西藏罗仓地区昂杰组碎屑岩地球化学特征及物源

牛旭宁，丁枫，霍艳，庞艳春，徐忠彪，刘寿航，李跃



西藏罗仓地区昂杰组碎屑岩地球化学特征及物源

牛旭宁，丁枫，霍艳，庞艳春，徐忠彪，刘寿航，李跃

（成都理工大学地球科学学院，成都 610059）

西藏罗仓地区昂杰组受控于班公湖-怒江缝合带和雅鲁藏布江缝合带，构造环境较为复杂，主要通过常、微量和稀土元素的地球化学特征，探讨了研究区的物源和构造环境，通过常、微量和稀土元素的指示作用，以及与其相邻相似地层拉嘎组、永珠组做了横向的对比，得出结论：研究区主要处于被动大陆边缘向主动大陆边缘过渡的晚期，海水逐渐变浅，沉积环境为海陆过渡相，物源区主要为沉积岩区，物源来自于上地壳，成分主要为长英质和少量古老沉积物成分夹杂少量基性物质。

昂杰组；碎屑岩；地球化学特征；罗仓地区

罗仓地区位于冈底斯西段，研究程度较低，前人对其研究也仅仅局限于中生代的沉积地层，且在认识上达到了高度统一，而对于罗仓地区下部古老的沉积地层，研究甚少。

周羽漩等、姚建新等、詹立培等、纪占胜等[1，2，3，4]从地层古生物方面确立了昂杰组的时代为早二叠世，部分时期出现古生物混生现象。李祥辉，王成善等[5]认为晚石炭—早二叠世形成浅海陆棚冰海裂谷—孤台格局，在昂杰组沉积期，裂谷夭折，冰水从裂谷带向北退出，并沉积了一套较薄的碳酸盐与陆源碎屑相混的沉积—昂杰组。王绍兰等[6]以沉积相的角度分析：昂杰组属冈瓦纳石炭纪一二叠纪冰川末期的边缘海沉积，其沉积环境与短周期小规模近岸冰川活动有关。朱利东等[7]则比较详细的介绍了西藏措勤地区石炭纪­-早二叠世古地理演化，初步确定了研究区在早石炭世由于受南北向拉张的构造运动，形成了陆棚海一斜坡一深海盆地的古地理格局，晚石炭世拉张达到鼎盛，其后的早二叠世主要发育了稳定陆棚海沉积。前人的研究着重在沉积环境和沉积相分析上，在一定程度上具有契合性：昂杰组时代为早二叠世，沉积环境为海相沉积。而对于昂杰组的物源类型、物源区的位置研究颇少。

1 区域地质概况

1.1 区域构造特征

措勤盆地位于班公错一怒江缝合带和雅鲁藏布江缝合带之间的冈底斯一念青唐古拉地体的中西部。北以班公错一怒江缝合带南界断裂为界与羌塘盆地相接，南以雅鲁藏布江缝合带北界断裂为界，东至比如盆地的西边界，向西延至国境边界，南北宽约130km，东西长约700km，近东西向长条状展布的中、新生代盆地[10]，措勤盆地经历了多期多阶段构造运动的影响，班公湖－怒江缝合带和雅鲁藏布江缝合带控制着措勤盆地的形成和发展（图1角图）。研究区分布于措勤盆地的东部，主要发育有一条近东西向的断裂和克弄复式向斜[8]、赤马村向斜。而昂杰组主要位于克弄复式向斜的北翼和赤马村向斜的核部。昂杰组呈狭长条带状分布，其周围分布有上石炭统—下二叠统的拉嘎组一段和二段的板岩、粉砂岩和冰筏砾岩。其上覆有第四系洪冲积物和冲积物、湖沼堆积等，在研究区南东部均分布有不等面积的酸性侵入岩。样品均采集于昂杰组与第四系冲积物的界线附近（图1）。

图1 研究区大地构造图

1.2 碎屑岩岩性分析

下二叠统昂杰组（P1）主要为一套陆源碎屑岩沉积地层，岩性主要为灰色、深灰色变钙质含砾岩屑砂岩，石英砂岩、变钙质石英砂岩夹灰色、深灰色中－薄层灰岩、生物碎屑灰岩，灰岩和钙质粉砂岩风化后呈褐色，岩石变形较为强烈，所采集岩石均具有弱变质现象，呈它形晶结构，部分出现聚片双晶，块状构造。昂杰组整体以灰色、黄灰色碎屑岩为主，岩石的分选性、磨圆度不一。基岩出露较少，岩石的风化剥蚀较为强烈（图2A）。岩石的类型以变钙质含砾岩屑砂岩为主，砾石的成分多为硅质夹杂少量泥质成分，砾石的磨圆度较好，分选性一般（B）。此外在岩石薄片中出现碳酸盐矿物充填在裂隙中，部分出现交代石英作用（C），石英颗粒大小不一，分选较差，出现弱定向作用（D）。罗仓地区昂杰组底部以中薄层灰岩与下伏拉嘎组二段分界，测区昂杰组出现在赤马村向斜核部，未见顶，据尼玛县加让下二叠统昂杰组实测剖面，其厚度可达 341.4m。区域上该组从北向南厚度变小、粒度变粗。研究区昂杰组出露厚度较小。从其岩性及层序分析，其沉积环境为海相沉积。

图2 A.昂杰组野外宏观照片 B.昂杰组含砾砂岩C.变钙质含砾岩屑砂岩 D.变钙质含砾岩屑砂岩

2 碎屑岩地球化学特征

2.1 样品的采集与分析

本次研究主要针对西藏罗仓地区昂杰组，采集样品4块，样品的岩性主要为长石石英砂岩和长石砂岩，样品分析测试由西南冶金地质测试所完成，常量元素为X荧光光谱分析，重量法、滴定法测试。微量元素和稀土元素均利用NexLON 300x ICP-MS离子质谱仪采用质谱法测试，精确度高、准确性好。

陆源碎屑岩的化学成分常是源区性质、剥蚀和搬运过程的反映。它们的地球化学，特别是REE和Zr、Th、Sc、Y等一些微量元素，由于他们在风化、搬运、沉积过程中相对是非迁移的，因此他们提供了物源区成分的信息，并且包括物源区地质体成分随时间变化的信息[9]。

图3 旋转空间中的成分图

2.2 常量元素特征

主元素分析数据见表1。所有砂岩样品中SiO2、TiO2、Al2O3、TFeO、MgO、CaO含量（%）平均：78.33、0.21、7.63、3.65、0.2、2.69，SiO2含量占绝对优势，CaO、MgO、TiO2含量偏低。Al2O3/SiO2值可作为碎屑沉积物成熟度的指标。昂杰组碎屑岩的Al2O3/SiO2值在0.05~0.17之间，平均值为0.099。说明碎屑岩的成分成熟度较高。

表1 罗仓地区昂杰组碎屑岩化学成分（%）

样品编号样品名称SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2OTiO2MnOP2O5LOIMgO/Al2O3 BPM141-14-2变钙质含砾岩屑砂岩73.2812.701.272.280.110.532.655.480.040.050.011.020.01 BPM141-15-279.799.392.771.870.250.490.152.110.380.090.112.280.03 BPM141-8-2钙质石英砂岩73.353.461.351.640.259.410.940.410.230.160.048.130.07 BPM141-30-2石英砂岩86.914.983.281.020.170.320.090.980.180.040.091.840.03 平均值78.337.632.171.700.202.690.962.250.210.090.063.320.04

沉积岩中常量元素（氧化物）的分布间接指示着当时的沉积环境，通过对其含量分析研究，总结常量元素分布规律，对该区沉积环境进行一定的指示。对各元素相关系数的分析[11]，可以了解各元素的富集机制及相互依存关系，间接指示沉积环境的变化。分析结果见表2、表3、图3所示。

表2 样品各组分及相关系数

表3 旋转成份系数

由表1可看出SiO2总体含量偏高，CaO与MgO含量较低，SiO2与CaO呈弱负相关关系，与MgO无明显的相关性（表2），说明沉积环境中陆源物质的存在对碳酸盐岩矿物的沉淀没有明显的影响。主元素SiO2+Al2O3+Fe2O3+MgO+MnO+Na2O+ K2O+P2O5与CaO含量呈负相关关系，相关系数为-0.997，说明这些元素基本来源于陆源碎屑组分，其性质及所指示的源区背景代表了源区陆源碎屑属性[12]。此外，这种负相关关系反映了碎屑岩中的碳酸盐岩颗粒为继承性碎屑岩而非成岩形成的，因为成岩作用形成的碳酸盐岩会导致两者发生离散[12]。

K2O与Al2O3呈明显的正相关关系，他们主要赋存于陆源泥质中，与粘土有关，K是伊利石粘土的主要组分，Al易被吸附于粘土矿物中，也是粘土矿物的主要组分。Al2O3与K2O的平均含量较低，说明研究区陆源泥质含量较低。

P2O5是海水深度的指示标志，其含量高低代表了海水深浅的变化，可用来判别沉积环境。P2O5含量随海水深度的逐渐增加而增加，地球化学和海洋化学的大量测定表明海水中的磷是不饱和的，浓度很低，不能从海水中以无机方式直接大规模地沉淀出来。海水中 P 的直接物源是含磷的陆源碎屑和富含磷质的海洋生物[13]。研究区P2O5的平均含量较低，平均含量为0.06%，说明沉积区海水深度较浅。

镁铝比值M=100×MgO/Al2O3是根据沉积岩中 MgO的亲海性及Al2O3的亲陆性特征而建立的[11]。沉积环境由淡水向海水过渡时，M 值会随着水体盐度的增加而逐渐增大：淡水沉积环境M值小于1，陆海过渡性沉积环境M值在1～10，海水沉积环境M值在10～500，陆表海环境M值大于500[14]。M在1~7之间波动（表1），平均值为4，表明该时期沉积环境为海陆过渡环境。

Fe主要赋存于粘土矿物中，代表了陆源泥质，且极易被氧化，故海洋中Fe多富集于滨浅海地区，而海水中Mn以Mn2+的形式稳定存在，可以出现在半深海-深海地区，甚至聚集在大洋的洋底[15]，其含量随海水深度的增加而增高。因此海水中Fe、Mn含量变化可判别沉积环境。由表2可知MnO与Fe2O3呈弱负相关关系。这恰好与Mn、Fe的化学性质相符合，根据表1中MnO的平均含量为0.09%，TFeO含量为3.65%，说明沉积环境不可能是半深海-深海环境。

图4 昂杰组碎屑岩微量元素原始地幔标准化蛛网图

Ba、P2O5、Fe2O3、SiO2具有很好的相关性，MnO、Sr、CaO、MgO相关性很好（表3、图3），Ba、P、剩余Si的大量富集可以说明古生产力较高，而古生产力较高的地区，Fe易大量富集，根据主微量元素含量表的显示，三者的含量较低，说明研究区的古生产力较低。MnO、Sr、CaO、MgO易在深海富集，Mn易在氧化还原界面大量富集，由于4种元素含量较少，说明研究区沉积深度较浅。

根据主量元素判别图解（图5）显示，样品点大致都均匀落在活动大陆边缘和被动大陆边缘的交界面附近，根据其所处的大地构造位置和岩性综合判断，研究区构造环境为被动大陆边缘向主动大陆边缘的过渡的晚期。

图5 构造环境判别图解

2.3 微量元素特征

控制和影响碎屑岩中微量元素分布的因素非常复杂，但是在一定区域内其变化主要取决于岩石成分，而岩石成分是古地理环境的必然产物，因此微量元素的变化规律可作为划分沉积环境的标志[16-17]。

西藏罗仓地区昂杰组碎屑岩微量元素Hf、Nb、Ta、Th、U含量较少，Ba、Rb、Sr、Zr相对含量较高（表4），与原始地幔相比Ba、Nb、Sr、Nd、P、Ti具有明显的亏损，La、Zr具有较为明显的富集，而Rb、Ce、Y、Yb、Lu含量没有明显变化情况，与上部陆地壳相比，Rb、Sr、Nb、Ba、U大部分元素具有亏损现象， Zr元素含量和大陆上地壳相似（图4和表4）。

表4 罗仓地区昂杰组碎屑岩微量元素含量（×10-6）

Sr是研究海相环境的重要元素之一，也是海水深度的指示标志，与多数常量元素（主要为Ca、Mg、Mn氧化物）也呈较好的相关关系（图3及表3），反映出随着海平面的逐渐上升陆源物质的供给也越充足[11]。根据溶液中 Sr、Ba 的迁移能力及其地球化学性质，由淡水进入海水时，陆源的Ba到达海水中容易沉淀且靠近海岸附近，而Sr比Ba迁移的远，Sr主要富集于海水和大洋水中。故沉积物中的 Sr/Ba 值可以反映沉积水体的相对深浅及沉积环境。研究区Ba、Sr含量大致相当，且Ba与P2O5、Fe2O3相关性好，Sr与CaO、MgO、MnO相关性好，相对于上部陆壳来说，其含量明显偏低，说明沉积区靠近海岸附近。Sr/Ba 及其变化范围普遍较小（表4），依据常用的Sr/Ba值大于1.0为海相、0.5～1.0为半咸相、小于0.5为微咸水相的标准，研究区Sr/Ba的比值为0.18~7.8，其中微咸水相和海相的样品比例为1∶1，说明研究区昂杰组可能为微咸水相-海相的过渡环境。

Rb 主要与浮游和固着的藻类有关，在海相沉积岩中，主要以硅酸盐态赋存于粘土、云母等细粒或轻矿物中，易沉淀于低能环境[18-19]，离岸越远含量相对越高，其值可反映水体深浅的变化，据表4所示，样品中Rb的含量相对较少，说明碎屑岩沉积时离海岸较近。

锆（Zr）是典型的亲陆惰性元素，主要以锆石等稳定重矿物形式沉淀于滨、浅海区，碎屑岩中Zr含量常被作为指示物源区远近或海岸线的标志[20]。我国浅海沉积物的研究表明[19]，Zr常在砂中富集，而泥沉积区是Zr的低值区。这些说明Zr的高值总是与粗粒沉积岩相对应，反映出高能环境。研究区内Zr的含量变化较大，说明研究区可能处于高能与低能转化的阶段。

U和Th在沉积物中的含量取决于沉积环境的氧化还原电位，Th含量不受氧化还原条件的影响，而U易在强还原条件下存在。Jones[21]等对西北欧晚侏罗世沉积古氧相地球化学特征后认为：U/Th>1.25反映厌氧环境，U/Th<0.75指示富氧环境，而比值介于之间为贫氧环境。样品中U/Th比值在0.15~0.30之间（表4），δEu>1为缺氧环境，δEu<1为富氧环境，研究区δEu为0.6（0.11~0.88），而对于Ce元素来说，若Ce表现为正常或正异常为缺氧环境，若Ce表现为负异常为富氧环境[21]，而根据微量元素标准化蛛网图（图4）可说明：Ce为正常或微弱的正异常，综合来看，研究区沉积环境可能在富氧环境。Zr/Rb的比值可以研究水动力条件的强弱，在相对动荡的环境中，比值较高，在静水或低能环境，Zr/Rb值较低。研究区内Zr/Rb相对较低，可能指示研究区水动力条件较弱，此外Zr/Rb值和Zr含量在同一层位的低背景值上出现异常高值可能暗示着快速沉积的存在[22]。

根据La、Th、U、Hf、Th/U、La/Th等在不同构造区所显示的含量的差别，划分出不同的源区和源岩性质。罗仓地区昂杰组的微量元素特征与构造性质为弧间盆地特征、源区为切割的岩浆弧，源岩性质为英安岩和沉积岩较为相似，但不排除未切割的岩浆弧以及构造高地和再循环造山带的影响。

2.4 稀土元素特征

稀土元素和微量元素在沉积物中富集取决于物源、风化作用、成岩作用、沉积物的搬运分选和个体元素的水动力地球化学性质的综合影响。稀土元素是分析沉积物源区的非常重要可靠的指标[23]。稀土元素总是被认为非迁移的，在沉积作用过程中仅仅显示微小的变化，在源区岩石中的丰度以及源区的风化条件是控制沉积物中稀土元素的主要因素，而像搬运、沉积和成岩这些沉积时和沉积后的作用对于沉积物中稀土元素的含量是微不足道的，因此，源区岩石稀土元素特征能够被可靠地保存在沉积物中[9]。

砂岩的稀土元素含量被广泛用作判别源区岩石的主要标志。研究区昂杰组碎屑岩REE含量（ug/g）如表5所示。因球粒陨石中的稀土元素组成被认为未发生分异作用，因此为了更好的展示研究样品相对于球粒陨石的分异情况和展示稀土元素之间的分异特征，用球粒陨石值标准化的稀土元素组成模式图进行分析[24]（图6）。

图6 稀土元素球粒陨石标准化分布型式图

图7 稀土元素球粒陨石标准化分布型式图

样品中ΣREE在83.46×10-6~155.38×10-6（平均值为118.15×10-6），δEu异常为0.6（0.11-0.88），δCe异常为0.93（0.75～1.27），LREE/HREE=6.24（2.83～8.32），显示出轻稀土元素较为明显的富集（表5），从具体的岩石类型上看，长石砂岩的ΣREE含量较长石石英砂岩高，但LREE/HREE比值却小于长石石英砂岩。

表5 罗仓地区昂杰组碎屑岩REE含量（×10-6）

从稀土元素分布型式图上，轻稀土相对富集（LaN/YbN：1.99~12. 55），重稀土相对亏损（Tb/Yb：0.27~0.4），稀土元素标准化模式图，分布趋势具有右倾性[25]（图6）。源自上地壳的稀土元素表现出富含轻稀土，重稀土含量稳定及负的Eu元素异常等性质，而下地壳中Eu元素富集。研究区内轻稀土较为富集，重稀土含量稳定，较弱的负Eu异常，说明碎屑岩的物源可能来自于上地壳。同时研究区的稀土元素球粒陨石标准化分布型式图更接近于活动边缘，其中一个样品的稀土元素标准化分布型式图更接近于被动陆缘（图7），所以从总体上反映昂杰组碎屑岩沉积是在被动陆缘向活动陆缘过渡晚期的构造环境下堆积的产物。

3 物源探讨

研究区的样品的采集具有一定的代表性，较好的反映了研究区一定的岩石特征。研究区样品为长石石英砂岩、长石砂岩。图8显示出碎屑岩物源区主要为沉积岩区、火山岩区，而样品主要集中在火山岩区和沉积岩区的结合部位，图9显示出样品数据主要集中长英质源、混合长英质/基性源，夹杂一些古老沉积物成分，综合考虑研究区周围的环境和位置，研究区的物源应该主要是沉积岩区，可能会夹杂着古老的沉积物成分。

图8 昂杰组碎屑岩SiO2-TiO2物源判别图解

图9 昂杰组碎屑岩Hf-La/Th物源判别图解

通过以上常、微量以及稀土元素的综合分析可以大体判断西藏罗仓地区昂杰组碎屑岩产于被动陆缘向活动边缘过渡晚期的弧间盆地，因昂杰组处于及其特殊的世界冰川时期结束时，气候上升，古特提斯洋壳向南俯冲导致大型断裂和褶皱的出现。为了验证这一结论的可靠性可以通过横向的对比研究。永珠组和拉嘎组处在研究区附近，且岩性类似。永珠组（C1y）岩性为一套黄灰色中－薄层状中－细粒石英砂岩、长石石英砂岩、粉砂岩、含砾不等粒石英砂岩、灰绿色粉砂质泥（页）岩不等厚互层，夹生物碎屑灰岩及极少量的砾岩各种岩性多组成向上变细的旋回[26]。拉嘎组（C2-P1l）岩性为灰色、灰绿色中－厚层状含砾不等粒长石石英杂砂岩、长石石英砂岩、含砾砂岩与灰绿色薄层状粉砂质钙质泥岩的不等厚互层，夹灰色中－厚层状砾岩、石英粉砂岩，并以最底部的含砾岩层作为与下伏永珠组的分层标志，各种岩性多构成下粗上细的旋回[8]。在岩性方面，永珠组、拉噶组、昂杰组整体呈现出下粗上细的两组旋回，研究区覆盖于昂杰组之上的地层是典中组（E1d），典中组岩性主要为一套中酸性火山碎屑岩，说明沉积环境经历了1次交替型的变化，昂杰组处于交替的末端。根据其沉积特征，永珠组处于被动大陆边缘裂谷构造背景下，并由被动陆缘向主动大陆边缘转化初级阶段，沉积环境主要为陆棚和近邻滨海相环境。拉嘎组基本反映了浅海-滨浅海过渡的冰水沉积[27-28]。同时拉嘎组、永珠组、昂杰组同处于第三构造层，印支运动和海西运动爆发期，且就世界格局来说，整体处于石炭末－二叠初的大冰期，冈瓦纳古陆以北的广阔海域成为冈瓦纳大陆北缘最大的冰海沉积区，措勤盆地所处的地区一直持续向北漂移[8]。在泥盆纪-石炭纪末，古特提斯洋拉张，海水有变深的趋势，从二叠系的分布和构造环境看，早二叠世-早三叠世冈底斯西段措勤盆地所处的构造环境经历了从拉张-挤压-再次挤压，冈底斯地块上升，海水变浅-挤压继续-海西晚幕运动-古生界褶皱基底形成[8]。昂杰组处于下二叠统与永珠组、拉嘎组同处于相对稳定的环境，整个过程显示了海退的现象。

4 结论

结合地质事实和野外的资料以及地球化学特征，总结出以下结论：

1）昂杰组处于被动陆缘向活动陆缘过渡晚期的弧间盆地，沉积环境主要为海陆过渡环境。

2）源区为切割的岩浆弧的沉积岩区，但不排除未切割的岩浆弧以及构造高地和再循环造山带的影响。物源来自于上地壳，成分主要为长英质和少量古老沉积物成分夹杂少量基性物质。

注释/notes

①成都理工大学地质调查研究院.2015.西藏1:5万罗仓地区（H45E010005、H45E010006、H45010007、H45E01007）4幅区域地质矿产调查报告（未刊资料）

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Geochemistry and Provenance of Clastic Rock of the Angjie Formation in the Luocang Region, Tibet

NIU Xu-ning DING Feng HUO Yan PANG Yan-chun XU Zhong-biao LIU Shou-hang LI Yue

（College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059）

The Angjie Formation in the Luocang region, Tibet is controlled by the Bangong Co-Nujiang suture zone and Yarlung Zangbo River suture zone. This paper deals with provenance and tectonic setting of the Luocang Region based on Geochemistry of major, minor elements and REE of the clastic rock of the Angjie Formation. The study indicates that the Luocang region in the Tertiary lay in the later stage of transition from passive continental margin to active continental margin with the provenance of sedimentary rock and upper crust-derived material consisting mainly of felsic rock associated by a small amount of basic rock.

Angjie Formation; clastic rock; geochemical characteristic; Luocang region, Tibet

P632

A

1006-0995（2016）03-0465-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.03.028

2015-10-14

本项目由西藏1：5万罗仓地区（ H45E010005、H45E010006、H45E010007、H45E011007） 4 幅区域地质矿产调查项目（项目编号1212011221067）；成都理工大学地球科学学院资源勘查工程“国家级卓越工程师计划”项目（项目编号14Z003-14, 13Z002-07）资助

牛旭宁（1992-），女，河北人，成都理工大学地球科学学院，资源勘查工程专业