西藏仲巴县特提斯喜马拉雅早白垩世日朗组玄武岩地球化学特征及其构造意义

葛玉魁，王成善，戴紧根，李亚林

(中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京　100083)



西藏仲巴县特提斯喜马拉雅早白垩世日朗组玄武岩地球化学特征及其构造意义

葛玉魁，王成善，戴紧根，李亚林

(中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京100083)

特提斯喜马拉雅地层中广泛分布早白垩世火山碎屑岩，但对这套火山碎屑岩的源区缺乏有力的约束。在特提斯喜马拉雅中西段仲巴地区白垩系日朗组地层中发现一套玄武岩夹层，该玄武岩为碱性玄武岩，表现为LREE富集的分布型式，与典型的OIB和区域上的板内玄武岩类似。玄武岩Nb含量介于下地壳与上地壳之间，Th含量略低于下地壳，具有较高的Th/Nb比值和较低的Ce/Pb，指示岩浆在演化过程中遭受了一定程度的地壳混染，与雅鲁藏布蛇绿岩混杂岩带中的海山明显不同。构造环境判别图解显示玄武岩形成于大陆板内裂谷环境，结合日朗组地层沉积环境的分析，该玄武岩可能为日朗组火山碎屑岩提供物源。

特提斯喜马拉雅；大陆裂解；日朗组玄武岩；西藏仲巴县

0　引　言

特提斯喜马拉雅早白垩世地层中广泛出露火山碎屑岩，包括藏南地区卧龙组火山碎屑岩[1-4]，印度藏斯卡Pingdon La组[5]、尼泊尔Thakkhola地区 Kagbeni组和Dzong组[5-6]以及仲巴地区日朗组。根据火山碎屑岩岩石学、地球化学研究提出其物源之一为碱性玄武岩，并具有板内玄武岩构造特征，认为是在印度板块从冈瓦纳裂解背景下产生的[1,6]。此外，130 Ma碎屑锆石在特提斯喜马拉雅带早白垩世以来的地层中普遍存在[7-11]，但这些火山碎屑岩的物源问题一直没有得到有力的地质约束。特提斯喜马拉雅中东部措美地区桑秀组、拉康组等广泛分布安山岩、玄武岩，前人研究显示中基性岩石具有明显的OIB的属性，且形成时代为130 Ma左右，提出措美地区的火山岩可能与澳大利亚西部Bundury玄武岩类似，同属于Comei-Bundury大火山岩省[12-16]。尽管特提斯喜马拉雅早白垩系火山碎屑岩与措美大火山岩省时代上基本一致，但与措美玄武岩出露情况不同的是火山岩屑砂岩沿整个特提斯喜马拉雅带呈带状分布，所以在一定范围内出露的措美玄武岩很难作为特提斯喜马拉雅白垩系火山碎屑岩的物源。本研究基于仲巴县南1∶5万区域地质调查研究工作，对仲巴地区特提斯喜马拉雅早白垩系地层多处出露在火山岩屑砂岩之上的玄武岩进行地球化学分析，结合沉积学研究，探讨其与火山碎屑岩和措美大火山岩及雅鲁藏布江缝合带存在的OIB型玄武岩之间的关系。

1　区域地质背景

特提斯喜马拉雅带是位于喜马拉雅结晶岩带与印度雅鲁藏布江缝合带之间的一个地质构造单元，是印度板块北缘晚三叠世以来被动大陆边缘的典型代表(图1)[3,19]。从拉达克到藏东南整个喜马拉雅带均有特提斯喜马拉雅中生代沉积地层出露[3,20]，在喜马拉雅中段，以定日—定结—冈巴大断层为界分为南带和北带[3,21-22]，但中西段仲巴地区由于研究程度较低并未区分。本文研究区域位于藏南仲巴县与尼泊尔交界的扁吉乡和纳久乡，该区域之前一直被认为是古近系地层，但据最新的仲巴县1∶5万区调研究表明，该区主要是特提斯喜马拉雅侏罗系—白垩系地层。沉积地层主要岩性为石英砂岩(相当于上侏罗统维美组)—火山岩屑砂岩、硅质岩、硅质页岩夹石英砂岩和玄武岩岩块(相当于下白垩统日朗组/桑秀组)—黑色硅质/钙质页岩、灰岩(相当于中白垩统加不拉组黑层段、白层段)。研究区地层与前人对江孜、定日地区研究的晚侏罗世至古近纪特提斯喜马拉雅北亚带地层相似[3-4]。本文地层名称沿用Hu X M等[1]修订地层名称。

研究区内唯美组未见底(图2)，主要岩性为厚层砂岩夹黑色页岩、硅质页岩，灰白色砂岩与页岩呈突变接触关系，缺乏沉积构造，部分砂岩侧向尖灭。灰白色厚层石英砂岩石英含量近100%(图3e)，硅质胶结，磨圆好，分选性为一般—差，细粒—粗粒，有砾级颗粒存在，颗粒接触紧密，可见石英次生加大边。重矿物有锆石、金红石、磷灰石等。

日朗组与维美组整合接触(图2)，厚度为240 m，其岩性主要为岩屑砂岩、页岩、硅质岩。底部为一套火山岩屑砂岩，中—厚层(图3a)，由底部至顶部火山岩屑砂岩含量逐渐减少，硅质岩含量增加，部分砂岩层侧向尖灭。重力沉积作用在特提斯喜马拉雅白垩系地层中较为常见，前人研究表明日喀则定日等地区特提斯喜马拉雅白垩纪地层深海不同类型的滑塌构造普遍存在[23]。日朗组砂岩与黑色页岩、硅质页岩上下界面均为突变接触，层理不发育，硅质岩含量较下伏维美组增高，透镜状砂岩内可见鲍马序列B—C段(图3b)。岩屑砂岩磨圆差—中等，分选中等，火山岩屑含量为20%～40%，石英含量为40%～75%。重矿物主要为锆石、金红石、石榴子石等，可相比于维美组无磷灰石。上部出现玄武岩、安山质玄武岩，大小数米至几十米，呈杏仁状、枕状、块状。受后期构造作用影响，能干性强的玄武岩与页岩接触带多发育小断层。局部可见玄武岩被石英砂岩或硅质岩包裹(图3c)，砂岩与玄武岩接触致密，玄武岩块之间夹杂着硅质岩、硅质泥岩，表现出同沉积特征。该区加不拉组出露不完全，未见顶，厚度十几米到几十米不等，主要为灰绿色页岩，灰色页岩与泥灰岩互层(图3d)。

2　样品测试方法及结果

样品收集位置如图1所示，将野外采集的新鲜的玄武岩岩石样品在无污染条件下磨碎至200目，用于主量元素、微量元素测试分析。主量元素在中国地质大学(北京)地学实验中心，由XRF-1800 X射线荧光光谱仪测定。微量元素和稀土元素在中国科学院地质与地球物理研究所分析。用Teflon熔样罐进行熔样，然后采用FINNIGAN MAT公司生产的双聚焦高分辨电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行测定，检测限优于0.5×10-9，相对标准偏差优于5%。测试结果见表1。

样品烧失量为0.62%～3.35%，反映样品蚀变影响较弱，将烧失量扣除重新换算成百分比后进行数据分析。结果显示各样品主量元素变化范围较小， SiO2含量为50.9%～51.8%，属于基性岩。在不活动高场强元素分类图解上，即Nb/Y-Zr/TiO2[23]，样品落在碱性与亚碱性之间，但靠近碱性玄武岩(图4)。富TiO2，含量为2.5%～2.8%(平均为2.7%)，近似碱性洋岛玄武岩TiO2

图3　仲巴县日朗组玄武岩野外照片和显微镜下照片Fig.3　Field photographs and photomicrographs of Rilang Formation Basalt in the Zhongba Countya.火山岩屑砂岩野外照片；b.日朗组内鲍马序列B—C段；c.玄武岩与砂岩接触关系；d.甲不拉组灰岩与页岩互层野外照片；e.维美组石英砂岩显微照片；f.日朗组火山岩屑砂岩镜下照片

图4　日朗组玄武岩Nb/Y-Zr/TiO2分类图解[24] Fig.4　Nb/Y-Zr/TiO2 diagram for the samples of Rilang Formation[24]

含量(2.87%)[25]，低于峨眉山玄武岩TiO2(含量为3.58%～5.21%)[26]。Mg#为50.0%～54.6%，低于原生岩浆(Mg#=68%～75%)，表明玄武岩演化过程中经历了一定程度的结晶分异。

稀土元素含量变化范围不大，∑REE为144.5×10-6～167.5×10-6，平均为157×10-6。(Ce/Yb)N为5.9～6.1，平均为6.1，(La/Yb)N为7.0～7.6，平均为7.5。LREE富集，HREE亏损(图5)。玄武岩Eu无异常(EuN/Eu*=0.93～1.02)，显示斜长石没有发生分异，这与玄武岩样品微晶-细晶结构一致。原始地幔标准化蜘蛛网图(图5b)显示，样品微量元素均具有相似的元素配分模式，呈右倾型，与OIB型玄武岩和中地壳(MP)相似[25,27]。

图5　日朗组玄武岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图和原始地幔标准化微量元素蜘蛛网图Fig.5　Chondrite-normalized REE pattern and primitive mantle-normalized trace-element spidergrams for the basalt samples in Rilang Formation球粒陨石数据、原始地幔数据、N-MORB(正常洋中脊玄武岩)和OIB(洋岛玄武岩)据Sun S S和McDonough W F，1989[25]; 中地壳数据据Rudnick R和Gao, 2003[27]；Wolong组火山碎屑岩据Hu等2010[1]；桑秀组玄武岩和Cona一组玄武岩据Zhu等2005,2008[15, 28];仲巴县早白垩世残余海山玄武岩据Dai等[29]

3　讨　论

3.1岩浆过程与地壳混染

图6　日朗组玄武岩构造环境判别图解Fig.6　Discrimination diagrams for Rilang Formation basalts(a)A1.板内碱性玄武岩；A2.板内碱性玄武岩+板内拉斑玄武岩；B.富集洋中脊玄武岩；C.板内拉斑玄武岩+火山弧玄武岩；D.火山弧玄武岩+正常洋中脊玄武岩。(b)Ⅰ.板块发散边缘正常洋中脊玄武岩区；Ⅱ.板内汇聚边缘玄武岩区(Ⅱ1.大洋岛弧玄武岩区；Ⅱ2.陆缘岛弧及路远火山湖玄武岩区)；Ⅲ.大洋板内玄武岩区(洋岛、海山玄武岩区及拉斑玄武岩、富集洋中脊玄武岩)；Ⅳ.大陆板内玄武岩区(Ⅳ1.陆内裂谷及陆缘裂谷拉斑玄武岩区；Ⅳ2.陆内裂谷碱性玄武岩区；Ⅳ3大陆拉张带(或初始裂谷)玄武岩区；Ⅴ.地幔柱玄武岩区

玄武岩样品原始地幔标准化蜘蛛网图和球粒陨石标准化稀土元素配分模式图与OIB型和中地壳(MC)型具有相似的配分模式。日朗组玄武岩总体显示亏损Nb、Ta、P，与大陆裂谷型玄武岩类似；亏损P，指示磷灰石的结晶作用；Cr含量为32.6×10-6～47.4×10-6(<200×10-6)，表明早期有橄榄石结晶分异；Zr/Nb=12.3～13.4，略低于原始地幔平均值(14.8)，Y/Nb=1.4～1.5，这些比值与南美Parana和南非Etendeka大陆溢流玄武岩非常类似[30]。玄武岩中稳定元素Nb、Th不易受蚀变影响，但易受地壳混染的影响。仲巴县日朗组玄武岩Nb含量(16.75×10-6～19.73×10-6)介于下地壳与上地壳之间[31]，Th含量(4.52～5.19)略低于下地壳[31]，且具有较高的Th/Nb比值。本研究区玄武岩Ce/Pb(9.1～11.8)明显低于洋壳，原始岩浆若发生结晶分离，因Ce较Pb的不相容性大，Ce/Pb只会增加而不会降低，也说明玄武岩上升过程中增加了地壳的Pb使Ce/Pb比值变小[31]。MORB和OIB的研究发现Nb/U比值较高且相对均一(47±10)，而仲巴县日朗组玄武岩Nb/U(17.2～18.6)明显较低。在地壳混染判别图解上(图7，(Th/Nb)PM- (La/Nb)PM图解)，仲巴县玄武岩落在下地壳附近，表明岩浆在演化过程中遭受了一定程度的下地壳混染。

3.2玄武岩的构造环境分析

在构造环境判别图解上，仲巴县日朗组玄武岩落在大陆裂谷及陆缘裂谷拉斑玄武岩区(图6)。野外可见玄武岩被石英砂岩或硅质岩包裹(图3c)，与砂岩或硅质岩致密接触，表现为同沉积接触关系，沉积特征明显不同于混杂岩带沉积，表明仲巴县日朗组玄武岩在大陆裂谷背景下形成。

3.3日朗组玄武岩与藏南地区同期基性岩石的关系

图7　日朗组玄武岩地壳混染判别图解Fig.7　Discrimination diagram of crustal contamination for Rilang Formation basalts代表上部地壳、中部地壳和下部地壳比值数据据Rudnick R和Gao S， 2003[27]；大洋玄武岩数据据Frey F A等,2002[33]

措美玄武岩与仲巴日朗组玄武岩均产出于特提斯喜马拉雅白垩系地层，研究表明岩石主量元素和微量元素具有很强的相似性，在地球化学构造环境判别图解上，仲巴地区玄武岩与桑秀组玄武岩类似落在板内玄武岩区[15](图6(a))，不同点在于仲巴地区玄武岩明显受到地壳混染，而措美玄武岩没有[14-15]，但此证据也不足以说明仲巴县日朗组玄武岩与措美大火山岩毫无关联。措美大火山岩省时代与特提斯喜马拉雅早白垩统火山岩屑砂岩最小碎屑锆石年龄基本一致，均在130 Ma左右[1, 14]，但火山碎屑岩沿整个特提斯喜马拉雅呈带状分布，零星出露在措美地区的玄武岩很难为整个特提斯喜马拉雅早白垩统火山碎屑岩提供火山碎屑物质。研究区日朗组玄武岩与特提斯喜马拉雅早白垩统火山岩屑砂岩中的火山岩碎屑具有类似的地球化学特征[1]，尽管本文没有对仲巴县特提斯喜马拉雅玄武岩进行年代学研究，但本研究团队未发表的数据表明该玄武岩为130 Ma左右，与火山碎屑岩碎屑锆石最小年龄一致，所以仲巴县日朗组玄武岩很可能是同时期的火山碎屑岩的物源区。尽管仲巴县日朗组玄武岩与仲巴海山玄武岩在地球化学分析上具有相似性[29]，但在地壳混染判别图解上，仲巴海山玄武岩落在大洋玄武岩范围内，与靠近下地壳混染的仲巴县日朗组玄武岩具有明显区别(图7)[32]，成分与现代大西洋海山型玄武岩也有较大差别。另外海山玄武岩在混杂岩带内出露[29]，仲巴县日朗组玄武岩出露在特提斯喜马拉雅地层中，日朗组玄武岩岩块与砂岩具有同沉积特征(图3c)，而海山玄武岩很难与陆源碎屑岩直接接触沉积，所以仲巴县日朗组玄武岩与仲巴海山玄武岩并无太大关联。

4　结　论

(1)仲巴县特提斯喜马拉雅白垩系日朗组玄武岩为碱性或亚碱性玄武岩，玄武岩时代上与印度板块裂解相吻合，岩石地球化学研究表明其具有大陆裂谷及陆缘裂谷拉斑玄武岩特征，该玄武岩应为印度板块裂解背景下产生。

(2)仲巴县日朗组玄武岩与措美玄武岩产出层位相似，并具有相似的地球化学特征，但日朗组玄武岩遭受了一定程度的地壳混染。沉积特征表明仲巴县日朗组玄武岩与雅鲁藏布江缝合带内OIB型玄武岩并无关联。

(3)与特提斯喜马拉雅白垩系火山岩碎屑对比研究表明，该区日朗组玄武岩可能为特提斯喜马拉雅白垩系火山碎屑岩物源的残留物。关于仲巴县特提斯喜马拉雅白垩纪地层玄武岩的发现同时提出了很多问题，它与措美大火山岩省的关系以及产出规模，仍需要更多的后续研究工作。

致谢：野外工作中，中国地质大学(北京)王劲铸研究生、孙挪亚研究生，南京大学李祥辉老师给予大量指导和帮助，谨在此向他们表示由衷的感谢。

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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；责任编辑：戚开静。

中国地质调查局项目“西藏 1∶5万仲巴县城北区4幅区调联测”(1212011086037)。

葛玉魁， 男，博士研究生，1986年出生，矿产普查与勘探专业，主要从事沉积盆地分析与低温热年代学工作。 Email：yukuige@126.com。

P588.14

A

1000-8527(2016)01-0069-09