南羌塘盆地江魚瑪洛地區中侏羅統雀莫錯組砂巖地球化學及源區環境

徐 琳，肖 進，劉大明，2，胡 林，羅紹強，唐 華，趙 宇

1.四川省地質礦產勘查開發局 川西北地質隊，四川 綿陽 621000；2.成都理工大學 地球科學學院，四川 成都 610059；3.西藏自治區地質礦產勘查開發局 第六地質大隊，西藏 拉薩 851400

從碎屑巖的地球化學特征能夠發掘大量的物源和構造背景方面的信息.據已有的地質資料顯示，南、北羌塘盆地均發育有中侏羅統雀莫錯組，針對該套地層前人作了較多的研究.譚富文等［1］通過碳、氧同位素分析認為北羌塘雁石坪地區雀莫錯組為陸源近海湖沉積環境；王建坡等［2］報道了北羌塘雁石坪地區雀莫錯組地層剖面，通過生物化石研究認為其屬于 湖沉積環境；王劍等［3］介紹了北羌塘盆地雀莫錯組巖石組合特征及古地理面貌；付修根等［4］通過下伏地層測年數據及接觸關系將北羌塘勝利河地區雀莫錯組時代厘定為早—中侏羅世，認為其形成于偏潮濕的熱帶-亞熱帶環境；曾勝強等［5］通過粒度分析認為北羌塘盆地沃若山地區雀莫錯組一段屬于辮狀河沉積；馮興雷等［6］通過砂巖地球化學分析認為北羌塘盆地沃若山地區雀莫錯組砂巖碎屑主要為花崗巖類，并形成于被動大陸邊緣裂陷階段.高遠等［7］以北羌塘盆地雀莫錯組三段為研究對象，討論了其混合沉積層系特征及控制因素；占王忠等［8］討論了北羌塘坳陷雀莫錯期巖相古地理特征與成鉀意義.前人的研究主要以北羌塘的雀莫錯組為研究對象，且主要圍繞沉積環境開展，部分學者還作了地球化學、物源和構造背景探討.南羌塘盆地的該套碎屑巖與北羌塘盆地是否具有相同的物源和構造環境不得而知.筆者在南羌塘盆地北緣一帶獲得了雀莫錯組砂巖樣品，通過地球化學特征的研究，揭示了巖石的風化特征、沉積環境、物質來源和源區構造背景.

1 區域地質背景

羌塘盆地屬于羌塘-昌都板塊的一部分，北界為拉竹龍-金沙江縫合帶，南界為班公湖-怒江縫合帶.在大地構造上，其位于歐亞大陸與岡瓦納古陸毗連的特提斯構造域內，可劃分為北羌塘拗陷（北羌塘次級盆地）、中央隆起帶和南羌塘拗陷（南羌塘次級盆地）三部分［9］.江魚瑪洛地區位于中央隆起帶南側，南羌塘拗陷北緣的帕度錯-扎加藏布褶皺帶內（圖1），帶內發育一系列東西向—北西西向的斷層和近東西向展布的褶皺.該地區主要出露有三疊系、侏羅系、白堊系及第四系地層（圖2）.其中上三疊統土門格拉組為一套三角洲相的含煤碎屑巖，其上與中侏羅統雀莫錯組平行不整合接觸；中侏羅統雀莫錯組為一套濱淺海碎屑巖沉積，在研究區主要分布在吉開結成瑪大型復背斜的兩翼，下部角度不整合在上三疊統土門格拉組之上，局部為斷層接觸，其上為布曲組整合覆蓋；中侏羅統色哇組為陸棚至斜坡相的細碎屑巖沉積，與雀莫錯組屬于同時異相的地層單元；中侏羅統布曲組為整合于雀莫錯組之上的淺海碳酸鹽相沉積，其上整合沉積了一套海陸交互相、潟湖潮坪相的紫紅色及灰綠色砂、泥巖互層的夏里組，上侏羅統-下白堊統索瓦組為一套障壁碳酸鹽巖緩坡-陸棚相的灰巖、粉砂巖沉積，整合于夏里組之上；上白堊統阿布山組為一套陸相盆地夾火山巖沉積，角度不整合于三疊系和侏羅系地層之上.

圖1 研究區構造位置圖（據文獻［9-10］）Fig.1 Tectonic location map of the study area（From References［9-10］）

圖2 江魚瑪洛地區地質簡圖及采樣位置Fig.2 Geological sketch map of Jiangyumaluo area with sampling location

2 雀莫錯組巖石組合特征

雀莫錯組巖性主要為灰綠、紫灰、紫紅色礫巖、砂礫巖、含礫石英砂巖，長石巖屑砂巖、巖屑石英砂巖、泥巖等.在南羌塘一帶可劃分為三段，一段為灰白—灰綠色厚層狀礫巖、砂礫巖、含礫粗砂巖、鈣質砂巖，砂礫巖和礫巖中常見沖刷面及槽狀交錯層理.二段為紫紅色厚層狀泥巖夾中—厚層狀砂巖，局部夾砂礫巖透鏡體.三段為紫紅色中—厚層狀巖屑石英砂巖與泥巖互層.總體為一套正粒序沉積，反映為海進的濱淺海沉積.

3 樣品測試

樣品采集于雀莫錯組一段，巖性主要為淺灰—淺灰白色中細粒長石巖屑砂巖和巖屑石英砂巖.長石巖屑砂巖中碎屑顆粒主要為石英，以單晶石英為主，礦物表面潔凈，部分發育裂紋，含少量燧石；其次為巖屑，主要為泥巖巖屑、千枚巖和石英巖巖屑，部分為片巖和變質砂巖巖屑，塑性巖屑多發生假雜基化；長石包括鉀長石和斜長石，長石表面較臟，普遍發生黏土化；膠結物主要是菱鐵礦，呈亮晶孔隙式膠結，因鐵質析出而呈黃褐色；含少量云母、鐵質、有機質等分布于粒間（圖3a）.巖屑石英砂巖碎屑顆粒主要為石英，以單晶石英為主，礦物表面潔凈，部分發育裂紋，富含燧石；其次為巖屑，主要為片巖巖屑和石英巖巖屑，其次為泥巖巖屑；含少量長石，包括鉀長石和斜長石，長石表面較臟，普遍發生黏土化；膠結物主要是鐵質，呈紅褐色、深褐色，反射光下呈黃褐色，孔隙式膠結（圖3b）.采集樣品11件，主量元素、微量元素分析由四川省科源工程技術測試中心完成.按《GB/T14506—2010硅酸鹽巖石化學分析方法》對樣品進行分析，主量元素采用英國帕拉科X射線熒光光譜儀分析測試，微量元素采用等離子質譜儀（ICP-MS）測試，元素分析誤差小于5%，具有較高精度.

圖3 雀莫錯組巖石顯微特征Fig.3 Microphotographs of rocks from Quemocuo Formation

4 巖石地球化學特征

4.1 主量元素特征

從樣品主量元素測試結果（表1）可以看出，砂巖的SiO2的含量較高，為56.46%～80.59%，平均為72.85%，說明巖石中石英或富硅礦物含量較高.Al2O3含量為8.11%～14.20%，平均為11.54%，說明巖石富含云母、黏土礦物等.Al2O3/SiO2值可判別砂巖中碎屑沉積物成熟度，比值越大，成熟度越?。?1-12］.雀莫錯組砂巖Al2O3/SiO2值介于0.11～0.19之間，平均值0.16，位于長石砂巖（0.11）和雜砂巖（0.20～0.23）之間，成熟度不高，沉積物中普遍包含長石和巖屑等不穩定碎屑.CaO含量為0.39%～8.64%，平均2.54%，除2個樣品可能受上覆碳酸鹽巖地層（布曲組）后期淋濾作用影響含量較高外，其余的均小于4%.為去除后期淋濾作用的影響，本研究數據計算采用硅酸鹽中的氧化鈣（CaO*）含量［13］.

表1 江魚瑪洛地區雀莫錯組砂巖主量元素分析結果Table 1 Contents of major elements in sandstone of Quemocuo Formation in Jiangyumaluo area

江魚瑪洛地區雀莫錯組砂巖在SiO2-Al2O3圖解（圖4a）中顯示，巖石礦物成分主要在石英、鉀長石、斜長石、綠泥石之間變化.在Fe2O3-Al2O3圖解上，雀莫錯組砂巖礦物類型分布于含鎂黑云母-長石之間（圖4b），表明巖石中黏土礦物和長石含量很高.黏土礦物含量高指示源巖可能來自于基性巖或變質巖，長石含量很高指示源巖可能來自于花崗巖，因此雀莫錯組砂巖碎屑源巖可能既有基性巖或變質巖又有花崗巖.

圖4 江魚瑪洛地區雀莫錯組砂巖SiO2-A12O3和Fe2O3-Al2O3圖解Fig.4 The SiO2-A12O3 and Fe2O3-Al2O3 diagrams for sandstone of Quemocuo Formation in Jiangyumaluo area

4.2 微量元素特征

根據表2和微量元素原始地幔標準化蛛網圖（圖5a），江魚瑪洛地區雀莫錯組砂巖各巖石樣品微量元素豐度相近，曲線高度一致，具有富集K、Rb、Ba、Th、La、Ce、Nd，虧損Nb、Sr、Ti等特征.

表2 江魚瑪洛地區雀莫錯組砂巖微量元素、稀土元素分析結果Table 2 Contents of trace elements and REEs in sandstone of Quemocuo Formation in Jiangyumaluo area

圖5 雀莫錯組砂巖標準化蛛網圖和球粒隕石標準化稀土配分模式圖Fig.5 Primitive mantle-normalized trace element spidergrams and chondrite-normalized REE patterns of sandstone from Quemocuo Formation

巖石微量元素間含量差別較大，Rb的含量為42.0×10-6～81.9×10-6（均值：67.7×10-6），表明富集一定程度的泥質顆粒；Sr為80.3×10-6～148.9×10-6（均值：101.6×10-6），Ba的含量較高，為422.4×10-6～860.1×10-6（均值：640.2×10-6）.Sr/Ba值與沉積時期的古氣候相關，Sr/Ba值越小，顯示古鹽度越低，氣候越溫濕［14］.該砂巖Sr/Ba值為0.12～0.31，平均值0.17，表明雀莫錯組沉積時期古鹽度較低，氣候溫暖潮濕，也印證了濱淺海相的沉積環境特征.

4.3 稀土元素特征

江魚瑪洛地區雀莫錯組砂巖稀土元素分析結果見表2，球粒隕石標準化配分模式見圖5b.總的來看，砂巖的稀土元素總量ΣREE為84.14×10-6～223.98×10-6，均值為184.77×10-6，表明雀莫錯組砂巖稀土元素較富集.ΣLREE值 為77.15×10-6～205.26×10-6，均值為132.85×10-6，ΣHREE值為5.82×10-6～18.73×10-6，均值為12.23×10-6，ΣLREE/ΣHREE值為8.23～15.35，均值為11.39，（La/Yb）N值為8.75～18.18，均值為13.98，顯示輕重稀土分餾明顯，具有富集輕稀土元素、虧損重稀土元素的特征.稀土元素配分模式圖上（圖5b）顯示分布曲線總體特征向右傾斜，輕稀土元素La～Sm段曲線較陡，重稀土元素Dy～Lu段曲線較平坦，具有明顯的Eu負異常，δCe均小于1，變化于0.86～0.89之間，均值為0.88，呈若負異常，與上地殼和PAAS（澳大利亞后太古宙平均頁巖）配分模式圖相似［15］，表明砂巖成分主要來源于上地殼源區，同時也有幔源區的基性巖混入.

5 討論

5.1 源巖風化作用

CIA值、ICV值和CIW值通常是砂巖風化強度判別指標.前人的研究認為，不同的CIA值代表著不同環境下的風化蝕變程度［16-20］.ICV值用于判別碎屑巖是初次沉積的沉積物還是沉積再循環的沉積物［20］.一般黏土礦物組分ICV值小于非黏土礦物碎屑源巖組分（例如：高嶺石約0.03～0.05、蒙脫石0.15～0.3、伊利石0.3、斜長石0.6、堿性長石0.8～1、黑云母8、角閃石和輝石10～100）.首次沉積的砂巖，很少含黏土礦物，其ICV值一般大于1［6，20-21］；而經歷過沉積再循環或是遭受強烈風化的砂巖，往往含有較多的黏土礦物，因此其ICV值通常小于1［6，22］.本研究樣品中CIA值介于65.61～74.87之間，平均70.62，反映江魚瑪洛地區雀莫錯組砂巖主要經歷了溫暖、濕潤氣候條件下的中等風化而形成的.樣品的ICV值介于0.56～1.01，平均為0.75，表明該砂巖可能是沉積再循環的產物或是遭受過強烈風化的首次沉積.但在Th/Sc-Zr/Sc圖解（圖6）中，雀莫錯組砂巖樣品投點均位于玄武巖-長英質巖石-花崗巖連線之上，趨勢與成分演化線小角度相交，說明砂巖主要為首次沉積形成，可能伴有少量的沉積再循環物質.樣品的CIW值介于81.09～93.78之間，平均86.16，也反映出較強烈的風化環境.

圖6 雀莫錯組砂巖Zr/Sc-Th/Sc圖解Fig.6 The Zr/Sc-Th/Sc diagram for sandstone of Quemocuo Formation

在A-CN-K圖解（圖7）中，雀莫錯組砂巖樣品投在平均頁巖附近，表明砂巖處于較強烈風化階段，其風化趨勢線延長交于伊利石、白云母附近，砂巖源區的化學風化主要是斜長石向白云母、伊利石的轉換，這與鏡下觀察結果一致.反向延長與斜長石-鉀長石連線的交點分布在花崗閃長巖附近，砂巖源巖中斜長石與鉀長石比率約為62∶15，碎屑主要源于長英質巖石.

圖7 雀莫錯組砂巖A-CN-K圖解Fig.7 The A-CN-K diagram for sandstone of Quemocuo Formation

綜上，江魚瑪洛地區雀莫錯組砂巖是第一旋回沉積物，經歷過較強烈的風化作用.

5.2 源區巖石類型

（1）Al2O3/TiO2值可用來判別碎屑巖源巖性質［23］.鐵鎂質源巖的Al2O3/TiO2比值通常小于14，長英質源巖的Al2O3/TiO2比值一般介于19～28之間［20］.江魚瑪洛地區雀莫錯組砂巖的Al2O3/TiO2值為15.36～39.97，平均值為29.03，說明本區雀莫錯組砂巖碎屑主要源于長英質巖石.

（2）Th和Sc在沉積過程中的分異較小，Th/Sc＞1，代表源巖為長英質巖石，Th/Sc＜1時，代表源巖為鐵鎂質巖石［20，24］.Cr/Zr比值小于1時，代表源巖主要為長英質巖石，比值大于1時，代表源巖主要為鐵鎂質巖石.江魚瑪洛地區雀莫錯組砂巖的Th/Sc值為0.86～2.40，均值為1.45，Cr/Zr比值為0.21～1.22，均值為0.88，反映其源巖主要來源于長英質巖石，并可能混入有少量鐵鎂質巖石.

（3）在La/Th-Hf圖解（圖8）中［25］，投點主要落于長英質/基性物質混合源區和安山質島弧源區附近.反映雀莫錯組砂巖源巖可能是以長英質巖石為主，并混入有基性物質.

圖8 江魚瑪洛地區雀莫錯組砂巖源區判別圖解Fig.8 The source discrimination diagram for sandstone of Quemocuo Formation in Jiangyumaluo area

綜上，江魚瑪洛地區雀莫錯組砂巖源巖主要為長英質巖石，并可能混入有少量的基性鐵鎂質巖石.

5.3 構造環境判別

碎屑巖的元素特征能夠有效地反映物源區的大地構造環境.江魚瑪洛地區雀莫錯組砂巖樣品與不同構造背景下的地球化學成分對比，具有稀土總量和（La/Yb）N值高、Eu負異常明顯和Ce異常不明顯等特征，顯示本區砂巖與活動大陸邊緣的元素特征相近（表3）.

表3 雀莫錯組砂巖與不同構造環境砂巖地球化學參數對比表Table 3 Comparison of geochemical parameters between sandstones of Quemocuo Formation and other tectonic settings

Roser等［11］根據主量元素K2O/Na2O比值和SiO2的含量，把沉積盆地劃分為大陸島弧、活動大陸邊緣和被動大陸邊緣3個類型.在微量元素La-Th-Sc（圖9a）、Co-Th-Zr/10（圖9b）、Sc-Th-Zr/10（圖9c）三角圖解中投圖，雀莫錯組砂巖樣品均落入活動大陸邊緣區中.在SiO2-K2O/Na2O圖解中（圖9d），雀莫錯組砂巖投點主要落在活動大陸邊緣區，反映砂巖物源區為活動大陸邊緣構造環境.

圖9 江魚瑪洛地區雀莫錯組砂巖構造環境判別圖解Fig.9 Tectonic discrimination diagrams for sandstone of Quemocuo Formation in Jiangyumaluo area

已有的資料顯示，研究區北側的龍木錯-雙湖縫合帶在三疊紀已經閉合，侏羅紀時期南北羌塘已然拼合在一起；而南側的班公湖-怒江洋在早二疊世進入裂谷階段，并可能在晚二疊世末期）—早三疊世開始進入MOR型大洋階段，在晚侏羅世早期洋盆才快速向北俯沖、消減、洋盆閉合［26-27］.因此在早—中侏羅世時期，研究區受班公湖-怒江洋的控制，盆地北淺南深，隨著班公湖-怒江洋盆的進一步擴張，全區發生裂陷［4］.而裂陷階段所形成的砂巖與活動大陸邊緣所形成的砂巖具相似的主量和微量元素地球化學特征［6］.南羌塘盆地江魚瑪洛地區中侏羅統雀莫錯組砂巖正是在此裂陷背景下形成的，與區域大地構造背景一致.

6 結論

南羌塘盆地江魚瑪洛地區的雀莫錯組砂巖以長石巖屑砂巖為主，成熟度低，為近源堆積形成，巖石地球化學特征顯示其形成于溫暖潮濕環境，主要為第一沉積旋回的產物，可能伴有少量沉積再循環物質，經歷過較強烈的風化作用.源區巖石來源于上地殼長英質源區，混入有少量的基性鐵鎂質巖石，構造背景指示為大陸邊緣裂陷階段的沉積.