花岗岩区及其边缘, 说明区内流纹岩的形成经历了复杂的结晶分异演化过程, 有显著的壳源物质加入, 并有向A型流纹岩演化的趋势。

图 6 日扎山流纹岩SiO2-(Na2O+ K2O-CaO)图解[43] (a)和Ti/Yb-Nb/Th图解[44](b) Fig.6 SiO2-(Na2O+K2O-CaO) (a) and Ti/Yb-Nb/Th (b) diagrams for rhyolites in the Riza Mountain MORB—洋中脊玄武岩;OIB—洋岛玄武岩
图 7 日扎山流纹岩岩石成因类型判别图解[31] Fig.7 Discrimination diagrams of petrogenetic type for the rhyolite from Riza Mountain Ⅰ、S、A—分别为Ⅰ型、S型和A型花岗岩;FG—分离结晶长英质花岗岩;OGT—未分异花岗岩

流纹质岩浆不能直接来源于地幔, 即地幔橄榄岩的部分熔融不能直接形成流纹岩为地质学家所公认, 它主要起源于下地壳物质的熔融或玄武质岩浆的分离结晶[40]。较低的Sr和Ba含量、显著的负Eu异常及高Rb/Sr值和DI值, 被认为是母岩浆在上升过程中经历过大量的长石分离结晶作用[45-46], 本区流纹岩具备该特点, 且根据其高钾、钙碱性、过铝质, 以及富集大离子亲石元素、轻稀土元素, 亏损高场强元素等基本特征可以推断, 其岩浆来源于地壳重熔[40]。根据区域地质认识, 研究区在二叠纪俯冲型弧火山岩的基础上, 进入早中三叠世, 发育俯冲-碰撞型的陆缘弧火山岩组合, 火山活动发生在较厚的陆壳背景中[17], 其成因可能与幔源岩浆的底侵和加厚地壳的减薄有关, 笔者倾向于该流纹岩是幔源基性岩浆底侵导致的地壳物质脱水发生部分熔融的产物, 即主要是陆壳和硅铝质源岩部分熔融所形成, 岩浆在上升过程中经历了结晶分异作用。

5.2 构造环境

地球各层圈及层圈内不同结构层均为化学成分差异的物质库或源区, 特定的构造和构造环境沟通着不同的物质库(源区)及其组合, 使岩石在一定程度上继承源区的化学特征[47]

前已述及, 研究区流纹岩的地球化学特征类似于壳源S型花岗岩, 因此对花岗岩形成构造环境的判别方法适用于日扎山流纹岩。

Pearce等[48]提出了一系列以微量元素为基础的判别花岗岩类形成构造环境的图解(图 8)。在(Y+ Nb)-Rb图解(图 8-a)中, 流纹岩样品点落在后碰撞(Post-COLG)酸性火山岩区域, 暗示其形成可能与俯冲过程没有直接联系; 在Y-Nb图解(图 8-b)中, 落入与火山弧花岗岩(VAG)有关的同碰撞花岗岩区(Syn-COLG); 在Harris等[49]的Rb/30-Hf-3Ta酸性火山岩形成构造环境判别图解(图 8-c)中, 绝大部分样品点落在同碰撞区, 个别点靠近同碰撞与火山弧及碰撞后区的边界; 在Eby[50]的Y/Nb-Ce/ Nb图解(图 8-d)中, 样品点均落入造山后拉张环境A型花岗岩区(A2), 少部分落入岛弧玄武岩区(IAB); 表明这些花岗质岩石的来源最初是由俯冲或大陆碰撞形成的[50]。综上, 研究区流纹岩具有同碰撞弧火山岩与碰撞后A型流纹岩的双重特性。

图 8 日扎山流纹岩构造环境判别图解 Fig.8 Tectonic environment discrimination diagrams of rhyolites in the Riza Mountain a、b—底图据参考文献[48];VAG—火山弧花岗岩;WPG—板内花岗岩;ORG—洋中脊花岗岩;Syn-COLG—同碰撞花岗岩;Post-COLG—后碰撞花岗岩;A-ORG—异常洋中脊花岗岩。c—底图据参考文献[49];d—底图据参考文献[50];A1—裂谷环境A型花岗岩;A2—造山后拉张环境A型花岗岩;IAB—岛弧玄武岩;OIB—洋岛玄武岩

研究表明, 碰撞造山的后碰撞阶段可以发生强烈的岩浆活动[51]。由于后碰撞花岗岩类的源区主要受控于早期洋/陆壳俯冲阶段形成的地壳物质, 其在地球化学特征上常表现为类似岛弧火山岩的富集大离子亲石元素和轻稀土元素、亏损高场强元素等特点[33]。在岩石类型上, 后碰撞岩浆岩可出现高钾钙碱性系列-碱性系列花岗岩类的岩石, 且往往表现为以大规模高钾钙碱性岩侵位开始, 后期向A型花岗岩的板内碱性-过碱性系列转变[52]。李宁波等[41]亦指出, 在后俯冲演化过程中形成的长英质岩浆岩, 完全有可能具有弧岩浆所具有的地球化学特征, 在某些判别图中其投影点完全可以落在火山弧区, 但这并不代表其形成于火山弧构造环境。

区域大地构造环境演化研究显示, 早二叠世晚期-晚二叠世, 昌都-芒康陆块东缘形成以江达-维西火山弧为代表的俯冲型弧火山岩, 早中三叠世形成碰撞型弧火山岩[17]。区域上, 马拉松多组以下三叠统长石砂岩、长英质砂砾岩为底角度不整合于妥坝组之上, 并发育陆相火山岩, 表明弧(江达火山弧)-陆(中咱陆块)碰撞应发生于晚二叠世末, 暗示研究区在早中三叠世可能处于碰撞后活动大陆边缘后造山构造环境。马拉松多组流纹岩表现出的S型向A型演化趋势, 以及兼具同碰撞与后碰撞酸性火山岩的双重特性则直接印证了研究区中三叠世后造山伸展构造环境的存在。综合以上研究, 笔者认为, 研究区在早-中三叠世处于弧(江达火山弧)-陆(中咱陆块)碰撞后活动大陆边缘短暂的后造山伸展构造环境, 呈现为伸展条件下地壳差异升降的构造盆地, 古特提斯洋(金沙江洋)在此之前已经闭合。

6 结论

(1) 日扎山流纹岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为244±1.2Ma(MSWD=0.59), 该年龄较精确地限定了马拉松多组流纹岩的形成时代, 为中三叠世早期。

(2) 马拉松多组流纹岩具有高硅、富碱、过铝质特性, 为过铝质高钾钙碱性岩石。岩石富集大离子亲石元素K、Rb, 以及高场强元素Th、U, 亏损大离子亲石元素Sr和Ba, 以及高场强元素Nb、Ta、P、Zr、Hf、Ti等; 稀土元素配分模式表现出轻稀土元素富集(LREE/HREE=1.93~2.89), 轻稀土元素分馏程度稍高于重稀土元素的右倾V字形分布模式, 且具有明显的负Eu异常(δEu=0.36~0.41)。其成因可能与幔源岩浆的底侵和地壳减薄有关, 是幔源基性岩浆底侵导致地壳物质脱水发生部分熔融的产物, 即主要由陆壳和硅铝质源岩的部分熔融形成, 岩浆在上升过程中经历了结晶分异作用。

(3) 马拉松多组流纹岩化学性质具有S型向A型流纹岩演化趋势及同碰撞弧火山岩与碰撞后A型流纹岩的双重特性。结合区域地质研究, 认为研究区在早-中三叠世处于弧-陆碰撞后活动大陆边缘短暂的后造山伸展构造环境, 古特提斯洋(金沙江洋)在此之前已经闭合。

致谢: 西藏芒康县国土局及宗西乡政府对本次野外工作提供了诸多便利条件; 中国地质调查局东特提斯工程首席成都地质调查中心王立全研究员、西南三江二级项目负责人王保弟研究员对研究工作给予关心与支持; 项目组工作人员肖鹏、何军华、窦帅杰等协助野外地质调研、采样和室内数据整理工作; 审稿专家对全文进行了认真审阅, 并提出宝贵的修改意见, 在此一并致谢。

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