拉薩地塊東部石炭—二疊系地層碎屑鋯石年代學研究及啟示

呂龍 顏家強 吉風寶

西藏自然科學博物館，拉薩 850000

在過去500Ma，多個地塊自南方大陸（岡瓦納大陸）裂解并向北方大陸（勞亞大陸/歐亞大陸）方向漂移、拼貼，在兩個大陸之間的特提斯洋中持續發生洋盆擴張、俯沖消減過程，其動力機制尚不明確［1,2］。青藏高原作為特提斯構造域的重要組成部分，保留了多陸塊（由北到南依次為柴達木地塊、巴彥喀拉—甘孜地塊、北羌塘地塊、南羌塘地塊、拉薩地塊和喜馬拉雅地塊）、多縫合帶（由北到南主要包含昆侖縫合帶、金沙江縫合帶、龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶、班公湖—怒江縫合帶和雅魯藏布江縫合帶）的復雜記錄［3］。在眾多縫合帶中位于拉薩地塊內部的松多古縫合帶極為特殊，改變了地學界對青藏高原古特提斯演化格局的認識［4］。拉薩地塊內部的古特提斯洋盆延伸方向和打開時間研究有助于限定拉薩地塊的起源及岡瓦納大陸裂解機制，對高原早期構造演化歷史研究具有重要意義。

前人報道松多古特提斯洋出露范圍局限于墨竹工卡縣唐加鄉到工布江達縣加興鄉一帶，大量研究工作聚焦于松多榴輝巖的形成與折返過程［5］，厘定出280Ma～260Ma 的榴輝巖峰期變質階段和245Ma～230Ma 的榴輝巖退變質折返階段。近年來松多—唐加地區大比例尺填圖初步識別出唐加—松多蛇綠巖套組合、中二疊世洋島殘片、深海盆地沉積、二疊紀巖漿弧、晚三疊世—早侏羅世巖漿弧等地質單元［6-8］。因藏東地區新生代構造運動活躍、疊加變質作用強烈，且大部分地區交通不便，對松多古特提斯洋延伸方向和打開時間等研究尚未取得進展。工布江達東部分布的諾錯組（C1n）、來姑組(C2P1l)地層與松多—唐加地區的松多巖組相似，具有類復理石—復理石沉積建造特征的巖石組合，可能是松多古特提斯洋演化相關的沉積記錄，但缺乏直接證據［9］。本文以藏東地區具有代表性的石炭—二疊系地層為研究對象（工布江達地區娘蒲松多群岔薩崗組和林芝龍得諾錯組），開展碎屑鋯石年代學研究，并與前人報道的澳大利亞Perth和Canning盆地石炭—二疊系地層、拉薩地塊晚古生代地層碎屑鋯石年齡譜進行對比，為確定松多古特提斯洋東部延伸提供新的證據。

1 區域地質概況和樣品特征

拉薩地塊與北部的南羌塘地塊以班公湖—怒江縫合帶為界，南以印度河—雅魯藏布江縫合帶為界，與特提斯喜馬拉雅相接。地塊古老基底為元古代念青唐古拉巖群，上覆古生代以來的火山—沉積蓋層（圖1A）［3,10］。

圖1 （A）青藏高原及鄰區區域構造簡圖（據文獻［11］修改）；（B）工布江達地區地質簡圖（據25萬林芝幅、嘉黎幅區域地質圖修編）Figure 1 (A)Simplified tectonic framework of Tibetan Plateau(Revised according to literature［11］);(B)Simplified geological map of Gongbogyamda(modified after the Regional Geological Survey of 1:250,000 Nyingchi and Jiali Sheet)

松多群(AnOs)為1∶20 萬下巴淌（沃卡）幅地質調查在松多地區建立的以低綠片巖相—低角閃巖相變質相為主的巖石地層單元，自底至頂分為岔薩崗組（AnOc）、馬布庫組(AnOm)和雷龍庫組（AnOl）。岔薩崗組（AnOc）地層原巖以基性火山巖為主，馬布庫組（AnOm）和雷龍庫組（AnOl）地層原巖為長英質復理石—類復理石建造［12］。松多—唐加地區1∶5 萬區域地質調查解體了松多群（AnOs）［9］，在其中識別出古大洋（洋島和洋殼）殘片和深海沉積，并重新定名為松多組（C2P1s），碎屑鋯石年代學研究表明其沉積時代為石炭紀至早二疊世，可能是松多古特提斯洋俯沖形成的增生雜巖帶。工布江達縣城南松多群岔薩崗組（AnOc）變基性火山巖曾被認為是古元古代記錄［13］，經課題組重新定年被確定為下侏羅統葉巴組（J1y）［14］。工布江達縣西-娘蒲鄉一帶分布有松多巖群岔薩崗組（AnOc）和雷龍庫組（AnOl），1∶25 萬嘉黎幅地質調查在娘浦鄉拉如寺至昂巴宗村一帶實測了剖面，查明雷龍庫組（AnOl）與下伏念青唐古拉巖群b 巖組、與上覆岔薩崗組（AnOc）均為斷層接觸關系，其原巖為硅質巖、石英砂巖、細粒石英雜砂巖及細粒-粉砂質泥巖夾暗綠色變質玄武巖等鈣堿性火山物質，反映了裂谷盆地邊緣斜坡濁流沉積環境。岔薩崗組（AnOc）下部以灰巖（大理巖）為主，上部以粉砂質泥巖（千枚巖）夾細砂巖、粉砂巖為主，代表碳酸鹽臺地→陸棚砂泥質沉積環境。課題組對上述剖面娘蒲鄉南側出露的雷龍庫組（AnOl）火山巖夾層開展了定年工作［15］，獲得最小碎屑鋯石年齡為327Ma，形成時代不早于早石炭世密西西比期。本文在同一剖面娘蒲鄉昂巴宗村東側采集了岔薩崗組（AnOc）變泥質細砂巖樣品一件（樣品號：21NP-13，取樣點坐標：93°07′43.0″E，30°06′10.4″N）進行碎屑鋯石定年工作。變泥質細砂巖產狀近直立，中厚層狀，劈理發育（圖2A），灰黑色，顯微鏡下可觀察到變余砂狀結構（圖2C），碎屑礦物主要為石英（含量80%～85%），分選度較差，碎屑粒徑250μm～50μm，磨圓較差，顆粒呈次棱角狀—棱角狀，基底式膠結，填隙物為泥質（含量20%～10%），已輕微變質為絹云母。

圖2 樣品野外（A-B）及顯微（C-D）照片.Qtz:石英，Ser:絹云母Figure 2 Representative field photographs(A-B)and photomicrographs(C-D)for the studied samples.Qtz:Quartz,Ser:Sericite

1∶25 萬林芝幅地質調查依據巖石組合特征及少量孢粉記錄將圖幅內晚古生代地層劃分為下石炭統諾錯組（C1n）、上石炭—下二疊統來姑組（C2P1I）及上二疊統蒙拉組（P3m）。林芝地區諾錯組（C1n）巖性組合較單一，缺乏化石，為一套淺變質深灰色粉砂質泥巖、泥質粉砂巖（粉砂巖）與變質中細粒石英（雜）砂巖不等厚互層組合。在工布江達縣巴河鎮巴河石炭—二疊系正層型剖面中，上石炭—下二疊統來姑組（C2P1l）與上覆地層上二疊統蒙拉組（P3m）為平行不整合接觸，與下伏地層下石炭統諾錯組（C1n）為斷層接觸，諾錯組（C1n）出露不全未見底。在林芝龍得下石炭統諾錯組（C1n）剖面也未出露完全，本文在此剖面采集變泥質粉砂巖樣品一件（樣品號：20LD-10，取樣點坐標：93°53′48.5″E，29°46′24.9″N）進行碎屑鋯石定年工作。變泥質粉砂巖產狀較陡，薄層狀，劈理發育（圖2B），灰黑色，顯微鏡下可觀察到變余結構（圖2D），碎屑礦物主要為石英（含量約75%），分選度較差，碎屑粒徑100μm～30μm，磨圓較差，石英顆粒呈次棱角狀—棱角狀，基質支撐，填隙物為泥質（含量約25%），已輕微變質為絹云母。

2 分析方法與測試結果

樣品前處理及LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年測試分析委托北京科薈測試技術有限公司完成，詳細實驗測試和數據處理過程見文獻［15］。LA-ICP-MS 鋯石UPb 定年和微量元素分析結果見表1。本文只選用鋯石年齡諧和度＞90%的點進行討論，鋯石年齡大于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。

岔薩崗組（AnOc）變泥質細砂巖（21NP-13）中的鋯石整體呈短柱狀或渾圓狀（圖3A），長50μm～150μm，長寬比約為：1:1～3:1。在陰極發光照片中可見大部分鋯石邊緣較為平滑（圖3A），部分鋯石邊緣尖銳，顯示鋯石磨蝕程度不一。大部分鋯石呈深灰色并發育震蕩環帶，部分鋯石發育有繼承核。諾錯組（C1n）變泥質粉砂巖（20LD-10）中的鋯石粒徑較岔薩崗巖組（AnOc）變泥質細砂巖（21NP-13）中的鋯石整體偏?。▓D3B），長40μm～150μm，長寬比約為：1:1～5:1。二者陰極發光照片特征相似，鋯石顆粒震蕩環帶或核幔構造發育。

圖3 定年碎屑鋯石陰極發光照片及LA-ICP-MS激光剝蝕位置（圓圈為激光剝蝕位置，數字為剝蝕點序號）Figure 3 Cathodoluminescence(CL)images and laser ablation points of detrital zircons for the studied samples(the circles represent the laser ablation positions,and the number is the serial number of the point)

對岔薩崗組（AnOc）變泥質細砂巖（21NP-13）中的90顆鋯石進行分析，獲得89個有效年齡數據，其中分析點21NP-13-78 年齡諧和度為87%舍棄（表1）。對諾錯組(C1n)變泥質粉砂巖（20LD-10）中的99 顆鋯石選取100 個點進行分析，獲得94 個有效年齡數據，其中分析點20LD-10-20/38/39/42/55/77 六個點年齡諧和度＜90%舍棄（表1）。岔薩崗巖組（AnOc）變泥質細砂巖（21NP-13）樣品89 個有效分析點鋯石Th、U 含量范圍較大（表1）：Th 含量介于4.17 ppm～1152.99 ppm，U 含量介于24.31 ppm～1171.49 ppm，Th/U 比值介于0.02～3.56（圖4A）。諾錯組（C1n）變泥質粉砂巖（20LD-10）樣品94 個有效分析點鋯石Th、U 含量范圍較21NP-13 ?。ū?）：Th 含量介于18.50 ppm～767.62 ppm，U 含量介于13.86 ppm～911.79 ppm，Th/U 比值介于0.09～3.20（圖4A）。兩個樣品大部分分析點的Th/U＞0.1（圖4A），結合陰極發光照片的鋯石環帶發育特征，表明鋯石年齡絕大多數反映了物源區巖漿鋯石的結晶年齡，少數為變質年齡。在Log10（Nb/Yb）-Log10（U/Yb）鋯石微量元素構造判別圖解中（圖4B），大部分分析點落入大陸弧型區域范圍，少量落入地幔鋯石系列洋島型范圍。在鋯石207Pb/235U -206Pb/238U 諧和圖中（圖4C 和D），大部分分析點落在或靠近年齡演化線上，整體諧和度較高。在年齡譜圖中（圖4E 和F），年齡數據較為分散，在300Ma～400Ma、500Ma～600Ma、800Ma～1000Ma、1100Ma～1300Ma、1500 Ma～2000Ma 五個區間表現出峰值。岔薩崗巖組（AnOc）變泥質細砂巖（21NP-13）中獲得的晚石炭世最年輕鋯石年齡組為314 ± 3Ma（分析點21NP-13-57）、316± 3 Ma（分析點21NP-13-14）、322 ± 3Ma（分析點21NP-13-17）。諾錯組(C1n)變泥質粉砂巖（20LD-10）樣品中僅有1 顆鋯石獲得了最年輕的晚石炭世年齡：314 ± 3Ma（分析點20LD-10-86），次年輕年齡組為泥盆紀（394Ma～373Ma，分析點20LD-10-59/83/85/91/98/100）。

圖4 （A）年齡（Ma）vs.Th/U比值圖；（B）鋯石微量log10（U/Yb）vs.log10（Nb/Yb）構造判別圖解［16］；（C-D）鋯石LA-ICP-MS U-Pb諧和圖；（E-F）鋯石年齡譜圖Figure 4 (A)Plot of zircon age vs.Th/U ratios;(B)Plot of log10(U/Yb)vs.log10(Nb/Yb)tectonic discrimination［16］;(C-D)Zircon UPb concordia diagrams;(E-F)Age histograms of detrital zircons for the studied samples

3 討論

3.1 地層沉積時代

拉薩地塊東部晚古生代地層總體缺乏古生物化石記錄，疊加后期不同程度的變質變形改造，同時研究程度較低，其形成時代一直未能確定。近年來松多—唐加地區報道的碎屑鋯石年代學結果表明松多組（C2P1s）形成時代為晚石炭世—晚二疊世早期［17-20］。課題組前期在娘蒲鄉南側雷龍庫組（AnOI）火山巖夾層鋯石定年獲得最年輕年齡為327±4 Ma，次年輕鋯石年齡組為362Ma～351Ma［15］。工布江達東孜嘎村附近來姑組（C2P1l）1 顆鋯石獲得最年輕年齡為284±3 Ma，次年輕鋯石年齡組為317 Ma～311 Ma［21］。工布江達東賓格村附近出露的含冰筏礫石的來姑組（C2P1l）獲得最年輕碎屑鋯石年齡為363±8 Ma，次年輕鋯石年齡為499±16 Ma［22］。

碎屑鋯石最年輕的年齡簇峰值可以限定地層沉積的最大年齡，即地層沉積年齡同時或晚于碎屑鋯石最年輕的年齡簇峰值。松多—唐加地區新近發現可能代表洋殼遺跡的變基性巖塊體鋯石年齡為345Ma～304Ma［23-26］，二疊紀洋內熱點巖漿作用和大洋俯沖相關的弧巖漿作用年齡為281Ma～258Ma［25-27］。與前人報道的松多巖組（C2P1s）、雷龍庫巖組（AnOl）、來姑組（C2P1l）及本文報道的岔薩崗巖組（AnOc）、諾錯組（C1n）中較年輕的鋯石年齡在誤差范圍內相近，暗示區域上的地層沉積時代同屬于晚石炭—早二疊世，與松多古特提斯洋的演化相關。

3.2 物源區分析及啟示

前人對拉薩地塊晚古生代古地理位置和沉積物源區進行了詳細研究：石炭—二疊紀冰海相雜礫巖碎屑鋯石年齡特征峰值（～1170Ma、～1760Ma和～2680 Ma的年齡峰值）與澳大利亞北部Canning盆地和Perth 盆地組合的碎屑鋯石年齡頻譜特征類似，二者可能具有共同的物源區，拉薩地塊晚古生代可能位于很可能位于澳大利亞西北部；同時元古代巖漿作用記錄相似性也支持這一結果［28,29］。但澳大利亞Canning盆地（5/428）和Perth 盆地（0/461）地層缺乏345 Ma～304 Ma 階段的碎屑鋯石年齡記錄（圖5），結合松多—唐加地區松多古特提斯洋演化相關巖漿作用記錄，表明該階段碎屑鋯石為拉薩地塊內部來源。

圖5 澳大利亞Canning盆地和Perth盆地石炭—二疊系地層碎屑鋯石年齡譜圖Figure 5 Age histograms of detrital zircons for Carboniferous-Permian strata from Canning and Perth basins in Australia

為進一步限定本文報道的岔薩崗巖組（AnOc）、諾錯組（C1n）物源與松多古特提斯洋演化的相關性，本文搜集了拉薩地塊東部已報道的石炭—二疊系地層和墨竹三疊系復理石碎屑鋯石數據進行對比分析，并繪制年齡譜圖（圖6）。代表松多古特提斯洋俯沖形成的增生雜巖的墨竹—松多地區的松多組(C2P1s)和墨竹三疊系復理石碎屑鋯石年齡譜整體特征一致，在500Ma～600Ma、800Ma～1000Ma、1100Ma～1300Ma、1500Ma～2000Ma 四個區間表現出峰值（圖6A-C），表明其源區相對穩定。娘蒲地區松多群雷龍庫組（AnOl，圖6D）和岔薩崗組（AnOc，圖4E）、工布江達地區來姑組（C2P1l，圖6E）碎屑鋯石年齡譜整體特征與上述增生雜巖類似，可能是同一套地層。林芝龍得地區諾錯組（C1n，圖4F）和當雄地區來姑組（C2P1l，圖6F）碎屑鋯石年齡譜與增生雜巖相比，缺乏345Ma～304Ma階段的碎屑鋯石年齡記錄，暗示其可能遠離洋內巖漿活動中心，處于穩定的構造環境。唐加和洛巴堆村的洛巴堆組（P2l，圖6G 和H）碎屑鋯石年齡譜有顯著的二疊紀俯沖相關巖漿鋯石記錄，同屬于增生雜巖的一部分。

4 結論

（1）工布江達娘蒲地區松多群雷龍庫組（AnOl）和岔薩崗巖組（AnOc）、來姑組（C2P1l）碎屑鋯石年齡譜整體特征與墨竹—松多地區松多組（C2P1s）增生雜巖類似，可能同屬與松多古特提斯洋演化相關的晚石炭—早二疊世沉積地層。林芝龍得諾錯組（C1n）和當雄地區來姑組（C2P1l）碎屑鋯石年齡譜與上述地層沉積時代相近，但相對缺乏松多古特提斯洋演化相關巖漿作用記錄，是松多古特提斯洋邊緣穩定環境的海相沉積。

（2）拉薩地塊東部石炭—二疊系地層中古老物質來源與澳大利亞西北部盆地具有一定相似性，其石炭—二疊系階段的碎屑鋯石主要來源于松多古特提斯洋演化過程中巖漿作用。