藏南马扎拉地区玄武岩地球化学特征、成因及其地质意义

董 磊,李光明,李应栩,代作文

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

藏南马扎拉地区玄武岩地球化学特征、成因及其地质意义

董 磊1,李光明1,李应栩1,代作文2

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

西藏东南部特提斯喜马拉雅带东段的遮拉组(J2z)中出露有大量的玄武岩,其地球化学特征对了解该地区中侏罗世的构造背景具有重要意义。本文在详细的野外工作基础上，对发现于马扎拉地区遮拉组的玄武岩进行了地球化学研究。全岩主量元素及微量元素地球化学特征显示，玄武岩属钙碱性系列，SiO2含量为47.50%～50.61%，具有高钾(K2O平均为0.61%)、高钛(TiO2平均为4.02%)、高磷(P2O5平均为0.52%)等特点;轻、重稀土元素分馏较为明显(∑LREE/∑HREE=7.30～7.58),(La/Yb)N比值平均为7.94，富集大离子亲石元素(LILE)如Ba、Th和高场强元素(HFSE)如Nb、Ta、Zr、Hf，呈现出典型洋岛玄武岩(OIB)的地球化学特性。岩浆源于主要由石榴石橄榄岩组成的富集地幔发生10%左右部分熔融的产物，岩浆上升过程中未受到明显的地壳混染。结合区域地质资料，初步认为马扎拉玄武岩应为被动大陆边缘地幔柱或热点的产物。

玄武岩；地球化学；被动大陆边缘；地幔热柱；马扎拉；藏南

引言

玄武质岩浆多直接来源于上地幔，并可产于多种构造环境中，研究玄武岩对于反演地幔物质成分、分析构造环境和地球的深部动力学均具有重大意义[1]。对特提斯喜马拉雅南部玄武岩地球化学特征方面的研究主要集中在羊卓雍错及哲古错附近[2-5]，其余地段研究程度相对较低。本次研究的马扎拉地区玄武岩位于藏南拆离系(STDS)以北的北喜马拉雅构造带(或称特提斯喜马拉雅)南部，该区域在古堆和哲古错地区发现的辉绿岩等基性岩脉的锆石SHRIMP年龄为133～140.9Ma[6-7]，辉绿岩脉的地球化学特征显示其可能为早白垩世新特提斯洋扩张引起喜马拉雅被动大陆边缘一侧裂解的产物。本文试图在详细的地质调查基础上，通过对出露在马扎拉地区的玄武岩进行系统的岩石学和地球化学研究，探讨火山岩形成、演化过程及其形成的大地构造背景，从岩浆岩方面为特提斯喜马拉雅南部的地质构造历史研究提供一些佐证。

1 区域地质特征

马扎拉地区处于西藏扎西康整装勘查区西北角，大地构造位置属北喜马拉雅构造带(或称特提斯喜马拉雅)东南部，地层分区属于康马-隆子地层分区(Ⅶ4-1)(图1)。 区域上，出露的地层以侏罗系为主, 其次为三叠系和白垩系(图1), 由老到新包括：上三叠统涅如组(T3n)，为一套浅灰色变质岩屑石英砂岩夹粉砂质板岩、板岩，局部见薄层泥晶灰岩; 下侏罗统日当组(J1r)，为一套灰黑色含炭质板岩、深灰色粉砂质绢云板岩、粉砂岩夹少量浅灰色薄层状泥灰岩, 局部见岩屑石英砂岩; 中-下侏罗统陆热组(J1-2l)，为深灰色中层状泥晶灰岩夹粉砂岩、粉砂质板岩, 灰岩与板岩常呈互层状产出; 中侏罗统遮拉组(J2z)，上部为一套致密块状、杏仁状玄武岩、块状英安岩, 底部为玄武岩、英安岩与变质粉砂岩、板岩成互层状; 上侏罗统维美组(J3w)，顶部为一套变质细粒石英砂岩、粉砂质板岩夹粉砂岩, 底部为砾岩及含砾石英砂岩; 上侏罗统—下白垩统桑秀组(J3K1s)，以岩屑石英砂岩, 粉砂质绢云板岩为主。

图1 西藏措美马扎拉地区大地构造位置图(图a据卿成实[8];图b据潘桂棠等[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)

在马扎拉地区出露的遮拉组主要为灰黑色粉砂质板岩，其间夹有规模不等的火山岩。火山岩包括安山岩、英安岩、英安质凝灰岩、凝灰岩、火山角砾岩、气孔状玄武岩、熔结凝灰岩等。其中，安山质火山岩主要发育于遮拉组下部，呈透镜状产出；玄武质火山岩主要发育于遮拉组上部，在部分地段可见砾岩、含砾石英砂岩，以及中薄层状砂岩和粉砂岩互层的维美组底部地层覆盖于玄武岩之上。

图2 马扎拉玄武岩单偏光(a)及正交偏光(b)显微照片

注:TFeO=FeO+0.8998*Fe2O3；Mg#=molar MgO/(MgO+TFeO); A.R.—莱特碱度率

2 样品采集及测试

样品取自马扎拉地区的玄武岩,采样过程中注意避开了岩石变质程度较高的地带。主要组成矿物为斜长石和普通辉石，在显微镜下可见玄武岩呈间隐结构(图2)。组分以板条状斜长石为主，含量约60%左右，玻璃质成分约30%左右，普通辉石含量约5%左右，褐铁矿等金属矿物含量为3%～5%。

常量、微量及稀土元素分析测试在国土资源部西南矿产资源监督检测中心完成，常量元素分析采用AXIOS-X荧光光谱仪测定，微量、稀土元素分析采用等离子质谱(Icap Q)完成。分析结果分别列于表1及表2中。

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素特征

马扎拉矿区玄武岩的主量元素具备以下特征：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%，全碱(K2O+Na2O)含量2.52%～2.90%， K2O/Na2O为0.21～0.42，TiO2和P2O5含量含量较为稳定，分别为3.90%～4.16%和0.51%～0.52%，MnO含量为0.081%～0.13%。玄武岩碱度率(A.R.)为1.27～1.33，平均为1.30；Mg#为36.56～44.48,平均为39.61。

在哈克图解(图3)上，马扎拉玄武岩的P2O5、Na2O、MgO、TFeO、Al2O3与SiO2没有呈明显的线性关系，SiO2只与K2O有相对明显的线性相关性，这表明玄武岩在形成过程中岩浆的结晶分异演化并不明显。

在TAS岩石分类(图4a)上，本次研究的样品投点均落在Ir线下的玄武岩区域内；在SiO2-K2O图(图4b)上，均落在钙碱性系列中。本次研究的马扎拉玄武岩应为钙碱性玄武岩。

3.2 稀土和微量元素特征

本次研究的马扎拉玄武岩样品的球粒陨石标准化稀土元素分布模式曲线均向右倾斜(图5a)。样品稀土总量为ΣREE=(234.39～253.61)×10-6，稀土总量变化较小，其中ΣLREE=(206.78～224.05)×10-6；ΣHREE=(27.61～29.86)×10-6， LREE/HREE=7.3～7.6，表明轻重稀土元素分异明显。玄武岩具有较弱的Eu负异常(δEu=0.79～1.00)。所有不相容元素的含量均高于原始地幔值，多数高出10倍以上。稀土元素球粒陨石标准化和微量元素原始地幔标准化特征与典型的洋岛玄武岩[10]特征极为相似(图5a、b)，重稀土和高场强元素Zr、Hf等元素显得更为富集。

在微量元素原始地幔标准化图上(图5b)，马扎拉玄武岩总体具有富集Rb、Ba、Th及Nb，相对亏损K、Sr及P等元素，这与弧火山岩所具有的TNT(Nb、Ta和Ti)亏损的微量元素分配特征截然不同。结合常量元素高TFeO(平均11.11%)、高TiO2(平均4.02%)、高P2O5(平均0.52%)的特征，总体也显示出与洋岛型玄武岩的地球化学特征相近[11-12]。

表2 马扎拉地区玄武岩微量及稀土元素分析数据(×10-6)及相关参数

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

4 讨论

4.1 马扎拉玄武岩形成的构造背景

马扎拉地区玄武岩发育于遮拉组(J2z)上部，现有研究表明，遮拉组玄武岩活动时限在160Ma左右[11]。其上覆地层维美组(J3w)以石英砂岩为主，夹深灰色泥岩，含有浅水波痕和浅水相遗迹化石，属典型的滨浅海相沉积[12]，为被动大陆边缘环境的沉积产物[13]。余光明等[14]认为，特提斯喜马拉雅带主体为一套古生代以来的海相沉积序列，是印度板块北缘晚三叠世以来被动大陆边缘的典型代表[15]，直到早白垩世特提斯喜马拉雅仍处于被动大陆边缘环境[3,6-7]。因此，马扎拉地区遮拉组玄武岩应产于被动大陆边缘环境。

图3 马扎拉玄武岩Harker图解

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

图4 马扎拉玄武岩TAS和SiO2-K2O(b)图解

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

本次研究样品的地球化学特征显示，马扎拉玄武岩与典型的洋岛玄武岩[11,16]相似；在Zr/Y-Zr图解上(图6a)及Ti/100-Zr-3Y图解上(图6b)，马扎拉玄武岩投点均位于板内玄武岩区域中；在Nb/Th-Nb和Ba/Nb-Ba图解上(图6c、d)，投点位于洋岛玄武岩范围中。因此，马扎拉玄武岩应产于与洋岛玄武岩类似的构造背景。

图5 马扎拉玄武岩稀土元素蛛网图(a)及微量元素蛛网图(b)(原始地幔标准化值及球粒陨石标准化值据[10])

N-MORB.正常洋中脊玄武岩；E-MORB.富集型洋中脊玄武岩；OIB.洋岛玄武岩；其数据均引自文献[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)

图6 马扎拉玄武岩不活动微量元素的构造判别图解

WPB.板内玄武岩；MORB.洋中脊玄武岩；IAB.岛弧玄武岩；CAB.钙碱性玄武岩；IAT.岛弧拉斑玄武岩;OIB.洋岛玄武岩

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

洋岛玄武岩多为热点的产物，并与地幔柱活动形成的玄武岩具有很多共同点。马扎拉玄武岩地球化学特征与具有地幔热柱成因的峨眉山高Ti玄武岩、仲巴玄武岩[17]和江孜玄武岩[11]相似，均具有较高的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玄武岩TiO2>2.5%，SiO2=45%～51%，Mg#=30～45，右倾的LREE富集型[18])。这些特征暗示马扎拉玄武岩可能与峨眉山高Ti玄武岩、仲巴玄武岩和江孜玄武岩一样，均为地幔热柱或热点成因。

综上所述，本文认为马扎拉玄武岩是一套形成于被动大陆边缘构造环境，具有洋岛玄武岩地球化学特征的玄武岩，可能为地幔热柱的产物。

4.2 岩石成因

洋岛玄武岩的源区可能与来自核幔边界的地幔柱物质、古老大洋洋壳及深海沉积物、古老大陆地壳和大陆岩石圈等混合有关[10]。因此，判断马扎拉地区洋岛玄武岩是否受到混染，对于了解其源区性质和构造演化具有重要意义。

使用不相容元素比值可以鉴别地壳物质的混染[10,19-20]。如有下部地壳物质混入，其(Th/Ta)PM值约等于1，而(La/Nb)PM值则大于1；如有上部地壳物质混入，这两个比值一般均大于2，尤其是前者值要高得多[21]。马扎拉地区玄武岩(Th/Ta)PM平均值为0.79，(La/Nb)PM平均值为1.17，显示出马扎拉玄武质岩浆没有受到地壳物质的混染。Nb和Th等易受到地壳混染，在海水蚀变及变质中较为稳定的元素可用来反映地壳混染[3]。马扎拉地区玄武岩Nb含量(32.5～37.1μg/g)远高于上部、中部和下部地壳，而Th的含量(3.76～4.41ug/g)却明显低于中、上地壳[10]，也显示出玄武岩没有遭受地壳物质的混染。

Nb、La、Ba、Th在海水蚀变及变质过程中是稳定或比较稳定的元素，其比值可反映岩浆源区的特征[22]。马扎拉地区玄武岩各元素的平均比值Ba/Nb=5.14、Ba/Th=43.54、Rb/Nb=0.35和Ba/La=4.44，明显低于地壳比值Ba/Nb=54、Ba/Th=124、Rb/Nb=4.7和Ba/La=25。La/Nb、Th/Nb和Th/La比值分别为1.16、0.12和0.10，与典型洋岛玄武岩的比值非常接近，多数位于EMⅠ型和EMⅡ型洋岛玄武岩的比值范围内(表3)，说明马扎拉地区玄武岩具有典型洋岛玄武岩的特征，其源区来自富集地幔。

表3 不同地幔储库不相容元素比值

注:大陆地壳、EMⅠ、EMⅡ数据引自文献[23]；OIB数据引自文献[10]

在La/Sm-Sm/Yb图解上(图7a)，本次研究的马扎拉玄武岩样品投影于原始地幔右上方的富集区域，靠近洋岛玄武岩，属于石榴石二辉橄榄岩约10%部分熔融产物的范围。在La/Yb-Sm/Yb图解(图7b)中，本次研究的马扎拉玄武岩样品投影于远离尖晶石橄榄岩熔融曲线而靠近石榴石橄榄岩熔融曲线区域，显示其为石榴石橄榄岩熔融10%左右的部分熔融的产物。同时，马扎拉玄武岩样品LREE、P2O5含量和La/Yb比值(10.61～11.54)较高，暗示源区可能有富含HREE的石榴子石残留[17]。

因此，马扎拉玄武岩源于主要由石榴石橄榄岩组成并发生了10%左右部分熔融的富集地幔。

图7 马扎拉玄武岩La/Sm-Sm/Yb图解(a)[24]和La/Yb-Sm/Yb图解(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 结论

(1)马扎拉玄武岩具有典型的洋岛玄武岩地球化学特征，形成于被动大陆边缘环境，可能为地幔热柱或热点的产物。

(2)马扎拉玄武岩源区为主要由石榴石橄榄岩组成的富集地幔，发生了10%左右的部分熔融，成岩过程中没有遭受地壳混染。

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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，助理工程师，研究方向为成矿规律与成矿预测方向。E-mail：donglei890712@126.com

李光明(1965- )，男，研究员，从事青藏高原区域地质与矿产地质研究。E-mail：cdlguangming@cgs.gov.cn

国家重点基础发展计划项目(2011CB403105)、中国地质调查局地质调查项目(1212010918033、12120114050701、12120113036000、12120114068501、12120115022701、12120115022801)和中国地质调查局成都地质调查中心青年科学基金(所控基2015-03)联合资助

P588.14+5

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