青藏高原南部拉薩地體的變質作用與動力學

董 昕, 張澤明, 向 華, 賀振宇

中國地質科學院地質研究所, 北京 100037

青藏高原是特提斯洋盆多期擴張與消減和其間陸塊多期俯沖-碰撞作用的產物, 具有長期、復雜的地質演化歷史(圖1)。一般認為, 青藏高原自北向南由松潘—甘孜、羌塘、拉薩地體和喜馬拉雅帶組成,它們之間依次為金沙江(JS)、班公湖—怒江(BN)和印度—雅魯藏布江(IYZ)縫合帶, 這些縫合帶分別代表古特提斯、中特提斯和新特提斯洋盆的殘余(圖1,2)。研究表明, 拉薩地體是由南、北拉薩地體拼合而成的, 它們之間為洛巴堆—米拉山斷裂(LM), 羌塘地體是由南、北羌塘地體拼合而成的, 它們之間為龍木措—雙湖縫合帶(LS)(圖2)。

拉薩和羌塘地體在古生代位于岡瓦納超大陸北緣, 它們與亞洲之間為古特提斯洋(圖 1a, 3)。在中生代早期, 隨著中特提斯洋和新特提斯洋的打開,羌塘和拉薩地體從岡瓦納大陸北緣分離, 向北漂移,并在侏羅紀時期匯聚到歐亞板塊南緣(圖1b, c)。在早白堊紀, 南印度洋打開, 印度板塊從澳大利亞和南極板塊分離(圖 1d)。從白堊紀開始, 隨著新特提斯洋向歐亞大陸之下俯沖, 印度板塊迅速向北漂移,并在約55 Ma與位于歐亞板塊南緣的拉薩地體發生碰撞, 形成了青藏高原和喜馬拉雅造山帶。因此, 拉薩地體是揭示青藏高原形成與演化歷史的關鍵之一。但是, 以往的研究普遍認為拉薩地體中的變質巖形成于前寒武紀, 并沒有意識到它們是拉薩地體顯生宙多期造山作用的產物, 忽視了它們在揭示拉薩地體形成與演化歷史中的重要限定作用。

我們最近幾年研究發現, 拉薩地體經歷了多期和不同類型的變質作用, 從北向南, 拉薩地體包括四個變質帶(圖2), 它們分別是北部的安多高壓變質帶, 形成在早侏羅紀陸-陸碰撞造山過程中, 中部的納木措高壓變質帶, 形成在晚新元古代洋殼俯沖過程中, 南、北拉薩地體之間的松多高壓/中壓復合變質帶, 形成在晚古生代的洋殼俯沖至早中生代陸-陸碰撞造山帶過程中, 南部的岡底斯高溫/中壓復合變質帶, 形成在中、新生代的洋殼俯沖到陸-陸碰撞造過程中(Zhang et al., 2013)。這些變質作用及其同時發生的巖漿作用表明拉薩地體經歷了從新元古代到新生代的長期構造演化。

1 北拉薩地體中部的新元古代的高壓變質作用, 拉薩地體起源與早期構造演化

圖1 拉薩地體與特提斯洋形成演化的古地理圖(據Gehrels et al., 2011)Fig.1 Paleogeographic maps of the evolution of the Lhasa terrane and Tethyan Ocean (after Gehrels et al., 2011)

新元古代的高壓變質帶分布于北拉薩地體中部,與古生代的變質沉積巖之間呈斷層接觸關系。高壓變質巖主要由基性麻粒巖組成, 含少量片麻巖、片巖和大理巖(張澤明等, 2010)。巖石學和年代學研究表明, 高壓基性麻粒巖的原巖為形成于新元古代(～900 Ma)的輝長巖, 并具有典型洋中脊型玄武巖的地球化學特征。這些巖石經歷了新元古代晚期(～650 Ma)的高壓變質作用, 并疊加了早古生代的中壓型變質作用(Dong et al., 2011a; Zhang et al.,2012a)。相關的證據很可能說明北拉薩地體部分地起源于東、西岡瓦納超大陸之間的莫桑比克洋的北部, 在超大陸的匯聚過程中發生了深俯沖和高壓變質作用。因此, 位于印度大陸西北緣的北拉薩地體很可能是東非造山帶的一部分, 分布在北拉薩地體、馬達加斯加、南印度、東非和東南極的高壓變質巖構成了一條巨型的南北向高壓變質帶(圖 3;Zhang et al., 2012a, 2013)。

2 南、北拉薩地體之間的三疊紀中壓變質帶與早中生代碰撞造山作用

在南、北拉薩地體之間分布的一套中、高級變質巖以前被認為是拉薩地體的前寒武紀結晶基底,被命名為念青唐古拉群。實際上, 這套巖石的原巖主要由古生代的沉積巖組成, 它們經歷了三疊紀的中壓角閃巖相變質作用, 并伴隨有同變質的巖漿作用和強烈的變形作用。結合二疊紀榴輝巖在這個變質帶中的產出, 拉薩地體中部存在一條東西向的板塊匯聚邊界(圖2)。古特提斯洋的俯沖和南、北拉薩地體的拼合導致了晚古生代到中生代的造山 作用(Yang et al., 2009; Zeng et al., 2009; Zhu et al., 2011;Dong et al., 2011b; Zhang et al., 2013)。

圖2 拉薩地體變質簡圖Fig.2 Metamorphic map of the Lhasa terrane

圖3 岡瓦納超大陸及東非造山帶、拉薩和羌塘地體再造圖(據Zhang et al., 2013)Fig.3 Reconstruction of the East African orogen, Lhasa and Qiangtang terranes (after Zhang et al., 2013)

3 晚白堊紀的紫蘇花崗巖與新特提斯洋中脊俯沖造山作用

晚白堊紀的紫蘇花崗巖分布于岡底斯巖漿弧的東南部, 以前被認為是中新元古代的麻粒巖。紫蘇花崗巖由中長石、微斜長石、頑火輝石、透輝石、石英、黑云母和角閃石組成, 為典型的鎂質、鈣堿性、準鋁質紫蘇花崗巖, 并具有埃達克巖的地球化學特征。鋯石U-Pb 定年給出的結晶年齡為85 Ma。紫蘇花崗巖的礦物中含高密度的CO2流體包裹體和赤鐵礦包體。相關證據表明, 紫蘇花崗巖形成在干的、高氧逸度、高溫(850 ～ 950°C)和高壓(0.7 ～1.0 GPa)條件下, 很可能形成在新特提斯洋中脊俯沖形成的板片窗構造環境。軟流圈沿板片窗上涌為紫蘇花崗巖和同期麻粒巖相變質作用的形成提供了有力條件(張澤明等, 2009; Zhang et al., 2010a, b,2011)。

4 晚泥盆紀的花崗巖與岡瓦納超大陸北緣的古生代造山作用

晚泥盆紀至石炭紀花崗巖分布在拉薩地體南部,很可能是岡瓦納超大陸北緣古生代安第斯型造山作用的產物(圖3; 董昕等, 2010)。大多數研究認為, 從泥盆紀至石炭紀, 岡瓦納大陸北緣處于一個相對寧靜的構造期(Gehrels et al., 2011), 但在拉薩和羌塘地體中陸續發現的中、晚古生代巖漿作用, 為岡瓦納大陸北緣的構造演化提供了新信息(董昕等, 2010;Pullen et al., 2011; Ji et al., 2012)。

5 岡底斯巖漿弧深部的變質作用與增生造山

在拉薩地體南部廣泛分布的中、新生代岡底斯巖漿弧形成在新特提斯洋殼向北俯沖的安第斯型造山過程中, 為大陸地殼顯著生長的產物。研究發現,與岡底斯巖基伴生的高級變質巖同樣形成在中、新生代, 與中、基性深層侵入巖一起構成了岡底斯巖漿弧的中、下地殼組成。這表明幔源巖漿巖的不斷增生導致了巖漿弧地殼的加厚和加熱, 形成了同侵入期的高壓高溫麻粒巖相變質作用、深熔作用和 S型花崗巖, 顯示出增生造山帶地殼生長與巖漿作用、變質作用之間的成因聯系(薛光琦等, 2005; 王金麗等, 2008, 2009; 董昕等, 2009, 2012; 李奮其等,2010; 唐菊興等, 2012; Dong et al., 2010; Zhang et al.,2010a, b, 2012b; Guo et al., 2011, 2012; 劉峰等,2011; Searle et al., 2011; Guan et al., 2012)。

6 安多地塊的多期構造熱事件與造山作用記錄

位于拉薩地體北部的安多地塊普遍經歷了高級變質作用, 被認為是拉薩地體的結晶基底。研究表明, 安多地塊最老巖石為新元古代(820 Ma)的巖漿巖, 形成在環 Rodinia超大陸周緣的安第斯型造山過程中(Guynn et al., 2012; Zhang et al., 2012c)。安多地塊發育早古生代(～500 Ma)的雙峰式巖漿巖, 很可能形成在環岡瓦納超大陸周緣的安第斯型造山過程中(圖3; Zhang et al., 2012c)。安多地塊在侏羅紀經歷了深俯沖和高壓麻粒巖相變質作用, 很可能發生在中特提斯大洋巖石圈閉合過程中(Zhang et al.,2012c, 2013)。

上述研究成果表明, 拉薩地體中北部含有新元古代的洋殼殘余, 并經歷了新元古代至早古生代的高壓/中壓變質作用, 拉薩地體中部經歷了晚古生代至早中生代的高壓/中壓型變質作用, 拉薩地體南部經歷了晚中生代至新生代的多期高溫變質作用, 拉薩地體北部的安多地塊經歷了早中生代的高壓變質作用。這些變質作用記錄揭示出, 拉薩地體經歷了多期洋-陸或陸-陸匯聚造山作用過程, 豐富了青藏高原前新生代的構造演化歷史, 成為研究匯聚板塊邊緣變質作用與動力學典型實例。

致謝:特別感謝中國地質科學院地質研究所許志琴院士、中國地質大學(武漢)金振民院士在工作中的指導與幫助！

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