造山带结构直接关系到对造山过程和造山方式的认识,制约着构造地貌的变化及气候-环境的变迁。因此,造山带结构解剖在大地构造研究中占据核心地位。 喜马拉雅造山带位于青藏高原南部,处于欧亚大陆和印度大陆之间(图1),记录有新特提斯洋构造演化信息,并参与了东亚新生代构造-环境变迁的塑造。关于喜马拉雅块体的属性,目前有三种端元模型:(1)特提斯喜马拉雅是印度大陆的北缘,是早白垩世从东冈瓦纳大陆裂解出来的(Yin and Harrison, 2000);(2)依据古地磁资料,推测特提斯喜马拉雅是118 Ma或75 Ma从印度大陆北缘裂解出来的微陆块(van Hinsbergen et al., 2012; Yuan et al., 2021);(3)特提斯喜马拉雅为增生楔(肖文交等,2017)。然而,已有模型仍不能完整解释以下的现象:(a) ~130 Ma雅鲁藏布江SSZ型蛇绿岩-角闪岩和Kohistan-Ladakh岩浆岩带代表新特提斯洋在早白垩世发生洋内俯冲;(b) 喜马拉雅东北段发育早白垩世挤压构造,而该时期印度大陆裂解至东冈瓦纳,其北缘为被动陆缘;(c)喜马拉雅东北段在三叠纪和侏罗纪时期依附在东冈瓦纳大陆,而负的εNd(t)和εHf(t)值表明该区域发育前寒武纪基底。以上问题焦点仍然是喜马拉雅造山带结构。喜马拉雅东北段发育大量早白垩世岩脉(图2a),可以用以限定该区域的构造变形时代,为研究东特提斯构造域中生代构造演化提供了可能性。中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室张继恩与肖文交等合作研究了该区域的褶皱与岩脉的关系,限定了早白垩世的挤压构造,结合晚侏罗世伸展构造,提出东特提斯喜马拉雅构造带在中生代晚期发育有多岛洋格局。
图1 (a)东南亚构造简图;注意印度洋东部发育晚侏罗世洋壳;喜马拉雅三叠纪朗杰学群和澳大利亚西北缘North Carnarvon盆地同时代地层砂岩的碎屑锆石年龄和Hf同位素特征可对比;侏罗纪石英岩的碎屑锆石年龄可与印度大陆北缘对比,显示喜马拉雅与东冈瓦纳具有亲缘性。图中标注的粉色体表示晚侏罗世从东冈瓦纳大陆裂解出来的Argoland块体群;(b)喜马拉雅和印缅地区构造简图,展示了蛇绿岩和早白垩世角闪岩的露头位置
图2(a)喜马拉雅东北段隆子地区地质图;(b)研究区三叠纪、侏罗纪和早白垩世地层中褶皱产状,展示了极性向南的倒转褶皱
1. 早白垩世挤压构造
喜马拉雅东北段出露的三叠纪(图3a-b)、侏罗纪(图3c)和早白垩世(图3d-e)地层都发育有对称和不对称褶皱(包括斜歪褶皱和倒转褶皱)(图2b),褶皱轴面主体倾向北,枢纽以东西走向为主(图2b)。野外观测结果显示,地层中的褶皱常被~130 Ma岩脉穿切(图3a-图3d),表明这些褶皱形成于岩脉侵入之前。考虑到被岩脉穿切的、最年轻褶皱的地层为早白垩世甲不拉组,限定了喜马拉雅东北段褶皱所代表的挤压构造发育于早白垩世。同时,轴面倾向北的倒转褶皱(图2b)表明喜马拉雅东北段在早白垩世遭受了顶端指向南的简单剪切。为便于称呼,发育早白垩世挤压构造的地质体被命名为“隆子块体”(图4)。
前人认为印度大陆于早白垩世从东冈瓦纳大陆裂解出来(Yin and Harrison, 2000),印度大陆北缘为被动大陆边缘,发育伸展构造。隆子块体发育挤压构造,表明此时它已不属于印度大陆北缘。
图3 喜马拉雅东北段发育的构造。(a-b) 三叠纪地层中的褶皱及侵入的基性岩脉;注意图a中的岩脉只是低角度向北倾斜,并非褶皱;(c) 侏罗纪日当组中发育的倒转褶皱及穿切褶皱枢纽的岩脉;(d-e) 早白垩世地层中发育的开阔褶皱和穿切两翼的辉绿岩脉。(f)卡拉山口三叠纪地层中出露的晚侏罗世基性-超基性岩,超基性岩蚀变为蛇纹岩;局部见基性岩与地层呈侵入接触关系
图4 喜马拉雅及东南亚地区地质体和构造现象的年龄对比图,注意这些现象在晚侏罗世和早白垩世时对应的构造事件
2. 晚侏罗世伸展构造
隆子块体内有三个露头区出露基性-超基性岩(图2a),其中卡拉山口露头区的基性岩与三叠纪地层呈侵入接触关系(图3f),表明这些岩浆岩为侵入岩。基性岩具有碱性岩地球化学特征,斜锆石年龄为152.8 Ma,为晚侏罗世碱性侵入岩。他人研究成果显示该区域还发育有148-145 Ma的基性岩脉,对应的地球化学特征从OIB转变为MORB型(图4)。同时,隆子块体西段聂拉木及邻区晚侏罗世地层中菊石资料显示沉积水体逐渐变深(阴家润和万晓樵,1996),并发育有角度不整合面等(Garzanti, 1999)。这些资料意味着隆子块体在晚侏罗世经历了伸展构造作用(Garzanti, 1999;阴家润和万晓樵,1996)。
3. 构造演化过程
Cai et al. (2016)和Wang et al. (2016)研究了隆子块体三叠纪朗杰学群砂岩的碎屑锆石及其Hf同位素,认为它们与澳大利亚西北缘North Carnarvon盆地具有相似性;晚侏罗世维美组石英砾岩与印度大陆北缘碎屑锆石年龄特征相似(潘婉莹,2018)。由于此时印度大陆与澳大利亚大陆尚未裂解,共同组成东冈瓦纳大陆,因此,隆子块体在晚侏罗世之前(>155 Ma)属于东冈瓦纳大陆北缘的一部分(图5a)。
图5 喜马拉雅东北缘构造演化模式图:(a)155Ma之前的构造格局显示隆子块体依附在东冈瓦纳大陆之上;(b)晚侏罗世时,东冈瓦纳大陆裂解出Argoland块体群,包括隆子块体,并扩张形成(北)印度洋洋壳;(c)早白垩世时期,东冈瓦纳地区发育多岛洋构造格局,隆子块体与泽当洋内弧发生碰撞,触发新特提斯洋发生新的俯冲,沿雅鲁藏布江构造带发育变质底板和SSZ型蛇绿岩
到了155-152Ma,隆子块体发育伸展作用。此时,隆子块体依附的澳大利亚西北缘发生裂解,裂离出了Argoland块体群(图1a,图4)。隆子块体作为Argoland块体群的一部分,也从东冈瓦纳大陆裂解出来(图5b)。该扩张的洋盆包括了东印度洋和隆子块体与印度大陆间的北印度洋,喜马拉雅地区开始发育多岛洋格局。
到了136-132 Ma期间,隆子块体与Trans-Tethyan洋内弧发生碰撞,造成隆子块体中发育大量极性指向南的褶皱;碰撞触发洋内弧北侧发育新的俯冲带,沿雅鲁藏布江构造带发育早白垩世变质底板和SSZ型蛇绿岩。古地磁资料显示该时期的隆子块体仍与印度大陆的纬度相同,推测它们此时被北印度洋呈经向分隔(图5c)。
4. 进一步研究内容
本研究初步建立了喜马拉雅地区中生代以来发育的多岛洋构造模型,意味着该区域发育多个洋盆。新特提斯洋的关闭形成雅鲁藏布江缝合带,而北印度洋关闭后的缝合带位置在何处尚缺乏研究(图5c),是今后需要研究的重点。此外,多岛洋关闭的时间亦至关重要,因为晚的那个关闭时间点才是印度大陆与欧亚大陆挤压和碰撞的起始点,是理解构造与环境变化的关系的关键。
研究成果发表于国际学术期刊 JGR:Solid Earth(张继恩*,肖文交,John Wakabayashi,Brian F. Windley,韩春明. 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)。研究受国家自然科学基金项目(41888101, 42172247)和中国科学院战略性先导科技专项(B类)(XDB18030103)联合资助。