雅魯藏布江縫合帶的成因

1主要地質(zhì)意義雅魯藏布江縫合帶是繼印度板塊和歐亞板塊之后的縫合帶，吸引了許多世界著名科學(xué)家的關(guān)注。這一直是國際地理研究的熱點(diǎn)之一。關(guān)于雅魯藏布江縫合帶的形成演化已有眾多的假說,大多數(shù)認(rèn)為特提斯洋只發(fā)育一期俯沖,是發(fā)生在中—晚白堊世或老第三紀(jì)的陸-陸碰撞,被認(rèn)為是印度板塊與歐亞板塊的界線。對這一地區(qū)及其鄰近地區(qū)的研究,上世紀(jì)初以來先后有許多地質(zhì)學(xué)家[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]進(jìn)行了較系統(tǒng)的調(diào)查和研究,特別是1980～1982年、1985～1988年,中法、中英兩次聯(lián)合科學(xué)考察的一系列科研成果推動(dòng)了國內(nèi)對雅魯藏布江蛇綠巖研究的熱潮。他們分別對雅魯藏布江縫合帶及藏南地區(qū)的構(gòu)造地質(zhì)特征、高溫低壓變質(zhì)帶和各種混雜巖進(jìn)行了較詳細(xì)的研究,但絕大多數(shù)集中在日喀則以東地區(qū),涉及本區(qū)的研究甚少。最近幾年,中國地質(zhì)調(diào)查局在原1∶100萬地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上組織了1∶25萬地質(zhì)調(diào)查工作,在橫跨雅魯藏布江縫合帶內(nèi)開展大面積的地質(zhì)填圖工作,編制了雅魯藏布江縫合帶(仲巴—桑桑段)地質(zhì)簡圖(圖1),在縫合帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)了許多重要的地質(zhì)證據(jù),進(jìn)一步證實(shí)了縫合帶內(nèi)薩嘎以西分岔的存在1,這一研究具有重要的地質(zhì)意義。本文根據(jù)雅魯藏布江縫合帶南北兩側(cè)及帶內(nèi)的地層、巖漿活動(dòng)、構(gòu)造變形、構(gòu)造混雜巖、蛇綠混雜巖等特點(diǎn)分析,認(rèn)為雅魯藏布江縫合帶在劇烈造山運(yùn)動(dòng)前已經(jīng)歷了兩次以上開與合的運(yùn)動(dòng)過程,并試圖探討雅魯藏布江縫合帶的開合演化模式。2巖石學(xué)和礦物學(xué)特征特提斯喜馬拉雅北帶區(qū)內(nèi)主要發(fā)育中生代侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)地層,巖性特征見圖2。侏羅紀(jì)地層發(fā)育有日當(dāng)組、下熱組、維美組,局部發(fā)生蝕變作用。地層中產(chǎn)有豐富的箭石、菊石、雙殼等淺海相化石。白堊紀(jì)地層為甲不拉組和宗卓組,在硅質(zhì)巖中盛產(chǎn)放射蟲。區(qū)內(nèi)有花崗巖及輝綠巖出露,其花崗巖為中新世的中細(xì)粒二長花崗巖,花崗巖附近的圍巖蝕變十分發(fā)育,角巖化明顯;而白堊紀(jì)輝綠巖脈呈帶狀分布,以巖墻、巖床形式產(chǎn)出。研究區(qū)受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造較明顯,斷裂構(gòu)造、褶皺構(gòu)造十分發(fā)育,形成的構(gòu)造線為近東西方向。3地區(qū)—雅魯藏布江縫合帶的地質(zhì)特征雅魯藏布江縫合帶在中國境內(nèi)長達(dá)1700km以上,寬40～50km左右,為一個(gè)十分寬廣的地域范圍。南界與特提斯喜馬拉雅北帶相鄰,北界與日喀則弧前盆地接壤,皆為斷裂接觸。帶內(nèi)可分為幾個(gè)構(gòu)造型式不同、地質(zhì)特征也很不相同的亞帶,自南而北分為南帶、仲巴陸塊、北帶。3.1混雜巖的組成及巖塊的時(shí)代南帶的地層劃分如圖2所示。帶內(nèi)主要發(fā)育有三疊紀(jì)的窮果群和修康群、侏羅紀(jì)的達(dá)桑組、旦嘎組、白堊紀(jì)的折巴組、桑單林組等地層。帶內(nèi)出露大量的各種混雜巖,包括構(gòu)造混雜巖、沉積滑塌混雜巖、蛇綠混雜巖,以不同規(guī)模出露在不同的構(gòu)造部位。混雜巖的基質(zhì)時(shí)代為三疊紀(jì)到白堊紀(jì),巖性以泥砂質(zhì)為主。其巖塊可分為原地巖塊和外來巖塊。原地巖塊大多數(shù)和基質(zhì)時(shí)代相同,而外來巖塊分別源于二疊紀(jì)、三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)等不同時(shí)代。巖塊的巖性有灰?guī)r、硅質(zhì)巖、玄武巖、輝長巖,大小懸殊,大者可達(dá)平方公里級,小到平方厘米級。(1)質(zhì)區(qū)混雜巖的成分主要分布在薩嘎縣城以北及往西一段,基本上呈東西向分布,寬窄不一,這種混雜巖完全是構(gòu)造作用的產(chǎn)物,沒有基質(zhì)與巖塊之分,大小不一,成分復(fù)雜。它可能是板塊俯沖時(shí)消減帶上的產(chǎn)物,或者是從上盤刮削下來的,也可能是板塊碰撞造山時(shí)擠壓的結(jié)果。(2)巖塊的雙向分布在薩嘎縣城附近及以西地區(qū)均有發(fā)現(xiàn),呈大片狀、團(tuán)塊狀出現(xiàn),可以見到硬的巖塊呈旋斑狀、透鏡狀,軟的巖石為片狀、波狀,繞硬的旋轉(zhuǎn),內(nèi)部基本上保持著有序的特點(diǎn),具有一定的方向性排列(區(qū)內(nèi)為東西向)。雖斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn),但分布有規(guī)律,出露面積為1～2km2。上述現(xiàn)象以及帶內(nèi)的二疊紀(jì)灰?guī)r巖塊呈東西向線狀分布反映了新特提斯洋裂開時(shí),原始地層發(fā)生破裂,在重力滑動(dòng)、地震或火山作用下,使得大陸邊緣地層或巖塊加入到海底沉積物中,在后期的大洋封閉、板塊的俯沖碰撞期間兩側(cè)巖石和外來巖塊再次帶入。由此可見,帶內(nèi)這些混雜巖的成因與板塊邊緣的開、合運(yùn)動(dòng)是密切相關(guān)的,這些外來巖塊的分布方向也反映了后期碰撞造山的受力方向。(3)島弧質(zhì)巖基本特征南帶的蛇綠混雜巖除在突擊拉一帶大片出露早—中侏羅世的玄武質(zhì)混雜巖之外,其他地區(qū)皆呈星點(diǎn)狀出露的仍為晚三疊世到早—中侏羅世的玄武質(zhì)巖塊,出露面較小,一般在幾百平方米。這些玄武質(zhì)巖塊經(jīng)采樣并對其巖石化學(xué)和地球化學(xué)特征進(jìn)行測試,認(rèn)為它們代表特提斯洋早期島弧,洋脊構(gòu)造環(huán)境殘片在后期被再次混雜而保存下來。這些玄武巖既有虧損型地幔來源的洋脊型拉斑玄武巖,又有來自過渡型地幔的島弧型拉斑玄武巖,還有富集型地幔的洋島型堿性拉斑玄武巖,甚至可能存在印度大陸板塊板內(nèi)堿性玄武巖。據(jù)列定島弧型拉斑玄武巖的K-Ar同位素年齡(157.96±32.03)Ma,推斷南帶存在大于190Ma的特提斯洋蛇綠巖殘片。另外,研究區(qū)以西出露大面積的三疊紀(jì)到中侏羅世的蛇綠巖塊,也說明南帶中早就存在蛇綠巖的侵位。在南帶南側(cè)的夏如地區(qū)出露有侏羅紀(jì)似斑狀花崗巖巖株。南帶內(nèi)褶皺構(gòu)造、斷裂構(gòu)造十分發(fā)育,早期東西向斷裂大多為控巖構(gòu)造,深切地殼之下,后期發(fā)育大量的北東向、北西向斷裂構(gòu)造。3.2復(fù)背斜亞相結(jié)構(gòu)的沉積相區(qū)內(nèi)仲巴陸塊為呈北西西向的楔形陸塊,尖部在薩嘎處消失。它位于雅魯藏布江縫合帶中間,將南帶和北帶分開。該陸塊在區(qū)內(nèi)平均寬度為10～15km,長達(dá)百余公里,向西延伸經(jīng)普蘭到印度,長千余公里。陸塊由古生代和中生代地層組成,地層由東向西變老。區(qū)內(nèi)地層以二疊紀(jì)曲嘎組和三疊紀(jì)窮果群為主體,這些地層遭受變形變質(zhì)作用,構(gòu)成復(fù)式背斜,巖性特征見圖2。在楔形體尖部地區(qū),巖石的變質(zhì)、變形較強(qiáng),夾層中的泥質(zhì)巖石已白云母化、千枚巖化,整體上為一個(gè)碳酸巖臺(tái)地,為達(dá)到中低程度的區(qū)域變質(zhì)巖。帶內(nèi)褶皺構(gòu)造由一系列對稱的背斜、向斜組成,軸面產(chǎn)狀31°∠87°,樞紐產(chǎn)狀122°∠3°。而在復(fù)背斜核部和北翼發(fā)育韌性剪切帶,僅在核部發(fā)育的剪切帶寬500m,為眼球狀糜棱巖帶,大量發(fā)育較小的眼球體。仲巴陸塊內(nèi)不對稱褶皺、層間無根勾狀褶皺以及重結(jié)晶作用十分明顯,具有層間韌性剪切帶的特點(diǎn)。在臺(tái)地內(nèi)發(fā)育多條斷層構(gòu)成的地塹式或地壘式地塊。可見,仲巴陸塊是一個(gè)遭受變形變質(zhì)作用的碳酸巖臺(tái)地。3.3地表及巖石學(xué)特征北帶地層在薩嘎以東基本呈東西向延伸,以西則呈北西向,變化較大,它由三疊紀(jì)修康群構(gòu)造混雜巖和晚侏羅世、早白堊世蛇綠混雜巖組成。北帶內(nèi)韌性剪切帶十分發(fā)育,剪切帶具有分帶的特點(diǎn),可劃分為(膝折構(gòu)造帶)低溫高壓變質(zhì)帶、脆—韌性剪切帶、韌性剪切帶。該韌性剪切帶在區(qū)內(nèi)長300km,延伸到區(qū)外,全長大于1000km,寬1～4km不等,呈不連續(xù)狀出現(xiàn)。張振利等通過對晚侏羅世和早白堊世蛇綠混雜巖(包括蛇綠巖帶、玄武巖及硅質(zhì)巖)的礦物學(xué)、巖石學(xué)和地球化學(xué)方面的研究,證明本區(qū)蛇綠巖以構(gòu)造殘片方式無序疊置,形成東部的斜輝橄欖巖+枕狀玄武巖和中部的二輝橄欖巖+變質(zhì)輝長質(zhì)堆晶巖+變質(zhì)席狀巖床的巖石組合類型,相互間可以組成較完整的蛇綠巖系列。其低熔殘余型地幔橄欖巖、洋脊巖漿活動(dòng)晚期形成的堆晶巖、洋中脊拉斑玄武巖和少量基性巖床組成的蛇綠巖形成于晚侏羅世—早白堊世。通過本次研究筆者認(rèn)為它們來源于地幔深度約70km的尖晶石地幔巖,以程度不同的熔離、堆晶及噴發(fā)作用,并經(jīng)受高綠片巖相洋底變質(zhì)作用的改造,通過板塊漂移、俯(仰)沖、碰撞作用就位于現(xiàn)今位置。那些與蛇綠巖及其混雜巖相伴的過渡型(堿性)玄武質(zhì)混雜巖、硅質(zhì)巖、泥質(zhì)巖形成在白堊紀(jì)。許志琴等研究認(rèn)為北帶的蛇綠巖應(yīng)屬幔內(nèi)型剪切帶,后期板塊作用使其被拖到地表,并遭受脆性變形的改造,主要呈現(xiàn)極其破碎的特點(diǎn),并發(fā)生了蛇紋石化、透鏡體化,形成大小不等的網(wǎng)格狀巖塊并發(fā)生退變質(zhì)作用,以致于野外很難采集較新鮮的塊狀巖石。4日喀則弧前盆地日喀則弧前盆地位于雅魯藏布江縫合帶北側(cè),以斷層相鄰,出露長度550km,寬10～50km,向區(qū)外延伸。主要發(fā)育的地層為一套白堊紀(jì)的復(fù)理石建造(圖2)。其中下部為中—晚白堊世昂仁組各種砂巖、粉砂巖、頁巖組成的韻律層,局部夾海底扇或水道礫巖或灰?guī)r透鏡體;上部為帕達(dá)那組和曲貝亞組的細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖或灰?guī)r,產(chǎn)有雙殼、腹足等化石;底部見厚度不等的拉馬野加組的雜色礫巖、灰紫色砂巖與紫紅色、灰黑色泥(頁)巖構(gòu)成的韻律層。日喀則弧前盆地中還發(fā)育古近紀(jì)錯(cuò)江頂群,出露面積為300km2。下部為礫巖、砂巖、泥巖組成的韻律層,上部為砂巖與生物碎屑灰?guī)r互層,是淺海—濱海環(huán)境下的產(chǎn)物。盆地內(nèi)發(fā)育大型軸向近東西向的復(fù)式向斜構(gòu)造,樞紐產(chǎn)狀280°∠5°,軸面產(chǎn)狀10°∠80°。5巖質(zhì)特征5.1礫巖的組成和成分該帶分布于日喀則群復(fù)理石帶與岡底斯火山—巖漿弧之間,多處呈斷層接觸,少數(shù)地區(qū)為角度不整合,平面上為不連續(xù)透鏡狀,寬度變化大,最寬達(dá)數(shù)公里,窄的為數(shù)百米,區(qū)內(nèi)長達(dá)200km。磨拉石帶內(nèi)礫巖的成分復(fù)雜,形態(tài)各異,大小不一,大者直徑為0.5m,小者小于1cm。礫石成分包括花崗巖、火山巖、蛇綠巖、灰?guī)r、砂巖、硅質(zhì)巖。礫石棱角狀較多,無分選性,磨圓度差,礫石成分往往與所在地段的圍巖成分相關(guān),局部地段見礫石磨圓度較好。礫巖層中夾有分選較好的砂巖、細(xì)砂巖巖層,這與礫巖的搬運(yùn)距離有關(guān)。大竹卡磨拉石帶在中新世也發(fā)生過褶皺作用。5.2西向或北西西西向分布白堊紀(jì)時(shí),在印度板塊俯沖作用下,本區(qū)主動(dòng)大陸邊緣發(fā)生大面積的中酸性巖漿侵位,花崗巖沿縫合帶呈東西向或北西西向分布,區(qū)內(nèi)出露面積達(dá)5000km2。古近紀(jì)大范圍的火山爆發(fā)形成中偏堿性到中酸性的林子宗群火山巖(圖1),出露面積達(dá)5000～6000km2,近東西向分布于日喀則弧前盆地北側(cè),其他時(shí)代的地層僅零星出露。據(jù)筆者等研究,工作區(qū)的火山機(jī)構(gòu)完全受北東向和北西向斷裂構(gòu)造控制。6雅魯藏布江縫合帶的開口和發(fā)育模式通過野外調(diào)研,以及對雅魯藏布江縫合帶內(nèi)蛇綠混雜巖的巖石化學(xué)和地球化學(xué)特征的分析,初步建立了雅魯藏布江縫合帶的開合演化模式。6.1古地磁會(huì)議上的國家物質(zhì)在古特提斯階段西藏還是一片無邊的大海。據(jù)1984年全國第三次古地磁會(huì)議上陳顯堯等的資料,當(dāng)時(shí)雅魯藏布江以南的聶拉木地區(qū)位于南緯24°,進(jìn)入早石炭世,伸展拉張作用加強(qiáng),藏南吉隆地區(qū)早二疊世基龍組中夾有玄武巖層就是其證據(jù)之一。6.2晚侏羅世至晚白堊世早期的蛇綠混雜巖建造三疊紀(jì)末期,隨著板塊的北移,伸展作用進(jìn)一步加強(qiáng),使雅魯藏布江地區(qū)二疊紀(jì)陸塊被分割并裂陷,在裂陷的盆地內(nèi)堆積有晚三疊世的復(fù)理石沉積及其相應(yīng)的中基性火山巖。陸緣兩側(cè)形成一系列正斷層并發(fā)生沉積滑塌堆積,帶內(nèi)修康群類復(fù)理石建造的形成被認(rèn)為是此時(shí)雅魯藏布江中次深水—深水斜坡相沉積,而作為巖塊存在的洋中脊玄武巖及洋島型玄武巖夾硅質(zhì)巖代表了洋中脊和洋底的建造序列(圖3中(a)),同時(shí)蛇綠巖發(fā)生了洋底變質(zhì)。作為巖塊或夾層存在的中侏羅世島弧型玄武巖,以及西南段同成因的輝綠巖脈群的侵入,還有位于特提斯喜馬拉雅北帶的尺馬墩和何林錯(cuò)湖的低溫高壓變質(zhì)礦物硬綠泥石以及云母扭折現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),可以推測中侏羅世南帶洋底發(fā)生了第一次不強(qiáng)烈的雙向俯沖事件(圖3中(b)),此時(shí)南帶內(nèi)小型緊閉褶皺以及夏如附近的侏羅紀(jì)S型花崗巖體、北喜馬拉雅地區(qū)中—晚侏羅世的平行不整合或微角度不整合界面的形成,都是這次雙向俯沖事件在不同區(qū)域、不同構(gòu)造位置的表現(xiàn)。由于南帶雙向俯沖作用,使特提斯洋脊閉合并焊接了仲巴陸塊,這次焊接實(shí)質(zhì)上是只碰撞而不造山。同時(shí),由于強(qiáng)大的伸展作用引起地幔熱流活動(dòng),使蛇綠巖發(fā)生了洋底變質(zhì)的同時(shí),也使雅魯藏布江及其以北地區(qū)的二疊紀(jì)—三疊紀(jì)地層發(fā)生了綠片巖相區(qū)域變質(zhì)作用。晚侏羅世至晚白堊世,雅魯藏布江縫合帶形成了旦嘎組、折巴組、桑單林組的濁積巖、硅質(zhì)巖、泥巖建造,它代表南帶洋盆開始萎縮的上覆沉積建造類型,而北帶進(jìn)一步伸展擴(kuò)張,形成晚侏羅世至早白堊世早期的蛇綠巖建造。早白堊世洋島型玄武巖夾硅質(zhì)巖、泥巖建造是北帶洋盆擴(kuò)張期的建造序列(圖3中(c)),同時(shí)伴有洋底變質(zhì)作用的發(fā)生,使蛇綠巖發(fā)生高綠片巖相改造。窮果鄉(xiāng)以北日喀則群與大竹卡磨拉石帶之間的蛇綠混雜巖推覆體和昂仁組底部礫巖中的蛇綠巖礫石都是同期產(chǎn)物,是后期板塊碰撞造山過程中逆沖推覆的結(jié)果。早白堊世以來,弧前盆地的日喀則群、拉馬野加組礫巖的形成,雅魯藏布江縫合帶北側(cè)的白堊紀(jì)I型、S型花崗巖的侵入(圖3中(d)),都是印度板塊北移、雅魯藏布江特提斯洋盆整體萎縮、板塊俯沖等一系列重大事件的表現(xiàn)。6.3構(gòu)造混雜巖的形成時(shí)代古新世—始新世時(shí),雅魯藏布江縫合帶以俯沖、碰撞、造山及洋盆的主體消亡為特點(diǎn),林子宗群火山巖夾碎屑巖建造出現(xiàn)基性、中酸性巖的侵入。弧前盆地局部還存在,如錯(cuò)江頂群殘留海相碎屑巖、泥灰?guī)r夾碳酸鹽巖建造的形成,包括南帶內(nèi)殘留海相碎屑巖,泥巖、硅質(zhì)巖建造的形成。末期洋盆徹底消亡,雅魯藏布江縫合帶南側(cè)陸緣地區(qū)發(fā)生了大量輝綠巖脈的侵入。本區(qū)后期改造作用表現(xiàn)為由于板塊俯沖與碰撞,造成斷裂構(gòu)造、褶皺構(gòu)造更為發(fā)育,在薩嘎地區(qū)即南帶、北帶分岔交匯處形成大量的構(gòu)造混雜巖,而沿北帶南側(cè)深處則形成韌性剪切帶、低溫高壓變質(zhì)帶。此時(shí),兩大板塊及縫合帶絕大部分已組成聯(lián)合陸殼,并整體褶皺隆起成準(zhǔn)高原。6.4晚三疊世—后特提斯演化階段在主造山期后的相對穩(wěn)定階段,本區(qū)以高原夷平和山前磨拉石建造的形成為主,大竹卡組就是它的標(biāo)志。此時(shí),由于東部泛華夏大陸向西擠壓的波及,在本區(qū),除在火山地層中形成中小型軸跡南北向的新生褶皺之外,對前期不同期次的褶皺都有垂向疊加作用,使其軸跡發(fā)生輕度的東西向的波動(dòng)。大約在中新世,本區(qū)構(gòu)造又出現(xiàn)一個(gè)相對活動(dòng)時(shí)期,在南北向擠壓作用下,大竹卡組和錯(cuò)江頂群等地層形成新的中小型的東西向向斜構(gòu)造,是由最后的褶皺作用形成的,對前期構(gòu)造均有疊加作用。此時(shí)斷裂作用表現(xiàn)極為強(qiáng)烈,斷塊體仰沖、俯沖同時(shí)并進(jìn),使區(qū)內(nèi)蛇綠巖和混雜巖及韌性剪切帶各大地質(zhì)主體定位,同時(shí)在區(qū)內(nèi)多處見二長花崗巖體的侵位。雅魯藏布江縫合帶南帶是由三疊紀(jì)修康群類復(fù)理石沉積地層、侏羅紀(jì)—