董 磊,李光明,李應(yīng)栩,代作文

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081；2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059)

藏南馬扎拉地區(qū)玄武巖地球化學(xué)特征、成因及其地質(zhì)意義

董 磊1,李光明1,李應(yīng)栩1,代作文2

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081；2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059)

西藏東南部特提斯喜馬拉雅帶東段的遮拉組(J2z)中出露有大量的玄武巖,其地球化學(xué)特征對(duì)了解該地區(qū)中侏羅世的構(gòu)造背景具有重要意義。本文在詳細(xì)的野外工作基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)現(xiàn)于馬扎拉地區(qū)遮拉組的玄武巖進(jìn)行了地球化學(xué)研究。全巖主量元素及微量元素地球化學(xué)特征顯示，玄武巖屬鈣堿性系列，SiO2含量為47.50%～50.61%，具有高鉀(K2O平均為0.61%)、高鈦(TiO2平均為4.02%)、高磷(P2O5平均為0.52%)等特點(diǎn);輕、重稀土元素分餾較為明顯(∑LREE/∑HREE=7.30～7.58),(La/Yb)N比值平均為7.94，富集大離子親石元素(LILE)如Ba、Th和高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)如Nb、Ta、Zr、Hf，呈現(xiàn)出典型洋島玄武巖(OIB)的地球化學(xué)特性。巖漿源于主要由石榴石橄欖巖組成的富集地幔發(fā)生10%左右部分熔融的產(chǎn)物，巖漿上升過(guò)程中未受到明顯的地殼混染。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，初步認(rèn)為馬扎拉玄武巖應(yīng)為被動(dòng)大陸邊緣地幔柱或熱點(diǎn)的產(chǎn)物。

玄武巖；地球化學(xué)；被動(dòng)大陸邊緣；地幔熱柱；馬扎拉；藏南

引言

玄武質(zhì)巖漿多直接來(lái)源于上地幔，并可產(chǎn)于多種構(gòu)造環(huán)境中，研究玄武巖對(duì)于反演地幔物質(zhì)成分、分析構(gòu)造環(huán)境和地球的深部動(dòng)力學(xué)均具有重大意義[1]。對(duì)特提斯喜馬拉雅南部玄武巖地球化學(xué)特征方面的研究主要集中在羊卓雍錯(cuò)及哲古錯(cuò)附近[2-5]，其余地段研究程度相對(duì)較低。本次研究的馬扎拉地區(qū)玄武巖位于藏南拆離系(STDS)以北的北喜馬拉雅構(gòu)造帶(或稱特提斯喜馬拉雅)南部，該區(qū)域在古堆和哲古錯(cuò)地區(qū)發(fā)現(xiàn)的輝綠巖等基性巖脈的鋯石SHRIMP年齡為133～140.9Ma[6-7]，輝綠巖脈的地球化學(xué)特征顯示其可能為早白堊世新特提斯洋擴(kuò)張引起喜馬拉雅被動(dòng)大陸邊緣一側(cè)裂解的產(chǎn)物。本文試圖在詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)出露在馬扎拉地區(qū)的玄武巖進(jìn)行系統(tǒng)的巖石學(xué)和地球化學(xué)研究，探討火山巖形成、演化過(guò)程及其形成的大地構(gòu)造背景，從巖漿巖方面為特提斯喜馬拉雅南部的地質(zhì)構(gòu)造歷史研究提供一些佐證。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

馬扎拉地區(qū)處于西藏扎西康整裝勘查區(qū)西北角，大地構(gòu)造位置屬北喜馬拉雅構(gòu)造帶(或稱特提斯喜馬拉雅)東南部，地層分區(qū)屬于康馬-隆子地層分區(qū)(Ⅶ4-1)(圖1)。 區(qū)域上，出露的地層以侏羅系為主, 其次為三疊系和白堊系(圖1), 由老到新包括：上三疊統(tǒng)涅如組(T3n)，為一套淺灰色變質(zhì)巖屑石英砂巖夾粉砂質(zhì)板巖、板巖，局部見(jiàn)薄層泥晶灰?guī)r; 下侏羅統(tǒng)日當(dāng)組(J1r)，為一套灰黑色含炭質(zhì)板巖、深灰色粉砂質(zhì)絹云板巖、粉砂巖夾少量淺灰色薄層狀泥灰?guī)r, 局部見(jiàn)巖屑石英砂巖; 中-下侏羅統(tǒng)陸熱組(J1-2l)，為深灰色中層狀泥晶灰?guī)r夾粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖, 灰?guī)r與板巖常呈互層狀產(chǎn)出; 中侏羅統(tǒng)遮拉組(J2z)，上部為一套致密塊狀、杏仁狀玄武巖、塊狀英安巖, 底部為玄武巖、英安巖與變質(zhì)粉砂巖、板巖成互層狀; 上侏羅統(tǒng)維美組(J3w)，頂部為一套變質(zhì)細(xì)粒石英砂巖、粉砂質(zhì)板巖夾粉砂巖, 底部為礫巖及含礫石英砂巖; 上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)桑秀組(J3K1s)，以巖屑石英砂巖, 粉砂質(zhì)絹云板巖為主。

圖1 西藏措美馬扎拉地區(qū)大地構(gòu)造位置圖(圖a據(jù)卿成實(shí)[8];圖b據(jù)潘桂棠等[9],修改)

Fig.1 Tectonic setting of the Mazhala area in Comai, southern Xizang (after Ji Chengshi,2015; modified from Pan Guitang et al.，2013)

在馬扎拉地區(qū)出露的遮拉組主要為灰黑色粉砂質(zhì)板巖，其間夾有規(guī)模不等的火山巖。火山巖包括安山巖、英安巖、英安質(zhì)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r、火山角礫巖、氣孔狀玄武巖、熔結(jié)凝灰?guī)r等。其中，安山質(zhì)火山巖主要發(fā)育于遮拉組下部，呈透鏡狀產(chǎn)出；玄武質(zhì)火山巖主要發(fā)育于遮拉組上部，在部分地段可見(jiàn)礫巖、含礫石英砂巖，以及中薄層狀砂巖和粉砂巖互層的維美組底部地層覆蓋于玄武巖之上。

圖2 馬扎拉玄武巖單偏光(a)及正交偏光(b)顯微照片

注:TFeO=FeO+0.8998*Fe2O3；Mg#=molar MgO/(MgO+TFeO); A.R.—萊特堿度率

2 樣品采集及測(cè)試

樣品取自馬扎拉地區(qū)的玄武巖,采樣過(guò)程中注意避開了巖石變質(zhì)程度較高的地帶。主要組成礦物為斜長(zhǎng)石和普通輝石，在顯微鏡下可見(jiàn)玄武巖呈間隱結(jié)構(gòu)(圖2)。組分以板條狀斜長(zhǎng)石為主，含量約60%左右，玻璃質(zhì)成分約30%左右，普通輝石含量約5%左右，褐鐵礦等金屬礦物含量為3%～5%。

常量、微量及稀土元素分析測(cè)試在國(guó)土資源部西南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成，常量元素分析采用AXIOS-X熒光光譜儀測(cè)定，微量、稀土元素分析采用等離子質(zhì)譜(Icap Q)完成。分析結(jié)果分別列于表1及表2中。

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 主量元素特征

馬扎拉礦區(qū)玄武巖的主量元素具備以下特征：SiO2含量47.50%～50.61%，Al2O3含量12.90%～13.52%，TFeO含量10.36%～11.69%，CaO含量6.82%～8.69%，MgO含量3.39%～4.97%，全堿(K2O+Na2O)含量2.52%～2.90%， K2O/Na2O為0.21～0.42，TiO2和P2O5含量含量較為穩(wěn)定，分別為3.90%～4.16%和0.51%～0.52%，MnO含量為0.081%～0.13%。玄武巖堿度率(A.R.)為1.27～1.33，平均為1.30；Mg#為36.56～44.48,平均為39.61。

在哈克圖解(圖3)上，馬扎拉玄武巖的P2O5、Na2O、MgO、TFeO、Al2O3與SiO2沒(méi)有呈明顯的線性關(guān)系，SiO2只與K2O有相對(duì)明顯的線性相關(guān)性，這表明玄武巖在形成過(guò)程中巖漿的結(jié)晶分異演化并不明顯。

在TAS巖石分類(圖4a)上，本次研究的樣品投點(diǎn)均落在Ir線下的玄武巖區(qū)域內(nèi)；在SiO2-K2O圖(圖4b)上，均落在鈣堿性系列中。本次研究的馬扎拉玄武巖應(yīng)為鈣堿性玄武巖。

3.2 稀土和微量元素特征

本次研究的馬扎拉玄武巖樣品的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式曲線均向右傾斜(圖5a)。樣品稀土總量為ΣREE=(234.39～253.61)×10-6，稀土總量變化較小，其中ΣLREE=(206.78～224.05)×10-6；ΣHREE=(27.61～29.86)×10-6， LREE/HREE=7.3～7.6，表明輕重稀土元素分異明顯。玄武巖具有較弱的Eu負(fù)異常(δEu=0.79～1.00)。所有不相容元素的含量均高于原始地幔值，多數(shù)高出10倍以上。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化特征與典型的洋島玄武巖[10]特征極為相似(圖5a、b)，重稀土和高場(chǎng)強(qiáng)元素Zr、Hf等元素顯得更為富集。

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖上(圖5b)，馬扎拉玄武巖總體具有富集Rb、Ba、Th及Nb，相對(duì)虧損K、Sr及P等元素，這與弧火山巖所具有的TNT(Nb、Ta和Ti)虧損的微量元素分配特征截然不同。結(jié)合常量元素高TFeO(平均11.11%)、高TiO2(平均4.02%)、高P2O5(平均0.52%)的特征，總體也顯示出與洋島型玄武巖的地球化學(xué)特征相近[11-12]。

表2 馬扎拉地區(qū)玄武巖微量及稀土元素分析數(shù)據(jù)(×10-6)及相關(guān)參數(shù)

注:δEu=2*ω(Eu)N/[w(Sm)N+w(Gd)N]；N代表球粒隕石

4 討論

4.1 馬扎拉玄武巖形成的構(gòu)造背景

馬扎拉地區(qū)玄武巖發(fā)育于遮拉組(J2z)上部，現(xiàn)有研究表明，遮拉組玄武巖活動(dòng)時(shí)限在160Ma左右[11]。其上覆地層維美組(J3w)以石英砂巖為主，夾深灰色泥巖，含有淺水波痕和淺水相遺跡化石，屬典型的濱淺海相沉積[12]，為被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境的沉積產(chǎn)物[13]。余光明等[14]認(rèn)為，特提斯喜馬拉雅帶主體為一套古生代以來(lái)的海相沉積序列，是印度板塊北緣晚三疊世以來(lái)被動(dòng)大陸邊緣的典型代表[15]，直到早白堊世特提斯喜馬拉雅仍處于被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境[3,6-7]。因此，馬扎拉地區(qū)遮拉組玄武巖應(yīng)產(chǎn)于被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。

圖3 馬扎拉玄武巖Harker圖解

Fig.3 Harker diagram for the basalts from the Mazhala area in Comai, southern Xizang

圖4 馬扎拉玄武巖TAS和SiO2-K2O(b)圖解

Fig.4 TAS diagram(a) and SiO2vs. K2O diagram(b) for the basalts from the Mazhala area in Comai, southern Xizang

本次研究樣品的地球化學(xué)特征顯示，馬扎拉玄武巖與典型的洋島玄武巖[11,16]相似；在Zr/Y-Zr圖解上(圖6a)及Ti/100-Zr-3Y圖解上(圖6b)，馬扎拉玄武巖投點(diǎn)均位于板內(nèi)玄武巖區(qū)域中；在Nb/Th-Nb和Ba/Nb-Ba圖解上(圖6c、d)，投點(diǎn)位于洋島玄武巖范圍中。因此，馬扎拉玄武巖應(yīng)產(chǎn)于與洋島玄武巖類似的構(gòu)造背景。

圖5 馬扎拉玄武巖稀土元素蛛網(wǎng)圖(a)及微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值及球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)[10])

N-MORB.正常洋中脊玄武巖；E-MORB.富集型洋中脊玄武巖；OIB.洋島玄武巖；其數(shù)據(jù)均引自文獻(xiàn)[10]

Fig.5 Chondrite-normalized REE distribution patterns(a) and PM-normalized trace element distribution patterns(b) of the basalts from the Mazhala area in Comai, southern Xizang(after Sun et al., 1989)

圖6 馬扎拉玄武巖不活動(dòng)微量元素的構(gòu)造判別圖解

WPB.板內(nèi)玄武巖；MORB.洋中脊玄武巖；IAB.島弧玄武巖；CAB.鈣堿性玄武巖；IAT.島弧拉斑玄武巖;OIB.洋島玄武巖

Fig.6 Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of the basalts from the Mazhala area in Comai, southern Xizang

洋島玄武巖多為熱點(diǎn)的產(chǎn)物，并與地幔柱活動(dòng)形成的玄武巖具有很多共同點(diǎn)。馬扎拉玄武巖地球化學(xué)特征與具有地幔熱柱成因的峨眉山高Ti玄武巖、仲巴玄武巖[17]和江孜玄武巖[11]相似，均具有較高的TiO2含量、低SiO2含量和Mg#值以及相似的稀土元素特征(峨眉山高Ti玄武巖TiO2>2.5%，SiO2=45%～51%，Mg#=30～45，右傾的LREE富集型[18])。這些特征暗示馬扎拉玄武巖可能與峨眉山高Ti玄武巖、仲巴玄武巖和江孜玄武巖一樣，均為地幔熱柱或熱點(diǎn)成因。

綜上所述，本文認(rèn)為馬扎拉玄武巖是一套形成于被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境，具有洋島玄武巖地球化學(xué)特征的玄武巖，可能為地幔熱柱的產(chǎn)物。

4.2 巖石成因

洋島玄武巖的源區(qū)可能與來(lái)自核幔邊界的地幔柱物質(zhì)、古老大洋洋殼及深海沉積物、古老大陸地殼和大陸巖石圈等混合有關(guān)[10]。因此，判斷馬扎拉地區(qū)洋島玄武巖是否受到混染，對(duì)于了解其源區(qū)性質(zhì)和構(gòu)造演化具有重要意義。

使用不相容元素比值可以鑒別地殼物質(zhì)的混染[10,19-20]。如有下部地殼物質(zhì)混入，其(Th/Ta)PM值約等于1，而(La/Nb)PM值則大于1；如有上部地殼物質(zhì)混入，這兩個(gè)比值一般均大于2，尤其是前者值要高得多[21]。馬扎拉地區(qū)玄武巖(Th/Ta)PM平均值為0.79，(La/Nb)PM平均值為1.17，顯示出馬扎拉玄武質(zhì)巖漿沒(méi)有受到地殼物質(zhì)的混染。Nb和Th等易受到地殼混染，在海水蝕變及變質(zhì)中較為穩(wěn)定的元素可用來(lái)反映地殼混染[3]。馬扎拉地區(qū)玄武巖Nb含量(32.5～37.1μg/g)遠(yuǎn)高于上部、中部和下部地殼，而Th的含量(3.76～4.41ug/g)卻明顯低于中、上地殼[10]，也顯示出玄武巖沒(méi)有遭受地殼物質(zhì)的混染。

Nb、La、Ba、Th在海水蝕變及變質(zhì)過(guò)程中是穩(wěn)定或比較穩(wěn)定的元素，其比值可反映巖漿源區(qū)的特征[22]。馬扎拉地區(qū)玄武巖各元素的平均比值Ba/Nb=5.14、Ba/Th=43.54、Rb/Nb=0.35和Ba/La=4.44，明顯低于地殼比值Ba/Nb=54、Ba/Th=124、Rb/Nb=4.7和Ba/La=25。La/Nb、Th/Nb和Th/La比值分別為1.16、0.12和0.10，與典型洋島玄武巖的比值非常接近，多數(shù)位于EMⅠ型和EMⅡ型洋島玄武巖的比值范圍內(nèi)(表3)，說(shuō)明馬扎拉地區(qū)玄武巖具有典型洋島玄武巖的特征，其源區(qū)來(lái)自富集地幔。

表3 不同地幔儲(chǔ)庫(kù)不相容元素比值

注:大陸地殼、EMⅠ、EMⅡ數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[23]；OIB數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[10]

在La/Sm-Sm/Yb圖解上(圖7a)，本次研究的馬扎拉玄武巖樣品投影于原始地幔右上方的富集區(qū)域，靠近洋島玄武巖，屬于石榴石二輝橄欖巖約10%部分熔融產(chǎn)物的范圍。在La/Yb-Sm/Yb圖解(圖7b)中，本次研究的馬扎拉玄武巖樣品投影于遠(yuǎn)離尖晶石橄欖巖熔融曲線而靠近石榴石橄欖巖熔融曲線區(qū)域，顯示其為石榴石橄欖巖熔融10%左右的部分熔融的產(chǎn)物。同時(shí)，馬扎拉玄武巖樣品LREE、P2O5含量和La/Yb比值(10.61～11.54)較高，暗示源區(qū)可能有富含HREE的石榴子石殘留[17]。

因此，馬扎拉玄武巖源于主要由石榴石橄欖巖組成并發(fā)生了10%左右部分熔融的富集地幔。

圖7 馬扎拉玄武巖La/Sm-Sm/Yb圖解(a)[24]和La/Yb-Sm/Yb圖解(b)[25]

Fig.7 La/Sm vs. Sm/Yb(a) and La/Yb vs. Sm/Yb diagrams for the basalts from the Mazhala area in Comai, southern Xizang

5 結(jié)論

(1)馬扎拉玄武巖具有典型的洋島玄武巖地球化學(xué)特征，形成于被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境，可能為地幔熱柱或熱點(diǎn)的產(chǎn)物。

(2)馬扎拉玄武巖源區(qū)為主要由石榴石橄欖巖組成的富集地幔，發(fā)生了10%左右的部分熔融，成巖過(guò)程中沒(méi)有遭受地殼混染。

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Basalts from the Mazhala area in southern Xizang：Geochemistry, petrogenesis and geological implications

DONG Lei1, LI Guang-ming1, LI Ying-xu1, DAI Zuo-wen2

(1.ChengduCenter,ChinaGeologicalSurvey,Chengdu610081,Sichuan,China; 2.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,Sichuan,China)

The basalts from the Mazhala area are widespread in the Middle Jurassic Zhela Formation(J2z) in the eastern part of the Tethyan Himalayas in southern Xizang. The present paper focuses on the geochemical signatures of the basalts aiming at improving our knowledge of tectonic settings of the study area during the Jurassic. The geochemical signatures of major and trace elements have disclosed that the basalts are characterized by SiO2contents ranging between 47.50% and 50.61%, high K(an average 0.61% for K2O), high Ti((an average 4.02% for TiO2, high P(an average 0.52% for P2O5, highly differentiated light/heavy REE ratios(ΣLREE/ΣHREE=7.30-7.58), and an average 7.94 for(La/Yb)Nratios, enriched large-ion lithophile elements such as Ba and Th and high field strength elements Nb, Ta, Zr and Hf, indicating the geochemical signatures of the oceanic-island basalts. The basaltic magmas were originated from the partial(10%) melting of the garnet peridotite-dominated enriched mantle, and were not subjected to noticeable crustal contamination during the ascending of the magmas. The Mazhala basalts are interpreted to be generated on the Himalayan passive continental margin or derived from the mantle plume.

basalt; geochemistry; passive continental margin; mantle plume; Mazhala; southern Xizang

1009-3850(2016)03-0016-09

2015-12-30； 改回日期： 2016-03-08

董磊(1988- )，男，助理工程師，研究方向?yàn)槌傻V規(guī)律與成礦預(yù)測(cè)方向。E-mail：donglei890712@126.com

李光明(1965- )，男，研究員，從事青藏高原區(qū)域地質(zhì)與礦產(chǎn)地質(zhì)研究。E-mail：cdlguangming@cgs.gov.cn

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2011CB403105)、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(1212010918033、12120114050701、12120113036000、12120114068501、12120115022701、12120115022801)和中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心青年科學(xué)基金(所控基2015-03)聯(lián)合資助

P588.14+5

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