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張繼恩等-JGR:喜馬拉雅造山帶發育多島洋格局及對東特提斯構造演化的制約

作者:中科院地質地球所
張繼恩等-JGR:喜馬拉雅造山帶發育多島洋格局及對東特提斯構造演化的制約
張繼恩等-JGR:喜馬拉雅造山帶發育多島洋格局及對東特提斯構造演化的制約

造山帶結構直接關系到對造山過程和造山方式的認識,制約着構造地貌的變化及氣候-環境的變遷。是以,造山帶結構解剖在大地構造研究中占據核心地位。

喜馬拉雅造山帶位于青藏高原南部,處于歐亞大陸和印度大陸之間(圖1),記錄有新特提斯洋構造演化資訊,并參與了東亞新生代構造-環境變遷的塑造。關于喜馬拉雅塊體的屬性,目前有三種端元模型:(1)特提斯喜馬拉雅是印度大陸的北緣,是早白垩世從東岡瓦納大陸裂解出來的(Yin and Harrison, 2000);(2)依據古地磁資料,推測特提斯喜馬拉雅是118Ma或75Ma從印度大陸北緣裂解出來的微陸塊(van Hinsbergen et al., 2012; Yuan et al., 2021);(3)特提斯喜馬拉雅為增生楔(肖文交等,2017)。然而,已有模型仍不能完整解釋以下的現象:(a) ~130Ma雅魯藏布江SSZ型蛇綠岩-角閃岩和Kohistan-Ladakh岩漿岩帶代表新特提斯洋在早白垩世發生洋内俯沖;(b) 喜馬拉雅東北段發育早白垩世擠壓構造,而該時期印度大陸裂解至東岡瓦納,其北緣為被動陸緣;(c)喜馬拉雅東北段在三疊紀和侏羅紀時期依附在東岡瓦納大陸,而負的εNd(t)和εHf(t)值表明該區域發育前寒武紀基底。以上問題焦點仍然是喜馬拉雅造山帶結構。喜馬拉雅東北段發育大量早白垩世岩脈(圖2a),可以用以限定該區域的構造變形時代,為研究東特提斯構造域中生代構造演化提供了可能性。中國科學院地質與地球實體研究所岩石圈演化國家重點實驗室張繼恩與肖文交等合作研究了該區域的褶皺與岩脈的關系,限定了早白垩世的擠壓構造,結合晚侏羅世伸展構造,提出東特提斯喜馬拉雅構造帶在中生代晚期發育有多島洋格局。

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圖1 (a)東南亞構造簡圖;注意印度洋東部發育晚侏羅世洋殼;喜馬拉雅三疊紀朗傑學群和澳洲西北緣North Carnarvon盆地同時代地層砂岩的碎屑锆石年齡和Hf同位素特征可對比;侏羅紀石英岩的碎屑锆石年齡可與印度大陸北緣對比,顯示喜馬拉雅與東岡瓦納具有親緣性。圖中标注的粉色體表示晚侏羅世從東岡瓦納大陸裂解出來的Argoland塊體群;(b)喜馬拉雅和印緬地區構造簡圖,展示了蛇綠岩和早白垩世角閃岩的露頭位置

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圖2(a)喜馬拉雅東北段隆子地區地質圖;(b)研究區三疊紀、侏羅紀和早白垩世地層中褶皺産狀,展示了極性向南的倒轉褶皺

01

早白垩世擠壓構造

喜馬拉雅東北段出露的三疊紀(圖3a-b)、侏羅紀(圖3c)和早白垩世(圖3d-e)地層都發育有對稱和不對稱褶皺(包括斜歪褶皺和倒轉褶皺)(圖2b),褶皺軸面主體傾向北,樞紐以東西走向為主(圖2b)。野外觀測結果顯示,地層中的褶皺常被~130Ma岩脈穿切(圖3a-d),表明這些褶皺形成于岩脈侵入之前。考慮到被岩脈穿切的、最年輕褶皺的地層為早白垩世甲不拉組,限定了喜馬拉雅東北段褶皺所代表的擠壓構造發育于早白垩世。同時,軸面傾向北的倒轉褶皺(圖2b)表明喜馬拉雅東北段在早白垩世遭受了頂端指向南的簡單剪切。為便于稱呼,發育早白垩世擠壓構造的地質體被命名為“隆子塊體”(圖4)。

前人認為印度大陸于早白垩世從東岡瓦納大陸裂解出來(Yin and Harrison, 2000),印度大陸北緣為被動大陸邊緣,發育伸展構造。隆子塊體發育擠壓構造,表明此時它已不屬于印度大陸北緣。

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圖3 喜馬拉雅東北段發育的構造。(a-b) 三疊紀地層中的褶皺及侵入的基性岩脈;注意圖a中的岩脈隻是低角度向北傾斜,并非褶皺;(c) 侏羅紀日當組中發育的倒轉褶皺及穿切褶皺樞紐的岩脈;(d-e) 早白垩世地層中發育的開闊褶皺和穿切兩翼的輝綠岩脈。(f)卡拉山口三疊紀地層中出露的晚侏羅世基性-超基性岩,超基性岩蝕變為蛇紋岩;局部見基性岩與地層呈侵入接觸關系

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圖4 喜馬拉雅及東南亞地區地質體和構造現象的年齡對比圖,注意這些現象在晚侏羅世和早白垩世時對應的構造事件

02

晚侏羅世伸展構造

隆子塊體内有三個露頭區出露基性-超基性岩(圖2a),其中卡拉山口露頭區的基性岩與三疊紀地層呈侵入接觸關系(圖3f),表明這些岩漿岩為侵入岩。基性岩具有堿性岩地球化學特征,斜锆石年齡為152.8Ma,為晚侏羅世堿性侵入岩。他人研究成果顯示該區域還發育有148-145Ma的基性岩脈,對應的地球化學特征從OIB轉變為MORB型(圖4)。同時,隆子塊體西段聶拉木及鄰區晚侏羅世地層中菊石資料顯示沉積水體逐漸變深(陰家潤和萬曉樵,1996),并發育有角度不整合面等(Garzanti, 1999)。這些資料意味着隆子塊體在晚侏羅世經曆了伸展構造作用(Garzanti, 1999;陰家潤和萬曉樵,1996)。

03

構造演化過程

Cai et al. (2016)和Wang et al. (2016)研究了隆子塊體三疊紀朗傑學群砂岩的碎屑锆石及其Hf同位素,認為它們與澳洲西北緣North Carnarvon盆地具有相似性;晚侏羅世維美組石英礫岩與印度大陸北緣碎屑锆石年齡特征相似(潘婉瑩,2018)。由于此時印度大陸與澳洲大陸尚未裂解,共同組成東岡瓦納大陸,是以,隆子塊體在晚侏羅世之前(>155Ma)屬于東岡瓦納大陸北緣的一部分(圖5a)。

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圖5 喜馬拉雅東北緣構造演化模式圖:(a)155Ma之前的構造格局顯示隆子塊體依附在東岡瓦納大陸之上;(b)晚侏羅世時,東岡瓦納大陸裂解出Argoland塊體群,包括隆子塊體,并擴張形成(北)印度洋洋殼;(c)早白垩世時期,東岡瓦納地區發育多島洋構造格局,隆子塊體與澤當洋内弧發生碰撞,觸發新特提斯洋發生新的俯沖,沿雅魯藏布江構造帶發育變質底闆和SSZ型蛇綠岩

到了155-152Ma,隆子塊體發育伸展作用。此時,隆子塊體依附的澳洲西北緣發生裂解,裂離出了Argoland塊體群(圖1a,圖4)。隆子塊體作為Argoland塊體群的一部分,也從東岡瓦納大陸裂解出來(圖5b)。該擴張的洋盆包括了東印度洋和隆子塊體與印度大陸間的北印度洋,喜馬拉雅地區開始發育多島洋格局。

到了136-132Ma期間,隆子塊體與Trans-Tethyan洋内弧發生碰撞,造成隆子塊體中發育大量極性指向南的褶皺;碰撞觸發洋内弧北側發育新的俯沖帶,沿雅魯藏布江構造帶發育早白垩世變質底闆和SSZ型蛇綠岩。古地磁資料顯示該時期的隆子塊體仍與印度大陸的緯度相同,推測它們此時被北印度洋呈經向分隔(圖5c)。

04

進一步研究内容

本研究初步建立了喜馬拉雅地區中生代以來發育的多島洋構造模型,意味着該區域發育多個洋盆。新特提斯洋的關閉形成雅魯藏布江縫合帶,而北印度洋關閉後的縫合帶位置在何處尚缺乏研究(圖5c),是今後需要研究的重點。此外,多島洋關閉的時間亦至關重要,因為晚的那個關閉時間點才是印度大陸與歐亞大陸擠壓和碰撞的起始點,是了解構造與環境變化關系的關鍵。

研究成果發表于國際學術期刊 JGR:Solid Earth(張繼恩*,肖文交,John Wakabayashi,Brian F. Windley,韓春明. A fragment of Argoland from East Gondwana in the NE Himalaya [J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2022, 127: e2021JB022631. DOI: 10.1029/2021JB022631)。研究受國家自然科學基金項目(41888101, 42172247)和中國科學院戰略性先導科技專項(B類)(XDB18030103)聯合資助。

張繼恩等-JGR:喜馬拉雅造山帶發育多島洋格局及對東特提斯構造演化的制約

美編:陳菲菲

校對:張騰飛 姜雪蛟

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