Depositional setting and provenance analysis of Triassic nappe in the south of Bailang County, Tibet
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摘要:
综合露头剖面、砂岩碎屑组分、地球化学、阴极发光等资料的研究，对西藏白朗地区南部三叠系沉积环境及物源开展了研究。该区三叠纪地层以灰黑色泥岩、浅灰白色石英砂岩、长石石英砂岩、灰色灰岩为主，沉积背景为拉轨岗日被动陆缘盆地的浅海-半深海环境。碎屑岩及其地球化学分析结果反映，物源总体来自克拉通内部。阴极发光结果表明，物源区石英主要为变质成因，次为火成岩成因。综合判定，研究区该套地层为下-中三叠统吕村组和上三叠统涅如组，物源区来自南部高喜马拉雅基底杂岩带。
Abstract:Outcrop section, sandstone clastic composition, geochemistry and cathodoluminescence images are comprehensively studied so as to analyze the depositional setting and provenance of Triassic nappe in the south of Bailang County, Tibet. Through field geological survey, the authors found that the lithology is composed of black mudstone, gray quartz sandstone, feldspar-quartz sandstone and gray limestone. The depositional background displays a neritic-bathyal environment in the Lagangguiri passive continental margin basin. Clastic composition and geochemistry indicate that the provenance was mainly derived from the craton basin. Cathodoluminescence images prove possibility of metamorphic, igneous rock sources. It is thus concluded that the strata consist of Lower-Middle Triassic Lücun Formation and Upper Triassic Niru Formation, with the provenance derived from the southern Higher Himalaya basement complex rock belt.
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西藏雅鲁藏布江南侧广泛发育三叠纪中低级变质的半深海-浅海复理石沉积建造[1-4]。长久以来，吕村组、涅如组被认为是特提斯喜马拉雅北部，而朗杰学群则作为雅鲁藏布江缝合带的增生楔广泛应用于科研、生产及地质填图中[1-14]，但两套岩石地层因在岩石组合特征、沉积环境、变形变质程度等方面均较为相似，且构造产出位置相邻[1-4]，导致二者在实际工作中常难以区分。
藏南白朗地区位于雅鲁藏布江南侧，发育三叠纪地层，向南仰冲推覆于拉轨岗日被动陆缘侏罗纪—白垩纪地层之上（图 1）。迄今为止，除少数研究涉及调查区其沉积成因和归属外①②③，总体沉积相分析程度较低。因其构造产出形态与增生楔极为相似，导致前人[3-4]②将该套三叠纪地层归属为上三叠统朗杰学群。
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图 1 白朗地区地质构造略图（底图据参考文献[3]）T1-2l—吕村组；T3n—涅如组；T3L—朗杰学群；J-K—侏罗系-白垩系Figure 1. Geological sketch map of Bailang County近期, 笔者在西藏白朗县以南地区进行1:5万区域地质调查③，对该套三叠纪地层进行了详细研究，采集了大量砂岩样品。通过岩石学、地球化学、阴极发光等方法，深入分析其沉积背景和物源区，证明其沉积于拉轨岗日被动陆缘，属三叠系吕村组和涅如组，从而进一步为西藏区域地质构造-地层分区提供证据。
1. 地质特征
1.1 地层特征
本次通过详细的野外地质剖面调查和室内分析测试，认为该套三叠纪地层岩性主要由砂岩、泥岩及碳酸盐岩组成，依据其野外岩性变化，将其划分为下—中三叠统吕村组和上三叠统涅如组。其中吕村组划分为3段：第一段岩性为浅灰黑色含钙质泥岩夹灰色条纹条带状含泥质粉晶灰岩，局部夹条带状砂岩，该段灰岩与泥岩呈互层产出，灰岩层厚10~25cm，产海百合茎，厚度大于165.1m；第二段岩性为浅灰白色石英砂岩、灰黑色泥岩，夹灰黑色粉砂质泥岩、灰色中细粒砂岩、浅灰色长石石英砂岩、灰黑色泥质板岩等，该段中见小型沙纹层理、粒序层理、冲刷痕等沉积构造，厚度大于1288.6m；第三段岩性为灰色泥质灰岩、钙质泥岩夹灰色微晶灰岩、粉晶灰岩，呈互层产出，厚度大于99.5m。同时，将涅如组划分为2段：第一段岩性为灰白色中细粒石英砂岩、浅灰白色中细粒石英砂岩、灰色不等粒石英砂岩、深灰色泥岩，夹灰色细砂岩、粉砂岩，厚度大于398.0m；第二段岩性以灰黑色泥岩、页岩为主，夹灰色薄层状-透镜体砂岩、粉砂岩、灰色钙质细粒石英砂岩，含黄铁矿集合体，产晚三叠世双壳类Daonella sp.鱼鳞蛤，在该段发现鲍马序列bcd段、冲刷痕、小型斜层理等沉积构造，厚度大于1247.8m。
本次采集50多件砂岩标本薄片，通过显微镜下分析，主要由石英砂岩、长石石英砂岩及少量岩屑石英砂岩、含砾石英砂岩、石英杂砂岩等组成。碎屑物以石英为主，含少量长石、岩屑，颗粒以次棱-次圆为主，球度中等-高。填隙物含量以10%左右居多，个别样品可达20%，成分以粘土质杂基为主，少量硅质、钙质。岩石细-粗粒砂状结构均可见，部分为不等粒砂状结构、含砾砂状结构。从以上特征可以看出，研究区三叠纪砂岩成分成熟度较高，反映其经历地质作用的时间、距离和强度均较高，同时，填隙物较高的杂基含量说明沉积时水动力条件较弱。
1.2 沉积环境
通过以上分析认为，三叠系推覆体可以识别出砂岩相、粉砂岩相、泥岩相及碳酸盐岩相4种沉积岩相。结合其内部沉积构造及在实测剖面上的分布特征（图 2），确认吕村组第一段、第三段为浅海碳酸盐岩沉积，第二段为浅海泥岩-砂岩沉积，且局部水体相对较深，达浅海下部环境。涅如组第一段为浅海上部沉积环境，第二段水体逐渐变深至半深海斜坡相。以上分析表明，白朗南部三叠纪地层属被动陆缘浅海-半深海斜坡相沉积。
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图 2 西藏白朗南部地区吕村组—涅如组地层剖面柱状图Figure 2. Photos and micro-photos for the Lücun and Nieru Formations in the south of Bailang County, Tibet2. 物源分析
2.1 碎屑组分
镜下定量统计结果显示，研究区三叠纪砂岩碎屑颗粒具有以下特征：石英含量为80%~90%，部分颗粒具次生加大、裂纹、波状消光，含锆石、电气石、磷灰石等包裹体；长石含量小于5%，以中酸性斜长石为主，普遍见强弱不等的风化分解；岩屑含量小于3%，成分以中-酸性熔岩为主，少量泥岩、粉砂岩、砂岩、泥板岩、千枚岩、花岗岩岩屑等，显示三叠纪地层母岩以中酸性火山岩为主，并有少量浅变质岩及碎屑沉积岩。将砂岩碎屑物组分进行划分和统计，投在Q-F-L三角图解[15]（图 3）中，可以看出，样品点多数落在克拉通内部，部分落在再旋回造山带。
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图 3 白朗南部地区三叠纪砂岩Q-F-L Dickinson投影[15]Figure 3. Dickinson triplot of sandstone of the Triassic sandstone in the south of Bailang County2.2 主量元素
沉积物对母岩在主元素组合上具有一定的继承性，砂岩主量元素的地球化学特征，一定程度上可以反映出物源区的性质和古沉积盆地的构造背景，特别是TiO2、Fe2O3+MgO、Al2O3/SiO2、K2O/Na2O、Al2O3/（CaO+Na2O）等各项数据是判别物源区及其构造背景的重要参数[16-21]。本次岩石主量、稀土及微量元素测试工作均由核工业二〇三研究所荷兰帕纳科制造的AxiosX射线光谱仪完成。本次共采集6件砂岩进行主量元素分析（表 1）。通过与Bhatia [21]4种不同构造背景下砂岩岩石化学成分及特征参数对比，其中TiO2、Fe2O3+MgO、Al2O3/ SiO2三组参数特征与其被动大陆边缘构造背景特征参数较接近。Maynard [22]认为，SiO2/Al2O3值与K2O/Na2O值可指示碎屑岩形成时的构造环境，在K2O/Na2O-SiO2/Al2O3关系图解中（图 4），盆地三叠纪沉积岩的总体成分均与被动大陆边缘环境有关。
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图 4 白朗南部地区三叠纪砂岩K2O/Na2O-SiO2/Al2O3图解[23]PM—被动大陆边缘；ACM—活动大陆边缘Figure 4. K2O/Na2O-SiO2/Al2O3 diagram of the Triassic sandstone in the south of Bailang County表 1 白朗南部地区三叠纪砂岩主量元素含量及主要参数Table 1. Major element content and main parameters of the Triassic sandstone in the south of Bailang County样品 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 Fe2O3+MgO Al2O3/SiO2 K2O/Na2O Al2O3/Na2O + CaO S-3 69.60 0.52 13.12 5.46 2.78 0.09 1.15 0.33 0.53 1.56 0.10 6.61 0.19 2.94 15.26 S-4 89.85 0.42 5.57 0.53 0.89 0.02 0.27 0.09 0.11 1.51 0.02 0.8 0.06 13.73 27.85 S-5 59.57 0.40 6.66 0.66 3.01 0.68 2.06 11.37 0.87 0.80 0.02 2.72 0.11 0.92 0.54 D0603/2 74.46 0.54 13.18 1.49 1.30 0.03 0.69 0.46 2.24 2.17 0.10 2.18 0.18 0.97 4.88 D0605/4 85.78 0.26 4.33 4.87 0.57 0.01 0.30 0.12 0.13 0.76 0.06 5.17 0.05 5.85 17.32 D0605/24 82.46 0.55 8.23 0.86 2.04 0.03 0.54 0.15 0.30 2.42 0.04 1.40 0.10 8.07 18.29 2.3 微量元素
砂岩的微量元素组成取决于其主要物源区的成分或不同物源区成分的混合比例，因此砂岩的微量元素对物源区及构造环境具有重要的指示意义[23-26]。研究区三叠纪砂岩分析测试的微量元素见表 2。其中，Th含量为7.58×10-6~12.5×10-6，平均为10×10-6；K为6309.1×10-6~20090×10-6，平均为12757×10-6；Nb为13.9×10-6~29.8×10-6，平均为11×10-6；Tb为0.31×10-6~0.71×10-6，平均为0.5×10-6；Y为8.16×10-6~19×10-6，平均为15×10-6。通过与上地壳[24]和下地壳[25]分别对比，砂岩微量元素与上地壳基本一致。在微量元素上地壳标准化蛛网图（图 5）中，曲线呈平缓的规律性变化。这些特征均反映研究区三叠纪砂岩的物源与上地壳之间具亲缘关系。为进一步分析物源区岩石属性，利用Hf-La/Th图解[26]（图 6）对原岩属性进行分析，三叠纪砂岩样品碎屑组分主要来自上地壳长英质岩石。
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图 5 白朗南部地区三叠纪砂岩微量元素上地壳标准化蛛网图Figure 5. Upper crust-normalized trace element spidergram of the Triassic sandstone in the south of Bailang County![]()
图 6 白朗南部地区三叠纪砂岩Hf-La/Th源岩属性判别图解[26]Figure 6. Hf-La/Th source rocks attribute discrimination diagrams of the Triassic sandstone in the south of Bailang County表 2 白朗南部地区三叠纪砂岩微量元素含量Table 2. Trace element content of the Triassic sandstone in the south of Bailang County10-6 样品号 Rb Ba Th U K Nb La Ce Sr Nd Hf Zr Tb Y Yb S-3 107 372 7.58 2.1 12950 11.3 23.6 46.4 83 21.5 4.65 200 0.62 15.9 1.85 S-4 38.8 308 11 1.16 12535 6.58 18.8 35.4 21.7 13.9 1.11 120 0.42 8.16 0.87 S-5 86.4 802 12.5 1.26 6641.2 10.6 38.3 71.4 34 29.8 1.53 383 0.63 13.1 1.25 D603/2 79.3 284 11.7 1.99 18014 14.4 30 57.5 99.9 25.7 1.27 180 0.71 25.4 2.35 D605/4 86.9 427 8.37 1.14 6309.1 11.5 23.8 47.2 52.7 18.8 0.37 288 0.31 9.94 0.92 D605/24 46.3 171 11 1.74 20090 14.3 29.1 55.5 270 22.5 0.44 306 0.48 19 1.37 2.4 稀土元素
稀土元素具有化学性质相近，溶解度较低，能够快速进入沉积物中而不发生分异的特征，因此受后期搬运、沉积和成岩作用影响较小，使沉积物中的稀土元素特征能完全反映源区母岩的稀土元素丰度[27-30]。西藏白朗地区三叠纪砂岩的主要稀土元素特征参数见表 3。分析结果显示，三叠纪砂岩稀土元素球粒陨石配分模式[29]总体表现为LREE> HREE，Eu亏损（图 7），配分模式与Bhatia [23]的被动边缘和安第斯型边缘构造背景模式下的稀土元素配分图较一致。周志广等[31]和辜平阳等[32]分别对西藏拉轨岗日变质核杂岩核部花岗质片麻岩（514Ma）和亚东地区前寒武纪结晶岩系的地球化学特征进行分析，两者的稀土元素球粒陨石配分模式总体表现为LREE>HREE，Eu亏损，与白朗南部地区吕村组、涅如组稀土元素特征一致，暗示白朗地区三叠纪地层物源区可能为藏南前寒武系结晶岩系和拉轨岗日变质核杂岩核部花岗质片麻岩。
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图 7 白朗南部地区三叠纪砂岩稀土元素配分模式图[29]Figure 7. Chondrite-normalized REE patterns of the Triassic sandstone in the south of the Bailang County表 3 白朗南部地区三叠纪砂岩稀土元素含量Table 3. REE content of the Triassic sandstone in south of the Bailang County10-6 样品号 D0603/2 D0605/4 D0605/24 S-3 S-4 S-5 X ΣREE 143.73 106.87 129.44 114.28 82.65 164.78 123.63 LREE 125.98 99.08 117.39 102.23 75.36 153.67 112.29 HREE 17.75 7.79 12.05 12.04 7.28 11.11 11.34 LREE/HREE 7.10 12.71 9.74 8.49 10.35 13.83 10.37 LaN/YbN 9.16 18.56 15.24 9.15 15.50 21.98 14.93 δEu 0.56 0.56 0.56 0.79 0.75 0.66 0.65 δCe 0.94 1.00 0.98 0.95 0.96 0.94 0.96 2.5 锆石阴极发光特征
下—中三叠统吕村组硅质胶结石英砂岩薄片（编号PM16/37）的阴极发光（CL）图像显示，蓝色石英含量小于5%，属火山/深成岩成因，其余均不发光，属区域低温变质岩成因；上三叠统涅如组硅质胶结石英砂岩薄片（编号PM16/73）显示，蓝色火山/深成岩成因的石英含量略有增加，10%~15%，但仍以区域低温变质成因的不发光石英为主。从上述砂岩薄片中石英颗粒的阴极发光特征看，物源区主要为区域低温变质岩石，次为火山/深成岩，并从早三叠世至晚三叠世，火山/深成岩母岩所占的比例略有增加，反映物源区的构造背景主体是经历区域低温动力变质作用的变质基底，即可能为克拉通，并伴随少量的岩浆和火山作用。
另外，笔者通过与白朗地区拉轨岗日被动陆缘沉积的下侏罗统维美组（J3W）石英砂岩阴极发光特征③对比，发现维美组砂岩与涅如组砂岩阴极发光性基本一致，多数为不发光石英，少数为蓝光石英，两者源区应为同一属性。
3. 结论
（1）西藏白朗南部地区的三叠纪地层主要由浅灰白色石英砂岩、灰黑色泥岩及灰色碳酸盐岩组成，结合其沉积构造特征，将其划分为拉轨岗日被动大陆边缘背景下的浅海-半深海沉积环境，确认岩石地层单位为下—中统三叠统吕村组和上三叠统涅如组。
（2）碎屑物组分研究结果表明，白朗南部地区三叠系吕村组和涅如组的物源区构造背景基本上属于克拉通内部，部分含有再旋回造山带；主量、微量和稀土元素各种参数指标反映出物源属于被动陆缘上的上地壳克拉通来源；大多数不发光石英的阴极发光性显示，其物源区为区域低温变质成因岩石，少数蓝色石英的阴极发光性则表明火山/深成岩母源。综上所述，认为物源区来自于南部高喜马拉雅基底杂岩带。
致谢: 参加野外工作的还有西北大学副教授李红，陕西区域地质矿产研究院教授级高级工程师杨永成、韩湘涛、王忠世在研究过程予以建议和讨论，在此一并表示感谢。 -
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图 1 白朗地区地质构造略图（底图据参考文献[3]）
T1-2l—吕村组；T3n—涅如组；T3L—朗杰学群；J-K—侏罗系-白垩系
Figure 1. Geological sketch map of Bailang County
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图 2 西藏白朗南部地区吕村组—涅如组地层剖面柱状图
Figure 2. Photos and micro-photos for the Lücun and Nieru Formations in the south of Bailang County, Tibet
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图 3 白朗南部地区三叠纪砂岩Q-F-L Dickinson投影[15]
Figure 3. Dickinson triplot of sandstone of the Triassic sandstone in the south of Bailang County
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图 4 白朗南部地区三叠纪砂岩K2O/Na2O-SiO2/Al2O3图解[23]
PM—被动大陆边缘；ACM—活动大陆边缘
Figure 4. K2O/Na2O-SiO2/Al2O3 diagram of the Triassic sandstone in the south of Bailang County
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图 5 白朗南部地区三叠纪砂岩微量元素上地壳标准化蛛网图
Figure 5. Upper crust-normalized trace element spidergram of the Triassic sandstone in the south of Bailang County
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图 6 白朗南部地区三叠纪砂岩Hf-La/Th源岩属性判别图解[26]
Figure 6. Hf-La/Th source rocks attribute discrimination diagrams of the Triassic sandstone in the south of Bailang County
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图 7 白朗南部地区三叠纪砂岩稀土元素配分模式图[29]
Figure 7. Chondrite-normalized REE patterns of the Triassic sandstone in the south of the Bailang County
表 1 白朗南部地区三叠纪砂岩主量元素含量及主要参数
Table 1 Major element content and main parameters of the Triassic sandstone in the south of Bailang County
样品 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 Fe2O3+MgO Al2O3/SiO2 K2O/Na2O Al2O3/Na2O + CaO S-3 69.60 0.52 13.12 5.46 2.78 0.09 1.15 0.33 0.53 1.56 0.10 6.61 0.19 2.94 15.26 S-4 89.85 0.42 5.57 0.53 0.89 0.02 0.27 0.09 0.11 1.51 0.02 0.8 0.06 13.73 27.85 S-5 59.57 0.40 6.66 0.66 3.01 0.68 2.06 11.37 0.87 0.80 0.02 2.72 0.11 0.92 0.54 D0603/2 74.46 0.54 13.18 1.49 1.30 0.03 0.69 0.46 2.24 2.17 0.10 2.18 0.18 0.97 4.88 D0605/4 85.78 0.26 4.33 4.87 0.57 0.01 0.30 0.12 0.13 0.76 0.06 5.17 0.05 5.85 17.32 D0605/24 82.46 0.55 8.23 0.86 2.04 0.03 0.54 0.15 0.30 2.42 0.04 1.40 0.10 8.07 18.29 
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表 2 白朗南部地区三叠纪砂岩微量元素含量
Table 2 Trace element content of the Triassic sandstone in the south of Bailang County
10-6 样品号 Rb Ba Th U K Nb La Ce Sr Nd Hf Zr Tb Y Yb S-3 107 372 7.58 2.1 12950 11.3 23.6 46.4 83 21.5 4.65 200 0.62 15.9 1.85 S-4 38.8 308 11 1.16 12535 6.58 18.8 35.4 21.7 13.9 1.11 120 0.42 8.16 0.87 S-5 86.4 802 12.5 1.26 6641.2 10.6 38.3 71.4 34 29.8 1.53 383 0.63 13.1 1.25 D603/2 79.3 284 11.7 1.99 18014 14.4 30 57.5 99.9 25.7 1.27 180 0.71 25.4 2.35 D605/4 86.9 427 8.37 1.14 6309.1 11.5 23.8 47.2 52.7 18.8 0.37 288 0.31 9.94 0.92 D605/24 46.3 171 11 1.74 20090 14.3 29.1 55.5 270 22.5 0.44 306 0.48 19 1.37
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表 3 白朗南部地区三叠纪砂岩稀土元素含量
Table 3 REE content of the Triassic sandstone in south of the Bailang County
10-6 样品号 D0603/2 D0605/4 D0605/24 S-3 S-4 S-5 X ΣREE 143.73 106.87 129.44 114.28 82.65 164.78 123.63 LREE 125.98 99.08 117.39 102.23 75.36 153.67 112.29 HREE 17.75 7.79 12.05 12.04 7.28 11.11 11.34 LREE/HREE 7.10 12.71 9.74 8.49 10.35 13.83 10.37 LaN/YbN 9.16 18.56 15.24 9.15 15.50 21.98 14.93 δEu 0.56 0.56 0.56 0.79 0.75 0.66 0.65 δCe 0.94 1.00 0.98 0.95 0.96 0.94 0.96
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