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科学研究

王青:破解青藏高原南部拉萨地体的古地理位置之谜【GRL,2021】
2021-09-30 阅读:22954

微陆块是古老造山带的重要组成部分,可靠限定其古地理位置是重建古老造山带演化历史的关键。然而,由于很难鉴别微陆块有别于其他大陆块体的标志性特征,单一方法重建出来的古地理位置往往是有问题的。青藏高原南部的拉萨地体是这种情况的典型代表。拉萨地体的古地理位置有很多种解释,包括印度大陆北部、印度大陆和澳大利亚大陆之间、澳大利亚北西部,甚至位于阿拉伯和印度之间的东非造山带北段等。要破解拉萨地体的古地理之谜,不但需要新的确凿证据,而且还需要对各种已有资料的合理解释。

由冰川消融形成的冰海相杂砾岩,由成分复杂的砾石和沙泥质基质两部分组成。砾石常呈杂乱无序地分布在泥沙质基质中(粉砂岩和板岩),常见穿层的坠石结构,多呈次圆-次棱角状,无分选或分选程度极低。印度大陆和澳大利亚大陆的石炭-二叠纪冰海相杂砾岩,是重建相关地体来源于冈瓦纳大陆的诊断性指标。例如,羌塘和拉萨地体上的石炭-二叠纪冰海相杂砾岩就广泛被作为这些地体裂离自印度大陆的地质证据。然而,这些冰海相杂砾岩常常显示类似的地层关系和岩相学成分,使得很难判断其物源区在石炭-二叠纪时期究竟是同样位于特提斯大洋南部的印度大陆还是澳大利亚大陆。

针对上述研究难题,中国地质大学(北京)大陆汇聚与青藏高原生长求真研究群体王青副教授与合作者一起,对青藏高原南羌塘地体、拉萨地体和特提斯喜马拉雅的7个石炭-二叠纪冰海相杂砾岩剖面开展了野外调研(12),并在岩相学观察基础上,对不同类型的砾石和基质进行了大量的碎屑锆石U-Pb年龄和Hf同位素测试,并结合区域岩浆和变质记录研究结果,取得以下新进展和新认识:

1)南羌塘和特提斯喜马拉雅石炭-二叠纪冰海相杂砾岩碎屑锆石年龄特征和物源区:二者的碎屑锆石均显示类似的~820 Ma~950 Ma~2480 Ma年的年龄峰值(3),其中的~820 Ma碎屑锆石很可能来源于印度大陆北缘的新元古代(~820 Ma)岩浆岩带,而不太可能来源于拉萨地体,因为拉萨地体同时期的冰海相杂砾岩缺乏~820 Ma年龄峰值;~950 Ma碎屑锆石很可能来源于印度大陆南东部的Eastern Ghats–Rayner Provinces地区,而印度大陆中部Dongargarh火成岩(2506–2432 Ma)则可能是~2480 Ma碎屑锆石的物源区。因此,碎屑锆石年龄频谱和eHf(t)值指示南羌塘和特提斯喜马拉雅石炭-二叠纪冰海相杂砾岩可能来源于印度大陆内部冰川消融。

2)拉萨地体石炭-二叠纪冰海相杂砾岩碎屑锆石年龄特征和物源区:碎屑锆石显示独特的~1170 Ma~1760 Ma~2680 Ma的年龄峰值(3),非常类似于澳大利亚北部Canning盆地的碎屑锆石年龄频谱,表明拉萨地体和Canning盆地可能有共同的物源。~1170 Ma碎屑锆石eHf(t)值(包括基质和砾石)与澳大利亚西部ColliePerth盆地、澳大利亚南东部Albany-Fraser造山带火成岩、澳大利亚中部Musgrave造山带火成岩类似。基质和砾石所具有的~1760 Ma年龄峰值及其锆石eHf(t)值,分别类似于Canning盆地和Albany-Fraser造山带的同期火成岩(4),表明基质的物源区可能是Canning盆地,而砾石的最初物源区可能是Albany-Fraser造山带。~2680 Ma碎屑锆石的eHf(t)值变化范围大,与澳大利亚西部Yilgarn 克拉通Murchison Domain花岗质岩石类似(4)。虽然拉萨地体石炭-二叠纪冰海相杂砾岩有可能来源于本地,如1866–1782 Ma1343-1250 Ma的波密杂岩,但这可能并非是主要来源,因为拉萨地体大规模的石炭-二叠纪冰海相杂砾岩要求其物源区必须发育大量同期火成岩。因此,拉萨地体石炭-二叠纪冰海相杂砾岩很可能来源于澳大利亚大陆内部和Albany-Fraser造山带的冰川消融。

3)拉萨地体不太可能位于印度大陆北部或东非造山带北段:拉萨地体元古代岩浆记录(1866–1782 Ma1343–1250 Ma~824 Ma)和变质事件(~1117 Ma 625–600 Ma)(1)被用来作为拉萨地体位于印度大陆北缘的证据,并将拉萨地体新发现的岩浆(1343–1250 Ma)和变质记录(~1117 Ma ~625–600 Ma)与印度大陆南东部的Eastern Ghats带联系起来。但这种解释可能是有问题的,因为印度大陆北缘(如喜马拉雅)(1)缺乏这些岩浆和变质记录。根据同期的新元古代岩浆记录(~925–900 Ma820–800 Ma~760 Ma~650 Ma)和变质记录(680–650 Ma)将拉萨地体置于东非造山带北段可能也是有问题的,因为东非造山带缺乏在拉萨地体发现的古元古代和中元古代(1866–1782 Ma1343–1250 Ma)俯冲型和碰撞型岩浆记录(1)。拉萨地体石炭-二叠纪冰海相杂砾岩大量1250–1100 Ma(峰值~1170 Ma)碎屑锆石年龄(4c-4d)明显不同于具有更年轻碎屑锆石年龄(1100–1000 Ma)的东非造山带。

4)拉萨地体很可能位于澳大利亚北西部,其东段可能代表了中澳大利亚北部的外延:拉萨地体石炭-二叠纪冰海相杂砾岩和澳大利亚大陆来源的碎屑锆石与岩浆锆石在U-Pb年龄频谱和eHf(t)值上的相似性,指示拉萨地体与澳大利亚北西部应该具有古地理联系。这与已有研究提出的起源于南极洲和澳大利亚中部,并流经Perth盆地和 Canning 盆地,最终汇流到古特提斯洋边缘的西澳大利亚古生代和中生代沉积物传输通道一致(5)。拉萨地体和澳大利亚北部元古代岩浆和变质记录也支持二者这种古地理联系(15):(1)拉萨地体(1866–1782 Ma 1300–1250 Ma)和澳大利亚北部Paterson造山带 Koolan1865–1850 Ma)、Talbot1972–1765 Ma)和Tabletop1310–1220 Ma)地区同期俯冲和碰撞相关的元古代岩浆岩;(2)拉萨地体~820–806 Ma伸展型岩浆活动与可能延伸到Paterson造山带的澳大利亚中部~825 Ma Gairdner岩墙群同期;(3~680–600 Ma岩浆作用和变质作用同时发生在拉萨地体和澳大利亚北部Miles造山带;(4)拉萨地体570–540 Ma岩浆作用与澳大利亚北部~550 Ma Paterson造山作用一致。这些同时发生的岩浆和变质事件表明拉萨地体东段(东经E90°–E95°)与澳大利亚北部Paterson造山带在元古代时期可能经历了类似的演化历史。结合碎屑锆石物源区分析结果,指示拉萨地体东段可能代表了中澳大利亚北部的外延,而拉萨地体西段(东经E80°–E90°)可能位于西澳大利亚克拉通靠洋一侧(5)。实际上,拉萨地体西段东侧与西澳大利亚Mundine Well~755 Ma)岩墙群同期的~760 Ma伸展型岩浆作用也支持这一假设。

该项研究成果不但为拉萨地体的古地理重建提供了石炭-二叠纪冰海相杂砾岩的确凿证据,而且通过综合已有各种资料,精细地重建了拉萨地体的古地理位置,对理解拉萨地体的起源和演化历史具有重要科学意义。

图1 青藏高原石炭-二叠纪冰海相杂砾岩的分布和采样位置

 

图2 青藏高原石炭-二叠纪冰海相杂砾岩和简化地层柱

 

图3 青藏高原石炭-二叠纪冰海相杂砾岩和澳大利亚北部Canning盆地碎屑锆石年龄频谱

 

图4 青藏高原石炭-二叠纪冰海相杂砾岩、古生代变沉积岩与印度、澳大利亚来源的碎屑锆石、同岩浆锆石eHf(t)值对比图

 

图5 东冈瓦纳石炭-二叠纪古地理重建图(显示了拉萨地体和南羌塘的古地理位置)

 

上述成果发表于国际知名Nature Index期刊《Geophysical Research Letters》上:Wang, Q.*, Zhu, D.C., Cawood, P.A., Chung, S.L., Zhao, Z.D., 2021. Resolving the Paleogeographic Puzzle of the Lhasa Terrane in Southern Tibet. Geophysical Research Letter 48, e2021GL094236. http://doi.org/10.1029/2021GL094236.

全文链接:http://doi.org/10.1029/2021GL094236.

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