北喜马拉雅淡色花岗岩带岩体地球化学分析及构造意义

祁才吉

中化地质矿山总局地质研究院，河北 涿州 072754

新生代以来印度与亚洲板块的陆陆碰撞形成了宏伟的喜马拉雅造山带，沿高喜马拉雅花岗岩带（HHG）和北喜马拉雅穹窿（NHGD）分布有两条近平行的淡色花岗岩带，其完整的地质记录、良好的野外露头是研究碰撞造山过程中增厚地壳的构造演化、地壳深熔以及构造变形与浅表地质过程互动关系的天然实验室[1-2]。近些年来北喜马拉雅淡色花岗岩日益引起大量学者的广泛关注，所发表的文献也很多[3-29]，从岩石学、地球化学、年代学、构造地质学、实验岩石学等诸多方面进行了探讨，但各类探讨主要集中在单独岩体或与高喜马拉雅带间的差异对比，鲜有宏观探讨北喜马拉雅淡色花岗岩带各岩体间的差异性。

本文搜集了近些年北喜马拉雅淡色花岗岩带中自西向东的曲康义、恰足翁、马拉山、佩枯措、拉轨岗日、麻迦、苦堆、然巴（曲珍）、绒博、更惹、拿日雍措、也拉香波、打拉、确当及列麦等岩体的岩石地球化学数据，综合分析该带地球化学特征，并结合年代学数据，对源岩特征、岩体温度、形成机制及大地构造演化特征作进一步探讨。

1 区域地质背景

北喜马拉雅淡色花岗岩大致沿拉轨岗日山脉的脊线区分布（图1），受一系列东西向的逆冲断层和北北东向的走滑断层所控制。它有两种产出形式，一种以独立侵入体形式侵入于北喜马拉雅岩系中，如西部萨嘎地区的恰足翁、佩枯措和东部的打拉、确当等侵入体；另一种主要位于特提斯喜马拉雅变质穹隆核部，自西向东有公珠错南、夏如、拉轨岗日、麻迦、萨迦、康马、然巴（曲珍）和也拉香波等。

2 元素地球化学数据分析

2.1 主量元素地球化学

通过汇总分析诸多文献中[2,3,7,13,16,18,19,26]北喜马拉雅淡色花岗岩的主量元素地球化学数据（表1），可知该带淡色花岗岩主量元素地球化学特征较为一致，均具有富SiO2（69.90%～76.51%）、Al2O3（13.75%～16.92%）、CaO（0.31%～2.67%）、Na2O+K2O 含量中等（5.61%～9.72%）、贫TiO2（0.01%～0.36%）和TFeO+MgO（0.34%～3.35%）的特征。各岩体A/CNK 值为1.02～1.91，平均1.20（图2），同时据CIPW 计算，刚玉分子C 为0.45～7.98，平均值为2.71，这表明岩石均为过铝质花岗岩。

图1 喜马拉雅淡色花岗岩分布图[30]Fig.1 Distribution map of Himalayan leucogranite

表1 北喜马拉雅带淡色花岗岩主量元素地球化学数据Table 1 Geochemical data of main elements of leucogranite in northern Himalayan belt

在Harker 图解中，随着样品中SiO2含量的逐渐增加，北喜马拉雅带淡色花岗岩的Al2O3含量逐渐减少，而其他氧化物分布较离散，表明该带淡色花岗岩主要可能是部分熔融或重熔的产物。

图2 北喜马拉雅淡色花岗岩体A/NK-A/CNK 图解Fig.2 Diagrams of A/NK-A/CNK of leucogranite in the northern Himalayas

2.2 微量元素地球化学

汇总分析北喜马拉雅淡色花岗岩微量元素数据（表2），并使用原始地幔标准化[31]绘制微量元素蛛网图（图3）。从图中可以观察到，北喜马拉雅淡色花岗岩微量元素具有较大的变化范围，每个岩体具有独自的组成特征。所有岩体均富集大离子亲石元素Rb、K 以及高场强元素Th、U、Nd（除苦堆、麻迦、拿日雍措），而亏损大离子亲石元素Ba、高场强元素Nb、Ti、Ta、P、Zr和重稀土元素（除曲康义、拿日雍措），少数岩体如曲康义和拿日雍措富集Hf 元素，而麻迦、拉轨岗日和拿日雍措亏损Sr 元素。

大离子亲石元素Sr 的相对亏损可能与岩浆分异或岩浆中Ca 含量偏低有关，高场强元素P、Ti 的较强烈亏损，表现出造山花岗岩特征，说明大量地壳物质参与了岩浆形成过程。

表2 喜马拉雅带淡色花岗岩微量元素地球化学数据（×10-6）Table 2 Geochemical data of trace elements of leucogranite in Himalayan belt

图3 北喜马拉雅淡色花岗岩体微量元素原始地幔标准化蛛网图（数据源于表2）Fig.3 Standard spider-web map of trace elements of leucogranite body in the northern Himalayas

2.3 稀土元素地球化学

由表2 可知，该带淡色花岗岩稀土元素总量具有较大的变化范围，在57.33×10-6～169.4×10-6，平均丰度为113.59×10-6，均明显低于世界上酸性岩的平均质量分数288×10-6和藏南花岗岩稀土丰度190×10-6，这可能与淡色花岗岩中缺乏黑云母等暗色矿物或一些稀土元素载体副矿物有关。

将稀土元素使用球粒陨石标准化[31]绘制稀土元素配分模式图解（图4）。可以观察到有四类配分方式：a 类为轻稀土弱-中等富集，重稀土亏损，铕呈现较弱负异常，岩体包括确当、打拉和列麦等；b 类为轻重稀土平坦，呈海鸥型，铕呈现明显负异常，岩体包括曲康义、拉轨岗日、苦堆和拿日雍措等；c 类为轻稀土弱-中等富集，重稀土弱-中等亏损，铕呈现轻微负异常，岩体包括恰足翁、马拉山、佩枯措和更惹等；d 类为轻稀土弱-中等富集，重稀土亏损，铕呈现明显负异常，岩体包括麻迦和曲珍等。

图4 北喜马拉雅淡色花岗岩体稀土元素球粒陨石标准化配分模式图（数据源于表2）Fig.4 Distribution pattern of rare earth elements normalized by chondrite in the northern Himalayan leucogranite

3 讨论

3.1 北喜马拉雅淡色花岗岩年代学特征及岩体分布特征

通过整理和分析北喜马拉雅淡色花岗岩年龄数据（表3），绘制年龄-频数图（图5）。北喜马拉雅东段岩体（即也拉香波，拿日雍措、确当、打拉和列麦），除了拿日雍措岩体分布在20～22Ma 外，其余岩体的年龄集中分布在34～48Ma；北喜马拉雅中段岩体（即加措拉、拉轨岗日、麻迦、苦堆、哈金桑惹、康马、曲珍、更惹和绒博）主要分布在4～18Ma 和26～36Ma；北喜马拉雅西段岩体（即萨迦、曲康义、恰足翁、马拉山、佩枯错、扎日诗种）集中分布在4～10Ma 和12～18Ma，少数分布在20～26Ma 和30～32Ma。

表3 北喜马拉雅淡色花岗岩年龄数据Table 3 Age data of leucogranite in the northern Himalayas

图5 北喜马拉雅淡色花岗岩带西、中及东段岩体年龄直方图Table 5 Histogram of rock mass age in the west, middle and eastern sections of the leucogranite belt in the northern Himalayas

从年龄数据中可以划分出三个主要的时间阶段，即4～12Ma、12～28Ma 和30～48Ma。30～48Ma 阶段内主要岩体为马拉山、麻迦、哈金桑惹、康马、曲珍、也拉香波、确当、打拉及列麦等，其从西向东分布在北喜马拉雅淡色花岗岩带中；12～28Ma 阶段内主要岩体为曲康义、恰足翁、马拉山、佩枯措、扎日诗种、加措拉、拉轨岗日、麻迦、萨迦、苦堆、康马、拿日雍措及更惹等，其多靠近藏南拆离系展布；4～12Ma 阶段内主要的岩体为马拉山、加措拉、麻迦、拉轨岗日、曲珍等，其主要分布在南北向展布的断层（又称裂谷）附近。三个不同年龄分段可能与三次大的区域构造运动相对应。

在30～48Ma 内东段岩体（也拉香波、确当、打拉和列麦）年龄为35.3～48Ma，中段岩体（麻迦、康马和曲珍）年龄为32.18～35Ma，而西段岩体（马拉山、哈金桑惹）年龄为30～31.8Ma，呈较明显的递减趋势，推断出新特提斯洋闭合及其后的陆-陆碰撞可能具有东西向不等时性。

3.2 北喜马拉雅淡色花岗岩形成温度估算

Miller et al.[47]提出，若已知某一岩浆的主量元素成分和Zr 的含量，即可算出锆的饱和温度，计算公式如下：

运用公式（1），估算北喜马拉雅淡色花岗岩的锆石饱和温度（表4），除少数岩体即曲康义（666.86℃）和拿日雍措（677.72℃）稍低以外，其他岩体锆石饱和温度为707.57～770.47℃。

表4 北喜马拉雅淡色花岗体岩锆石饱和温度Table 4 Calculation of Zircon Saturation Temperature in the northern Himalayan leucogranite

3.3 北喜马拉雅淡色花岗岩源区分析

Taylor[48]认为，地球在整个演化过程中，地幔中的K、Rb 元素会不断地迁移至硅铝层中，致使上地幔渐渐亏损K、Rb、Sr 等元素，它们以类质同相的模式富集在斜长石中取代Ca 元素，因此花岗岩Rb/Sr 值越高，则表明其越来自于地壳上部。陆壳上部的Rb/Sr 值大约为0.32，陆壳Rb/Sr平均值为0.24。

北喜马拉雅淡色花岗岩体的 Rb/Sr 值为0.37～19.45，平均值为3.18，大于上部陆壳的Rb/Sr 值，表明其源岩可能来自于地壳上部。

强过铝质花岗岩（SiO2介于67%～77%）的CaO 与Na2O 含量与其源岩密切相关，其比值的差异反映了源岩中泥质含量的高低[49]。实验岩石学证明，与富斜长石贫泥质的砂质源岩形成的熔体比较，贫斜长石富泥质的源岩形成的过铝质熔体趋向于具有更低的CaO/Na2O，因此泥质源岩形成的过铝质花岗岩的CaO/Na2O 要低于砂质源岩形成的过铝质花岗岩，一般要小于0.3。根据计算，曲康义、拉轨岗日、麻迦、曲珍、绒博、拿日雍措和列麦等岩体的CaO/Na2O 为0.06～0.33，平均值为0.23，小于0.3，推测其原岩可能以泥岩为主；而恰足翁、马拉山、佩枯措、苦堆、更惹、打拉、确当等岩体的CaO/Na2O 为0.35～0.72，平均值为0.51，大于0.3，推测其原岩可能以砂质岩为主。

除了CaO/Na2O 对源岩具有一定指示作用外，微量元素Rb、Ba、Sr 主要富集于云母和长石中，Rb/Ba-Rb/Sr 体系也是反映源岩性质的重要参数（图7）[2,6,7,13,16,18,19,26]。曲珍、苦堆、曲康义、麻迦和拿日雍措等岩体投在了富黏土的源岩区，绒博和列麦岩体投点靠近或部分落在富黏土的源岩区，而佩枯措、恰足翁、马拉山、拉轨岗日、确当、打拉和更惹等岩体投在了贫黏土的源岩区（砂质岩），说明北喜马拉雅淡色花岗岩的源岩成分既包括泥质岩，也包括砂质岩，和前文讨论结论大致相同。

图7 北喜马拉雅淡色花岗岩Rb/Ba-Rb/Sr 图解Fig 7 Diagrams of Rb/Ba-Rb/Sr in the northern Himalayas leucogranite

3.4 北喜马拉雅淡色花岗岩浆成因机制

从之前的主、微量元素分析中可以看出，打拉、确当、恰足翁、马拉山、更惹等岩体，相较于带上其他岩体，具有高CaO、Na2O，低Rb，高Sr、Ba 等特点，暗示其在岩浆形成过程中存在斜长石的分离结晶等，而不是云母占主导地位，这在Rb/Ba-Rb/Sr 图上也有所表现。这说明，北喜马拉雅淡色花岗岩体可能存在不同的成因机制。

在Rb-Sr 关系图解（图8）[2,6,7,13,16,18,19,26]中，打拉、确当、恰足翁、马拉山、更惹岩体（由于Sr 含量过高，已出图）等岩体淡色花岗岩显示为趋势A，代表以角闪岩部分熔融为主，变沉积岩部分熔融为辅的熔体；佩枯错、列麦和曲珍显示为趋势A 和趋势B 过渡，代表变沉积岩熔融和角闪岩部分熔融混合的特征；而其余岩体淡色花岗岩显示为趋势B，代表了变沉积岩源区不同熔融反应（如白云母脱水熔融、水致白云母部分熔融）的结果。

图8 北喜马拉雅淡色花岗岩Rb-Sr 关系图解Fig 8. Diagrams of the Rb-Sr relationship in the north Himalayan leucogranite

变沉积岩熔融主要分为两种形式，一种为水致白云母部分熔融，其所产出的花岗岩具有高CaO（＞1.5%.wt）、Sr、Ba，低Rb、Rb/Sr，且随着Ba 含量的增多，Rb/Sr 不显示明显的相关性；另一种为白云母脱水熔融，其所产生的花岗岩具有低CaO，高Rb、Rb/Sr，低Sr、Ba，且Ba 含量与Rb/Sr 值呈明显的负相关性。在Rb/Sr-Ba 关系图解中（图9）[2,6,7,13,16,18,19,26]，趋势A 代表白云母脱水熔融的产物，主要岩体为拿日雍措、曲康义、麻迦、拉轨岗日、苦堆、曲珍、绒博等，其CaO 值为0.31～1.32，平均值为0.88，Rb 值为145.5～583，平均值为332.78，Sr 值为26.2～203.3，平均值为92.94，Ba 值为38.55～480.30，平均值为235.52，Rb/Sr 值为1.13～19.45，平均值为5.98；趋势B 代表水致白云母部分熔融的产物，岩体主要为打拉、确当、恰足翁、马拉山、佩枯措、更惹等，其CaO 值为1.16～2.67，平均值为1.85，Rb 值为126.4～232，平均值为187.63，Sr 值为160.20～992.3，平均值为325.74，Ba 值为360～1268.00，平均值为510.70，Rb/Sr 值为0.15～1.20，平均值为0.74。以上结论说明北喜马拉雅淡色花岗岩在成因机制上角闪岩部分熔融和变沉积岩部分熔融均存在，变沉积岩熔融又同时存在水致白云母部分熔融和白云母脱水熔融两种形式。

图9 北喜马拉雅淡色花岗岩Rb/Sr-Ba 关系图解Fig 9. Diagrams of the Rb/Sr-Ba relationship in the north Himalayan leucogranite

3.5 构造动力学意义

通过对北喜马拉雅淡色花岗岩带上岩体的地球化学特征、年龄特征、形成温度、源岩成分及成因机制的综合分析，我们不难发现，全带中的淡色花岗岩体呈现出三类不同的特征。

第一类主要形成于始新世，30～48Ma，主要岩体包括马拉山、麻迦、哈金桑惹、康马、曲珍、也拉香波、确当、打拉及列麦等，从西到东遍布整个北喜马拉雅淡色花岗岩带，其年龄呈较明显的递增趋势。确当、打拉和列麦为本文中的搜集数据，其具有低Rb、Rb/Sr，高Sr、Ba、CaO、CaO/Na2O，Rb/Sr 大于上部陆壳等特点，推测源岩以上部陆壳砂岩为主，是以角闪岩部分熔融为主，变砂岩部分熔融为辅的产物，形成温度为738～770℃。

第二类主要形成于中-渐新世，12～28Ma，主要岩体为萨迦、曲康义、恰足翁、马拉山、佩枯措、加措拉、扎日诗种、麻迦、拉轨岗日、康马、苦堆、更惹、拿日雍措等，多数岩体主要分布在藏南拆离系附近。曲康义、恰足翁、马拉山、佩枯措、拉轨岗日、苦堆、更惹和拿日雍措为本文中的搜集数据，它们具有两种不同的主、微量元素特征，一种具有较高Rb、Rb/Sr，低CaO、CaO/Na2O、Sr、Ba，Ba 含量与Rb/Sr 呈明显负相关性，Rb/Sr 大于陆壳上部，推测源岩为上部陆壳的泥岩，是变泥岩白云母脱水熔融的产物，形成温度为667～723℃，如曲康义、拉轨岗日、苦堆、麻迦和拿日雍措；另一种具有高CaO、CaO/Na2O、Sr、Ba，低Rb、Rb/Sr，且随着Ba含量的增多，Rb/Sr 不显示明显的相关性，Rb/Sr大于陆壳上部，推测源岩为上部陆壳的砂岩，是变质砂岩水致白云母部分熔融的产物，形成温度为730～758℃（明显大于白云母脱水熔融岩体的温度，推测有额外热源的加入），岩体年龄集中在16～20Ma，如马拉山、恰足翁、佩枯措和更惹。

第三类主要形成于上-中新世，4～12Ma，主要岩体为马拉山、加措拉、麻迦、拉轨岗日和曲珍等，其主要分布在各南北向展布的断层（又称裂谷）附近。麻迦和曲珍为本文中的搜集数据，其具有较高Rb、Rb/Sr，低CaO、CaO/Na2O、Sr、Ba，Ba 含量与Rb/Sr 呈明显负相关性，Rb/Sr 大于陆壳上部，推测源岩为上部陆壳的泥岩，是变泥岩白云母脱水熔融的产物，形成温度为715～732℃。

上述讨论表明，印度-亚欧板块碰撞之后到始新世（48～26Ma），受南北向挤压构造体制控制，地壳始终处于增厚阶段，突出在北喜马拉雅带上的响应为形成了以角闪石部分熔融作用为主，变沉积岩部分熔融为辅的诸多淡色花岗体（30～48Ma），如马拉山、麻迦、哈金桑惹、康马、曲珍、也拉香波、确当、打拉及列麦等，并且岩体年龄东侧较老，而西侧较新，暗示东侧洋壳率先向北俯冲并碰撞。

大约从26Ma 开始，青藏高原全区范围内发生由岩石圈汇聚加厚而导致的拆沉事件（藏南拆离系），从逆冲增厚向伸展垮塌转换，在减压条件下北喜马拉雅带形成以变沉积岩白云母脱水部分熔融为主，水致白云母部分熔融为辅的淡色花岗岩体（12～28Ma），如曲康义、扎日诗种、加措拉、拉轨岗日、麻迦、萨迦、苦堆、康马、拿日雍措和马拉山、恰足翁、佩枯措、更惹等，多展布于藏南拆离系附近。在20～16Ma 印度-欧亚大陆的汇聚速率处于波动型调整阶段，导致伸展和挤压逆冲同时存在，地幔热和物质加入，致使变沉积岩发生水致白云母部分熔融作用（马拉山、恰足翁、佩枯措、更惹等）。

进入13Ma 以来，东西向伸展作用发育，形成大量的南北向展布的断层（裂谷），在减压条件下北喜马拉雅带展布以变泥岩白云母脱水熔融为主的淡色花岗岩体（4～12Ma），如马拉山、加措拉、麻迦、拉轨岗日和曲珍等，主要分布在各南北向展布的裂谷附近。

4 结论

（1）北喜马拉雅淡色花岗岩带岩体均具有富SiO2、Al2O3，CaO、Na2O+K2O 含量中等，贫TiO2和FeOT+MgO 等特征，A/CNK 平均值为1.20，刚玉分子C 平均值为2.71，显示为过铝质淡色花岗岩。

（2）微量元素组成上，所有岩体均富集大离子亲石元素Rb、K 以及高场强元素Th、U、Nd（除苦堆、麻迦、拿日雍措），而亏损大离子亲石元素Ba、高场强元素Nb、Ti、Ta、P、Zr 和重稀土元素（除曲康义、拿日雍措），少数岩体如曲康义和拿日雍措富集Hf 元素，而麻迦、拉轨岗日和拿日雍措亏损Sr 元素。

（3）稀土元素分为四类配分方式：a 类为轻稀土弱-中等富集，重稀土亏损，铕呈现较弱负异常；b 类为轻重稀土平坦，呈海鸥型，铕呈现明显负异常；c 类为轻稀土弱-中等富集，重稀土弱-中等亏损，铕呈现轻微负异常；d 类为轻稀土弱-中等富集，重稀土亏损，铕呈现明显负异常。

（4）北喜马拉雅淡色花岗岩体的源岩可能来自于地壳上部，成分既包括泥质岩，也包括砂质岩。

（5）北喜马拉雅淡色花岗岩在成因机制上角闪岩部分熔融和变沉积岩部分熔融均存在，变沉积岩熔融又同时存在水致白云母部分熔融和白云母脱水熔融两种形式。

（6）北喜马拉雅带淡色花岗岩年龄数据划分出3 个主要的时间阶段，即4～12Ma、12～28Ma和30～48Ma。反映在印度-欧亚板块碰撞之后的地壳加厚期、藏南拆离系作用期及东西向伸展作用期三个大构造运动期内，该带均有淡色花岗岩体产出与之相对应。