岩石学报  2012, Vol. 28 Issue (5): 1635-1646   PDF    
仲巴地体的板块亲缘性:来自碎屑锆石U-Pb年代学和Hf同位素的证据
孙高远, 胡修棉     
内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室, 南京大学地球科学与工程学院, 南京 210093
摘要: 仲巴地体位于青藏高原西南部,其南北两侧均为雅鲁藏布蛇绿岩或蛇绿混杂岩。仲巴地体主要由一套断续出露的前寒武系构造基底、古生代和三叠系地层组成,岩性主要包括石英砂岩、含白云母石英岩、泥质石英粉砂岩,白云母方解石片岩和大理岩等。岩相学揭示这套地层总体上为滨浅海-陆棚-外陆棚环境。碎屑锆石U-Pb年代学和Hf同位素分析表明,锆石年龄出现特征年龄峰值530Ma和950Ma,与西羌塘、特提斯喜马拉雅以及高喜马拉雅地体非常类似,并且950Ma左右的碎屑锆石群具有与上述地体上报道的同期碎屑锆石群相似的εHf(t) 值和地壳模式年龄。这种碎屑锆石年龄和Hf同位素组成特征明显区别于拉萨地体,后者以出现约1170Ma的特殊年龄群为特征。基于碎屑锆石特征和沉积学研究,本文认为仲巴地体属于西羌塘-大印度-特提斯喜马拉雅构造体系,与拉萨地体具有不同的板块构造亲缘性。
关键词: 仲巴地体     物源区     碎屑锆石     年代学     Hf同位素    
Tectonic affinity of Zhongba terrane: Evidences from the detrital zircon geochronology and Hf isotopes
SUN GaoYuan, HU XiuMian     
State Key Laboratory for Mineral Deposits Research, School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210093, China
Abstract: In the western Yarlung zangbo suture zone, there are widespread outcrops of Zhongba terrane between southern and northern tectonic mélange. Petrology, detrital zircon geochronology and Hf isotope analysis were carried out on this strata, Zhongba terrane consists of low-grade metamorphic quartz sandstone, muscovite quartzite, muscovite calcite schist, argillaceous quartz siltstone and marble, this sedimentary succession was deposited on the coastal and shallow sea-shelf-outer shelf environments. U-Pb dating of detrital zircons from the quartz sandstone of Zhongba terrane yielded ages clustering at~530Ma and~950Ma, which can be compared with the counterpart from western Qiangtang terrane, Tethyan Himalaya and High Himalaya. They are remarkably similar with a wide but identical range of εHf(t) values of the ca. 950Ma age population as well, at the same, the distinctive ca. 1170Ma age population which is characteristic of zircons in the Lhasa terrane is absent in samples from Zhongba terrane. Our data suggests that Zhongba terrane were part of the Qiangtang-Greater India-Tethyan Himalaya continental margin system during the Paleozoic and had a probably different source and tectonic evolution with the Lhasa terrane.
Key words: Zhongba terrane     Provenance     Detrital zircon     Geochronology     Hf isotope    
1 引言

在藏南雅鲁藏布缝合带西段,阿依拉日居-仲巴一带,南北夹持于中生界地层之间,出露一个巨大的震旦系-古生界地块,被称为仲巴地体,也有称之为曲龙-吉拉地体 (赵政璋等,2001)。作为雅鲁藏布缝合带西段的重要组成部分,仲巴地体的来源与演化是认识该缝合带的重要基础。然而,迄今还没有专文对此地体做过研究,仅在区域地质调查工作中有所涉及,且这些成果大多集中在地层和古生物方面 (河北地质调查院,2003, 2006盛怀斌和曲景川,1991张振利等, 2006, 2007),缺乏对仲巴地体构造亲缘性问题的认识。之前一般认为仲巴地体是海西-印支早期从冈底斯-念青唐古拉板片 (即拉萨地体) 南缘裂离出来的离散地体 (西藏地矿局,1993),因而应具有拉萨地体的构造亲缘性。张振利等 (2007)通过对仲巴地体早二叠世一套变质玄武质火山岩进行研究,认为其地球化学特征与大陆裂谷型火山岩一致,形成于活动陆棚裂陷 (谷) 盆地的构造环境,属于拉萨地体南缘增生楔。近期,在西藏普兰县仲巴地体内部发现中国境内最古老的碎屑锆石年龄 (4.1Ga) (多吉等,2007),为认识仲巴地体提供了新资料。

①河北省地质调查院区域地质调查所. 2003.西藏1:25万萨嘎县幅、桑桑区幅、吉隆县幅区域地质调查报告

②河北省地质调查院区域地质调查所. 2006.西藏1:25万亚热幅与普兰县幅、霍尔巴幅与巴巴扎东幅区域地质调查报告

由于锆石性质稳定,在形成之后,其U-Pb体系通常不会受到后期沉积过程的影响 (Wu and Zheng, 2004),是物源区示踪研究的理想对象。本文在前人研究的基础上,在仲巴地体的仲巴、萨嘎一带开展了工作,试图通过对碎屑锆石U-Pb和Hf同位素的分析,对仲巴地体的构造属性进行约束。

2 地质背景

西藏南部造山带从北向南依次为拉萨地体南缘的冈底斯火山-岩浆弧带和日喀则弧前盆地带、雅鲁藏布缝合带、喜马拉雅带 (图 1a)(Yin and Harrison, 2000; 潘桂棠,2004)。拉萨地体南缘的冈底斯火山-岩浆弧带广泛出露包括白垩纪-古近纪的钙碱性花岗岩和第三系非海相的林子宗组火山岩 (Mo et al., 2008; Ji et al., 2009; Zhu et al., 2011)。日喀则弧前盆地为一套深海复理石沉积,其物源主要为北侧紧邻的冈底斯弧南缘侏罗纪-早白垩世叶巴组和桑日群火山弧与火山碎屑物质 (王成善,1999Wu et al., 2010; Wang et al., 2012)。雅鲁藏布缝合带是印度大陆和亚洲大陆碰撞的缝合线,由沉积岩系、蛇绿岩套和混杂岩带组成 (Yin and Harrison, 2000; 潘桂棠等,2006)。喜马拉雅带在藏南又可分为三个亚带,分别为特提斯喜马拉雅带、高喜马拉雅带和低喜马拉雅带。特提斯喜马拉雅带为稳定的被动大陆边缘沉积,时代从古生代-始新世 (Gaetani and Garzanti, 1991Garzanti, 1999),在藏南地区可以分为北侧的较深水外陆架沉积和南侧浅水陆棚碳酸盐和碎屑岩沉积 (Liu and Einsele, 1994陈蕾等,2007Hu et al., 2010; 李响,2011);高喜马拉雅地区由印度板块的高级变质岩所组成,与特提斯喜马拉雅之间被藏南拆离系 (STDS) 所分开;低喜马拉雅带由寒武纪-古生代未变质和浅变质的印度地壳组成,与高喜马拉雅的边界是主中央断层 (MCT)(Yin and Harrison, 2000)。

图 1 藏南喜马拉雅构造分区图 (a, 据Yin and Harrison, 2000修改) 和研究区地质简图及采样位置 (b,据河北省地质调查院区域地质调查所, 2003修改) Fig. 1 Simplified tectonic map of the Himalaya and southern Tibet (a, modified after Yin and Harrison, 2000) and geological sketch map of studying area and sampling spots (b)

仲巴地体南北各分布着一条混杂岩带和蛇绿岩带 (图 1b),均以断层接触,共同构成雅鲁藏布缝合带的西段。具体来说,位于仲巴地体北侧为蛇绿质混杂岩带,南侧包括泥砂质混杂岩带和蛇绿质混杂岩带 (潘桂棠等,2004)。通过对这两条混杂岩带的研究,一般认为它们是在印度板块向欧亚板块俯冲以及碰撞过程中,在深海沟盆地中形成的混杂岩带 (高延林和汤耀庆,1984Liu and Einsele, 1996孙高远等,2011)。对于地体两侧的蛇绿岩带研究较多。南带岩体规模一般较大,岩性为变质橄榄岩、堆晶纯橄岩、席状岩墙 (床) 群、基性熔岩,伴以放射虫硅质岩;北带岩体一般规模不大,多呈透镜体,岩性主要为方辉橄榄岩和纯橄岩,少数地方出现枕状玄武岩与放射虫硅质岩 (熊发挥等,2011徐向珍等,2011莫宣学和潘桂棠,2006Dai et al., 2011)。通过对北侧蛇绿岩研究,在门士地区加拉崩剖面的玄武岩K-Ar定年获得89.81±5.13Ma,认为其形成时间为中晚侏罗世 (张万平等,2011);南侧蛇绿岩研究较为丰富,通过对放射虫硅质岩和锆石同位素定年,确认其形成时间为晚侏罗世-早白垩世 (周肃等,2001; 周肃, 2002Miller et al., 2003韦振权等,2006夏斌等,2008李建锋等,2008)。目前大多学者认为这南北两支蛇绿岩是雅鲁藏布江蛇绿岩带在西段的两条分支,形成于俯冲带之上 (Bezard et al., 2011; Dai et al., 2011; 王希斌等,1987赵崇贺和李国良,1991张万平等,2011)。

3 仲巴地体地层

仲巴地体东起达吉岭区,向西延续进入克什米尔,北部边界为达机翁-达吉岭断裂,南边为扎达-拉孜-邛多江断裂 (郭建慈等,2006)。仲巴地体主要包含两套地层:一套是震旦-寒武系齐吾贡巴群,主要是以绿片岩相的浅变质岩,该套岩石构成了该区的构造基底。另一套是奥陶系-三叠系海相稳定型沉积,岩性主要为滨浅海相砂板岩、碳酸盐岩沉积,共同构成了该区的沉积盖层,除缺失下石炭统地层外,其余地层较为连续 (表 1图 2),呈北西西向至近东西向展布,并发育巨型多穹隆复式背斜构造 (张振利等,2007)。

表 1 仲巴地体地层 (西藏地质局区调大队,1987) Table 1 Strata of Zhongba terrane

①西藏地质局区调大队. 1987. (H-45)1:100万嘎达克幅区域地质调查报告

图 2 仲巴地体地层柱状图 (西藏地质局区调大队, 1987) Fig. 2 Column of the strata in Zhongba terrane

本次研究采样区位于仲巴县和萨嘎县附近,据1:25万萨嘎幅填图报告 (河北省地质调查院区域地质调查所, 2003) 显示,该区广泛出露中上二叠统的曲嘎组和中下三叠统穷果群地层。然而,通过本次的野外工作发现,在该区出露地层除了沉积盖层外,还可能有基底的齐吾贡巴群出露。

4 样品采集与研究方法

本次研究采样区主要位于仲巴县北部和萨嘎县西北G219国道附近,采集样品主要包括基底齐吾贡巴群变质石英砂岩样品以及沉积盖层中上二叠统曲嘎组浅变质碎屑岩样品。磨制各类岩石薄片15片,并且对曲嘎组中6件碎屑岩样品作颗粒统计和3件碎屑岩样品做碎屑锆石测试 (图 1b)。

碎屑颗粒统计 (碎屑模式分析) 在本次研究中采用目前最常用的Gazzi-Dickinson法进行砂岩的碎屑颗粒统计 (Ingersoll et al., 1984)。该方法采用的是栅格结点计数的方法,虽然砂岩在成岩过程中,遭受不同程度的改造,但是由于采用单颗粒 (大于62.5μm) 计点,因此统计结果是可靠的,为了降低误差,一般情况下每个样品统计400以上的颗粒。

碎屑锆石分选首先是将样品粉碎至~280μm,经水淘洗分离出重矿物, 经磁选后,在双目镜下挑选出锆石,将其固定在环氧树脂靶上,抛光至中心部位备用。碎屑锆石U-Pb年龄测定是在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成。所用仪器为连接New Wave UP213固体激光剥蚀系统 (LA) 的Agilent 7500a型等离子质谱仪 (ICP-MS),详细方法参见Jackson et al. (2004)He et al. (2009)。采用Andersen (2002)方法 (ComPbCorr#3-151程序) 进行普通铅校正,所得数据通过Isoplot宏程序 (Ludwig, 2001) 计算完成。对于谐和度大于10%的锆石点本文舍弃不作讨论,同时对小于1000Ma的锆石,采用206Pb/238U年龄;对大于1000Ma的锆石,采用207Pb/206Pb年龄 (Griffin et al., 2004)。

锆石Hf同位素分析是使用南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室的激光剥蚀多接收等离子质谱 (LA-MC-ICPMS) 完成测试,其中激光剥蚀系统采用193nm的气体准分子激光源的UP193FX (New Wave,USA),质谱使用Thermo Fisher公司的Neptune Plus型多接收等离子质谱。分析时激光束直径50μm,激光脉冲频率为5Hz,信号采集次数200次,采集时间1min左右。

在计算时,176Lu的衰变常数采用1.865×10-11a-1(Scherer et al., 2001),εHf的计算采用Bouvier et al. (2008)推荐的球粒陨石Hf同位素值,176Lu/177Hf=0.0336,176Hf/177Hf=0.282785。Hf两阶段模式年龄采用平均地壳的 (176Lu/177Hf)C=0.015(Griffien et al., 2002) 进行计算。相关的计算公式为:

5 研究结果 5.1 岩石学特征

本次研究所采集的仲巴地区地体样品包括多种岩性,主要有来自前寒武系构造基底的变质石英砂岩,和沉积盖层中上二叠统的曲嘎组,具体岩性包括含白云母石英岩、泥质石英粉砂岩、大理岩和白云母方解石片岩等。

石英砂岩 (图 3a) 该砂岩颗粒组成主要为石英,含少量岩屑,其碎屑分选性较好,颗粒次圆状,磨圆度好,基本不含杂基成分,胶结物主要为硅质。石英主要为单晶石英,含量为95.4%~100%(平均96.3%),但个别用品中多晶石英含量达到13.7%,岩石发生较浅程度的变质,因此次生加大边常见,另外可见石英熔融后的缝合线构造。基本不含长石,岩屑组分主要为硅质岩屑 (图 3b),最高达到4.5%。副矿物主要为磁铁矿等。本次对其中6件样品进行碎屑统计,在QFL三角图解 (Dickinson et al., 1983) 上显示 (图 4),该组石英砂岩基本投点于克拉通内陆区域,指示可能存在一稳定的克拉通为其提供物源。

图 3 样品镜下特征 (a)-石英砂岩样品09QG08(5×),正交偏光;(b)-石英砂岩样品09QG07(20×),正交偏光含硅质岩屑;(c)-含白云母石英岩样品09SG-D (5×), 正交偏光,含定向排列的白云母;(d)-大理岩样品09QG02(10×),正交偏光;(e)-泥质石英粉砂岩样品09QG04(20×),单偏光;(f)-白云母方解石片岩,含海百合化石样品09QG2-1(2.5×),正交偏光 Fig. 3 Photomicrograph of sample (a)-quartz sandstone, sample 09QG08; (b)-quartz sandstone with siliceous clasts, sample 09QG07; (c)-muscovite quartzite, sample 09SG-D; (d)-marble, sample 09QG02; (e)-argillaceous quartz siltstone, sample 09QG04; (f)-muscovite calcite schist with Encrinite, sample 09QG2-1

图 4 仲巴地体碎屑岩的三角图解 (底图据Dickinson et al., 1983) Fig. 4 Triplot of sandstone clastic compositions from the Zhongba terrane (after Dickinson et al., 1983)

含白云母石英岩 (图 3c) 石英为其主要组成部分,含量达到95%以上,这类岩石变质程度相对较深,主要表现在有些石英颗粒之间呈现平直镶嵌或者熔蚀锯齿状接触边。含有一定量的长条状白云母,充填在石英颗粒的缝隙之中,并且长轴方向呈现定向排列,体现出受应力作用的结果。

大理岩 (图 3d) 成分基本全是方解石,重结晶化明显,呈现他形不规则粒状,聚片双晶常见,这些方解石受重结晶作用使得颗粒之间呈镶嵌状接触。

泥质石英粉砂岩 (图 3e) 碎屑颗粒基本小于0.1mm,岩石整体发生轻微变质,尤以绿泥石化强烈。泥质主要为绿泥石和伊利石,含量约为25%,其余均为石英颗粒,含量达75%左右,由于后期变质作用导致这些粘土矿物重结晶增大,重矿物成分为黄铁矿和褐铁矿。

白云母方解石片岩粒状变晶结构,主要成分有方解石 (60%)、白云母 (30%) 和石英 (10%),白云母形成可能是原始泥质条带经历绢云母化作用,而最终变为白云母,因而常常表现为长条形撕裂状,扭曲状的集合体形态,排列体现出一定的方向性。方解石普遍发生重结晶化作用,石英也是后期交代而成,含有海百合化石 (图 3f)。

5.2 碎屑锆石U-Pb和Hf同位素特征 5.2.1 碎屑锆石U-Pb年龄

本次重点对仲巴地体石英砂岩样品中挑选的348颗碎屑锆石进行了U-Pb年代学测试,其中有321颗均得到比较谐和的年龄 (附表 1,见同文网络电子版;图 5图 6),除一颗锆石Th/U值为0.07外,其余Th/U值绝大部分大于0.4,代表岩浆成因锆石。

附表 1 仲巴地体碎屑锆石U-Pb年龄数据 TableS1 U-Pb age data of detrital zircons from Zhongba terrane

图 5 仲巴地体样品09SG-D、09QG08和09QG06碎屑锆石年龄谱图 Fig. 5 Relative U-Pb age probability for detrital zircons of sample 09SG-D, 09QG08 and 09QG06 from the Zhongba terrane

图 6 仲巴地体样品09QG06、09QG08和09SG-D碎屑锆石谐和图 年龄单位为Ma,椭圆误差为1σ.灰色椭圆为不和谐锆石,因此舍弃不作讨论 Fig. 6 U-Pb concordia for detrital zircons of sample 09QG06, 09QG08 and 09SG-D from the Zhongba terrane

样品09SG-D (GPS:29°34′3.4″N,84°53′52.6″E,4601m) 采自萨嘎县西北部,G219国道附近 (图 1b)。共测128颗锆石中得到124颗谐和年龄,年龄峰值集中在940~1000Ma,1570~1610Ma,1800~1900Ma和2480~2550Ma (图 5a)。该样品所得最年轻年龄分别为704±8Ma,720±8Ma,748±8Ma和768±9Ma。

09QG08(GPS:29°50′41.8″N,84°4′46.6″E,4879m) 采自仲巴县城北部 (图 1b),共测试112颗锆石,其中有98颗谐和锆石年龄,其峰值主要集中在470~550Ma,900~1000Ma,1100~1180Ma以及2400~3000Ma之间 (图 5b),其中最年轻锆石有351±5Ma,401±5Ma,467±6Ma和472±6Ma。

样品09QG06(GPS:29°50′45.5″N,84°4′52″E,4869m) 同样采自仲巴县城北部 (图 1b)。样品09QG06共测试108颗锆石,得到99颗谐和锆石年龄,其年龄峰值主要出现在区间480~550Ma和950~1000Ma内,还有少量分布在2000~2500Ma之间 (图 5c)。该样品最年轻锆石年龄有455±5Ma,481±7Ma,497±7Ma和499±7Ma。

综合上述三件样品,总体锆石年龄峰值分布在~530Ma (约25颗),~950Ma (约66颗),1600~1800Ma (约23颗) 和~2500Ma (约23颗)(图 7e)。

图 7 碎屑锆石年龄对比图 (a)-西羌塘碎屑锆石 (据Pullen et al., 2008; Zhu et al., 2011; Dong et al., 2011);(b)-特提斯喜马拉雅碎屑锆石 (McQuarrie et al., 2008; Myrow et al., 2009, 2010; Zhu et al., 2011);(c)-高喜马拉雅碎屑锆石 (据Gehrels et al., 2006a, b),(d)-拉萨地体碎屑锆石 (据Leier et al., 2007; Zhu et al., 2011);(e)-仲巴碎屑锆石 (本文) Fig. 7 Relative U-Pb age probability for detrital zircons from different area (a)-western Qiangtang terrane (after Pullen et al., 2008; Zhu et al., 2011; Dong et al., 2011); (b)-Tethyan Himalaya (after McQuarrie et al., 2008; Myrow et al., 2009, 2010; Zhu et al., 2011); (c)-High Himalaya (after Gehrels et al., 2006a, b); (d)-Lhasa terrane (after Leier et al., 2007; Zhu et al., 2011); (e)-Zhongba terrane (this text)
5.2.2 Hf同位素特征

本次共对仲巴地体碎屑锆石样品进行了181个点的Hf同位素分析,除一颗锆石被打穿舍弃外,剩余180颗碎屑锆石数据显示 (附表 2,见同文网络电子版;图 8),在年龄峰值~530Ma处的锆石18颗,有两颗锆石为较负的εHf(t) 值,年龄为507Ma和521Ma,其对应εHf(t) 值为-29.89和-44.27,其余εHf(t) 值大致分布区间为-13.9~-8.61,地壳模式年龄tDMC为1.9~4.2Ga;在~950 Ma这一明显峰值处锆石约36颗,εHf(t) 值分布区间为-13.0~6.67,地壳模式年龄tDMC为1.4~2.7Ga,这一年龄域内,约24颗锆石具有相近的εHf(t) 值和地壳模式年龄区间,分别为-6.94~-1.64和2.0~2.2Ga,峰值处951 Ma处的εHf(t) 值为-6.4,地壳模式年龄tDMC为2.2Ga;在1600~1800Ma年龄区间内约15颗锆石,其εHf(t) 值变化范围为-11.17~3.61,地壳模式年龄tDMC为2.1~3.1Ga;另一主要年龄峰值~2500Ma,其中有一颗具有很正的εHf(t) 值 (26.76),其余12颗碎屑锆石的εHf(t) 值为-11.41~-0.96,其地壳模式年龄tDMC为3.1~3.7Ga。

附表 2 仲巴地体碎屑锆石Hf同位素数据 TableS2 Hf isotope data of detrital zircon from Zhongba terrane

图 8 仲巴地体 (本文) 与拉萨地体、西羌塘 (据Zhu et al., 2011) 和特提斯喜马拉雅 (据Hu et al., 2010; Zhu et al., 2011) 碎屑锆石εHf(t) 值与锆石U-Pb年龄对比图 DM-亏损地幔演化线; CHUR-球粒陨石演化线 Fig. 8 Plots of εHf(t) vs. U-Pb ages of the detrital zircons from Zhongba terrane (this text), Lhasa terrane, western Qiangtang terrane (Zhu et al., 2011) and Tethyan Himalaya (Hu et al., 2010; Zhu et al., 2011) DM-depleted mantle; CHUR-chondritic uniform reservoir
6 讨论 6.1 仲巴地体地层时代与形成环境

地层时代是认识其形成与构造演化的根本问题,历来由于对仲巴地体地层的研究程度尚浅,因而并没有得到比较确切的时代限制。1:100万嘎大克幅 (西藏地质局区调大队, 1987) 以及1:25万萨嘎幅和霍尔巴幅 (河北省地质调查院区域地质调查所, 2003, 2006) 区域地质调查报告显示,仲巴地体地层除了震旦-寒武系和石炭系地层中化石稀少外,其余地层均含有丰富的生物化石 (图 2),由此将仲巴地体地层时代分置于震旦纪一直延续到三叠纪,其中最年轻地层为三叠系穷果群。

碎屑锆石年代学研究表明,其年龄值可以为地层沉积的最大年龄提供约束,即该地层的形成时间必晚于该碎屑锆石的最年轻年龄。本文对于仲巴地体的碎屑锆石研究发现,在仲巴县城北的两件样品 (09QG06,09QG08) 显示,其最年轻锆石为351Ma,并且在~530Ma有峰值出现,说明仲巴地体沉积盖层至少接受了来自早古生代地层的物质,其沉积年龄至少延续到351Ma (石炭纪) 之后,在缺乏上覆地层限制下,很难通过碎屑锆石来确定其地层的上限年龄。因此我们将碎屑锆石和古生物化石资料结合考虑,认为仲巴地体的沉积盖层延续至中下三叠统的穷果群。

在萨嘎县西所采样品09SG-D,从1:25万萨嘎幅地质图上 (河北省地质调查院区域地质调查所, 2003) 所示为中上二叠统曲嘎组,然而碎屑锆石年龄显示其最年轻为704Ma,并在~950Ma出现峰值,而缺乏其盖层广泛出现的~530Ma年龄峰值,结合其岩石特征,该岩石为变质石英岩,石英颗粒之间呈现平直镶嵌或者熔蚀锯齿状接触边,含大量定向白云母,说明其普遍受到高压的区域变质作用,表明该区形成时间很可能在古生代之前,为元古代时期形成受到后期构造变质的地层,因此推测在该区有地体的新元古代结晶基底出露,而并非1:25万萨嘎幅认为的二叠系曲嘎组。

在仲巴与萨嘎地区所采地体地层样品,石英砂岩中的石英含量高达95%以上,即使含有岩屑,也是比较稳定的硅质岩岩屑,其成分成熟度非常高,表明沉积物经过长距离搬运并且受强烈水动力左右的结果,通常是滨浅海环境下的沉积产物。白云母方解石片岩和大理岩的原岩为碳酸盐岩,同时根据这些岩层中含有的大量海百合茎、珊瑚等化石,认为属于陆棚-外陆棚的台地型沉积环境。因此,这套从石英砂岩-变质片岩-碳酸盐岩组成的沉积建造指示其为滨浅海-陆棚-外陆棚的沉积环境。

6.2 仲巴地体的区域物源区对比

通过对仲巴地体碎屑岩进行QFL三角投图,投于稳定的克拉通内部 (图 4),该组碎屑岩的显微特征显示石英为其主要成分,占95%以上。因此,我们认为仲巴地体的形成之时有一个稳定的克拉通为其提供了物源。

目前已有大量数据表明,西羌塘地块 (Zhu et al., 2011) 的碎屑锆石年龄谱图 (图 7a) 显示在530Ma,650Ma,800Ma,950Ma和~2500Ma (Pullen et al., 2008; Zhu et al., 2011; Dong et al., 2011),均出现了明显的峰值,同时对比特提斯喜马拉雅和高喜马拉雅的碎屑锆石年龄值,也出现了530Ma和950Ma这两个明显的特征峰值 (图 7a-c)(Gehrels et al., 2006a, b; McQuarrie et al., 2008; Myrow et al., 2009, 2010; Zhu et al., 2011),除此之外它们在~2500Ma也同样出现了相似的年龄值。而位于雅鲁藏布缝合带北侧的拉萨地体碎屑锆石年龄谱显示,在550Ma和1170Ma左右出现明显的年龄峰值 (图 7d)(Leier et al., 2007; Zhu et al., 2011)。

Zhu et al.(2011)指出拉萨地体具有特征峰值1170Ma,而特提斯喜马拉雅和西羌塘明显缺失,这与澳大利亚南西部科利盆地和西部Perth盆地二叠纪碎屑锆石类似。同时结合其它证据,表明拉萨地体是从澳大利亚北缘分离出来,与澳大利亚大陆而不是印度大陆具有构造亲缘性 (Zhu et al., 2011)。对比特提斯喜马拉雅、西羌塘和高喜马拉雅地层的碎屑锆石,它们均相似,即都具有950Ma这个特征峰值、近似的锆石εHf(t) 值和地壳模式年龄。这些特征表明特提斯喜马拉雅和西羌塘在古生代之前均位于印度板块北缘,共同构成西羌塘-大印度-特提斯喜马拉雅构造体系,而高喜马拉雅、印度Eastern Ghats和南极洲Rayner地区为可能的源区 (Zhu et al., 2011)。

仲巴地体碎屑锆石年龄谱图 (图 7e) 出现了530Ma和950Ma这两个特征年龄峰值,并且在~950Ma这一年龄峰值处的锆石εHf(t) 值和地壳模式年龄,与特提斯喜马拉雅和西羌塘同期碎屑锆石相似 (附表 2图 8)(Hu et al., 2010; Zhu et al., 2011; Dong et al., 2011)。由于本文样品缺失拉萨地体约1170Ma这个典型的年龄峰值,并且Hf同位素特征也不同 (图 8)(Zhu et al., 2011),因而本文认为仲巴地体的物源区明显有别于拉萨地体。结合QFL三角图解,稳定克拉通为其物源区,同时在晚古生代以前,仲巴地体处于滨浅海-陆棚-外陆棚的沉积环境,由此认为仲巴地体是和特提斯喜马拉雅、西羌塘在晚古生代以前位于同一体系之中,共同构成印度板块的北缘,而在其更南侧的高喜马拉雅、印度和南极洲的Eastern Ghats-Rayner地区为其可能的物源区。

6.3 仲巴地体的成因探讨

通过对仲巴地体形成环境、锆石年代学和源区分析,本文认为其成因可能存在有以下两种情况。

6.3.1 仲巴地体是一微陆块,裂解自西羌塘-大印度-特提斯喜马拉雅构造体系

在仲巴-萨嘎地区,仲巴地体的南侧,为泥砂质混杂岩带以及混杂于其中的桑单林组和者雅组,均是形成于深海-半深海的深水环境 (孙高远等,2011Wang et al., 2011);更南侧为特提斯喜马拉雅北带,由于古生代地层几乎没有出露,无法直接探讨其古生代所处环境。但根据中生代时期的地层,其沉积环境是斜坡底部至深水盆地环境,如江孜盆地 (陈曦等,2008)。由此我们推测,古生代时期特提斯喜马拉雅北带的深水环境格局已经形成。在该地体的北侧是蛇绿质混杂岩带,代表俯冲板块一侧深海沟盆地的物质 (刘增乾等,1990)。在仲巴以西地区,该地体直接夹持于南北蛇绿岩带之间。因此仲巴地体这种南北两侧被蛇绿岩带或者深水沉积所相隔,中间出现一套古生代连续的浅水相地层,同时碎屑锆石年龄表明仲巴地体包含基底和盖层地层。这些信息表明仲巴地体与邻近构造单元没有经历类似的演化历史,可能是一个相对独立的微陆块。

如果把仲巴地体作为一个微陆块,这个微陆块来自哪里?碎屑锆石U-Pb年代学和Hf同位素研究发现,在晚古生代之前,仲巴微陆块属于西羌塘-大印度-特提斯喜马拉雅构造体系,共同接受来自高喜马拉雅或印度克拉通的含有古生代-新元古代锆石的碎屑物质的沉积。随着晚古生代古特提斯洋的关闭,仲巴微陆块的演化可能存在以下两种可能:一种情况是晚古生代随西羌塘地块一起从印度大陆北缘分离出来,随后又与西羌塘地块分离,拼贴于拉萨和印度之间。但是这种情况无法解释它为什么分布在雅鲁藏布江缝合带南北两条蛇绿岩之间。另外一种可能的情况是晚古生代仲巴微陆块一直与大印度在一起,在中生代时期才从印度大陆北缘分离,拼贴于拉萨南缘。由于研究程度的限制,目前还很难对其裂解和漂移的地球动力学过程进行深入讨论。

6.3.2 仲巴地体是印度大陆北缘的一部分,在印度-亚洲大陆碰撞阶段发生变形变质

仲巴地体直接夹于雅鲁藏布缝合带西段南北两支蛇绿岩带之间,那么这种空间位置关系是否表明着该地体的演化与雅鲁藏布缝合带的演化具有成因联系呢?一些地质事实表明,在藏南康马隆起带,已经有少量的古生代地层出露。虽然现在对于这些地层研究还很少,但可以设想,如果在藏南特提斯喜马拉雅北带发现的古生代地层与仲巴地体是相似的,那么就排除了仲巴地体是个微陆块的推测,而很可能属于特提斯喜马拉雅带,为印度被动大陆边缘的一部分,与特提斯喜马拉雅带一起经历了类似的演化历史。在白垩纪晚期和新生代早期,随着新特提斯洋的关闭,向北侧欧亚大陆之下发生俯冲,随后仲巴地体经历高压变形变质,出露在雅鲁藏布缝合带附近。该模式较为有效地解释了仲巴地体现今的分布位置,但还需要更多的证据来支持。除此再如仲巴地体变形变质是否为同碰撞高压低温变质,或者是否经历了俯冲折返的过程?南侧的蛇绿岩是否为构造推覆?这些问题的回答有赖于更深入的多学科研究。

7 结论

仲巴地体碎屑锆石年龄和Hf同位素特征表明,仲巴地体与西羌塘、特提斯喜马拉雅和高喜马拉雅相似,均含有典型的530Ma、950Ma和2500Ma的年龄峰值,明显缺乏拉萨地体约1170Ma标志性碎屑锆石年龄峰值,同时仲巴地体约950Ma的碎屑锆石年龄群与特提斯喜马拉雅、西羌塘同期碎屑锆石还具有相似的εHf(t) 值和地壳模式年龄。基于这种发现,本文认为仲巴地体属于西羌塘-大印度-特提斯喜马拉雅构造体系,与拉萨地体没有构造亲缘性。

致谢 锆石U-Pb年龄和Hf同位素测试得到南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室武兵和杨涛老师的支持和帮助;野外工作得到研究生安慰和姜禾禾的帮助;岩石薄片鉴定工作得到黄志诚老师的帮助;在成文过程中,李祥辉教授、戴紧根博士和王建刚博士都提供了非常中肯的建议;朱弟成教授和李亚林教授在审稿过程中给予了的宝贵意见;在此一并表示感谢。
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