Coupling Process of Sedimentary Basin-Orogenic Belt Induced by Detrital Fission Track Ages of Zanda Basin
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摘要: 札达盆地是中新世9.5 Ma以来发育的新生代沉积盆地.沉积厚度、砾石成分和古流向分析显示札达盆地新生代沉积的物源主要来自盆地北部的阿伊拉日居山系.札达盆地系列样品碎屑锆石裂变径迹年龄结构显示存在两个明显的峰值年龄区间, 分别为12.6~15.3 Ma(P1峰值年龄)与19.8~22.2 Ma(P2峰值年龄).锆石裂变径迹年龄的滞后时间(lag time)与沉积时代对比分析显示, P1和P2峰值年龄为快速冷却事件的静态峰, 与北部阿伊拉日居地区基岩U-Pb年代研究揭示的热事件时间具有良好的可对比性.因此, 札达盆地碎屑裂变径迹年龄两个峰值年龄区间记录了源区阿伊拉日居的两次构造事件, 可能对应于喀喇昆仑断裂在中新世的两次强烈的构造活动.综合碎屑锆石、磷灰石裂变径迹年龄信息, 估算源区在32.6~9.5 Ma之间的平均冷却速率是15.4 ℃/Ma, 上新世末期—第四纪(3.6~1.4 Ma)之间再次发生了一次快速的隆升剥露事件.札达盆地中新生代沉积地层碎屑裂变径迹热年代学结构与喀喇昆仑断裂东南段阿伊拉日居的热事件年龄格局吻合, 从碎屑裂变径迹年代学角度揭示了造山带地区的盆山耦合过程.Abstract: Zanda basin, formed in 9.5 Ma, is a Cenozoic sedimentary basin which lies in the converging range between the Himalaya tectonic belt and Karakorum tectonic belt. The Neogene strata in the basin are integrated, continuous and horizontal, showing a steady tectonic condition since Miocene. Analysis of sedimentary section indicates that ancient flow direction is northwest to southeast, while the modern flow direction of river—Xiangquan River is southeast to northwest, opposite to the ancient flow direction. Analysis of sendimentary construction and the composition of gravel displays that the sedimentary source is Ayila Rijyu northwest of Zanda basin. P1, P2 peak ages of Zanda basin are 12.6—15.3 Ma and 19.8—22.2 Ma respectively, which is consistent with the thermal event age of Ayila Rijyu. P1, P2 are of static peak ages, reflecting the rapid cooling event such as normal faulting based on the DZFT research of lag time and depositional time by Bernet and Garver. It is found by thermal history analysis of zircon and apatite fission track that the cooling rate of source area is 15.4 ℃/Ma at 32.6—9.5 Ma, and there was a rapid uplift and exhumation at the same time in the source region at 3.6—1.4 Ma reflected by zircon and apatite fission track ages. P1, P2 peak ages of modern river zircon samples of Karakurom belt are 10.5—10.8 Ma and 27.7—30.9 Ma respectively, showing the thermal events of Ayila Rijyu. Comparing the FT ages and depositional information of Zanda basin and orogenetic belt, it is shown that Zanda basin is Cenozoic sedimentary basin determined by southeast of Karakorum fault; Zanda basin and Ayila Rijyu Moutain are a typical coupling process by identical FT thermochronology structure.
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Key words:
- Zanda basin /
- fission track /
- Ayila Rijyu Moutain /
- Karakorum fault
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0. 引言
札达盆地位于青藏高原的西南隅,在南部的喜马拉雅山脉主脊和北部的阿伊拉日居山脉之间.札达盆地构造位置特殊,受“两体三带”(冈底斯地体、喜马拉雅地体、喀喇昆仑构造带、印度—雅江缝合带、藏南拆离系构造带)的发展演化影响.札达盆地东北向为阿伊拉日居山,阿伊拉日居山东北缘发育著名的北西向喀喇昆仑断裂.
对札达盆地的研究开始于20世纪70年代,先后有中国科学院青藏高原综考队、原地质部高原地质调查队、西藏地矿局和中国地质大学等专家学者(张青松等,1981;李炳元等,1983;钱方, 1990, 1999;郭铁鹰等,1991;夏代祥和刘世坤,1997;赵政章等,2001)对该地区进行了调查研究;河北地质调查研究院于2002~2004年对该区进行了1∶25万区域地质调查①,对研究区的区域地层、构造、岩浆发育及演化历史作了全面系统阐述.2006年前后发表了一系列有关札达盆地的研究成果(孟宪刚等, 2004, 2006;邵兆刚等, 2005, 2006;王津等,2006;朱大岗等, 2006, 2007),对研究区的地形地貌、沉积、构造、古生物、环境演化进行了描述,得出札达盆地与高喜马拉雅断块隆起存在盆—山耦合关系,藏南谷地基底断块的翘板式运动是形成盆地的主要控制因素.札达盆地上新世—早更新世的发展演化是多阶段的,表明喜马拉雅山的隆升是一个多阶段、不等速和非均变的复杂过程.4.4 Ma象泉运动以后,札达盆地由河流相沉积向湖相沉积转变;新生代沉积地层中划分了两个角度不整合面,对应于盆地内两次新生代的构造运动.王世峰等(2008b)对札达盆地内新生代沉积给出了全面而系统的磁性地层学的时代约束,并探讨了盆地的控盆构造问题,揭示盆地内新生代地层的古地磁年龄为9.5~2.6 Ma,且控盆构造为喀喇昆仑断裂.近年来围绕喀喇昆仑断裂也展开了一些专项研究,对与札达盆地发展关系密切的断裂东南端的构造变形、运动方式转换及岩浆热事件等的研究均取得了一系列成果(李海兵等, 2006, 2007; Franck et al., 2008; Rolland et al., 2009),Franck et al.(2008)通过对喀喇昆仑断裂西南部阿伊拉日居地区的U-Pb年代学研究揭示了该断裂新生代的多期活动历史,即35~32 Ma古新世—渐新世的岩浆事件;25~22 Ma渐新世—中新世的岩浆事件;22~14 Ma中新世时期喀喇昆仑东南端剪切作用有关的热变质和流体交代的热事件;对喀喇昆仑东南段阿伊拉日居山地区同构造片麻岩—花岗岩的年代学研究认为喀喇昆仑断裂形成时代为23~25 Ma,持续变形到约12 Ma,之后阿伊拉日居山快速隆升(李海兵等, 2006, 2007).上述已有磁性地层学和同构造年代学的研究表明,阿伊拉日居山的隆升剥蚀、岩浆活动与喀喇昆仑断裂的活动密切相关,因此,对阿伊拉日居山的隆升过程的限定将有助于分析喀喇昆仑断裂的活动历史.笔者在对札达盆地沉积充填特征研究的基础上,结合碎屑裂变径迹热年代学分析,揭示札达盆地的沉积充填演化与阿伊拉日居山的抬升剥露有关,从盆山耦合演化角度对阿伊拉日居山地区隆升剥露的热历史进行描述,进而探讨与喀喇昆仑断裂活动的关系.
① 中国地质调查局,2004.西藏1∶25万札达县幅区域地质调查报告.
1. 地质背景
札达盆地是一个上叠于中生界印度板块北部被动陆缘碎屑沉积之上的新生代断陷盆地(图 1).盆地呈NW-SE向延伸,长约1 000 km,宽约70 km,总面积为4×104 km2,海拔在4 000~4 500 m之间,属高原地带.盆地的基底为侏罗系灰岩、砂岩和浅变质岩,盆地新近纪地层不整合在侏罗系之上.新近纪地层产状平缓,在地貌上形成典型的“塔林”风光.盆地南缘新近纪沉积厚度最大约800 m,沉积连续.第四纪为一套砾岩沉积,不整合覆盖在新近纪沉积之上.
如图 1所示,札达盆地的东北部为阿伊拉日居山脉,出露岩性为中生代的砂泥质混杂岩、中新生代花岗岩;盆地的西南部出露有中生代的蛇绿混杂岩、砂岩、浅变质岩,元古代变质岩.朗钦藏布(象泉河)是盆地内的主要河流,现代河流由SE向NW流出盆地.盆地的西南部和东北部分别发育著名的藏南拆离系和喀喇昆仑断裂.张进江(2007)对北喜马拉雅地区研究认为,藏南拆离系活动时间为24~12 Ma,12 Ma之后未有活动的报道,和主中央逆冲断裂活动时间一致.其中喀喇昆仑断裂与雅鲁藏布江缝合带是冈底斯地体与喜马拉雅地体的分界线.
2. 分析方法及样品分布
盆地沉积是蚀源区长期演化的综合产物, 纪录了源区一个较长期的剥蚀过程, 因此来自造山带的沉积物成为人们构筑造山带构造演化历史极为重要的研究对象.裂变径迹是放射性元素238U裂变造成的矿物晶格电离损伤.裂变径迹在岩石冷却时产生,加温时“退火”消失,再度冷却又重新产生.这种“生灭可逆”的特殊性质记录了岩石被冷却、加温和冷却的过程(Naeser, 1979).锆石的封闭温度采用(240±50)℃,磷灰石的封闭温度取(110±10)℃(Hurford, 1986; Brandon et al., 1998;郑德文等,2000; Bernet et al., 2002;王国灿,2002).碎屑裂变径迹方法的优点是可以定量化地研究沉积盆地源区的抬升剥露及热演化史.
裂变径迹年龄测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点试验室完成,测试过程采用外探测器方法进行制样.锆石样品用肽富龙制备,磷灰石样品用环氧树脂粘制.锆石样品是用氢氧化钾与氢氧化钠以12.8∶8.0的质量比溶液为蚀刻剂,在228 ℃条件下蚀刻.锆石样品蚀刻时间为19~31 h;磷灰石样品是用40%的5 mol/L的HNO3为蚀刻剂,蚀刻18~22 s.然后将低铀含量的白云母紧贴在玻璃片上,制成定年组件.标准玻璃采用CNl.样品组件送中国原子能科学研究院进行热中子辐射,其磷灰石热中子辐射剂量为8×1015 cm-2;锆石为1×1015 cm-2.白云母上的诱发裂变径迹用浓HF蚀刻18 min.径迹统计在AUTOSCAN系统中放大1 000倍下进行,径迹年龄以国际通用高斯拟合软件Binofit处理,进行二项式拟合,同时完成频度分析及放射图绘制.年龄计算采用Zeta法,锆石Zeta值为117.13±1.31,磷灰石Zeta值为103.49±5.56.
本文主要研究札达盆地内新生代沉积剖面中的碎屑裂变径迹样品,揭示其源区的隆升、剥露历史及构造演化的热历史.札达盆地从新近纪地层底部到第四纪砾岩层连续系统地采集了8件碎屑裂变径迹样品,采集样品的剖面位置在札达县城西南4 km处,其中新近纪托林组中从底到顶依次系统采集了6件,第四系香孜组地层中采集了2件,见图 1和图 2,样品地层年代和测试的峰值年龄见表 1.
表 1 札达盆地碎屑锆石和磷灰石裂变径迹(FT)年龄测试结果Table Supplementary Table Detrital zircon and apatite fission track dating ages, Zanda basin样品号 沉积年代(Ma) 颗粒数(N) ρd(105cm-2)(Nd) Ps(106cm-2)(Ns) Pi(106cm-2)(Ni) U(ug·g-1) P(x2)(%) P1t age(Ma±1σ)(%) P2t age(Ma±1σ)(%) P3t age(Ma±1σ)(%) Central age(Ma±1σ)(%) 锆石裂变径迹 S15-2-1 9.1 50 4.031(2 822) 5.02(4 395) 3.42(2 992) 338 0 17.8±2.3(2.5) 33.2±1.4(87.3) 67.1±4.9(10.3) 34.9±1.6 S15-34-1 8.2 50 4.022(2 815) 4.67(4 195) 3.39(3 044) 335 0 17.8±2.3(10.1) 29.5±1.5(63.9) 54.0±5.0(26) 32.5±1.9 S15-88-1 5.8 51 4.012(2 808) 2.02(1 644) 2.66(1 992) 264 0 15.3±0.6(92.2) 218±35(7.8) 18.3±1.6 S15-117-1 4.0 50 4.002(2 801) 4.35(2 825) 3.20(2 079) 319 0 14.9±1.5(8.9) 28.6±1.1(76.1) 209.3±29(15) 33.6±2.9 S15-132-1 3.6 50 3.993(2 795) 2.51(2 308) 2.97(2 723) 296 0 14.0±1.1(28.5) 22.2±1.1(69.6) 45.0±14(1.8) 19.7±0.9 S15-140-1 2.8 51 3.983(2 788) 2.10(1 922) 2.72(2 490) 272 0.1 13.9±1.1(42) 21.3±1.2(58) 17.9±0.8 S12-16-1 Q 50 3.973(2 781) 4.25(4 154) 3.50(3 421) 351 0 21.3±1.2(31.9) 33.0±1.3(68.1) 28.4±1.2 S12-34-1 Q 50 3.963(2 774) 3.67(3 227) 5.88(5 174) 591 0 12.6±0.6(64.4) 19.8±1.0(35.6) 14.7±0.6 磷灰石裂变径迹 S15-2-1 9.1 50 3.210(3 443) 4.53(994) 1.99(4 369) 25 0 27.1±2.5(55.5) 47.6±4.4(40.1) 127.5±24.5(4.4) 38.0±3.3 S15-34-1 8. 2 44 3.295(3 438) 3.25(615) 1.36(2 565) 16 0 33.0±2.5(93) 163.1±21(7) 37.5±4.5 S15-88-1 5.8 15 3.244(3 441) 2.99(145) 1.39(673) 17 10.4 31.6±5.2(72.9) 54.6±17.4(7.8) 36.9±4.5 S15-117-1 4.0 50 3.261(3 440) 5.24(1 044) 2.56(5 103) 31 0 24.1±2.2(61.2) 45.5±4.5(34.7) 185.7±26(4) 35±3.9 S15-132-1 3.6 34 3.278(3 439) 2.70(391) 1.67(2 425) 20 32.5 26.6±3.2(92.4) 39.4±29(7.6) 27.4±2.2 S15-140-1 2.8 45 3.295(3 438) 2.16(508) 1.48(3 483) 18 1.3 24.4±1.8(97.8) 168.0±78(2.2) 25.1±1.9 S12-34-1 Q 25 2.956(3 460) 4.81(483) 5.27(5 296) 71 4.0 7.8±2.1(7.6) 14.8±1.1(92.4) 14.3±1.1 现将样品情况逐一介绍,S15-2-1样品的地层主要为一套灰色厚层状砂岩,夹灰色的薄层砾岩,砂岩层中发育板状交错层理,地层时代为9.1 Ma;S15-34-1样品的地层主要为一套灰色巨厚层状中—粗砾岩,砾石磨圆差,砾石层中夹有砂岩—粗砂岩的透镜体,样品就是采自这些砂岩透镜体中,地层时代为8.2 Ma;S15-88-1样品的地层主要为灰绿色松散中砂岩,底部含有砾石,地层时代为5.8 Ma;S15-117-1样品的地层下部为红褐色含砾粗砂岩渐变为灰绿色长石石英细砂岩,产腹足类化石,上部为灰白色含砾粗砂岩渐变为灰绿色长石石英细砂岩,夹薄层泥岩条带,札达盆地新近纪地层不整合在侏罗系之上,第三纪地层产状水平.第三纪沉积在盆地的南缘厚度最大约800 m,地层时代为4.0 Ma;S15-132-1为灰色巨厚层状中砾岩,夹土黄色泥岩透镜体,地层时代为3.6 Ma;S15-140-1样品地层主要为一套灰褐色中厚层复成分中细砾岩,基质为粗砂岩、粉砂岩,地层时代为2.8 Ma;另外还有两个来自第四系香孜组砾岩剖面中的样品,S12-16-1地层底部为灰白色中粗砾层,向上粒度减小,中部可见中厚层粗砂岩,上部为两层中砾岩层夹一层含砾粗砂;S12-34-1样品地层为一套灰黄色中薄层砾岩与灰黄色粉砂岩、泥质粉砂岩.
3. 札达盆地新生代沉积特征及物源分析
札达盆地新近纪地层不整合在侏罗系之上,第三纪地层产状水平.第三纪沉积,在盆地的南缘厚度最大约800 m,古地磁测年研究显示盆地第三纪沉积开始于9.5 Ma(王世峰等,2008b).中新世地层札达组主体为一套河湖相沉积,下部为多个河流相的正粒序旋回.
粉砂岩和泥岩沉积构造发育有砾石的定向排列、大型板状斜层理、楔状层理和槽状交错层理,为典型的河道沉积;向上变细为砂岩、粉砂泥岩互层,沉积构造发育爬升层理、槽状交错层理、楔状层理,并在泥岩中出现了湖盆斜坡向的滑塌构造及树杆化石和哺乳动物化石;再向上又出现了大段的砾岩层和砂岩、粉砂岩互层,图 2中的地层柱状简图描述了札达组地层的粒序变化.第四纪香孜组砾岩不整合于新近纪地层之上.
确定沉积物源对碎屑裂变径迹研究具有重要意义,古流向的判定,对确定沉积物源有指向性作用.前人研究盆地沉积时的古水流方向是由NW向SE流出盆地的(周勇等,2000).笔者根据在札达县城西南多几东沟实测沉积剖面的信息,从以下几个方面确定札达盆地中新世沉积物源为北部的阿伊拉日居山.
3.1 地层沉积厚度
野外实测剖面位于札达县城西南多几东沟地区,起点:E79.749 17°,N31.477 82°,海拔:3 634 m;终点:E79.741 335°,N31.380 945°;海拔:4 341 m(图 1).新近纪地层总厚度631.5 m,共分142层(图 2).
根据周勇等(2000)的研究资料,在盆地西北部曲松附近,地层厚150~170 m,向东南至札达县城一带,地层厚200~500 m,说明地层厚度从NW向SE有明显的增厚趋势.王世锋等(2008b)测得盆地南缘的地层厚度最大达到800 m左右,在札达县城西南4 km的多几东沟地区,第三系总厚度为631 m.上述资料表明盆地沉积厚度由北到南增大,沉积中心在盆地的南端,说明古水系是由北流向南,沉积物源来自北部的阿伊拉日居地区.
3.2 砾石的定向
札达盆地内新近纪沉积地层中发育有大量的洪冲积砾岩层,砾石扁平面具有很好的定向性.根据砾岩层(第1、3、5、7、9和34层)中砾石扁平面的产状统计,做出的玫瑰花图(图 2)显示,扁平状砾石总体倾向SSE.
砾石由于其自身形态等方面的特点,在一定情况下可以反映古水流的方向.对于叠瓦状排列的砾石,古流向与迭瓦面的方向相反;对于定向排列的长条状或扁平状砾石, 在不同的沉积环境下对古流向的指示具有不同的意义;在河流、水道等沉积环境中, 砾石的长轴方向代表古水流的方向, 而在海岸或湖岸等沉积环境中, 砾石的长轴方向与古水流方向垂直;圆形或近圆形的砾石对古流向的指示意义不明显(陈妍等,2008).分析研究区砾石定向的特点(图 3),砾石不具有叠瓦状排列的特征,是河流或水道中的长条状排列的砾石,砾石长轴方向代表古水流方向.
3.3 板状斜层理的定向
新近纪沉积地层的砂岩层中,发育大量的板状斜层理(图 4),地层层系产状近水平,前积纹层产状分别测得185°∠15°(第2层)、175°∠35°(第6层)、205°∠15°(第10层)、195°∠10°(第12层)和200°∠30°(第32层),板状斜层理前积纹层的倾向代表水流方向由此也可以判断出,盆地内古流向为由N向S的流向.
3.4 砾石成分的特点
盆地东南端多几东沟地区的地层实测剖面中的砾石成分分析表明,砾石主要为花岗岩和砂岩,同时有少量的石英岩和变质岩,并且层位向上花岗岩成分明显增多.前人对盆地南部的类似分析研究也表明,砾岩层的砾石成分也主要为花岗岩和砂岩,在地层柱中花岗岩砾石可达70%(周勇等,2000;高雄,2006),变质岩和基性、超基性岩砾石组分很少.这种砾石成份特点说明札达盆地物源与北部的阿伊拉日居山脉地区密切相关,因为沿阿伊拉日居山脉发育大量的中新生代花岗岩和中生代的砂泥质沉积岩,而盆地的西南部主要出露中生代的蛇绿混杂岩、砂岩、浅变质岩及元古代变质岩,与札达盆地新生代沉积砾石成分结构不匹配.也说明札达盆地新近系沉积的物源主要来自于盆地北部的阿伊拉日居山脉地区.
4. 碎屑裂变径迹热年代学分析
4.1 札达盆地碎屑锆石裂变径迹年龄分析
对盆地东南端多几东沟地区实测地层剖面砂岩的系列碎屑裂变径迹样品的测试结果显示,所有的裂变径迹年龄均大于样品的沉积年龄.裂变径迹的峰值年龄反映了源区的隆升、剥蚀过程和构造热事件.并且所有碎屑锆石样品P(x2)都小于1%,表明样品的裂变径迹年龄为多组分的.
札达盆地内综合8个样品的碎屑锆石裂变径迹年龄,显示有3个峰值,P1:12.6~15.3 Ma,P2:19.8~22.2 Ma,P3:28.6~33.2 Ma(表 1和图 5a).碎屑裂变径迹研究中滞后时间是一个重要的概念,滞后时间(lag time)△t:△t=tc-te,式中tc为矿物通过封闭温度等温面的年代;te为矿物被剥蚀的年代;td为矿物被沉积的年代; 其中te在矿物从剥蚀到沉积的年代地质历史尺度内可以忽略,即是te≈td.Bernet and Garver(2005)把滞后时间变化趋势分为了3种类型:(1)沿沉积剖面向上滞后时间减小,且样品峰值年龄比对应沉积地层年龄减小得快,即为移动峰,代表了源区持续和加速剥蚀过程;(2)沉积剖面向上滞后时间稳定不变,峰值年龄沿沉积剖面向上减小也呈移动峰,代表了源区的恒定的剥蚀速率;(3)沿沉积剖面向上滞后时间增大,反映源区减速的剥蚀过程,如果剖面上部,峰值年龄不变呈静态峰,反映的是源区地质历史上的一次快速阶段性剥露的冷却事件,可能与正断层活动及岩浆热侵入的快速冷却有关.图 5b给出了裂变径迹年龄滞后时间趋势,滞后时间总体随沉积地层年龄减小而增大,但沉积年龄5.8 Ma以来的5件样品的P1峰值年龄基本稳定在12.6~15.3 Ma之间,沉积年龄3.6 Ma以来的4件样品的P2峰值年龄基本稳定在19.8~22.2 Ma之间,即约5.8 Ma以来P1峰值12.6~15.3 Ma和P2峰值19.8~22.2 Ma表现为静态峰.反映源区阿伊拉日居山地区在12.6~15.3 Ma和19.8~22.2 Ma之间存在由断裂活动引起的快速剥蚀或者岩浆侵入事件导致的快速冷却.滞后时间和地层沉积年代的tc=A+Btd,其中A为参数,B为沉积年代和滞后时间的斜率,是反映剥蚀源区演化的一个参数,碎屑锆石P1峰值的滞后时间为9.5~10.9 Ma,B=沉积年龄/滞后时间 < 1,反映的是造山带早期形成阶段,断层性质转换或活动期.
图 5a显示样品P1、P2峰值年龄均与地层的沉积年龄正相关,即沉积年龄越小的地层,对应的裂变径迹的峰值年龄也越小.这也表明12.6~15.3 Ma,19.8~22.2 Ma峰值年龄是喀喇昆仑断裂在阿伊拉日居山段的两次活动时间.碎屑锆石裂变径迹年龄P3峰值28.6~33.2 Ma,反映阿伊拉日居山和喀喇昆仑断裂地区在此期间有一次热事件.岩浆锆石的34.5±1.9 Ma的年龄,反映了阿伊拉日居山北东侧存在约35 Ma岩浆事件(李海兵等,2007; Franck et al., 2008),与沉积盆地中由下到上33.2 Ma、29.5 Ma和28.6 Ma的裂变径迹峰值年龄反映的地质信息吻合.
表 1所示,锆石裂变径迹样品中,从S15-132-1(3.6Ma)开始相对较低层位,P1峰值年龄和P2峰值年龄都开始出现年轻的组分,表明源区加速的剥蚀过程,这应该与3 Ma左右青藏高原整体的快速隆升相关,隆升速度和幅度较大,并达到了相当的海拔高度,从而形成了季风带,降雨增多,剥蚀速度增大.第四系样品S12-16-1的年龄组分相对偏老,应该考虑是有源区阿伊拉日居地区中再循环物质的加入.
4.2 札达盆地碎屑磷灰石裂变径迹年龄分析
碎屑磷灰石裂变径迹年龄均大于样品的沉积年龄.裂变径迹的峰值年龄反映了源区的隆升、剥蚀过程和构造热事件,并且所有碎屑锆石样品P(x2)都小于1%,表明样品的裂变径迹年龄为多组分的.
札达盆地内碎屑磷灰石裂变径迹也有3个峰值:P1:7.8~14.8 Ma;P2:24.1~27.1 Ma;P3:31.6~33.0 Ma(表 1和图 6),其中P3峰值年龄31.6~33.0 Ma对应于锆石的P3峰值年龄28.6~33.2 Ma,说明源区在该年龄阶段经历了一次构造岩浆热事件.碎屑磷灰石的裂变径迹年龄与碎屑锆石的裂变径迹年龄大体可对比,但磷灰石的裂变径迹峰值年龄并不一定都比锆石的裂变径迹年龄小,原因可能是源区的热事件在锆石封闭温度和磷灰石封闭温度之间是一个快速冷却的过程,或者源区不同部位块体的冷却历史不同.
图 7是根据锆石、磷灰石的裂变径迹年龄及相应的退火温度,模拟阿伊拉日居山地区的FT热历史.据前面分析,认为札达盆地的沉积物源均来自北面的阿伊拉日居山地区,源区经历了快速的冷却过程,冷却速度21.0~8.3 ℃/Ma,平均15.4 ℃/Ma.地温梯度取35.0 ℃/km.33.2~14.8 Ma通过锆石、磷灰石封闭温度之间时是快速的,剥蚀速度达1.19~0.94 mm/a.
5. 盆山耦合及相关讨论
(1) 札达盆地为NNW-SSE走向,笔者从地层沉积构造、砾石成分、地层厚度等方面证明札达盆地新近纪沉积的物源来自盆地的北部,即阿伊拉日居山.但有研究者认为西南侧的喜马拉雅山也是札达盆地新近纪沉积的重要物源(高雄,2006;朱大岗等,2006).若考虑西南部喜马拉雅山物源的提供,则碎屑裂变径迹年龄必然有喜马拉雅山地区由藏南拆离系活动引起的隆升剥露和岩浆事件的冷却过程记录.有关研究表明藏南拆离系的活动时间主要为22~14 Ma,在13 Ma之后强烈活动信息很少(Zhang and Guo, 2007).前人对喀喇昆仑断裂进行了大量的研究,Matte et al.(1996)认为11 Ma以来喀喇昆仑断裂发生了右旋剪切;Searle et al.(1998)根据同构造花岗岩U-Pb年龄为(18.0±0.6)Ma,认为是断裂右旋活动的开始时间;Murphy et al.(2000, 2002)认为断裂活动时代为13 Ma; Zhou et al.(2001)则认为(6.88±0.36)~(8.75±0.25)Ma发生了强烈走滑变形,活动时间应该在6.8 Ma之前;Phillips et al.(1991)沿断裂发育的同构造花岗岩脉年龄认为,(15.68±0.52)~(13.73±0.28)Ma是断裂活动的最早时间;Franck et al.(2008)及李海兵等(2006, 2007)对喀喇昆仑东南端阿伊拉日居地区的研究认为,喀喇昆仑断裂东南端阿伊拉日居地区在32~35 Ma有岩浆活动,磁性地层学的资料显示在37 Ma青藏高原东北柴达木盆地发生了快速隆升和剥蚀事件(Pei et al., 2009).同位素方面的资料显示在25~22 Ma右旋剪切开始强烈活动,并伴有同构造花岗岩,李海兵等(2006, 2007)及Franck et al.(2008)认为27 Ma是右旋剪切活动的开始,22.0~13.7 Ma发生了大规模的热变质和流体交待作用;张克信等(2008)和Wang et al.(2009)也指出在13~8 Ma和5 Ma青藏高原地区分别有两次重大隆升期;Pei et al.(2009)研究指出在其东北部柴达木盆地38 Ma左右也有一次快速隆升事件.上述差异是由于研究方法的不同及考察喀喇昆仑断裂的部位不同所致.笔者在认真总结分析前人的研究成果的基础上,结合札达盆地碎屑裂变径迹年龄反映的信息,表 2中归纳给出了喀喇昆仑断裂东南端阿伊拉日居山地区存在着3次热事件.这3次热事件的年龄是从相关已发表文献中得出的结论,碎屑裂变径迹年龄是根据ZFT和AFT年龄综合得出的.札达盆地中碎屑裂变径迹年龄与沉积源区的热事件年龄基本吻合.笔者从物源,沉积盆地FT年龄结构和源区热事件对比(表 2)等方面考虑,认为盆地沉积物源主要受西北缘阿伊拉日居山地区的影响,盆地的FT峰值年龄反映的是喀喇昆仑断裂活动、热事件信息.
表 2 研究区盆山耦合热事件对比Table Supplementary Table Coupling thermal event of sedimentary basin and its source mountain札达盆地沉积碎屑(FT峰值年龄)(Ma) 源区阿伊拉日居山地区(热事件年龄)(Ma) 12.6~15.3 13.7~15.8 19.8~22.2 22~25 28.6~33.2 32~35 (2) 盆地的成因类型有挤压盆地(王维亮等,2004;张进江,2007)、地堑盆地(郭铁鹰等,1991)、半地堑盆地(Wang et al., 2008a;王世峰等,2008b)和挤压伸展盆地(翘板式盆地)(孟宪刚等,2004;邵兆刚等,2006).王世锋等(2008b)综合磁性地层学与热年代学数据,认为12~10 Ma以来,喀喇昆仑断裂开始走滑伸展,为断裂脆性走滑活动的开始时间,同时札达盆沉积地层开始于9.5 Ma的形成是断裂发展到一定阶段的产物,认为札达盆地是受喀喇昆仑断裂控制的半地堑盆地.本文从盆地碎屑裂变径迹年龄方面,进一步证明了札达盆地的发育演化受喀喇昆仑断裂东南段的发展演化的控制.
札达盆地位于“两体三带” (冈底斯地体、喜马拉雅地体、喀喇昆仑构造带、印度—雅江缝合带和藏南拆离系构造带)的构造位置.盆地的发育过程必然与相关构造带的活动有关.盆地的形态是NNW-SSE方向,新生代沉积时盆地北西高南东低,后期喀喇昆仑右行走滑和藏南拆离系向北拆离以及雅江缝合带南北挤压共同作用于盆地的南东端,使得盆地南东端抬升,盆底地势反转,象泉河向北西流出盆地.
6. 结论
(1) 锆石裂变径迹滞后时间与沉积时代对比分析显示,P1、P2峰值年龄中12.6~15.3 Ma与19.8~22.2 Ma时期为快速冷却事件的静态峰,反映源区的构造带断层发育活动的时间.
(2) 碎屑锆石的裂变径迹年龄P3峰值为28.6~33.2 Ma,对应的磷灰石的峰值年龄为31.6~33 Ma,阿伊拉日居山、喀喇昆仑地区有一次热事件.阿伊拉日居山北东侧存在有约为32~35 Ma岩浆事件,此次岩浆事件与沉积盆地中由下到上33.2 Ma、29.5 Ma和28.6 Ma的裂变径迹峰值年龄反映的地质信息吻合.
(3) 锆石、磷灰石裂变径迹年龄结构,显示该区在3 Ma左右发生了一次快速的隆升剥露事件.推测为该时期阿伊拉日居山和喜马拉雅山隆升速度和幅度较大,已经达到了相当的海拔高度,从而形成了季风带,降雨增多,剥蚀速度增大.这一结论与高原剧烈隆升发生在3 Ma左右一致.
(4) 锆石、磷灰石FT热历史拟合分析,源区32.6~9.5 Ma之间的冷却速率是15.4 ℃/Ma;33.2~14.8 Ma通过锆石、磷灰石封闭温度之间时是快速的,剥蚀速度达1.19~0.94 mm/a.
(5) 对比造山带与盆地的FT年龄结构及盆地沉积信息,札达盆地是受喀喇昆仑断裂东南端断层活动影响,发育的一个新生代沉积盆地.札达盆地FT热年代结构与喀喇昆仑东南端阿伊拉日居山地区的热事件年龄结构吻合,从热年代学角度很好地揭示了盆山耦合过程.
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表 1 札达盆地碎屑锆石和磷灰石裂变径迹(FT)年龄测试结果
Table 1. Detrital zircon and apatite fission track dating ages, Zanda basin
样品号 沉积年代(Ma) 颗粒数(N) ρd(105cm-2)(Nd) Ps(106cm-2)(Ns) Pi(106cm-2)(Ni) U(ug·g-1) P(x2)(%) P1t age(Ma±1σ)(%) P2t age(Ma±1σ)(%) P3t age(Ma±1σ)(%) Central age(Ma±1σ)(%) 锆石裂变径迹 S15-2-1 9.1 50 4.031(2 822) 5.02(4 395) 3.42(2 992) 338 0 17.8±2.3(2.5) 33.2±1.4(87.3) 67.1±4.9(10.3) 34.9±1.6 S15-34-1 8.2 50 4.022(2 815) 4.67(4 195) 3.39(3 044) 335 0 17.8±2.3(10.1) 29.5±1.5(63.9) 54.0±5.0(26) 32.5±1.9 S15-88-1 5.8 51 4.012(2 808) 2.02(1 644) 2.66(1 992) 264 0 15.3±0.6(92.2) 218±35(7.8) 18.3±1.6 S15-117-1 4.0 50 4.002(2 801) 4.35(2 825) 3.20(2 079) 319 0 14.9±1.5(8.9) 28.6±1.1(76.1) 209.3±29(15) 33.6±2.9 S15-132-1 3.6 50 3.993(2 795) 2.51(2 308) 2.97(2 723) 296 0 14.0±1.1(28.5) 22.2±1.1(69.6) 45.0±14(1.8) 19.7±0.9 S15-140-1 2.8 51 3.983(2 788) 2.10(1 922) 2.72(2 490) 272 0.1 13.9±1.1(42) 21.3±1.2(58) 17.9±0.8 S12-16-1 Q 50 3.973(2 781) 4.25(4 154) 3.50(3 421) 351 0 21.3±1.2(31.9) 33.0±1.3(68.1) 28.4±1.2 S12-34-1 Q 50 3.963(2 774) 3.67(3 227) 5.88(5 174) 591 0 12.6±0.6(64.4) 19.8±1.0(35.6) 14.7±0.6 磷灰石裂变径迹 S15-2-1 9.1 50 3.210(3 443) 4.53(994) 1.99(4 369) 25 0 27.1±2.5(55.5) 47.6±4.4(40.1) 127.5±24.5(4.4) 38.0±3.3 S15-34-1 8. 2 44 3.295(3 438) 3.25(615) 1.36(2 565) 16 0 33.0±2.5(93) 163.1±21(7) 37.5±4.5 S15-88-1 5.8 15 3.244(3 441) 2.99(145) 1.39(673) 17 10.4 31.6±5.2(72.9) 54.6±17.4(7.8) 36.9±4.5 S15-117-1 4.0 50 3.261(3 440) 5.24(1 044) 2.56(5 103) 31 0 24.1±2.2(61.2) 45.5±4.5(34.7) 185.7±26(4) 35±3.9 S15-132-1 3.6 34 3.278(3 439) 2.70(391) 1.67(2 425) 20 32.5 26.6±3.2(92.4) 39.4±29(7.6) 27.4±2.2 S15-140-1 2.8 45 3.295(3 438) 2.16(508) 1.48(3 483) 18 1.3 24.4±1.8(97.8) 168.0±78(2.2) 25.1±1.9 S12-34-1 Q 25 2.956(3 460) 4.81(483) 5.27(5 296) 71 4.0 7.8±2.1(7.6) 14.8±1.1(92.4) 14.3±1.1 表 2 研究区盆山耦合热事件对比
Table 2. Coupling thermal event of sedimentary basin and its source mountain
札达盆地沉积碎屑(FT峰值年龄)(Ma) 源区阿伊拉日居山地区(热事件年龄)(Ma) 12.6~15.3 13.7~15.8 19.8~22.2 22~25 28.6~33.2 32~35 -
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