拉萨地块东部石炭—二叠系地层碎屑锆石年代学研究及启示

吕龙 颜家强 吉风宝

西藏自然科学博物馆，拉萨 850000

在过去500Ma，多个地块自南方大陆（冈瓦纳大陆）裂解并向北方大陆（劳亚大陆/欧亚大陆）方向漂移、拼贴，在两个大陆之间的特提斯洋中持续发生洋盆扩张、俯冲消减过程，其动力机制尚不明确［1,2］。青藏高原作为特提斯构造域的重要组成部分，保留了多陆块（由北到南依次为柴达木地块、巴彦喀拉—甘孜地块、北羌塘地块、南羌塘地块、拉萨地块和喜马拉雅地块）、多缝合带（由北到南主要包含昆仑缝合带、金沙江缝合带、龙木错—双湖—澜沧江缝合带、班公湖—怒江缝合带和雅鲁藏布江缝合带）的复杂记录［3］。在众多缝合带中位于拉萨地块内部的松多古缝合带极为特殊，改变了地学界对青藏高原古特提斯演化格局的认识［4］。拉萨地块内部的古特提斯洋盆延伸方向和打开时间研究有助于限定拉萨地块的起源及冈瓦纳大陆裂解机制，对高原早期构造演化历史研究具有重要意义。

前人报道松多古特提斯洋出露范围局限于墨竹工卡县唐加乡到工布江达县加兴乡一带，大量研究工作聚焦于松多榴辉岩的形成与折返过程［5］，厘定出280Ma～260Ma 的榴辉岩峰期变质阶段和245Ma～230Ma 的榴辉岩退变质折返阶段。近年来松多—唐加地区大比例尺填图初步识别出唐加—松多蛇绿岩套组合、中二叠世洋岛残片、深海盆地沉积、二叠纪岩浆弧、晚三叠世—早侏罗世岩浆弧等地质单元［6-8］。因藏东地区新生代构造运动活跃、叠加变质作用强烈，且大部分地区交通不便，对松多古特提斯洋延伸方向和打开时间等研究尚未取得进展。工布江达东部分布的诺错组（C1n）、来姑组(C2P1l)地层与松多—唐加地区的松多岩组相似，具有类复理石—复理石沉积建造特征的岩石组合，可能是松多古特提斯洋演化相关的沉积记录，但缺乏直接证据［9］。本文以藏东地区具有代表性的石炭—二叠系地层为研究对象（工布江达地区娘蒲松多群岔萨岗组和林芝龙得诺错组），开展碎屑锆石年代学研究，并与前人报道的澳大利亚Perth和Canning盆地石炭—二叠系地层、拉萨地块晚古生代地层碎屑锆石年龄谱进行对比，为确定松多古特提斯洋东部延伸提供新的证据。

1 区域地质概况和样品特征

拉萨地块与北部的南羌塘地块以班公湖—怒江缝合带为界，南以印度河—雅鲁藏布江缝合带为界，与特提斯喜马拉雅相接。地块古老基底为元古代念青唐古拉岩群，上覆古生代以来的火山—沉积盖层（图1A）［3,10］。

图1 （A）青藏高原及邻区区域构造简图（据文献［11］修改）；（B）工布江达地区地质简图（据25万林芝幅、嘉黎幅区域地质图修编）Figure 1 (A)Simplified tectonic framework of Tibetan Plateau(Revised according to literature［11］);(B)Simplified geological map of Gongbogyamda(modified after the Regional Geological Survey of 1:250,000 Nyingchi and Jiali Sheet)

松多群(AnOs)为1∶20 万下巴淌（沃卡）幅地质调查在松多地区建立的以低绿片岩相—低角闪岩相变质相为主的岩石地层单元，自底至顶分为岔萨岗组（AnOc）、马布库组(AnOm)和雷龙库组（AnOl）。岔萨岗组（AnOc）地层原岩以基性火山岩为主，马布库组（AnOm）和雷龙库组（AnOl）地层原岩为长英质复理石—类复理石建造［12］。松多—唐加地区1∶5 万区域地质调查解体了松多群（AnOs）［9］，在其中识别出古大洋（洋岛和洋壳）残片和深海沉积，并重新定名为松多组（C2P1s），碎屑锆石年代学研究表明其沉积时代为石炭纪至早二叠世，可能是松多古特提斯洋俯冲形成的增生杂岩带。工布江达县城南松多群岔萨岗组（AnOc）变基性火山岩曾被认为是古元古代记录［13］，经课题组重新定年被确定为下侏罗统叶巴组（J1y）［14］。工布江达县西-娘蒲乡一带分布有松多岩群岔萨岗组（AnOc）和雷龙库组（AnOl），1∶25 万嘉黎幅地质调查在娘浦乡拉如寺至昂巴宗村一带实测了剖面，查明雷龙库组（AnOl）与下伏念青唐古拉岩群b 岩组、与上覆岔萨岗组（AnOc）均为断层接触关系，其原岩为硅质岩、石英砂岩、细粒石英杂砂岩及细粒-粉砂质泥岩夹暗绿色变质玄武岩等钙碱性火山物质，反映了裂谷盆地边缘斜坡浊流沉积环境。岔萨岗组（AnOc）下部以灰岩（大理岩）为主，上部以粉砂质泥岩（千枚岩）夹细砂岩、粉砂岩为主，代表碳酸盐台地→陆棚砂泥质沉积环境。课题组对上述剖面娘蒲乡南侧出露的雷龙库组（AnOl）火山岩夹层开展了定年工作［15］，获得最小碎屑锆石年龄为327Ma，形成时代不早于早石炭世密西西比期。本文在同一剖面娘蒲乡昂巴宗村东侧采集了岔萨岗组（AnOc）变泥质细砂岩样品一件（样品号：21NP-13，取样点坐标：93°07′43.0″E，30°06′10.4″N）进行碎屑锆石定年工作。变泥质细砂岩产状近直立，中厚层状，劈理发育（图2A），灰黑色，显微镜下可观察到变余砂状结构（图2C），碎屑矿物主要为石英（含量80%～85%），分选度较差，碎屑粒径250μm～50μm，磨圆较差，颗粒呈次棱角状—棱角状，基底式胶结，填隙物为泥质（含量20%～10%），已轻微变质为绢云母。

图2 样品野外（A-B）及显微（C-D）照片.Qtz:石英，Ser:绢云母Figure 2 Representative field photographs(A-B)and photomicrographs(C-D)for the studied samples.Qtz:Quartz,Ser:Sericite

1∶25 万林芝幅地质调查依据岩石组合特征及少量孢粉记录将图幅内晚古生代地层划分为下石炭统诺错组（C1n）、上石炭—下二叠统来姑组（C2P1I）及上二叠统蒙拉组（P3m）。林芝地区诺错组（C1n）岩性组合较单一，缺乏化石，为一套浅变质深灰色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩（粉砂岩）与变质中细粒石英（杂）砂岩不等厚互层组合。在工布江达县巴河镇巴河石炭—二叠系正层型剖面中，上石炭—下二叠统来姑组（C2P1l）与上覆地层上二叠统蒙拉组（P3m）为平行不整合接触，与下伏地层下石炭统诺错组（C1n）为断层接触，诺错组（C1n）出露不全未见底。在林芝龙得下石炭统诺错组（C1n）剖面也未出露完全，本文在此剖面采集变泥质粉砂岩样品一件（样品号：20LD-10，取样点坐标：93°53′48.5″E，29°46′24.9″N）进行碎屑锆石定年工作。变泥质粉砂岩产状较陡，薄层状，劈理发育（图2B），灰黑色，显微镜下可观察到变余结构（图2D），碎屑矿物主要为石英（含量约75%），分选度较差，碎屑粒径100μm～30μm，磨圆较差，石英颗粒呈次棱角状—棱角状，基质支撑，填隙物为泥质（含量约25%），已轻微变质为绢云母。

2 分析方法与测试结果

样品前处理及LA-ICP-MS 锆石U-Pb 定年测试分析委托北京科荟测试技术有限公司完成，详细实验测试和数据处理过程见文献［15］。LA-ICP-MS 锆石UPb 定年和微量元素分析结果见表1。本文只选用锆石年龄谐和度＞90%的点进行讨论，锆石年龄大于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。

岔萨岗组（AnOc）变泥质细砂岩（21NP-13）中的锆石整体呈短柱状或浑圆状（图3A），长50μm～150μm，长宽比约为：1:1～3:1。在阴极发光照片中可见大部分锆石边缘较为平滑（图3A），部分锆石边缘尖锐，显示锆石磨蚀程度不一。大部分锆石呈深灰色并发育震荡环带，部分锆石发育有继承核。诺错组（C1n）变泥质粉砂岩（20LD-10）中的锆石粒径较岔萨岗岩组（AnOc）变泥质细砂岩（21NP-13）中的锆石整体偏小（图3B），长40μm～150μm，长宽比约为：1:1～5:1。二者阴极发光照片特征相似，锆石颗粒震荡环带或核幔构造发育。

图3 定年碎屑锆石阴极发光照片及LA-ICP-MS激光剥蚀位置（圆圈为激光剥蚀位置，数字为剥蚀点序号）Figure 3 Cathodoluminescence(CL)images and laser ablation points of detrital zircons for the studied samples(the circles represent the laser ablation positions,and the number is the serial number of the point)

对岔萨岗组（AnOc）变泥质细砂岩（21NP-13）中的90颗锆石进行分析，获得89个有效年龄数据，其中分析点21NP-13-78 年龄谐和度为87%舍弃（表1）。对诺错组(C1n)变泥质粉砂岩（20LD-10）中的99 颗锆石选取100 个点进行分析，获得94 个有效年龄数据，其中分析点20LD-10-20/38/39/42/55/77 六个点年龄谐和度＜90%舍弃（表1）。岔萨岗岩组（AnOc）变泥质细砂岩（21NP-13）样品89 个有效分析点锆石Th、U 含量范围较大（表1）：Th 含量介于4.17 ppm～1152.99 ppm，U 含量介于24.31 ppm～1171.49 ppm，Th/U 比值介于0.02～3.56（图4A）。诺错组（C1n）变泥质粉砂岩（20LD-10）样品94 个有效分析点锆石Th、U 含量范围较21NP-13 小（表1）：Th 含量介于18.50 ppm～767.62 ppm，U 含量介于13.86 ppm～911.79 ppm，Th/U 比值介于0.09～3.20（图4A）。两个样品大部分分析点的Th/U＞0.1（图4A），结合阴极发光照片的锆石环带发育特征，表明锆石年龄绝大多数反映了物源区岩浆锆石的结晶年龄，少数为变质年龄。在Log10（Nb/Yb）-Log10（U/Yb）锆石微量元素构造判别图解中（图4B），大部分分析点落入大陆弧型区域范围，少量落入地幔锆石系列洋岛型范围。在锆石207Pb/235U -206Pb/238U 谐和图中（图4C 和D），大部分分析点落在或靠近年龄演化线上，整体谐和度较高。在年龄谱图中（图4E 和F），年龄数据较为分散，在300Ma～400Ma、500Ma～600Ma、800Ma～1000Ma、1100Ma～1300Ma、1500 Ma～2000Ma 五个区间表现出峰值。岔萨岗岩组（AnOc）变泥质细砂岩（21NP-13）中获得的晚石炭世最年轻锆石年龄组为314 ± 3Ma（分析点21NP-13-57）、316± 3 Ma（分析点21NP-13-14）、322 ± 3Ma（分析点21NP-13-17）。诺错组(C1n)变泥质粉砂岩（20LD-10）样品中仅有1 颗锆石获得了最年轻的晚石炭世年龄：314 ± 3Ma（分析点20LD-10-86），次年轻年龄组为泥盆纪（394Ma～373Ma，分析点20LD-10-59/83/85/91/98/100）。

图4 （A）年龄（Ma）vs.Th/U比值图；（B）锆石微量log10（U/Yb）vs.log10（Nb/Yb）构造判别图解［16］；（C-D）锆石LA-ICP-MS U-Pb谐和图；（E-F）锆石年龄谱图Figure 4 (A)Plot of zircon age vs.Th/U ratios;(B)Plot of log10(U/Yb)vs.log10(Nb/Yb)tectonic discrimination［16］;(C-D)Zircon UPb concordia diagrams;(E-F)Age histograms of detrital zircons for the studied samples

3 讨论

3.1 地层沉积时代

拉萨地块东部晚古生代地层总体缺乏古生物化石记录，叠加后期不同程度的变质变形改造，同时研究程度较低，其形成时代一直未能确定。近年来松多—唐加地区报道的碎屑锆石年代学结果表明松多组（C2P1s）形成时代为晚石炭世—晚二叠世早期［17-20］。课题组前期在娘蒲乡南侧雷龙库组（AnOI）火山岩夹层锆石定年获得最年轻年龄为327±4 Ma，次年轻锆石年龄组为362Ma～351Ma［15］。工布江达东孜嘎村附近来姑组（C2P1l）1 颗锆石获得最年轻年龄为284±3 Ma，次年轻锆石年龄组为317 Ma～311 Ma［21］。工布江达东宾格村附近出露的含冰筏砾石的来姑组（C2P1l）获得最年轻碎屑锆石年龄为363±8 Ma，次年轻锆石年龄为499±16 Ma［22］。

碎屑锆石最年轻的年龄簇峰值可以限定地层沉积的最大年龄，即地层沉积年龄同时或晚于碎屑锆石最年轻的年龄簇峰值。松多—唐加地区新近发现可能代表洋壳遗迹的变基性岩块体锆石年龄为345Ma～304Ma［23-26］，二叠纪洋内热点岩浆作用和大洋俯冲相关的弧岩浆作用年龄为281Ma～258Ma［25-27］。与前人报道的松多岩组（C2P1s）、雷龙库岩组（AnOl）、来姑组（C2P1l）及本文报道的岔萨岗岩组（AnOc）、诺错组（C1n）中较年轻的锆石年龄在误差范围内相近，暗示区域上的地层沉积时代同属于晚石炭—早二叠世，与松多古特提斯洋的演化相关。

3.2 物源区分析及启示

前人对拉萨地块晚古生代古地理位置和沉积物源区进行了详细研究：石炭—二叠纪冰海相杂砾岩碎屑锆石年龄特征峰值（～1170Ma、～1760Ma和～2680 Ma的年龄峰值）与澳大利亚北部Canning盆地和Perth 盆地组合的碎屑锆石年龄频谱特征类似，二者可能具有共同的物源区，拉萨地块晚古生代可能位于很可能位于澳大利亚西北部；同时元古代岩浆作用记录相似性也支持这一结果［28,29］。但澳大利亚Canning盆地（5/428）和Perth 盆地（0/461）地层缺乏345 Ma～304 Ma 阶段的碎屑锆石年龄记录（图5），结合松多—唐加地区松多古特提斯洋演化相关岩浆作用记录，表明该阶段碎屑锆石为拉萨地块内部来源。

图5 澳大利亚Canning盆地和Perth盆地石炭—二叠系地层碎屑锆石年龄谱图Figure 5 Age histograms of detrital zircons for Carboniferous-Permian strata from Canning and Perth basins in Australia

为进一步限定本文报道的岔萨岗岩组（AnOc）、诺错组（C1n）物源与松多古特提斯洋演化的相关性，本文搜集了拉萨地块东部已报道的石炭—二叠系地层和墨竹三叠系复理石碎屑锆石数据进行对比分析，并绘制年龄谱图（图6）。代表松多古特提斯洋俯冲形成的增生杂岩的墨竹—松多地区的松多组(C2P1s)和墨竹三叠系复理石碎屑锆石年龄谱整体特征一致，在500Ma～600Ma、800Ma～1000Ma、1100Ma～1300Ma、1500Ma～2000Ma 四个区间表现出峰值（图6A-C），表明其源区相对稳定。娘蒲地区松多群雷龙库组（AnOl，图6D）和岔萨岗组（AnOc，图4E）、工布江达地区来姑组（C2P1l，图6E）碎屑锆石年龄谱整体特征与上述增生杂岩类似，可能是同一套地层。林芝龙得地区诺错组（C1n，图4F）和当雄地区来姑组（C2P1l，图6F）碎屑锆石年龄谱与增生杂岩相比，缺乏345Ma～304Ma阶段的碎屑锆石年龄记录，暗示其可能远离洋内岩浆活动中心，处于稳定的构造环境。唐加和洛巴堆村的洛巴堆组（P2l，图6G 和H）碎屑锆石年龄谱有显著的二叠纪俯冲相关岩浆锆石记录，同属于增生杂岩的一部分。

4 结论

（1）工布江达娘蒲地区松多群雷龙库组（AnOl）和岔萨岗岩组（AnOc）、来姑组（C2P1l）碎屑锆石年龄谱整体特征与墨竹—松多地区松多组（C2P1s）增生杂岩类似，可能同属与松多古特提斯洋演化相关的晚石炭—早二叠世沉积地层。林芝龙得诺错组（C1n）和当雄地区来姑组（C2P1l）碎屑锆石年龄谱与上述地层沉积时代相近，但相对缺乏松多古特提斯洋演化相关岩浆作用记录，是松多古特提斯洋边缘稳定环境的海相沉积。

（2）拉萨地块东部石炭—二叠系地层中古老物质来源与澳大利亚西北部盆地具有一定相似性，其石炭—二叠系阶段的碎屑锆石主要来源于松多古特提斯洋演化过程中岩浆作用。