西藏山南地区错那洞穹窿岩石地球化学异常特征

洛桑尖措，卿成实，李光明，张林奎，董随亮，付建刚，曹华文，樊文鑫

(1.成都理工大学 地球科学学院，四川 成都 610059； 2.中国地质调查局 成都地质调查中心,四川 成都 610081)

0 引言

错那洞穹窿位于特提斯喜马拉雅带东段，紧邻藏南拆离系，是扎西康整装勘查区中南部的一个重要地质构造单元，是近年来新发现并厘定的穹窿构造[1-3]。近两年的地质工作，在穹窿内发现了超大型铍锡钨多金属矿床[2]。尽管前人对该区域开展了大量的工作，如错那洞穹窿构造变形[1]、岩石成因[4]、结构组成[3,5]、错那洞淡色花岗岩成岩时代[4]等研究，但是对成矿元素在穹窿中的地球化学特征及富集规律没有给出较好的解释。鉴于此，通过填图、地质构造及地球化学剖面等大量的野外工作及数据分析，我们对该穹窿的结构及元素在各结构中的富集情况进行了研究，以期对穹窿内各元素相互关系及富集规律给出相应解释，为在穹窿内找矿提出较为清晰的方向。

1 区域地质背景

特提斯喜马拉雅(THB)位于雅鲁藏布江缝合带(IYZS)以南，藏南拆离系(STDS)以北[6]，夹持于印度板块和拉萨地体之间[7-8]，是一条著名的Pb-Zn-Sb-Ag多金属成矿带。特提斯喜马拉雅内存在一条由多个穹窿组成的北喜马拉雅片麻岩穹窿带(NHGD)，带内穹窿呈EW向连续分布，自东向西代表性的穹窿有也拉香波[9]、然巴[10]、康马[11]、萨迦[12]、拉轨岗日[13]、夏如[14]等，这些穹窿保留了新生代印度板块与欧亚板块陆陆碰撞过程中，中下地壳的构造变形、高级变质、地壳深熔以及浅表过程的信息，是研究青藏高原碰撞造山及折返过程地质作用的理想载体，受到诸多学者的广泛关注[15-19]。错那洞穹窿位于该带东段，与也拉香波穹窿相距60 km，是在该带内近年来发现的又一片麻岩穹窿(图1)。

错那洞穹窿主要出露古生界、三叠系、侏罗系、第四系等地层单元。第四系主要分布于测区沟谷和山麓地带； 三叠系涅如组(T3n)主要分布于研究区北部；侏罗系地层为研究区主要地层，分布较广，从老至新可见日当组、陆热组、遮拉组地层。区内岩浆岩布较广，主要为中新世淡色花岗岩。中新世错那洞淡色花岗岩主要为白云母花岗岩、含电气石白云母花岗岩、含石榴子石白云母花岗岩等。在研究区各地层中均发育较多的早白垩世辉绿岩(图2)。

图1 拉萨地块地质简图(a)及喜马拉雅造山带区域地质图(b)[20]

图2 错那洞穹窿地质图及综合剖面位置

2 错那洞穹窿的结构特征

目前，世界上绝大部分片麻岩穹窿构造组合可分为核、幔(滑脱系)和边(盖层)三部分[21]。错那洞穹窿也有相同的结构，其中核部为花岗片麻岩与多期次侵入的淡色花岗岩；幔部主要为热拉岩组一套强变质变形片岩、大理岩及矽卡岩化大理岩，边部则主要为浅变质或未变质的砂质板岩，核部和幔部均有大量伟晶岩脉无序穿插[3]。经过两条分别从ES、EN方向穿过穹窿的1∶1万地质构造剖面的测量(剖面A-A′、B-B′)，填绘了穹窿核部、滑脱系、盖层及其与矿化关系密切的构造等分布范围，也进一步证实了错那洞穹窿核、幔和边三层结构的存在及正确性(图3，图4)。

1—第四系冲洪积层;2—薄层粉砂岩夹细砂岩; 3—红柱石板岩局部夹炭质板岩;4—细砂质板岩夹泥质板岩;5—堇青石千枚岩；6—石榴石堇青石片岩;7—粉砂质板岩夹石榴石云母片岩;8—含十字石石榴石二云母片岩夹细砂质板岩;9—十字石榴石二云母片岩;10—云母石英片岩;11—蓝晶石片岩;12—条带状大理岩夹矽长岩;13—眼球状花岗片麻岩; 14—含石榴石白云母定向花岗岩;15—含石榴石二云母定向花岗岩;16—条带状花岗岩;17—含电气石二云母花岗岩;18—二云母花岗岩;19—含绿柱石伟晶岩脉;20—伟晶岩脉;21—断层破碎带;22—上拆离断层;23—下拆离断层

1—含石榴石二云母花岗岩; 2—含石榴石白云母淡色花岗岩; 3—眼球状花岗片麻岩; 4—含电气石、石榴石白云母花岗岩; 5—蓝晶石、石榴石二云母片岩; 6—含石榴石二云母片岩; 7—大理岩; 8—含电气石、十字石、石榴石、二云母片岩; 9—矽卡岩; 10—片理化大理岩; 11—变质石英细砂岩; 12—十字石、石榴石二云母片岩; 13—变质细砂岩; 14—破碎带; 15—伟晶岩脉; 16—上拆离断层;17—下拆离断层

2.1 核部

核部由中新世淡色花岗岩及眼球状花岗片麻岩组成。中新世花岗岩体按期次主要可以划分为三期：第一期为弱定向的含石榴石二云母花岗岩，第二期为无定向二云母花岗岩，第三期为含石榴石白云母花岗岩。眼球状花岗片麻岩塑性变形强烈，长石斑晶形成眼球状构造，具右行剪切运动特征。核部见有伟晶发育，多成脉状穿插在淡色花岗岩及片麻岩中，部分与花岗岩混合产出，伟晶岩中广泛发育有绿柱石、电气石。

2.2 滑脱系

滑脱系主要由古生界热拉岩组构成，岩性以云母石英片岩、蓝晶石片岩、十字石榴石二云母片岩、条带状大理岩夹矽卡岩、十字石榴石二云母片岩、十字石榴石二云母片岩夹变质细砂岩等为主，总体具强烈的塑性变形特征，是穹窿构造中变形变质最强的部分，面理构造和线理构造十分发育。滑脱系与上覆盖层以上拆离断层为界，与穹窿核部以下拆离断层分界。滑脱系内岩石变质作用从外向内依次增强，且具有一定的规律性：(夕线石+石榴石)→(蓝晶石+石榴石)→(十字石+石榴石)→(石榴石+十字石+堇青石)→(堇青石+石榴石)，呈现典型的巴罗式变质分带特征[3]。剖面观察发现滑脱系呈20°～25°倾角延伸至盖层之下。

2.3 盖层

盖层由三叠系涅如组和侏罗系日当组构成，涅如组主要岩性为变质细砂岩条带夹泥质千枚岩、厚层状变质砂岩、含堇青石变质粉砂岩夹千枚岩、堇青石千枚岩、石榴石堇青石千枚岩夹砂质条带、石榴石堇青石千枚岩、变质粉砂岩夹石榴石云母千枚岩等。日当组主要岩性为薄层状粉砂岩夹细砂岩条带、粉砂质板岩夹泥质板岩、含红柱石泥质板岩夹粉砂质板岩、红柱石板岩局部夹碳质板岩、红柱石板岩、含红柱石硬绿泥石板岩。

3 岩石地球化学

3.1 剖面测量及样品采集

本次实地测量的2条岩石地球化学剖面位置如图2所示，剖面基本信息见表1。

岩石地球化学样品采样间距为40 m，测点采用地形图概略引点，手持GPS导航，根据1∶1万地形图上布设的理论测点，确定野外测点点位，精度可以满足工作要求。样品以拣块方式采集，并充分注意采样的代表性，在测点为中心10 m2范围内捡块，单样一般小于2 kg。在地层、岩性较为复杂的地方加密取样，以保证能明显反应该地段的地层及元素的变化情况。样品的分析测试由西南冶金地质测试所完成。

表1 错那洞穹窿实测地质剖面信息

3.2 元素地球化学特征

2条剖面共采集岩石样品486个，选择Au、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Sn、Li、Be、As、Sb、U这12种主要成矿元素进行分析测试。通过测试数据的分析，取得以下认识。

元素的背景值由Tukey提出的勘查数据分析技术(exploratory data analysis,EDA)计算得出[22]，由于该方法受原始数据结构本身影响较小，计算结果同时能有效“抵抗”异常点带来的干扰，能较为客观地反映地质实际，且该方法在单元素地球化学数据的处理实践中非常有效[23]，因此本次采用EDA法来计算研究区域的背景值以及异常下限(表2)。同时由EDA法算出的背景值，由于是通过一种加权平均得出，因此背景值等于平均值。

按照富集系数q的大小可将元素富集程度划分为[24]：①贫乏型或亏损型，K<0.5；②低背景型，0.8>K>0.5；③背景型，1.2>K>0.8；④弱富集型，1.5>K>1.2；⑤强富集型，K>1.5。根据表2、图5可以发现，对于参与测试分析的元素来说，相比藏南壳体丰度，强富集型的元素主要有Sn、As、Be、Li、Pb、W；背景型元素主要有Ag、U、Zn；低背景型元素主要有Sb；贫乏型或亏损型元素主要有Au、Cu。而相比中国大陆岩石圈丰度，强富集型的元素主要有Sn、As、Be、Li、Pb、W；弱富集型的元素主要有Ag；背景型元素主要有Sb、U、Zn；无低背景型元素；贫乏型或亏损型元素主要有Au、Cu。由此说明穹窿对Sn、As、Be、Li、Pb、W有较强的供给能力，表明穹窿体系本身可以为这些元素富集提供充分的物质来源。

岩石测量异常分级一般按三级含量来划分和圈定[27]。本次采用异常下限的1、2、4倍作为划分外、中、内带的界限[28]，见表3。以表3异常分级为标准，绘制剖面A-A′元素含量衬值变化曲线(图6)。

表2 错那洞穹窿围岩元素含量背景值及异常下限

注：q1=背景值/藏南壳体丰度，q2=背景值/中国大陆岩石丰度;表中各元素含量单位为10-6;最大值及最小值均为剖面A-A′数据统计，背

景值及异常下限由EDA法计算得出。

图5 错那洞穹窿岩石剖面样品中元素富集系数

表3 错那洞穹窿岩石剖面样品中元素含量异常分级

注：各元素含量单位为10-6

图6 错那洞穹窿岩石剖面样品中各元素含量衬值变化曲线

W：异常主要集中在滑脱系与盖层中部位置，其中滑脱系内富集部位主要为矽卡岩发育之处，而盖层中也有富集，且出现达到工业品位的样品。该段见两条断裂发育，同时千枚岩夹钙质砂岩条带变形强烈，呈蛇形条带状弯曲，推测该段断层破坏了早期滑脱构造，形成的裂隙更容易使钨元素富集，因此该部位指示了新的矿化线索。

Sn：曲线中两处含量发生明显变化的位置均处于滑脱系中，对比实测地质剖面位置，含量高值区域与滑脱系中的矽卡岩发育位置对应，显示出二者的密切相关性。

Be：含量在穹窿内部明显高于盖层，主要在滑脱系相关位置及接触带变化较为剧烈，结合剖面位置，Be的高值区域主要集中在滑脱系的矽卡岩带中，显示出矽卡岩对Be富集的强烈影响。

U：在穹窿内部整体处于背景区域，而从滑脱系开始向盖层明显降低，显示出U的富集整体与穹窿内部关系密切。

Cu：在穹窿内部整体含量较低，多在背景区域徘徊，到了盖层区域含量开始有明显上升的趋势。

Pb：穹窿内部含量整体较低，处于背景区域，到盖层后有显著提升。

Zn：整体在穹窿内部趋于背景区域，受滑脱系影响波动明显，到盖层中随着远离穹窿含量逐渐增高。

Au：含量总体在穹窿内部趋于稳定，多在背景值区域，从滑脱系与盖层接触带位置开始向外，含量发生明显上升。部分位置达到显著富集程度，但由于Au本身属于贫乏型元素，因此在剖面上的指示意义极为有限。

Ag：含量变化与Au类似，总体在穹窿内部较低，从滑脱系向外开始逐渐增高，在盖层中达到显著富集。

As：在穹窿内部，含量整体处在背景区域，从盖层开始，含量开始明显增高，在部分区域达到显著富集的程度。

Sb：总体与As的含量模式接近，穹窿内部在酸性岩脉+滑脱系位置有明显增高的趋势，其余部分同样在盖层区域表现出高值异常。

Li：整条剖面上含量变化不明显，基本上在背景区域内波动。

根据上图发现，穹窿各结构对元素的富集具有明显的特征。穹窿核部富集U-W-Sn-Be；滑脱系富集W-Sn-Be；盖层富集Cu-Pb-Zn-Ag-Sb-Au-As。

3.3 元素统计分析特征

对两条岩石地球化学剖面中元素测试数据，采用Spearman法进行相关性分析，结果如表4。表中显示，Au-As、Ag-Sb、Cu-Pb-Zn这3个组合相关性较好，相关系数都在0.6以上；同时Ag-Sb-Cu-Pb-Zn也显示正相关关系，相关系数相对较小，为0.29以上；Sn-U-Be、W-Sn组合虽显示正相关性，但相关系数值较小，均在0.25附近；Li与其他各元素相关性较差。以元素的相关性为基础，进行聚类分析，得到聚类分析谱系图7。结果显示，当距离系数为5时，Au-Ag-Cu-Pb-Zn-W-Sn-U-Be-As-Sb为一大类，Li单独为一类，其中第一大类又可以分为4个小类：Ag-Sb；Cu-Pb-Zn；Au-As；W；Be-U-Sn。

为了进一步探讨元素的分类关系，利用因子分析进行降维处理，这种方法在地质应用上可用来解释元素共生组合和成因联系等[24]。

根据表5，当提取前5个特征值大于1的因子时，方差累计可达到73.61%，已经包含了原始变量的大部分信息，之后在前5个初始因子构成的公因子空间中进行因子旋转(表6)。

表4 错那洞穹窿岩石剖面样品元素相关性系数

图7 错那洞穹窿岩石剖面样品元素R型聚类谱系

从表6可知，各因子组成情况如下：F1为Cu-Pb-Zn因子组合；F2为Ag-Sb因子组合；F3为Au-As因子组合；F4为Sn-Be-U因子组合；F5为W-Sn因子组合。Li在各因子中得分较小，表现为Li的富集相对独立，与其他元素关系不密切。Sn在因子分析中即存在于F4中，也存在于F5中，但因F5因子特征值较小，在整个体系中所占比例较小，因此Sn在整个体系中主要表现为与Be-U的密切关系。

根据上述3种数理统计方法发现，穹窿中各元素富集具有一定的规律：因子分析F1中Cu-Pb-Zn为一组，与相关性分析及聚类分析中一致，Cu-Pb-Zn为典型的中温元素，在元素含量变化曲线图中发现，这一组合主要富集在盖层中；F2中Sb-Ag为一组，与相关性分析及聚类分析结果一致，Sb-Ag为中低温元素共生组合，相关系数值可达0.840，显示出Sb是Ag良好指示元素，在元素含量变化图中二者主要富集在盖层中，与Cu-Pb-Zn位置相近。F3中Au-As呈一组，与相关性分析及聚类分析结果一致，同样说明As是Au的重要指示元素。F4中Sn-Be-U为一组，在聚类分析中为一类，相关性虽为正相关，但关系值较小，Sn-Be-U主要富集在穹窿核部及与核部相近的滑脱系中。F5中W-Sn为一组，但在R型聚类分析中W单独聚为一类，在空间位置上又与Sn距离较近。因子分析中，Sn元素即存在于F4，也存在于F5中，与聚类分析结果存在一定差异，这是因为F5因子特征值较小，在整个体系中所占权重较小，该因子下的元素组合体现出的富集作用影响较弱，因此Sn在整个体系中主要表现为与Be-U的密切关系。

表5 错那洞穹窿岩石剖面样品元素因子分析方差累计

表6 错那洞穹窿岩石剖面样品元素因子分析旋转成分矩阵

对穹窿结构与元素间关系进一步细分可以发现：酸性岩脉总体与Be、Sn、W表现出较明显的相关性，与元素异常分布图中元素的高值区域附近均有酸性岩脉发育的现象相符，同时滑脱系中W、Be、Sn富集位置主要为矽卡岩及矽卡岩化大理岩。因此发现，穹窿中W、Sn、Be元素主要富集在核部酸性岩较为发育的位置及矽卡岩化大理岩发育的区域。根据各元素的相对位置(图7)，也能在一定程度上指示它们的物质来源，离得越近的元素物源一致性越高。而W、Sn的来源从图中可知也有所差异，更凸显了穹窿内部热液活动的复杂性，推测可能是受核部多期岩体在形成时的热液活动影响所致。

4 元素富集规律对成矿的指示作用

4.1 Cu-Pb-Zn成矿分析

由元素分析结果与地质剖面对比得出，Cu在穹窿内部整体含量较低，多在背景区域徘徊，盖层中含量开始有明显上升的趋势，最为富集的位置多在构造活动较强的部位，因此盖层中Cu含量的上升，可能是盖层中构造活动引起的；Pb整体含量基本上处于背景区域内，在酸性岩脉与滑脱系混合区域到滑脱系的接触带位置可见明显流失，在滑脱系中见含量明显增高，盖层中断层形成的构造角砾岩中部分样品达到了边界品位，显示了该处断层对Pb富集产生的显著影响；Zn整体在穹窿内部趋于背景区域，在滑脱系中波动明显，到盖层中含量逐渐增高。因此发现Cu-Pb-Zn三种元素主要富集在盖层中，同时与穹窿构造的空间距离增加，温度逐渐降低，含量升高，在距穹窿EN方向2 km处，形成由构造控制的吉松Pb-Zn矿体。

4.2 Be成矿分析

根据前人的分析研究，发现错那洞淡色花岗岩具有高Si、Al、K、低Ca、Mg、Fe、Ti的特点[4,29]，铝饱和指数为1.11～1.15，(K2O+Na2O)含量为8.26%～8.53%，K2O/Na2O值为0.83～0.90，里特曼指数为2.15～2.32，Fe3O4/FeO为0.08～0.43，属于高钾钙碱性系列的过铝质花岗岩[4,30]。地球化学分析数据发现，Be多富集于穹窿核部伟晶岩脉及与伟晶岩相邻部位的淡色花岗岩及滑脱系矽卡岩化大理岩之中。错那洞淡色花岗岩中常见有大量含绿柱石的伟晶岩脉发育。在矽卡岩中铍(BeO)的平均品位可达0.08%，却很难用肉眼辨别出富Be矿物。但扫描电镜分析结果显示，矽卡岩中大量存在微小(几微米到十几微米)的似晶石(Be2[SiO4])以及含水的铍硅石矿物—羟铍硅石(Be4[Si2O7](HO)2)[30]。根据Be在碱性花岗岩中的丰度较之酸性岩中的更高，结合地球化学分析中Be在错那洞穹窿不同位置的富集来看，推测在酸性伟晶岩及矽卡岩产出过程中，淡色花岗岩中Be进入到其中，对Be在伟晶岩及矽卡岩中的富集起到了供给作用。

4.3 W-Sn成矿分析

W、Sn异常在错那洞穹窿中各处均有显示：在滑脱系矽卡岩化大理岩中W、Sn含量显著增高，主要含钨矿物为白钨矿，荧光灯照射显示出大量的浅蓝色荧光，少量钨存在于锡石。盖层中也发现W富集，该异常区域在剖面上延伸较长，伴随有Sn的富集。通过W-Sn地球化学异常区与地质剖面综合研究发现，在盖层中W、Sn富集的地方，构造现象复杂，发育两条断裂，断裂中见有构造碎裂岩、构造角砾岩、石英脉等。断裂东侧地层主要岩性为变质细砂岩条带夹千枚岩、含红柱石硬绿泥石板岩，岩石中石英含量较高，约在60%以上，多见石英细脉(1～3 cm)成透镜状斜交面理发育，局部见石英脉呈“S”型褶皱弯曲。同时千枚岩中夹变质石英砂岩条带变形强烈，呈蛇形条带弯曲、石香肠(图8)，推测该段断层破坏了早期滑脱构造，形成的裂隙更容易让穹窿滑脱系内的W富集。W的极高异常区出现在盖层的现象，根据地质现象推测，由于断层等构造活动的发育，使热液沿空隙上升，导致地层中出现大量硅化，W的来源可能仍为岩体，经过构造运移之后在盖层中富集。

5 结论

1)错那洞穹窿中Sn、As、Be、Li、Pb、W为强富集型元素；Au、Cu为贫乏型或亏损型元素。穹窿对Sn、As、Be、Li、Pb、W有较强的供给能力，说明穹窿体系本身为元素富集提供充分的物质来源。

2)根据的元素的相关性特征得出：①Cu-Pb-Zn是典型的中温元素组合，高值区域多集中在远离穹窿核心的盖层。②Sb-Ag是典型的低温元素共生组合，显示Sb与Ag关系密切，说明Sb是Ag的良好指示元素，Sb的高值异常可以反应Ag的成矿可能性。③As是找Au的重要指示元素。④W-Sn呈现出密切的关系，但Sn分别出现在Sn-Be-U和Sn-W两套组合中，表明Sn的富集较为复杂，可能有多期热液活动来源。从元素的相互组合可以看出穹窿内部热液活动较为复杂， 推测可能是多期热液活动影响所致。

图8 千枚岩中夹变质石英砂岩条带

3)穹窿对元素富集控制较为明显，核部主要控制U、Be、Sn、W元素，同时也是放射性指标显示较强的部位；滑脱系主要控制W、Sn、Be元素；盖层主要控制Pb、Cu、Ag、Zn、Sb元素。穹窿中元素的分布整体呈高温(Be-W-Sn)—中温(Cu-Pb-Zn)—中低温(Sb-Ag)的分布规律，这与在区域上发现的矿床分布规律一致。

4)W-Sn在该穹窿体系中的富集形式主要表现为2种；第一种与矽卡岩及矽卡岩化大理岩相关；第二种与盖层中断层影响的变形及硅化较强的石英砂岩相关。Be富集形式主要表现为2种：第一种穿插在核部及滑脱系中含绿柱石的伟晶岩；第二种与矽卡岩及矽卡岩化大理岩相关。