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    西藏甲鲁朗地区叶巴组火山岩成因及其对新特提斯洋俯冲的约束

    宋宇航 解超明 范建军 曾孝文 郝宇杰 李晓波

    宋宇航, 解超明, 范建军, 曾孝文, 郝宇杰, 李晓波, 2019. 西藏甲鲁朗地区叶巴组火山岩成因及其对新特提斯洋俯冲的约束. 地球科学, 44(7): 2319-2338. doi: 10.3799/dqkx.2019.147
    引用本文: 宋宇航, 解超明, 范建军, 曾孝文, 郝宇杰, 李晓波, 2019. 西藏甲鲁朗地区叶巴组火山岩成因及其对新特提斯洋俯冲的约束. 地球科学, 44(7): 2319-2338. doi: 10.3799/dqkx.2019.147
    Song Yuhang, Xie Chaoming, Fan Jianjun, Zeng Xiaowen, Hao Yujie, Li Xiaobo, 2019. Petrogenesis of Volcanic Rocks from the Yeba Formation in Jialulang Area, Tibet and Its Constraints on the Subduction of Neo-Tethyan Oceanic Slab. Earth Science, 44(7): 2319-2338. doi: 10.3799/dqkx.2019.147
    Citation: Song Yuhang, Xie Chaoming, Fan Jianjun, Zeng Xiaowen, Hao Yujie, Li Xiaobo, 2019. Petrogenesis of Volcanic Rocks from the Yeba Formation in Jialulang Area, Tibet and Its Constraints on the Subduction of Neo-Tethyan Oceanic Slab. Earth Science, 44(7): 2319-2338. doi: 10.3799/dqkx.2019.147

    西藏甲鲁朗地区叶巴组火山岩成因及其对新特提斯洋俯冲的约束

    doi: 10.3799/dqkx.2019.147
    基金项目: 

    自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室自主课题基金项目 DBY-ZZ-18-06

    中国地质调查局项目 DD20160015

    国家自然科学基金项目 41602230

    国家自然科学基金项目 41872231

    中国地质调查局项目 DD20160026

    详细信息
      作者简介:

      宋宇航(1995-), 男, 硕士研究生, 构造地质学专业

      通讯作者: 解超明
    • 中图分类号: P548

    Petrogenesis of Volcanic Rocks from the Yeba Formation in Jialulang Area, Tibet and Its Constraints on the Subduction of Neo-Tethyan Oceanic Slab

    • 摘要: 西藏冈底斯岩浆弧叶巴组火山岩对于新特提斯洋俯冲时限的制约存在着重要的意义.通过对甲鲁朗地区叶巴组凝灰岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和岩石地球化学组成的研究,锆石测年获得3件凝灰岩样品206Pb/238U年龄加权平均值分别为207.8±1.6 Ma、204.8±1.7 Ma和209.3±3.4 Ma,结合古生物化石证据,表明其形成于晚三叠世;凝灰岩样品富集轻稀土元素和大离子亲石元素(Rb、K、Th、U、Pb),亏损重稀土元素和高场强元素(Nb、Ta、Ti、P),同时亏损Sr元素,Eu负异常较明显.岩石地球化学特征表明叶巴组中酸性岩可能为壳幔混染成因.综合前人研究成果,认为叶巴组形成于新特提斯洋俯冲环境下的大陆边缘弧,新特提斯洋的俯冲从晚三叠世就已经开始.本研究为叶巴组的形成时代以及动力学背景提供了新的制约.
    • 图 1  西藏冈底斯岩浆岩分布简图及研究区叶巴组火山岩地质简图

      Figure 1.  The simplified distribution map of magmatic rocks on Gangdese and simplified geological map of volcanic rocks of Yeba Formation in researched area, Tibet

      图据黄丰等(2015)修改;图a中:JSSZ.西金乌兰-金沙江板块缝合带;LSSZ.龙木措-双湖-澜沧江板块缝合带;BNSZ.班公湖-怒江板块缝合带;SNMZ.狮泉河–纳木错蛇绿混杂岩带;IYZSZ.印度河-雅鲁藏布江板块缝合带;图b中:1.早侏罗世叶巴组;2.中新世达弄多组;3.中新世石英二长斑岩;4.中新世石英斑岩;5.中新世二长花岗岩;6.早侏罗世花岗闪长岩;7.早侏罗世二长花岗岩;8.推测断层;9.角岩化带;10.剖面位置;11采样位置及编号;12.本文获得年龄

      图 2  叶巴组实测剖面

      Figure 2.  A measured sectional view for the Yeba Formation

      图 3  甲鲁朗地区叶巴组火山岩样品野外及镜下照片

      Figure 3.  Outcrop photos and microscopic pictures of typical rock assemblage of volcanic rocks from Yeba Formation in Jialulang area

      Pl.斜长石;Cry.晶屑;Q.石英

      图 4  甲鲁朗地区叶巴组火山岩锆石U-Pb年龄谐和图、CL图像及稀土元素球粒陨石标准化配分图

      Figure 4.  Zircon U-Pb concordia diagrams and CL images and chondrite-normalized REE patterns of zircons for the Yeba Formation volcanic rocks in Jialulang area

      图中比例尺为100 μm;标准化数据引自Sun and McDonough (1989).

      图 5  叶巴组火山岩分类图

      Figure 5.  Classification diagram for the Yeba Formation volcanic rocks

      a. TAS图解;b. A/CNK-A/NK图解;c. AFM图解;d. (La/Yb)N-(Yb)N图解;文献数据耿全如等(2005)董彦辉等(2006)Zhu et al.(2008)曾忠诚等(2009)陈炜等(2009)熊秋伟等(2015)Wei et al.(2017)

      图 6  叶巴组火山岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(a、c、e)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b、d、f)

      Figure 6.  Chondrite-normalized REE diagram (a, c, e) and primitive mantle-normalized spider diagram (b, d, f) for the volcanic rocks from the Yeba Formation

      文献数据同图 5;标准化值据Sun and McDonough (1989)

      图 7  叶巴组双壳类化石

      Figure 7.  Bivalve fossils from the Yeba Formation

      a~e.拼第嵘前凸蛤Pronoella pindiroensis Cox 1965;f.古栗蛤Palaeonucula sp.;g.花蛤未定种Astarte sp.;h, i.速水小林蛤Kobayashites hemicylindricus Hayami 1959;图中比例尺为1 cm

      图 8  叶巴组中酸性火山岩部分熔融图解

      Figure 8.  Partial melting diagram for intermediate acid volcanic rocks from the Yeba Formation

      Schiano et al.(2010);a. Th/Sm-Th图解;b. Th/Hf-Th图解

      图 9  叶巴组火山岩FeOT-MgO图解(a)和Yb/Ta-Y/Nb图解(b)

      Figure 9.  Diagrams of FeOT-MgO(a) and Yb/Ta-Y/Nb(b) for volcanic rocks from the Yeba Formation

      图a底图据Zorpi et al.(1991);图b数据来源:BBC.平均大陆地壳,据Rudnick and Gao(2003);LCC.大陆下地壳,据Rudnick and Gao(2003);DMM.亏损地幔,据Salters and Stracke(2004)

      图 10  叶巴组火山岩构造判别图解

      Figure 10.  Structure discriminant diagrams of the Yeba Formation

      a. Zr×3-Nb×50-Ce/P2O5图解,据Müller et al.(1992);b. Th/Ta-Yb图解,据Gorton and Schandl(2000);c. La/Yb-Sc/Ni图解,据Pearce(1982);d. Th/Yb-Nb/Yb图解,据Condie et al.(1986)

      表 1  叶巴组凝灰岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果

      Table 1.  LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of the Yeba Formation tuffs

      样品号 含量(10-6) Th/U 同位素比值 年龄值(Ma)
      Th U 207Pb/235U 206Pb/238U 207Pb/235U 206Pb/238U
      ST32
      2 177 266 0.66 0.206 27 0.006 40 0.029 66 0.000 42 190 5 188 3
      3 214 321 0.67 0.228 28 0.007 25 0.032 89 0.000 48 209 6 209 3
      4 224 340 0.66 0.228 51 0.006 83 0.032 68 0.000 46 209 6 207 3
      5 148 258 0.57 0.233 56 0.015 58 0.032 47 0.000 53 213 13 206 3
      6 288 330 0.87 0.230 00 0.007 43 0.032 88 0.000 47 210 6 209 3
      7 189 303 0.62 0.228 31 0.006 83 0.032 51 0.000 46 209 6 206 3
      8 138 232 0.59 0.226 99 0.006 41 0.032 71 0.000 46 208 5 207 3
      12 158 221 0.71 0.230 11 0.011 67 0.033 05 0.000 56 210 10 210 3
      13 414 427 0.97 0.229 41 0.007 38 0.032 92 0.000 47 210 6 209 3
      14 166 241 0.69 0.228 23 0.006 74 0.032 84 0.000 46 209 6 208 3
      17 285 274 1.04 0.228 68 0.011 90 0.032 63 0.000 58 209 10 207 4
      19 339 418 0.81 0.230 01 0.007 26 0.032 88 0.000 46 210 6 209 3
      20 108 164 0.66 0.225 35 0.007 17 0.032 48 0.000 46 206 6 206 3
      ST33
      1 218 338 0.65 0.234 57 0.011 97 0.032 04 0.000 46 214 10 203 3
      2 317 370 0.86 0.226 55 0.007 40 0.032 38 0.000 45 207 6 205 3
      4 176 269 0.65 0.223 43 0.006 97 0.032 17 0.000 44 205 6 204 3
      5 285 357 0.80 0.225 26 0.006 77 0.032 21 0.000 43 206 6 204 3
      6 217 155 1.40 0.223 91 0.008 41 0.032 17 0.000 46 205 7 204 3
      7 376 431 0.87 0.230 13 0.006 44 0.030 52 0.000 41 210 5 194 3
      8 281 329 0.86 0.215 42 0.007 04 0.030 83 0.000 43 198 6 196 3
      9 133 226 0.59 0.224 41 0.008 64 0.032 18 0.000 46 206 7 204 3
      10 242 295 0.82 0.224 01 0.011 19 0.032 12 0.000 54 205 9 204 3
      14 182 266 0.69 0.226 72 0.007 87 0.032 63 0.000 46 207 7 207 3
      15 178 292 0.61 0.225 23 0.015 14 0.032 45 0.000 66 206 13 206 4
      17 167 220 0.76 0.227 96 0.008 88 0.032 71 0.000 49 209 7 207 3
      18 187 284 0.66 0.221 58 0.012 93 0.032 41 0.000 46 203 11 206 3
      ST34
      7 195 299 0.65 0.239 25 0.007 50 0.032 76 0.000 45 218 6 208 3
      10 515 478 1.08 0.232 89 0.007 22 0.033 27 0.000 45 213 6 211 3
      16 153 204 0.75 0.229 18 0.009 22 0.032 98 0.000 48 210 8 209 3
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      表 2  叶巴组凝灰岩锆石稀土元素(10-6)分析结果

      Table 2.  Analytical results of the zircon REE elements(10-6)of the tuffs from the Yeba Formation

      样品号 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
      ST32
      2 0.2 9.1 0.1 1.1 1.9 0.4 10.3 4.1 53.6 22.6 112.0 29.6 334.6 87.7
      3 0.3 10.9 0.1 1.1 2.0 0.5 11.9 4.3 58.2 23.9 117.0 29.8 334.1 86.4
      4 0.4 11.0 0.1 1.4 2.5 0.6 11.7 4.8 69.5 29.2 147.2 37.5 412.9 118.5
      5 0.1 8.3 0.1 1.3 2.9 0.5 15.6 6.0 78.8 32.2 152.0 37.3 399.3 94.5
      6 2.2 16.3 0.5 2.5 1.9 0.5 9.0 3.7 49.6 21.0 103.8 27.8 309.9 80.2
      7 1.7 11.2 0.4 2.7 2.7 0.5 14.6 6.1 81.7 33.6 160.5 40.9 446.5 107.8
      8 3.4 15.9 0.8 4.1 2.4 0.5 10.2 3.9 50.6 21.3 103.9 27.1 313.9 78.5
      12 0.0 11.5 0.1 0.9 2.6 0.6 13.9 5.6 71.0 29.1 145.3 37.8 429.1 106.0
      13 2.2 16.0 0.4 2.7 2.0 0.7 10.1 4.1 55.9 23.6 117.7 31.5 370.8 97.6
      14 0.6 10.2 0.2 1.2 2.0 0.4 10.1 4.0 55.1 23.2 116.3 28.8 309.3 82.0
      17 0.0 14.4 0.1 1.9 4.9 1.3 30.0 11.2 143.0 56.3 245.2 56.3 555.6 126.1
      19 2.7 19.4 0.9 7.0 10.3 1.8 50.2 18.1 220.0 80.0 347.2 76.3 734.6 168.9
      20 0.0 7.0 0.1 0.7 2.0 0.5 10.5 3.8 48.9 19.7 92.4 23.1 262.4 65.9
      ST33
      1 0.4 11.8 0.2 1.4 2.3 0.5 12.9 5.2 70.4 29.3 144.3 36.5 411.1 101.6
      2 18.5 47.0 4.7 19.6 4.6 0.5 11.5 3.9 49.9 20.6 97.8 23.9 249.8 60.0
      4 1.0 12.3 0.3 2.4 3.3 0.7 16.3 6.2 78.1 31.2 144.4 35.8 382.9 89.7
      5 0.0 14.9 0.0 0.8 1.8 0.6 11.9 4.6 64.5 27.7 143.6 38.9 452.2 115.3
      6 0.0 22.9 0.3 5.6 10.2 3.3 44.7 15.7 181.1 67.0 286.1 64.9 659.3 145.3
      7 0.1 11.0 0.1 1.0 1.6 0.5 10.8 4.5 59.7 24.7 118.0 30.9 339.1 82.3
      8 0.1 13.9 0.1 2.6 5.3 1.1 29.9 11.0 134.9 52.9 234.6 54.6 548.9 127.7
      9 0.0 8.7 0.0 0.8 2.1 0.4 11.2 4.5 57.9 24.4 117.5 29.3 323.7 79.4
      10 0.1 15.3 0.1 1.4 3.3 1.0 15.7 6.4 84.1 34.8 172.7 45.3 516.2 131.6
      14 1.1 12.2 0.4 3.9 5.9 1.5 28.0 10.2 125.2 47.2 211.8 51.6 552.0 118.3
      15 0.6 3.4 0.3 1.6 1.5 0.4 9.6 4.7 60.5 26.3 134.8 34.4 376.8 93.4
      17 0.1 10.0 0.1 1.3 2.5 0.5 12.8 4.9 65.7 27.0 127.7 33.0 371.4 94.6
      18 0.0 9.6 0.1 2.0 4.2 0.9 26.0 9.4 120.3 47.6 209.8 48.5 499.6 117.4
      ST34
      7 0.1 14.7 0.0 0.4 0.9 0.4 6.9 3.0 43.0 19.2 102.4 28.1 346.1 87.8
      10 3.2 40.9 0.7 4.1 3.8 0.9 18.8 7.4 96.9 39.4 192.1 49.7 562.0 138.2
      16 0.0 10.7 0.1 0.9 2.7 0.6 18.1 7.7 105.0 45.3 221.6 58.9 661.2 170.6
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      表 3  叶巴组凝灰岩主量元素(%)及微量元素(10-6)分析结果

      Table 3.  Analytical results of major (%) and trace elements (10-6) of the tuffs from the Yeba Formation

      样品号 ST32H2 ST32H4 ST33H3 ST33H4 ST35H2 ST35H3
      SiO2 61.13 62.97 67.19 68.87 76.61 77.19
      Al2O3 21.96 21.08 18.49 17.42 13.08 12.45
      Fe2O3T 2.44 2.16 2.58 2.85 0.76 0.79
      FeOT 2.2 1.95 2.32 2.57 0.68 0.71
      FeO 1.87 1.66 1.97 2.18 0.58 0.61
      MgO 0.8 0.79 0.79 0.91 0.11 0.51
      CaO 2.43 3.22 1.32 0.56 0.23 0.81
      Na2O 1.25 1.64 0.88 0.54 4.97 3.8
      K2O 7.15 5.31 5.68 5.43 2.57 2.19
      P2O5 0..02 0.01 0.02 0.02 0.03 0.04
      MnO 0.07 0.06 0.05 0.05 0.02 0.02
      TiO2 0.56 0.53 0.37 0.33 0.12 0.15
      LOI 1.76 1.83 2.1 2.46 0.79 1.32
      Total 99.57 99.59 99.47 99.44 99.3 99.27
      Li 11.51 10.95 14.98 15.2 5.66 3.95
      P 89.32 95.62 121.4 56.9 107.72 133.6
      K 44 620 36 440 42 720 37 800 17 340 14 520
      Sc 9.12 9.3 8.84 7.68 1.87 1.96
      Ti 2756 2864 2208 1958.6 631.4 802
      Cr 7.86 7.71 7.63 6.43 1.97 2.82
      Co 5.78 4.14 3.78 6.97 1.02 0.86
      Ni 2.2 1.73 2.89 2.96 0.67 0.94
      Rb 199.9 163.98 208 220.4 66.92 76.32
      Sr 180.05 266.7 130.12 61.76 94.42 204.5
      Y 28.84 31.62 31.04 33.34 11.27 15.32
      Zr 217.8 222.2 159.26 145.28 50.58 70.79
      Nb 18.84 20.1 16.65 15.76 8.03 10.48
      Ba 1 045.44 997.04 933.24 827.2 296.78 581.46
      La 36.96 41.52 40.74 40.82 9.72 16.8
      Ce 69.2 78.44 77.38 79.2 18.93 31.2
      Pr 7.89 8.58 8.63 9.01 2.01 3.24
      Nd 28.56 30.36 30.22 32.64 6.58 10.85
      Sm 5.69 5.88 5.84 6.65 1.38 2.23
      Eu 1.33 1.28 1.26 1.26 0.2 0.38
      Gd 5.5 5.7 5.65 6.61 1.4 2.29
      Tb 0.82 0.86 0.83 0.98 0.24 0.38
      Dy 5.29 5.73 5.35 6.33 1.72 2.63
      Ho 1.1 1.21 1.11 1.32 0.38 0.58
      Er 3.12 3.49 3.12 3.75 1.17 1.74
      Tm 0.49 0.54 0.48 0.58 0.2 0.29
      Yb 3.29 3.65 3.17 3.9 1.43 2.02
      Lu 0.52 0.57 0.5 0.63 0.23 0.33
      Hf 5.26 5.58 3.99 3.72 1.3 1.88
      Ta 1.07 1.17 1.04 0.98 0.58 0.67
      Th 19.93 21.06 19.38 20.83 9.15 16
      U 5.68 5.82 4.57 5.06 3.24 5.26
      Pb 38.76 45.1 22.47 13.39 4.79 13.63
      Eu* 0.73 0.68 0.67 0.58 0.44 0.52
      Mg# 43.2 45.9 41.7 42.6 25.9 59.9
      A/CNK 1.54 1.48 1.85 2.24 1.15 1.23
      A/NK 2.24 2.5 2.43 2.57 1.19 1.44
      (La/Yb)N 8.06 8.16 9.23 7.51 4.89 5.98
      (Yb)N 19.4 21.5 18.62 22.93 8.38 11.86
      注:FeOT=Fe2O3T×0.89;A/CNK=(Al2O3/102)/((CaO/56.1)+(Na2O/62.0)+(K2O/94.2));A/NK=(Al2O3/102)/((Na2O/62.0)+(K2O/94.2));Mg#=(MgO/40.3)/(MgO/40.3+Fe2O3T×0.89/71.9×0.85)×100;Eu*=Eu/SQRT(Sm×Gd).
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      表 4  叶巴组化石统计表

      Table 4.  Statistical table of the Yeba Formation fossils

      地区 层位 主要化石种类 代表时代 资料来源
      叶巴沟 / 珊瑚化石Theosmilia sp. 晚三叠世 西藏地质局, 1974, 内部资料
      却桑温泉 / 菊石化石 早-中三叠世 西藏综合队, 1976, 内部资料
      甲马沟 / 水螅化石 晚三叠世-早侏罗世 成都地震大队, 1976, 内部资料
      白堆乡 杂砂岩夹千枚岩 双壳类化石Pronoella (Gythemon) sp等 中侏罗世巴柔期 苟金,1994
      白堆乡 板岩 双壳类化石Protocardia stricldandi 中侏罗世巴柔-巴通期 苟金,1994
      白堆乡 千枚岩夹凝灰岩 虫迹化石Pelecypodichnus sp. 侏罗世 苟金,1994
      得中剖面 浅变质泥岩 双壳类化石Palaeonucula sp., Grammatodon sp. Propeamussium (P.) laeviradiatum (Waagen)等 早-中侏罗世托尔-巴柔期 裴树文,1999
      加兴乡 灰白色细砂岩 双壳类化石Trigonodus xiabolangensis sp., Isocyprina lhasaensis sp., 等 中-晚三叠世 Yin and Grant-Mackie, 2005
      得中地区 泥岩 双壳类化石Grammatodon sp., Kobayashites hayamii Yin, Limatula sp., Aguilerella sp., 早侏罗世 Yin and Grant-Mackie, 2005
      甲鲁朗 凝灰岩 双壳类化石Pronoella pindiroensis Cox 1965,Palaeonucula sp., Kobayashites hemicylindricus 晚三叠世-早侏罗世 本文
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      表 5  叶巴组火山岩及冈底斯岩浆弧岩浆岩形成时代

      Table 5.  Ages of Miocene magmatic rocks of Gangdese metallogenic belt

      地区 岩性 测试方法 测试对象 年龄(Ma) 资料来源
      达孜 英安岩 SHRIMP U-Pb 锆石 181.7±5.2 耿全如等,2006
      甲马沟 流纹岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 174.4±1.7 董彦辉等,2006
      达孜 英安岩 SHRIMP U-Pb 锆石 174.2±3.6 Zhu et al, ,2008
      得明顶 英安岩 SHRIMP U-Pb 锆石 192.7±1.3 陈炜等,2009
      驱龙 玄武岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 188±2 黄丰等,2015
      甲马 安山岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 175±2 黄丰等,2015
      得明顶 安山岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 188.8±1.8 熊秋伟等,2015
      达孜 玄武岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 178±1.3 Wei et al., 2017
      达孜 英安岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 174~183 Wei et al., 2017
      达孜 流纹岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 177.9±1.7 Wei et al., 2017
      达孜 安山岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 174~178 Liu et al., 2018
      达孜 英安岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 182 Liu et al., 2018
      达孜 流纹岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 171~176 Liu et al., 2018
      达孜 玄武岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 168~174 Liu et al., 2018
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    出版历程
    • 收稿日期:  2019-04-13
    • 刊出日期:  2019-07-01

    西藏甲鲁朗地区叶巴组火山岩成因及其对新特提斯洋俯冲的约束

      通讯作者: 解超明, xcmxcm1983@126.com
      作者简介: 宋宇航(1995-), 男, 硕士研究生, 构造地质学专业
    • 1. 吉林大学地球科学学院, 吉林长春 130061
    • 2. 东北亚矿产资源评价自然资源部重点实验室, 吉林长春 130061
    基金项目:  自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室自主课题基金项目 DBY-ZZ-18-06中国地质调查局项目 DD20160015国家自然科学基金项目 41602230国家自然科学基金项目 41872231中国地质调查局项目 DD20160026

    摘要: 西藏冈底斯岩浆弧叶巴组火山岩对于新特提斯洋俯冲时限的制约存在着重要的意义.通过对甲鲁朗地区叶巴组凝灰岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和岩石地球化学组成的研究,锆石测年获得3件凝灰岩样品206Pb/238U年龄加权平均值分别为207.8±1.6 Ma、204.8±1.7 Ma和209.3±3.4 Ma,结合古生物化石证据,表明其形成于晚三叠世;凝灰岩样品富集轻稀土元素和大离子亲石元素(Rb、K、Th、U、Pb),亏损重稀土元素和高场强元素(Nb、Ta、Ti、P),同时亏损Sr元素,Eu负异常较明显.岩石地球化学特征表明叶巴组中酸性岩可能为壳幔混染成因.综合前人研究成果,认为叶巴组形成于新特提斯洋俯冲环境下的大陆边缘弧,新特提斯洋的俯冲从晚三叠世就已经开始.本研究为叶巴组的形成时代以及动力学背景提供了新的制约.

    English Abstract

      • 青藏高原由诸多块体组成,经历了特提斯洋盆演化以及多块体、多岛弧拼合,俯冲、碰撞、造山等长期动力学过程(许志琴等,2007Ma et al., 2017).由于雅鲁藏布蛇绿岩所代表的新特提斯洋的消失导致印度-亚欧大陆碰撞,最终形成了青藏高原(Yin and Harrison, 2000).西藏南部冈底斯岩浆弧位于雅鲁藏布江缝合带与北部的班公湖-怒江缝合带之间,在晚古生代以来存在着强烈的火山岩浆活动,是研究特提斯构造演化的绝佳场所.一般认为,冈底斯岩浆弧形成于中生代新特提斯洋向北部的拉萨地块之下的长期俯冲过程中,并在印度与亚洲大陆的碰撞过程中叠加了后期的新生代岩浆作用(Chu et al., 2006; Wu et al., 2010, 2017; Guo et al., 2013; Wang et al., 2015; Pan et al., 2016).其上发育的叶巴组火山岩被认为记录了特提斯洋在早期俯冲消减的过程(董彦辉等,2006朱弟成等, 2008a, 2008b).因此对叶巴组形成时代、岩石成因及形成环境等问题的研究,对确定特提斯构造演化过程及时代有重要的意义.

        近年来众多学者从年代学、岩石地球化学、地层学、构造环境以及动力学机制等方面对叶巴组进行了较为全面的研究.研究者认为叶巴组火山岩是大洋板块俯冲形成的火山弧产物,但对具体的形成环境及动力学来源有着不同的看法,关于其形成环境的观点包括弧后盆地环境(耿全如等, 2005, 2006Wei et al., 2017)以及岛弧环境(董彦辉等,2006曾忠诚等,2009陈炜等, 2009).对于动力学机制的观点包括新特提斯洋的北向俯冲(董彦辉等,2006曾忠诚等,2009陈炜等,2009Guo et al., 2013; Wei et al., 2017);班公湖-怒江洋南向俯冲导致拉萨地块南缘发生弧后扩张(耿全如等, 2005, 2006Zhu et al., 2008;)以及松多古特提斯洋俯冲至南拉萨地块之下引起的板片断离或回转(董昕和张泽明,2013).此外对于叶巴组的形成时代在前人研究中也有着不同的认识,最初西藏地质局综合队根据叶巴组内所取得珊瑚化石Thecosmilia sp.将其时代定为晚三叠世;阴家润等(2006)在墨竹工卡县下波朗剖面中获得晚三叠世瑞替阶Gervillari Isocyprina.双壳类组合,佐证了上述观点.近年来前人对达孜县地区及得明顶地区叶巴组火山岩进行了大量的锆石年代学研究,结果显示其形成时代为早-中侏罗世,因此他们认为形成叶巴组的大洋板块开始俯冲的时间应不晚于该时期(耿全如等, 2005, 2006陈炜等,2009Wei et al., 2017).不过也有研究表明俯冲开始于晚三叠世甚至更早(莫宣学等,2005Wang et al., 2016).因此,对于叶巴组形成的环境与动力学机制以及大洋板块开始俯冲的时限仍需进一步的探讨.

        本文在总结前人研究的基础上,对研究区内所获得的叶巴组凝灰岩进行了锆石年代学及主微量地球化学分析研究,结合所采得的化石样品,以及区域上叶巴组火山岩地球化学数据,对叶巴组的形成时代、成因及构造环境进行分析,为区域演化过程提供新的约束条件.

      • 西藏南部拉萨地块由前寒武纪的结晶基底、古生代-中生代的沉积岩和古生代-新生代的岩浆岩组成(潘桂棠等, 2006Zhu et al., 2011; Hu et al., 2018).冈底斯岩浆弧位于拉萨地块南部,发育有大量中生代以来的岩浆活动(Chu et al., 2006;Guo et al., 2013).

        研究区位于拉萨东侧松多地区(图 1a红框区域),大地构造位置处于拉萨地块中部,印度河-雅鲁藏布江缝合带以北,狮泉河-申扎缝合带以南,地处中拉萨地块与南拉萨地块结合处,在沙莫勒-米拉山断裂带之上.区域上叶巴组主要分布于拉萨市与工布江达县之间(图 1a),呈长条带状东西向展布,该带东西长约250 km,宽3~15 km.岩性复杂,火山岩类主要包括浅变质玄武岩、英安岩、流纹岩、酸性凝灰岩及火山角砾岩等,其中以中酸性岩占绝大多数.组内也发育变质沉积岩类,如变质砂岩、硅质岩、板岩等.根据岩石组合,由下到上,由老到新可划分为3个岩性段.叶巴组一段主要包括玄武岩和中酸性晶屑凝灰岩,以及层间火山角砾岩、火山集块岩等;叶巴组二段以英安岩、流纹岩、晶屑凝灰岩和砂岩为主;叶巴组三段由绢云母石英片岩、石英片岩、凝灰岩、流纹岩、砂岩、粉砂岩、硅质岩、板岩和灰岩等组成(耿全如等,2005董彦辉等, 2006),同时叶巴组内可见少量基性岩脉侵入(Zhu et al., 2008).研究区内叶巴组分布较广,下覆中新统达弄多组火山岩,二者呈角度不整合关系接触,同时发育有大量中-新生代侵入岩(图 1c).研究区内叶巴组主要岩石类型包括英安质凝灰岩、安山质凝灰岩,另有少量英安岩、板岩、泥质板岩等(图 2).

        图  1  西藏冈底斯岩浆岩分布简图及研究区叶巴组火山岩地质简图

        Figure 1.  The simplified distribution map of magmatic rocks on Gangdese and simplified geological map of volcanic rocks of Yeba Formation in researched area, Tibet

        图  2  叶巴组实测剖面

        Figure 2.  A measured sectional view for the Yeba Formation

        本次研究所获得样品可分为3种类型,其中代表性岩石岩相学特征如下:

        (1)安山质含角砾晶屑凝灰熔岩(ST32),出露情况良好,风化破碎程度较弱,风化面颜色为灰黑色,新鲜面颜色为灰绿色,角砾凝灰结构,块状构造.主要由晶屑组成,含量大于90%;火山碎屑粒度以角砾为主,分选较差.晶屑成分主要为石英,含量约为55%,呈次棱角状,部分因熔蚀呈次圆状和不规则状密集分布,斜长石呈半自形板柱状,含量约为25%, 可见双晶发育(图 3a3d).

        图  3  甲鲁朗地区叶巴组火山岩样品野外及镜下照片

        Figure 3.  Outcrop photos and microscopic pictures of typical rock assemblage of volcanic rocks from Yeba Formation in Jialulang area

        (2)英安质晶屑凝灰岩(ST33),在研究区内分布较广,具火山凝灰结构,块状构造,层理构造.上部与安山质凝灰岩整合接触,下部发育有板岩.火山碎屑粒度以火山灰为主,主要成分为晶屑,晶屑成分主要为石英、斜长石.石英含量为45%~50%,多呈蚀湾状、尖角状,具波状消光.斜长石晶屑含量在15%~25%之间,呈半自形板柱状,发育聚片双晶(图 3b3e).

        (3)流纹质晶屑凝灰岩(ST34),在研究区内分布较少,岩石具有火山碎屑结构,层理构造.由塑性岩屑,塑性玻屑及少量石英、长石晶屑组成,塑性玻屑含量在60%左右,呈细条纹状.细火山灰含量约为15%.晶屑含量约为20%,其中长石含量约占30%,存在不同程度的蚀变现象,多数岩屑晶屑被拉长,略呈定向分布,具有假流动构造(图 3c3f)

      • 本次测试的样品均采自新鲜露头,之后送往河北省区域地质调查研究院完成锆石挑选工作,样品经过破碎、淘洗、电磁分选步骤后,于双目镜下挑选出晶形符合条件的锆石颗粒,之后进行样品制靶工作.样品靶的制备在中国地质科学院地质研究所完成,样品靶直径为25 mm,对其进行打磨、抛光处理后,暴露出多数锆石的中心位置,之后在中国地质大学(北京)进行锆石反射光和透射光显微照像工作.锆石阴极发光(CL)图像的拍摄则在北京大学物理学院进行,用以确定锆石的成因类型和内部结构.锆石U-Pb同位素测年工作在中国地质大学(北京)地学实验中心元素化学研究室完成,使用的激光器为美国NewWave贸易有限公司生产的UP193SS型固体激光器,激光波长为193 nm;载气为He,流速0.6 L/min;束斑直径为30~36 μm;激光频率为10 Hz;预剥蚀时间与剥蚀时间分别为5 s和45 s;计算年龄时以标准锆石91500为外标进行同位素比值校正,选用澳大利亚的标准锆石TEMORA (417 Ma)和来自斯里兰卡伟晶岩中的标准锆石SL13(206Pb/238U=0.092 8; 572 Ma)为监控盲样.锆石稀土元素含量测试(ICP-LMS)所使用质谱仪为德国Jena公司,Elite型PQ-ICP-MS;辅助气为Ar,流速为1.11 L/min,元素含量以国际标样NIST610为外标,Si为内标计算,NIST612和NIST614为监控盲样.测试完毕,使用Glitter4.4软件对同位素比值及元素含量进行处理,最后采用Isoplot软件绘制U-Pb谐和图和计算加权平均值.所有锆石U-Pb比值均进行了普通铅校正(Andersen,2002),详细测试方法见Song et al.(2010).

      • 本次共采集叶巴组火山岩地球化学样品6件,首先于室内进行简单的碎样处理,去除风化面,保留新鲜面,之后在河北省区域地质调查研究院实验室进行无污染处理,粉碎至200目,最后将处理完的样品送到中国地质大学(北京)地学实验中心完成全岩主量及微量元素分析.主量元素分析测试在中国地质大学(北京)科学研究院实验中心“元素地球化学实验室”完成,使用美国利曼公司(LEEMAN LABS.INC)Prodigy型等离子发射光谱仪(ICP-OES)完成测试,部分元素在含量低于0.01%时,采用酸溶溶液,利用Agilent 7500a型ICP-MS进行元素含量验证性测定.微量元素分析采用两酸(HNO3+HF)高压反应釜(Bomb)溶样方法进行样品的化学预处理.样品分析仪器使用美国安捷伦公司生产的Agilent 7500 a型等离子质谱仪进行测试,实验过程中的参考样品均采用国际标准AGV-2和GSR-3进行校对.样品中Cr、Sc、Sr等元素分析误差 < 10%,其他元素分析误差 < 5%.

      • 本文对西藏甲鲁朗地区叶巴组中的凝灰岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年以及锆石稀土元素测试,分析结果见图 4表 1表 2.安山质含角砾晶屑凝灰熔岩样品ST32中锆石呈长柱状、近六边形状和椭圆状,主要发育岩浆振荡生长环带、次环带结构(图 4a),锆石粒径在160~20 μm之间,Th/U比值在0.53~1.04之间,均大于0.1,具有典型的岩浆锆石成因特征.在锆石球粒陨石标准化图解中,锆石稀土元素配分曲线呈现较明显的左倾,轻、重稀土元素分异明显(图 4b),同样显示典型的岩浆锆石稀土元素特征;英安质晶屑凝灰岩样品ST33中锆石呈长柱状、楔状和椭圆状,主要发育岩浆振荡生长环带、次环带结构(图 4c),锆石粒径在250~ 40 μm之间,Th/U比值在0.47~1.39之间,均大于0.1,在锆石球粒陨石标准化图解中,锆石稀土元素配分曲线呈现明显的左倾,轻、重稀土元素分异明显(图 4d),显示典型的岩浆锆石稀土元素特征.流纹质晶屑凝灰岩样品ST34锆石多呈不规则状、椭圆状、六边形状,主要发育岩浆环带结构,部分锆石表面未见环带(图 4e).锆石整体粒径在120~10 μm之间,Th/U比值在0.65~1.08之间,均大于0.1,在锆石球粒陨石标准化图解中(图 4f),锆石稀土元素配分曲线呈现明显的左倾,轻、重稀土元素分异明显,具有典型的岩浆锆石稀土元素特征.

        图  4  甲鲁朗地区叶巴组火山岩锆石U-Pb年龄谐和图、CL图像及稀土元素球粒陨石标准化配分图

        Figure 4.  Zircon U-Pb concordia diagrams and CL images and chondrite-normalized REE patterns of zircons for the Yeba Formation volcanic rocks in Jialulang area

        样品号 含量(10-6) Th/U 同位素比值 年龄值(Ma)
        Th U 207Pb/235U 206Pb/238U 207Pb/235U 206Pb/238U
        ST32
        2 177 266 0.66 0.206 27 0.006 40 0.029 66 0.000 42 190 5 188 3
        3 214 321 0.67 0.228 28 0.007 25 0.032 89 0.000 48 209 6 209 3
        4 224 340 0.66 0.228 51 0.006 83 0.032 68 0.000 46 209 6 207 3
        5 148 258 0.57 0.233 56 0.015 58 0.032 47 0.000 53 213 13 206 3
        6 288 330 0.87 0.230 00 0.007 43 0.032 88 0.000 47 210 6 209 3
        7 189 303 0.62 0.228 31 0.006 83 0.032 51 0.000 46 209 6 206 3
        8 138 232 0.59 0.226 99 0.006 41 0.032 71 0.000 46 208 5 207 3
        12 158 221 0.71 0.230 11 0.011 67 0.033 05 0.000 56 210 10 210 3
        13 414 427 0.97 0.229 41 0.007 38 0.032 92 0.000 47 210 6 209 3
        14 166 241 0.69 0.228 23 0.006 74 0.032 84 0.000 46 209 6 208 3
        17 285 274 1.04 0.228 68 0.011 90 0.032 63 0.000 58 209 10 207 4
        19 339 418 0.81 0.230 01 0.007 26 0.032 88 0.000 46 210 6 209 3
        20 108 164 0.66 0.225 35 0.007 17 0.032 48 0.000 46 206 6 206 3
        ST33
        1 218 338 0.65 0.234 57 0.011 97 0.032 04 0.000 46 214 10 203 3
        2 317 370 0.86 0.226 55 0.007 40 0.032 38 0.000 45 207 6 205 3
        4 176 269 0.65 0.223 43 0.006 97 0.032 17 0.000 44 205 6 204 3
        5 285 357 0.80 0.225 26 0.006 77 0.032 21 0.000 43 206 6 204 3
        6 217 155 1.40 0.223 91 0.008 41 0.032 17 0.000 46 205 7 204 3
        7 376 431 0.87 0.230 13 0.006 44 0.030 52 0.000 41 210 5 194 3
        8 281 329 0.86 0.215 42 0.007 04 0.030 83 0.000 43 198 6 196 3
        9 133 226 0.59 0.224 41 0.008 64 0.032 18 0.000 46 206 7 204 3
        10 242 295 0.82 0.224 01 0.011 19 0.032 12 0.000 54 205 9 204 3
        14 182 266 0.69 0.226 72 0.007 87 0.032 63 0.000 46 207 7 207 3
        15 178 292 0.61 0.225 23 0.015 14 0.032 45 0.000 66 206 13 206 4
        17 167 220 0.76 0.227 96 0.008 88 0.032 71 0.000 49 209 7 207 3
        18 187 284 0.66 0.221 58 0.012 93 0.032 41 0.000 46 203 11 206 3
        ST34
        7 195 299 0.65 0.239 25 0.007 50 0.032 76 0.000 45 218 6 208 3
        10 515 478 1.08 0.232 89 0.007 22 0.033 27 0.000 45 213 6 211 3
        16 153 204 0.75 0.229 18 0.009 22 0.032 98 0.000 48 210 8 209 3

        表 1  叶巴组凝灰岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果

        Table 1.  LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of the Yeba Formation tuffs

        样品号 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
        ST32
        2 0.2 9.1 0.1 1.1 1.9 0.4 10.3 4.1 53.6 22.6 112.0 29.6 334.6 87.7
        3 0.3 10.9 0.1 1.1 2.0 0.5 11.9 4.3 58.2 23.9 117.0 29.8 334.1 86.4
        4 0.4 11.0 0.1 1.4 2.5 0.6 11.7 4.8 69.5 29.2 147.2 37.5 412.9 118.5
        5 0.1 8.3 0.1 1.3 2.9 0.5 15.6 6.0 78.8 32.2 152.0 37.3 399.3 94.5
        6 2.2 16.3 0.5 2.5 1.9 0.5 9.0 3.7 49.6 21.0 103.8 27.8 309.9 80.2
        7 1.7 11.2 0.4 2.7 2.7 0.5 14.6 6.1 81.7 33.6 160.5 40.9 446.5 107.8
        8 3.4 15.9 0.8 4.1 2.4 0.5 10.2 3.9 50.6 21.3 103.9 27.1 313.9 78.5
        12 0.0 11.5 0.1 0.9 2.6 0.6 13.9 5.6 71.0 29.1 145.3 37.8 429.1 106.0
        13 2.2 16.0 0.4 2.7 2.0 0.7 10.1 4.1 55.9 23.6 117.7 31.5 370.8 97.6
        14 0.6 10.2 0.2 1.2 2.0 0.4 10.1 4.0 55.1 23.2 116.3 28.8 309.3 82.0
        17 0.0 14.4 0.1 1.9 4.9 1.3 30.0 11.2 143.0 56.3 245.2 56.3 555.6 126.1
        19 2.7 19.4 0.9 7.0 10.3 1.8 50.2 18.1 220.0 80.0 347.2 76.3 734.6 168.9
        20 0.0 7.0 0.1 0.7 2.0 0.5 10.5 3.8 48.9 19.7 92.4 23.1 262.4 65.9
        ST33
        1 0.4 11.8 0.2 1.4 2.3 0.5 12.9 5.2 70.4 29.3 144.3 36.5 411.1 101.6
        2 18.5 47.0 4.7 19.6 4.6 0.5 11.5 3.9 49.9 20.6 97.8 23.9 249.8 60.0
        4 1.0 12.3 0.3 2.4 3.3 0.7 16.3 6.2 78.1 31.2 144.4 35.8 382.9 89.7
        5 0.0 14.9 0.0 0.8 1.8 0.6 11.9 4.6 64.5 27.7 143.6 38.9 452.2 115.3
        6 0.0 22.9 0.3 5.6 10.2 3.3 44.7 15.7 181.1 67.0 286.1 64.9 659.3 145.3
        7 0.1 11.0 0.1 1.0 1.6 0.5 10.8 4.5 59.7 24.7 118.0 30.9 339.1 82.3
        8 0.1 13.9 0.1 2.6 5.3 1.1 29.9 11.0 134.9 52.9 234.6 54.6 548.9 127.7
        9 0.0 8.7 0.0 0.8 2.1 0.4 11.2 4.5 57.9 24.4 117.5 29.3 323.7 79.4
        10 0.1 15.3 0.1 1.4 3.3 1.0 15.7 6.4 84.1 34.8 172.7 45.3 516.2 131.6
        14 1.1 12.2 0.4 3.9 5.9 1.5 28.0 10.2 125.2 47.2 211.8 51.6 552.0 118.3
        15 0.6 3.4 0.3 1.6 1.5 0.4 9.6 4.7 60.5 26.3 134.8 34.4 376.8 93.4
        17 0.1 10.0 0.1 1.3 2.5 0.5 12.8 4.9 65.7 27.0 127.7 33.0 371.4 94.6
        18 0.0 9.6 0.1 2.0 4.2 0.9 26.0 9.4 120.3 47.6 209.8 48.5 499.6 117.4
        ST34
        7 0.1 14.7 0.0 0.4 0.9 0.4 6.9 3.0 43.0 19.2 102.4 28.1 346.1 87.8
        10 3.2 40.9 0.7 4.1 3.8 0.9 18.8 7.4 96.9 39.4 192.1 49.7 562.0 138.2
        16 0.0 10.7 0.1 0.9 2.7 0.6 18.1 7.7 105.0 45.3 221.6 58.9 661.2 170.6

        表 2  叶巴组凝灰岩锆石稀土元素(10-6)分析结果

        Table 2.  Analytical results of the zircon REE elements(10-6)of the tuffs from the Yeba Formation

        样品ST32中13个测点的206Pb/238U年龄分布在206~210 Ma之间,加权平均年龄为207.8± 1.6 Ma.样品ST33中13个测点的206Pb/238U年龄分布在203~207 Ma之间,加权平均年龄为204.8±1.7 Ma.样品ST34中3个测点的206Pb/238U年龄分布在208~211 Ma之间,加权平均年龄为209.3± 3.4 Ma.以上样品均具有谐和的U-Pb年龄,加权平均年龄可代表岩石的岩浆结晶年龄,为晚三叠世.

      • 对本研究所获得样品进行主微量元素分析,测试结果见表 3.安山质含角砾晶屑凝灰熔岩(ST32)样品SiO2含量分别为61.13%和62.97%(均值62.05%),Al2O3含量分别为21.96%和21.08%(均值21.52%),Na2O含量分别为1.25%和1.64%(均值1.45%),MgO含量分别为0.8%和0.79%(均值0.79%),CaO含量分别为2.43%和3.22%(均值2.82%),K2O含量分别为7.15%和5.31%(均值6.23%),FeOT含量分别为2.2%和1.95%(均值2.07%).

        样品号 ST32H2 ST32H4 ST33H3 ST33H4 ST35H2 ST35H3
        SiO2 61.13 62.97 67.19 68.87 76.61 77.19
        Al2O3 21.96 21.08 18.49 17.42 13.08 12.45
        Fe2O3T 2.44 2.16 2.58 2.85 0.76 0.79
        FeOT 2.2 1.95 2.32 2.57 0.68 0.71
        FeO 1.87 1.66 1.97 2.18 0.58 0.61
        MgO 0.8 0.79 0.79 0.91 0.11 0.51
        CaO 2.43 3.22 1.32 0.56 0.23 0.81
        Na2O 1.25 1.64 0.88 0.54 4.97 3.8
        K2O 7.15 5.31 5.68 5.43 2.57 2.19
        P2O5 0..02 0.01 0.02 0.02 0.03 0.04
        MnO 0.07 0.06 0.05 0.05 0.02 0.02
        TiO2 0.56 0.53 0.37 0.33 0.12 0.15
        LOI 1.76 1.83 2.1 2.46 0.79 1.32
        Total 99.57 99.59 99.47 99.44 99.3 99.27
        Li 11.51 10.95 14.98 15.2 5.66 3.95
        P 89.32 95.62 121.4 56.9 107.72 133.6
        K 44 620 36 440 42 720 37 800 17 340 14 520
        Sc 9.12 9.3 8.84 7.68 1.87 1.96
        Ti 2756 2864 2208 1958.6 631.4 802
        Cr 7.86 7.71 7.63 6.43 1.97 2.82
        Co 5.78 4.14 3.78 6.97 1.02 0.86
        Ni 2.2 1.73 2.89 2.96 0.67 0.94
        Rb 199.9 163.98 208 220.4 66.92 76.32
        Sr 180.05 266.7 130.12 61.76 94.42 204.5
        Y 28.84 31.62 31.04 33.34 11.27 15.32
        Zr 217.8 222.2 159.26 145.28 50.58 70.79
        Nb 18.84 20.1 16.65 15.76 8.03 10.48
        Ba 1 045.44 997.04 933.24 827.2 296.78 581.46
        La 36.96 41.52 40.74 40.82 9.72 16.8
        Ce 69.2 78.44 77.38 79.2 18.93 31.2
        Pr 7.89 8.58 8.63 9.01 2.01 3.24
        Nd 28.56 30.36 30.22 32.64 6.58 10.85
        Sm 5.69 5.88 5.84 6.65 1.38 2.23
        Eu 1.33 1.28 1.26 1.26 0.2 0.38
        Gd 5.5 5.7 5.65 6.61 1.4 2.29
        Tb 0.82 0.86 0.83 0.98 0.24 0.38
        Dy 5.29 5.73 5.35 6.33 1.72 2.63
        Ho 1.1 1.21 1.11 1.32 0.38 0.58
        Er 3.12 3.49 3.12 3.75 1.17 1.74
        Tm 0.49 0.54 0.48 0.58 0.2 0.29
        Yb 3.29 3.65 3.17 3.9 1.43 2.02
        Lu 0.52 0.57 0.5 0.63 0.23 0.33
        Hf 5.26 5.58 3.99 3.72 1.3 1.88
        Ta 1.07 1.17 1.04 0.98 0.58 0.67
        Th 19.93 21.06 19.38 20.83 9.15 16
        U 5.68 5.82 4.57 5.06 3.24 5.26
        Pb 38.76 45.1 22.47 13.39 4.79 13.63
        Eu* 0.73 0.68 0.67 0.58 0.44 0.52
        Mg# 43.2 45.9 41.7 42.6 25.9 59.9
        A/CNK 1.54 1.48 1.85 2.24 1.15 1.23
        A/NK 2.24 2.5 2.43 2.57 1.19 1.44
        (La/Yb)N 8.06 8.16 9.23 7.51 4.89 5.98
        (Yb)N 19.4 21.5 18.62 22.93 8.38 11.86
        注:FeOT=Fe2O3T×0.89;A/CNK=(Al2O3/102)/((CaO/56.1)+(Na2O/62.0)+(K2O/94.2));A/NK=(Al2O3/102)/((Na2O/62.0)+(K2O/94.2));Mg#=(MgO/40.3)/(MgO/40.3+Fe2O3T×0.89/71.9×0.85)×100;Eu*=Eu/SQRT(Sm×Gd).

        表 3  叶巴组凝灰岩主量元素(%)及微量元素(10-6)分析结果

        Table 3.  Analytical results of major (%) and trace elements (10-6) of the tuffs from the Yeba Formation

        英安质晶屑凝灰岩(ST33)样品SiO2含量分别为67.19%和68.87%(均值68.03%),Al2O3含量分别为17.42%和18.49%(均值17.95%),Na2O含量分别为0.54%和0.88%(均值0.71%),MgO含量分别为0.79%~0.91%(均值0.85%),CaO含量分别为0.56%和1.32%(均值0.94%),FeOT含量分别为2.32%和2.57%(均值2.44%).

        流纹质晶屑凝灰岩(ST34)样品SiO2含量分别为76.61%和77.19%(均值76.9%),Al2O3含量分别为13.08%和12.45%(均值12.77%),Na2O含量分别为3.8%和4.97%(均值4.39%),MgO含量分别为0.11%和0.51%(均值0.31%),CaO含量分别为0.23%和0.81%(均值0.52%),K2O含量分别为2.57%和2.19%(均值2.38%),FeOT含量分别为0.68%和0.71%(均值0.7%).在TAS图解中上述3类岩石样品点分别落于粗面安山岩、英安岩及流纹岩区域(图 5a).所有样品A/CNK比值在1.15~ 2.24之间,A/NK比值在1.19~2.57之间,属于过铝质岩石(图 5b).在AFM图解中,所有样品点均落于钙碱性系列岩石区域(图 5c),岩石主量元素整体特征与前人所获得的结果较为相似.

        图  5  叶巴组火山岩分类图

        Figure 5.  Classification diagram for the Yeba Formation volcanic rocks

      • 安山质含角砾晶屑凝灰熔岩稀土元素总量(∑REE)分别为169.77×10-6和187.82×10-6,平均值为178.79×10-6,整体含量较低.Eu*的值分别为0.68和0.73,表现出较明显的Eu负异常.在球粒陨石标准化的稀土元素配分图上,呈现轻稀土富集,亏损重稀土元素的现象,(La/Yb)N的值分别为8.06和8.16,轻重稀土分离较为明显,呈现出凹形右倾趋势(图 6a).原始地幔微量元素标准化蛛网图显示,样品普遍富集轻稀土元素和大离子亲石元素Rb、K、Th、U、Pb,相对亏损Nb、Ta、Ti、P等高场强元素,同时亏损Sr元素(图 6b).YbN值相对较高(13.5~21.5),Sr/Y的值较低,Y含量相对较高, 这种特征与平均大陆弧安山岩相似(Kelemen et al., 2007).

        图  6  叶巴组火山岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(a、c、e)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b、d、f)

        Figure 6.  Chondrite-normalized REE diagram (a, c, e) and primitive mantle-normalized spider diagram (b, d, f) for the volcanic rocks from the Yeba Formation

        英安质晶屑凝灰岩稀土元素总量(∑REE)分别为184.28×10-6和193.67×10-6,平均值为188.98×10-6.Eu*的值分别为0.44和0.52,均值为0.48,表现出明显的Eu负异常.(La/Yb)N的值分别为7.51和9.23,轻重稀土分离较为明显.在球粒陨石标准化的稀土元素配分图上,呈现轻稀土富集,亏损重稀土元素的现象,呈现出凹形右倾趋势(图 6c).原始地幔微量元素标准化蛛网图显示,样品岩石较为富集Rb、K、Th、U、Pb等大离子亲石元素元素,亏损Nb、Ta、Ti、P等高场强元素(图 6d).

        流纹质晶屑凝灰岩稀土元素总量(∑REE)分别为45.59×10-6和74.93×10-6,平均值为60.26×10-6,Eu*的值分别为0.67和0.58,均值为0.63,表现出明显的Eu负异常.在球粒陨石标准化的稀土元素配分图上(图 6e),呈现轻稀土富集,亏损重稀土元素的现象,(La/Yb)N的值分别为4.89和5.98,轻重稀土分离较为明显,呈现出凹形右倾趋势.原始地幔微量元素标准化蛛网图显示,样品富集轻稀土元素和大离子亲石元素Rb、K、Th、U、Pb,相对亏损Nb、Ta、Ti、P等高场强元素以及Sr元素(图 6f).综上所述,样品的稀土元素以及微量元素特征较为一致,可能暗示着它们的成因有一定的相似性.

      • 关于叶巴组的形成时代问题一直存在着较多的争议,从最初发现时,研究者多采用化石对其时代进行限定(表 4).前人在叶巴组下段底部发现有Isocyprina lhasaensis sp.,Gervillaria lhasaensis sp.,Unionites cf. brevis Schauroth,Trigonodus xiabolangensis sp.等化石,指示时代为晚三叠世.在得中地区发现的双壳类化石Grammatodon sp., Kobayashites hayamii Yin, Limatula sp., Aguilerella sp.等,时代为早侏罗世(Yin and Grant-Mackie., 2005).本文在研究区内取得了大量化石样品,经初步鉴定对比,该批化石与上文Yin and Grant-Mackie(2005)所报道的西藏地区下波郎剖面叶巴组双壳类动物群极为相似.可鉴定出的属种包括:拼第嵘前凸蛤Pronoella pindiroensis Cox 1965, 古栗蛤Palaeonucula sp.,花蛤未定种 Astarte sp., 速水小林蛤Kobayashites hemicylindricus Hayami 1959(图 7).叶巴组双壳类具备早-中侏罗世特提斯南北动物群混生的特点,笔者综合地层同位素年龄等分析结果,认为其时代为晚三叠世-早侏罗世.

        地区 层位 主要化石种类 代表时代 资料来源
        叶巴沟 / 珊瑚化石Theosmilia sp. 晚三叠世 西藏地质局, 1974, 内部资料
        却桑温泉 / 菊石化石 早-中三叠世 西藏综合队, 1976, 内部资料
        甲马沟 / 水螅化石 晚三叠世-早侏罗世 成都地震大队, 1976, 内部资料
        白堆乡 杂砂岩夹千枚岩 双壳类化石Pronoella (Gythemon) sp等 中侏罗世巴柔期 苟金,1994
        白堆乡 板岩 双壳类化石Protocardia stricldandi 中侏罗世巴柔-巴通期 苟金,1994
        白堆乡 千枚岩夹凝灰岩 虫迹化石Pelecypodichnus sp. 侏罗世 苟金,1994
        得中剖面 浅变质泥岩 双壳类化石Palaeonucula sp., Grammatodon sp. Propeamussium (P.) laeviradiatum (Waagen)等 早-中侏罗世托尔-巴柔期 裴树文,1999
        加兴乡 灰白色细砂岩 双壳类化石Trigonodus xiabolangensis sp., Isocyprina lhasaensis sp., 等 中-晚三叠世 Yin and Grant-Mackie, 2005
        得中地区 泥岩 双壳类化石Grammatodon sp., Kobayashites hayamii Yin, Limatula sp., Aguilerella sp., 早侏罗世 Yin and Grant-Mackie, 2005
        甲鲁朗 凝灰岩 双壳类化石Pronoella pindiroensis Cox 1965,Palaeonucula sp., Kobayashites hemicylindricus 晚三叠世-早侏罗世 本文

        表 4  叶巴组化石统计表

        Table 4.  Statistical table of the Yeba Formation fossils

        图  7  叶巴组双壳类化石

        Figure 7.  Bivalve fossils from the Yeba Formation

        此外前人分别在得明顶地区、达孜附近地区以及驱龙-甲马等地区,对叶巴组火山岩进行同位素测年工作,得到的年龄在162~192 Ma之间(表 5),整体显示形成时代为中-早侏罗世.但本文所获取的3件叶巴组凝灰岩样品的206Pb/238U年龄分别为207.8±1.6 Ma、204.8±1.7 Ma和209.3±3.4 Ma,时代为晚三叠世,与之前叶巴组属于早侏罗世的结论有所不同.有研究表明,冈底斯岩浆弧的岩浆活动最早可追溯至晚三叠世早期(Wang et al., 2016),结合化石依据,笔者认为叶巴组火山岩形成时代最早可能为晚三叠世.综合区域上的年代学数据及分布特征,大致可以推断叶巴组火山岩的形成时间可持续到30~40 Ma左右,从晚三叠世一直到早-中侏罗世时期.

        地区 岩性 测试方法 测试对象 年龄(Ma) 资料来源
        达孜 英安岩 SHRIMP U-Pb 锆石 181.7±5.2 耿全如等,2006
        甲马沟 流纹岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 174.4±1.7 董彦辉等,2006
        达孜 英安岩 SHRIMP U-Pb 锆石 174.2±3.6 Zhu et al, ,2008
        得明顶 英安岩 SHRIMP U-Pb 锆石 192.7±1.3 陈炜等,2009
        驱龙 玄武岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 188±2 黄丰等,2015
        甲马 安山岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 175±2 黄丰等,2015
        得明顶 安山岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 188.8±1.8 熊秋伟等,2015
        达孜 玄武岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 178±1.3 Wei et al., 2017
        达孜 英安岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 174~183 Wei et al., 2017
        达孜 流纹岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 177.9±1.7 Wei et al., 2017
        达孜 安山岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 174~178 Liu et al., 2018
        达孜 英安岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 182 Liu et al., 2018
        达孜 流纹岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 171~176 Liu et al., 2018
        达孜 玄武岩 LA-ICP-MS U-Pb 锆石 168~174 Liu et al., 2018

        表 5  叶巴组火山岩及冈底斯岩浆弧岩浆岩形成时代

        Table 5.  Ages of Miocene magmatic rocks of Gangdese metallogenic belt

      • 研究区内叶巴组整体以中酸性岩为主,少见基性岩出露,侵入岩为二长花岗岩、花岗闪长岩等.本文结合区域上搜集的数据对叶巴组中酸性火山岩进行岩石成因及源区性质研究.前文提到叶巴组为大洋板块俯冲形成的火山弧产物,一般认为与弧相关的中酸性火山岩的成因有两种可能:(1)由伴生玄武质岩浆的分离结晶作用形成,在该情况下形成的岩石与玄武质岩浆具有相似的幔源地球化学特征(Bacon and Druitt, 1988);(2)由幔源基性岩浆上涌引起地壳物质部分熔融形成的壳幔混源岩浆生成(Tepper et al., 1993).玄武质岩浆只有经过强烈的分离结晶作用才能产生酸性熔体(Wilson,1993),所以在上述第一种条件下产生的多数是中小规模的中酸性熔体(Shinjo and Kato, 2000),而研究区内叶巴组中酸性岩分布广泛,缺少基性火山岩,难以用玄武质岩浆的分离结晶来解释中酸性岩的成因.同时在Th/Sm-Th图解与Th/Hf-Th图解中,叶巴组中酸性岩石显示出了部分熔融的趋势(图 8),因此第二种成因机制显得较为合理.

        图  8  叶巴组中酸性火山岩部分熔融图解

        Figure 8.  Partial melting diagram for intermediate acid volcanic rocks from the Yeba Formation

        本文获得叶巴组火山凝灰岩样品Ti/Zr比值在11.3~13.9之间,这与地壳(Ti/Zr < 20)特征相似(Plank, 2005),同时其较高的Th/Ce(均值为0.21)与Th/La(均值为0.4)比值说明地壳混染可能在岩浆演化过程中起着较为重要的作用,因为地壳的Th/Ce(均值0.15)(Taylor and McLennan, 1995)与Th/La(均值0.3)比值较高,而幔源岩浆的Th/Ce(0.02~0.05)与Th/La(均值0.12)比值则较低(Sun and McDonough, 1989);通常受地壳混染的岩石La/Ta约为22,La/Nb < 1(Fitton et al., 1988; Leat et al., 1988),本文样品La/Ta均值为32.08,La/Nb均值为1.98,远大于上述特征值,也说明岩浆源区存在地壳物质;前人研究表明地壳部分熔融形成的岩浆产物的Mg#值一般小于40(Atherton et al., 1993),而直接起源于亏损地幔楔橄榄岩部分熔融形成的岩浆的Mg#值则大于60(McCarron and Smellie, 1998),叶巴组中酸性岩的Mg#值平均为47.6(含文献数据,文献数据同图 5),反映其岩浆并非全部为壳源物质,存在幔源物质的加入,在FeOT-MgO图解中也显示出岩浆混合的趋势(图 9a),在Yb/Ta-Y/Nb图解中,可见研究区内火山岩均位于平均大陆地壳和亏损地幔混合线区域,各岩性之间存在一定差异(图 9b),表示壳幔混合比例不同.而区域上的叶巴组火山岩则分别落入平均大陆地壳和亏损地幔混合线区域及下地壳与亏损地幔混合线区域,同时在该图解中显示地壳物质的参与起到了更重要的作用(> 80%).此外,甲鲁朗地区叶巴组火山岩以酸性岩为主,存在少量安山岩,岩石矿物中未见石榴子石,同时具有弧岩浆岩的地球化学特征,Sr含量较低,Nb/Ta比值在13.84~ 17.57之间,整体低于球粒陨石Nb/Ta比值(~17.6),上述特征具有与角闪岩相俯冲大洋板片脱水熔融形成的岩浆岩相似的特点(Mo et al., 2008),可能表明甲鲁朗地区叶巴组火山岩的形成与洋壳的俯冲板片脱水熔融有关.在原始地幔微量元素标准化蛛网图上,研究区叶巴组火山岩亏损Ba、Sr元素,在球粒陨石标准化稀土元素配分曲线上显示出Eu的负异常,表明岩浆源区残留斜长石和钾长石(Patiño Douce et al., 1991),同时亏损Nb、Ta元素,Y/Yb比值在7.6~9.8之间,表明源区主要残留角闪石(Pearce and Mei, 1988; Sisson, 1994).

        图  9  叶巴组火山岩FeOT-MgO图解(a)和Yb/Ta-Y/Nb图解(b)

        Figure 9.  Diagrams of FeOT-MgO(a) and Yb/Ta-Y/Nb(b) for volcanic rocks from the Yeba Formation

        综上所述,笔者认为甲鲁朗地区叶巴组火山岩为洋壳俯冲板片在一定深度脱水熔融,导致上覆地幔楔部分熔融,形成富集轻稀土元素与大离子亲石元素,亏损重稀土元素与高场强元素的岩浆,而后岩浆上涌导致地壳物质发生部分熔融形成酸性岩浆,其中以地壳物质为主要成分(> 80%),这些酸性岩浆在上升过程中以不同比例混合地壳物质,形成中性和酸性岩浆,最终岩浆喷出地表形成火山岩.

      • 研究区叶巴组火山岩样品具有高Al2O3(均值17.41%)、低MgO(均值0.65%)和低TiO2(均值0.34%)的特征,具有较高的K2O/Na2O比值(均值4.4).同时富集轻稀土元素和大离子亲石元素,亏损重稀土元素和高场强元素,与岛弧岩浆岩的总体特征相似.样品(La/Yb)N值在4.89~9.23之间,(Yb)N值在8.38~22.9之间,在(La/Yb)N-(Yb)N图解中均落于岛弧岩石区域(图 5d),同时样品具有较低的Sr/Y比值(1.85~13.34),同样具有岛弧岩石的特征.样品亏损Ba、Sr、Nb、Ta、P、Ti,与经典岛弧岩浆岩存在一定差异,而与大陆边缘弧岩浆岩特征相似(Pearce et al., 1984).通常活动大陆边缘弧火山岩以高钾钙碱性系列安山岩、英安岩、流纹岩为主,侵入岩主要以二长花岗岩、花岗闪长岩为主(Miyashiro,1974; Maniar and Piccoli, 1989),以上特征也与甲鲁朗地区分布的岩浆岩类型相似.在Zr×3-Nb×50-Ce/P2O5图解中,本文样品均落于大陆弧区域(图 10a);在Th/Ta-Yb图解中,多数样品点落于活动大陆边缘区域(图 10b).作为不活动元素,在部分熔融和分离结晶过程中,Th/Yb及Ta/Yb的比值不变,可用来判断岩浆岩的形成环境.在La/Yb-Sc/Ni图解中,叶巴组中酸性岩主要落于大陆岛弧区域附近(图 10c);在Th/Yb-Nb/Yb图解中也主要落于大陆边缘弧区域内(图 10d).同时根据所获得的化石样品,表明甲鲁朗地区叶巴组火山岩处于滨-浅海环境,这也符合大陆边缘弧环境的特点.综上所述笔者认为,叶巴组中酸性岩形成于活动大陆边缘弧环境,为大洋俯冲阶段岩浆作用的产物.

        图  10  叶巴组火山岩构造判别图解

        Figure 10.  Structure discriminant diagrams of the Yeba Formation

      • 前人研究认为,叶巴组最有可能为新特提斯洋北向俯冲的产物(耿全如等,2005董彦辉等,2006曾忠诚等,2009陈炜等,2009Wei et al., 2017Liu et al., 2018).不过也有学者提出叶巴组可能为班公湖-怒江洋南向俯冲导致拉萨地块南缘发生弧后扩张的产物(Zhu et al., 2011),这一观点难以解释以下问题:首先冈底斯岩浆弧岩浆活动主要集中在南缘,而非更靠近班怒洋的北侧.此外,Murphy et al.(1997)指出,拉萨地块经历了南北向收缩,这种收缩一直持续到晚白垩世早期.前人研究表明,雄村铜金矿床TSF-2逆冲断层形成于178~ 174 Ma之间(Tafti et al., 2014).这一年龄限制指示拉萨地块的收缩在侏罗纪早期就已经开始,叶巴组现今距班公-怒江缝合带300 km,在早侏罗世二者距离可能大于500 km,而且在地壳缩短过程中形成的火山岩具有类似埃达克岩的特征,例如Sr元素含量较高(> 400×10-6)(Gutscher et al., 2000),叶巴组火山岩不具备这种现象.另外前人对狮泉河-纳木错MORB型蛇绿岩的研究表明,侏罗纪之前俯冲的班公湖-怒江洋并未穿过中拉萨地块(武勇等,2018Zeng et al., 2018),也说明上述观点存在难以解释的问题.此外,董昕和张泽明(2013)认为叶巴组火山岩的形成与松多古特提斯洋俯冲到南拉萨地块之下所引起的板片断离或回转有关.不过研究表明松多古特提斯洋在220~240 Ma之前已经闭合(杨经绥等,2006李化启等, 2011),不会形成晚三叠世晚期至早侏罗世的火山岩.因此笔者推断叶巴组形成于新特提斯洋北向俯冲的构造背景.关于新特提斯洋开始俯冲时间的认识,部分研究者认为新特提斯洋发生俯冲消减作用开始的时间至少应不晚于早侏罗世,还有人认为在晚二叠世或者更早新特提斯洋就已经开始俯冲(Wang et al., 2016).前人在雅鲁藏布江中段硅质岩中发现了中-晚三叠放射虫(朱杰等,2005),并在冈底斯岩浆弧附近报道了一系列花岗岩年龄,包括测得日喀则东嘎辉长岩-花岗岩复合杂岩体成岩年龄为177~180 Ma(邱检生等, 2015);在墨脱雅鲁藏布超镁铁质岩中取得200±4 Ma (40Ar/39Ar)的辉石冷却年龄(周肃,2002);冈底斯南缘获得变形花岗岩的锆石U-Pb年龄为178±1 Ma(张宏飞等,2007);门巴花岗岩的年龄为207 Ma和215 Ma(和钟铧等, 2006),时代为晚三叠世-早侏罗世.同时在冈底斯岩浆弧上存在的大量晚三叠世-早侏罗世花岗岩体均表现出典型的岛弧特征(朱弟成等, 2008a, 2008b),这些花岗岩与叶巴组火山岩应为同一构造背景下的产物.以上化石数据以及花岗岩的年龄数据与雅鲁藏布江新特提斯洋开始俯冲的时间有所关联,证明其俯冲开始的时间不晚于晚三叠世.结合本文中所得到的年龄数据及叶巴组形成的构造环境,笔者认为叶巴组是新特提斯洋北向俯冲的产物,并且新特提斯洋板片俯冲开始的时间应不晚于晚三叠世,大洋的打开应在晚三叠世之前.

      • (1)对冈底斯中部甲鲁朗地区叶巴组凝灰岩进行年代学研究,获得3件样品锆石U-Pb年龄分别为207.8±1.6 Ma,204.8±1.7 Ma以及209.3±3.4 Ma,结合所获得化石样品和区域数据,笔者认为叶巴组在晚三叠世就已经形成.

        (2)甲鲁朗地区叶巴组凝灰岩的岩石地球化学特征显示,其岩浆应为壳幔混染形成,其中地壳物质的参与在形成过程中起更重要的作用,并且源区可能存在角闪石、斜长石和钾长石残留.

        (3)甲鲁朗地区叶巴组凝灰岩以中酸性岩为主,属钙碱性系列岩石.富集轻稀土元素与大离子亲石元素,亏损重稀土元素与高场强元素,整体显示出大陆边缘弧岩浆岩的特征,综合分析认为该地区火山岩形成于新特提斯洋俯冲环境下的陆缘弧环境,同时结合年代学数据,揭示了新特提斯洋俯冲的时限,应不晚于晚三叠世.

        致谢: 感谢吉林大学王明副教授、董宇超、于云鹏博士、高忠维硕士在文章写作过程中的帮助.同时对于中国地质大学(北京)科学研究院实验室苏犁研究员在岩石测试方面的帮助,以及匿名审稿专家在文章修改方面的建议和帮助致以诚挚的谢意!

    参考文献 (96)

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