冈底斯带东段色日绒冈瓦纳相冰海杂砾岩特征

杨继友，秦　松，张　伟，尼玛次仁

（1. 四川省地矿局402地质队，成都 611730；2. 四川省地矿局区域地质调查队，成都 610213；3. 成都理工大学地球科学学院，成都 610059；4. 西藏地勘局第二地质大队，拉萨 851400）

冈底斯带东段色日绒冈瓦纳相冰海杂砾岩特征

杨继友1，秦松2，3，张伟2，尼玛次仁4

（1. 四川省地矿局402地质队，成都 611730；2. 四川省地矿局区域地质调查队，成都 610213；3. 成都理工大学地球科学学院，成都 610059；4. 西藏地勘局第二地质大队，拉萨 851400）

色日绒地区冰海杂砾岩产于砂泥质为主的陆缘碎屑岩段中，累积出露厚度325m，沉积于浅海环境。该段顶部化石生物组合指示其沉积于早二叠世阿丁斯克期的冷水型海洋环境。岩层地质构造特征，与同层位产出的冷水型生物群为冰海杂砾岩的成因提供了证据，指示其形成于冰川作用下，由冰筏搬运的海相沉积。通过收集资料对比，确定其在近似冰期南半球15°~35°的古纬度范围内，环境平均水温0～10℃。在陆内裂谷或被动陆缘裂谷形成的广阔岛块、谷槽相间的构造古地理格局下，冰筏携带基底砾石，在赤道洋流作用等因素影响下，在消融以后，下落至色日绒地区浅海环境中，与砂泥质、砂质基质一同沉积形成冰海杂砾岩层。

冰海杂砾岩；冈瓦纳相；沉积环境；色日绒

冈瓦纳相地层具有三要素：冷水动物群、舌羊齿植物群、冰海杂砾岩，其沉积性质及特征在古地理分区和构造上是划分南北大陆、特别是北部边界的重要依据[1-6]。长期以来，对冈瓦纳大陆的北部界线不同学者有着不同的认识：①以印度河—雅鲁藏布江缝合带为界[7-8]；②以班公湖—怒江缝合带为界[3,5，9-13]；③以喀喇昆仑南坡—龙木—查桑—双湖—八宿—双江缝合带为界[14-22]；④是一渐变的界限，喀喇昆仑南坡—龙木错—查桑—双湖—八宿—双江缝合带可视为冰期时冈瓦纳特提斯与劳亚特提斯的一条生物一岩相分界线过渡带，它代表冈瓦纳的北界，但随着时间推移而向南退缩[23,24]。但其沉积相特征基本存在三要素：冰海杂砾岩、冷水动物群、舌羊齿植物群是大家的共识。对于其南北界限本文只引用以往学者的观点，不再深入讨论；但冰海杂砾岩作为冈瓦纳相地层的重要组成部分，本文就其沉积特征、古构造控制条件、古地理、古气候控制条件进行综合分析，拟为冈瓦纳相的沉积环境研究提供依据。

图1　西藏色日绒地区地质简图及剖面位置[（a）图[25,26]]

图2　色日绒郎弄来姑组三段实测地质剖面图

1 区域地质背景

色日绒地区位于林周县唐古乡—嘉黎县措多乡一带，距林周县97km；大地构造上位于冈底斯带的隆格尔—念青唐古拉复合火山岩浆弧，也称之为冈底斯弧背断隆带。岛弧基底岩系主要为念青唐古拉群（Ano或Pt2-Pt3）、石炭—二叠系沉积地层，色日绒地区沉积了较为典型的石炭—二叠系来姑组地层（图1）。

据剖面测制资料，来姑组主要为一套轻微变质的陆源碎屑岩，但夹有碳酸盐岩条带或透镜体。根据碎屑颗粒成分的变化，将来姑组分为三个岩性段，由一、二、三段组成，分别为：一段砂质板岩夹长石石英砂岩、砂质条带状大理岩；二段千枚状板岩、千枚岩；三段冰海杂砾岩、砂质板岩互层，并夹透镜状碳酸盐岩条带。本文就其特殊的岩性段—三段冰海杂砾岩及上下层位的岩石学特征、构造控制条件、古地理、古气候控制条件展开综合分析，探讨了冈瓦纳相的沉积环境。

2 岩石学特征

在嘉黎县色日绒郎弄一带测制了来姑组冰海杂砾岩剖面（即来姑组三段岩石剖面），地层厚约785m（图2、图3）：

（未见顶）

洛巴堆组上部

10. 灰白色生物碎屑灰岩，重结晶现象明显；产大量的生物碎屑，含量约为20%～25%；产苔藓虫化石：Fistuliramus bifidus Yang et Hsia, Maychella sp.; 腕足类化石：Cleiothyridina roissyi（Eeville）等。35m来姑组三段

9. 变质细-粉砂岩夹碳酸盐岩透镜体，两者比例约7∶1。变质砂岩层理面见波痕，顶部见交错层理；碳酸盐岩透镜体厚0.1~0.4m，产苔藓虫化石Fenestella cf. tenox Ulrich, Fenestella elusa Reed等。60m

8. 砂质板岩与冰海杂砾岩互层，两者比例约8∶1。冰海杂砾岩基质为砂质、粉砂质物，砾石成分复杂。层中产苔藓虫化石：Fenestella cf. tenox Ulrich, Fenestella elusa Reed等。 95m

7. 灰色千枚状板岩。 88m

6. 冰海杂砾岩，砾石粒径2～150mm，成分为花岗岩、砂岩、板岩等；另可见少量板岩夹层；两者比例约12∶1。 69m

5. 灰色千枚状板岩夹冰海杂砾岩，两者比例约15∶1。冰海杂砾岩沉积呈条带状、透镜状分布，厚约0.3~1.5m。 48m

4. 深灰色变质细-粉砂岩，为细砂～粉砂质，含量约90%；该层水平层理较为发育。 21m

3. 灰色千枚状板岩夹冰海杂砾岩，两者比例约12∶1。冰海杂砾岩呈条带状，砾石成分复杂，含量约15%。 92m

2. 冰海杂砾岩，砾石含量较少，砾径2~100mm，含量约10%，显坠石结构，落石刺穿层理，砾石上下的砂泥质岩类的纹层具有顶凸下挠的现象，砾石压裂面常见。另可见板岩夹层，两者比例约10∶1。 224m来姑组二段

1. 灰色砂质板岩。 53m

（未见底）

由上可见，来姑组三段主要岩石组合为冰海杂砾岩、粉砂质/砂质板岩、千枚岩夹冰海杂砾岩、砂岩夹碳酸盐岩条带等，其中冰海杂砾岩累积厚约325m，上、下均为粉砂质、砂泥质岩类，砂泥质岩石中水平层理常见。经薄片鉴定：上下岩层砂泥质含量高，一般在80%~85%左右，砾石含量较少，约10%~15%。这样的沉积特征显示该段大部分岩层是远离海岸线，形成于浪基面之下的宁静水体环境，以粉砂质、砂泥质沉积为主的浅海环境；直至顶部砂岩及透镜状碳酸盐岩的出现，腕足及苔藓虫等生物化石丰富，并见波痕及交错层理等沉积构造，其沉积环境才有所变浅，但仍处于浅海的环境（局部浅滩）（图3）。

图3　色日绒郎弄来姑组三段实测剖面柱状图

此套岩石中杂砾岩的砾石粒径大小约2~150mm；砾石杂乱无序分布于砂泥质基质中，分选性差或无分选性，呈棱角状、次棱角状（图4a）。岩层虽然经历了较为强烈的变形，但在岩石中仍可见坠石结构（图4b、c）及砾石压裂面（图4d）。砾石成分复杂，有石英砂岩、脉石英、花岗岩、灰岩、大理岩、安山岩、玄武岩等。另在同层位的改则县扎布区（西藏羌塘南部）、滇西以及中南半岛（早二叠世）等地区，也大量出现冰海杂砾岩，砾石表面见冰川擦痕和压坑等现象。上述的特征均证明了冰海杂砾岩的砾石是冰川作用的产物：坠石结构是砾石经冰筏搬运，冰筏消融后坠落在已形成的砂泥质基质中而形成的刺穿层理的现象，具体表现为较大的砾石刺穿下部沉积物的层理，又为后续的沉积所覆盖；砾石压裂面为冰川作用、搬运的结果。

本次1∶5万矿产远景调查及1∶25万门巴幅区域地质调查工作[27]，在来姑组三段顶部共鉴定出苔藓虫：Fenestella cf. tenox Ulrich，Fenestella elusa Reed，Fenestella pulcherrima Sch.-Nest.，F. microretiformis Sch.-Nest.，Strelelascopara angustimarginalis Hsia；珊瑚：? Amplesocarinia sp.；腕足：Spiriferella rajah（Salter）；通过与模式标本产出层位及临区生物组合类型特征对比，指示此段岩层沉积于早二叠世阿丁斯克期的冷水型海洋环境[2,5,6,13,19,24]。该段的生物群组合特征也印证了来姑组三段冰海杂砾岩形成于冰川作用影响下的冰海环境，为冈瓦纳相地层的典型代表。

图4　色日绒地区冰海杂砾岩沉积特征照片及素描

图5　冈瓦纳大陆冰海杂砾岩理想成因图[16]

图6　晚石炭世—早二叠世主要陆块的位置及生物分布[2]

3 古构造控制条件

冰海杂砾岩的分布范围大体上代表着冈瓦纳裙边海的范围，也是冈瓦纳岩系最显著的标志[17]，它包含着重要的构造信息。经过对剖面中化石的鉴定与对比，表明含冰海杂砾岩段沉积于早二叠世阿丁斯克期。在这个时期，冈底斯带与喜马拉雅带已开始发生分解，总体呈现出“北台南盆，东坳西隆”的构造格局[25]。研究区即位于陆内裂谷或被动陆缘裂谷形成的广阔岛块、谷槽相间的构造古地理格局下，这样的构造环境控制了冰海杂砾岩砾石来源。

经综合分析表明，冰海杂砾岩在冈瓦纳大陆边缘广泛分布，并存在着北厚南薄的现象：喀喇昆仑（日土多玛）至冈底斯区（色日绒）再到喜马拉雅区（定日），冰海杂砾岩的厚度从500~1000m变化至300m再变化不足1m[23]。根据冰海杂砾岩的成因，本文对此做出了较为合理的解释：冰筏携带基底砾石，在古气候、赤道洋流作用等因素影响下，由南向北，向低纬度地区加快融解，从而形成了南薄北厚的冰海杂砾岩沉积现象（图5）。

4 古地理、古气候条件

前文已述，冰海杂砾岩为冰川呈消融状态下，冰筏搬运沉积的产物，与之相伴生的冷水生物群也辅证了这样一个寒冷的气候条件。那么色日绒地区冰海杂砾岩的出现也应具备这样必不可少的古地理、古气候条件。大量的研究证明：早二叠世是地史上最冷的时期，古水温要比现代海洋低得多，热带与亚热带必然比现代范围小得多。虽然目前国内外对青藏高原古地磁和古温度研究数据不多，但在晚石炭世—早二叠世时期冈瓦纳大陆位于南半球中—高纬度区域是确定的（图6）[10,28-30]。用生物地理单元反映出的古纬度可用于判定有关陆块的大体位置；但古地磁数据反映出的古纬度更为可靠。本文借用以往学者的各项古地磁、古温度数据（表1）：早二叠世，在澳大利亚南部产Eurydesma的冰海杂砾岩获得了古水温7.7℃的氧同位素测温数据[31]；早石炭世，喜马拉雅位于29.7°的古纬度区域[32]；早二叠世，申扎位于23.2°的古纬度区域[33]；早二叠世，羌塘位于16.5°的古纬度区域[34]；早二叠世，腾冲、保山地区古水温度为0~10℃，且位于30°的古纬度区域[35]。

本文借用当今的水温带，将早二叠世西藏的古温度、古纬度与之进行对比（表2）。根据收集的各古纬度、古温度数据资料（表1），即可较为准确的推断色日绒地区当时的古温度及古气候条件：早二叠世冈底斯地区位于寒温带—暖温带，近似冰期南半球15°~35°的古纬度范围，平均水温0~10℃的环境。

在这样的古气候、古地理条件下，造就了冰海杂砾岩的沉积模式：早二叠世冈底斯东段伸展、裂解，在陆内裂谷或被动陆缘裂谷环境下，形成广阔的岛块、谷槽相间的构造古地理格局。在赤道洋流的作用下，冰筏携带大量的砾石广泛分布，但同时也限制了砾石来源的就地性；在消融以后，沉落至色日绒地区浅海环境中，与砂泥质、砂质基质一同沉积成岩，在多条件的控制下形成了如今剖面中所见的冰海杂砾岩。

表1　石炭—二叠纪时期冈瓦纳大陆各地古温度、古地磁数据

表2　各气候带平均水温与近似纬度对照表[36]

5 结论

1）来姑组三段沉积环境为浅海相，层位中的坠石结构、压裂面以及与其同层位产出的冷水型生物群为冰海杂砾岩的确定提供了有力的证据，并指示其形成于冰川作用下，由冰筏搬运的海相沉积。该地区冰海杂砾岩的沉积及冷水型生物群的出现均体现了冈瓦纳相地层寒冷的沉积环境。

2）通过资料综合收集、对比，确定了冰海杂砾岩在近似冰期南半球15°~35°的古纬度范围内，平均水温0~10℃的环境下，在陆内裂谷或被动陆缘裂谷形成的广阔岛块、谷槽相间的构造古地理格局下形成。

3）根据色日绒地区古构造位置及古地理特征，大致总结出了该地区冈瓦纳相冰海杂砾岩的成因模式：早二叠世冈底斯东段伸展、裂解，在陆内裂谷或被动陆缘裂谷环境下，形成广阔的岛块、谷槽相间的构造古地理格局。在赤道洋流的作用下，冰筏携带大量的砾石广泛分布，但同时也限制了砾石来源的就地性；在消融以后，下落至色日绒地区浅海环境中，与砂泥质、砂质基质一同沉积成岩，在多条件的控制下形成了如今剖面中所见的冰海杂砾岩。

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Glacial-Marine Diamictite of Gondwana Facies in the Sêbrong, East Gangdisê

YANG Ji-you1QIN Song2,3ZHANG Wei2NI Ma-ciren4
(1-No. 402 Geological Team, BGEEMRSP, Chengdu 611730; 2-Regional Geological Surveying Team, BGEEMRSP, Chengdu 610213; 3-College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 4-No. 2 Geological Party, Tibet Bureau of Geology and Mineral Resources, Lhasa 851400)

Glacial-marine diamictite with a total thickness of 325 m in the Sêbrong, East Gangdisê occurs in terrigenous clastic rock. The petrology and sedimentary characteristics indicate a coastal-neritic environment. Fossil assemblage indicates the cold water environment in Early Permian Artinskian. These show that the glacial-marine diamictite was formed by glaciations in an intracontinental rift environment with an average temperature of 0-10℃ and within paleolatitude of 15º-35º S.

Sêbrong area; Early Permian; Gondwana facies; glacial-marine diamictite; sedimentary environment

P588.2

A

1006-0995（2016）02-0195-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.02.004

2015-07-16

杨继友（1956—），男，四川成都人，高级工程师，从事区域地质调查及管理工作