西藏南部措勤盆地白垩纪沉积演化及对拉萨地体早期隆升的约束

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaobaodong2006
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拉萨地体是印度-亚洲大陆碰撞之前,最后一个拼贴到青藏高原的地体,因此拉萨地体的构造演化对了解青藏高原的形成与早期演化具有重要的意义。白垩纪时期的拉萨地体,受到北侧拉萨-羌塘地体的碰撞作用以及南侧新特提斯洋壳向北俯冲作用的双重影响,使得拉萨地体上广泛发育白垩纪岩浆岩活动和与俯冲或碰撞相关的沉积盆地。然而,对于白垩纪时期拉萨地体的沉积演化、岩浆作用及其构造背景还存在很多争论。高精度实验技术的发展,诸如原位锆石U-Pb定年与Hf同位素组成分析、低温热年代学等方法,不仅为我们开展地壳演化与壳-幔相互作用研究提供约束,而且为沉积物源区对比以及盆地的构造演化提供很多信息。本研究以拉萨地体中-北部措勤盆地为研究对象,运用地层学、沉积学、岩石学、地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素以及低温热年代学等研究方法,来共同探讨措勤盆地白垩纪时期的沉积特征、盆地性质与演化、岩浆作用和拉萨地体的早期隆升历史。西藏南部措勤盆地位于拉萨地体中部,属于中-北拉萨地体构造分带,盆地南临冈底斯岩浆弧,北界为改则-色林错断裂带。盆地内广泛出露白垩系地层,自下而上依次为则弄群火山岩、多尼组碎屑岩、郎山组灰岩和达雄组砂-砾岩等。在盆地南侧郭龙剖面,下白垩统多尼组整合于则弄群火山岩之上,岩石组成为火山岩屑为主的细砾岩和砂岩夹粉砂岩、页岩和灰岩层;而盆地北侧祝康剖面和夏龙剖面中,多尼组主要为结构和成分成熟度较高的石英砂岩夹粉砂岩和页岩。沉积环境分析北侧多尼组沉积于滨-浅海和陆棚环境,而南侧多尼组沉积于海陆过渡相的三角洲环境。多尼组砂岩的碎屑统计显示在郭龙剖面主要以火山岩岩屑为主(平均占岩屑含量的~80%),含少量沉积岩岩屑,反映以岩浆弧源区为主;在北侧祝康和夏龙剖面其碎屑组成以高含石英颗粒为特征(高达90%以上),反映再旋回造山带的物源区。碎屑锆石U-Pb年代学显示,多尼组共计608颗锆石中有317颗(~52%)分布于103-155 Ma年龄区间(峰值为~130 Ma),Hf同位素显示具有低的176Hf/177Hf初始比值和负的εHf(t)值。该特征与中-北拉萨地体上的早白垩世则弄群火山岩的锆石年龄特征很相似,因而是其可能的源区。此外,多尼组中生代之前的锆石年龄分布于500-600 Ma、900-1000 Ma、1050-1250、1700-2000 Ma和~2500Ma等区间内,这些较老的锆石与已发表的拉萨地体上古生代沉积地层相近,因此指示了该再旋回造山带的物质来源。这些锆石年龄的物源区对比结果与上述砂岩碎屑统计结果相吻合。下白垩统郎山组为一套最大厚度达800 m以上含圆笠虫、固着蛤类化石的粒泥灰岩和泥粒灰岩。经底栖大有孔虫鉴定可将其细分为7个生物带,其时间延续为~119-98 Ma。通过有孔虫生物化石及灰岩组分特征,本文认为郎山组灰岩主要沉积于浅海礁相环境和低能泻湖相环境。上白垩统达雄组沿达瓦错南侧呈东西向分布,其沉积过程可分为五段,其中第一、三和五段为中-粗粒砂岩层段,第二段为巨厚层(~300 m以上)砾岩层,第四段为大套紫红色-灰黄色粉砂岩和页岩。研究分析其为沉积于辫状河和冲积扇环境。砾岩砾石统计与砂岩碎屑模式表明其主要来源于岩浆弧的物质源区。碎屑锆石U-Pb年龄揭示其~80%的锆石分布于92-150 Ma之间(峰值为~110 Ma),相应的Hf同位素具有低的176Hf/177Hf同位素初始比值和负的εHf(t)值,而达雄组顶部(第三、四和五段)碎屑锆石出现较多老的年龄,区间分布于500-600 Ma和1000-1300 Ma。结合这些沉积岩石学和碎屑锆石年龄数据,表明达雄组的物质源区与下白垩统多尼组类似,仍然是来自拉萨地体中-北部的早白垩世火山岩以及更老的沉积地层,这一源区特征与达雄组的古水流数据一致。白垩纪拉萨地体沉积盆地构造属性一直存在争论,本研究通过对措勤盆地白垩系地层开展详细的野外地质研究,并从盆地内多尼组-郎山组的沉积过程、地层演化趋势、物源区研究,综合分析认为早白垩世的措勤盆地,可能存在两种模式:一是受南侧新特提斯洋壳北向俯冲作用,在拉萨地体中-北部发育弧背前陆盆地模式。在该模式下,则弄群火山岩即是可能的岩浆弧,措勤盆地相当于前隆朝向前渊的过渡带位置,从而沉积了以则弄群火山岩为主要源区的多尼组,之后为受海平面变化影响的郎山组灰岩;另一种构造模式可能是受到南向俯冲的班公-怒江洋壳的影响,在拉萨地体中-北部发育则弄群岩浆弧,而多尼-郎山组为该弧间盆地的沉积产物。在此背景下郎山组灰岩的形成可能受到动力沉降和海平面变化控制。晚白垩世时期,措勤盆地仅在南侧有沉积地层出露,其主要受到区域古古拉断裂带的活动影响,在其下盘由于冲断负载引起挠曲沉降,形成沉积空间,从而接受来自冲断带上盘物质的快速搬运沉积,构成达雄组的陆相沉积地层,即属于前陆盆地的构造属性。上白垩统达雄组沉积不整合于下白垩统郎山组灰岩之上,其快速的沉积特征与物源区性质,可能暗示了拉萨地体中-北部在该时期(~98-91 Ma)发生了一定程度的构造隆升,而成为区域上的剥蚀源区。在盆地北侧发现的一套~90 Ma具有埃达克性质的岩石,全岩地球化学与锆石Hf同位素特征,表明这套埃达克质岩石形成于新生的加厚下地壳部分熔融。此外,在拉萨地体中-北部已经报道许多与加厚地壳有关的~90 Ma的岩浆作用。该埃达克质岩石的岩石学特征与晚白垩世措勤盆地的构造演化共同反映了拉萨地体中-北部发生了地壳加厚及隆升作用。北侧拉萨-羌塘地体的碰撞以及南侧新特提斯洋壳的俯冲可能共同造成了该地壳的加厚与隆升。本研究还对拉萨地体上的早白垩世侵入岩做磷灰石裂变径迹和U-Th/He年龄测试,实验结果显示其裂变径迹年龄为61-40 Ma,而He年龄为60-37 Ma。这与班戈地区发表的磷灰石裂变径迹和He年龄数据较为相似。温度-时间模拟结果显示在古新世-始新世早期经历了快速的冷却作用。结合构造背景,本研究认为该快速冷却作用可能是受控于印度-亚洲大陆的碰撞以及拉萨-羌塘地体的后碰撞过程。然而,该研究并未反映出拉萨地体中-北部在晚白垩世时期的隆升冷却历史,推测其原因可能是由于磷灰石较低的裂变径迹和He的封闭温度(分别为~120-80℃和~80-60℃),所以直到古新世时期磷灰石才达到裂变径迹的封闭温度。
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