西藏林周盆地中侏罗统却桑温泉组碎屑锆石U-Pb 年代学及地质意义

2024-01-05杨文光朱利东密文天麦源君张洪亮

沉积与特提斯地质 2023年4期

周豫，杨文光*，朱利东，密文天，解龙，钟摇，麦源君，张洪亮，李楠

（1.成都理工大学沉积地质研究院，四川成都 610059；2.内蒙古工业大学矿学院，内蒙古呼和浩特 010051；3.兰州大学甘肃省西部矿产资源重点实验室，甘肃兰州 730000；4.成都理工大学地球科学学院，四川成都 610059）

0 引言

冈底斯板块位于青藏高原腹地，记录了特提斯洋演化，印-亚碰撞及高原隆升等一系列重大地质事件（潘桂棠等,2006;许志琴等,2016；潘桂棠等，2022）。关于冈底斯板块中生代构造演化问题，长期以来存在较大争议，有以下几种观点：（1）冈底斯板块中生代经历了班公湖-怒江洋向南和雅鲁藏布江洋向北的相向俯冲（Huang et al.,2021;Wei et al.,2020;Zhu et al.,2011）；（2）冈底斯板块中生代仅受雅鲁藏布江洋北向俯冲影响（Kang et al.,2014;Meng et al.,2019;Wang et al.,2016a）；（3）中生代冈底斯经历了唐加-松多古特提斯洋增生造山和雅鲁藏布江洋的北向俯冲（Cheng et al.,2015;解超明等,2020;李光明等,2020;李化启等,2011；林方成等，2022）。林周盆地位于冈底斯板块中部，自中侏罗世至晚白垩世连续沉积，记录了冈底斯板块构造演化历史及其造山作用过程。对林周盆地上侏罗统—下白垩统林布宗组和下白垩统楚木龙组的物源分析显示二者物源主要来自冈底斯北部（Meng et al.,2019;Wei et al.,2020），而上覆楚木龙组之上的上白垩统设兴组物源则主要来自南部冈底斯岩浆弧（Wei et al.,2020）。白垩纪盆地物源的转变反映了当时南北两侧的构造变动，为晚白垩世南侧显著增强的岩浆活动在盆地中的响应。但关于林周盆地早期记录的研究则略显薄弱，不仅缺乏地层时代约束，而且对其物源特征仍不明晰，严重制约了对林周盆地沉积演化过程的理解与认识，对林周盆地早期记录的系统研究，可为探讨冈底斯板块构造演化过程提供沉积学约束。

基于此背景，本文以西藏林周盆地中侏罗统却桑温泉组为研究对象，开展岩石学和碎屑锆石UPb 年代学研究，旨在厘定其地层沉积时代，进行物源分析，为探讨冈底斯板块地质演化提供新资料。

1 区域地质概况

冈底斯板块位于雅鲁藏布江缝合带和班公湖-怒江缝合带之间（图1a），从南向北划分为南冈底斯、中冈底斯、北冈底斯三个次级造单元，分界线为沙漠勒-米拉山断裂、狮泉河-申扎-嘉黎缝合带。林周盆地位于拉萨市北部马乡—林周地区，南界为冉木江逆断裂，北界为洛巴堆—古鲁—左岗—唐加等一系列向北倾斜的逆冲断层（Wang et al.,2020;李晓雄等,2015）。林周盆地主要发育中侏罗世—晚白垩世沉积地层，盆地基底为下—中侏罗统叶巴组（J1-2y），盖层主要为白垩纪—始新世海相-陆相沉积物（张佳伟,2018）研究区内侏罗系地层发育不全，缺失下侏罗统地层，中侏罗统却桑温泉组与上覆上侏罗统多底沟组整合接触（图1b），下部逆冲于典中组火山岩之上，呈断层接触①，与早白垩世花岗岩（γK1）呈侵入接触关系。却桑温泉组主要岩性为含砾中细粒砂岩、中厚层状细砂岩、粉砂岩，夹泥岩、页岩及火山角砾岩、安山岩，其岩性横向变化不大。

图1 西藏堆龙德庆却桑温泉地质简图Fig.1 Geological maps of the Quesang Hot Spring Formation,Tibet

2 岩石学特征

却桑温泉中侏罗统却桑温泉组实测剖面位于堆龙德庆县德庆乡邱桑村却桑温泉南侧无名山脊一带（图2a），坐标为N30°0'20.88″，E90°44'59.52″，厚约220 m。剖面未见底，主体表现为一南西倾的单斜地层体。本文采集的砂岩和花岗岩样品位置见（图2b）。

图2 却桑温泉组典型野外与岩石显微照片Fig.2 Photographs of sandstones and Intrusive Rocks in Quesang Hot Spring Formation

却桑温泉组浅灰色黏土质胶结细粒岩屑石英砂岩（D0063-ZKW4）单层厚度约10～15 cm，石英粒径多在0.1～0.3 mm 之间，呈细粒砂状结构；碎屑颗粒含量约85%，主要呈细砂状，主要碎屑物组成为石英（76%）、岩屑及极少量长石，分选性一般，呈次棱角状，磨圆较差；岩屑（约10%），呈细粒状，成分多为（石英）砂岩岩屑，含少量白云母；长石在样品中较少；填隙物约为14%，分为黏土质胶结物（9%）和少量杂基（5%），黏土质胶结物充填于碎屑颗粒间且有一定程度蚀变，形成杂色状细小鳞片状绢云母（图2c，d）。

却桑温泉组部分层位被后期花岗岩岩脉侵入，表现为SW 倾向的单斜地层体（图2b）。样品D0063-N5 岩性为浅黄灰色细粒似斑状花岗岩（γK1），块状构造，岩脉宽度约24 m，与周围砂岩呈侵入接触。显微镜下斑晶主要为云母及柱状角闪石，呈明显的似斑状结构，斑晶约（11%），主要为黑云母及角闪石，但斑晶大多发生强蚀变、破损；黑云母呈长条状，极完全解理发育；角闪石可见强蚀变现象。基质呈细粒结构，由长石、石英、黑云母和角闪石组成；除石英外的其他矿物表面多发生绢云母化及黏土化（图2e，f）。

3 锆石U-Pb 测年与Lu-Hf 同位素分析

3.1 测试方法

本文在却桑温泉组剖面中下段分别挑出1 件岩屑砂岩，即D0063-ZKW4，采集层位的砂岩有平行层理等构造，选出碎屑锆石进行LA-ICP-MS UPb 同位素和Hf 同位素分析。分析测试在河北廊坊宇恒矿岩技术服务公司进行。岩样经常规方法粉碎后，通过电磁选、浮选开始分选，于显微镜下找出典型的锆石，粘贴在环氧树脂表面，抛光制备锆石样品靶，进行显微照相。阴极发光图像在北京锆年领航科技有限公司完成，锆石U-Pb 同位素年龄在该公司采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法测得。采用Agilent7900 型ICP-MS 和Resolution SE 型193 nm深紫外激光剥蚀系统实施，以He 作为载气，20～40 µm剥蚀深度，激光束斑直径为30µm；频率和能量密度分别为5 Hz 和2 J/cm2。每进行10 个样品同位素分析后，间隔2 个国际标准锆石91500 作为外标进行同位素比值校正，1 个Gj-1作为监测标样，元素含量以NIST 610 作为外标，91Zr 作为内标进行测算。年龄大于1000 Ma 的使用207Pb/206Pb 年龄值，锆石年龄小于1000 Ma 的使用206Pb/238U 年龄值。数据采用Iolite 程序处理（Paton et al.,2010）。绘图采用ISOPLOT3.0 软件处理谐和图、频谱图、计算加权平均值（Yuan et al.,2004）。岩屑石英砂岩（D0063-ZKW4）和花岗岩（D0063-N5）测年结果可参见附表1*数据资料联系编辑部或者登录本刊网站https://www.cjyttsdz.com.cn 获取。和附表2*。

岩屑石英砂岩样品（D0063-ZKW4）Lu-Hf 同位素测定通过激光剥蚀多接收器电感耦合等离子体质谱仪进行检测，利用Resolution SE 193 nm 准分子激光剥蚀系统对锆石进行原位剥蚀，斑束直径：40 µm，能量密度：5 J/cm2，频率：8 Hz，仪器运行条件、流程及分析方法可参照（Hu et al.,2012）。

3.2 测试结果

3.2.1 锆石U-Pb 同位素测年结果

岩屑石英砂岩（D0063-ZKW4）的98 颗碎屑锆石粒径约在50～150 µm 之间，长宽比为1.1～2，透射光下呈现褐色或玫瑰色，大部分锆石长宽比较小，颗粒以次圆状-圆状为主，少数颗粒呈半自形，表明经过长距离搬运；少数原始岩浆成因的锆石发育变质重结晶边，有些环带发生模糊化，极个别显示无环带（点6、36、80 等）且Th/U 比值较低（0.01～0.29），可能为变质锆石，在边部生长的变质增生锆石呈冷杉树状或扇形状环带（图3）。但绝大部分锆石以发育振荡环带（图3）和高的Th/U 比值（0.18～3.43）为特征，指示岩浆成因（Corfu et al.,2003）。岩屑石英砂岩（D0063-ZKW4）的锆石进行了LA-ICP-MS U-Pb 定年（图4），85 个岩浆成因锆石年龄在2 978～169 Ma之间，而9 个变质锆石对应的年龄在1 982～503 Ma 之间。所有岩浆成因锆石年龄可分为两组区间，分别为619～540 Ma、1 219～1 055 Ma，其余年龄分散在206～169 Ma、383～319 Ma、507～499 Ma、1 037～693 Ma 和2 978～1 236 Ma范围内，未构成明显的集群。

图3 代表性的锆石阴极发光图像及分析点表面年龄Fig.3 CL images with analytical spots and corresponding apparent ages of zircons

图4 却桑温泉组样品锆石U-Pb 同位素年龄谐和图Fig.4 U-Pb isotopic concordia plots of zircons from the Quesang Hot Spring Formation,Tibet

花岗岩D0063-N5 样品的锆石CL 图像呈长柱状、自形—半自形、次棱角状（图3），长80～150 µm，长宽比较大，具有规则的韵律振荡环带结构，为岩浆结晶成因，其高Th/U 比值（0.82～1.67）暗示锆石为岩浆成因。花岗岩（D0063-N5）20 颗锆石用于UPb 定年，共获得18 组谐和或近于谐和的年龄，整体上谐和年龄较为集中。14 个点位产生相对集中的206Pb/238U 年龄（119～121 Ma），对应的加权平均年龄为119.8±0.5 Ma，代表了该花岗岩的结晶年龄即侵入却桑温泉组的时代。3 组（点7、8、11）的206Pb/238U 年龄（125～126 Ma）稍早，可解释为岩浆房中早期结晶锆石。1 组206Pb/238U 年龄115 Ma 的锆石为铅丢失。

3.2.2 锆石Lu-Hf 同位素分析结果

筛除却桑温泉组的岩屑石英砂岩不谐和的年龄后，选择具有代表性的35 颗锆石进行原位Hf 同位素分析（同位素测试数据可参见附表3*），176Hf/177Hf 同位素比值在0.281 382～ 0.282 799 范围，εHf(t)值变化于-29.2～ +11.2，对应的Hf 地壳模式年龄为936～ 3 330 Ma（图6），锆石εHf(t)值变化较大，说明沉积物源的复杂性。

4 讨论

4.1 沉积时代

却桑温泉组被早白垩世（ca.120 Ma）花岗岩脉侵入，限定却桑温泉组沉积时代早于120 Ma。却桑温泉组岩屑石英砂岩样品最年轻的一个锆石年龄为169 Ma，表明其最大沉积年龄不早于中侏罗世巴柔期，缺乏上覆林布宗组常见的早白垩世锆石（李成志,2020），表明它早于早白垩世。因此锆石年龄数据将却桑温泉组沉积时代限定在169～145 Ma 之间，结合古生物化石时代（王乃文等,1983），厘定却桑温泉组地层沉积时代为中侏罗世。

4.2 物源分析

却桑温泉组岩屑石英砂岩样品最年轻的锆石年龄为206～169 Ma，却桑温泉组年轻锆石年龄及Hf 同位素组成与叶巴组的年龄及Hf 同位素组成具有一致性（图6），表示其可能来源于叶巴组，但岩屑石英砂岩样品中年轻的锆石年龄仅5 个，仅占总测点数的5%，反映叶巴组的物源供给极为有限。朱利东等（2018）②提出将尼玛江热乡附近的一套碎屑—火山岩地层建立“雄来组”地层单元，该套地层主要为中基性火山岩，以安山岩类为主，未见叶巴组中常见的酸性、中酸性火山岩，火山岩的变形与变质程度与叶巴组存在较大差异，变形较弱，总体未发生变质。U-Pb 年代学分析表明雄来组火山岩与叶巴组火山岩同时期发育。雄来组角度不整合于晚古生代片岩之上，不整合面之上砾岩中的砾石成分全部来自基底变质岩，表明受大洋俯冲作用影响的局部隆升。根据雄来组野外产状、变质变形程度以及年代学研究，前人提出该套岩石组合代表了晚古生代增生楔楔顶盆地沉积②。而随俯冲作用进行，始早期增生楔体的进一步抬升，位于楔顶的雄来组完全有可能为却桑温泉组提供物源，因此，本文推测却桑温泉组侏罗纪锆石可能来源于雄来组（雄来组测试数据未发表）。

却桑温泉组岩屑石英砂岩碎屑锆石频谱显示619～540 Ma 和1 219～1 055 Ma 两个主要年龄峰（图5d），该特征年龄峰值与冈底斯带的古生界和中生界碎屑锆石年龄峰值相吻合。例如，冈底斯带西部措勤和申扎地区以及东部当雄的石炭—二叠系锆石（图5k）以600～500 Ma、1 000～900 Ma 和1 250～1 050 Ma 的年龄峰为主（Fan et al.,2017;Gehrels et al.,2011;Leier et al.,2007;Pullen et al.,2008;Zhu et al.,2011;杨洋,2019），而600～500 Ma 和1 250～1 050 Ma 年龄峰值与却桑温泉组锆石年龄峰值相似，但前者的1 000～900 Ma 年龄峰值未出现在后者。申扎地区上三叠统多布日组（图5j）以490 Ma 年龄峰值为特征，1 250～600 Ma 的年龄峰值不太明显（Fan et al.,2017），该特征明显区别于却桑温泉组619～540 Ma 和1 219～1 055 Ma 的年龄峰值。此外，冈底斯带西部在晚侏罗世时期发育海相沉积序列（纪占胜等,2018;孙倩等,2018），直到早白垩世—晚白垩世早期才发生大规模的压缩造山运动，其以褶皱冲断、变形、岩浆和地表隆升为特征（Kapp et al.,2007;Lai et al.,2019;Murphy et al.,1997），这可能与冈底斯-羌塘地体碰撞造山作用或新特提斯洋俯冲造山有关，这表明冈底斯西部的隆升和侵蚀时间可能晚于却桑温泉组的沉积时限。综上所述，冈底斯东部上侏罗统却桑温泉组的物源不太可能来自于冈底斯西部措勤、申扎地区以及东部的当雄地区。冈底斯带东部的林芝石炭系变质沉积岩（图5i）以400～300 Ma、700～450 Ma、1 200～1 000 Ma 和1 850～1 450 Ma 年龄峰值为主（Guo et al.,2016;张成圆等,2020）。然而，却桑温泉组砂岩碎屑锆石在400～300 Ma 和1 850～1 450 Ma 等年龄段未存在明显峰值，锆石εHf(t)值与锆石U-Pb 年龄对比也没有很好重叠（图6），因此排除林芝石炭系变质沉积岩作为主要物源的可能性。

图5 碎屑锆石年龄对比图Fig.5 Relative U-Pb age probability for detrital zircons from different areas

图6 冈底斯地区锆石εHf (t)值与锆石U-Pb 年龄对比Fig.6 Detrital zircon values versus zircon U-Pb ages in the Gangdese regionn

唐加、门巴、工布江达和松多地区的石炭—二叠系变质沉积岩（图5h）具有相似的频谱，存在650～500 Ma 和1 250～1 000 Ma 两个年龄峰值区间，并具有少量的450～300 Ma 的年龄点位（Zhu et al.,2011;解超明等,2019;）；这样的碎屑锆石年龄峰值分布类型与却桑温泉组砂岩的前中生代碎屑锆石年龄频谱相一致，并且两者前中生代锆石Hf 同位素特征也具有相似性（图6）。麦隆岗组的400～250 Ma 锆石年龄特征峰值和甲拉浦组三叠纪—早侏罗世锆石（图5f、g）年龄峰未出现在却桑温泉组锆石年龄频谱（Cai et al.,2016;Li et al.,2014;Li et al.,2016;Wang et al.,2019;Wang et al.,2016b），排除它们作为却桑温泉组物源的可能性。但麦隆岗组650～500 Ma 和1 050～250 Ma 的碎屑锆石年龄峰以及甲拉浦组前中生代锆石年龄频谱分布与却桑温泉组相应的碎屑锆石年龄分布相似，表明三者可能具有相似的初始物源区。类似特征也出现在却桑温泉组上覆地层中，除了白垩纪碎屑锆石仅出现在林布宗组和楚木龙组外，却桑温泉组、林布宗组和楚木龙组具有非常相似的碎屑锆石（图5b，c）分布特征（Meng et al.,2019；李成志,2020；苏鑫,2020），如650～500 Ma 和1 250～1 050 Ma 的碎屑锆石年龄峰，暗示三者具有相同的前白垩纪再循环碎屑组份，而却桑温泉组和林布宗组前白垩纪碎屑锆石Hf 同位素相似的特征也客观存在（图5c）。Wang et al.（2020）报道了楚木龙组上段向南的古水流方向，表明其物源区位于北部。此外，却桑温泉组碎屑锆石的εHf(t)值和林布宗组εHf(t)值明显不同于南侧的冈底斯岩浆弧（李成志,2020）。多种证据表明，却桑温泉组及其上覆地层的物源区位于它们的北侧，即唐加-松多造山带。

4.3 地质意义

最新区域地质资料显示，唐加-松多古特提斯洋自晚古生代以来持续向北俯冲、向南增生（Cheng et al.,2012;Wang et al.,2019;李楠等,2020;麦源君等,2020），并于晚三叠世—早侏罗世发生增生造山（李化启等,2011），同时在其南缘雅鲁藏布江洋向北俯冲增生形成以叶巴组为代表的大规模弧岩浆活动（Huang et al.,2021;Meng et al.,2019;Wang et al.,2016a;Yu et al.,2018;魏友卿,2017），而林周盆地以下—中侏罗统叶巴组（J1-2y）弧火山岩为基底，于中侏罗世—晚白垩世连续沉积。本文中侏罗统却桑温泉组位于林周盆地底部（图7），物源分析显示其物源主要来自唐加-松多造山带，资料显示林周盆地上侏罗统—下白垩统林布宗组、下白垩统楚木龙组物源同样来自冈底斯中部（Meng et al.,2019；Wei et al.,2020），且三者具有较为一致的碎屑锆石年龄频谱（图5b，c，d），反映中侏罗世—早白垩世林周盆地物源主要来自盆地北侧唐加-松多造山带，而南缘冈底斯岩浆弧物源供给有限。位于盆地顶部的上白垩统设兴组碎屑锆石年龄频谱则与上述三者存在明显差异（图5a），且锆石εHf(t)值均为正值（图6），表明物源主要来自雅鲁藏布江洋向北俯冲形成的岩浆弧（Wei et al.,2020），反映了冈底斯南缘显著增强的岩浆活动对盆地物源的影响。