何　林,吳中海,哈廣浩,張海軍

藏南及鄰區(qū)典型晚新生代盆地磁性地層研究現(xiàn)狀與時代對比分析

何林1,2,吳中海2,哈廣浩2,張海軍1

(1.中國地質(zhì)大學地球科學與資源學院,北京100083；2.中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所,北京100081)

在系統(tǒng)梳理扎達盆地、尼泊爾Thakkhola半地塹盆地、吉隆—沃馬盆地、烏郁盆地磁性地層研究成果的基礎上,對古地磁年代所代表的地質(zhì)事件進行了對比和分析,認為藏南及鄰區(qū)各近南北向裂谷盆地自形成以來均發(fā)育2次明顯的沉積變動事件,第一次為距今10.6～8.1 Ma期間各盆地分別開始接受沉積,第二次為距今3.5～2.0 Ma各湖盆的連續(xù)消亡;總結(jié)高原的氣候變化可以發(fā)現(xiàn),高原在距今約8 Ma及3 Ma左右也有明顯的2次氣候變化,即沉積事件與氣候變化事件在時間上具有近同時性。扎達盆地、吉隆—沃馬盆地、達涕盆地三趾馬化石的時代都處于距今7.0～6.5 Ma之間,也具有近同時性。結(jié)合高原的整體演化,認為其可能在距今10.6～8.1 Ma、3.5～2.0 Ma發(fā)生了2期比較強烈的隆升運動。同時,分析指出了青藏高原南部及鄰區(qū)晚新生代盆地磁性地層研究過程中存在的問題及解決方法,并對今后青藏高原南部及鄰區(qū)地區(qū)晚新生代磁性地層研究提出了建議。

青藏高原;晚新生代;磁性地層;近南北向斷陷盆地;高原隆升

0　引言

由于印度板塊向歐-亞板塊俯沖導致新特提斯洋關閉,引發(fā)了兩大板塊間的大規(guī)模地殼縮短,巖石圈加厚,伴隨距今約60 Ma印度板塊與歐-亞板塊的持續(xù)強烈碰撞[1](Harrison T M認為是距今50～40 Ma[2]),形成了世界屋脊——青藏高原。青藏高原的隆升和形成很可能是一個多階段的不等速和非均變的復雜過程,對于其快速隆升過程和達到現(xiàn)在高度的時間一直沒有形成統(tǒng)一的認識；對于隆升的方式也一直存在嚴重分歧。因此,青藏高原的隆升及其環(huán)境效應一直以來都是地質(zhì)科學研究的熱點,也是認識晚新生代很多重大區(qū)域性和全球性環(huán)境變化產(chǎn)生機制的重要突破口。但隨著對高原研究的深入,逐漸發(fā)現(xiàn)高原的形成與演化是一個很復雜的構(gòu)造運動過程,并造就了今天中國大陸的地質(zhì)地貌格架,同時還影響著周邊地區(qū)的氣候與環(huán)境變化[3～11]。

西藏高原內(nèi)部第四紀裂谷作用被認為是高原地殼增厚、高原隆升以及隆升到一定高度后的重力跨塌、最后達到平衡的一個標志[12],因此,研究高原不同區(qū)域發(fā)育的眾多晚新生代近南北—北東向斷陷沉積盆地沉積地層對于理清青藏高原的隆升過程有著至關重要的意義。磁性地層方法通過與標準磁極性柱的對比限定盆地沉積地層時代,進而約束盆地沉積所反映的重大地質(zhì)事件發(fā)生的時間,一直是青藏高原南部及鄰區(qū)晚新生代盆地研究的重要手段,對于高原的演化研究有著不可替代的作用。

晚新生代期間,伴隨青藏高原內(nèi)部的近東西走向的伸展變形作用,青藏高原南部及鄰區(qū)發(fā)育了一系列近南北向—北東向裂谷盆地,包括扎達盆地、吉隆—沃馬盆地、烏郁盆地、帕里盆地、亞汝 (聶聶)雄拉達涕盆地和尼泊爾的Thakkhola半地塹盆地等 (見圖1),這些盆地中很多都發(fā)育了較完整的晚新生代地層。通過20世紀70年代以來的深入調(diào)查與研究,青藏高原南部及鄰區(qū)晚新生代磁性地層研究已經(jīng)取得了很多成果[13～16]。但是,由于不同盆地所處地域和構(gòu)造環(huán)境的不同,針對單個盆地的研究可能并不能代表整個高原的演化。要對高原演化有一個全面準確的認識,還必須對高原內(nèi)的盆地沉積研究成果進行系統(tǒng)全面的梳理分析,并在整個區(qū)域上進行歸納對比。本文在詳細梳理分析青藏高原南部及鄰區(qū)晚新生代盆地磁性地層研究成果的基礎上,對比分析已開展磁性地層研究的盆地的主要地質(zhì)事件,進而綜合探討盆地演化與高原隆升之間的內(nèi)在聯(lián)系,以期對認識青藏高原南部及鄰區(qū)晚新生代地質(zhì)演化及高原隆升過程有所裨益。

圖1　青藏高原南部及鄰區(qū)進行過磁性地層研究的晚新生代主要盆地大地構(gòu)造簡圖 (據(jù)文獻[10]修改)Fig.1　The tectonic diagram of late Cenozoic basins magnetostratigraphic study in the Southern Tibetan plateau and its adjacent area

1　盆地地層研究

青藏高原沉積盆地是高原隆升歷史的重要記錄載體,因此,研究高原不同區(qū)域盆地沉積地層對于理清青藏高原的隆升過程有著至關重要的意義。

青藏高原南部及鄰區(qū)地勢起伏大、地形復雜,寬谷盆地和高山—極高山等各種地貌類型都有分布。對西藏地層的調(diào)查研究已經(jīng)有超過一個世紀的歷史,1966—1968年與1973—1976年期間,中國科學院組織了珠穆朗瑪峰地區(qū)綜合地質(zhì)考察,對珠峰地區(qū)的地層進行了系統(tǒng)性研究,為青藏高原南部及鄰區(qū)地層研究打下了良好的基礎,也為青藏高原南部及鄰區(qū)以及整個高原后續(xù)的研究積累了大量的基礎資料和成果[17]。

青藏高原南部及鄰區(qū)第四紀沉積類型復雜,自上新世以來的不同時代與不同成因地層均有出露。其中對青藏高原南部及鄰區(qū)的幾個近南北向—北東向晚新生代斷陷盆地 (包括扎達、烏郁、吉隆-沃馬)的研究相對較為深入。特別是1973—1976年間,中國科學院青藏高原綜合科學考察隊對青藏高原南部及鄰區(qū)包括扎達剖面、曲松剖面、普蘭縣科加剖面、沃馬龍骨溝三趾馬化石層剖面和吉隆縣城東側(cè)剖面在內(nèi)的17個晚新生代地層剖面進行了詳細的觀察與研究,結(jié)果表明,青藏高原南部及鄰區(qū)的第四紀地層無論是分布、巖相還是時代都有較大差異。在喜馬拉雅山北坡,沉積盆地中上新世以來的地層沉積厚度相對較大,地層出露也較好。西部印度河上游地區(qū),上新統(tǒng)和下更新統(tǒng)分布較零星,而各時期的冰磧及上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)分布較廣。在青藏高原南部及鄰區(qū)的中部和東部雅魯藏布江谷地中,雖見漸新統(tǒng)和中新統(tǒng)露頭,但除支流邛多江盆地可能有上新統(tǒng)出露外,早更新世沉積的出露也較零星,出露較為廣泛的主要是中—上更新統(tǒng)和全新統(tǒng),而在青藏高原南部及鄰區(qū)內(nèi)流湖區(qū)常見的出露地層是晚更新世和全新世湖相沉積[18]。

青藏高原南部及鄰區(qū)晚新生代盆地中不同時代地層的沉積相也有差異,其中上新世地層以河湖相為主；早更新世地層以河流相和湖濱相為主；中更新統(tǒng)巖相復雜,有冰川相、冰水相和河流相等；上更新統(tǒng)分布最廣,沉積相類型也比較復雜,主要有冰川-冰水、沖洪積、湖相和風成沉積等；全新統(tǒng)在河谷中往往組成一級階地和河漫灘,在內(nèi)流湖區(qū)廣泛分布于現(xiàn)今湖泊周緣,并形成低湖岸階地和現(xiàn)代湖灘。此外,青藏高原南部及鄰區(qū)各河流的上游高山區(qū)還廣泛分布冰磧和冰水沉積物[18]。

本文根據(jù)前人資料[1,4,17～20]對青藏高原南部及鄰區(qū)晚新生代主要盆地地層進行了初步對比歸納 (見表1),可以發(fā)現(xiàn),青藏高原南部及鄰區(qū)晚新生代盆地地層除了早上新世偶見沖積相以外,中—晚上新世都發(fā)育了一套湖相黏土、砂沉積；進入更新世,各盆地都轉(zhuǎn)變?yōu)橐惶缀恿飨嗟纳?、礫石沉積；至中更新世,全部轉(zhuǎn)變?yōu)楸?冰水沉積,并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿率赖臎_洪積。

2　盆地磁性地層研究現(xiàn)狀

青藏高原南部及鄰區(qū)的多數(shù)近南北向裂谷盆地都發(fā)育較完整的晚新生代地層,對其進行磁性地層學研究,可確定裂谷中盆地形成和消亡的年代,對研究高原隆升過程、高原周邊氣候的變化具有重要的科學意義。20世紀60—70年代對青藏高原南部及鄰區(qū)晚新生代盆地的研究主要集中在地層剖面的測量以及對地層相對時代的劃分和對比方面,當時多數(shù)地層剖面的時代都是通過氣候地層分析、區(qū)域地層對比和古生物化石等推斷的,在定量化和精確性方面存在明顯不足。隨著科技的進步與研究的深入,古地磁方法逐漸被廣泛地應用在扎達盆地、烏郁盆地、吉隆—沃馬盆地以及尼泊爾Thakkhola半地塹盆地等的研究中。

表1 青藏高原南部及鄰區(qū)晚新生代主要盆地地層對比Table 1 Stratigraphic correlation of mainly late Cenozoic basins in the Southern Tibetan plateau and its adjacent area

2.1扎達盆地

札達盆地位于青藏高原西南的阿里地區(qū),海拔在4000～4500 m之間,東西長約140 km,南北寬約50 km,呈北西—南東向,是介于喜馬拉雅及其北支阿依拉日居山之間受喀喇昆侖斷裂右旋走滑運動控制的構(gòu)造斷陷盆地,也是青藏高原南部及鄰區(qū)晚新生代地層發(fā)育較好、研究較早、工作較仔細的區(qū)域之一。盆地自上新世以來發(fā)育了托林組、扎達組和香孜組[21]以及后期的冰川與沖洪積地層。該盆地最早的磁性地層研究是在1980—1985年間錢方等參加原地質(zhì)礦產(chǎn)部青藏高原地調(diào)大隊八分隊工作時完成[22],在盆地的札達組和香孜組1～3段布置古地磁樣點81個,每個樣點采2～4塊樣,并根據(jù)測試結(jié)果推斷札達組沉積時代為距今6.15～3.40 Ma,香孜組為距今3.40～1.25 Ma。之后王世峰等2008年又進一步開展了扎達盆地沉積地層的磁性地層學研究,在厚近750 m的扎達組與托林組中共采集了268塊古地磁樣品,并在剖面347 m處采集到4枚三趾馬下頰骨化石,最后根據(jù)分析結(jié)果認為,該套地層的的沉積時代為距今9.5～2.6 Ma,其中三趾馬化石距今約6.5 Ma[13]。根據(jù)扎達盆地的地層時代,通過與周邊主要斷裂的活動時間進行對比后,王世峰等還進一步提出,該盆地的形成發(fā)育主要受喀喇昆侖斷裂右旋走滑運動控制[13]。

2.2尼泊爾Thakkhola半地塹盆地

Thakkhola半地塹位于中尼泊爾以北地區(qū),在東經(jīng)83°50′—84°00′,北緯29°00′—28°50′之間,構(gòu)造位置處于STDS與ITSZ之間,是一個近南北向的半地塹盆地,西邊被Dolpo-Mugu-Mustang中中新世淡色花崗巖所限定,東邊被古生代和中生代沉積以及Manaslu淡色侵入花崗巖所限定[13],主要沉積約230 m厚的Tetang組和約720 m厚的Thakkhola組兩套地層。Carmala N等[25]對Thakkhola半地塹Tetang組的沉積時代進行了研究,在約200 m的地層內(nèi)共采集古地磁樣品55個,經(jīng)過處理分析后,認為Thakkhola半地塹中Tetang組在距今11～10 Ma就已經(jīng)開始沉積,最頂部的古地磁年齡為9.6 Ma；進一步分析Thakkhola組泥灰?guī)r中13C同位素的變化后認為,Thakkhola組早于距今8 Ma開始沉積；同時,綜合Thakkhola地塹 (Tetang組與Thakkhola組)泥灰?guī)r層中內(nèi)18O值的變化,推測自從地塹開始接受沉積以來,該地塹就已隆升至與現(xiàn)在相似的海拔高度。

2.3吉隆—沃馬盆地

吉隆—沃馬盆地位于吉隆河上游,平均海拔3900～4300 m,出露面積約280 km2,是中喜馬拉雅山西北坡的近南北向斷陷盆地。20世紀70年代中國科學院青藏高原綜合科學考查隊對位于沃馬西約1 km的龍骨溝北岸厚達200～300 m的上新世地層中含三趾馬化石段約70 m厚的地層進行了詳細觀察和描述,并贊成黃萬波等將吉隆—沃馬盆地上新世地層分為上中下的觀點,但認為黃萬波等劃分的沃馬組下段三趾馬化石層應該為沃馬組中段。

20世紀90年代,王富葆等[15]在塔千溝、加莫溝、沃馬龍骨溝以及定日加布拉等4個地層剖面 (仲喀組、臥 (沃)馬組、貢巴南木林組)共采取古地磁樣189件,進行測試分析后認為吉隆盆地的主要沉積時間為距今7.0～1.7 Ma,距今1.7 Ma之后盆地被來自喜馬拉雅山南坡的河流貫穿,在距今1.7～0.8 Ma形成沖洪積相頂蓋礫巖；并根據(jù)巖相帶的變化將盆地演化分為距今7.0～6.5 Ma前、4.3～3.4 Ma、2.0～1.7 Ma以及0.8 Ma以來4個階段,認為分別代表了區(qū)域的4次隆升。同時,通過與周邊區(qū)域?qū)Ρ鹊贸?盆地沉積速率和沉積物粒度變粗時間與印度河扇、孟加拉扇基本一致,也與東喜馬拉雅強烈隆升時間相似,并由此認為當時喜馬拉雅山的構(gòu)造活動有一個較大的影響區(qū)域。

2004年,岳樂平等[16]在青藏高原南部及鄰區(qū)吉隆—沃馬盆地龍骨溝剖面160 m的地層中采集了348塊古地磁樣品 (采集密度0.5塊/m),在剖面第七層采集到三趾馬化石。在極性變化序列特征的基礎上結(jié)合古生物因素,并與Cande S C等[25]的V95古地磁年表進行對比后,推斷剖面底部年齡約為7.2 Ma,剖面頂部年齡約為3.2 Ma,指示盆地的發(fā)育至少始于距今7.2 Ma,距今3.2 Ma后逐步消亡。根據(jù)地層年代結(jié)果提出,在距今7.2 Ma喜馬拉雅山有一次明顯抬升,斷陷盆地形成接受沉積,距今3.2 Ma由于青藏地區(qū)整體隆升,河流切穿盆地導致其遭受侵蝕切割并逐漸消失。同時,根據(jù)三趾馬動物群化石在地層中的位置,得出三趾馬動物群化石層年齡約為7.0～6.7 Ma,與華北平原三趾馬化石相似[26～27],推測當時喜馬拉雅山北坡的地理、氣候環(huán)境與華北地區(qū)相近,且海拔高度相差不大,現(xiàn)今盆地的高海拔狀態(tài)是之后強烈隆升的結(jié)果。對于吉隆—沃馬盆地中的三趾馬化石,黃萬波等[28]、邱占祥等[29]等也得出了基本相同的結(jié)論。

2.4達涕盆地

達涕盆地是西藏聶拉木縣境內(nèi)亞汝雄拉南坡的一個小型山間盆地,位于聶拉木北約45 km,希夏邦馬峰北東約40 km,海拔4700～5100 m,沉積了晚新生代的達涕組河湖相地層和貢巴礫巖層。20世紀70年代,趙希濤等[30]認為貢巴礫巖層位于達涕組之下,前者時代屬于早更新世,后者對應中更新世加布拉間冰期沉積。20世紀80年代,中國科學院青藏高原綜合科學考察隊的考察結(jié)果[18]認為,達涕組湖相層位于貢巴礫巖之下,且該湖相層中含的軟體動物化石很多是中國華北上新世—早更新世湖相地層中的常見種,三趾馬化石特征與吉隆盆地的三趾馬化石較接近,介形類化石石化程度較深,孢粉分析顯示時代可能屬上新世,從而推斷達涕古湖盆的這套湖相地層屬于上新世沉積。1980年,朱志文等[33]對該盆地中達涕組地層與貢巴礫巖層剖面進一步開展了初步的磁性地層時代研究,在9個層段共采集49個樣品,其中6個層位屬下伏達涕組,3個層位位于上覆的貢巴礫巖層中,古地磁測定結(jié)果指示,達涕組主體屬于高斯正向期沉積,貢巴礫巖層屬松山反向時期沉積,兩者之間的界線年齡為2.43 Ma,即貢巴礫巖在達涕組之上。

2015年,鄧濤等[32]在達涕盆地發(fā)現(xiàn)了一件三趾馬上頜和一枚第三掌骨近端化石,通過對化石特征的研究,認為其屬于福氏三趾馬 (Hipparion forstenac),與西藏吉隆和山西保德發(fā)現(xiàn)的福氏三趾馬的時代對比,推斷達涕盆地含福氏三趾馬層位的年齡約為7 Ma,在此基礎上將原定的上新世達涕組的時代糾正為晚中新世,并進一步推測達涕盆地在距今7 Ma的古海拔高度為2400～2900 m,自晚中新世以來快速上升了至少2000 m。

2.5帕里盆地

帕里盆地位于喜馬拉雅山東段,屬于亞東—谷露裂谷南段多慶錯—帕里地塹南部的北北東向斷陷盆地,面積超過100 km2,海拔4300～4500 m之間,發(fā)育一套湖相層與河流向礫石層。20世紀70年代,中國科學院青藏高原綜合科學考察隊首先發(fā)現(xiàn)該盆地的帕里兵站附近存在一套出露厚度約30 m的湖湘地層 (稱為 “帕里湖相層”)和厚200 m左右相當于貢巴礫巖層的河流相礫石層,并認為帕里湖相層位于貢巴礫巖之下。之后,1980年朱志文等[31]在帕里湖相層剖面9個層位內(nèi)采集了44塊古地磁樣品,測定結(jié)果顯示,剖面樣品以正極性為主,與達涕組的古地磁測試結(jié)果進行對比發(fā)現(xiàn),兩組地層的極性相似,磁極距地理北極的距離也幾乎一致,由此推論兩者可能屬同一時代,即都歸于高斯正向期,并認為不論從地層接觸關系還是從古地磁結(jié)果考慮,帕里湖相層都可能形成于上新世。這與趙希濤等[30]認為的帕里湖相層上覆于貢巴礫巖之上、屬早更新世晚期間冰期沉積的觀點不一致。在2000—2002年間開展西藏亞東地區(qū)1∶250000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查過程中,劉文燦等[34]利用OSL測年方法對帕里湖相層的時代進行分析后認為,該湖相層形成于距今89～58 ka間的晚更新世,這一結(jié)果與早期的古地磁結(jié)果相矛盾,而且由于OSL方法的測年上限只有150～200 ka,將該方法應用于測定形成年代可能明顯老于晚更新世的地層本身是不恰當?shù)?因此其結(jié)果的可靠性顯然值得商榷。但遺憾的是,長期以來由于受到研究程度和技術(shù)手段的限制,對于該盆地中湖相層與貢巴礫巖的時代新老,到目前為止都只處于推斷階段,還缺乏可靠、精確的直接年代數(shù)據(jù)驗證。

2.6烏郁盆地

烏郁盆地位于西藏南木林縣,南距雅魯藏布江約60 km,盆地北東方向長28 km,北西方向?qū)?2 km,北高南低,面積約300 km2,平均海拔4100～4950 km(西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)廳,1996),是位于雅魯藏布江以北、岡底斯山脈東部的北東向構(gòu)造斷陷盆地。陳賀海等[14]應用古地磁方法研究了該盆地中新世以來火山-沉積地層上覆湖相沉積序列 (朱迎堂等[19]稱為烏郁群,包括下伏烏郁組與上覆達孜組)的年代,其古地磁采樣剖面位于達孜鎮(zhèn)西烏郁瑪曲西側(cè),為一套厚約145 m的湖湘地層,古地磁樣品采樣間距為50 cm,共采集270塊,最后的有效樣品共197塊。結(jié)合湖相地層下伏2個火山凝灰?guī)r樣品的K-Ar年齡為8.1 Ma,將樣品極性組合特征與Cande S C等[26]的V95古地磁年表進行對比后,得到烏郁盆地的湖湘地層沉積時間為距今8.1～2.5 Ma,并認為期間的湖盆沉積粒度較細,巖層基本水平分布,相當于構(gòu)造平靜期；在距今約2.5 Ma出現(xiàn)的一套河流礫石層標志著盆地古湖泊的消亡,之后開始發(fā)育貫穿盆地的河流,并向南匯入雅魯藏布江。該區(qū)河流的強烈下切作用使湖相地層被切割、侵蝕,在烏郁瑪曲可以看見有老基巖地段南北向分布的峽谷型河谷,可能指示了南北向斷層的存在和后期較強的東西向構(gòu)造拉張和南北向張性斷裂活動。

3　盆地磁性地層結(jié)果的多解性與重新分析

3.1盆地磁性地層結(jié)果的多解性

王世峰等[13]在扎達盆地扎達組與托林組的磁性地層學研究過程中,將實測R1-N2與標準極性柱2An.1r-2An.3n相對應,可以明顯看出實測極性柱與標準極性柱相比差了一個2An.2n,且在標準極性柱中2An.1r-2An.3n屬于一個以正極性為主的極性段2An,但是實測極性柱中R1-N2為一個以負極性為主的極性段 (見圖2a)；除此之外,文中代表R5極性段的樣品只有1個,有可能存在實驗誤差的情況,假設將圖中R5剔除掉,則扎達組沉積結(jié)束時間就會比原來的距今2.6 Ma提前0.9 Ma至約3.5 Ma(見圖2b)。

王富葆等[15]對吉隆—沃馬盆地塔千溝和加莫溝剖面仲喀組頂蓋礫巖的磁性地層學研究獲得的實測極性柱與標準極性柱的對比結(jié)果明顯值得商榷。其根據(jù)實測極性柱給出的5.44 Ma和6.92 Ma兩個年齡點,與標準極性柱上的極性段差異較大,標準極性柱上5.44～6.92 Ma區(qū)間以負極性為主,但其卻將塔千溝剖面實測極性柱中以正極性為主的段落與之對應(見圖3a)。而如果將其原剖面的5.44 Ma年齡點與標準極性柱的7.0 Ma左右相對應,將6.92 Ma年齡點與標準柱的8.7 Ma左右對應,即可將實測極性柱與標準極性柱基本對應起來 (見圖3b)。從重新比對后的結(jié)果中可以看出,與標準極性柱中包括4個正極性段的3n相對應的實測極性柱中僅有2個極性段,究其原因在于代表這一極性段的巖性以砂礫巖為主,該段可能采樣精度不夠或局部無法采集古地磁樣品,從而造成局部極性段缺失。如此,吉隆—沃馬盆地的仲喀組開始沉積的時間將從原來認為的距今7.0 Ma變?yōu)榧s9.0 Ma,并與扎達盆地開始接受沉積時間相接近,而盆地開始消亡的時間將從原來認為的1.67 Ma提前至約2.2 Ma(見圖3b)。

3.2盆地磁性地層研究結(jié)果整理與重新分析

對青藏高原南部及鄰區(qū)主要晚新生代盆地的磁性地層研究,扎達盆地、吉隆—沃馬盆地、烏郁盆地中采集樣品數(shù)量較多,研究也較仔細,尼泊爾Thakkhola半地塹盆地、達涕盆地和帕里盆地采樣較少,采樣間距較大。各盆地磁性地層學研究結(jié)果整理與重新分析見表2。

圖2　扎達盆地磁性地層多解性對比[13](a為原文,b為重新解釋)Fig.2　Magnetic stratigraphy multiple solutions contrast figure of the Zhada basin

圖3　吉隆—沃馬盆地磁性地層多解性對比圖[15](a為原文結(jié)果,b為重新解釋后結(jié)果)Fig.3　Magnetic stratigraphy multiple solutions contrast figure of the Gyirong-Oma basin

表2 青藏高原南部及鄰區(qū)晚新生代主要盆地磁性地層研究結(jié)果整理與重新分析Table 2 Magnetic stratigraphy results of mainly late Cenozoic basins in the Southern Tibetan plateau and its adjacent area

4　盆地磁性地層對比分析

對青藏高原南部及鄰區(qū)晚新生代近南北向裂陷盆地 (包括扎達盆地、尼泊爾Thakkhola半地塹盆地、吉隆—沃馬盆地、烏郁盆地)的磁性地層研究結(jié)果進行重新解釋后,通過對比分析 (見圖4),可以發(fā)現(xiàn)其形成演化具有明顯的相似性:①除Tahkkhola半地塹盆地在距今10.6 Ma開始沉積以外,其他盆地都在距今9～8 Ma開始接受沉積；②扎達盆地、吉隆—沃馬盆地龍骨溝剖面以及達涕盆地都發(fā)現(xiàn)了三趾馬化石,扎達盆地三趾馬化石發(fā)現(xiàn)于海拔4250 m,年代距今約6.5 Ma[13]、吉隆—沃馬盆地龍骨溝剖面森林-草原型三趾馬化石發(fā)現(xiàn)于海拔4100 m以上,年代距今6.7～7.0 Ma[16]、達涕盆地福氏三趾馬化石發(fā)現(xiàn)于4960～4970 m,年代距今約7.0 Ma[33]；③從距今3.5 Ma開始至2 Ma,各盆地相繼出現(xiàn)代表湖泊消亡的、與下伏地層角度不整合接觸的一套很厚的似貢巴礫巖的粗礫石標志層,且出現(xiàn)時間相差不大；④各盆地在距今8.0～3.5 Ma期間都以發(fā)育一套穩(wěn)定的湖相黏土、砂沉積為特征,直至距今3.5 Ma之后各盆地才陸續(xù)出現(xiàn)與下伏湖相層不整合接觸的河流相粗礫石標志層。

5　討論

5.1盆地的形成演化與高原隆升、氣候變化之間的關系

藏南及鄰區(qū)近南北向裂谷是青藏高原發(fā)育最廣泛、特征最顯著的構(gòu)造,也是陸-陸碰撞引起的陸內(nèi)變形結(jié)果和青藏高原隆升的階段性產(chǎn)物。前人認為高原南北向斷陷盆地的形成主要有垮塌 (高原達到最大高度后發(fā)生的東西向伸展[34～38])、側(cè)向擠出 (高原物質(zhì)在南北向匯聚擠壓作用下向東擠出[12,39～40])、南北向擠壓 (南北向擠壓的應變分解[41～44]或印度大陸斜向俯沖產(chǎn)生的底部剪切牽引力[45])、深部作用 (造山帶的去根作用[46]、巖石圈的熱結(jié)構(gòu)改變[47])等4種模式,其中尤以垮塌模式 (認為近南北向裂谷的出現(xiàn)是高原達到最大高度之后東西向伸展垮塌的標志)被廣泛關注[12,34～38,48～49]。

Liu等[50]通過三維有限元模擬,認為高原達到現(xiàn)今高度的75%即可開始垮塌。關于高原的隆升歷史,很多地質(zhì)學家已經(jīng)從構(gòu)造、沉積、地層、氣候等方面加以研究。從數(shù)據(jù)上看,隆升時間主要集中在距今約40 Ma[51～52]、約33 Ma[53]、25～17 Ma[51]、約15 Ma[55]、約10 Ma[56～57]以及8 Ma左右[58～62]。同時,劉曉東等[63]認為在青藏高原隆起過程中存在一個臨界高度 (1.5～2 km),當高原隆起突破這一臨界高度時,就會對大氣流動產(chǎn)生影響,造成大氣環(huán)流、大氣熱力結(jié)構(gòu)、亞洲以及全球氣候的巨大轉(zhuǎn)變。從印度-歐亞板塊碰撞以來,青藏高原不斷隆升到今天的高度,自然也影響著周邊地區(qū)的氣候環(huán)境,也引起了人們對高原隆升與氣候變化之間關系的大量研究。根據(jù)氣候研究成果,高原及周邊氣候在距今約8 Ma[26,64～66]和3 Ma[26,67～68]前后都發(fā)生了明顯改變,其中距今約8 Ma左右亞洲季風開始形成,約3 Ma左右亞洲冬季風開始興起,同時亞洲季風得到強化。

關于藏南及鄰區(qū)近南北向裂陷的形成與演化,Harrison等[71]認為在距今9～7 Ma之間形成,但是根據(jù)盆地磁性地層特征,本文認為可能從距今約11 Ma就已經(jīng)開始形成,以9～8 Ma為主。從盆地最早接受沉積的時間來看,Thakkhola半地塹盆地最早開始接受沉積,時間約為距今10.6 Ma,而扎達盆地和吉隆—沃瑪盆地地表可見的最早斷陷沉積都在約9 Ma開始出現(xiàn),烏郁盆地為約8.1 Ma。如果上述盆地是因高原隆升形成,考慮到盆地沉積一定滯后于控盆斷裂開始活動的時間,則高原隆升時間一定在約11 Ma就已經(jīng)開始；綜合其他研究者的觀點,如:高原在距今10 Ma[56～57]以及8 Ma[58～62]左右發(fā)生隆升,11～9 Ma是喜馬拉雅主中央斷裂和主邊界斷層開始顯著活動的構(gòu)造年代學證據(jù)[70～74]以及羊八井地塹西側(cè)念青唐古拉山剪切帶中變質(zhì)巖約8 Ma開始快速冷卻的熱年代學證據(jù)[2],南北向申扎—定結(jié)裂谷前期的韌性變形時間為13～8 Ma[77],說明距今10.6～8.0 Ma的隆升可能是連續(xù)進行的,尤其在9～8 Ma期間發(fā)生的隆升較為強烈,并導致藏南及鄰區(qū)一系列近南北向盆地的出現(xiàn)；再加上距今8 Ma左右高原周邊氣候的變化[26,64～65,67]以及扎達盆地、吉隆—沃馬盆地、達涕盆地三趾馬化石的時代都處于7.0～6.5 Ma之間,說明約11～8 Ma期間的隆升可能使高原在8 Ma左右開始影響周邊的氣候環(huán)境,至7.0～6.5 Ma可能已經(jīng)超過了三趾馬能夠生存的最高海拔。

從盆地湖泊消亡的時間來看,距今3.5～2.0 Ma期間各盆地相繼出現(xiàn)代表湖泊消亡的與下伏地層角度不整合接觸的一套似貢巴礫巖的粗礫石標志層,其中,扎達盆地最早消亡,時間約為距今3.5 Ma,烏郁盆地約為2.5 Ma,吉隆—沃馬盆地約為2.2 Ma,Tahkkhola半地塹盆地約為2 Ma[76],可以看出即使各盆地地理位置不同,其湖泊消亡時間也相差不大,且消亡特征具有相似性。綜合藏南及鄰區(qū)氣候在距今3 Ma發(fā)生顯著變化和鐘大賚等[51]1996年從實驗中磷灰石FT年齡大部分落在3 Ma左右得出的東構(gòu)造結(jié)在3 Ma以來發(fā)生集體抬升的熱年代學證據(jù),以及3 Ma左右高原和全球顯著的氣候變化[26,67～68]等觀點,認為在距今3.5～2.0 Ma期間青藏高原南部及鄰區(qū)可能又發(fā)生了一次區(qū)域性的構(gòu)造隆升活動,使高原海拔又一次發(fā)生明顯改變,并導致亞洲季風的強化以及亞洲冬季風的興起。

5.2當前研究中存在的主要問題及建議

藏南及鄰區(qū)晚新生代盆地磁性地層研究過程中主要存在3個方面的不足:

①研究對象太少,區(qū)域代表性不夠。研究主要集中在少數(shù)幾個盆地中,且只有扎達、吉隆—沃馬、烏郁3個盆地研究較為深入,而扎達盆地位于高原南緣西部,吉隆—沃馬盆地位于高原南緣中部,烏郁盆地相對遠離高原南緣,3個盆地相對孤立,需要進一步加強青藏高原南部及鄰區(qū)其他近南北向斷陷盆地的深入研究,特別是對高原南緣東部以及位于烏郁盆地與扎達、吉隆—沃馬之間的南北向斷陷盆地的研究,這樣就可以對比高原南緣東、中、西三個部位構(gòu)造、環(huán)境、沉積的特征,從而進一步分析高原隆升在不同區(qū)域所表現(xiàn)出來的異同。

②構(gòu)造年代學與熱年代學研究工作不足。構(gòu)造年代學與熱年代學是限定斷陷盆地形成年代的一種重要方法,與磁性地層學結(jié)果有相互檢驗的作用。但是在進行磁性地層研究的藏南及鄰區(qū)裂谷盆地中,只有吉隆盆地[77]、Thakkhola半地塹盆地[36]進行了熱年代學研究,應在條件允許的情況下,加強其他南北向斷陷盆地控盆斷裂的構(gòu)造年代學與熱年代學研究。

③盆地磁性地層研究中存在多解性。野外工作過程中,由于地層可能存在間斷,或因為地層的同時異相或同相異時而出現(xiàn)不同采樣剖面對接時的地層缺失或重疊,或剖面巖性差異導致剖面樣品分布的不連續(xù)等,古地磁樣品數(shù)量與采樣精度會受到一定程度的限制,加之在室內(nèi)整理加工處理階段對實驗樣品的破壞或?qū)嶒炚`差,必然導致實測極性柱與標準極性柱有所差異,造成磁性地層結(jié)果的多解性,需要在實測極性柱與標準極性柱對比過程中對樣品間距、沉積速率等因素加以考慮,并輔以其他能夠判斷年代的方法 (地層、古生物、ESR、各種可利用的同位素測年等)進行限定和檢驗。

6　結(jié)論

藏南及鄰區(qū)晚新生代盆地除了早上新世偶見沖積相以外,中—晚上新世都發(fā)育了一套湖相黏土、砂沉積；進入更新世,各盆地都轉(zhuǎn)變?yōu)橐惶缀恿飨嗟纳?、礫石沉積；至中更新世,全部轉(zhuǎn)變?yōu)楸?冰水沉積,并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿率赖臎_洪積。藏南及鄰區(qū)各近南北向裂谷盆地自形成以來都發(fā)育兩次明顯的沉積變動事件,第一次為距今10.6～8.1 Ma期間盆地分別開始接受沉積,第二次為3.5～20.Ma各盆地湖盆消亡；且沉積事件與氣候變化事件 (高原在8 Ma以及3 Ma左右有明顯的兩次氣候變化)在時間上具有近同時性。通過與高原整體演化的聯(lián)系,認為高原可能在距今11～8 Ma、3.5～2.0 Ma發(fā)生了兩期比較強烈的隆升運動,并導致了高原及周邊氣候明顯的變化。當然,目前對于青藏高原的隆升時代與機制尚存在巨大爭議,僅靠現(xiàn)在有限的研究還很難確定藏南及鄰區(qū)的近南北向裂陷盆地是在隆升之后出現(xiàn)還是在隆升的同時出現(xiàn),這些盆地的構(gòu)造演化過程以及構(gòu)造階段性的時限等也需要進一步的磁性地層學和熱年代學工作來限定。

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COMPARATIVE ANALYSIS ON THE MAGNETIC STRATA DEVELOPED IN THE LATE CENOZOIC BASINS IN THE SOUTHERN TIBET PLATEAU AND ITS ADJACENT AREAS

HE Lin1,2,WU Zhong-hai2,HA Guang-hao2,ZHANG Hai-jun1
(1.College of Earth Science and Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China；2.Institute of Geomechanics,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100081,China)

The sedimentary strata among the late Cenozoic extensional rift basins with direction south-north or northeast records some important information about the uplift process of the Tibet plateau in southern Tibet and neighboring areas.Magneto stratigraphy is an important method to define the formation and evolution of the late Cenozoic basins.In this paper,we combed and analyzed the magnetic strata research results about the Zhada basin,Thakkhola basin in Nepal, Gyirong-Oma basin and Wuyu basin systematically.In southern Tibet and neighboring areas,we found two distinct sedimentary change events in the south-north basins since they emerged by the comparison and analysis on the geological events represented by the paleomagnetic chronological. The first is that all the basins began to receive deposits between 10.6～8.1Ma；and the second is that the basins began to die between 3.5～2Ma continuously.Moreover,the plateau have two obvious climate changes events at about 8Ma and 3Ma respectively by the summary on the climate change.Therefor the sedimentary and climate changes are near simultaneous.Besides,the ages of the Hipparion fossil in the Zhada basin,Gyirong-Oma basin and Datee basin are between 6.5～7Ma,also with nearly simultaneous.We thought that perhaps there were two relative strong uplift stages on the plateau in 10.6～8.1Ma and 3.5～2Ma by contacting with the overall evolution of the Tibet plateau.At the same time,we raised some questions exiting in the research about the magnetic strata of the late Cenozoic basins in the southern Tibet plateau neighboring areas and gave solutions. And,we offered some proposals for future research about magnetic stratigraphy in this region.

Tibet plateau；Late Cenozoic；magnetic stratigraphy；nearly south-north rifting basins；uplift of the plateau

P542

A

1006-6616(2016)01-0135-17

2015-10-22

國家自然科學基金項目 (41171009)；中國地質(zhì)調(diào)查局項目 “青藏高原東南緣重要活動斷裂厘定與活動構(gòu)造體系綜合研究”(1212011120163)；中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所基本科研業(yè)務費項目 (DZLXJK201202)

何林 (1992-),男,碩士研究生,研究方向為構(gòu)造盆地與磁性地層學。E-mail:1009322912@qq.com

吳中海 (1974-),男,研究員,從事第四紀地質(zhì)和活動構(gòu)造研究。E-mail:wzhh4488@sina.com