地球科学  2018, Vol. 43 Issue (4): 933-951.   PDF    
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东喜马拉雅构造结东、西边界断裂对比及其构造演化过程
董汉文1, 许志琴1,2, 曹汇1, 李源1, 刘钊3, 李化启1, 易治宇1, 陈希节1, 马绪宣1, 吴婵2     
1. 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037;
2. 南京大学地球科学与工程学院, 江苏南京 210023;
3. 中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037
摘要:为了查明东喜马拉雅构造结东、西边界断裂的关系,及其印度与欧亚板块碰撞以来东喜马拉雅构造结的构造演化过程.在综合野外填图、构造观察、代表性岩石的锆石LA-ICP-MS U-Pb测年分析及前人研究的基础上,对东构造结两条边界断裂的几何学、运动学特征进行对比,讨论了两条断裂的多期次、多阶段的变形特征,还探讨了在东构造结地区自印度板块-欧亚板块碰撞以来的演化历史.结果显示,东构造结两条边界断裂几何学和运动学非常相似,构造变形具有明显的同时代、同期次特点,共同经历从碰撞、持续俯冲-折返、直到后期垮塌-隆升等一系列重要的地质事件.
关键词东喜马拉雅构造结    边界断裂    锆石LA-ICP-MS U-Pb测年    构造    
Comparison of Eastern and Western Boundary Faults of Eastern Himalayan Syntaxis, and Its Tectonic Evolution
Dong Hanwen1 , Xu Zhiqin1,2 , Cao Hui1 , Li Yuan1 , Liu Zhao3 , Li Huaqi1 , Yi Zhiyu1 , Chen Xijie1 , Ma Xuxuan1 , Wu Chan2     
1. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
2. School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210023, China;
3. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
Abstract: It is important to clarify the relationship between the eastern and western boundary faults of the eastern Himalayan syntaxis (EHS), and tectonic evolution of the eastern Himalayan syntaxis (EHS) since the collision of the Indian and Eurasian plates. Combined with field mapping, structure observations, zircon U-Pb geochronological investigations and previous studies of the EHS, this study identifies and describes the architecture and kinematics of the two boundary faults, discusses their multi-stage of deformation, also the evolution of the study area since the collision of Indian and Eurasian plates. The results show that the two boundary shear zones are similar in architecture and kinematics, and their tectonic deformation is obviously contemporaneous and in same stage, having experienced a series of important geological events, including the collision, subduction-exhumation and collapse-uplift.
Key Words: eastern Himalayan syntaxis    boundary fault    zircon LA-ICP-MS U-Pb dating    tectonics    

喜马拉雅造山带是新生代印度-欧亚大陆碰撞-汇聚的产物(Le Fort, 1975王晓先等,2016),东、西构造结是该造山带东、西两端的地质界限、构造格架和地貌水系发生急剧转折的地区,也是构造应力最强、隆升和剥蚀最快、新生代变质和深熔作用最强的地区(Ding et al., 2001; Booth et al., 2004郑来林等,2004孙志明等, 2004a, 2004b许志琴等,2008张泽明等,2008; Seward and Burg, 2008).由于所处的地理位置特殊性,印度-欧亚碰撞以来最精彩的变质-构造-岩浆活动和碰撞动力学记录保存在这两个构造结中(The Eastern Himalayan Syntaxis and The Western Himalayan Syntaxis),使之成为研究青藏高原大陆动力学的绝妙窗口(丁林等,1995钟大赉和丁林,1995丁林和钟大赉,1999).自从高压麻粒岩被发现以来(钟大赉和丁林,1995; Liu and Zhong, 1997刘焰和钟大赉,1998丁林和钟大赉,1999),东喜马拉雅构造结的研究在岩石学上取得了许多重要的进展,从岩石学角度提出了石榴辉石岩从80~100 km甚至更深处隆升或折返的证据(张泽明等,2007).除此,不少学者对东构造结的岩石组成、深部结构、构造演化、隆升历史以及形成机制等不同方面进行了研究,并取得了不少新的进展(Xu et al., 2012丁林和钟大赉,2013董汉文等,2014; Bracciali et al., 2016; Dong and Xu, 2016; Peng et al., 2016田作林等,2017; Lin et al., 2017).但是,迄今为止仍有许多重大的科学疑难问题没有解决,需要做进一步的研究,如东构造结东西两条边界断裂在其形成过程中起到什么样的制约作用,两条断裂经历了怎样的演化过程,等等.

张进江等(2003)通过构造年代学分析认为东构造结内部及边界断裂均经历了前后两类不同性质的构造运动,早期为韧性挤压、走滑变形体系,表现为构造结内部的近南北向缩短,进一步细分为3个阶段,分别为62~59 Ma、23 Ma和13 Ma,其峰期活动时限为18~23 Ma;晚期(6~7 Ma)构造表现为以南迦巴瓦峰为中心外倾同心状高角度韧脆性正断层体系,可能是快速隆升引起的垮塌构造(张进江等, 2003; Zhang et al., 2004).许志琴等(2008)对东久-米林断裂带进行了详细的运动学和组构学研究,提出西界东久-米林断裂带不同部位的变形性质具有逐渐演化的特征.在此基础之上,Xu et al.(2012)通过对糜棱质含石榴长英质片麻岩进行锆石SHRIMP U-Pb测年,得到一组高精度的锆石变质年龄,从而提出印度板块东犄角和拉萨地体初始碰撞时代可能早于~53 Ma.与西边界东久-米林断裂带相比较,东边界墨脱断裂的研究程度低得多.鉴于此,本文在对前人定年结果进行系统总结的基础上,结合笔者近几年来对墨脱断裂带的运动学、组构学及其构造年代学等的综合研究,查明其运动性质、规模大小、形成时代以及变形变质条件等,进一步探讨东构造结的抬升历史,分析东构造结的形成机制.这些研究对东构造结的形成和演化,甚至是青藏高原形成、隆升和扩展过程的认识都具有重要意义.

1 地质背景

东构造结作为喜马拉雅造山带的东端,呈倒“U”形的几何学特征,东西宽约40 km(图 1).前人根据火山-沉积建造、岩浆岩组合、变质/变形作用以及构造地质等资料,将其从核部至边部分为3个主要地质单元:高喜马拉雅变质体、拉萨地体以及雅鲁藏布江蛇绿混杂岩带(Geng et al., 2006耿全如等,2011).

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图 1 喜马拉雅造山带地质简图(a)和东喜马拉雅构造结构造简图(b) Fig. 1 Simplified map of the Himalayan orogen (a) and geological sketch map of the eastern Himalayan syntaxis (b) 许志琴等(2008)

高喜马拉雅变质体作为东构造结的主体,也被称作南迦巴瓦变质体,自北而南呈现出由NS走向转为NEN-SWS走向的几何学特征(许志琴等,2008),北窄(10 km)南宽(60 km)(图 2).据其原岩建造、变质程度以及变形样式的差异,前人将南迦巴瓦变质体自NW到SE解体为三套岩石组合:派乡组、多雄拉组和直白组(孙志明等, 2004a, 2004b郑来林等,2004)(图 1).派乡组主要为一套含大理岩、透辉石岩的长英质片麻岩;多雄拉组混合岩化片麻岩,主要由眼球状、条带状花岗质片麻岩、角闪岩和少量前寒武纪花岗岩侵入体组成;而直白组则是一套含高压麻粒岩透镜体的富铝长英质片麻岩类,代表其经历麻粒岩相变质作用(钟大赉和丁林,1995; Liu and Zhong, 1997丁林和钟大赉,1999; Ding et al., 2001, 张泽明等,2007).

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图 2 东喜马拉雅构造结地质简图(a)和剖面图(b, c) Fig. 2 Tectonic map (a) and cross-sections of the eastern Himalayan syntaxis (b, c) Xu et al.(2012)

拉萨地体南部由新元古代念青唐古拉岩群、古生代岩浆岩(刘强等,2017)和白垩纪-古近纪冈底斯花岗岩带组成(许志琴等,2008),研究表明念青唐古拉岩群普遍经历了绿片岩相到角闪岩相变质作用,该岩群主要分布于雅鲁藏布江大峡谷东侧,主要为一套以条带状混合岩、黑云斜长片麻岩为主的岩石组合,局部地段可以见到大理岩、片岩、变粒岩及斜长角闪岩等岩石类型.

以蛇绿混杂岩为代表的雅鲁藏布江缝合带呈马蹄状向NE凸出,断续分布于拉萨地体和南迦巴瓦变质体之间,是印度-雅鲁藏布江缝合带的东延部分(Geng et al., 2006),主要由低角闪岩相变质的超镁铁岩、镁铁岩、石英岩和白云母石英片岩组成,夹有少量大理岩,除此之外,在局部地段还发现有来自两侧(南迦巴瓦岩群和念青唐古拉岩群)的构造岩块(郑来林等,2004; Geng et al., 2006).

2 东构造结边界断裂多期变形及其运动学分析

东构造结东、西边界分别为墨脱右行走滑断裂和东久-米林左行走滑断裂(章振根等,1992; Liu and Zhong, 1997; Burg et al., 1998; Booth et al., 2004; Zhang et al., 2004许志琴等,2008; Xu et al., 2012),经历了复杂的构造作用,具有多期构造变形的特点.

2.1 早期的折返构造

印度-亚洲板块汇聚的大部分变形痕迹已被后期代表折返期或主变形期的变形所改造,在野外很难识别.但是研究者依然可以通过印度板块和亚洲板块的运动轨迹,以及念青唐古拉岩群中发育的褶皱、劈理和透镜体等运动学标志来确定这期变形作用.

自南迦巴瓦变质体直白组中发现高压麻粒岩以来(钟大赉和丁林,1995),东构造结的研究倍受学者们的关注,目前已有多篇文章进行过讨论,普遍认为其经历了两期麻粒岩相变质作用,即早期的高压麻粒岩相和晚期的中压麻粒岩相(张泽明等,2007).南迦巴瓦变质体中直白组高压麻粒岩相的发现是印度板片深俯冲于拉萨地体之下又折返回来的直接证据(许志琴等,2008).张泽明等(2007)在麻粒岩相变质的长英质片麻岩和泥质片岩之中发现石榴辉石岩,认为其是榴辉岩相高压变质作用的产物,原岩相当于基性-超基性层状侵入体中的辉长岩,在高压岩石快速抬升的过程中叠加了麻粒岩相和角闪岩相退变质作用,并将印度板块的俯冲深度至少扩大至80~100 km.事实上,这一期麻粒岩相至角闪岩相变质作用在南迦巴瓦变质体内广泛存在,除了前人在南迦巴瓦变质体内部和西边界附近发现它以外(钟大赉和丁林,1995丁林和钟大赉,1999刘焰等,2006张泽明等,2007许志琴等,2008; Zhang et al., 2010),笔者在墨脱县德兴乡附近发现石榴辉石岩呈透镜状产出于花岗质片麻岩中,片麻岩呈南北向,向西陡倾,但其规模不大,约20 cm长.由石榴子石、单斜辉石、石英等组成,石榴子石呈带状排列,与面理平行,可能是在早期折返过程中形成的.

2.2 东构造结的主变形期

东构造结地区最鲜明的构造地质学特征是广泛发育NE-SW向或近S-N向的矿物拉伸线理,无论是在片岩、片麻岩、角闪岩还是糜棱岩等岩石上,均可观察到十分清晰而稳定的NE-SW走向的线理.因此,笔者认为这期变形为主变形期.

2.2.1 西界:东久-米林断裂带

东久-米林断裂带走向总体呈NE向,将其西北侧的冈底斯岩浆岩带和东南侧的南迦巴瓦变质体分割开来.根据该带变形性质各段差异性,许志琴等(2008)进一步将其划分为北、中、南三段,分别是拉月-迫隆乡段和鲁朗-拉月段及嘎马-米林段(图 3).

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图 3 东喜马拉雅构造结东、西边界断裂带变形构造 Fig. 3 Deformation of the eastern and western boundary faults of the eastern Himalayan syntaxis a1.拉月-迫隆乡段运动学特征;b1.鲁朗-拉月段运动学特征;c1.嘎马-米林段运动学特征;a2.甘登-加拉萨段运动学特征;b2.旁辛-达木段运动特征;c2.阿尼桥-希让段运动学特征.据许志琴等(2008)董汉文等(2014)Dong and Xu(2016)修改

拉月-迫隆乡段由向北凸出的弧形面理带组成,外侧为念青唐古拉岩群,内侧为南迦巴瓦岩群.野外观察发现带内向北陡倾(50°~70°)的糜棱岩面理上发育近水平拉伸线理,运动学指向显示出上盘自北向南的逆冲滑移矢量,并向东、西分别显示了逆冲带有右行和左行走滑分量的运动学特征(图 3a1许志琴等,2008).

鲁朗-拉月段同样发生强烈糜棱岩化,以角闪岩相变质为主,间以低绿片岩;走向自北而南由0°N渐变为35°NE,倾角较陡,在糜棱岩面理上发育近水平拉伸线理,石榴石压力影、不对称旋转碎斑等运动学标志指示其为左行走滑断层(图 3b1许志琴等,2008).

嘎马-米林段的糜棱面理走向转变为30°~50°NE,NW倾向,倾角为45°~60°,发育NE-SW向拉伸线理,糜棱岩中石榴石旋转碎斑、S-C组构等现象指示其为左行正断层(图 3c1许志琴等,2008).

2.2.2 东界:墨脱断裂带

该断裂两端较窄、中间较宽,总体呈“新月”形,笔者根据对墨脱地区的野外考察,发现墨脱断裂带与东久-米林断裂带非常相似,不同部位的产状、变形性质及变质程度同样具有逐渐演化的特征.为此,笔者将墨脱断裂带从北至南分为3部分:N(N)W向的甘登-加拉萨段,近N-S向的旁辛-达木段及NE走向的阿尼桥-希让段(图 3).

甘登-加拉萨段为墨脱断裂带最北端,走向转变为N(N)W-S(S)E,断裂带由糜棱岩化花岗岩、花岗质混合岩、(长英质)片麻岩、角闪岩、薄层云母石英片岩和大理岩等组成,向NE陡倾的糜棱岩面理上发育向N(W)方向侧伏的拉伸线理.不对称褶皱、云母鱼构造、旋转碎斑等运动学标志指示其为具有右行走滑运动分量的逆断层(图 3a2董汉文等,2014Dong and Xu, 2016).

旁辛-达木段位于墨脱断裂带中间部位,近S-N走向.该段岩石组合为糜棱岩化的云母片岩、石英岩、花岗岩片麻岩、混合岩及大理岩等,变质程度以角闪岩相-绿片岩相为主.向东陡倾的糜棱岩面理上发育水平或近水平的拉伸线理.不对称褶皱、旋转碎斑等运动学标志指示该带为右行走滑断层(图 3b2董汉文等,2014; Dong and Xu, 2016).

阿尼桥-希让段为墨脱走滑断裂带的最南端,主要由糜棱岩化的石英岩、云母石英片岩、石榴石黑云角闪片岩、斜长片麻岩等组成,糜棱岩面理上发育有NE-SW向的矿物拉伸线理,倾伏角40°~70°,总体走向为NE-SW向,断层面倾向SE,倾角50°~70°.S-C组构、云母鱼及石榴子石旋转碎斑等运动学标志指示其为具有右行走滑运动分量的正断层(图 3c2董汉文等,2014; Dong and Xu, 2016).

2.3 与南迦巴瓦变质体隆升相关的重力垮塌变形

东构造结地区大部分面理均发生了褶皱变形,除去边界断裂的韧性走滑作用的影响,笔者发现这些褶皱在露头尺度上均表现为倒转褶皱或平卧褶皱.西边界(东久-米林断裂)内发育糜棱状云母片岩、千糜岩、构造片岩或断层泥,片岩、千糜岩的矿物线理及断层面上的擦痕均顺倾向倾伏.张进江等(2003)通过擦痕阶步、多米诺构造、不对称褶皱、构造片岩片理与断层面的关系以及千糜岩中不对称构造等运动学标志指示断层运动方式为正断层.在东边界甘登-加拉萨段的石英片岩中,向E或NE倾的重力牵引褶皱使面理和NW-SE向的拉伸线理发生变形.同样的现象还可以在构造结内部观察到,逆冲体系之上叠加后期高角度正断层,断层内发育千糜岩和构造片岩,这些断层走向或为东西向,或为近南北向,形成由构造结内部向四周倾斜的高角度正断层体系(张进江等,2003).

3 年代学

尽管前人对东构造结及邻区的构造变形-变质事件的年代学研究已发表了一批数据,但是尚需要建立该地区的构造变形-变质事件年代谱,以阐明东构造结的形成过程及构造演化历史.前人对东构造结边界断裂及其周缘大型走滑剪切带的年代学研究主要采用云母40Ar-39Ar法(Burg et al., 1998张进江等,2003; Xu et al., 2012; Dong and Xu, 2016),事实上云母40Ar-39Ar法测得的年龄主要反映了剪切带在450 ℃以下的PT环境形成的时限,对于在高温条件(>600 ℃)下形成的剪切带而言,40Ar-39Ar应为折返时限,并非初始形成时限.笔者前期的研究工作发现,墨脱断裂带经历了高温剪切变形,变形温度为550~650 ℃,达到高温角闪岩相,局部更高,大于650 ℃,相当于下地壳的深度(董汉文等,2014).为此,本文对采自墨脱断裂带内及两侧的岩石样品进行锆石La-ICP-MS U-Pb定年,文中14件样品均为研究区内代表性岩石(采样位置见图 1),包括花岗岩、含石榴石斜长角闪片麻岩、绿片岩、混合岩化岩等,记录了东构造结的形成与演化历史.锆石La-ICP-MS U-Pb测年工作是在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室(武汉)进行,详细的分析数据见表 1.根据锆石U-Pb测年结果可将其归为3个阶段,即:64~63 Ma、55~48 Ma及31~28 Ma.

表 1 锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果 Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating data
3.1 第1阶段:64~63 Ma

对采自达木乡北的含石榴石黑云斜长片麻岩(X7-1-4)、黑云斜长角闪片麻岩(X8-1-1,图 4a)、含石榴石黑云斜长角闪片麻岩(X8-1-3,图 4b)及混合岩化片麻岩(X8-5-1)进行锆石U-Pb测年.样品X7-1-4中锆石绝大多数为自形至半自形晶,从阴极发光图像特征可以明显看出,多数锆石具有弱发光效应的边和强发光效应的核,12个测点的Th/U比值介于0.03~0.10,这些都表明锆石边部是变质成因(Rubatto, 2002; Corfu et al., 2003),206Pb/238U年龄范围为62.8~63.8 Ma,在置信度95%时的206Pb/238U加权平均年龄值为63.34±0.20 Ma(MSWD=1.5)(图 5a),代表了岩石的变质年龄.样品X8-1-3中锆石多数显示为短柱状,阴极发光图像特征显示其具有较为清楚的韵律环带,15个测点显示的206Pb/238U年龄范围为63.2~66.1 Ma,在置信度95%时的206Pb/238U加权平均年龄值为64.52±0.50 Ma(MSWD=5.7)(图 5b),代表了片麻岩的原岩年龄.样品X8-1-1中锆石均显示为长柱状,为自形晶,从阴极发光图像特征可以明显看出,锆石发光效应均匀,均可见清晰的韵律环带,显示出典型的岩浆锆石特征,17个测点显示的206Pb/238U年龄范围为63.3~64.5 Ma,在置信度95%时的206Pb/238U加权平均年龄值为63.96±0.23 Ma(MSWD=2.5)(图 5c),代表了片麻岩的原岩年龄.样品X8-5-1中锆石均为长柱状,自形晶,从阴极发光图像特征可以明显看出,锆石整体发光效应较弱,可见清楚的韵律环带,显示出典型的岩浆锆石特征,10个测点显示的206Pb/238U年龄范围为63.7~65.6 Ma,在置信度95%时的206Pb/238U加权平均年龄值为64.62±0.40 Ma(MSWD=3.4)(图 5d),代表了片麻岩的原岩年龄.

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图 4 代表性样品岩相学特征 Fig. 4 Petrographic characteristics of representative samples Qtz.石英;Pl.斜长石;Kf.钾长石;Amp.角闪石;Bi.黑云母;Grt.石榴石
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图 5 样品锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图 Fig. 5 Zircon LA-ICP-MS U-Pb concordia diagrams of samples
3.2 第2阶段:55~48 Ma

该阶段利用锆石U-Pb测年的样品共6件,包括采自达木乡北的含石榴石黑云斜长片麻岩(X8-7-1)、旁辛乡南的绿片岩(X12-3-9)、含石榴石斜长角闪岩(X13-2-7,图 4c)、石英岩(X13-2-9)、斜长角闪片麻岩(X13-3-1,图 4d)和德兴乡南的二云母片麻岩(X20-1-10).样品X8-7-1中锆石多数为短柱状至长柱状的自形晶,阴极发光图像显示多数锆石具有弱发光效应的边和强发光效应的核,但是边部的宽窄不一,从几微米至数十微米,最宽可达30 μm,而核部可见清晰的韵律环带,17个测点显示的206Pb/ 238U年龄范围为52.2~55.6 Ma,在置信度95%时的206Pb/238U加权平均年龄值为53.44±0.47 Ma(MSWD=1.2)(图 6a),代表了片麻岩的原岩年龄.样品X12-3-9中锆石形态不一,主要为短柱状、长柱状及少数面状,阴极发光图像显示大多数为强发光效应且均匀,韵律环带清晰可见,显示出典型的岩浆锆石特征,6个测点显示的206Pb/238U年龄范围为54.3~58.2 Ma,在置信度95%时的206Pb/238U加权平均年龄值为55.8±1.1 Ma(MSWD=1.7)(图 6b).样品X13-2-7中锆石主要为短柱状半自形晶,从阴极发光图像特征可以明显看出,锆石发光效应不均匀,但可见清晰的韵律环带,显示出典型的岩浆锆石特征,16个测点显示的206Pb/238U年龄范围为48.2~51.3 Ma,在置信度95%时的206Pb/238U加权平均年龄值为49.68±0.26 Ma(MSWD=2.9)(图 6c),代表了原岩年龄.样品X13-2-9中锆石的形态及阴极发光图像特征均与X13-2-7中锆石特征较为相似,12个测点显示的206Pb/238U年龄范围为48.8~50.1 Ma,在置信度95%时的206Pb/238U加权平均年龄值为49.12±0.21 Ma(MSWD=1.7)(图 6d).样品X13-3-1中锆石呈短柱状自形晶,阴极发光图像特征显示个别锆石具有核-边结构,绝大多数可见清晰的韵律环带,显示出典型岩浆锆石的特征,15个测点显示的206Pb/238U年龄范围为54.3~57.6 Ma,在置信度95%时的206Pb/238U加权平均年龄值为55.28±0.41 Ma(MSWD=2.7)(图 6e).样品X20-1-10中锆石呈短柱状自形晶,阴极发光图像特征显示锆石具有核-边结构,较低的Th/U比值(0.02~0.15)表明锆石边部可能为变质成因(Rubatto, 2002; Corfu et al., 2003),11个测点显示的206Pb/238U年龄范围为48.0~48.6 Ma,在置信度95%时的206Pb/238U加权平均年龄值为48.15±0.15 Ma(MSWD=3.4)(图 6f).

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图 6 样品锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图 Fig. 6 Zircon LA-ICP-MS U-Pb concordia diagrams of samples
3.3 第3阶段:31~28 Ma

该阶段利用锆石U-Pb测年的样品共4件,包括采自背崩乡的条带状片麻岩(X2-3-1)和糜棱岩化角闪黑云片麻岩(X2-4-2,图 4e),以及达木乡北的含石榴石斜长角闪岩(X7-4-2)和花岗片麻岩(X8-3-1,图 4f).样品X2-3-1中锆石绝大多数为他形晶,边缘多呈港湾状,从阴极发光图像特征可以明显看出,多数锆石可见韵律环带,明显的双层结构,即弱发光效应的核和强发光效应的边,13个测点显示的206Pb/238U年龄范围为29.0~29.9 Ma,在置信度为95%时的206Pb/238U加权平均年龄值为29.36±0.15 Ma(MSWD=2.2)(图 7a),是锆石的结晶年龄,反映了岩浆的侵位和结晶时代.样品X2-4-2中锆石呈长柱状,为半自形或他形晶,锆石结晶环带模糊不清,可能是受热液交代,18个测点的206Pb/238U年龄范围为28.3~30.0 Ma,在置信度为95%时的206Pb/238U加权平均年龄值为28.68±0.13 Ma(MSWD=3.4)(图 7b),代表了岩浆的结晶时代.样品X7-4-2中锆石呈短柱状至长柱状,为自形晶,从阴极发光图像特征可以明显看出,绝大多数锆石亦具有明显的双层结构,边部可见典型岩浆锆石的韵律环带,但是较低的Th/U比值(0.02~0.16)表明锆石边部可能为变质成因(Rubatto, 2002; Corfu et al., 2003),25个测点的206Pb/238U年龄范围为29.4~32.9 Ma,在置信度为95%时的206Pb/238U加权平均年龄值为31.15±0.34 Ma(MSWD=3.8)(图 7c).样品X8-3-1中锆石呈长柱状,为自形晶,从阴极发光图像特征可以明显看出,与X2-3-1和X7-4-2类似,绝大多数锆石具有明显的双层结构,即弱发光效应的核和强发光效应的边,清晰的韵律环带表明它们是岩浆成因的,23个测点的206Pb/238U年龄范围为28.0~30.6 Ma,在置信度为95%时的206Pb/238U加权平均年龄值为28.63±0.24 Ma(MSWD=3.1)(图 7d).

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图 7 样品锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图 Fig. 7 Zircon LA-ICP-MS U-Pb concordia diagrams of samples
4 讨论 4.1 东构造结东、西边界几何学、运动学对比

南迦巴瓦变质体的构造格架总体呈向北倾伏的NNE-SSW轴向的背形构造,东、西边界断裂分别向SSE和NNW陡倾,由于南迦巴瓦变质体发育叠置的岩片构造,使其呈现十分复杂的复式背形构造样式(Burg et al., 1998许志琴等,2008).如前所述,笔者通过对东构造结边界断裂几何学及变形运动学的研究,发现各段存在差异性.但就整体来看,几何学特征、构造样式还是运动学特征均显示东喜马拉雅构造结东、西边界具有变形的连续性.如西边界(东久-米林断裂带)可以划分为:具有韧性逆冲(兼挤压转换)性质的拉月-迫隆乡剪切带、具有左行走滑性质的鲁朗-拉月剪切带及具有左行伸展转换性质的嘎马-米林剪切带(许志琴等,2008).与之相对应的,东边界(墨脱断裂带)亦可以划分为三段性质相对应的断层:甘登-加拉萨右行走滑逆断层、旁辛-达木右行走滑断层及阿尼桥-希让右行走滑正断层.北段的运动学特征表明南迦巴瓦变质体俯冲于拉萨地体之下(图 8a),中段的运动学特征表明南迦巴瓦变质体相对剪切带外侧的拉萨地体向北运动(图 8b),而南段的运动学特征表明南迦巴瓦变质体相对剪切带外侧的拉萨地体向北斜上方向运动(图 8c).因此笔者推测在印度-亚洲碰撞之后,南迦巴瓦变质体受制于这两条边界断裂而相对拉萨地体向北推移,以高角度插入拉萨地体之下(许志琴等,2008; Xu et al., 2012; Peng et al., 2016).

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图 8 东喜马拉雅构造结南迦巴瓦变质体运动轨迹 Fig. 8 Movement of the Namche Barwa metamorphic terrane in the eastern Himalayan syntaxis
4.2 东构造结东、西边界构造变形时代对比

西边界和东边界存在运动学的协调性,构造变形时代具有明显的同时代、同期次特点.目前,对于东构造边界断裂主变形期的绝对年龄争议不大,主要集中在32.7~23.2 Ma,原因是东构造结及其邻区大量的同位素年龄为这一时期,包括大量的糜棱岩化的花岗岩也具有同主变形期相似的几何学和运动学特点.张进江等(2003)通过对东久-米林剪切带内的糜棱状角闪岩、糜棱状淡色花岗岩等岩石中的角闪石、云母等矿物进行Ar-Ar定年,获得一组23 Ma的年龄,并认为该期事件与MCT的活动及印支地块的挤出一致,均为青藏高原在这个时期处于一个变形高峰期的结果(Tapponnier et al., 1990; Harrison et al., 1992钟大赉和丁林等,1995; Yin, 2000);Booth et al.(2004)对南迦巴瓦外围花岗岩侵入体进行U-Pb定年得出其侵位于26~24 Ma,该侵位时代与藏南拆离系(STDS)和主中央冲断带(MCT)活动时间相吻合;张泽明等(2007)对南迦巴瓦岩群花岗质麻粒岩中的锆石进行了SHRIMP U-Pb定年,得到一组30 Ma的年龄,认为其很可能是麻粒岩相变的时代;戚学祥等(2010)通过对南迦巴瓦群退变质高压麻粒岩中的含石榴石花岗岩进行SHRIMP U-Pb定年得到25~24 Ma的一组年龄,并将其解释为在后碰撞构成中经历STDS和MCT构造事件改造的结果;Zeng et al.(2011)研究认为,高钙淡色花岗岩发生部分熔融的时间为24.8 Ma;最近,Xu et al.(2012)通过对西边界内糜棱岩定年研究,认为其活动时间在31.3~23.2 Ma之间.本文通过对东边界内代表性岩石测年研究,得到31~28 Ma的4个年龄.结合前人研究结果(图 9),可以确定东构造结边界断裂主变形活动时限应在32.7~23.2 Ma之间,与STDS、MCT及东构造周缘大型走滑断裂的活动时限相吻合(Carosi et al., 2013; Montomoli et al., 2014; Roche et al., 2016).

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图 9 东喜马拉雅构造结年代学数据统计 Fig. 9 Summary of major ages for the eastern Himalayan syntaxis
4.3 东构造结演化历史

如前所述,东喜马拉雅构造结在印度板块与欧亚板块碰撞以来发生了强烈的地壳缩短,主要包括碰撞、持续俯冲-折返、后期垮塌-隆升等一系列重要的地质事件.本文通过对14件代表性岩石样品进行测年分析,获得3组年龄:64~63 Ma、55~48 Ma及31~28 Ma.这3个阶段可以与前人研究(主要集中在西边界和南迦巴瓦地质体内)进行很好的对比(图 9),结果显示为:65.5~62.0 Ma、55.8~40.0 Ma及32.7~23.2 Ma.即印度板块东北角与冈底斯岛弧在65.5~62.0 Ma前后发生碰撞后,进一步汇聚,从大约55.8 Ma起,东构造结及周缘地体发生大规模的缩短及加厚作用,同时印度板块随俯冲作用被带入岩石圈深部或更深,40 Ma前发生高压麻粒岩相变质作用(Ding et al., 2001),直至32.7~23.2 Ma之间,青藏高原处于一个变形高峰期,东构造结及周缘形成大型走滑断裂,其中包括MCT的活动和印支地块的挤出(Tapponnier et al., 1990; Harrison et al., 1992钟大赉和丁林,1996; Yin and Harrison, 2000张进江等,2003),并伴随着岩浆-变质作用和部分熔融作用(Xu et al., 2012).

已有研究结果表明,与后期垮塌及隆升事件相关的年龄数据主要集中在20~17 Ma和<8 Ma这两个区间内(图 9),并且表现为以南迦巴瓦峰为中心由外部至内部逐渐变年轻的趋势,正如Harrison et al.(1992)指出冈底斯与藏南在21~18 Ma表现为快速隆起和剥蚀,龚俊峰等(2008)认为在南迦巴瓦地区在7~6 Ma前开始发育正断裂系,该地区的抬升开始启动,于3 Ma以来开始快速抬升.可见,自东构造结边界断裂开始活动以来,经历了多阶段快速隆升事件,最终形成现今的地貌特征.

5 结论

(1) 通过几何学、运动学对比研究,笔者认为东喜马拉雅构造结东、西边界具有变形的连续性,南迦巴瓦变质体受制于这两条边界断裂而相对拉萨地体向北推移,并以高角度插入拉萨地体之下.

(2) 结合前人研究结果,笔者认为东构造结边界断裂主变形活动时限为32.7~23.2 Ma,与STDS、MCT及东构造周缘大型走滑断裂的活动时限相吻合.

(3) 东喜马拉雅构造结在印度板块与欧亚板块碰撞以来经历了多期构造演化过程,主要包括碰撞、持续俯冲-折返、主变形期及后期垮塌-隆升等一系列重要的地质事件.结合前人研究及本文的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果,笔者认为前3个阶段的时间分别为:65.5~62 Ma、55.8~40 Ma及32.7~23.2 Ma.

致谢 锆石U-Pb定年测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成,测试和分析过程中得到胡兆初教授的帮助,两位匿名审稿专家提出宝贵的修改意见对提高本文质量起到重要作用,在此一并表示衷心的感谢!

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