西藏林周盆地中侏羅統卻桑溫泉組碎屑鋯石U-Pb 年代學及地質意義

周 豫，楊文光*，朱利東，密文天，解 龍，鐘 搖，麥源君，張洪亮，李 楠

（1.成都理工大學沉積地質研究院，四川 成都 610059；2.內蒙古工業大學礦學院，內蒙古 呼和浩特 010051；3.蘭州大學甘肅省西部礦產資源重點實驗室，甘肅 蘭州 730000；4.成都理工大學地球科學學院，四川 成都 610059）

0 引言

岡底斯板塊位于青藏高原腹地，記錄了特提斯洋演化，印-亞碰撞及高原隆升等一系列重大地質事件（潘桂棠等,2006;許志琴等,2016；潘桂棠等，2022）。關于岡底斯板塊中生代構造演化問題，長期以來存在較大爭議，有以下幾種觀點：（1）岡底斯板塊中生代經歷了班公湖-怒江洋向南和雅魯藏布江洋向北的相向俯沖（Huang et al.,2021;Wei et al.,2020;Zhu et al.,2011）；（2）岡底斯板塊中生代僅受雅魯藏布江洋北向俯沖影響（Kang et al.,2014;Meng et al.,2019;Wang et al.,2016a）；（3）中生代岡底斯經歷了唐加-松多古特提斯洋增生造山和雅魯藏布江洋的北向俯沖（Cheng et al.,2015;解超明等,2020;李光明等,2020;李化啟等,2011；林方成等，2022）。林周盆地位于岡底斯板塊中部，自中侏羅世至晚白堊世連續沉積，記錄了岡底斯板塊構造演化歷史及其造山作用過程。對林周盆地上侏羅統—下白堊統林布宗組和下白堊統楚木龍組的物源分析顯示二者物源主要來自岡底斯北部（Meng et al.,2019;Wei et al.,2020），而上覆楚木龍組之上的上白堊統設興組物源則主要來自南部岡底斯巖漿?。╓ei et al.,2020）。白堊紀盆地物源的轉變反映了當時南北兩側的構造變動，為晚白堊世南側顯著增強的巖漿活動在盆地中的響應。但關于林周盆地早期記錄的研究則略顯薄弱，不僅缺乏地層時代約束，而且對其物源特征仍不明晰，嚴重制約了對林周盆地沉積演化過程的理解與認識，對林周盆地早期記錄的系統研究，可為探討岡底斯板塊構造演化過程提供沉積學約束。

基于此背景，本文以西藏林周盆地中侏羅統卻桑溫泉組為研究對象，開展巖石學和碎屑鋯石UPb 年代學研究，旨在厘定其地層沉積時代，進行物源分析，為探討岡底斯板塊地質演化提供新資料。

1 區域地質概況

岡底斯板塊位于雅魯藏布江縫合帶和班公湖-怒江縫合帶之間（圖1a），從南向北劃分為南岡底斯、中岡底斯、北岡底斯三個次級造單元，分界線為沙漠勒-米拉山斷裂、獅泉河-申扎-嘉黎縫合帶。林周盆地位于拉薩市北部馬鄉—林周地區，南界為冉木江逆斷裂，北界為洛巴堆—古魯—左崗—唐加等一系列向北傾斜的逆沖斷層（Wang et al.,2020;李曉雄等,2015）。林周盆地主要發育中侏羅世—晚白堊世沉積地層，盆地基底為下—中侏羅統葉巴組（J1-2y），蓋層主要為白堊紀—始新世海相-陸相沉積物（張佳偉,2018）研究區內侏羅系地層發育不全，缺失下侏羅統地層，中侏羅統卻桑溫泉組與上覆上侏羅統多底溝組整合接觸（圖1b），下部逆沖于典中組火山巖之上，呈斷層接觸①，與早白堊世花崗巖（γK1）呈侵入接觸關系。卻桑溫泉組主要巖性為含礫中細粒砂巖、中厚層狀細砂巖、粉砂巖，夾泥巖、頁巖及火山角礫巖、安山巖，其巖性橫向變化不大。

圖1 西藏堆龍德慶卻桑溫泉地質簡圖Fig.1 Geological maps of the Quesang Hot Spring Formation,Tibet

2 巖石學特征

卻桑溫泉中侏羅統卻桑溫泉組實測剖面位于堆龍德慶縣德慶鄉邱桑村卻桑溫泉南側無名山脊一帶（圖2a），坐標為N30°0'20.88″，E90°44'59.52″，厚約220 m。剖面未見底，主體表現為一南西傾的單斜地層體。本文采集的砂巖和花崗巖樣品位置見（圖2b）。

圖2 卻桑溫泉組典型野外與巖石顯微照片Fig.2 Photographs of sandstones and Intrusive Rocks in Quesang Hot Spring Formation

卻桑溫泉組淺灰色黏土質膠結細粒巖屑石英砂巖（D0063-ZKW4）單層厚度約10～15 cm，石英粒徑多在0.1～0.3 mm 之間，呈細粒砂狀結構；碎屑顆粒含量約85%，主要呈細砂狀，主要碎屑物組成為石英（76%）、巖屑及極少量長石，分選性一般，呈次棱角狀，磨圓較差；巖屑（約10%），呈細粒狀，成分多為（石英）砂巖巖屑，含少量白云母；長石在樣品中較少；填隙物約為14%，分為黏土質膠結物（9%）和少量雜基（5%），黏土質膠結物充填于碎屑顆粒間且有一定程度蝕變，形成雜色狀細小鱗片狀絹云母（圖2c，d）。

卻桑溫泉組部分層位被后期花崗巖巖脈侵入，表現為SW 傾向的單斜地層體（圖2b）。樣品D0063-N5 巖性為淺黃灰色細粒似斑狀花崗巖（γK1），塊狀構造，巖脈寬度約24 m，與周圍砂巖呈侵入接觸。顯微鏡下斑晶主要為云母及柱狀角閃石，呈明顯的似斑狀結構，斑晶約（11%），主要為黑云母及角閃石，但斑晶大多發生強蝕變、破損；黑云母呈長條狀，極完全解理發育；角閃石可見強蝕變現象?；|呈細粒結構，由長石、石英、黑云母和角閃石組成；除石英外的其他礦物表面多發生絹云母化及黏土化（圖2e，f）。

3 鋯石U-Pb 測年與Lu-Hf 同位素分析

3.1 測試方法

本文在卻桑溫泉組剖面中下段分別挑出1 件巖屑砂巖，即D0063-ZKW4，采集層位的砂巖有平行層理等構造，選出碎屑鋯石進行LA-ICP-MS UPb 同位素和Hf 同位素分析。分析測試在河北廊坊宇恒礦巖技術服務公司進行。巖樣經常規方法粉碎后，通過電磁選、浮選開始分選，于顯微鏡下找出典型的鋯石，粘貼在環氧樹脂表面，拋光制備鋯石樣品靶，進行顯微照相。陰極發光圖像在北京鋯年領航科技有限公司完成，鋯石U-Pb 同位素年齡在該公司采用激光剝蝕電感耦合等離子體質譜法測得。采用Agilent7900 型ICP-MS 和Resolution SE 型193 nm深紫外激光剝蝕系統實施，以He 作為載氣，20～40 μm剝蝕深度，激光束斑直徑為30μm；頻率和能量密度分別為5 Hz 和2 J/cm2。每進行10 個樣品同位素分析后，間隔2 個國際標準鋯石91500 作為外標進行同位素比值校正，1 個Gj-1作為監測標樣，元素含量以NIST 610 作為外標，91Zr 作為內標進行測算。年齡大于1000 Ma 的使用207Pb/206Pb 年齡值，鋯石年齡小于1000 Ma 的使用206Pb/238U 年齡值。數據采用Iolite 程序處理（Paton et al.,2010）。繪圖采用ISOPLOT3.0 軟件處理諧和圖、頻譜圖、計算加權平均值（Yuan et al.,2004）。巖屑石英砂巖（D0063-ZKW4）和花崗巖（D0063-N5）測年結果可參見附表1*數據資料聯系編輯部或者登錄本刊網站https://www.cjyttsdz.com.cn 獲取。和附表2*。

巖屑石英砂巖樣品（D0063-ZKW4）Lu-Hf 同位素測定通過激光剝蝕多接收器電感耦合等離子體質譜儀進行檢測，利用Resolution SE 193 nm 準分子激光剝蝕系統對鋯石進行原位剝蝕，斑束直徑：40 μm，能量密度：5 J/cm2，頻率：8 Hz，儀器運行條件、流程及分析方法可參照（Hu et al.,2012）。

3.2 測試結果

3.2.1 鋯石U-Pb 同位素測年結果

巖屑石英砂巖（D0063-ZKW4）的98 顆碎屑鋯石粒徑約在50～150 μm 之間，長寬比為1.1～2，透射光下呈現褐色或玫瑰色，大部分鋯石長寬比較小，顆粒以次圓狀-圓狀為主，少數顆粒呈半自形，表明經過長距離搬運；少數原始巖漿成因的鋯石發育變質重結晶邊，有些環帶發生模糊化，極個別顯示無環帶（點6、36、80 等）且Th/U 比值較低（0.01～0.29），可能為變質鋯石，在邊部生長的變質增生鋯石呈冷杉樹狀或扇形狀環帶（圖3）。但絕大部分鋯石以發育振蕩環帶（圖3）和高的Th/U 比值（0.18～3.43）為特征，指示巖漿成因（Corfu et al.,2003）。巖屑石英砂巖（D0063-ZKW4）的鋯石進行了LA-ICP-MS U-Pb 定年（圖4），85 個巖漿成因鋯石年齡在2 978～169 Ma之間，而9 個變質鋯石對應的年齡在1 982～503 Ma 之間。所有巖漿成因鋯石年齡可分為兩組區間，分別為619～540 Ma、1 219～1 055 Ma，其余年齡分散在206～169 Ma、383～319 Ma、507～499 Ma、1 037～693 Ma 和2 978～1 236 Ma范圍內，未構成明顯的集群。

圖3 代表性的鋯石陰極發光圖像及分析點表面年齡Fig.3 CL images with analytical spots and corresponding apparent ages of zircons

圖4 卻桑溫泉組樣品鋯石U-Pb 同位素年齡諧和圖Fig.4 U-Pb isotopic concordia plots of zircons from the Quesang Hot Spring Formation,Tibet

花崗巖D0063-N5 樣品的鋯石CL 圖像呈長柱狀、自形—半自形、次棱角狀（圖3），長80～150 μm，長寬比較大，具有規則的韻律振蕩環帶結構，為巖漿結晶成因，其高Th/U 比值（0.82～1.67）暗示鋯石為巖漿成因?；◢弾r（D0063-N5）20 顆鋯石用于UPb 定年，共獲得18 組諧和或近于諧和的年齡，整體上諧和年齡較為集中。14 個點位產生相對集中的206Pb/238U 年齡（119～121 Ma），對應的加權平均年齡為119.8±0.5 Ma，代表了該花崗巖的結晶年齡即侵入卻桑溫泉組的時代。3 組（點7、8、11）的206Pb/238U 年齡（125～126 Ma）稍早，可解釋為巖漿房中早期結晶鋯石。1 組206Pb/238U 年齡115 Ma 的鋯石為鉛丟失。

3.2.2 鋯石Lu-Hf 同位素分析結果

篩除卻桑溫泉組的巖屑石英砂巖不諧和的年齡后，選擇具有代表性的35 顆鋯石進行原位Hf 同位素分析（同位素測試數據可參見附表3*），176Hf/177Hf 同位素比值在0.281 382～ 0.282 799 范圍，εHf(t)值變化于-29.2～ +11.2，對應的Hf 地殼模式年齡為936～ 3 330 Ma（圖6），鋯石εHf(t)值變化較大，說明沉積物源的復雜性。

4 討論

4.1 沉積時代

卻桑溫泉組被早白堊世（ca.120 Ma）花崗巖脈侵入，限定卻桑溫泉組沉積時代早于120 Ma。卻桑溫泉組巖屑石英砂巖樣品最年輕的一個鋯石年齡為169 Ma，表明其最大沉積年齡不早于中侏羅世巴柔期，缺乏上覆林布宗組常見的早白堊世鋯石（李成志,2020），表明它早于早白堊世。因此鋯石年齡數據將卻桑溫泉組沉積時代限定在169～145 Ma 之間，結合古生物化石時代（王乃文等,1983），厘定卻桑溫泉組地層沉積時代為中侏羅世。

4.2 物源分析

卻桑溫泉組巖屑石英砂巖樣品最年輕的鋯石年齡為206～169 Ma，卻桑溫泉組年輕鋯石年齡及Hf 同位素組成與葉巴組的年齡及Hf 同位素組成具有一致性（圖6），表示其可能來源于葉巴組，但巖屑石英砂巖樣品中年輕的鋯石年齡僅5 個，僅占總測點數的5%，反映葉巴組的物源供給極為有限。朱利東等（2018）②提出將尼瑪江熱鄉附近的一套碎屑—火山巖地層建立“雄來組”地層單元，該套地層主要為中基性火山巖，以安山巖類為主，未見葉巴組中常見的酸性、中酸性火山巖，火山巖的變形與變質程度與葉巴組存在較大差異，變形較弱，總體未發生變質。U-Pb 年代學分析表明雄來組火山巖與葉巴組火山巖同時期發育。雄來組角度不整合于晚古生代片巖之上，不整合面之上礫巖中的礫石成分全部來自基底變質巖，表明受大洋俯沖作用影響的局部隆升。根據雄來組野外產狀、變質變形程度以及年代學研究，前人提出該套巖石組合代表了晚古生代增生楔楔頂盆地沉積②。而隨俯沖作用進行，始早期增生楔體的進一步抬升，位于楔頂的雄來組完全有可能為卻桑溫泉組提供物源，因此，本文推測卻桑溫泉組侏羅紀鋯石可能來源于雄來組（雄來組測試數據未發表）。

卻桑溫泉組巖屑石英砂巖碎屑鋯石頻譜顯示619～540 Ma 和1 219～1 055 Ma 兩個主要年齡峰（圖5d），該特征年齡峰值與岡底斯帶的古生界和中生界碎屑鋯石年齡峰值相吻合。例如，岡底斯帶西部措勤和申扎地區以及東部當雄的石炭—二疊系鋯石（圖5k）以600～500 Ma、1 000～900 Ma 和1 250～1 050 Ma 的年齡峰為主（Fan et al.,2017;Gehrels et al.,2011;Leier et al.,2007;Pullen et al.,2008;Zhu et al.,2011;楊洋,2019），而600～500 Ma 和1 250～1 050 Ma 年齡峰值與卻桑溫泉組鋯石年齡峰值相似，但前者的1 000～900 Ma 年齡峰值未出現在后者。申扎地區上三疊統多布日組（圖5j）以490 Ma 年齡峰值為特征，1 250～600 Ma 的年齡峰值不太明顯（Fan et al.,2017），該特征明顯區別于卻桑溫泉組619～540 Ma 和1 219～1 055 Ma 的年齡峰值。此外，岡底斯帶西部在晚侏羅世時期發育海相沉積序列（紀占勝等,2018;孫倩等,2018），直到早白堊世—晚白堊世早期才發生大規模的壓縮造山運動，其以褶皺沖斷、變形、巖漿和地表隆升為特征（Kapp et al.,2007;Lai et al.,2019;Murphy et al.,1997），這可能與岡底斯-羌塘地體碰撞造山作用或新特提斯洋俯沖造山有關，這表明岡底斯西部的隆升和侵蝕時間可能晚于卻桑溫泉組的沉積時限。綜上所述，岡底斯東部上侏羅統卻桑溫泉組的物源不太可能來自于岡底斯西部措勤、申扎地區以及東部的當雄地區。岡底斯帶東部的林芝石炭系變質沉積巖（圖5i）以400～300 Ma、700～450 Ma、1 200～1 000 Ma 和1 850～1 450 Ma 年齡峰值為主（Guo et al.,2016;張成圓等,2020）。然而，卻桑溫泉組砂巖碎屑鋯石在400～300 Ma 和1 850～1 450 Ma 等年齡段未存在明顯峰值，鋯石εHf(t)值與鋯石U-Pb 年齡對比也沒有很好重疊（圖6），因此排除林芝石炭系變質沉積巖作為主要物源的可能性。

圖5 碎屑鋯石年齡對比圖Fig.5 Relative U-Pb age probability for detrital zircons from different areas

圖6 岡底斯地區鋯石εHf (t)值與鋯石U-Pb 年齡對比Fig.6 Detrital zircon values versus zircon U-Pb ages in the Gangdese regionn

唐加、門巴、工布江達和松多地區的石炭—二疊系變質沉積巖（圖5h）具有相似的頻譜，存在650～500 Ma 和1 250～1 000 Ma 兩個年齡峰值區間，并具有少量的450～300 Ma 的年齡點位（Zhu et al.,2011;解超明等,2019;）；這樣的碎屑鋯石年齡峰值分布類型與卻桑溫泉組砂巖的前中生代碎屑鋯石年齡頻譜相一致，并且兩者前中生代鋯石Hf 同位素特征也具有相似性（圖6）。麥隆崗組的400～250 Ma 鋯石年齡特征峰值和甲拉浦組三疊紀—早侏羅世鋯石（圖5f、g）年齡峰未出現在卻桑溫泉組鋯石年齡頻譜（Cai et al.,2016;Li et al.,2014;Li et al.,2016;Wang et al.,2019;Wang et al.,2016b），排除它們作為卻桑溫泉組物源的可能性。但麥隆崗組650～500 Ma 和1 050～250 Ma 的碎屑鋯石年齡峰以及甲拉浦組前中生代鋯石年齡頻譜分布與卻桑溫泉組相應的碎屑鋯石年齡分布相似，表明三者可能具有相似的初始物源區。類似特征也出現在卻桑溫泉組上覆地層中，除了白堊紀碎屑鋯石僅出現在林布宗組和楚木龍組外，卻桑溫泉組、林布宗組和楚木龍組具有非常相似的碎屑鋯石（圖5b，c）分布特征（Meng et al.,2019；李成志,2020；蘇鑫,2020），如650～500 Ma 和1 250～1 050 Ma 的碎屑鋯石年齡峰，暗示三者具有相同的前白堊紀再循環碎屑組份，而卻桑溫泉組和林布宗組前白堊紀碎屑鋯石Hf 同位素相似的特征也客觀存在（圖5c）。Wang et al.（2020）報道了楚木龍組上段向南的古水流方向，表明其物源區位于北部。此外，卻桑溫泉組碎屑鋯石的εHf(t)值和林布宗組εHf(t)值明顯不同于南側的岡底斯巖漿?。ɡ畛芍?2020）。多種證據表明，卻桑溫泉組及其上覆地層的物源區位于它們的北側，即唐加-松多造山帶。

4.3 地質意義

最新區域地質資料顯示，唐加-松多古特提斯洋自晚古生代以來持續向北俯沖、向南增生（Cheng et al.,2012;Wang et al.,2019;李楠等,2020;麥源君等,2020），并于晚三疊世—早侏羅世發生增生造山（李化啟等,2011），同時在其南緣雅魯藏布江洋向北俯沖增生形成以葉巴組為代表的大規?；r漿活動（Huang et al.,2021;Meng et al.,2019;Wang et al.,2016a;Yu et al.,2018;魏友卿,2017），而林周盆地以下—中侏羅統葉巴組（J1-2y）弧火山巖為基底，于中侏羅世—晚白堊世連續沉積。本文中侏羅統卻桑溫泉組位于林周盆地底部（圖7），物源分析顯示其物源主要來自唐加-松多造山帶，資料顯示林周盆地上侏羅統—下白堊統林布宗組、下白堊統楚木龍組物源同樣來自岡底斯中部（Meng et al.,2019；Wei et al.,2020），且三者具有較為一致的碎屑鋯石年齡頻譜（圖5b，c，d），反映中侏羅世—早白堊世林周盆地物源主要來自盆地北側唐加-松多造山帶，而南緣岡底斯巖漿弧物源供給有限。位于盆地頂部的上白堊統設興組碎屑鋯石年齡頻譜則與上述三者存在明顯差異（圖5a），且鋯石εHf(t)值均為正值（圖6），表明物源主要來自雅魯藏布江洋向北俯沖形成的巖漿?。╓ei et al.,2020），反映了岡底斯南緣顯著增強的巖漿活動對盆地物源的影響。

圖7 南岡底斯侏羅紀構造演化模式簡圖（據朱利東等,2018②修改）Fig.7 Schematic diagram of Jurassic tectonic evolution model in Southern Gangdese (revised after Zhu et al.,②)

結合區域地質調查資料，本文研究成果表明，林周盆地為唐加-松多古特提斯洋增生造山以及雅魯藏布江洋向北俯沖、向南增生過程的盆地響應，反映中生代岡底斯板塊經歷了唐加-松多古特提斯洋增生造山和雅魯藏布江洋的北向俯沖。

5 結論

（1）卻桑溫泉組碎屑鋯石 619～540 Ma 和1 219～1 055 Ma 兩個主要年齡區間，最年輕碎屑鋯石年齡為169 Ma，表明卻桑溫泉組地層沉積時代為中侏羅世巴柔期。

（2）卻桑溫泉組碎屑鋯石兩組主要年齡區間（619～540 Ma 和1 219～1 055 Ma）與岡底斯中部碎屑鋯石年齡區間一致，表明岡底斯中部唐加—松多造山帶為卻桑溫泉組的主要物源區。

致謝：衷心感謝評審專家及編委專家對本文給予的學術指導和幫助。

注釋：

①向樹元,袁晏明,朱耀生,等,2014.西藏德慶幅1∶5 萬區域地質調查報告[R].武漢: 中國地質大學（武漢）地質調查研究院

②朱利東,楊文光,王剛,等,2018.西藏唐加地區 4 幅 1∶5 萬區域地質調查成果報告（內部報告）[R].成都: 成都理工大學