西藏湯白礦區(qū)下白堊統(tǒng)比馬組砂巖地球化學特征：對岡底斯南緣構(gòu)造演化的啟示*

楊宗耀 胡古月 肖洪天 王鷹 趙曉彥

1. 西南交通大學地球科學與環(huán)境工程學院，成都 6117562. 中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所，自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 1000373. 成都理工大學地球科學學院，成都 610059

地球表面的演化是一個伴隨海陸變遷、碰撞造山等地質(zhì)作用過程的復雜行為，火山-侵入巖是來自地球內(nèi)部的記錄，而沉積巖則是地表地質(zhì)作用所留下來的產(chǎn)物，地表無處不在的風化、剝蝕、搬運和沉積使地球往事均以記憶殘片的形式保存在沉積巖中，物源分析就是要研究這些保留下來的痕跡。自沉積巖的成分是其物源區(qū)構(gòu)造背景的記錄這一概念(Blatt, 1967; Dickinson, 1970)被提出以來，物源分析方法在19世紀70年代開始萌芽，最初是對沉積巖中副礦物研究來推測母巖性質(zhì)，研究程度及可靠性較低。至20世紀80年代，鑒于巖石地球化學及砂巖碎屑組分統(tǒng)計等方法的飛速發(fā)展，使得物源分析方法得到了進一步完善，業(yè)已成為一門各學科結(jié)合的綜合研究領(lǐng)域。目前，物源分析方法主要有地球化學法(Bhatia, 1983, 1985；Bhatia and Crook, 1986；Roser and Korsch, 1986, 1988; McLennan and Taylor, 1991; McLennanetal., 1993)、碎屑骨架法(Dickinson and Suczek, 1979; Valloni and Maynard, 1981; Ingersolletal., 1984)、同位素法(McCulloch and Wasserburg, 1978; Tayloretal., 1983; Gray and Zeitler, 1997)、重礦物法(Morton, 1987; Morton and Hallsworth, 1999)和沉積巖相研究法(Pettijohnetal., 1972)。沉積巖成巖影響因素較多，各種研究方法都有其應用條件和局限性，但其中以地球化學方法和同位素年代學應用最廣。物源分析時應注意將多種方法相結(jié)合，綜合判別，同時還應該考慮構(gòu)造抬升、剝蝕作用和化學風化等構(gòu)造和沉積作用對物源區(qū)判定的影響，才能得出合理的結(jié)論。本文運用地球化學方法對西藏拉薩地體南緣湯白礦區(qū)的比馬組(K1b)火山-沉積巖中的砂巖開展物源研究，解剖其物源成分，探討砂巖形成的大地構(gòu)造背景，結(jié)合早-中侏羅世雄村組(J1-2x)砂巖研究成果(楊宗耀等，2017)，進一步約束拉薩地體南緣新特提斯洋俯沖階段的構(gòu)造演化過程。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于滇藏地層大區(qū)之岡底斯-騰沖地層區(qū)南部與喜馬拉雅地層區(qū)北部的交接位置，廣泛發(fā)育中、新生界地層，局部出露前震旦系和古生界地層(圖1)。由中生界區(qū)域地層柱狀圖(圖2)可見，研究區(qū)中生界地層可看出由老至新包括中-下侏羅統(tǒng)雄村組(J1-2x)、上侏羅統(tǒng)麻木下組(J3m)，上侏羅-下白堊統(tǒng)林布宗組(J3K1l)、比馬組(K1b)、下白堊統(tǒng)楚木龍組(K1c)、塔克那組(K1t)、上白堊統(tǒng)設(shè)興組(K2s)，其他地層還包括有上白堊統(tǒng)-古新統(tǒng)旦師庭組(K2-Ed)及古新統(tǒng)典中組(E1d)、始新統(tǒng)年波組(E2n)、帕那組(E2p)、秋烏組(E2q)、漸新統(tǒng)日貢拉組(E3r)、漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)大竹卡組(E3-N1d)、中新統(tǒng)芒鄉(xiāng)組(N1m)、上新統(tǒng)嘎扎村組(N2g)、宗當村組(N2z)。因此，研究區(qū)地層整體上為一套受特提斯洋演化及印度-亞洲陸陸碰撞背景下形成的火山巖和火山沉積巖組合，局部經(jīng)歷低級變質(zhì)作用，具有海相向陸相過渡的地層學特征。

本次樣品采集于湯白礦區(qū)南緣，雅魯藏布縫合帶北側(cè)，雄村礦區(qū)以東約15km處(圖1a)的下白堊統(tǒng)比馬組(K1b)火山-沉積地層。地層中的火山巖相主要包括玄武安山巖、安山巖、英安巖和條帶狀變質(zhì)凝灰?guī)r等；沉積巖相為灰白色中層砂巖夾薄層狀粉砂巖和頁巖。該套火山-沉積巖普遍受中-低級變質(zhì)作用，可能與主碰撞期擠壓作用相關(guān)。研究區(qū)巖漿活動強烈，出露中、新生代巖漿巖，主要包括早侏羅世角閃石英閃長斑巖(J1)、晚白堊世黑云母花崗巖(K2)、中新世黑云母二長花崗巖(N1)以及始新世輝綠巖脈、煌斑巖脈和花崗斑巖脈等。研究區(qū)主要發(fā)育斷裂構(gòu)造，呈近東西向、近南北向和北西向。由于研究區(qū)同時為湯白礦區(qū)，目前由地表探礦工程控制3條主礦體(1號、2號和3號)，主要賦存于早侏羅世角閃石英閃長斑巖中(圖1b)。

圖1 湯白礦區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)唐菊興等，2005修改[注]唐菊興，李志軍，董樹義等. 2005. 西藏日喀則市湯白銅礦地質(zhì)勘查報告. 成都: 成都理工大學)

1-第四系；2-下白堊統(tǒng)比馬組火山-沉積巖；3-早侏羅世角閃石英閃長斑巖；4-晚白堊世黑云母花崗巖；5-中新世黑云母二長花崗巖；6-始新世輝綠巖脈；7-始新世煌斑巖脈；8-始新世花崗斑巖脈；9-逆斷層；10-平移斷層；11-推測斷層；12-探礦工程及其編號；13-礦體；14-剖面位置

Fig.1 Geological map of the Tangbai district

1-Quaternary; 2-Lower Cretaceous Bima Formation volcanic-sedimentary rocks; 3-Early Jurassic hornblende quartz diorite porphyry; 4-Late Cretaceous biotite granite; 5-Miocene biotite monzonitic granite; 6-Eocene diabase dyke; 7-Eocene lamprophyre dyke; 8-Eocene granite porphyry dyke; 9-reverse fault; 10-strike-slip fault; 11-infered fault; 12-exploration trench and its number; 13-orebody; 14-stratigraphic profile

2 樣品測試方法

本次研究在野外露頭上共采集12件樣品。樣品經(jīng)粗碎、中碎、細碎三階段并研磨至200目以下，其中，粗碎、中碎、細碎損耗率分別小于3%、5 %、7%, 縮分誤差小于3%，加工過程均在無污染環(huán)境中完成。樣品的主量元素、微量元素和稀土元素測試工作在西南冶金地質(zhì)測試中心完成，工作環(huán)境溫度為19℃，濕度為54%。主量元素測試分析采用X射線熒光光譜法(XRF)，儀器為荷蘭帕納科Axios X熒光射線光譜儀，檢測依據(jù)GB/T14506.28-2010和DZG20-02，分析誤差小于5%。微量元素和稀土元素的測定采用等離子發(fā)射光譜法、質(zhì)譜法和X熒光法，儀器為iCAP6300全譜儀、Axios X熒光儀和NexIon 300x ICP-MS，檢測標準為DZG20-02和DZG20-06。首先稱取40mg研磨樣品和3個國家標準(GRS1、GRS2、GRS3)樣品置于溶樣彈中并用酸溶法制成溶液, 然后在ICP-MS上進行測定。NexIon 300x ICP-MS儀器的檢測精度為：含量大于10×10-6的元素分析誤差小于5%；含量小于10×10-6的元素分析誤差小于10%。

3 沉積學及巖相特征

由采樣剖面(圖3)可見，本次研究采集的湯白礦區(qū)比馬組砂巖以火山巖夾層形式產(chǎn)出。整體上，地層由凝灰質(zhì)、安山質(zhì)火山巖厚層夾淺海相碳酸鹽巖或碎屑沉積巖構(gòu)成，且碳酸鹽巖在砂巖下部，產(chǎn)狀較陡，顯示輕微變質(zhì)作用。碳酸鹽巖初始沉積環(huán)境為高鹽度環(huán)境下，陽光充足的的淺海相或湖相環(huán)境 (Wilson, 1975)。因此， 剖面中碳酸鹽巖和砂巖以薄層狀產(chǎn)出的沉積相表明其初始沉積環(huán)境可能為淺海相和陸相交替出現(xiàn)的邊緣?；驗槠骄Ｆ矫娓浇年懫颅h(huán)境。同時，比馬組(K1b)下伏的上侏羅統(tǒng)麻木下組(J3m)地層則主要沉積一套碳酸鹽巖，反映了穩(wěn)定的海相沉積環(huán)境。在晚侏羅世至早白堊世期間，雄村島弧有向北側(cè)拉薩地體不斷靠近的趨勢。

圖3 湯白礦區(qū)比馬組剖面圖及采樣位置1-英安巖；2-安山巖；3-灰?guī)r；4-晶屑凝灰?guī)r；5-大理巖；6-砂質(zhì)板巖；7-砂巖；8-凝灰?guī)r；9-火山角礫巖；10-碳質(zhì)板巖夾砂巖；11-巖層產(chǎn)狀；12-采樣地點及編號Fig.3 Stratigraphic profile of the Bima Formation in Tangbai district, showing the sample positions1-dacite; 2-andesite; 3-limestone; 4-crystal tuff; 5-marble; 6-sandy slate; 7-sandstone; 8-tuff; 9-volcanic breccia; 10-carbonaceous slate and sandstone interbedding; 11-rock stratum occurrence; 12-sample position and its number

圖4 湯白礦區(qū)比馬組砂巖顯微鏡下特征Qm-單晶石英；Qp-多晶石英；Lv-火山巖巖屑；Cal-方解石；Pl-斜長石；Ser-絹云母Fig.4 Microphotographs of the Bima formation sandstones in Tangbai districtQm-single crystal quartz；Qp-polycrystalline quartz；Lv-volcanic lithic；Cal-calcite；Pl-plagioclase；Ser-sericite

湯白比馬組砂巖鏡下可見大量長石碎屑，雙晶明顯(圖4f-l)；部分樣品含有極高的CaCO3膠結(jié)物(圖4a-d)，出現(xiàn)CaCO3膠結(jié)物含量差異較大的原因是成巖時期環(huán)境的變化，可能受制于不同時期噴發(fā)的火山巖、火山灰性質(zhì)或沉積相。整體上，碎屑含量約70%，其中石英50%和長石20%；巖屑含量約30%呈棱角狀和次棱角狀。石英碎屑多為單晶顆粒，極少見多晶石英碎屑，無次生加大現(xiàn)象，不太可能是再旋回石英碎屑。另外，石英單礦物具有港灣狀熔蝕邊緣，表面干凈光潔等噴出巖石英的典型巖相學特征。填隙物約占整體砂巖的30%，其中：雜基約占填隙物的70%，多為細粒長英質(zhì)礦物、粘土礦物、少量鐵質(zhì)重礦物；膠結(jié)物約占填隙物的30%，為方解石等鈣質(zhì)膠結(jié)物、石英及云母等硅酸鹽膠結(jié)物。其次碎屑分選差，磨圓度低，水動力條件較弱且搬運距離近。湯白比馬組砂巖雜基含量高，結(jié)構(gòu)成熟度低，以富含長石和巖屑為特征，且比雄村組砂巖更富長石，這是活動巖漿弧成因砂巖典型特征(Dickinsonetal., 1983; 杜利林等，2013)，物源推測主要為火山巖。

4 巖石地球化學特征

4.1 主量元素特征

表1湯白礦區(qū)比馬組砂巖全巖元素地球化學組成(主量元素：wt%；稀土和微量元素：×10-6)

Table 1 Whole-rock geochemical compositions of Bima Formation sandstones from Tangbai district (major elements: wt%; trace elements: ×10-6)

樣品號D11-1D11-2D11-3D11-4D11-5D11-6D22-1D22-2D22-3D22-4D22-5D22-6SiO266.0769.0866.4664.9667.1666.0967.2364.2759.5162.8968.5260.16TiO20.470.390.440.480.490.480.370.410.380.360.330.37Al2O316.9515.2417.3117.1516.9517.1716.0617.5618.5817.8913.4417.9Fe2O30.650.880.110.810.330.440.240.761.140.870.580.98FeO3.813.144.074.013.083.673.843.082.653.112.913.2MnO0.110.110.110.110.10.110.120.110.160.140.20.16MgO1.741.701.712.121.331.571.721.681.191.281.441.20CaO2.723.013.122.283.193.222.912.377.266.376.287.38Na2O1.401.611.581.231.641.522.973.382.942.842.312.77K2O1.991.191.632.252.191.981.812.481.611.160.991.23P2O50.090.080.100.090.100.090.100.130.130.120.100.12LOI3.343.052.793.852.903.081.973.073.752.532.483.81Total99.3699.4899.4399.3499.4699.4199.3499.3299.3199.5699.5899.30La15.0910.6614.7814.9313.8414.2315.4714.6213.5515.629.7217.06Ce27.9519.4727.1427.7625.4526.4328.6526.925.1228.5417.6232.46Pr3.172.293.163.172.923.133.243.032.933.271.983.83Nd12.738.9512.7312.9411.5012.3412.8811.8212.1913.618.0416.33Sm2.361.682.462.372.022.412.292.112.512.631.593.48Eu0.910.690.900.900.800.910.820.721.141.170.671.59Gd2.301.672.302.301.992.292.212.002.562.761.693.59Tb0.400.280.390.390.350.390.350.320.460.490.290.65Dy2.161.572.142.091.842.201.921.792.622.921.673.87Ho0.460.330.440.450.410.470.410.390.590.660.350.88Er1.330.981.291.321.141.331.201.171.741.971.052.59Tm0.230.180.220.220.200.230.220.190.300.340.180.47Yb1.401.091.321.271.241.441.351.241.842.131.132.82Lu0.190.150.180.180.170.200.200.190.280.310.160.40Y12.719.6212.2112.2511.2113.2511.6410.9817.6020.2011.0026.57Ag0.330.350.090.050.040.550.220.070.050.090.120.12As83.303.182.001.624.6171.949.307.493.351.515.601.94Sb2.200.650.310.250.5012.233.352.860.430.530.440.53Ba371.8222.7316.0397.9426.3327.7372.9479.4323.4181.4141.0176.7Be1.011.091.160.970.931.071.021.001.361.270.861.36Bi0.480.130.090.090.060.540.150.080.100.110.100.10Cd0.091.350.220.110.061.300.430.160.130.540.340.17Co10.5711.2910.1810.038.439.7113.5511.679.619.009.708.68Cr21.0521.9819.0017.1916.9819.7612.2810.8110.5612.3011.2318.02Cs2.201.491.982.552.352.444.555.735.004.363.294.35Cu39.0216.2218.3826.4517.4123.3246.7015.519.7421.5613.3922.34Ga16.1012.5418.0616.8616.3516.8214.9214.9820.3219.9611.9522.08Ge0.930.820.990.930.901.050.870.791.451.441.071.55

續(xù)表1

Continued Table 1

樣品號D11-1D11-2D11-3D11-4D11-5D11-6D22-1D22-2D22-3D22-4D22-5D22-6Hf3.833.133.524.203.603.923.283.843.002.962.802.90In0.060.100.050.040.030.100.040.030.060.080.060.07Li40.9040.8542.1950.7538.1238.4554.9151.5941.1939.8136.7740.28Mo5.473.074.582.863.395.214.080.462.173.040.863.97Nb7.356.358.217.597.778.447.918.999.228.226.609.19Ni7.546.976.175.455.486.756.676.335.496.245.286.36Pb23.30123.720.7013.1012.50128.357.1029.2015.2033.5042.7023.20Rb42.1523.0530.7541.8839.8948.7660.8158.7436.7932.7728.8642.24Sc9.187.549.8610.488.3210.319.028.088.278.686.889.70Se0.120.060.080.120.070.100.090.030.050.090.040.06Sn2.743.051.931.841.545.802.851.241.891.873.101.82Sr336.9389.4395.3280.5382.6385.6255.0238.7467.6452.8356.6475.1Ta0.620.530.670.650.620.700.680.770.800.710.530.81Te0.060.080.050.060.060.140.820.270.080.250.190.20Th3.312.923.183.313.374.033.713.212.862.942.373.22Tl0.330.220.310.390.400.460.440.530.400.360.300.41U0.990.920.941.070.871.251.721.131.161.250.971.40V87.3870.3785.4099.8694.7091.2572.3275.0184.8979.8362.9483.63W1.011.321.091.160.971.091.011.181.000.820.711.15Zn43.3152.857.256.436.4143.778.061.743.763.966.447.4Zr138.1116.3130.2149.6132.7145.4107.8125.9112.0111.0100.0113.4Fe2OT34.894.374.635.273.754.514.514.184.094.333.814.54SiO2/Al2O33.904.533.843.793.963.854.193.663.203.525.103.36K2O/Na2O1.420.741.031.831.331.300.610.730.550.410.430.44K2O/Al2O30.120.080.090.130.130.120.110.140.090.060.070.07Al2O3/TiO236.0738.8739.0535.8234.9236.1543.6142.3548.3049.8241.0048.87CIA(%)666365686263586049524649ICV0.790.810.760.800.750.780.900.830.950.921.140.99ΣREE70.6849.9869.4570.363.8568.0271.2266.5167.8376.4346.1690.03LREE62.2143.7461.1662.0856.5359.4663.3559.2057.4564.8539.6274.75HREE8.476.258.298.227.328.567.877.3010.3811.586.5415.28LREE/HREE7.347.007.387.557.726.958.058.115.545.606.064.89(La/Yb)N7.727.048.048.468.037.068.208.445.285.256.164.34δEu1.181.251.131.161.201.171.101.061.361.321.251.36δCe0.940.920.930.940.930.930.940.940.930.930.930.94Zr/Hf36.0537.1737.0035.6136.8737.132.8832.837.3337.5135.739.11Cr/Ni2.793.153.083.153.102.931.841.711.921.972.132.83Sr/Ba0.911.751.250.700.901.180.680.501.452.502.532.69V/(V+Ni)0.920.910.930.950.950.930.920.920.940.930.920.93Nb/Ta11.9011.9212.2211.5912.4511.9811.7011.6911.5511.6012.4911.30

圖5 湯白礦區(qū)比馬組砂巖主量元素Haker圖解Fig.5 Haker diagrams of major elements for the Bima Formation sandstones in Tangbai district

在砂巖log(SiO2/Al2O3)-log(Na2O/K2O)巖石地球化學分類圖解中(圖6a)，湯白比馬組砂巖位于雜砂巖區(qū)域，并有向巖屑砂巖轉(zhuǎn)換的趨勢。Crook(1974)將雜砂巖按石英含量分為貧石英雜砂巖(石英<15%；平均SiO2約58%；K2O/Na2O<<1)、中等含量石英雜砂巖(石英15%～65%；平均SiO2約68%～74%；K2O/Na2O<1)和富石英雜砂巖(石英>65%；平均SiO2約89%；K2O/Na2O>1)三大類。湯白比馬組砂巖石英含量約35%，SiO2平均65.2%，在Na2O-K2O圖解中(圖6b)，屬于中等-富石英雜砂巖范疇。

廣州亨龍智能裝備股份有限公司成立于1997年，注冊資金4 500萬元，廠房面積約3萬m2，是一家集研發(fā)制造為一體的高科技企業(yè)。公司通過自主研發(fā)中頻及電容儲能電阻焊接技術(shù)，形成了控制器、變壓器、設(shè)備本體等完整的制造體系，輔以自動化控制系統(tǒng)，不斷為汽車制造業(yè)等現(xiàn)代制造業(yè)提供高端裝備，產(chǎn)品遠銷歐美等十多個國家和地區(qū)。

湯白比馬組砂巖SiO2/Al2O3比值在3.20～5.10之間，變化小，成熟度低。與雄村組砂巖相比(楊宗耀等，2017)，富SiO2而貧Al2O3，表明硅質(zhì)礦物含量較高，而云母及鋁硅酸鹽粘土礦物含量較低，遭受風化作用弱。K2O/Al2O3比值為0.06～0.14，表明砂巖粘土礦物主要為高嶺石和蒙脫石，中堿性長石含量較少(Coxetal., 1995)，相比于雄村組砂巖較高的K2O/Na2O比值(0.81～7.21)，湯白比馬組砂巖為0.41～1.83，反映了一個相對穩(wěn)定的后期風化過程。Girtyetal.(1996)認為Al2O3/TiO2比值一定程度上可反映砂巖物源區(qū)特征，Al2O3/TiO2比值為34.92～49.82，其物源區(qū)為安山質(zhì)巖漿弧。

圖6 湯白礦區(qū)比馬砂巖巖石地球化學分類圖解(a, 據(jù)Pettijohn et al., 1972; b, 據(jù)Asiedu et al., 2000)Fig.6 Geochemistry classification diagrams of the Bima Formation sandstones in Tangbai district (a, after Pettijohn et al., 1972; b, after Asiedu et al., 2000)

Wedepohl(1969)研究指出上地殼由大約21%石英、41%斜長石和21%鉀長石組成，所以長石類礦物在上地殼風化過程中扮演著十分重要的角色，其含量豐富，并與風化作用具有密切關(guān)系。上地殼的風化是一個長石退化伴隨粘土礦物形成的過程，鉀、納、鈣從長石礦物中流失導致硅鋁質(zhì)礦物在風化產(chǎn)物中堆積。Nesbitt and Young(1982)提出CIA用以衡量巖石風化程度：

CIA=[Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O)×100]

CaO*=molCaO-molCO2(cc)-0.5molCO2(dol)-10/3×molP2O5(ap)

cc=方解石；dol=白云石；ap=磷灰石

其中氧化物是以克分子量形式參與計算，公式中CaO*僅表示巖石中由硅酸鹽形成的CaO，而由碳酸鹽(方解石、白云石)和磷酸鹽產(chǎn)生的CaO則不計算在內(nèi)。Fedoetal.(1995)給出了CaO*的詳細計算步驟，但在實驗過程中由碳酸鹽產(chǎn)生的CO2無法測量，所以在計算過程中僅排除磷酸鹽產(chǎn)生的CaO。湯白比馬組砂巖CIA值為46%～68%之間，表明其遭受風化程度很低。一般情況下，砂巖遭受風化產(chǎn)生粘土礦物，其CIA值多在70%左右，不太可能出現(xiàn)低于50%的情況，平均上地殼CIA值約47%，CIA值為45%～55%代表未遭受風化(McLennan, 1993)，而湯白比馬組砂巖出現(xiàn)了部分樣品CIA低于50%，在A-CN-K圖解中位于斜長石-鉀長石線之下，且全部小于70%，這是受砂巖中大量CaCO3膠結(jié)物所致(圖4a-d)，其大大提高了CaO*值從而使CIA大低于實際值。A-CN-K圖解中(圖7)CIA投影值與計算結(jié)果(表1)一致，風化趨勢線相對于A-CN邊略向右偏移，表明晚期風化作用可能帶入了少量鉀，其反向延長位于安山巖附近，并有部分靠近輝綠巖，表明其物源區(qū)可能為安山質(zhì)巖石，部分可能混入少量基性巖成分。

圖7 湯白比馬組砂巖主量元素A-CN-K圖解(據(jù)McLennan et al., 1993; Fedo et al., 1995)1-輝綠巖；2-安山巖；3-花崗閃長巖；4-花崗巖；5-A型花崗巖；6- 紫蘇花崗巖；7-鉀長花崗巖；8-微斜長石Fig.7 A-CN-K diagram of the sandstones in Tangbai district (after Mclennan et al., 1993; Fedo et al., 1995)1-diabase; 2-andesite; 3-granodiorite; 4-granite; 5-A-type granite; 6-charnockite; 7-moyite; 8- microcline

4.2 稀土元素特征

在巖漿或流體演化過程中，Ni、Co等相容元素多進入礦物相或殘留相，而不相容元素(如大部分大離子親石性元素)則更傾向于進入熔體相，因此稀土、微量元素以有別于主量元素的方式記錄著不同地質(zhì)活動。

湯白比馬組砂巖稀土元素特征(表1)顯示：稀土總量(ΣREE)為46.16×10-6～90.03×10-6之間，平均值為67.54×10-6。其中輕稀土含量(ΣLREE)為39.62×10-6～74.75×10-6，平均值為58.70×10-6；重稀土含量(ΣHREE)為6.25×10-6～15.28×10-6，平均值為8.84×10-6；輕稀土元素和重稀土元素比值(LREE/HREE)為4.89～8.11，平均6.85； (La/Yb)N比值為4.66～6.20，平均比值為7.00。整體上，湯白比馬組砂巖稀土總量與該地區(qū)侏羅紀火山-侵入巖稀土總量相似，比雄村組砂巖(楊宗耀等，2017)低約15.00×10-6，暗示其物源區(qū)巖石相較于雄村組偏基性。其次，富含石英質(zhì)礦物的沉積巖會表現(xiàn)出ΣREE下降的稀土地球化學行為(Haskinetal., 1966; Nance and Taylor, 1976)，這可能是導致湯白比馬組砂巖除Eu外各稀土元素及總量比平均上地殼(Taylor and McClennan, 1985)低約0.5倍，但其稀土配分圖(圖8)仍與上地殼一致的原因。

稀土元素球粒隕石標準化配分模式(圖8a)表現(xiàn)為輕稀土富集的右傾模式，與后太古宙平均頁巖相似。δEu值為1.06～1.36，平均值1.21，Eu呈明顯的正異常，這是由于砂巖有中大量斜長石碎屑(圖4f-l)。δCe為0.92～0.94之間，平均0.93，具弱δCe負異常，但相較于雄村組砂巖略高，表明其受海水作用較弱。在稀土元素澳大利亞后太古宙(PAAS)標準化模式圖(圖8c)中，湯白比馬組砂巖與大陸島弧具有一致的配分模式曲線，且與大洋島弧配分模式有明顯區(qū)別，表現(xiàn)為輕稀土元素相對富集。

4.3 微量元素特征

球粒隕石標準化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖8d)，湯白比馬組砂巖虧損Th、Nb、P、Ce、Ti等高場強元素，具有島弧火山巖特征。Cr/Ni比值為1.71～3.15，說明物源區(qū)鎂鐵質(zhì)或超鎂鐵質(zhì)巖石含量極低(Bauluzetal., 2000)。在地殼尺度上，微量元素中Zr多賦存于鋯石中，且大部分重稀土元素及微量元素受鋯石影響，而鋯石中Zr/Hf比值介于30～40(Muralietal., 1983)，湯白砂巖Zr/Hf值為32.8～39.11，說明其Zr、Hf元素含量受碎屑鋯石控制。對照上地殼Nb/Ta比值約為12的數(shù)據(jù)結(jié)果(Barthetal., 2000)，湯白比馬組砂巖Nb/Ta比值為11.3～12.49，平均11.87的地球化學特征表明砂巖中Nb、Ta元素可能主要來源于上地殼巖石單元。

Sr和Ba等堿土金屬元素的化學性質(zhì)相近，但在陸相、海-陸交替相及海相等不同環(huán)境中的富集程度具有微弱的差異(鄧平，1993；劉剛和周東升，2007)。根據(jù)藍先洪等(1987)對中國珠三角地區(qū)沉積物中Sr和Ba元素的含量特征研究結(jié)果，陸相為Sr小于60×10-6、Ba小于300×10-6，而海相為Sr大于160×10-6、Ba大于400×10-6，海陸兩相之間的差異明顯。湯白比馬組砂巖Sr含量為238.7×10-6～475.1×10-6，平均Sr約368.0×10-6，表現(xiàn)為海相沉積特征；Ba含量141.0×10-6～479.4×10-6，平均Ba約311.4×10-6，且其中有4個樣品Ba含量小于300×10-6，6個樣品Ba含量介于300×10-6和400×10-6之間，2個樣品Ba含量大于400×10-6，因此更傾向于具有海陸交替相特征。其次，Sr/Ba比值能反映沉積環(huán)境的古鹽度特征，一般認為鹽度高的海相環(huán)境沉積物Sr/Ba比值一般大于1，而淡水沉積物Sr/Ba比值多小于1(藍先洪等，1987)。湯白比馬組砂巖Sr/Ba比值為0.50～2.69，同樣反映湯白比馬組砂巖沉積于海陸交替相，結(jié)合結(jié)合沉積環(huán)境和沉積相分析，比馬組砂巖應該是形成于海陸交替相。

沉積物中與有機質(zhì)密切相關(guān)的V和Ni元素含量是判斷沉積環(huán)境的重要指標，其含量取決于沉積物中生物導致的氧化還原反應(Lewan and Maynard, 1982; Lewan,1984)。Tribovillardetal.(2006)的研究表明U、V和Mo在氧化環(huán)境中相比于還原環(huán)境具有更高的溶解度，因此還原環(huán)境中的沉積物更富集U、V和Mo元素，并同與生物有機質(zhì)分解有關(guān)的Ni、Cu、Zn、Cd元素統(tǒng)稱為氧化還原反應敏感微量元素，可作為恢復古環(huán)境的指針。Hatch and Leventhal(1992)基于以上原理將頁巖全巖V、Ni關(guān)系與DOP(Degree of Pyritization)進行對比研究，結(jié)果表明V/(V+Ni)比值與DOP具有明顯正相關(guān)關(guān)系，而DOP值又是環(huán)境中O2和H2S含量的指示，并以此來判定氧化、還原環(huán)境(Raiswell and Berner, 1985; Leventhal and Taylor, 1990)。當V/(V+Ni)>0.60時反映水體為還原環(huán)境，V/(V+Ni)<0.60則為氧化環(huán)境(Zhou and Jiang, 2009; Lanetal., 2017)，隨著V/(V+Ni)值得增大，其貧氧程度逐漸增加，當V/(V+Ni)>0.84時，為極度厭氧環(huán)境并伴隨H2S出現(xiàn)(Hatch and Leventhal, 1992)。湯白比馬組砂巖V/(V+Ni)值為0.91～0.95，表明其沉積環(huán)境為極度厭氧的還原環(huán)境。

5 討論

5.1 源區(qū)母巖成分

本次研究的湯白礦區(qū)比馬組砂巖是作為薄層狀火山巖的夾層產(chǎn)出，具有分選性差、磨圓度低等磨拉石建造特征。同時，其沉積物的來源多為同時期噴發(fā)的火山巖，同時摻雜有原地早期巖石的部分剝蝕成分。砂巖的化學組成嚴格受物源區(qū)控制，受后期交代作用影響不大，可代表原始沉積物的化學成分，能有效的示蹤物源區(qū)巖石組合特征。

5.2 構(gòu)造背景探討

圖9 湯白比馬組砂巖主量元素物源組成判別圖解(據(jù)Roser and Korsch, 1988)Fig.9 Major elements composition discriminatory plots for the provenance of the sandstones in Tangbai district (after Roser and Korsch, 1988)

圖10 湯白比馬組砂巖微量元素物源組成判別圖解(a,據(jù)Gu et al., 2002; b,據(jù)Floyd and Leveridge, 1987) Fig.10 Trace elements composition discriminatory plots for the provenance of the sandstones in Tangbai district (a, after Gu et al., 2002; b, after Floyd and Leveridge, 1987)

圖11 湯白礦區(qū)比馬組砂巖主量元素構(gòu)造判別圖解(a, 據(jù)Toulkeridis et al., 1999; b, 據(jù)Kroonenberg, 1994)OIA-大洋島??；CIA大陸島?。籄CM-活動大陸邊緣；PM-被動大陸邊緣；BAS-玄武巖；AND-安山巖；GRA-花崗巖；AG-雜砂巖Fig.11 Tectonic setting discrimination diagrams based on the major elements for Bima Formation sandstones in Tangbai district (a, after Toulkeridis et al., 1999; b, after Kroonenberg, 1994)OIA-ocean island arc; CIA-continental island arc; ACM-active continental margin; PM-passive margin; BAS-basalt; AND-andesite; AG-Archaean greywacke

不穩(wěn)定微量元素(La、Th、Y、Zr、Ti、Co、Ni等)在后期風化沉積成巖過程中不容易發(fā)生改變，利用這些元素相互之間的關(guān)系建立圖解來反應砂巖沉積時期的物源環(huán)境及構(gòu)造環(huán)境是非常有代表性的Bhatia and Crook (1986)。在La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10、Th-Co-Zr /10圖解(圖14)中，湯白比馬組砂巖樣品均落入大陸島弧區(qū)域，且與La/SC-Ti/Zr圖解(圖15)反映結(jié)果一致，樣品集中表明微量元素判別具有更高的可信度。其次，在與雄村組砂巖樣品對比研究中，可見從比馬組砂巖到雄村組砂巖具有從大洋島弧到大陸島弧演化的趨勢。

圖12 湯白比馬組砂巖構(gòu)造判別圖解(據(jù)Kumon and Kiminami, 1994; b, 數(shù)據(jù)來源于Bhatia, 1983)IIA-不成熟島??；EIA-演化的島??；MMA-成熟的巖漿弧Fig.12 Al2O3/SiO2 vs. tectonic setting discrimination diagram (after Kumon and Kiminami, 1994; b, data from Bhatia, 1983)IIA-immature island arc; EIA-evolved island arc; MMA-mature magmatic arc

圖13 湯白比馬組砂巖SiO2/Al2O3-K2O/Na2O構(gòu)造判別圖解(據(jù)Roser and Korsch, 1986)A1-島弧構(gòu)造背景；A2-演化的島弧背景；ACM-活動大陸邊緣；PM-被動大陸邊緣Fig.13 SiO2/Al2O3 vs. K2O/Na2O tectonic setting discrimination diagram (after Roser and Korsch, 1986)A1-arc setting; A2-evolved arc setting; ACM-active continental margin; PM-passive margin

5.3 構(gòu)造演化探討

新特提斯洋的構(gòu)造演化模式一直是印度-亞洲大陸匯聚、碰撞過程中的一個焦點，早期關(guān)于新特提斯洋的研究表明其打開的時間最早可追溯至石炭紀至早二疊紀期間(Deweyetal., 1988; Pogueetal., 1992; Garzanti, 1999)，于晚侏羅世之后開始俯沖(Honeggeretal., 1982; Van der Vooetal., 1999)，雖然近年來關(guān)于碰撞的大量研究發(fā)表，但在碰撞時間上仍然存在較多爭議，主要集中在古新世-始新世約70～34Ma(Patriat and Achache, 1984; Rowley, 1996; Dingetal., 2005; Leechetal., 2005; Aitchisonetal., 2007a; Caietal., 2011; Huetal., 2016)，之后發(fā)生印度-亞洲大陸碰撞并開始之后全球最大規(guī)模的造山運動(Yin and Harrison, 2000)。

關(guān)于雄村島弧的年代學(Tangetal., 2015)研究表明，相對于早白堊世澤當和Kohistan-Dras洋內(nèi)弧(Aitchisonetal., 2000, 2007b; McDermidetal., 2002; Bignoldetal., 2006; Garridoetal., 2006)，雄村地區(qū)洋內(nèi)俯沖的時間可提前至早侏羅世。盡管在澤當?shù)貐^(qū)仍存在洋內(nèi)弧(Aitchisonetal., 2000; Kapp and DeCelles, 2019)和陸緣弧(Zhangetal., 2014; Dingetal., 2016; Huetal., 2016; Wangetal., 2016, 2017)的爭議，但雄村超大斑巖型銅(金)礦床在礦床地質(zhì)特征、含礦斑巖地球化學、成礦元素組合等方面都與世界上典型洋內(nèi)俯沖成因斑巖型礦床相似(Tangetal., 2015)。其次，楊宗耀等(2017)對雄村礦區(qū)侏羅系砂巖的研究表明其物源成分并無拉薩地體古老成分的加入，更進一步證實了雄村洋內(nèi)島弧的存在。

圖14 湯白比馬組砂巖La-Th-Sc (a)、Th-Sc-Zr/10 (b)、Th-Co-Zr/10 (c)構(gòu)造判別圖解(據(jù)Bhatia and Crook, 1986)OIA-大洋島??；CIA大陸島?。籄CM-活動大陸邊緣；PM-被動大陸邊緣Fig.14 Tectonic setting discrimination diagrams of La-Th-Sc (a), Th-Sc-Zr/10 (b), Th-Co-Zr/10 (c) for the sandstones in Tangbai district (after Bhatia and Crook, 1986)OIA-ocean island arc; CIA-continental island arc; ACM-active continental margin; PM-passive margin

圖15 湯白比馬組砂巖La/Sc-Ti/Zr構(gòu)造環(huán)境判別圖解(據(jù)Bhatia and Crook,1986)OIA-大洋島??；CIA大陸島?。籄CM-活動大陸邊緣；PM-被動大陸邊緣Fig.15 Tectonic setting discrimination diagram of La/Sc vs. Ti/Zr for the sandstones in Tangbai district (after Bhatia and Crook, 1986)OIA-ocean island arc; CIA-continental island arc; ACM-active continental margin; PM-passive margin

圖16 中生代新特提斯洋造演化模式Fig.16 Tectonic evolution of the Neo-Tethys in Mesozoic

Van der Vooetal. (1999)認為在晚侏羅世時期新特提斯洋仍處于擴張階段，在早白堊世開始洋內(nèi)俯沖和安第斯型俯沖于拉薩地體之下，隨后洋內(nèi)俯沖與印度大陸之間的洋殼率先俯沖消減，致使早先形成的洋內(nèi)島弧拼貼于印度大陸北緣，并進一步向拉薩地體匯聚。然而最新研究認為拉薩地體南緣沿雅魯藏布縫合帶展布的葉巴組火山是雅魯藏布新特提斯洋開始俯沖于拉薩地體之下的證據(jù)(Zhuetal., 2008; Weietal., 2017; Liuetal., 2018)，表明雅魯藏布新特提斯洋不晚于早侏羅世便開始俯沖于拉薩地體之下(圖16)，其出現(xiàn)表明新特提斯洋洋殼已經(jīng)開始北向俯沖。目前關(guān)于葉巴組火山巖的年代學資料表明其最早形成于190Ma(Zhuetal., 2008)，略晚于洋內(nèi)俯沖開始的時間195Ma(Tangetal., 2015)，但我們認為新特提斯洋殼發(fā)生洋內(nèi)俯沖的時間應晚于其俯沖于拉薩地體之下，所以還有更老的葉巴組巖漿活動沒有發(fā)現(xiàn)?？偟膩碚f，新特提斯洋的北向俯沖應不晚于早侏羅世。

楊宗耀等(2017)認為在早-中侏羅世時期雄村-湯白地區(qū)為大洋島弧環(huán)境，但從本文中比馬組砂巖所表現(xiàn)的陸緣弧性質(zhì)的地球化學特來看，白堊世時期雄村-湯白火山弧可能已經(jīng)完全拼貼到拉薩地體南緣(圖16)，而并非印度大陸北緣的沉積物。以桑日群為代表的的巖漿活動并沒有停止，否則這一時期應為被動大陸邊緣環(huán)境，這也與Panetal. (2012)所提出的演化模式一致。

6 結(jié)論

湯白礦區(qū)比馬組砂巖產(chǎn)于火山巖夾層中，雜基含量高，結(jié)構(gòu)成熟度低，以富含長石碎屑為特征，形成于構(gòu)造活動區(qū)的第一次旋回沉積物，為活動巖漿弧成因雜砂巖。巖石地球化學及巖石學特征表明其形成于淺海相或海陸交替相環(huán)境，主要為中性陸緣弧火成物源，具有典型活動大陸邊緣成因特征。

通過對雄村-湯白地區(qū)的雄村組砂巖和比馬組砂巖的研究，認為雅魯藏布新特提斯洋俯沖于拉薩地體之下始于早侏羅世，隨后開始洋內(nèi)俯沖，形成雄村-湯白等洋內(nèi)島弧，其在早白堊世拼貼于拉薩地體南緣，為活動大陸邊緣背景。

致謝感謝中國科學院青藏高原研究所許強副研究員給本文提出的寶貴意見。感謝編輯部俞良軍副主編和審稿專家對本文嚴格把關(guān)并提供了建設(shè)性的意見和建議。