西藏仲巴縣特提斯喜馬拉雅早白堊世日朗組玄武巖地球化學特征及其構造意義

葛玉魁，王成善，戴緊根，李亞林

(中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京　100083)

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西藏仲巴縣特提斯喜馬拉雅早白堊世日朗組玄武巖地球化學特征及其構造意義

葛玉魁，王成善，戴緊根，李亞林

(中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京100083)

特提斯喜馬拉雅地層中廣泛分布早白堊世火山碎屑巖，但對這套火山碎屑巖的源區(qū)缺乏有力的約束。在特提斯喜馬拉雅中西段仲巴地區(qū)白堊系日朗組地層中發(fā)現(xiàn)一套玄武巖夾層，該玄武巖為堿性玄武巖，表現(xiàn)為LREE富集的分布型式，與典型的OIB和區(qū)域上的板內玄武巖類似。玄武巖Nb含量介于下地殼與上地殼之間，Th含量略低于下地殼，具有較高的Th/Nb比值和較低的Ce/Pb，指示巖漿在演化過程中遭受了一定程度的地殼混染，與雅魯藏布蛇綠巖混雜巖帶中的海山明顯不同。構造環(huán)境判別圖解顯示玄武巖形成于大陸板內裂谷環(huán)境，結合日朗組地層沉積環(huán)境的分析，該玄武巖可能為日朗組火山碎屑巖提供物源。

特提斯喜馬拉雅；大陸裂解；日朗組玄武巖；西藏仲巴縣

0　引　言

特提斯喜馬拉雅早白堊世地層中廣泛出露火山碎屑巖，包括藏南地區(qū)臥龍組火山碎屑巖[1-4]，印度藏斯卡Pingdon La組[5]、尼泊爾Thakkhola地區(qū) Kagbeni組和Dzong組[5-6]以及仲巴地區(qū)日朗組。根據(jù)火山碎屑巖巖石學、地球化學研究提出其物源之一為堿性玄武巖，并具有板內玄武巖構造特征，認為是在印度板塊從岡瓦納裂解背景下產生的[1,6]。此外，130 Ma碎屑鋯石在特提斯喜馬拉雅帶早白堊世以來的地層中普遍存在[7-11]，但這些火山碎屑巖的物源問題一直沒有得到有力的地質約束。特提斯喜馬拉雅中東部措美地區(qū)桑秀組、拉康組等廣泛分布安山巖、玄武巖，前人研究顯示中基性巖石具有明顯的OIB的屬性，且形成時代為130 Ma左右，提出措美地區(qū)的火山巖可能與澳大利亞西部Bundury玄武巖類似，同屬于Comei-Bundury大火山巖省[12-16]。盡管特提斯喜馬拉雅早白堊系火山碎屑巖與措美大火山巖省時代上基本一致，但與措美玄武巖出露情況不同的是火山巖屑砂巖沿整個特提斯喜馬拉雅帶呈帶狀分布，所以在一定范圍內出露的措美玄武巖很難作為特提斯喜馬拉雅白堊系火山碎屑巖的物源。本研究基于仲巴縣南1∶5萬區(qū)域地質調查研究工作，對仲巴地區(qū)特提斯喜馬拉雅早白堊系地層多處出露在火山巖屑砂巖之上的玄武巖進行地球化學分析，結合沉積學研究，探討其與火山碎屑巖和措美大火山巖及雅魯藏布江縫合帶存在的OIB型玄武巖之間的關系。

1　區(qū)域地質背景

特提斯喜馬拉雅帶是位于喜馬拉雅結晶巖帶與印度雅魯藏布江縫合帶之間的一個地質構造單元，是印度板塊北緣晚三疊世以來被動大陸邊緣的典型代表(圖1)[3,19]。從拉達克到藏東南整個喜馬拉雅帶均有特提斯喜馬拉雅中生代沉積地層出露[3,20]，在喜馬拉雅中段，以定日—定結—岡巴大斷層為界分為南帶和北帶[3,21-22]，但中西段仲巴地區(qū)由于研究程度較低并未區(qū)分。本文研究區(qū)域位于藏南仲巴縣與尼泊爾交界的扁吉鄉(xiāng)和納久鄉(xiāng)，該區(qū)域之前一直被認為是古近系地層，但據(jù)最新的仲巴縣1∶5萬區(qū)調研究表明，該區(qū)主要是特提斯喜馬拉雅侏羅系—白堊系地層。沉積地層主要巖性為石英砂巖(相當于上侏羅統(tǒng)維美組)—火山巖屑砂巖、硅質巖、硅質頁巖夾石英砂巖和玄武巖巖塊(相當于下白堊統(tǒng)日朗組/桑秀組)—黑色硅質/鈣質頁巖、灰?guī)r(相當于中白堊統(tǒng)加不拉組黑層段、白層段)。研究區(qū)地層與前人對江孜、定日地區(qū)研究的晚侏羅世至古近紀特提斯喜馬拉雅北亞帶地層相似[3-4]。本文地層名稱沿用Hu X M等[1]修訂地層名稱。

研究區(qū)內唯美組未見底(圖2)，主要巖性為厚層砂巖夾黑色頁巖、硅質頁巖，灰白色砂巖與頁巖呈突變接觸關系，缺乏沉積構造，部分砂巖側向尖滅?；野咨駥邮⑸皫r石英含量近100%(圖3e)，硅質膠結，磨圓好，分選性為一般—差，細粒—粗粒，有礫級顆粒存在，顆粒接觸緊密，可見石英次生加大邊。重礦物有鋯石、金紅石、磷灰石等。

日朗組與維美組整合接觸(圖2)，厚度為240 m，其巖性主要為巖屑砂巖、頁巖、硅質巖。底部為一套火山巖屑砂巖，中—厚層(圖3a)，由底部至頂部火山巖屑砂巖含量逐漸減少，硅質巖含量增加，部分砂巖層側向尖滅。重力沉積作用在特提斯喜馬拉雅白堊系地層中較為常見，前人研究表明日喀則定日等地區(qū)特提斯喜馬拉雅白堊紀地層深海不同類型的滑塌構造普遍存在[23]。日朗組砂巖與黑色頁巖、硅質頁巖上下界面均為突變接觸，層理不發(fā)育，硅質巖含量較下伏維美組增高，透鏡狀砂巖內可見鮑馬序列B—C段(圖3b)。巖屑砂巖磨圓差—中等，分選中等，火山巖屑含量為20%～40%，石英含量為40%～75%。重礦物主要為鋯石、金紅石、石榴子石等，可相比于維美組無磷灰石。上部出現(xiàn)玄武巖、安山質玄武巖，大小數(shù)米至幾十米，呈杏仁狀、枕狀、塊狀。受后期構造作用影響，能干性強的玄武巖與頁巖接觸帶多發(fā)育小斷層。局部可見玄武巖被石英砂巖或硅質巖包裹(圖3c)，砂巖與玄武巖接觸致密，玄武巖塊之間夾雜著硅質巖、硅質泥巖，表現(xiàn)出同沉積特征。該區(qū)加不拉組出露不完全，未見頂，厚度十幾米到幾十米不等，主要為灰綠色頁巖，灰色頁巖與泥灰?guī)r互層(圖3d)。

2　樣品測試方法及結果

樣品收集位置如圖1所示，將野外采集的新鮮的玄武巖巖石樣品在無污染條件下磨碎至200目，用于主量元素、微量元素測試分析。主量元素在中國地質大學(北京)地學實驗中心，由XRF-1800 X射線熒光光譜儀測定。微量元素和稀土元素在中國科學院地質與地球物理研究所分析。用Teflon熔樣罐進行熔樣，然后采用FINNIGAN MAT公司生產的雙聚焦高分辨電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)進行測定，檢測限優(yōu)于0.5×10-9，相對標準偏差優(yōu)于5%。測試結果見表1。

樣品燒失量為0.62%～3.35%，反映樣品蝕變影響較弱，將燒失量扣除重新?lián)Q算成百分比后進行數(shù)據(jù)分析。結果顯示各樣品主量元素變化范圍較小， SiO2含量為50.9%～51.8%，屬于基性巖。在不活動高場強元素分類圖解上，即Nb/Y-Zr/TiO2[23]，樣品落在堿性與亞堿性之間，但靠近堿性玄武巖(圖4)。富TiO2，含量為2.5%～2.8%(平均為2.7%)，近似堿性洋島玄武巖TiO2

圖3　仲巴縣日朗組玄武巖野外照片和顯微鏡下照片F(xiàn)ig.3　Field photographs and photomicrographs of Rilang Formation Basalt in the Zhongba Countya.火山巖屑砂巖野外照片；b.日朗組內鮑馬序列B—C段；c.玄武巖與砂巖接觸關系；d.甲不拉組灰?guī)r與頁巖互層野外照片；e.維美組石英砂巖顯微照片；f.日朗組火山巖屑砂巖鏡下照片

圖4　日朗組玄武巖Nb/Y-Zr/TiO2分類圖解[24] Fig.4　Nb/Y-Zr/TiO2 diagram for the samples of Rilang Formation[24]

含量(2.87%)[25]，低于峨眉山玄武巖TiO2(含量為3.58%～5.21%)[26]。Mg#為50.0%～54.6%，低于原生巖漿(Mg#=68%～75%)，表明玄武巖演化過程中經歷了一定程度的結晶分異。

稀土元素含量變化范圍不大，∑REE為144.5×10-6～167.5×10-6，平均為157×10-6。(Ce/Yb)N為5.9～6.1，平均為6.1，(La/Yb)N為7.0～7.6，平均為7.5。LREE富集，HREE虧損(圖5)。玄武巖Eu無異常(EuN/Eu*=0.93～1.02)，顯示斜長石沒有發(fā)生分異，這與玄武巖樣品微晶-細晶結構一致。原始地幔標準化蜘蛛網圖(圖5b)顯示，樣品微量元素均具有相似的元素配分模式，呈右傾型，與OIB型玄武巖和中地殼(MP)相似[25,27]。

圖5　日朗組玄武巖球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖和原始地幔標準化微量元素蜘蛛網圖Fig.5　Chondrite-normalized REE pattern and primitive mantle-normalized trace-element spidergrams for the basalt samples in Rilang Formation球粒隕石數(shù)據(jù)、原始地幔數(shù)據(jù)、N-MORB(正常洋中脊玄武巖)和OIB(洋島玄武巖)據(jù)Sun S S和McDonough W F，1989[25]; 中地殼數(shù)據(jù)據(jù)Rudnick R和Gao, 2003[27]；Wolong組火山碎屑巖據(jù)Hu等2010[1]；桑秀組玄武巖和Cona一組玄武巖據(jù)Zhu等2005,2008[15, 28];仲巴縣早白堊世殘余海山玄武巖據(jù)Dai等[29]

3　討　論

3.1巖漿過程與地殼混染

圖6　日朗組玄武巖構造環(huán)境判別圖解Fig.6　Discrimination diagrams for Rilang Formation basalts(a)A1.板內堿性玄武巖；A2.板內堿性玄武巖+板內拉斑玄武巖；B.富集洋中脊玄武巖；C.板內拉斑玄武巖+火山弧玄武巖；D.火山弧玄武巖+正常洋中脊玄武巖。(b)Ⅰ.板塊發(fā)散邊緣正常洋中脊玄武巖區(qū)；Ⅱ.板內匯聚邊緣玄武巖區(qū)(Ⅱ1.大洋島弧玄武巖區(qū)；Ⅱ2.陸緣島弧及路遠火山湖玄武巖區(qū))；Ⅲ.大洋板內玄武巖區(qū)(洋島、海山玄武巖區(qū)及拉斑玄武巖、富集洋中脊玄武巖)；Ⅳ.大陸板內玄武巖區(qū)(Ⅳ1.陸內裂谷及陸緣裂谷拉斑玄武巖區(qū)；Ⅳ2.陸內裂谷堿性玄武巖區(qū)；Ⅳ3大陸拉張帶(或初始裂谷)玄武巖區(qū)；Ⅴ.地幔柱玄武巖區(qū)

玄武巖樣品原始地幔標準化蜘蛛網圖和球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖與OIB型和中地殼(MC)型具有相似的配分模式。日朗組玄武巖總體顯示虧損Nb、Ta、P，與大陸裂谷型玄武巖類似；虧損P，指示磷灰石的結晶作用；Cr含量為32.6×10-6～47.4×10-6(<200×10-6)，表明早期有橄欖石結晶分異；Zr/Nb=12.3～13.4，略低于原始地幔平均值(14.8)，Y/Nb=1.4～1.5，這些比值與南美Parana和南非Etendeka大陸溢流玄武巖非常類似[30]。玄武巖中穩(wěn)定元素Nb、Th不易受蝕變影響，但易受地殼混染的影響。仲巴縣日朗組玄武巖Nb含量(16.75×10-6～19.73×10-6)介于下地殼與上地殼之間[31]，Th含量(4.52～5.19)略低于下地殼[31]，且具有較高的Th/Nb比值。本研究區(qū)玄武巖Ce/Pb(9.1～11.8)明顯低于洋殼，原始巖漿若發(fā)生結晶分離，因Ce較Pb的不相容性大，Ce/Pb只會增加而不會降低，也說明玄武巖上升過程中增加了地殼的Pb使Ce/Pb比值變小[31]。MORB和OIB的研究發(fā)現(xiàn)Nb/U比值較高且相對均一(47±10)，而仲巴縣日朗組玄武巖Nb/U(17.2～18.6)明顯較低。在地殼混染判別圖解上(圖7，(Th/Nb)PM- (La/Nb)PM圖解)，仲巴縣玄武巖落在下地殼附近，表明巖漿在演化過程中遭受了一定程度的下地殼混染。

3.2玄武巖的構造環(huán)境分析

在構造環(huán)境判別圖解上，仲巴縣日朗組玄武巖落在大陸裂谷及陸緣裂谷拉斑玄武巖區(qū)(圖6)。野外可見玄武巖被石英砂巖或硅質巖包裹(圖3c)，與砂巖或硅質巖致密接觸，表現(xiàn)為同沉積接觸關系，沉積特征明顯不同于混雜巖帶沉積，表明仲巴縣日朗組玄武巖在大陸裂谷背景下形成。

3.3日朗組玄武巖與藏南地區(qū)同期基性巖石的關系

圖7　日朗組玄武巖地殼混染判別圖解Fig.7　Discrimination diagram of crustal contamination for Rilang Formation basalts代表上部地殼、中部地殼和下部地殼比值數(shù)據(jù)據(jù)Rudnick R和Gao S， 2003[27]；大洋玄武巖數(shù)據(jù)據(jù)Frey F A等,2002[33]

措美玄武巖與仲巴日朗組玄武巖均產出于特提斯喜馬拉雅白堊系地層，研究表明巖石主量元素和微量元素具有很強的相似性，在地球化學構造環(huán)境判別圖解上，仲巴地區(qū)玄武巖與桑秀組玄武巖類似落在板內玄武巖區(qū)[15](圖6(a))，不同點在于仲巴地區(qū)玄武巖明顯受到地殼混染，而措美玄武巖沒有[14-15]，但此證據(jù)也不足以說明仲巴縣日朗組玄武巖與措美大火山巖毫無關聯(lián)。措美大火山巖省時代與特提斯喜馬拉雅早白堊統(tǒng)火山巖屑砂巖最小碎屑鋯石年齡基本一致，均在130 Ma左右[1, 14]，但火山碎屑巖沿整個特提斯喜馬拉雅呈帶狀分布，零星出露在措美地區(qū)的玄武巖很難為整個特提斯喜馬拉雅早白堊統(tǒng)火山碎屑巖提供火山碎屑物質。研究區(qū)日朗組玄武巖與特提斯喜馬拉雅早白堊統(tǒng)火山巖屑砂巖中的火山巖碎屑具有類似的地球化學特征[1]，盡管本文沒有對仲巴縣特提斯喜馬拉雅玄武巖進行年代學研究，但本研究團隊未發(fā)表的數(shù)據(jù)表明該玄武巖為130 Ma左右，與火山碎屑巖碎屑鋯石最小年齡一致，所以仲巴縣日朗組玄武巖很可能是同時期的火山碎屑巖的物源區(qū)。盡管仲巴縣日朗組玄武巖與仲巴海山玄武巖在地球化學分析上具有相似性[29]，但在地殼混染判別圖解上，仲巴海山玄武巖落在大洋玄武巖范圍內，與靠近下地殼混染的仲巴縣日朗組玄武巖具有明顯區(qū)別(圖7)[32]，成分與現(xiàn)代大西洋海山型玄武巖也有較大差別。另外海山玄武巖在混雜巖帶內出露[29]，仲巴縣日朗組玄武巖出露在特提斯喜馬拉雅地層中，日朗組玄武巖巖塊與砂巖具有同沉積特征(圖3c)，而海山玄武巖很難與陸源碎屑巖直接接觸沉積，所以仲巴縣日朗組玄武巖與仲巴海山玄武巖并無太大關聯(lián)。

4　結　論

(1)仲巴縣特提斯喜馬拉雅白堊系日朗組玄武巖為堿性或亞堿性玄武巖，玄武巖時代上與印度板塊裂解相吻合，巖石地球化學研究表明其具有大陸裂谷及陸緣裂谷拉斑玄武巖特征，該玄武巖應為印度板塊裂解背景下產生。

(2)仲巴縣日朗組玄武巖與措美玄武巖產出層位相似，并具有相似的地球化學特征，但日朗組玄武巖遭受了一定程度的地殼混染。沉積特征表明仲巴縣日朗組玄武巖與雅魯藏布江縫合帶內OIB型玄武巖并無關聯(lián)。

(3)與特提斯喜馬拉雅白堊系火山巖碎屑對比研究表明，該區(qū)日朗組玄武巖可能為特提斯喜馬拉雅白堊系火山碎屑巖物源的殘留物。關于仲巴縣特提斯喜馬拉雅白堊紀地層玄武巖的發(fā)現(xiàn)同時提出了很多問題，它與措美大火山巖省的關系以及產出規(guī)模，仍需要更多的后續(xù)研究工作。

致謝：野外工作中，中國地質大學(北京)王勁鑄研究生、孫挪亞研究生，南京大學李祥輝老師給予大量指導和幫助，謹在此向他們表示由衷的感謝。

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Geochemical Characteristics and Tectonic Implication of Rilang Formation Basalt in the South Tibet, Zhongba County, Tibet, China

GE Yu-kui, WANG Cheng-shan, DAI Jin-gen, LI Ya-lin

(SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)

Lower Cretaceous volcaniclastic litharentites are widely distributed in the Tethyan Himalaya, while less research was reported about the provenance of these volcaniclastic litharentites. In this paper, we report sedimentray and geochemical characteristics of basalts in Rilang Formation of central-western Tethayan Himalaya. Major and trace element compositions show that these basalts belong to alkaline basalt. They are enriched in LREE relative to HREE, similar geochemically to Ocean Island Basalt (OIB) and intra-plate basalt. The contents of Nb fall between the upper crust and lower crust. These basalts have a relatively low content of Th than that of lower crust and relatively high Th/Nb ratio, low Ce/Pb ratio,which indicates that these basalts suffered variable crustal contamination. Sedimentary and geochemical characteristics of these basalts are apparently different from seamounts basalt in the Yarlung-Zangbo ophiolitic mélange belt. The tectonic setting discrimination diagrams based on trace elements suggest that basalts of the Rilang Formation formed in intracontinental rift environment. Combining the petrology and depositional environments of sedimentary rocks, we conclude that these basalts maybe the one of the provenance of volcaniclastic litharentites of the Rilang Formation.

Tethyan Himalaya; continental breakup; Rilang Formation basalt; Zhongba County, Tibet

2015-01-25；改回日期：2015-05-30；責任編輯：戚開靜。

中國地質調查局項目“西藏 1∶5萬仲巴縣城北區(qū)4幅區(qū)調聯(lián)測”(1212011086037)。

葛玉魁， 男，博士研究生，1986年出生，礦產普查與勘探專業(yè)，主要從事沉積盆地分析與低溫熱年代學工作。 Email：yukuige@126.com。

P588.14

A

1000-8527(2016)01-0069-09