0 前言
板块边界诱发的构造-岩浆作用可通过火山喷发形成火山碎屑岩类沉积序列,其中凝灰岩、斑脱岩等为火山活动衍生的特殊沉积物,兼具有瞬时沉积的等时性和大范围空间展布等特征,可作为记录区域构造-岩浆活动的关键地质载体(Huff,
2016;刘嘉麒等,
2018)。
这类火山成因的岩石不仅保存了火山活动的动力学信息(如喷发强度、物质搬运机制),还可作为“标志层”用于等时参考和地层对比(Bergstrom
et al.,
1997;Sun
et al.,
2014;Huff,
2016;衣健等,
2020)。此外,结合高精度锆石U-Pb同位素定年技术,能够精准厘定火山喷发事件的时代序列,进而揭示区域构造-岩浆活动的动力学机制及其时空耦合规律(Kolata
et al.,
1996;刘嘉麒等,
2018;衣健等,
2020;夏磊等,
2022)。
三叠纪是亚洲东部若干地块拼合的关键时期,亦是中国现代大陆形成、发展及成矿作用的关键阶段(李勇等,
2011;Deng
et al.,
2014;王登红等,
2020)。
中国西南地区在该时期展现出复杂的构造响应特征,该地区的动力学机制主要受控于古特提斯洋多分支俯冲-闭合过程及欧亚—冈瓦纳大陆边缘系统协同演化的影响,其中华南板块的构造变形与岩浆活动主要受到古特提斯洋东支俯冲消亡的控制(
图1-a)(Wang
et al.,
2013,
2018;Faure
et al.,
2016;Zhao
et al.,
2018)。在此背景下,华南板块的扬子地块作为东古特提斯洋的古陆块,其与周缘构造带的构造活动记录了古特提斯洋的演化过程,包括洋盆的开启、扩张、俯冲、消亡等一系列复杂事件(陈虹,
2010)。然而,目前对东古特提斯洋构造域的演化过程尚缺乏清晰认识。例如,扬子地块西南缘的金沙江—哀牢山缝合带、昌宁—孟连缝合带和甘孜—理塘缝合带的构造关系(陈莉等,
2013;方小玉等,
2017;Wang
et al.,
2017;杨天南等,
2019),以及北缘的阿尼玛卿—勉略缝合带构造性质(Xiong
et al.,
2014;Xia
et al.,
2015;赵东辉等,
2019),仍存在争议。
华南地区广泛分布三叠纪火山灰层(多数已蚀变为黏土岩),其颜色大多呈白色、黄色、浅灰色或灰绿色,黏土矿物含量(>75%)与围岩具有显著差异(Gao
et al.,
2013;马圣钞等,
2019;芦云飞等,
2020;Feng
et al.,
2021;Li
et al.,
2024)。这些火山灰层不仅记录了古特提斯洋的俯冲活动,而且约束了扬子地块与周缘地块碰撞诱发火山活动的时限(Yang
et al.,
2012;He
et al.,
2014;Baresel
et al.,
2017;郑斌嵩,
2019),因此对这些火山灰层进行深入的成因研究,不仅有助于解析扬子地块与周缘地块的构造演化过程,也为重建古特提斯洋的演化历史提供了关键证据。
扬子地块西北缘四川江油含增地区中三叠统天井山组近顶部地层中发育有一套厚度约20 cm的斑脱岩。Jin等(
2022)认为该套斑脱岩是由火山喷发的凝灰质物质经过蚀变而形成,其CA-ID-TIMS锆石U-Pb定年结果为238.43±0.047 Ma。然而,目前尚未对该套斑脱岩的矿物组成、沉积模式、岩浆源区及其构造演化背景进行深入研究。本研究通过对天井山组近顶部斑脱岩开展系统的矿物学、全岩地球化学及锆石Hf同位素组成研究,旨在揭示该套斑脱岩的形成过程及其火山源区特征,这对深入解析扬子地块西北缘印支运动早期的构造演化及其动力学机制具有重要意义。
1 区域地质背景
四川盆地位于扬子地块西北缘,是经过多期次构造运动演化形成的复杂叠合盆地(张浩然等,
2020)。该盆地与五大构造带接壤,北部以米仓山隆起、大巴山构造带与秦岭—大别造山带为界,西接松潘—甘孜造山带和龙门山褶皱带(
图1-b)。四川盆地基底的性质较为复杂,由太古代—古元古代结晶基底、中元古代褶皱—结晶基底、新元古代过渡性基底组成(罗志立,
1998)。从新元古代到中三叠世末期,扬子地块逐渐形成一个地理上相对稳定的单元(Lehrmann
et al.,
2005)。中三叠世末,受印支运动初始阶段活动的影响,四川盆地由被动大陆边缘环境逐渐转变为前陆盆地(李勇等,
2011)。印支运动引发的地壳抬升,造成海水向西退缩,盆地内中下三叠统地层广泛遭受剥蚀(李勇等,
2011;颜照坤等,
2023)。
含增剖面位于四川盆地西北缘北段,地处江油含增镇北东约2.5 km处(
图1-c)。该剖面由中三叠统天井山组(T
2tj)与上覆的上三叠统马鞍塘组(T
3m)组成(
图1-d)。有孔虫化石鉴定结果表明,天井山组近顶部地层的时代仍属于晚三叠世(Jin
et al.,
2022)。天井山组以叠层石(或层纹石)粘结岩和含微生物颗粒灰岩为主,局部可见泥粒灰岩或粒泥灰岩。在天井山组近顶部,出露1期暴露型喀斯特界面(
图2-a,
2-b),界面呈不规则形态,局部发育溶蚀沟或溶蚀缝,内部填充灰岩,并伴有局部铁锈色氧化现象(吴冰等,
2018;Jin
et al.,
2022)。前人研究认为,该喀斯特界面可能与强烈的构造作用或全球海平面变化相关(吴冰等,
2018)。此外,也有学者提出该界面的形成与印支运动早期活动相关,可能是由于川西龙门山构造负载引起的前隆剥蚀作用所致(李勇等,
2011;He
et al.,
2019;颜照坤等,
2023)。在喀斯特界面之上发育1层厚约20 cm的斑脱岩(
图2-a,
2-b)。斑脱岩层上覆地层仍为天井山组,但叠层石(或层纹石)粘结岩和含微生物颗粒灰岩的含量相较于下伏地层有所减少。天井山组与马鞍塘组(T
3m)之间以另一套喀斯特界面为界(
图2-a,
2-b)(吴冰等,
2018;Jin
et al.,
2022)。该喀斯特界面具有全球性特征,在高精度年代地层学框架下,可在不同构造背景下的海相地层中进行等时对比,并被推测其形成与卡尼期气候事件相关(Jin
et al.,
2022)。马鞍塘组主要以泥粒灰岩或粒泥灰岩为主(
图1-d)。
2 样品采集及测试
斑脱岩样品采自一处新矿坑,距离Jin等(
2022)采样的老矿坑约500 m。基于斑脱岩及其上、下地层的岩性特征,推测2处斑脱岩样品来源于同一层位。该斑脱岩层由顶部和底部厚3~5 cm的透镜状黄色氧化色部分和中部厚约15 cm的灰绿色至灰黑色部分构成(
图2-a,
2-b)。自下而上依次采集4件样品,分别命名为HZN-84、HZN-85、HZN-86和HZN-87(
图2-b)。其中,样品HZN-84来自下部氧化色部分(
图2-b)。4件样品均具有较强的吸水性,结构松散,抗风化能力较弱,露头常呈凹槽状,风化后呈黄色; 原岩颜色为灰绿色或灰黑色,具蜡状光泽,呈泥状或土状产出,水浸湿后具有滑腻感,符合斑脱岩的野外识别特征(Su
et al.,
2003;Huff,
2008;胡艳华等,
2009;张迪等,
2025)。
4件样品均进行全岩主-微量元素分析,其中,HZN-84和HZN-87还用于岩石学和X射线衍射分析,而微区原位锆石Hf同位素分析则基于Jin等(
2022)研究的斑脱岩样品进行。
2.1 岩石学分析
本研究薄片分析于成都理工大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室完成,镜下观察和拍照分析仪器为尼康Eclipse LV100POL偏光显微镜。
2.2 全岩主、微量元素含量分析
岩石地球化学分析委托成都谱谱检测技术有限公司完成。制备200目以下的粉末样品,主量元素含量分析利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES、美国PE 5300V)完成,分析精度优于1%~5%。微量元素与稀土元素含量分析采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS、Aglient Technologies 7700)测定,分析精度优于2%~5%。球粒陨石与原始地幔标准化数据采用Sun和McDonough(
1989)标准,地球化学数据分析处理和绘图使用Geokit及CorelDRAW等软件完成。
2.3 X射线衍射分析
X射线衍射(全岩分析、黏土分析)委托成都谱谱检测技术有限公司完成。全岩测试分析方法如下: 取少量样品(10 g)粉碎至200目,用背压法在模具中将粉末垂直均匀压实。熔片法实验检测标准依据中国石油天然气总公司发布的“沉积岩中黏土矿物和常见非黏土矿物X射线衍射分析方法(SYT 5163-2010)”。X射线扫描使用日本理学Rigaku XRD/Rigaku Ultima Ⅳ进行。
黏土分析方法如下: 首先,将粉碎后的粉末加入纯水,采用水悬浮液分离提取粒径小于2 μm的黏土矿物,经过离心操作后使黏粒沉淀,使得黏土分离提取。接着,向悬浮液中添加适量纯水,充分搅拌后吸取1 mL悬浮液置于载玻片上,并在常温下自然风干(记为N片),对于自然定向片,风干后上机进行X射线衍射测试,测试后将其置于恒温环境为60 ℃的乙二醇蒸汽干燥皿中进行饱和处理,恒温时间不少于8 h(记为E片),乙二醇饱和处理后继续上机进行X射线衍射测试。测试完成后,再将其置于450 ℃的马弗炉中进行恒温处理,恒温时间超过2.5 h(记为H片),冷却后,继续进行衍射实验。实验使用仪器(日本理学Rigaku XRD/Rigaku Ultima Ⅳ)和执行标准与全岩测试一致。
2.4 锆石Hf同位素
微区原位锆石Hf同位素组成分析测试委托武汉上谱分析科技有限责任公司完成。样品粉碎分选后,在镜下挑选纯度较高和形态完整的锆石制成环氧树脂样品靶,制靶后磨蚀抛光,经锆石阴极发光(CL)镜下显微照片观察,标记合适测试点位置,以备上机测试。Lu-Hf同位素分析采用德国Thermo Fisher Scientific公司的MC-ICP-MS(Neptune Plus),激光剥蚀系统为Geolas HD,输出能量密度为~8.0 J/cm
2。采用的激光斑束固定为44 μm,具体分析条件及流程详见Hu等(
2012)。分析数据的离线处理采用软件ICPMSDataCal(Liu
et al.,
2010)完成。
3 测试结果
3.1 岩石学特征
岩石薄片镜下观察显示,HZN-84和HZN-87样品蚀变严重,结构松散,具有典型的火山蚀变黏土岩特征(
图2-c,
2-d)。镜下显微观察表明,斑脱岩主要由浅褐色黏土矿物组成(占比约90%),局部可见隐晶质石英。黏土矿物在单偏光下呈无色至浅黄褐色,形态上多呈细鳞片状单体和毯毛状、纤维状结合体(
图2-c),这一特征与蒙脱石的光学性质相似。通过黏土矿物X射线衍射定量分析(
表1),结合镜下特征,认为黏土矿物以蒙脱石为主,伴有少量高岭石及石英。此外,在HZN-87样品的薄片中,局部可见较多的重矿物颗粒,单偏光下呈不规则短柱状,矿物边缘粗而黑,具极高正突起,不见解理,正交偏光下具有鲜艳的二级干涉色(
图2-e,
2-f)。
3.2 主、微量元素含量特征
斑脱岩样品主量及微量元素测试结果见
表2。测试结果显示,扬子地块西北缘天井山组斑脱岩主量元素总体具有较高的SiO
2(49.16%~56.94%)、Al
2O
3(19.82%~22.72%)、MgO(4.45%~5.00%)和K
2O(1.65%~1.97%)含量,较低的Na
2O(0.02%~0.11%)、TFe
2O
3(1.66%~0.81%)和CaO(1.78%~2.18%)含量。样品的烧失量较高(12.57%~19.94%),推测主要来源于黏土矿物中的结构水。
微量元素特征表现出明显的Eu负异常(
δEu为0.29~0.33)。在微量元素原始地幔标准化蛛网图(
图3-a)中,4件样品的分布趋势相似。样品相对富集Rb、Th、U等元素,相对亏损Zr、Ba、Sr、Eu等元素。4件样品的稀土元素总量(∑REE)为32.98~256.08 μg/g;轻稀土总量(∑LREE)为31.59~249.16 μg/g;重稀土总量(∑HREE)为1.39~6.92 μg/g。轻、重稀土比(∑LREE/ΣHREE)为21.56~36.01,显示轻、重稀土分异明显。4件样品的(La/Yb)
N的值为32.22~90.94;其中(Ce/Yb)
N>1(19.79~69.23),在球粒陨石标准化稀土配分曲线上表现为轻稀土富集的右倾分布型式(
图3-b);(La/Sm)
N>1(5.74~8.04),反映出轻稀土元素之间存在分异; (Gd/Yb)
N值为2.21~5.85,(Dy/Yb)
N值为1.13~2.25。稀土分配曲线整体向右倾斜,表明重稀土元素之间的分馏程度较轻稀土元素减弱。
3.3 黏土分析结果
全岩样品的X射线衍射分析结果显示(
表3),HZN-84和HZN-87样品富含黏土矿物(分别为95.3%和95.0%)和少量的石英矿物(分别为4.7%和5.0%)。黏土矿物X射线衍射定量分析结果显示(
表1),HZN-84和HZN-87样品黏土矿物主要为蒙脱石(分别为95%和92%)和少量的高岭土(分别为5%和8%)。
综合分析表明,2件斑脱岩样品具有相近的矿物组成,黏土矿物化学组成接近蒙脱石,这与XRD分析结果一致。样品基本上由蒙脱石黏土矿物组成,其他矿物含量极低,仅检测到少量石英,未见云母或斜长石等矿物。
3.4 Hf同位素组成
斑脱岩锆石Hf同位素测点位置见
图4,分析及计算结果见
表4。所有Hf同位素的原位分析点均位于对应锆石U-Pb测试点位的旁边或同一锆石的相同韵律环带内。
176Hf/
177Hf初始比值和
εHf(t)值依据相应锆石的U-Pb年龄计算。本次共测试52个点位,结果显示锆石的
176Lu/
177Hf值为0.001037~0.003597,均值为0.001855。
除了HZ-K2-37、HZ-K2-42、HZ-K2-19这3个测点的
176Lu/
177Hf值大于0.003外,其余测点的
176Lu/
177Hf值均小于0.003,且较为均一,表明锆石结晶后基本没有明显的放射性成因Hf的累积,因此所测定的
176Hf/
177Hf值基本代表了其形成时体系的Hf同位素组成(吴福元等,
2007)。
锆石Hf同位素测试结果表明,
176Hf/
177Hf 的初始比值介于0.282565~0.282657之间,计算得出的
εHf(t) 值范围为-2.35~0.95,主要集中分布于-1~0之间,均值为-0.14(
图5-a)。
对应的单阶段模式年龄为0.85—1.01 Ga,集中分布在0.90—0.95 Ga之间。本研究用Hf地壳模式年龄(
${T}_{DM}^{C}$)来代表岩浆源区从亏损地幔分离的时间,其模式年龄(
${T}_{DM}^{C}$)介于1.21—1.41 Ga之间(
图6-e)。分析结果表明,该类岩石具有相对均一的同位素组成。此外,U-Pb年龄结果显示斑脱岩中锆石的结晶年龄差异小于3 Ma(Jin
et al.,
2022),这进一步支持该套斑脱岩可能来源于深部的同一岩浆房。
4 讨论
4.1 斑脱岩源岩浆性质的判别
黏土岩在蚀变过程中,部分元素可能发生迁移或富集,从而对岩性分类和判别产生影响(Zielinski,
1985;Kiipli
et al.,
2017)。斑脱岩中Ga、Ti、Nb、Zr、Ta、Th等微量元素含量相对稳定(Zielinski,
1985;Kiipli
et al.,
2017),因此基于斑脱岩的地球化学元素含量特征可推测原岩性质。在Winchester和Floyd(
1977)创建的Ga-Zr/TiO
2判别图解中,斑脱岩样品均位于流纹岩区域(
图7-a)。在Leat等(
1986)建立的Zr-Nb判别图解中,斑脱岩样品原岩具有高钾钙碱性的特征(
图7-b)。综合上述地球化学特征及判别图解分析结果,本研究认为天井山组近顶部斑脱岩的源岩浆性质为酸性。
斑脱岩样品的稀土元素配分曲线显示,其具有较强的负Eu异常(
δEu均值为0.31),且重稀土元素(HREE)分布模式较为平坦(
图3-b)。斑脱岩样品微量元素蛛网图(
图3-a)显示,其Rb、Th等大离子亲石元素(LILE)相对于Nb、Sr等高场强元素(HFSE)富集的特征,暗示了其源岩浆有壳源物质的加入。斑脱岩样品中的Nb/U均值为13.05、Ta/U均值为1.83、Ce/Pb均值为1.24,区别于地壳均值(Nb/U=12.09、Ta/U=1.10、Ce/Pb=4.12;Taylor and McLennan,
1985),表明其岩浆演化过程中非单一的岩浆上升导致的地壳熔融。
斑脱岩样品锆石Hf同位素显示,
εHf(t) 值介于-2.35~0.95之间,均值为-0.14,在Age-
εHf(t)与Age-
176Hf/
177Hf 比值图解中,斑脱岩样品均分布于球粒陨石演化趋势线上,介于下地壳和亏损地幔的区域之间(
图5),表明其具有典型的壳幔混染特征。再者,斑脱岩锆石Hf同位素特征进一步揭示了火山凝灰质源区的属性。样品的锆石
εHf(t)值呈现明显的正负相间特征(
图5-a),指示岩浆在上升侵位过程中经历了壳源物质的混染,其中锆石
εHf(t)的正值暗示岩浆源区可能存在部分幔源物质的加入。此外,依据Liu等(
2010)提供的方法计算得出,斑脱岩样品Hf同位素地壳模式年龄
${T}_{DM}^{C}$平均值为1.27 Ga(
${T}_{DM}^{C}$=1.21-1.41 Ga)(
图6-e),也表明岩浆源区经历了中元古代地壳物质与幔源底侵岩浆的混合作用。
因此,综合稀土元素配分模式(负Eu异常、平坦HREE分布)、微量元素特征、锆石Hf同位素组成及地壳模式年龄等证据,本研究认为天井山组近顶部斑脱岩源岩浆性质为酸性岩浆,具有壳幔混染的特征,岩浆演化过程中存在中元古代壳源物质发生部分熔融。
4.2 斑脱岩源火山构造背景
基于上述对斑脱岩源岩浆性质的厘定,本研究进一步结合扬子地块西北缘与周缘造山带岩浆系统的时空耦合关系,对天井山组近顶部斑脱岩源岩浆源区的物质组成及构造继承性展开系统对比分析。通过区域构造-岩浆演化对比及源区示踪结果,认为天井山组斑脱岩的凝灰质来源可能与扬子地块西北缘及其周缘地区中—晚三叠世多构造域岩浆活动存在成因联系,且可能存在以下6种潜在来源: (1)澜沧江南段云县—景谷地区的中三叠世“双峰式”火山岩系(陈莉等,
2013;Yang
et al.,
2014);(2)西秦岭地区的三叠纪花岗岩(Wang
et al.,
2019;赵东辉等,
2019;严镜等,
2021);(3)西部金沙江缝合带的俯冲—碰撞岩浆岩(葛孟春等,
2002;Wang
et al.,
2017;杨天南等,
2019);(4)义敦弧的中—晚三叠世弧岩浆型岩浆岩(Wang
et al.,
2011;Chen
et al.,
2014;方小玉等,
2017);(5)凭祥地区的酸性岛弧火山岩(覃小锋等,
2011;Gan
et al.,
2021);(6)东昆仑造山带东段的三叠纪花岗岩(Xiong
et al.,
2014;Xia
et al.,
2015)。通过综合分析,认为东昆仑造山带东段火山活动形成的岩浆岩最为合理。具体原因如下:
(1)澜沧江带记录了古特提斯大洋向东俯冲,昌宁—孟连带古特提斯俯冲至思茅地体下方,形成云县—景谷弧(魏君奇等,
2008;Wang
et al.,
2014;Yang
et al.,
2014)。中三叠世俯冲洋壳断离后,伸展作用导致云县—景谷地区形成“双峰式”火山岩系(陈莉等,
2013)。这些火山岩的锆石
εHf(t)值介于-0.7~-6.1之间,Hf同位素地壳模式年龄
${T}_{DM}^{C}$平均值为1.14 Ga(Yang
et al.,
2014),与研究剖面斑脱岩锆石Hf同位素表现不一致(
图6-a)。(2)西秦岭在印支早期(250—235 Ma)有岩浆活动发育,侵入的岩体主要发育在西秦岭的中西部,呈线性展布,与区域构造线平行,而火山岩少见(赵东辉等,
2019;严镜等,
2021)。此外,这些岩体的稀土元素配分曲线表现为无或弱Eu负异常,且球粒陨石标准化稀土配分曲线呈平坦型,与研究剖面中的斑脱岩稀土元素特征不符(
图3-b)。(3)金沙江缝合带形成于古特提斯洋的俯冲作用,~250 Ma进入弧陆碰撞阶段,~244 Ma进入碰撞后伸展阶段(Wang
et al.,
2017;杨礼创等,
2025)。然而,这一地质背景及其Hf同位素特征与研究剖面中的斑脱岩明显不同(
图6-b)。(4)中三叠世末期,甘孜—理塘洋盆向西俯冲至中咱地块,引发了义敦弧岩浆活动,时代集中于225—215 Ma(Wang
et al.,
2011;Chen
et al.,
2014;Wu
et al.,
2017;方小玉等,
2017)。然而,在238 Ma前后,义敦弧火山活动尚未开始或强度较弱,故可排除。(5)晚二叠世至中三叠世,八布—Cao Băng 古特提斯分支洋盆北向俯冲,在富宁—那坡—凭祥一带形成弧火山岩(覃小锋等,
2011;Gan
et al.,
2021;向忠金等,
2021)。凭祥酸性岛弧火山岩形成时代在246—228 Ma,其锆石
εHf(t) 值介于-4.9~-18.6之间,Hf同位素地壳模式年龄
${T}_{DM}^{C}$平均值为1.86 Ga(Gan
et al.,
2021;夏磊等,
2022),与斑脱岩Hf同位素表现不一致(
图6-c)。
东昆仑东段在三叠纪的火山活动主要发生在252—212 Ma,区域内出露有安山岩、英安岩、流纹岩等火山岩和石英闪长岩等侵入岩(Ding
et al.,
2014;Xiong
et al.,
2014;Li
et al.,
2015b;Xia
et al.,
2015;Ren
et al.,
2016;封铿等,
2022)。这些中三叠世岩浆岩主要表现为俯冲相关的弧岩浆岩特征,表明在岩浆上升过程中与地壳发生混染作用(Xiong
et al.,
2014;Xia
et al.,
2015;Ren
et al.,
2016;周红智,
2019;任海东等,
2023)。前人锆石Hf同位素研究表明(
图6-d),东昆仑东段三叠纪岩浆岩的物源以中元古代壳源物质重熔为主,这与下地壳变质基底(即小庙群,Ch
x)的年龄一致(Li
et al.,
2015b;封铿等,
2022)。其中,东昆仑东段鄂拉山地区岩浆活动发育广泛,其高峰期集中于250—230 Ma(Ren
et al.,
2016;周红智,
2019;任海东等,
2023)。
鄂拉山地区印支早期岩浆活动与特提斯分支洋盆俯冲碰撞的背景相关。本次研究系统整理了区域典型岩体的地球化学数据,包括鄂拉山口流纹岩(246—242 Ma;周红智,
2019)、满丈岗花岗闪长岩(244±3 Ma;Ren
et al.,
2016)、德亥龙闪长岩(237±3 Ma;Ren
et al.,
2016)、南戈滩闪长岩(243±3 Ma;Xia
et al.,
2015)。在原岩判别图(
图7)中,这些岩石样品几乎都分布在高钾钙碱性范围内,属于中-酸性岩; 在微量元素蛛网图上(
图3-a),这些样品表现出轻稀土富集、重稀土亏损的稀土元素配分模式,并且具有明显的负Eu异常。锆石Hf同位素特征显示
εHf(t)值集中在-5~2之间,
176Hf/
177Hf值为0.282400~0.282771,均值为0.282596(
图5)。
对比研究区天井山组斑脱岩的地球化学特征,发现其与鄂拉山地区印支早期岩浆岩具有高度相似性: 二者同属于高钾钙碱性岩; 在球粒陨石标准化稀土配分曲线中二者均表现为轻稀土元素富集、重稀土亏损,具有相似的右倾分布特征(
图3-a,
3-b);此外,在微量元素蛛网图中显示具有相对富集Rb、Th、La、Pb等元素及相对亏损Nb、Ta、Ti等元素的特征(
图3-a,
3-b)(Li
et al.,
2015a;
2015b;封铿等,
2022;陈加杰等,
2024)。斑脱岩样品的Nb/Ta均值为6.41,显著低于大陆上地壳均值(Nb/Ta=11.44;Rudnick and Gao,
2003),表明其源区可能具有发育在俯冲带的岛弧岩浆特征(邵凤丽,
2017),与该时期形成鄂拉山地区印支早期岩浆岩的构造背景相似。斑脱岩样品锆石Hf同位素特征与该时期东昆仑东段出露的岩浆岩相似,
εHf(t)值均集中在-4~2之间(
图5-a),
176Hf/
177Hf值介于0.282565~0.282657之间,
${T}_{DM}^{C}$年龄峰值均为1.3 Ga(
图6-d,
6-e)(Ding
et al.,
2014;Xiong
et al.,
2014;Li
et al.,
2015b;Xia
et al.,
2015;Ren
et al.,
2016;封铿等,
2022)。综上,扬子地块西北缘天井山组斑脱岩的火山物质与东昆仑东段岩浆岩具有相同的源区成分,两者可能具有相似的基底性质和构造亲缘关系。
4.3 斑脱岩形成对区域构造演化的启示
前文讨论表明,这套斑脱岩的火山物质可能来源于东昆仑造山带。作为秦祁昆中央造山系的核心构成单元和古特提斯构造域的关键组成部分,东昆仑造山带记录了多期次构造-岩浆活动的演化历史(Xiong
et al.,
2014;陈加杰等,
2024)。区域岩浆活动具有显著的阶段性特征,集中发育于二叠纪—三叠纪(约262—185 Ma)及早古生代(约537—413 Ma),完整记录了特提斯构造域2次重要的构造-岩浆旋回(马昌前等,
2015;钟世华等,
2025)。其中,早古生代岩浆事件(约500—420 Ma)与原特提斯洋昆中洋的俯冲闭合过程密切相关,表现为岛弧型钙碱性火山岩和S型花岗岩组合,反映了古大洋板片南向俯冲引发的壳幔相互作用及大陆弧岩浆响应(马昌前等,
2015;王晨,
2024)。晚古生代—早中生代岩浆活动(约260—200 Ma)则对应古特提斯阿尼玛卿洋的俯冲闭合,形成以高钾钙碱性花岗岩和镁铁质岩墙群为特征的后碰撞伸展环境的岩浆组合,标志着南昆仑地块与北侧陆块最终碰撞拼贴的完成(马昌前等,
2015;钟世华等,
2025)。这2次旋回完整揭示了从大洋俯冲消减到陆陆碰撞的构造体制转换过程。其中,昆中蛇绿混杂岩带与阿尼玛卿缝合带作为关键构造单元,分别保存了原特提斯和古特提斯洋闭合的构造证据,二者共同构建了青藏高原北缘多期次增生造山的复合构造叠置体系,为解析特提斯构造域多阶段演化的动力学机制提供了关键地质约束(Dong
et al.,
2018;吴福元等,
2020;董云鹏等,
2022)。
区域地质演化研究表明,东昆仑造山带晚古生代—早中生代构造岩浆活动可划分为俯冲(277—240 Ma)、同碰撞(240—230 Ma)和后碰撞(230—200 Ma)等3个阶段(Ren
et al.,
2016;陈国超等,
2020)。东昆仑中晚三叠岩浆活动记录显示,同碰撞阶段花岗岩的
εHf(t)值由正转负,反映了壳源成分的逐步主导(Ding
et al.,
2014;Xiong
et al.,
2014;Li
et al.,
2015b;Xia
et al.,
2015;Ren
et al.,
2016;封铿等,
2022),与研究区斑脱岩锆石Hf同位素指示岩浆在上升侵位过程中经历了壳源物质混染的特征吻合。
基于(Yb+Ta)-Rb、(Y+Nb)-Rb和Zr-Ti判别图解(
图8),对天井山组斑脱岩和该时期东昆仑东段花岗岩的构造背景进行判别。结果显示,本研究的斑脱岩锆石Hf同位素特征及构造环境判别结果与东昆仑鄂拉山地区同期岩浆岩的构造属性高度吻合,两者投点均接近或分布同碰撞花岗岩区域,进一步支持研究区斑脱岩的形成与东昆仑碰撞相关的岩浆活动存在成因联系(Ren
et al.,
2016;周红智,
2019)。综合来看,天井山组斑脱岩的源岩浆可能为东昆仑东段同碰撞背景下壳幔混合作用的产物,其物质迁移过程受控于区域构造体制转换及深部动力学机制。
这一时期的沉积记录也支持上述构造背景的转变。例如,东昆仑东段在240—230 Ma期间侵入岩出露较少,可能与东昆仑地块进入同碰撞构造阶段有关(e.g., Xiong
et al.,
2014;陈国超,
2018)。中三叠世东昆仑地区的浅海相闹仓坚沟组和海陆过渡相希里可特组之间发育微角度不整合面,反映了局部差异性洋陆碰撞导致的构造隆升事件(李瑞保等,
2012;陈国超等,
2020)。同时,希里可特组地层部分缺失并逐渐被陆相碎屑沉积的八宝山组覆盖,表明该区域由海相沉积环境向陆相沉积盆地转化,进一步揭示了中三叠世末期洋壳俯冲消减结束,东昆仑地区进入大规模碰撞造山隆升阶段(李瑞保等,
2012;Dong
et al.,
2018)。上述沉积记录的转变,结合区域地球化学与同位素示踪结果,共同指示了古特提斯洋闭合后东昆仑地块由俯冲向陆-陆碰撞转换的构造过程(陈国超等,
2018;张明东等,
2018)。
因此,扬子地块西北缘天井山组斑脱岩的岩浆-构造信息,可能记录了古特提斯分支洋盆(阿尼玛卿洋盆)向北俯冲闭合的过程,为扬子地块西北缘与东昆仑造山带的构造-岩浆耦合关系提供了关键证据。在这一过程中,东昆仑造山带于~238 Ma发生了洋陆转换,巴颜喀拉地块和松潘—甘孜地块与东昆仑地块已开始陆陆碰撞(
图9-a),这一演化过程为斑脱岩火山物质的形成提供了构造背景支持。
4.4 斑脱岩的岩石成因和沉积环境判别
在地质历史时期,火山物质在海相碱性环境中经沉积成岩及蚀变作用等地质过程转化形成斑脱岩(Su
et al.,
2003;周明忠等,
2007;张迪等,
2025)。天井山组主要分布于四川盆地西北部(刘持恒等,
2015)。三叠纪早期,川西北地区位于扬子地块被动大陆边缘,经历了多次海侵与海退事件(林良彪等,
2007)。自中三叠世开始,该地区以海退为主,发育了咸化局限台地(Chen
et al.,
1995;冯增昭等,
1997;林良彪等,
2007)。天井山组属于碳酸盐岩台地沉积,主要包括台地边缘浅滩亚相、开阔台地亚相、局限台地亚相和蒸发台地亚相,沉积特征受到海平面变化和海底地形的控制(刘持恒等,
2015)。Jin等(
2022)对研究剖面中的天井山组进行了沉积微相分析,认为其沉积环境整体属于局限台地潮坪沉积,同时斑脱岩样品的微量元素特征表现出Ce负异常特征(
δCe为0.83~1.00,均值为0.91)。综上所述,天井山组的沉积背景为典型的海相环境。结合斑脱岩样品中富含蒙脱石及少量高岭石的矿物组合特征(
表1),推测天井山组近顶部的斑脱岩形成于海相咸水环境,并经历了海水的蚀变作用。
结合区域地质背景,天井山组近顶部斑脱岩的形成机制可能如下: 在中三叠世末期,火山喷发活动产生的火山物质经一定距离的搬运与分选后,沉积于局限台地的喀斯特界面凹陷处(
图9-a,
9-b)。在初始沉积期,火山物质固结程度较低,但随着海侵事件的发生,火山碎屑与海水发生水岩反应,即火山玻璃在碱性海水环境下发生脱玻、水化和结晶作用,Si-O和Al-O键逐渐向稳定的四面体和八面体层状结构转化(
图9-c,
9-d)(任磊夫,
1992)。在此过程中,火山玻璃和长石中的铝硅酸盐结构遭受化学风化破坏,释放出Na
+和Ca
2+等金属离子,这些离子可进入蒙脱石层间,替换原有的阳离子(如H
+或其他金属离子)(何宏平,
2001),并且海水在蒙脱石的形成过程中起到了关键作用,其较高的pH值及富含碱土元素(如Na、Ca和Mg等),为蒙脱石层间水的形成提供了必要条件,并促进Al和Mg进入蒙脱石的八面体结构(Harder,
1972;宋慈安和王林江,
1997)。同时,由于海侵增强了沉积环境中流体对流作用,降低了体系中的Si浓度,从而进一步促进了蒙脱石的生成(McCarty
et al.,
2009),最终形成富含蒙脱石的斑脱岩。
5 结论
1)基于野外观察、岩石学与黏土矿物学研究,确证扬子地块西北缘中三叠统天井山组近顶部的黏土岩为富含蒙脱石的斑脱岩。该斑脱岩形成于海相咸水环境,火山灰沉积后遭受碱性海水蚀变作用(如脱玻化与层间阳离子置换),最终形成富蒙脱石斑脱岩。
2)地球化学研究显示,该套斑脱岩具有Rb、Th等大离子亲石元素相对于Nb、Sr等高场强元素富集的特征,与弧火山岩相似; 源岩浆性质初步判定为酸性岩浆,具有高钾钙碱性的特征。其锆石εHf(t)值介于-2.35~0.95之间,均值为-0.14,地壳模式年龄(${T}_{DM}^{C}$)介于1.21—1.41 Ga之间,显示出壳幔混合源的特点,推测其火山物质来源于东昆仑东段三叠纪末期的火山活动。
3)斑脱岩记录的火山活动可能反映了古特提斯分支洋盆(阿尼玛卿洋盆)北向俯冲闭合、松潘—甘孜地块与昆仑—柴达木地块南缘进入同碰撞阶段的地质过程。
*国家自然科学基金项目(42362020)
江西省自然科学基金项目(20224BAB203035)
成都理工大学珠峰科学研究计划项目(2020ZF11414)