喜马拉雅造山带东段上三叠统复理石沉积地质研究

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西藏南部大面积分布上三叠统复理石(即山南地体郎杰学群),它位于喜马拉雅造山带东段,构造-地层上多归属特提斯喜马拉雅北亚带,被认为系印度大陆北部被动大陆边缘(半)深海沉积;或者与修康群一起被划为雅鲁藏布江缝合带内的构造增生楔。这两种不同构造归属不仅有碍于其自身物源和沉积盆地分析,而且对晚三叠世特提斯古地理(如基末利大陆、新特提斯、冈瓦纳大陆北缘)、古构造格局及其演化的重建有重要影响。近年来,郎杰学群受到了越来越多的关注,尽管业已取得了较多研究成果,但是一些重要的科学问题尚未得到很好的解决或达成共识。这些问题主要涉及沉积体系、物源、盆地性质、古地理位置、构造演化等方面。本文对17条地质路线及32条地层剖面进行了观测记录,对70余个观察点的岩性厚度、90余组近千数据的古水流进行了测量和统计,对30余件砂岩样品的碎屑组分、近60件重矿物组合及其指数等进行了统计、计算分析;重点对20件砂岩的近1600枚碎屑锆石、6件辉绿岩的80余枚锆石进行了U-Pb同位素定年,并测试分析了170余枚碎屑锆石的Hf同位素和140余枚碎屑铬尖晶石的地球化学。在上述大量野外资料和室内测试数据基础上,作者综合研究了微相、岩相、沉积物分散样式、沉积体系和物源,并试图对沉积盆地性质、古地理和构造演化进行了探讨,初步获得以下结果和认识:沉积物分散样式方面,重矿物指数ZTR值、S/M(砂/泥)比值和古水流流向结果均指示沉积物主体由北向南供给。其中,古水流流向平均205°,复原后平均185°,并显示有多组向西南、东南方向的物源供给。三种参数组合呈现弧形-放射状沉积物分散样式,暗示郎杰学群的碎屑组分可能是通过分支水道在中扇和外扇区域扇状分散开堆积沉积,同时也可能反映了海底扇水道系统的分布形式。岩相和沉积体系方面,共识别出水道(A)、舌状体(B)、天然堤-水道间(C)和盆地平原(D)4种相,以及相应的9个亚相单元(A1-3,B1-3和C1-3)。它们构筑了海底扇6个相组合,分别是水道-水道间、漫滩-天然堤、决口扇、外扇舌状体、扇缘和盆地平原。通过岩相和沉积物分散样式分析,在原始地层分布恢复基础上,提出郎杰学群由一个以海底扇为主的深海沉积体系组成。该沉积体系规模可达400-500 km×600-700 km大小或更大,是目前报道的前新生代最大海底扇之一;它由4个横向分布、至少6次垂向叠加的海底扇体联合组成,发育中扇和外扇亚沉积体系,缺失内扇记录;垂向叠加格局显示为从进积到退积样式,指示海底扇的发育可能受海平面上升或区域构造沉降加剧控制;砂岩和板岩比例关系显示海底扇属于富泥-砂型,指示沉积物从源区经历了中-远距离(可达400-600 km)的搬运。物源分析结果显示,郎杰学群的母源区存在各种不同的岩性。重矿物组合表现出沉积岩、花岗岩、变质岩等多种原岩类型,其中辉石和铬尖晶石说明存在基性和超基性的物源。重矿物指数RuZi显示研究区东西两侧存在不同,可能是源区岩石类型变化所致,暗示至少存在两个以上不同的源区。砂岩碎屑组分比例Dickinson三角图解投点大多落入再旋回造山带,次为岩浆弧和混合区,说明物源区可能有多种构造背景。铬尖晶石地球化学成分指示源区母岩存在玄武岩、橄榄岩和玻安岩,它们可能由洋中脊和/或洋岛/海山提供。上述结果证明郎杰学群由多个母源区提供碎屑物质。多物源还进一步得到碎屑锆石U-Pb同位素年龄不同分布主值区间的证实。分析结果显示,这套上三叠统复理石砂岩中的锆石有两组年龄,分别是600-460 Ma(峰值大约520 Ma)和260-200 Ma(峰值大约240 Ma)。更为重要的是,前者与泛非造山带有关,同时表明为山南盆地提供碎屑的源区可能是拉萨地体、西澳大利亚、羌塘地体和冈瓦纳大陆其它地块,或是其中某一个或某二个以上。后者强烈支持山南地体与特提斯喜马拉雅无亲缘性的观点。特殊的碎屑锆石年龄分布区间260-200 Ma(峰值大约240Ma)、400-290 Ma的碎屑锆石较正的εHf (t)值、铬尖晶石的存在和~130 Ma的大量辉绿岩岩脉侵入体,说明山南地体与拉萨地体存在较大物源差异,至少证明拉萨地体不是山南地体的唯一物源区。基于多物源供给特性、物源区多构造背景特征,在与错美-班伯里大型火成岩省有关的早白垩世中期(大约140-128 Ma)的辉绿岩脉古地理限制下,本次工作提出,郎杰学群很可能沉积于冈瓦纳北侧的一个残留洋盆,它位于印度东部与澳大利亚西部之间。从物源区方向和岩性特征判断,北侧拉萨地体及其南北侧的岩浆弧与弧后区、新特提斯洋南侧的古海山和洋中脊可能是主要的物源区,西澳大利亚和印度东部可能会提供少量物源或者提供了其中部分泛非期相关的物源。在这种盆地模式和古地理格局下,本文推测了山南地体古地理和构造演化过程:三叠纪末期,山南盆地随着拉萨地体(弧后扩张和洋脊增生)北向漂移(构造格局发生变化)而快速终结不再接受其物源供给,随后被构造上驮在大印度东北部;侏罗纪-早白垩世早期,山南地体可能成为了大印度东北边缘部分盆地基底保持在这个位置;早白垩世中期(132 Ma以后)开始,随着印度洋打开,山南地体与印度大陆一起向北漂移,直到印度与亚洲的碰撞、隆升;始新世-至今,它与特提斯喜马拉雅一起变形变质,接受侵蚀和剥蚀。这种古地理和古构造演化暗示,山南地体可能不是雅鲁藏布江缝合带内侏罗纪-白垩纪的增生楔。
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