張士貞, 秦雅東, 李 勇, 李奮其, 鞏小棟

(中國地質調查局成都地質調查中心, 四川 成都 610081)

引言

青藏高原的形成與隆升過程一直是地球科學研究的焦點[1-5]。 青藏高原及其周緣盆地新生代以來的沉積直接記錄了高原隆升的過程。 過去幾十年,對青藏高原周緣包括南部喜馬拉雅山山前坳陷和東北緣臨夏盆地等的新生代地層研究已經比較深入,建立了可靠的地層年代序列[6-10],而對高原內部特別是岡底斯地區(qū)的研究相對較少。 漸新世以來,岡底斯地塊整體處于隆升剝蝕過程中,中新世之后更是僅存措勤、改則、南木林、申扎等殘留盆地還在接受沉積[11],目前保留下來的沉積記錄較少。最新的1∶5 萬區(qū)域地質調查在西藏許如錯地區(qū)新識別出的上新統(tǒng)潔居納卓組,可能保存了岡底斯地區(qū)高原隆升和盆地演化的重要信息。 但目前對該套巖石的認識較少,有必要對其地層時代進行限定,對其沉積特征和物源進行分析,在此基礎上進一步深入探討盆地形成演化和高原隆升過程。

碎屑鋯石因其物理、化學性質穩(wěn)定性較強,在風化、沉積搬運過程中,甚至在高級變質作用過程中,仍可保留原有的年齡信息。 這些特性使其成為地層時代限定、沉積物源示蹤的有效手段[9-15]。 本文選取潔居納卓組的砂巖為研究對象,對其進行碎屑鋯石年代學分析,并結合巖石學特征等,探討潔居納卓組的形成時代和物質來源,為青藏高原構造演化的研究提供新資料。

1 地質背景和巖石地層特征

岡底斯帶是夾持于雅魯藏布江縫合帶和班公湖-怒江縫合帶之間的一條巨型構造-巖漿巖帶,西藏地區(qū)80%的巖漿巖分布于該帶上[16],可將其由南向北進一步劃分為南岡底斯(SG)、岡底斯弧背斷隆帶 (GRUB)、中岡底斯(MG) 和北岡底斯(NG)[17]。

本文研究的潔居納卓組位于許如錯南岸,大地構造位置屬南岡底斯中段的北緣(圖1a)。 研究區(qū)出露地層主要有上古生界永珠組碎屑巖建造,古近系林子宗群和新近系布嘎寺組火山巖建造,新近系潔居納卓組碎屑巖建造及第四系等;其中林子宗群與晚古生代地層之間、布嘎寺組與林子宗群之間為角度不整合接觸,潔居納卓組與第四系直接接觸,兩者之間為平行不整合。 區(qū)域內出露的侵入巖主要有古新世二長花崗巖、花崗斑巖、流紋斑巖,中新世花崗斑巖等(圖1b),分別侵位于晚古生代地層和林子宗群火山巖中。 區(qū)域構造發(fā)育,當惹雍錯-許如錯南北向地塹由此經過。

潔居納卓組發(fā)育于許如錯南北向地塹盆地之內,出露面積較小,僅約0.3km2,下未見底,僅見該組頂部巖性,為一套粗碎屑巖建造,巖性主要為固結-半固結的淺紫紅色礫巖與淺灰色、淺灰白色含礫粗砂巖、粗粒巖屑砂巖,礫巖和砂巖之間互層或互為透鏡狀產出(圖2a)。 橫向上礫巖、砂巖的厚度發(fā)生變化,局部礫巖呈巨厚狀,厚度>3m。 巖層近水平,其上被第四系平行不整合覆蓋(圖2b)。 礫巖呈雜基支撐或顆粒支撐,礫石分選、磨圓均較差(圖2c),大小 2mm ～4cm 不等,次棱角狀為主,部分呈棱角狀、次圓狀,礫石成分以雜色(灰色、淺灰紫色、淺灰綠色、淺灰白色等)火山碎屑巖為主,少數(shù)為砂巖、花崗巖和硅質巖等。 粗粒巖屑砂巖(圖2d)主要由石英(約55% ～60%)、巖屑(25% ～30%)、長石( <10%)和少量礫石(3% ～5%)組成,巖屑成分主要為火山碎屑物,粒徑為0.5 ～1mm。 砂巖中發(fā)育平行層理、交錯層理(圖2e)、波痕(圖2f)和泄水構造,顯示其沉積環(huán)境以扇三角洲-河流為主。 巖石分選、磨圓差,成分及結構成熟度較低,顯示為近源、快速堆積的沉積體。 交錯層理和波痕指示了古水流方向為北北東向。 本文選取潔居納卓組的粗粒巖屑砂巖進行碎屑鋯石U-Pb 定年(樣品編號PM008-15TW),采樣點坐標為北緯 30°9′39″,東經86°25′16″。

2 分析方法

圖1 岡底斯構造簡圖(a)和查孜地區(qū)地質簡圖(b)Fig.1 Tectonic sketch of the Gangdese (a) and geological map of the Chazi region (b)

圖2 許如錯地區(qū)潔居納卓組的野外照片F(xiàn)ig.2 Outcrop photos of the Jiejunazhuo Formation in the Xurucuo area

巖石樣品的碎樣和鋯石單礦物分選由河北省廊坊市誠信地質服務有限公司完成,鋯石制靶、顯微照相(透射光和反射光)和陰極發(fā)光(CL)圖像在北京鋯年領航科技有限公司完成。 鋯石 U-Pb 同位素定年在自然資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室的高分辨電感耦合等離子體質譜儀ELEMENT2 上完成,激光剝蝕系統(tǒng)為 GeoLasPro 193n,實驗采用He 作為剝蝕物質的載氣,激光斑束直徑為32μm,儀器調諧時采用NIST610 標準物質。實驗采用鋯石標樣GJ-1 為外標,進行U-Pb 同位素分餾效應和質量歧視的校正計算,Plěsovice 鋯石標樣作為監(jiān)控盲樣來監(jiān)視測試過程的穩(wěn)定性。 詳細的儀器操作條件和數(shù)據處理參考文獻[18]。 鋯石分析數(shù)據的離線處理采用軟件ICPMSDataCal 完成,鋯石加權平均年齡的計算和諧和圖、直方圖的繪制采用Isoplot 程序完成。 對于鋯石年齡大于1000Ma 的數(shù)據,采用207Pb/206Pb 年齡,而對于小于1000Ma 的數(shù)據,采用206Pb/238U 年齡。

3 測試結果

樣品PM08-15TW 部分碎屑鋯石的CL 圖像見圖3。 對樣品的78 粒鋯石進行了 ICP-MS U-Pb 定年,在剔除明顯有異常的分析點后,共獲得65 個測點的有效年齡數(shù)據,其分析數(shù)據見表1。

碎屑鋯石顆粒大多為淡黃色—無色,粒徑50 ～200μm,長寬比介于 1 ～3 之間。 CL 圖像顯示,大多數(shù)鋯石具有巖漿結晶成因特征的韻律環(huán)帶,僅個別顆粒內部呈面狀分帶或扇形分帶,顯示變質成因或受熱液影響鋯石的特征[19-20]。 分析數(shù)據顯示,除個別鋯石(測點 4、24、55)外,絕大多數(shù)鋯石的 Th、U值較高(分別為 31.1 × 10-6～ 6012 × 10-6、 27.6 ×10-6～12848 ×10-6)且呈較好的正相關性,Th/U 比值較大(一般>0.4),顯示巖漿成因鋯石特征[19-20]。

從表1 中可以看出,碎屑鋯石U-Pb 年齡變化范圍在10 ～1610 Ma 之間,年齡跨度較大。 在鋯石UPb 諧和圖(圖4a)中,所有測點基本上都落在諧和線及其附近,呈現(xiàn)出較好的諧和性,不存在明顯的鉛丟失。 根據鋯石年齡及其頻率分布特征(圖4a,b),獲得的65 個碎屑鋯石U-Pb 年齡大致可分為4組:10.1 ～17.2Ma(10 個)、41.7 ～72.2 Ma(43 個)、77.9 ～87.8Ma(4 個)、463 ～1610Ma(8 個),前兩組存在明顯的峰值年齡,分別為10.57Ma、56.42Ma,后兩組數(shù)據分布較少,未見明顯峰值(圖4b)。 結合鋯石CL 圖像,前三組年齡所測鋯石大多數(shù)晶型較完整,呈自形或半自形的棱柱狀、長柱狀,部分顆粒破碎呈棱角狀、次棱角狀,顯示鋯石磨圓度低,搬運距離不遠,基本未遭受或遭受了極弱的外動力地質作用的改造。 第四組年齡所測鋯石外形呈次圓狀、圓狀,顯示鋯石可能經歷了較遠距離的搬運或沉積再循環(huán)。

圖3 砂巖樣品PM08-15TW 部分典型的碎屑鋯石CL 圖像Fig.3 CL images of typical detrital zircons from the PM08-15TW sandstone sample

圖4 砂巖樣品PM08-15TW 的碎屑鋯石U-Pb 年齡諧和圖(a)和頻率直方圖(b)Fig. 4 Concordia diagrams of U-Pb dating (a) and frequency histograms for detrital zircons from the PM08-15TW sandstone sample(b)

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4 討論

4.1 沉積時代

本文獲得的65 個鋯石U-Pb 年齡中,有10 個年齡集中在10.1 ～17.2Ma,其中最小年齡為10.1 ±0.58Ma,屬于晚中新世(托爾托納階),表明該地層的沉積時代不早于晚中新世。 考慮到在岡底斯中段基本不存在更年輕的巖漿活動,并且研究對象的固結程度相對不高,為固結-半固結狀,因此,其沉積時限可能要遠晚于10Ma。 筆者對潔居納卓組的砂巖樣品進行了ESR 測試,雖因累積劑量飽和,未能得到具體的年齡值,但也給出了“ESR 年齡值>2Ma”的測試結果,指示其形成時代不晚于早更新世(杰拉階)。 結合前人在措勤地區(qū)潔居納卓組中獲得的2.9Ma、3.5Ma 的ESR 年齡信息[21],筆者認為在許如錯南岸新發(fā)現(xiàn)的這套潔居納卓組可能形成于上新世。

4.2 物源分析

本文潔居納卓組中發(fā)育的交錯層理和波痕等沉積構造指示了古水流方向為北北東向,表明其沉積物質可能主要來源于許如錯以南地區(qū)。 區(qū)域地質背景顯示,潔居納卓組位于南岡底斯北緣,其以北即為岡底斯弧背斷隆帶(圖1a)。 前人研究表明,南岡底斯缺乏的170 ～140Ma 的巖漿巖在岡底斯弧背斷隆帶及其以北的中岡底斯、北岡底斯卻有分布[22-23],與本次采樣位置隔湖相望的許如錯北岸(屬岡底斯弧背斷隆帶)就發(fā)育有～155Ma 的花崗巖[24]。 本文獲得的碎屑鋯石年齡中不存在該期巖漿事件的記錄,進一步說明岡底斯弧背斷隆帶及其以北地區(qū)不是潔居納卓組的沉積物源區(qū),潔居納卓組的沉積物應該都來源于南岡底斯。

潔居納卓組的巖石成分及結構成熟度較差,顯示地層以近源沉積為主;本文所測樣品的碎屑鋯石大多呈自形或半自形的棱柱狀、長柱狀,顯示其搬運距離不遠,基本未遭受或遭受了極弱的外動力地質作用的改造。 潔居納卓組礫巖的礫石成分以火山碎屑巖為主,見少量花崗巖、砂巖和硅質巖,砂巖的巖屑也以火山碎屑物為主,說明潔居納卓組的沉積物來源是以附近的火山巖為主,侵入巖、沉積巖次之。 區(qū)域地質調查顯示,許如錯以南的查孜及其附近地區(qū)發(fā)育有大量的林子宗群和布嘎寺組火山巖。 前人研究獲得了查孜地區(qū)林子宗群和布嘎寺組火山巖的形成年齡分別為55 ～71Ma、9.46 ～12.92Ma[25-26],在桑桑區(qū)以北30km 處的林子宗群火山巖中獲得了49.8 ±0.92Ma 的鋯石U-Pb 年齡[27]和 47.7 ± 2.2Ma、45.1 ± 1.6Ma 的全巖40Ar-39Ar 年齡[28],這些與本文獲得的41.7 ～72.2 Ma 和10.1 ～17.2Ma 兩組年齡較為切合。 本文獲得的第三組年齡77.9 ～87.8Ma(4 個),其鋯石可能是來自于林子宗群和布嘎寺組火山巖中的捕獲鋯石。 火山巖在巖漿侵位過程中可能捕獲先成巖石的鋯石,李勇等在對查孜地區(qū)典中組火山巖進行鋯石U-Pb 測年時,獲得的測試數(shù)據中亦有白堊紀巖漿巖(82.4 ～103.8Ma)的年齡記錄[18]。 以上結果顯示,本文所測樣品中約有87%的碎屑鋯石都可能來自于查孜及其附近地區(qū)的林子宗群和布嘎寺組火山巖。 另外,查孜及其附近地區(qū)發(fā)育的古新世(55 ～62Ma)和中新世(11 ～17Ma)侵入巖[25],也可能為潔居納卓組提供了少量的沉積物質。

第四組年齡(463 ～1610Ma)所測鋯石外形呈次圓狀、圓狀,顯示鋯石可能經歷了較遠距離的搬運或沉積再循環(huán),考慮到潔居納卓組以近源沉積為主,該類鋯石最有可能是來自于附近地區(qū)的晚古生代永珠組和拉嘎組,為沉積再循環(huán)鋯石。 前人研究結果[30]也顯示永珠組、拉嘎組可以提供這些年齡的碎屑鋯石。

綜上所述,本文研究的潔居納卓組是近源沉積的產物,許如錯以南的查孜及其附近地區(qū)的林子宗群和布嘎寺組火山巖是其沉積物質的主要來源,古新世—中新世侵入巖和晚古生代地層也為其提供了少量的沉積物質。

4.3 對青藏高原隆升的沉積響應

青藏高原的隆升過程十分復雜,具有多階段、不均勻、非等速等特征[30-31]。 不同學者利用不同的方法和手段對青藏高原新生代隆升階段提出了多種劃分方案,主要有三階段[32-33]、四階段[30,34-35]、五階段[36]等不同的認識。 盡管不同學者的劃分方案有所不同,但大多認為青藏高原在中新世之后發(fā)生過強烈隆升作用。 中新世—上新世時形成的近南北向地塹盆地,一般被認為是高原隆升到足夠高度而開始垮塌的標志[11]。 藏南札達、普蘭、岡仁波齊和吉隆等南北向地塹盆地形成于約10Ma 左右,它們早期快速裂隙充填,以沖積扇-辮狀河相沉積為主(如旦增竹康組),約7 ～4Ma 進入盆地穩(wěn)定發(fā)展充填期,以水下扇-湖泊三角洲-湖泊相沉積為主(如沃馬組下段),4Ma 以后進入湖盆萎縮期,主要發(fā)育辮狀河-沖積扇相(如沃馬組上段)[37-38]。 本文研究的潔居納卓組發(fā)育于岡底斯許如錯南北向地塹盆地之內,主要由礫巖和粗砂巖組成,是近源快速堆積的產物,砂巖中發(fā)育平行層理、交錯層理和波痕,顯示以扇三角洲 - 河流相為主。 筆者認為,許如錯地區(qū)的潔居納卓組在空間分布、巖石組合、沉積時代和沉積環(huán)境等方面都可以與藏南的沃馬組進行比較。 另外,對比岡底斯東段烏郁盆地的烏郁組和達孜組,認為潔居納卓組在巖石組合、沉積時代、沉積環(huán)境等方面也具有一定的相似性。 上述地層均被認為是高原隆升-剝蝕的產物[37-39],因此許如錯地區(qū)的潔居納卓組也應該是高原隆升-剝蝕形成的,是上新世時高原隆升在岡底斯地區(qū)的沉積響應。

青藏高原隆升存在空間差異性,不僅不同地區(qū)隆升階段性不同步,而且在同一地區(qū)的不同部位也往往表現(xiàn)出明顯的差異隆升歷史[31]。 潔居納卓組是青藏高原局部構造差異隆升的結果。 物源分析顯示,潔居納卓組的沉積物主要來源于許如錯南北向地塹兩側的高山。 中新世—上新世時期,在青藏高原整體隆升的大背景下,許如錯地區(qū)早先形成的南北向正斷層導致了不同部位的隆升差異和地貌分異,形成了南北向地塹盆地,隆升導致的強烈構造侵蝕在盆地低洼區(qū)形成了潔居納卓組。

5 結論

對許如錯南岸潔居納卓組的砂巖樣品進行碎屑鋯石U-Pb 定年,獲得的年齡可大致分為4 組:10.1 ～17.2Ma、41.7 ～ 72.2 Ma、77.9 ～ 87.8Ma、463～1610Ma。

結合巖石組合特征、ESR 測試結果和區(qū)域年齡資料,認為潔居納卓組可能形成于上新世。 物源分析顯示,許如錯以南的查孜及其附近地區(qū)的林子宗群、布嘎寺組火山巖為潔居納卓組沉積物質的主要來源,古新世、中新世侵入巖和晚古生代地層也為其提供了少量的沉積物質。 潔居納卓組發(fā)育于許如錯南北向地塹盆地之內,是上新世高原隆升在岡底斯地區(qū)的沉積響應,是青藏高原局部構造差異隆升的結果。

致謝:自然資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室的胡志中工程師在鋯石U-Pb 測年實驗和數(shù)據處理中給予了有益的指導和幫助, 審稿專家和編輯部老師對本文提出了寶貴的修改意見, 在此一并表示衷心感謝!