青藏高原南部拉萨地体的变质作用与动力学

董 昕, 张泽明, 向 华, 贺振宇

中国地质科学院地质研究所, 北京 100037

青藏高原是特提斯洋盆多期扩张与消减和其间陆块多期俯冲-碰撞作用的产物, 具有长期、复杂的地质演化历史(图1)。一般认为, 青藏高原自北向南由松潘—甘孜、羌塘、拉萨地体和喜马拉雅带组成,它们之间依次为金沙江(JS)、班公湖—怒江(BN)和印度—雅鲁藏布江(IYZ)缝合带, 这些缝合带分别代表古特提斯、中特提斯和新特提斯洋盆的残余(图1,2)。研究表明, 拉萨地体是由南、北拉萨地体拼合而成的, 它们之间为洛巴堆—米拉山断裂(LM), 羌塘地体是由南、北羌塘地体拼合而成的, 它们之间为龙木措—双湖缝合带(LS)(图2)。

拉萨和羌塘地体在古生代位于冈瓦纳超大陆北缘, 它们与亚洲之间为古特提斯洋(图 1a, 3)。在中生代早期, 随着中特提斯洋和新特提斯洋的打开,羌塘和拉萨地体从冈瓦纳大陆北缘分离, 向北漂移,并在侏罗纪时期汇聚到欧亚板块南缘(图1b, c)。在早白垩纪, 南印度洋打开, 印度板块从澳大利亚和南极板块分离(图 1d)。从白垩纪开始, 随着新特提斯洋向欧亚大陆之下俯冲, 印度板块迅速向北漂移,并在约55 Ma与位于欧亚板块南缘的拉萨地体发生碰撞, 形成了青藏高原和喜马拉雅造山带。因此, 拉萨地体是揭示青藏高原形成与演化历史的关键之一。但是, 以往的研究普遍认为拉萨地体中的变质岩形成于前寒武纪, 并没有意识到它们是拉萨地体显生宙多期造山作用的产物, 忽视了它们在揭示拉萨地体形成与演化历史中的重要限定作用。

我们最近几年研究发现, 拉萨地体经历了多期和不同类型的变质作用, 从北向南, 拉萨地体包括四个变质带(图2), 它们分别是北部的安多高压变质带, 形成在早侏罗纪陆-陆碰撞造山过程中, 中部的纳木措高压变质带, 形成在晚新元古代洋壳俯冲过程中, 南、北拉萨地体之间的松多高压/中压复合变质带, 形成在晚古生代的洋壳俯冲至早中生代陆-陆碰撞造山带过程中, 南部的冈底斯高温/中压复合变质带, 形成在中、新生代的洋壳俯冲到陆-陆碰撞造过程中(Zhang et al., 2013)。这些变质作用及其同时发生的岩浆作用表明拉萨地体经历了从新元古代到新生代的长期构造演化。

1 北拉萨地体中部的新元古代的高压变质作用, 拉萨地体起源与早期构造演化

图1 拉萨地体与特提斯洋形成演化的古地理图(据Gehrels et al., 2011)Fig.1 Paleogeographic maps of the evolution of the Lhasa terrane and Tethyan Ocean (after Gehrels et al., 2011)

新元古代的高压变质带分布于北拉萨地体中部,与古生代的变质沉积岩之间呈断层接触关系。高压变质岩主要由基性麻粒岩组成, 含少量片麻岩、片岩和大理岩(张泽明等, 2010)。岩石学和年代学研究表明, 高压基性麻粒岩的原岩为形成于新元古代(～900 Ma)的辉长岩, 并具有典型洋中脊型玄武岩的地球化学特征。这些岩石经历了新元古代晚期(～650 Ma)的高压变质作用, 并叠加了早古生代的中压型变质作用(Dong et al., 2011a; Zhang et al.,2012a)。相关的证据很可能说明北拉萨地体部分地起源于东、西冈瓦纳超大陆之间的莫桑比克洋的北部, 在超大陆的汇聚过程中发生了深俯冲和高压变质作用。因此, 位于印度大陆西北缘的北拉萨地体很可能是东非造山带的一部分, 分布在北拉萨地体、马达加斯加、南印度、东非和东南极的高压变质岩构成了一条巨型的南北向高压变质带(图 3;Zhang et al., 2012a, 2013)。

2 南、北拉萨地体之间的三叠纪中压变质带与早中生代碰撞造山作用

在南、北拉萨地体之间分布的一套中、高级变质岩以前被认为是拉萨地体的前寒武纪结晶基底,被命名为念青唐古拉群。实际上, 这套岩石的原岩主要由古生代的沉积岩组成, 它们经历了三叠纪的中压角闪岩相变质作用, 并伴随有同变质的岩浆作用和强烈的变形作用。结合二叠纪榴辉岩在这个变质带中的产出, 拉萨地体中部存在一条东西向的板块汇聚边界(图2)。古特提斯洋的俯冲和南、北拉萨地体的拼合导致了晚古生代到中生代的造山 作用(Yang et al., 2009; Zeng et al., 2009; Zhu et al., 2011;Dong et al., 2011b; Zhang et al., 2013)。

图2 拉萨地体变质简图Fig.2 Metamorphic map of the Lhasa terrane

图3 冈瓦纳超大陆及东非造山带、拉萨和羌塘地体再造图(据Zhang et al., 2013)Fig.3 Reconstruction of the East African orogen, Lhasa and Qiangtang terranes (after Zhang et al., 2013)

3 晚白垩纪的紫苏花岗岩与新特提斯洋中脊俯冲造山作用

晚白垩纪的紫苏花岗岩分布于冈底斯岩浆弧的东南部, 以前被认为是中新元古代的麻粒岩。紫苏花岗岩由中长石、微斜长石、顽火辉石、透辉石、石英、黑云母和角闪石组成, 为典型的镁质、钙碱性、准铝质紫苏花岗岩, 并具有埃达克岩的地球化学特征。锆石U-Pb 定年给出的结晶年龄为85 Ma。紫苏花岗岩的矿物中含高密度的CO2流体包裹体和赤铁矿包体。相关证据表明, 紫苏花岗岩形成在干的、高氧逸度、高温(850 ～ 950°C)和高压(0.7 ～1.0 GPa)条件下, 很可能形成在新特提斯洋中脊俯冲形成的板片窗构造环境。软流圈沿板片窗上涌为紫苏花岗岩和同期麻粒岩相变质作用的形成提供了有力条件(张泽明等, 2009; Zhang et al., 2010a, b,2011)。

4 晚泥盆纪的花岗岩与冈瓦纳超大陆北缘的古生代造山作用

晚泥盆纪至石炭纪花岗岩分布在拉萨地体南部,很可能是冈瓦纳超大陆北缘古生代安第斯型造山作用的产物(图3; 董昕等, 2010)。大多数研究认为, 从泥盆纪至石炭纪, 冈瓦纳大陆北缘处于一个相对宁静的构造期(Gehrels et al., 2011), 但在拉萨和羌塘地体中陆续发现的中、晚古生代岩浆作用, 为冈瓦纳大陆北缘的构造演化提供了新信息(董昕等, 2010;Pullen et al., 2011; Ji et al., 2012)。

5 冈底斯岩浆弧深部的变质作用与增生造山

在拉萨地体南部广泛分布的中、新生代冈底斯岩浆弧形成在新特提斯洋壳向北俯冲的安第斯型造山过程中, 为大陆地壳显著生长的产物。研究发现,与冈底斯岩基伴生的高级变质岩同样形成在中、新生代, 与中、基性深层侵入岩一起构成了冈底斯岩浆弧的中、下地壳组成。这表明幔源岩浆岩的不断增生导致了岩浆弧地壳的加厚和加热, 形成了同侵入期的高压高温麻粒岩相变质作用、深熔作用和 S型花岗岩, 显示出增生造山带地壳生长与岩浆作用、变质作用之间的成因联系(薛光琦等, 2005; 王金丽等, 2008, 2009; 董昕等, 2009, 2012; 李奋其等,2010; 唐菊兴等, 2012; Dong et al., 2010; Zhang et al.,2010a, b, 2012b; Guo et al., 2011, 2012; 刘峰等,2011; Searle et al., 2011; Guan et al., 2012)。

6 安多地块的多期构造热事件与造山作用记录

位于拉萨地体北部的安多地块普遍经历了高级变质作用, 被认为是拉萨地体的结晶基底。研究表明, 安多地块最老岩石为新元古代(820 Ma)的岩浆岩, 形成在环 Rodinia超大陆周缘的安第斯型造山过程中(Guynn et al., 2012; Zhang et al., 2012c)。安多地块发育早古生代(～500 Ma)的双峰式岩浆岩, 很可能形成在环冈瓦纳超大陆周缘的安第斯型造山过程中(图3; Zhang et al., 2012c)。安多地块在侏罗纪经历了深俯冲和高压麻粒岩相变质作用, 很可能发生在中特提斯大洋岩石圈闭合过程中(Zhang et al.,2012c, 2013)。

上述研究成果表明, 拉萨地体中北部含有新元古代的洋壳残余, 并经历了新元古代至早古生代的高压/中压变质作用, 拉萨地体中部经历了晚古生代至早中生代的高压/中压型变质作用, 拉萨地体南部经历了晚中生代至新生代的多期高温变质作用, 拉萨地体北部的安多地块经历了早中生代的高压变质作用。这些变质作用记录揭示出, 拉萨地体经历了多期洋-陆或陆-陆汇聚造山作用过程, 丰富了青藏高原前新生代的构造演化历史, 成为研究汇聚板块边缘变质作用与动力学典型实例。

致谢:特别感谢中国地质科学院地质研究所许志琴院士、中国地质大学(武汉)金振民院士在工作中的指导与帮助！

董昕, 张泽明, 王金丽, 赵国春, 刘峰, 王伟, 于飞.2009.青藏高原拉萨地体南部林芝岩群的物质来源与形成年代: 岩石学与锆石U-Pb年代学[J].岩石学报, 25(7): 1678-1694.

董昕, 张泽明, 耿官升, 刘峰, 王伟, 于飞.2010.青藏高原拉萨

地体南部的泥盆纪花岗岩[J].岩石学报, 26(7): 2226-2232.董昕, 张泽明, 刘峰, 王伟, 于飞, 林彦蒿, 姜洪颖, 贺振宇.

2012.拉萨地体东南部变质岩的成因与中-新生代造山作用[J].岩石学报, 28(6): 1765-1784.

李奋其, 刘伟, 耿全如.2010.西藏冈底斯带那曲地区中生代火山岩的 LA-ICP-MS锆石 U-Pb年龄和地质意义[J].地球学报, 31(6): 781-790.

刘峰, 张泽明, 董昕, 于飞, 王伟, 贺振宇, 林彦蒿, 严溶.2011.青藏高原冈底斯带东南部新生代多期岩浆作用及其构造意义[J].岩石学报, 27(11): 3295-3307.

唐菊兴, 多吉, 刘鸿飞, 郎兴海, 张金树, 郑文宝, 应立娟.2012.冈底斯成矿带东段矿床成矿系列及找矿突破的关键问题研究[J].地球学报, 33(4): 393-410.

王金丽, 张泽明, 石超.2008.拉萨地体东南缘的多期深溶作用及动力学[J].岩石学报, 24(7): 1539-1551.

王金丽, 张泽明, 董昕, 刘峰, 于飞, 王伟, 徐方建, 沈昆.2009.西藏拉萨地体南部晚白垩纪石榴石二辉麻粒岩的发现及其构造意义[J].岩石学报, 25(7): 1695-1706.

薛光琦, 王有学, 宿和平.2005.拉萨地体内低速异常成因的探讨——壳内局部熔融的地震层析证据[J].地球学报, 26(5):411-415.

张泽明, 王金丽, 董昕, 赵国春, 于飞, 王伟, 刘峰, 耿官升.2009.青藏高原冈底斯南部的紫苏花岗岩: 安第斯型造山作用的证据[J].岩石学报, 25(7): 1707-1720.

张泽明, 董昕, 耿官升, 王伟, 于飞, 刘峰.2010.青藏高原拉萨地体北部的前寒武纪变质作用及构造意义[J].地质学报,84(4): 449-456.

DONG Xin, ZHANG Ze-ming, ZHAO Guo-chun, LIU Feng,WANG Wei, YU Fei.2009.Provenance and formation age of the Nyingchi Group in the southern Lhasa terrane, Tibetan Plateau: Petrology and zircon U-Pb geochronology[J].Acta Petrologica Sinica, 25(7): 1678-1694(in Chinese with English abstract).

DONG Xin, ZHANG Ze-ming, GENG Guan-sheng, LIU Feng,WANG Wei, YU Fei.2010.Devonian magmatism from the southern Lhasa terrane, Tibetan plateau[J].Acta Petrologica Sinica, 26(7): 2226-2232(in Chinese with English abstract).

DONG Xin, ZHNAG Ze-ming, SANTOSH M.2010.Zircon U-Pb Chronology of the Nyingtri Group, Southern Lhasa Terrane,Tibetan Plateau: Implications for Grenvillian and Pan-African Provenance and Mesozoic-Cenozoic Metamorphism[J].The Journal of Geology, 118(6): 677-690.

DONG Xin, ZHANG Ze-ming, SANTOSH M, WANG Wei, YU Fei,LIU Feng.2011a.Late Neoproterozoic thermal events in the northern Lhasa terrane, south Tibet: Zircon chronology and tectonic implications[J].Journal of Geodynamics, 52(5):389-405.

DONG Xin, ZHANG Ze-ming, LIU Feng, WANG Wei, YU Fei,SHEN Kun.2011b.Zircon U-Pb geochronology of the Nyainqentanglha Group from the Lhasa terrane: New constraints on the Triassic orogeny of the south Tibet[J].Journal of Asian Earth Sciences, 42(4): 732-739.

DONG Xin, ZHANG Ze-ming, LIU Feng, WANG Wei, YU Fei,LIN Yan-hao, JIANG Hong-ying, HE Zhen-yu.2012.Genesis of the metamorphic rock from southeastern Lhasa terrane and the Mesozoic-Cenozoic orogenesis[J].Acta Petrologica Sinica,28(6): 1765-1784(in Chinese with English abstract).

GEHRELS G, KAPP P, DECELLES P, PULLEN A, BLAKEY R,WEISLOGEL A, DING Lin, GUYNN J, MARTIN A,MCQUARRIE N, YIN An.2011.Detrital zircon geochronology of pre-Tertiary strata in the Tibetan–Himalayan orogen[J].Tectonics, 30: TC5016.http://dx.doi.org/10.1029/2011TC002868.

GUAN Qi, ZHU Di-cheng, ZHAO Zhi-dao, DONG Guo-chen,ZHANG Liang-liang, LI Xiao-wei, LIU Min, MO Xuan-xu,LIU Yong-sheng, YUAN Hong-lin.2012.Crustal thickening prior to 38 Ma in southern Tibet: Evidence from lower crust-derived adakitic magmatism in the Gangdes Batholith[J].Gondwana Research, 21(1): 88-99.

GUO Liang, ZHANG Hong-fei, HARRIS N, PAN Fa-bin, XU Wang-chun.2011.Origin and evolution of multi-stage felsic melts in eastern Gangdese belt: Constraints from U–Pb zircon dating and Hf isotopic composition[J].Lithos, 127(1-2): 54-67.

GUO Liang, ZHANG Hong-fei, HARRIS N, PARRISH R, XU Wang-chun, SHI Zhang-liang.2012.Paleogene crustal anatexis and metamorphism in Lhasa terrane, eastern Himalayan syntaxis: Evidence from U–Pb zircon ages and Hf isotopic compositions of the Nyingchi Complex[J].Gondwana Research, 21(1): 100-111.

GUYNN J, KAPP P, GEHRELS G E, DING Ling.2012.U-Pb geochronology of basement rocks in central Tibet and paleogeographic implications[J].Journal of Asian Earth Sciences,43(1): 23-50.

JI Wei-qiang, WU Fu-yuan, CHUNG Sun-lin, LIU Chuan-zhou.2012.Identification of Early Carboniferous granitoids from southern Tibet and implications for terrane assembly related to the Paleo-Tethyan evolution[J].The Journal of Geology,120(5): 531-541.

LI Fen-qi, LIU Wei, GENG Quan-ru.2012.Zircon LA-ICP-MS U-Pb Ages of the Mesozoic Volcanic Rocks in Nagqu Area of Gangdise in Tibet and Their Geological Significance[J].Acta Geoscientica Sinica, 31(6): 781-790(in Chinese with English abstract).

LIU Feng, ZHANG Ze-ming, DONG Xin, YU Fei, WANG Wei, HE Zhen-yu, LIN Yan-hao, YAN Rong.2011.Cenozoic multistage magmatism and tectonic significance of the southeastern segment of the Gangdese belt, Tibetan Plateau[J].Acta Petrologica Sinica,27(11): 3295-3307(in Chinese with English abstract).

PULLEN A, KAPP P, GEHRELS G E, DING Lin, ZHANG Qing-hai.2011.Metamorphic rocks in central Tibet: Lateral variations and implications for crustal structure[J].Geological Society of America, 123(3-4): 585-600.

SEARLE M P, ELLIOTT J R, PHILLIPS R J, CHUNG Sun-lin.2011.Crustal-lithospheric structure and continental extrusion of Tibet[J].Journal of the Geological Society, 168(3): 633-672.

TANG Ju-xing, Dorji, LIU Hong-fei, LANG Xing-hai, ZHANG Jin-shu, ZHENG Wen-bao, YING Li-juan.2012.Minerogenetic Series of Ore Deposits in the East Part of the Gangdise Metallogenic Belt[J].Acta Geoscientica Sinica, 33(4):393-410(in Chinese with English abstract).

WANG Jin-li, ZHNAG Ze-ming, SHI Cao.2008.Anatexis and dynamics of the soutehern Lhasa terrane[J].Acta Petrologica Sinica,24(7): 1539-1551(in Chinese with English abstract).

WANG Jin-li, ZHANG Ze-ming, DONG Xin, LIU Feng, WANG Wei, XU Fang-jian, SHEN Kun.2009.Discovery of late Cretaceous garnet two-pyroxene granulite in the southern Lhasa terrane, Tibet and its tectonic significances[J].Acta Petrologica Sinica, 25(7): 1695-1706(in Chinese with English abstract).

XUE Guang-qi, WANG You-xue, SU He-ping.2005.Interpretation of the Low Velocity Anomalies in the Lhasa Terrain: Tomorgraphic Evidence for Partial Melting in the Crust[J].Acta Geoscientica Sinica, 26(5): 411-415(in Chinese with English abstract).

YANG Jing-sui, XU Zhi-qin, LI Zhao-li, XU Xiang-zhen, LI Tian-fu, REN Yu-feng, LI Hua-qi, CHEN Song-yong,ROBINSON P T.2009.Discovery of an eclogite belt in the Lhasa block, Tibet: A new border for Paleo-Tethys?[J].Journal of Asian Earth Sciences, 34(1): 76-89.

ZHANG Ze-ming, WNAG Jin-li, DONG Xin, ZHAO Guo-chun,YU Fei, WANG Wei, LIU Feng, GENG Guan-sheng.2009.Petrology and geochronology of the charnockite from the southern Gangdese belt, Tibet: Evidence for the Andean-type orogen[J].Acta Petrologica Sinica, 25(7): 1707-1720(in Chinese with English abstract).

ZHANG Ze-ming, DONG Xin, GENG Guan-sheng, WANG Wei,YU Fei, LIU Feng.2010.Precambrian metamorphism of the northern Lhasa terrane, south Tibet and its tectonic implications[J].Acta Geologica Sinica, 84(4): 449-456(in Chinese with English abstract).

ZHANG Ze-ming, ZHAO Guo-chun, SANTOSH M, WANG Jin-li,DONG Xin, SHEN Kun.2010a.Late Cretaceous charnockite with adakitic affinities from the Gangdese batholith, southeastern Tibet: Evidence for Neo-Tethyan mid-oceanic ridge subduction?[J].Gondwana Research, 17(4): 615-631.

ZAHNG Ze-ming, ZHAO Guo-chun, SANTOSH M, WANG Jin-li,DONG Xin, LIOU J G.2010b.Two-stages of granulite-facies metamorphism in the eastern Himalayan syntaxis, south Tibet:Petrology, zircon geochronology and implications for the subduction of Neo-Tethys and the Indian continent beneath Asia[J].Journal of Metamorphic Geology, 28(7): 719-733.

ZHANG Ze-ming, SHEN Kun, SANTOSH M, DONG Xin.2011.High density carbonic fluids in a slab window: Evidence from the Gangdese charnockite, Lhasa terrane, southern Tibet[J].Journal of Asian Earth Sciences, 42(3): 515-524.

ZHANG Ze-ming, DONG Xin, LIU Feng, LIN Yan-hao, YAN Rong,HE Zhen-yu, SANTOSH M.2012a.The making of Gondwana:Discovery of 650 Ma HP granulites from the North Lhasa, Tibet[J].Precambrian Research, 212-213: 107-116.

ZHANG Ze-ming, DONG Xin, SANTOSH M, LIU Feng, WANG Wei, YU Fei, HE Zhen-yu, SHEN Kun.2012b.Petrology and geochronology of the Namche Barwa Complex in the eastern Himalayan syntaxis, Tibet: Constraints on the origin and evolution of the north-eastern margin of the Indian Craton[J].Gondwana Research, 21(1): 123-137.

ZHANG Ze-ming, DONG Xin, LIU Feng, LIN Yan-hao, YAN Rong,SANTOSH M.2012c.Tectonic Evolution of the Amdo Terrane,Central Tibet: Petrochemistry and Zircon U-Pb Geochronology[J].The Journal of Geology, 120(4): 431-451.

ZHANG Ze-ming, DONG Xin, SANTOSH M, ZHAO Guo-chun.2013.Metamorphism and tectonic evolution of the Lhasa terrane, Central Tibet[J].Gondwana Research, http://dx.doi.org/10.1016/j.gr.2012.08.024.

ZENG Ling-sen, LIU Jing, GAO Li-e, CHEN Fang-yuan, XIE Ke-jia.2009.Early Mesozoic high-pressure metamorphism within the Lhasa block, Tibet and implications for regional tectonics[J].Earth Science Frontiers, 16(2): 140-151.

ZHU Di-cheng, ZHAO Zhi-dan, NIU Yao-ling, DILEK Y, MO Xuan-xue.2011.Lhasa terrane in southern Tibet came from Australia[J].Geology, 39(8): 727-730.