西藏吉瓦地区渐新统日贡拉组物源分析及找矿意义

王力圆，郑有业，高顺宝，黄亮亮，毛荣威

中国地质大学资源学院，武汉 430074

西藏吉瓦地区渐新统日贡拉组物源分析及找矿意义

王力圆，郑有业，高顺宝，黄亮亮，毛荣威

中国地质大学资源学院，武汉 430074

通过详实的野外调查和室内研究，在西藏吉瓦地区新发现了砂岩型铜矿床，赋矿层位为渐新统日贡拉组，矿床类型为层控矿床。为探讨日贡拉组砂岩的物源特征及其构造背景、查明其含矿物质来源，通过碎屑矿物定量分析、元素地球化学方法及重矿物组合分析等一系列物源分析方法对日贡拉组的物质来源进行了研究。结果显示，研究区主要岩性为岩屑砂岩，岩屑主要成分为酸性火山岩，砂岩结构成熟度低，分选磨圆差。碎屑组分分析表明物源集中在火山弧物源区，地球化学特征为硅质含量高、LREE富集、HREE相对亏损、显示Eu负异常，均表明物源与酸性火山岩密切相关；日贡拉组砂岩的大地构造背景主要为大陆岛弧，砂岩碎屑来自上地壳长英质源区。重矿物组合以反映物源为中酸性岩浆岩成分的赤褐铁矿＋磁铁矿、锆石、电气石、石榴子石为主，沉积环境为气候干旱、水体较浅的富氧环境。锆石形态特征指示物源距母岩区较近，重矿物的相关性分析也指示了物源与火山岩密切相关。研究区的日贡拉组砂岩与早白垩酸性火山岩微量元素及重矿物的对比表明，碎屑物质源区特点从岩石学特征、地球化学特征及重矿物组合特征上均表现出了亲缘关系，物源成分与火山作用紧密相关，很可能主要来自班公湖—怒江洋壳南向俯冲与雅鲁藏布江洋壳北向俯冲双重制约条件下产生于火山弧环境中的早白垩世火山岩。日贡拉组发现了砂岩型铜矿，火山岩提供了成矿物质来源，为寻找同类型的矿床开启思路。

吉瓦；日贡拉组；物源分析；渐新统；早白垩火山岩；铜矿

物源体系分析是沉积盆地分析中的一项重要工作，在确定物源区位置、性质、沉积物搬运路径以及整个盆地的沉积作用和构造演化等方面都有重要意义。进而对地壳演化，物质来源和地质构造背景分析提供有价值的分析［1－3］。西藏吉瓦地区日贡拉组沉积岩发育，总厚度可达2km，通过对该区的地质矿产调查，发现砂岩型铜矿具有层控特点，具有较大的找矿前景。前人未对日贡拉组进行过系统的研究，笔者应用一系列物源分析方法对日贡拉组砂岩的物源情况进行分析，探讨其物质来源和成岩环境，为成矿物质迁移和矿体分布的研究提供约束，进而为吉瓦地区砂岩型铜矿寻找指明方向。

1 地质背景

研究区位于冈底斯带中段北部，大地构造单元属喜马拉雅—冈底斯造山系拉达克—冈底斯舒伯拉岭弧盆系的措勤—申扎火山岩浆弧，受班公湖—怒江洋壳和雅鲁藏布江洋壳不同时期俯冲的共同作用，早白垩世经历了火山岩强烈喷发及渐新世东西向挤压期。日贡拉组红色碎屑岩建造断陷盆地形成。区内主要出露地层为早白垩统火山岩（原1∶25万热布喀区调报告厘定为始新系帕那组火山岩，本次工作LA-ICP-MS锆石U-Pb定年厘定为早白垩世火山岩）和渐新统日贡拉组。该套日贡拉组红色陆湖相碎屑岩不整合于早白垩世火山岩之上（图1）。

2 砂岩岩相学特征

日贡拉组砂岩的碎屑成分主要为长石、石英和岩屑。石英平均质量分数为40%～45%，以单晶石英为主，含极少量的多晶颗粒。石英常见熔蚀、炸裂纹（图2a），大多具有波状消光、带状消光，排列无序，以棱角状、次棱角状为主，部分可见次生加大边；长石平均质量分数为5%～10%，主要以钾长石为主，斜长石次之，蚀变较发育，钾长石大部分高岭土化、绢云母化，其次为碳酸盐化等；岩屑平均质量分数为50%～55%，主要为火山岩岩屑，岩性主要为流纹岩、流纹质凝灰岩，其次为变质岩岩屑，岩性为绢云粉砂板岩、绢云板岩；胶结物和基质主要以钙质为主，其次为硅质（图2b）。碎屑物的分选性和磨圆度差，粒径大小不等，呈棱角—次棱角状为主，成分成熟度和结构成熟度较低（图2c）；副矿物主要有不透明矿物、磷灰石、锆石、金红石、电气石等。

图1 西藏吉瓦地区构造地质图（据文献［4］修改）Fig.1 Structure geological map of Jiwa area，Tibet（modified from reference［4］）

通过实测剖面对日贡拉组顶底面的控制，整个层位岩性以灰红色岩屑砂岩、含砾粗砂岩为主，局部发育孔雀石化（图2d），Cu的品位可达2.0%～7.5%，并伴生Ag、Au等元素且顶部见凝灰岩夹层。沉积岩中岩屑都以火山岩为主，并且可见大量来自火山岩的石英，表现出了较强的继承性，总体表明物源性质变化不大，与之相邻的早白垩火山岩是物源的供给区。

3 物源区分析

3.1 砂岩碎屑组分分析

本次研究统计分析了变质较弱的15件砂岩样品，其岩性主要是岩屑砂岩和长石岩屑砂岩，在偏光显微镜下利用Dickinson-Gazzi点计法进行镜下薄片分析和Dickinson砂岩模式分析［5－6］，对每件样品碎屑颗粒统计均超过350粒。其成分包括上述骨架矿物成分和胶结物或基质。利用4种辅助三角图解（图3）反映了详细的物源特性。研究区日贡拉组的碎屑物源成分主要集中在火山弧区。在Qt-F-L图解中，全部样品集中在火山弧物源区；Qm-F-Lt图解显示火山物源有增大的趋势且部分属于混合区；Qp-Lv-Ls图解显示为火山弧造山带性质；Qm-P-K图解显示碎屑物源主要落在来自成熟度或稳定度增高的陆块物源。综观上述三角图解，研究区日贡拉组的物源区构造背景基本上是属于大陆物源区的火山弧造山带，与早白垩火山岩密切相关，与岩石学特征相吻合。

3.2 砂岩的地球化学分析

3.2.1 砂岩常量元素分析

图2 研究区渐新统日贡拉组砂岩岩石学特征Fig.2 Petrological characteristics of Rigongla Formation sandstone in the work area

图3 西藏吉瓦地区日贡拉组砂岩平均碎屑成分的Dikinson三角图解Fig.3 Complementary component Dickinson triplot of the Rigongla Formation sandstone in Jiwa，Tibet

砂岩地球化学数据分析结果（表1）表明：日贡拉组碎屑岩的w（SiO2）变化范围不大（64.09%～74.17%，平均为69.86%），说明砂岩中石英或富含SiO2的矿物或岩屑含量略偏高；日贡拉组碎屑岩源区为长英质岩石，富 Al2O3（w（Al2O3）为8.82%～13.47%，平均为11.25%），与砂岩中的岩屑如绢云粉砂板岩、绢云板岩、及黏土矿物等富铝矿物有关；日贡拉组碎屑岩贫TiO2（w（TiO2）平均为0.49%）、P2O5（w（P2O5）＜0.15%）、MnO（w（MnO）＜0.07%），K2O/Na2O偏低（一般为0.27～1.16，平均为0.48）。Cox［7］研究表明，K2O/Al2O3值可区分细碎屑岩物源区岩石的矿物成分：当K2O/Al2O3值小于0.40时，母岩中碱性长石含量较少。日贡拉组砂岩的 K2O/Al2O3值为0.10～0.19，均小于0.40，说明母岩中碱性长石的质量分数较低，与砂岩镜下鉴定结果相符。沉积物中Al2O3/TiO2值为19.00～28.00，物源为安山质和流纹质岩石［8］。本组样品的Al2O3/TiO2值大多介于其中，平均为23.70，结合本区的地层格架，日贡拉组物源主要来源于早白垩火山岩。

3.2.2 稀土元素分析

稀土元素参数有非迁移性，受后期的影响较少，在地质过程中较稳定［9－11］，其配分曲线模式可以真实地反映母岩特征和物源区的构造性质。通过日贡拉组沉积岩与围岩早白垩火山岩稀土元素配分曲线对比，二者形态相似，各组样品显示非常一致的趋势（图4），表明它们基本来自相同的物源。日贡拉组砂岩 LREE/HREE 值为8.14～10.18，平均为9.07，均表现为轻稀土元素富集、重稀土元素亏损和Eu负异常的特征，说明其物源主要来自于上地壳；早白垩火山岩LREE/HREE值为5.78～16.15，平均为10.52，但是早白垩火山岩明显比日贡拉组砂岩稀土总量富集，且有中等的Eu负异常，而日贡拉组砂岩具有很弱的Eu负异常，通常认为长英质岩石通常具有较高的LREE/HREE，显示Eu负异常。结合本区的的日贡拉组和早白垩火山岩2组样品总体表现出的相关性及其都具有较高的LREE/HREE和弱的负Eu异常等特征，反映研究区日贡拉组砂岩物源为长英质岩石，与早白垩酸性火山岩有密切的关系。

3.2.3 微量元素分析

微量元素特别是高场强元素，它们的组合及比值往往受沉积过程中的影响较少，对确定源区母岩有重要的指示意义。将日贡拉组砂岩微量元素比值同大陆上地壳、下地壳和洋壳中微量元素的比值相比较（表2），可见本区微量元素比值与大陆上地壳微量元素比值较为接近，指示砂岩物源来自于大陆上地壳。将微量元素数据与上地壳平均值标准化后作出蛛网图（图4b），结果表明，K、Ti偏高，Ta、Nb具弱的负异常，其他微量元素含量与上地壳微量元素的含量基本一致。

图4 研究区砂岩稀土元素配分模式图（a）及微量元素上地壳岩石标准化模式图（b）Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns（a）and upper crust normalized trace element spider diagram of sandstone（b）in the work area

表1 日贡拉组砂岩常量和微量元素分析数据Table 1 Analytical data of major elements and trace elements in Rigonglazu Formation sandstone

表2 日贡拉组砂岩元素质量分数比值Table 2 Element ratios of Rigongla Formation sandstones

根据研究，沉积物源为未切割型岛弧的砂岩以低含量的La、Th、U和Hf为特征，物源为被动大陆边缘和碰撞造山带（裂谷型大陆边缘和边缘盆地）的砂岩以高含量的La、Th、U和Hf为特征，而沉积物物源区是切割型岛弧的砂岩，且来自切割岛弧的长英质火山物质的元素其含量介于二者之间。结合本区测定的La、Th、U和Hf的含量，表明日贡拉组砂岩为切割型岛弧物源区。为进一步揭示源岩的属性，利用La/Th-Hf源岩属性判别图解［14］对研究区日贡拉组砂岩的源岩属性进行分析（图5），发现样品大部分落入长英质物源区，有极少量的古老沉积物的混合，说明其物源主要来自于上地壳长英质源区。砂岩岩相学研究表明，研究区日贡拉组砂岩的结构成熟度和成分成熟度较低，说明在源区碎屑物质被快速剥蚀，离开源区后经短距离运移并近源快速堆积。区域资料显示，拉萨地块中北部广泛分布白垩纪岩浆活动，早白垩世中期火山岩主要为则弄群和多尼组地层中的火山岩夹层。对其成因有不同的认识：主要有早期新特提斯洋壳由南向北低角度俯冲［15］，然后再高角度反向旋转，直至最后发生拆沉［16］；或班公湖—怒江洋壳向南、新特提斯洋壳向北的双向剪刀式俯冲模式［17］。措勤—申扎火山岩浆弧带为强烈的火山活动时期，前人区调工作划分为始新统帕那组，本次火山岩锆石U-Pb年龄厘定为早白垩世（未发表资料）。早白垩火山岩很有可能作为物源，进一步沉积了渐新世的日贡拉组。Bhatia等［18－19］认为，砂岩的微量元素，尤其 La，Th，Y，Zr，Ti，Co和Ni等在研究砂岩物源区和判别构造环境上作用很大，并提出了可以区分形成于海洋岛弧、大陆岛弧、活动大陆边缘和被动大陆边缘砂岩的图解（图6）。从研究区日贡拉组和早白垩火山岩的 La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10两个图解可以看出：样品点主要落在大陆岛弧区，极少数点落在活动大陆边缘和被动大陆边缘区域。结合砂岩的（Fe2O3＊＋MgO）-TiO2图解推测，日贡拉砂岩主要形成于弧后盆地。为进一步分析源区的构造环境，将日贡拉组砂岩的稀土元素含量同其他构造背景砂岩进行比较（表3），指示出日贡拉组亲近大陆岛弧环境，物源来自于切割岛弧。在Rb/30-Hf-3Ta图解（图6）中，早白垩火山岩全部落在火山弧区，结合其稀土微量元素，反映出早白垩火山岩产出于火山弧环境，长英质火山岩很可能是幔源基性岩浆的热量促使地壳物质脱水发生重熔的产物，岩浆作用记录了从班公湖—怒江洋壳南向俯冲及雅鲁藏布江洋壳北向俯冲双重制约过程。

图5 研究区日贡拉组砂岩La/Th-Hf判别图解Fig.5 La/Th-Hf discrimination diagrams of Rigongla Formation sandstone in the work area

4 重矿物分析

重矿物是研究物源区母岩的重要指标，水动力条件和埋藏成岩作用对重矿物分析有着重要的影响，其组合及指数分析是物源区分析的重要方法和手段，可以判断物源区的母岩类型和构造背景，推测沉积物的搬运距离，确定物源方向［20－21］。如：ZTR指数（w（锆石）＋w（电气石）＋w（金红石）），普遍用于指示沉积物搬运距离和物源方向；ATi指数（100×w（磷灰石）/（w（磷灰石）＋w（电气石））），用于判断物源为火山岩的样品数量和风化程度；GZi指数，（w（石榴子石）/（w（石榴子石）＋w（锆石）））旨在分析是否存在角闪岩或麻粒岩物源。这些指数可以更加准确地对物源的信息做出判断［22－23］。

4.1 重矿物特征

本区10件日贡拉组和4件早白垩火山岩重矿物分析数据表明：锆石、磷灰石、金红石、电气石、石榴子石、赤褐铁矿、磁铁矿几乎出现在所有样品中，并且早白垩火山岩和日贡拉组沉积岩中重矿物类型含量分布较一致。其中主要重矿物质量分数分别为：锆 石 （0.55% ～22.86%）；磷 灰 石 （0.07% ～3.26%）；金 红 石 （0.02% ～0.37%）；石 榴 子 石（0.60%～3.34%）；赤褐铁矿（39.37%～90.71%）；磁铁矿（0.31%～35.11%）。本区重矿物以赤铁矿＋磁铁矿、锆石、电气石、石榴子石为主，反映物源中酸性岩浆岩成分增加，其中沉积指相矿物赤褐铁矿占绝对优势，指示日贡拉组沉积岩形成时为气候干旱、水体较浅的富氧环境。锆石分为2种类型：其一为黄粉色，约占总数的80%以上，半自形柱状、次滚圆柱粒状、断柱状，透明，弱金刚光泽，高硬度，表面较光滑，断口有溶磨痕迹，伸长系数以1.2～2.5为主，2.5～3.5少许，粒径以0.02～0.05mm 为主，该锆石磨圆度较低—中等，分选性较好，搬运痕迹不太明显，指示该锆石距母岩区较近；其二为玫瑰色，占少数，表面从较光滑→较粗糙呈过渡状，断口有溶磨痕迹，高硬度，伸长系数以1.0～1.5为主，粒径以0.02～0.05mm为主，该锆石磨圆度较高，分选性较好，搬运痕迹略显。重矿物ZTR指数较小，为

0.60～23.93，平均为6.70，指示岩石结构成熟度差，搬运距离很近；ATi指数为3.0～47.0（平均为17.2）；GZi指数为4.2～64.6平均为25.42。稳定系数较低指示构造活动较强烈，水动力较强。

表3 各种构造背景下砂岩的REE参数［10］Table 3 REE geochemical parameters of sandstone in different tectonic settings［10］

图6 西藏吉瓦地区早白垩火山岩和日贡拉组构造环境判别图Fig.6 Trace element triplot of the Early Cretaceacs volcanic rocks and Rigongla Formation in Jiwa area，Tibet

4.2 重矿物相关性分析

不同物质来源的重矿物组合有着不同的数据结构，每个样品所包含的不同重矿物信息是有差异的，因此，利用多元统计分析原理可以对重矿物样品进行相关分析，从而得出各种矿物之间的亲疏关系以判断岩石类型。分析结果显示有3类矿物组合（表4，图7）：第一类为锆石＋电气石组合，二者相关系数较高，为0.79，除磷灰石外与其他重矿物皆为负相关，该类型为稳定重矿物组合，反映母岩类型火山岩；第二类为磷灰石＋金红石＋磁铁矿＋石榴子石组合，磷灰石与金红石相关系数为0.80，与磁铁矿为0.62，磁铁矿与石榴子石相关系数为0.82，本类为稳定—较稳定矿物组合，说明矿物来源主要为火山岩，其次可能为变质岩；第三类为赤褐铁矿，该重矿物虽然含量占绝对优势，但与其他重矿物皆为负相关性，说明其来源可能主要与沉积成岩过程中的成岩环境有关。

5 找矿意义

图7 日贡拉组石英砂岩重矿物R型聚类谱系图Fig.7 R-type cluster plots of the heavy minerals identified in Rigongla Formation

通过野外地质调查，矿化赋存在日贡拉组浅灰黑色岩屑砂岩及含砾砂岩地层中，主要为一个由退积到进积的沉积旋回，含矿层位在该旋回基本结束的高水位沉积层下部韵律顶部。这一时期，是水动力条件最弱，最有利于成矿元素富积的时期。成矿物质来自相对隆起的火山岩剥蚀区。矿体展布与地层方向一致，受层位控制明显。矿化体主要为层状，少量为脉状、透镜状。矿化体长为318～400m，宽为0.5～5.0m。孔雀石化发育。矿石呈块状构造，中—薄层状，层理不太发育。矿石矿物主要为孔雀石、蓝铜矿、黝铜矿等。已完成的探槽化学分析结果显示，Cu的品位为2.0%～7.5%，Ag的品位为10～20g/t，Au的品位为0.1～0.2g/t。赋矿地层为渐新统日贡拉组一套陆源碎屑建造，岩相学表明其岩屑主要成分为酸性火山岩，主体为流纹岩和流纹质熔结凝灰岩，碎屑的成分与围岩早白垩火山岩的岩石组合一致。微量元素特征和重矿物组合特征表明，早白垩火山岩很可能是含矿岩系的碎屑供应者，并且与之相邻的早白垩火山岩也发现了铜银矿化线索。结合水系沉积测量和土壤化探测量可知，其具有很高的铜银丰度值，因此倾向认为围岩早白垩火山岩是提供成矿的物质来源。1∶25万热布喀幅区域资料［24］显示，吉瓦地区存在砂岩型铜矿点，日贡拉组厚度巨大，灰黑色岩层中普遍发育孔雀石化，含矿性较好。对岩石特征、物质来源的分析，为该区在日贡拉组靠近火山岩剥蚀区进一步寻找砂岩型铜矿指明了方向。

表4 日贡拉组砂岩重矿物相关系数Table 4 Rigongla Formation heavy minerals correlation coefficient

6 结论

1）岩相学研究表明，吉瓦地区日贡拉组砂岩样品主要为岩屑砂岩，结构成熟度与成分成熟度均较低，沉积物的物源区与沉积盆地之间距离较近。

2）Dickinson砂岩骨架成分分析指示，吉瓦地区渐新世日贡拉组沉积砂岩物源以火山弧造山带的物质为主，与围岩早白垩火山岩密切相关。

3）地球化学特征表明，物源主要来自于上地壳长英质源区，源岩可能为始新世早白垩火山岩，其物源区的构造背景为大陆岛弧环境。

4）重矿物特征与相关性表明，围岩早白垩世火山岩重矿物组合与日贡拉组砂岩相似，砂岩成熟度低，搬运距离较远，特征矿物指示与火山岩有关，赤褐铁矿指相矿物表明其形成于水体较浅的氧化环境。

5）赋矿层位主要集中在浅灰黑色岩屑砂岩及含砾砂岩地层中，分布在退积到进积的沉积旋回基本结束的高水位沉积层下部韵律顶部，火山岩提供了成矿物质来源，砂岩普遍孔雀石化发育，含铜品位高，具有层控的特点，具有很好的找矿前景。

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Provenance Analysis and Prospecting Significance of Oligocene Rigongla Formation in Jiwa Area，Tibet

Wang Liyuan，Zheng Youye，Gao Shunbao，Huang Liangliang，Mao Rongwei

FacultyofEarthResources，ChinaUniversityofGeosciences，Wuhan430074，China

Many detailed field surveys and comprehensive researches have been made to find sandstone copper deposit in Jiwa area，Tibet.Oligocene Rigongla formation sandstoneswere the orebearing horizon.The deposit type is strata-bound deposit.Series of provenance analysis technique，for instance，quantitative detrital minerals analysis，elementary geochemical methods and heavy minerals combination analysis，are used to explorethe provenance features and tectonicbackground of Rigongla sandstones.The main lithology is lithic sandstone with a poor sorting and psephicity and low maturation of texture.The detrital compositions hintthe main setting background of provenance is continental island arc，the geochemical characteristics are high value of siliceous，enrich in LREE，relatively depleted in HREE，and negative Eu anomalies.They all show that the provenance is closely related to acid volcanic rocks，the main setting background of Rigongla formation sandstone is continental island arc，the lithic sandstones came from felsic part of upper crust，heavy mineral combinations mainlyarehematite-limonite and magnetite，zircon，tourmaline，garnet，which were related to intermediate-acid magmatic rocks.Sandstone was deposited in dry，restricted shallow water and oxidizing environment.The morphological characteristics of zircons indicate that provenance is close to mother rocks.The correlation analysis of heavy minerals also shows that provenance is closely related to volcanic rocks.Comparingto acid volcanic rocks of the lower stratum and early cretaceous volcanic rocks in this area，trace elements and heavy mineral sreveal that the characteristics of detrital material source area were showed genetic relationship from petrology characteristics，geochemical characteristics and heavy mineral assemblages.The provenance of fragments were closely related to volcanic activities，may come from the acid volcanic rocks of early Cretaceous associated with the southward subduction of the Bangong Co-Nujiang oceanic crust and northward subduction of the Yalung Zangbo oceanic crust.Sandstone copper deposits was found in Rigongla Formation，volcanic rock provides the source of ore-forming materials.

Jiwa；Rigongla Formation；provenance analysis；Oligocene；Early Cretaceous volcanic rocks；copper deposits

10.13278/j.cnki.jjuese.201404104

P618.41

A

王力圆，郑有业，高顺宝，等.西藏吉瓦地区渐新统日贡拉组物源分析及找矿意义.吉林大学学报：地球科学版，2014，44（4）：1097-1107.

10.13278/j.cnki.jjuese.201404104.

Wang Liyuan，Zheng Youye，Gao Shunbao，et al.Provenance Analysis and Prospecting Significance of Oligocene Rigongla Formation in Jiwa Area，Tibet.Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2014，44（4）：1097-1107.doi：10.13278/j.cnki.jjuese.201404104.

2013-09-12

中国地调局地质大调查项目（1212011121250）

王力圆（1985—，男，博士研究生，主要从事基础地质、矿产勘查研究，E-mail：wangliyuan030101＠163.com

郑有业（1962—，男，教授，博士生导师，主要从事成矿规律及矿产勘查评价研究，E-mail：zhyouye＠163.com。