古島弧地體的俯沖是南羌塘增生雜巖形成的重要機制:來自日灣茶卡洋島的證據

李 典,王根厚,劉正勇,劉佳琪,李 超,劉 函,唐 宇,馮翼鵬

(1.成都理工大學地質資源與地質工程博士后科研流動站,四川 成都 610059;2.中國地質大學(北京),北京 100083;3.成都理工大學地球科學學院,四川 成都 610059;4.中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司研究院庫爾勒分院,新疆 庫爾勒 841000;5.中國地質科學院地質研究所,北京 100037;6.中國地質調查局成都地質調查中心,四川 成都 610081)

增生雜巖是大洋巖石圈向大陸板塊發生的緩慢而復雜的俯沖、碰撞過程中,發生前端逆沖巖片疊置(Ujiie,1997)、深部構造侵蝕(Cloos and Shreve,1988)、底墊作用(Kimura et al.,1996,2007)等復雜構造變形作用形成的一套由不同大地構造相物質組成的復雜地質單元(李繼亮,2004;袁四化等,2009)。增生雜巖基質常由強烈變形的海溝復理石、遠洋-半遠洋沉積巖和被動大陸邊緣的濁積巖,以及通過構造剪切碾磨作用從巖塊之上改造而形成的構造巖及蝕變巖等組成,巖塊則不僅包含不同類型的蛇綠巖(王根厚等,2009),也會出現從深部折返的低溫高壓變質巖,并可能包括洋內島弧和微陸塊殘片(潘桂棠等,2004,2008)。對增生雜巖組成單元形成演化過程的精細研究,有助于深刻理解造山帶發生的“俯沖-增生造山作用”。

隨著近年來構造-變質解析(Liang et al.,2012,2017;Li et al.,2020)、同碰撞巖漿巖(Zhang et al.,2011)和弧前沉積盆地(Liang et al.,2020)的系統研究,藏北羌塘中部變質巖帶被歸屬為印支期俯沖作用形成的造山帶增生雜巖(王根厚等,2009),其形成演化經歷了古特提斯洋俯沖、折返、碰撞及后期改造的多期復雜構造變形(Liang et al.,2012,2017;Wang et al.,2018)。然而,作為造山帶形成重要機制的洋內古島弧地體的俯沖增生作用,迄今為止還未在南羌塘增生雜巖中存在研究和報道。本文通過對改則縣岡瑪錯地區日灣茶卡組開展古生物和碎屑鋯石研究,并結合前人的地球化學和碎屑鋯石研究,認為日灣茶卡組和下伏望果山組為古特提斯洋內古島弧地體,貓兒山地區部分增生雜巖即是該古島弧地體俯沖增生的產物。本文的研究不僅為羌塘中部存在“原位”龍木錯-雙湖古特提斯大洋(李才,1987)提供了重要證據,更有助于加深對南羌塘增生雜巖形成過程(王根厚等,2009)的理解。

1 區域地質背景

青藏高原由顯生宙期間增生到歐亞大陸南緣的地體或微陸塊組成,從北向南,分別是昆侖地體、松潘-甘孜地體、羌塘地體和拉薩地體(圖1a,,1990;Kapp et al.,2003;Zhang et al.,2004)。羌塘地體與松潘-甘孜地體由金沙江古特提斯縫合帶分隔,羌塘地體與拉薩地體則被班公湖-怒江縫合帶分隔(圖1a,,1990;Kapp et al.,2003;Zhang et al.,2004;李才等,2009)。羌塘地體內部可能存在龍木錯-雙湖縫合帶而進一步可分為北羌塘和南羌塘(李才,1987;Zhai et al.,2011;Zhao et al.,2014,2015)。龍木錯-雙湖縫合帶南側大面積分布的上石炭統—下二疊統碎屑巖內,含冷水型生物群并夾有冰海雜礫巖,具有岡瓦納大陸親緣性(梁定益等,1983;李才等,2006;Zhang et al.,2013;Fan et al.,2015)。北羌塘地體晚古生代地層內則被認為連續分布暖水生物群(陳壽銘等,2006;程立人等,2006;李才,2008;武桂春等,2009)。此外,在龍木錯-雙湖縫合帶以南,出露具有“基質-巖塊”結構的南羌塘增生雜巖,主要由鎂鐵質巖石(Zhai et al.,2013,2016;Wu et al.,2017)、淺變質沉積巖(Zhao et al.,2014,2015;Liang et al.,2017)以及藍片巖和榴輝巖等高壓變質巖組成(Kapp et al.,2000;Li et al.,2006;Zhang et al.,2006,2010;Pullen et al.,2011;Zhai et al.,2011;Pullen and Kapp,2014)。

增生雜巖內淺變質沉積巖與廣泛分布于南羌塘的上石炭統—下二疊統碎屑巖具有相似的碎屑鋯石年齡譜,因而也具有岡瓦納親緣性(Pullen et al.,2008;Zhu et al.,2011;Fan et al.,2016;Li et al.,2019)。然而,貓兒山附近經歷了高壓變質作用的碎屑巖的鋯石年齡譜則與具岡瓦納親緣性的巖石具有較大的差別(Pullen et al.,2008;Zhang et al.,2017)。因此,貓兒山變質碎屑巖的物源對認識南羌塘增生雜巖的成因顯然具有重大的意義。然而,對其物源的解釋卻存在兩種迥然不同的觀點。Pullen et al.(2008)研究了古特提斯洋周緣地體內碎屑鋯石,均未發現相關的碎屑鋯石來源,因此認為貓兒山區域的變質碎屑巖的物源只能來自古特提斯洋內古島弧地體。然而,相應的大洋則被認為是金沙江古特提斯洋。Zhang et al.(2017)發現貓兒山變碎屑巖與日灣茶卡組內碎屑巖類似,根據日灣茶卡組內發育的暖水生物化石,認為日灣茶卡組為北羌塘陸緣沉積(Liu et al.,2017;彭虎等,2014)。因此,前者認為貓兒山地區部分增生雜巖為金沙江古特提斯洋內古島弧地體南向俯沖形成,并經歷了“底墊作用”;后者則認為龍木錯-雙湖古特提斯洋的原位北向俯沖通過“構造侵蝕”作用將上覆北羌塘板片的部分被動陸緣地層加入到了增生雜巖中。解決上述問題的關鍵在于確定日灣茶卡組源區大地構造環境。因此,本文擬通過日灣茶卡組內灰巖珊瑚化石和碎屑鋯石深入研究其源區大地構造環境,來深入理解南羌塘增生雜巖的形成過程。

2 日灣茶卡地區地質特征

日灣茶卡地區主要出露日灣茶卡組及望果山組,并被花崗巖侵入(Wu et al.,2016)以及被白堊紀—古近紀紅層角度不整合覆蓋(Li et al.,2020),日灣茶卡組與下伏增生雜巖呈構造接觸關系(圖1b)。

圖1 日灣茶卡-貓兒山地區區域地質簡圖Fig.1 Simplified geological map of the Riwanchaka-Maoershan area

望果山組主要以火山巖為主,含有玄武巖、玄武安山巖、安山巖、英安巖、流紋英安巖和火山碎屑巖,其地球化學特征與俯沖相關的火山巖相似(劉函等,2015;Dan et al.,2019)。望果山組總體被日灣茶卡組所分隔為東西兩段,二者總體呈整合接觸關系(圖2,Liu et al.,2017),部分地段呈現斷層接觸關系(Dan et al.,2018)。望果山組火山巖西段形成于約358～350 Ma(江慶源等,2014;Jiang et al.,2015;Dan et al.,2018),并與蛇綠巖呈斷層接觸關系。蛇綠巖形成時代為早石炭世(約357～345 Ma),具有SSZ型蛇綠巖的地球化學特征(Zhai et al.,2013)。望果山組東段形成于約351～346 Ma(Jiang et al.,2015)以及約372～370 Ma(Wang et al.,2017)。望果山組火山巖與同時代蛇綠巖被認為組成了弧前蛇綠巖和火山巖的洋內俯沖體系(Liu et al.,2018;Dan et al.,2019)。在日灣茶卡以西約2.5 km存在一套約353 Ma的花崗質侵入巖。岡瑪錯南東側也存在一套堿性長石花崗巖,形成時代約為360 Ma,具有A型花崗巖的特征(Zhai et al.,2018)。

圖2 岡瑪錯-日灣茶卡地區地質簡圖Fig.2 Simplified geological map of the Gangma Co-Riwanchaka area

日灣茶卡組主要由未變質的富含生物化石的灰巖及碎屑巖組成。灰巖內古生物類型主要為暖水型,被解釋為具有揚子親緣性(Liu et al.,2017)。

2.1 地層與沉積特征

本次在岡瑪錯南西緣日灣茶卡組開展了實測剖面(圖3)。剖面地理坐標:E84°20′27.45″,N33°49′56.69″,長度49.9米,逐層采取巖石樣品210件,古生物化石52件。剖面上層理產狀穩定,傾向為313°,傾角為32°。未見頂和底,剖面描述如下。

圖3 西藏岡瑪錯地區日灣茶卡組實測地質剖面圖Fig.3 Measured geological profile of the Riwanchaka Formation in Gangma Co,Tibet

表1 日灣茶卡地區巖漿巖時代Table 1 The ages of the igneous rocks in Riwanchaka area

2.2 古生物化石

本次研究選取了保存較為完整的38件化石樣品,在北京大學地空學院制作薄片114張,由中國地質大學(北京)王訓練教授進行鑒定。根據鑒定結果,共有8屬10種。四射珊瑚具體屬 種 如 下:Araclmolasma aichiapinenseFan,Arachnolasma chabugenseFan,Axoplyllu mjamda enseFan,Clisiophyllumcf.subimbricutumThomson,Dibunophyllumcf.TurbinatumM.Coy,Diphyphyllum gerzeenseFan,Kueichouplyllum heishilkyuanenseYu,Kueichouplyllum sinenseYu,Neoclisioplyllum jamdaenseFan,Slimoniphyllumcf.retiformeFan et S.J.Chen,其中,Arachnolasma(中國似棚珊瑚)和Kueichouphyllum(中國貴州珊瑚)占絕對優勢(圖4,圖5)。

圖4 珊瑚化石鏡下照片I—C lisiophyllum sp.indet.,a—橫切面,b—縱切面,標本號:HS-1;II—Diphyphyllum gerzeense Fan,a—橫切面,b—縱切面,標本號:HS-2;III—K ueichouphyllum heishihkyuanense Yu,a—橫切面,b—縱切面,標本號:HS-4;Ⅳ—Neoclisiophyllum jamdaense Fan,a—橫切面,b—縱切面,標本號:HS-8;Ⅴ—Axophyllum jamdaense Fan,a—橫切面,b—縱切面,標本號:HS-10;Ⅵ—Kueichouphyllum sinense Yu,a—橫切面,b—縱切面,標本號:HS-11Fig.4 Photomicrographs of the coral fossils

圖5 珊瑚化石鏡下照片I—Dibunophyllum cf.Turbinatum M.Coy,a—橫切面,b—縱切面,標本號:HS-12;II—Arachnolasma chabugense Fan,a—橫切面,b—縱切面,標本號:HS-13;III—Clisiophyllum cf.subimbricutum Thomson,a—橫切面,b—縱切面,標本號:HS-15;Ⅳ—Arachnolasma aichiapinense Fan,a—橫切面,b—縱切面,標本號:HS-16;Ⅴ—Slimoniphyllum cf.retiforme Fan et S.J.Chen,a—橫切面,b—縱切面,標本號:HS-17;Ⅵ—C lisiophyllum cf.subimbricutum Thomson,a—橫切面,b—縱切面,標本號:HS-19Fig.5 Photomicrographs of the coral fossils

2.3 剖面相序結構

本次研究采用Dunham(1962)的分類方式對日灣茶卡組碳酸鹽巖巖石類型進行劃分,共劃分出10種主要巖石類型:灰泥灰巖、含生物碎屑灰泥灰巖、生物碎屑粒泥灰巖-Ⅰ、生物碎屑粒泥灰巖-Ⅱ、生物碎屑泥?；規r、內碎屑泥粒灰巖、海百合泥?；規r、生物碎屑顆粒灰巖、內碎屑顆?；規r、生物礁灰巖。基于Wilson(2012)建立的標準微相模式,通過分析巖石特征、巖性組合及相關沉積構造,將日灣茶卡組劃分為局限臺地相、開闊臺地相和臺地邊緣淺灘相,其中局限臺地相繼續劃分為半局限臺地亞相,開闊臺地相則繼續劃分為臺內淺灘亞相、臺內洼地亞相、臺內點礁亞相(圖6)。

圖6 日灣茶卡組柱狀圖Fig.6 Column of the Riwanchaka Formation

根據碳酸鹽微相在剖面上的垂向變化,日灣茶卡組的沉積過程共經歷了2次大的海進-海退旋回,期間還存在一些小規模的海平面升降。第一個旋回發育于剖面下部,縱向上表現為局限臺地相—臺地邊緣淺灘相—開闊臺地相的疊置序列,海水表現為先變淺再變深的特征。旋回底部以含生物碎屑灰泥灰巖為主。由于水循環受到局限,故生物碎屑豐度和分異度都降低。隨后海平面再次降低,碳酸鹽巖沉積受到浪的反復沖刷,形成生物碎屑灘。隨著海平面的上升,再次表現為水動能中等的開闊臺地相。第二個旋回發育于剖面中部,與第一旋回類似,沉積相上表現為局限臺地相—臺地邊緣淺灘相—局限臺地相—開闊臺地相,反映了海平面先下降再升高的過程。剖面上部則主要為一些規模較小的海平面的波動,縱向上表現為局限臺地相—開闊臺地相—半局限臺地相—局限臺地相—開闊臺地相—臺地邊緣淺灘相。沉積相在開闊臺地相和局限臺地相之間不斷變化,說明此時的海水較為動蕩。剖面整體變現為海侵的相序結構。

3 碎屑組分含量統計和Dickinson圖解

本次研究選取了未變質的5件粉砂巖利用Gazzi-Dickinson的點計數法開展碎屑組分含量統計。首先在顯微鏡下仔細觀察,了解薄片中所含礦物種類,并選出顆粒直徑大于62.5μm的巖屑和礦物晶體進行數量統計。每張薄片統計的碎屑數量都超過了300顆,具有統計意義。

根據鏡下觀察,5件長石巖屑砂巖砂巖樣品分選性均較差,碎屑組分主要包括石英(32%),長石(29%)和巖屑(39%)。石英主要為單晶石英以及少量多晶石英,長石則存在堿性長石和斜長石兩種類型,巖屑主要為中基性火山巖屑,少量的沉積巖屑、變質巖屑以及變質沉積巖屑。支撐類型為顆粒支撐,鈣質膠結物及粘土質雜基斷續充填于顆粒間(圖7)。

圖7 日灣茶卡組砂巖鏡下特征Fig.7 Photomicrographs of sandstones from the Riwanchaka Formation

本文通過研究日灣茶卡組長石巖屑砂巖的碎屑模式組分,從而推測其物源區的大地構造環境。根據QtFL、QmFLt三角圖解(Dickinson et al.,1983),日灣茶卡組物源成分全部投影在切割島弧物源區。根據QtFL、QmFLt三角圖解(Dickinson,1985),樣品全部落在了巖漿弧物源區(圖8)。

圖8 日灣茶卡組砂巖Dickinson三角圖解Fig.8 Dickinson ternary diagrams for the sandstone from the Riwanchaka Formation

4 碎屑鋯石測年

4.1 測試方法

本次在日灣茶卡組碎屑巖夾層內采集了1件樣品開展碎屑鋯石測年。鋯石的分選在河北省區域地質調查局(廊坊)研究所完成,并在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成陰極發光(CL)照相,以評價和觀察鋯石內部結構。利用陰極發光照片、透反射照片,選擇表面干凈、透明度高、包裹體和裂隙較少的鋯石,并避開包裹體和裂隙在鋯石邊部環帶區域選取了測試點。碎屑鋯石的U-Pb同位素年齡測定在中國地質大學(北京)礦物激光微探針分析實驗室(Milma實驗室)進行,采用Laser Ablation Multicollector電感耦合等離子體質譜法(LA-MC-ICP-MS)和Agilent 7900 ICPMS耦合NewWave 193 UC ArF準分子激光系統,波長為193 nm,光點直徑為35μm。U-Th-Pb濃度使用91500標準鋯石進行校準(Wiedenbeck et al.,2004),每10顆鋯石測定兩次。測定元素組成的標準則采用NIST610,實驗設備通過標準鋯石GJ-1(Jackson et al.,2004)和Plesovice(Sláma et al.,2008)在分析測試期間進行監測。鋯石稀土元素測試同時進行。測試數據由ICPMSData進行處理(Liu et al.,2008)。同位素比值和年齡誤差采用±1σ。普通Pb校正(Andersen,2002)通過Excel程序進行。年齡大于1000 Ma的碎屑鋯石,由于含有較多量的放射性成因Pb,因此采用207Pb/206Pb表面年齡。小于1000 Ma的碎屑鋯石,由于放射性成因Pb含量較低且普通Pb較正具有一定的不確定性,因而采用206Pb/238U年齡,同時排除不和諧度大于10%,年齡誤差1σ大于3%的測試數據。

4.2 碎屑鋯石年齡譜

鋯石的CL圖像顯示,碎屑鋯石的形態大小變化較大,粒徑在50～150μm,長寬比為1∶1或1∶2。位于300～500 Ma范圍的鋯石棱角明顯,磨圓度較差。大部分的鋯石擁有清晰的巖漿振蕩環帶,Th/U比值變化范圍在0.1～1.6,顯示典型的巖漿鋯石特征。碎屑鋯石稀土元素總量變化較大,總量為80～5455×10-6,同時可見年齡不同的碎屑鋯石稀土元素配分曲線的特征大體相似,總體呈現LREE相對虧損,HREE相對富集,具有顯著的Ce正異常和Eu負異常,曲線向左傾斜,也表現出明顯的巖漿鋯石特征。本次共測試了145顆鋯石,最突出年齡峰值均出現在375～325 Ma區域,少數位于1750～1650 Ma范圍內(圖9)。

圖9 日灣茶卡組與貓兒山增生雜巖碎屑鋯石對比圖Fig.9 Comparison of detrital zircon U-Pb ages for the Riwanchake Formation and Maoershan accretion wedge

5 討論

5.1 日灣茶卡組沉積時代

本次研究在日灣茶卡組內獲取的四射珊瑚中,Arachnolasma aichiapinenseFan,Arachnolasma chabugenseFan,Arachnolasmasp.indet.,Kueichouphyllum heishihkyuanenseYu,Kueichouphyllum sinenseYu占絕對優勢,AxophyllumjamdaenseFan,Clisiophyllumcf.SubimbricutumThomson,Clisiophyllumsp.indet.,Dibunophyllumcf.TurbinatumM.Coy,Dibunophyllumsp.indet.,Diphyphyllum gerzeenseFan,Neoclisiophyllum jamdaenseFan,Slimoniphyllumcf.RetiformeFan et S.J.Chen均為主要分子,可建立Arachnolasma-Kueichouphyllum組合帶,代表著沉積時代為早石炭世晚期維憲期(346.7～330.9 Ma)。

由于碎屑巖最年輕的碎屑鋯石年齡可能是由測試誤差或者Pb丟失引起的,因此我們利用最年輕碎屑鋯石群的加權平均年齡來約束砂巖的最大沉積年齡。結果顯示,日灣茶卡組最年輕的碎屑鋯石群的加權平均年齡為337.6±7.2 Ma(圖10)。

圖10 本文中日灣茶卡組最年輕碎屑鋯石群的加權平均年齡Fig.10 Weighted average ages of the youngest detrital zircons from Riwanchaka sandstone

根據日灣茶卡組灰巖內珊瑚化石及碎屑巖夾層內的碎屑鋯石分析結果,我們認為日灣茶卡組沉積時代為早石炭世。這一結論與前人的化石和碎屑鋯石結果總體一致。

5.2 日灣茶卡組物源與大地構造環境

本次選擇龍木錯-雙湖縫合帶周緣地體如北羌塘-昌都地體、南羌塘地體、拉薩地塊開展碎屑鋯石年齡分布對比來進行區域物源研究(圖11)。拉薩地體內三疊紀之前地層碎屑鋯石的主要年齡集中在550～500 Ma,而1200～1150 Ma的年齡峰值則比較微弱。南羌塘地體內三疊紀之前的地層的碎屑鋯石最明顯的峰值年齡出現在575～525 Ma和1000～950 Ma區間范圍內,以及明顯較弱的2550～2450 Ma的年齡峰值;昌都地塊(北羌塘)內的碎屑鋯石具有較為明顯的1075～950 Ma的年齡峰值,以及次要的700～600 Ma,1800～1700 Ma和2600～2425 Ma的年齡峰值。日灣茶卡組碎屑鋯石具有375～325 Ma和475～450 Ma兩個峰值。然而,根據上述對比,圍繞古特提斯洋的地體內都沒有發現375～325 Ma的碎屑鋯石,因而都不是日灣茶卡組的物源區。

圖11 區域碎屑鋯石對比圖Fig.11 Comparison of detrital zircon U-Pb ages of combined results

因此,本文在羌塘地體內統計了所有的可能巖漿源區,包括羌塘地塊的蛇綠巖、基性巖墻和巖漿巖(圖12)。根據統計結果,日灣茶卡地區的望果山組火山巖(371～348 Ma)和蛇綠巖(360～350 Ma)與日灣茶卡組內375～325 Ma的碎屑鋯石時代接近,應為其物源區。

圖12 南羌塘地體內潛在巖漿巖源區對比圖Fig.12 Comparison of the potential magmatic sources in South Qiangtang

基于龍木錯-雙湖古特提斯大洋周邊陸塊地層內均沒有375～325 Ma的碎屑鋯石以及其真正物源應為與其直接接觸的望果山組火山巖和蛇綠巖的事實,我們推測日灣茶卡組可能形成于洋內古島弧環境。在這樣較為孤立的環境下,日灣茶卡組的碎屑可能大部分均來自于該島弧的火山巖,這一推測與日灣茶卡組碎屑模式組分顯示的源區為島弧環境相吻合。此外,日灣茶卡組的鋯石磨圓度較差,最年輕的鋯石群的加權平均年齡與沉積年齡相近,顯示日灣茶卡組屬近源沉積,也符合洋內島弧的沉積環境特征。同時,這一結論也與望果山組火山巖表現出洋內島弧地球化學特征相符合。望果山組與同期的SSZ型蛇綠巖的形成與龍木錯-雙湖古特提斯洋的洋內俯沖有關(Liu et al.,2018;Dan et al.,2019)?；谏鲜鲇懻?我們推測日灣茶卡組和整合于其下的望果山組共同組成了泥盆紀—石炭紀的古特提斯洋內古島弧地體。值得注意的是,日灣茶卡組內的次要峰值(475～450 Ma)被解釋為該洋內島弧增生到北羌塘后接受的北羌塘碎屑鋯石供應(Dan et al.,2018),然而北羌塘-昌都地區并未記錄到該期碎屑鋯石,因此我們推測該古島弧內早期由洋內俯沖形成的巖漿巖可能已被剝蝕。

前人根據日灣茶卡組內暖水生物化石認為其屬于揚子陸塊。然而,根據本次研究,日灣茶卡組內珊瑚化石雖然豐度較高,但是分異度相當低,表現為52件四射珊瑚化石,只鑒定出8屬10種。因此日灣茶卡組沉積位置應處于一個相對突出的孤立位置,與外界環境的連通不暢導致了物種繁衍的分異度降低。這與上述討論的洋內古島弧地體的結論也是吻合的。

5.3 古特提斯島弧地體俯沖與增生

增生雜巖內部物質的組成與來源是理解增生雜巖形成過程的關鍵。大量的碎屑鋯石研究表明,大部分南羌塘增生雜巖的源巖均具有岡瓦納親緣性,具有豐富的1000～500 Ma的碎屑鋯石(Pullen et al.,2008;Zhu et al.,2011;Fan et al.,2016;Li et al.,2019)。這可能是具岡瓦納親緣性的南羌塘被動陸緣俯沖導致的(Li et al.,2019),或者是龍木錯-雙湖大洋巖石圈南向俯沖過程中對南羌塘被動陸緣的構造侵蝕導致的(Li et al.,2020)。然而,貓兒山增生雜巖內亦存在經歷了深部俯沖過程的石英云母片巖和變質砂巖,具有明顯不同的碎屑鋯石分布型式:明顯的375～350 Ma的最年輕碎屑鋯石峰值,并缺乏500～1000 Ma的碎屑鋯石(圖9,Pullen et al.,2008;Zhang et al.,2017)。由于金沙江古特提斯洋周邊陸塊均未發現這樣的碎屑鋯石分布型式,因此Pullen推測這些變質碎屑巖為金沙江古特提斯洋內古島弧地體俯沖的產物(Pullen et al.,2008)。然而,金沙江古特提斯縫合帶從未發現該套古島弧地體的存在。相反,本次在岡瑪錯地區發現的由日灣茶卡組和下伏望果山組組成的泥盆紀—石炭紀洋內古島弧地體,才應是上述增生雜巖的源區。

位于羌塘中部的南羌塘增生雜巖這套變質雜巖具有洋殼俯沖的構造混雜巖性質,學界在這一點上基本已達成了共識(Kapp et al.,2000;Liang et al.,2012,2017)。然而關于該套雜巖的成因,中外學者則具有針鋒相對的觀點?；谠錾s巖與上覆晚古生代地層之間的低角度正斷層,Kapp等提出該雜巖形成于北側金沙江大洋巖石圈的南向俯沖,并“底墊”于羌塘地體之下,隨后在晚三疊世以變質核雜巖的幾何形式在羌塘地體中部折返剝露(Kapp et al.,2000;Pullen et al.,2011)。李才(1987)則基于蛇綠巖和古生物分帶認為羌塘中部存在原位的龍木措-雙湖大洋。有學者進一步提出,龍木錯-雙湖古特提斯大洋巖石圈向北的俯沖,形成了南羌塘增生雜巖。若該套雜巖確如Kapp等所描述的形成于金沙江大洋巖石圈的南向俯沖,則隨后的“底墊”過程會使整套雜巖普遍發生高壓變質作用(Zhao et al.,2015;Li et al.,2020)。然而,本次所發現的部分增生雜巖的源巖為日灣茶卡組,后者并未發生變質作用(Liu et al.,2017)。因此,Kapp等所提出的金沙江洋南向俯沖的羌中雜巖成因模式與本文所發現的地質事實不符。日灣茶卡組和望果山組組成的古島弧的深俯沖和增生過程,更應該發育在龍木錯-雙湖古特提斯大洋巖石圈的原位俯沖過程中。

此外,Zhang et al.(2017)認為貓兒山地區的部分增生雜巖是北羌塘被動陸緣地層被“構造侵蝕”進入俯沖通道而形成。然而,本次研究認為日灣茶卡組應屬洋島環境,而不是北羌塘被動陸緣。原因如下:(1)日灣茶卡組灰巖內暖水生物化石分異度較差,因而更可能處于相對孤立的洋島環境;(2)北羌塘-昌都地體內同時代地層內未發現日灣茶卡組所特有的豐富的375～325 Ma的碎屑鋯石;(3)日灣茶卡組與整合于其下的望果山組火山巖組成了島弧巖石組合特征,且望果山組火山巖具有洋內島弧的地球化學特征,并可能與同時代的SSZ型蛇綠巖組成洋內俯沖體系(Liu et al.,2018;Dan et al.,2019)。因此,本文推測,貓兒山地區的上述增生雜巖是日灣茶卡洋內島弧俯沖增生的結果。

俯沖過程在淺部常常體現為刮削作用,深部則為俯沖剪切和底墊作用(Cowan and Silling,1978;Moore and Byrne,1987;Cloos and Shreve,1996;Hashimoto and Kimura,1999;Meneghini et al.,2009)。控制二者比例的重要因素是俯沖物質的體積:若俯沖物質體積較小,則主要發生深部俯沖剪切和底墊作用;若俯沖物質體積較大,則可能在淺部發育褶皺-逆沖斷層等淺部層次的構造,而在深部形成遭受了深部層次的剪切作用的底墊構造(Cowan and Silling,1978;Cowan,1985;Cloos and Shreve,1988;Kimura et al.,1996,2007,2010,2012)。日灣茶卡組和望果山組組成的古島弧應具有較大的體積,因此部分物質俯沖到深部形成貓兒山增生雜巖內的石英云母片巖等變質碎屑巖,淺部則遭受刮削作用形成有變形但未變質的出露于岡瑪錯-日灣茶卡區域的日灣茶卡組碎屑巖。深部遭受了高壓變質的日灣茶卡組則在后期折返至增生雜巖淺部層次(圖13,Pullen et al.,2011;Zhang et al.,2017)。

圖13 日灣茶卡洋內古島弧的形成與俯沖-增生過程Fig.13 Formation and subduction-accretion process of the Riwanchaka intra-oceanic arc terrane

6 結論

(1)日灣茶卡組是近源沉積,龍木錯-雙湖古特提斯洋周邊陸塊均不是其源區,其物源為其下伏的望果山組火山巖。日灣茶卡組內珊瑚化石豐度高,但分異度低,應沉積于遠離陸塊的孤立位置。因此,日灣茶卡組和下伏望果山組應是泥盆紀—石炭紀時期由龍木錯-雙湖大洋洋內俯沖形成的古島弧地體。

(2)貓兒山地區部分經歷過深變質的南羌塘增生雜巖具有與日灣茶卡組相似的碎屑鋯石分布型式,因此雖然岡瑪錯地區日灣茶卡組未曾經歷深俯沖而變質,但至少有部分日灣茶卡組應曾俯沖到地殼深部。

(3)日灣茶卡古島弧地體的俯沖與增生對南羌塘增生雜巖的形成起到了重要的作用。

潘桂棠先生敏銳的科學思想、扎實的地質基礎工作,形成了系統的青藏高原大地構造理論,編制完成了系列青藏高原大地構造圖件,先生的創新工作對青藏高原區域找礦、油氣勘探、重大工程部署等具有劃時代意義。我從事西藏科學研究有幸得到先生的指導與合作,尤其在南羌塘增生造山帶研究方面,先生給予大力支持并設立專項。2019年,“西藏南羌塘增生雜巖組成、結構及地質演化”獲中國地質調查局地質科技獎一等獎,這是先生的指導成果,在先生80華誕之際,謹以此文聊表謝意!祝先生身體健康!期盼先生指導,在青藏高原基礎理論創新方面做出新的貢獻。