張以春 張予杰 袁東勛 徐海鵬,3 喬楓,3
1. 現(xiàn)代古生物和地層學(xué)國家重點實驗室,中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所,生物演化與環(huán)境卓越創(chuàng)新中心,南京 2100082. 中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心,成都 6100813. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),合肥 2300261.
特提斯造山帶是橫貫歐亞的巨型造山帶,西起阿爾卑斯,東至東南亞,綿延數(shù)千千米,記錄了多重特提斯洋盆的開啟、擴張和閉合碰撞的過程(eng?r,1979;Stampfli and Borel,2002)。重塑特提斯的演化歷史日益成為各學(xué)科地質(zhì)學(xué)家共同關(guān)心的重大科學(xué)問題。
學(xué)術(shù)界一般認(rèn)可伴隨著基墨里陸塊(Cimmerian Continent)從岡瓦納大陸裂解,北面的古特提斯洋越來越小,而南面的新特提斯洋逐步打開并擴張(Stampfli and Borel,2002)。古特提斯洋和新特提斯洋在青藏高原上分別對應(yīng)于龍木錯-雙湖縫合帶和雅魯藏布江縫合帶(李才,1987; Zhangetal.,2013a; Zhuetal.,2013)。而在這兩個縫合帶之間還存在另一縫合帶,即班公湖-怒江縫合帶(潘桂棠等,1983; Fanetal.,2018)(圖1)。這個縫合帶向西如何跨越喀喇昆侖斷裂延伸到喀喇昆侖地塊及東南帕米爾地區(qū),以及向東如何穿越滇西與緬甸境內(nèi)的縫合帶相連一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(Mitchelletal.,2012;Robinsonetal.,2012; Liuetal.,2016)。
同樣,關(guān)于班公湖-怒江洋的打開時間也有諸多觀點。一些學(xué)者認(rèn)為班公湖-怒江洋打開時間是早侏羅世(Baxteretal., 2009),而部分學(xué)者認(rèn)為班公湖-怒江洋是一個在早古生代早期就存在的大洋(Panetal.,2012)。目前,在班公湖-怒江縫合帶中報道的最早的放射蟲記錄是出露在丁青一帶的Capnuchosphaera動物群,時代為晚三疊世卡寧期(王玉凈等,2002)。這表明班公湖-怒江洋縫合帶的打開時間至少是在晚三疊世卡寧期以前。同樣,近年來諸多蛇綠巖的研究也證實班怒帶中晚三疊世存在洋殼(Fanetal., 2018;武勇等,2018)。最新古地磁的研究也表明南羌塘在晚三疊世諾利期的古緯度是北緯27°(宋春彥等,2012),而此時拉薩地塊位于南緯16°~18°(Zhouetal.,2016)。因此,班公湖-怒江洋打開的時間明顯要早于晚三疊世。最近,學(xué)者在洞錯一帶報道了榴輝巖,并認(rèn)為其原巖為260Ma左右的基性巖,因此認(rèn)為班怒洋在晚二疊世時已經(jīng)是成熟的洋盆(Zhangetal.,2016c)。同樣,在那曲一帶新發(fā)現(xiàn)277.8Ma左右的基性巖墻群,它的出露可能與班公湖-怒江洋的初始打開有關(guān)(Chenetal.,2017)。從近年來的這些研究可以看出,班公湖-怒江洋的打開時間可能發(fā)生在二疊紀(jì)。
二疊紀(jì)是地質(zhì)歷史時期古生物地理分區(qū)最為明顯的一個時間段,這得益于晚古生代發(fā)育于岡瓦納北緣的大陸型冰川(Montaezetal.,2007;Isbelletal.,2012)。冰川的發(fā)育使得從赤道向南半球高緯度地區(qū)形成較明顯的古溫度梯度。因此,在二疊紀(jì)的不同時期,古生物地理的研究證實從華南到印度板塊北緣不同緯度區(qū)上,存在明顯的生物地理區(qū)系(Shenetal.,2001,2009,2013;Shen and Shi,2004)。最新的研究證實,除了二疊紀(jì)最末期的全球升溫事件可以短暫打破古生物地理區(qū)系的格局,待溫度降低后,古生物地理分區(qū)在中晚三疊世又顯現(xiàn)出來(Keetal., 2016)。這意味著由緯度控制的古生物地理分區(qū)幾乎在整個二疊紀(jì)時期都可以識別。古生物地理分區(qū)的存在就使得在不同緯度區(qū)的不同地塊上有特殊的動物群組合,而同一緯度范圍往往都有較相似的組合,這一因素就使得可以通過地塊上的動物群組合來判斷地塊與地塊之間的古地理關(guān)系,從而進行古地理重建,這一方法在近年來得到了很好的應(yīng)用(Ueno,2003;Metcalfe,2013;Zhangetal.,2016a)。
現(xiàn)今關(guān)于拉薩地塊在晚古生代是位于印度板塊北緣還是位于西澳大利亞北緣仍然有較大的爭議性(Zhangetal.,2013a;Zhuetal.,2013;Chenetal.,2017;Fanetal.,2017)。但不可否認(rèn)的是,南羌塘地塊、保山地塊和Sibumasu地塊在中晚三疊世已分別和北羌塘地塊、思茅地塊和Indochina地塊碰撞,完成古特提斯洋的閉合(Liaoetal.,2013;Zhaietal.,2013;Gardineretal.,2016),而拉薩地塊和南羌塘地塊的碰撞(即班公湖-怒江洋的閉合)一般發(fā)生于晚侏羅世至早白堊世或者更晚(Kappetal.,2007;Liuetal.,2017;Maetal.,2017;Fanetal.,2018)。因此,無論拉薩地塊當(dāng)時的位置如何,南羌塘地塊和拉薩地塊之間的地層和古生物地理差異性就可以約束位于它們之間的班公湖-怒江洋的開啟時間。
本文將基于近年來在南羌塘地塊和拉薩地塊上的研究進展,從地層和古生物地理角度探討南羌塘地塊和拉薩地塊的差異性,從而為班公湖-怒江洋的打開時間提供有效約束。
圖1 青藏高原大地構(gòu)造劃分圖及地層剖面位置 1-日土縣多瑪鄉(xiāng)脫塔拉剖面;2-革吉縣民卓茶卡剖面;3-雙湖縣措折羌瑪鄉(xiāng)安木剖面;4~6-雙湖縣措折羌瑪鄉(xiāng)多瑪A-C剖面;7-噶爾縣獅泉河朗久剖面;8-噶爾縣獅泉河羊尾山剖面;9-措勤縣阿多嘎布剖面;10-措勤縣夏東剖面;11-申扎縣木糾錯剖面;12-林周縣烏魯龍剖面Fig.1 Tectonic subdivision of the Qinghai-Tibet Plateau and the position of the sections studied in the paper 1-Tuotala section in Duoma, Rutog County; 2-Mingzhuochaka section in Gê’gyai County; 3-Anmu section in Cuozheqiangma, Shuanghu County; 4~6-Duoma A-C sections in Cuozheqiangma, Shuanghu County; 7-Langjiu section in Shiquanhe, Gar County; 8-Yangweishan section in Shiquanhe, Gar County; 9-Aduogabu section in Tsochen County; 10-Xiadong section in Tsochen County; 11-Mujiucuo section in Xainza County; 12-Wululong section in Lhunzhub County
南羌塘地塊位于龍木錯-雙湖縫合帶以南、班公湖-怒江縫合帶以北。該地岡瓦納相地層最早被稱為霍爾巴錯巖系(Norin,1946)。梁定益等(1983)稱之為霍爾巴錯群,并把它自下而上劃分為擦蒙組、展金組和曲地組。
擦蒙組和展金組廣泛見于南羌塘地塊的中部和西部,這兩個組在野外不易嚴(yán)格區(qū)分。擦蒙組是一套典型的冰海雜礫巖,發(fā)育落石結(jié)構(gòu)(圖2a),其基質(zhì)是暗色極薄層狀粉砂巖和泥巖呈韻律性互層。展金組與擦蒙組為連續(xù)過渡,展金組中最典型的特征是發(fā)育滑塌構(gòu)造和包卷層理(圖2b),背景沉積環(huán)境可能是斜坡相。擦蒙組中至今未有化石報道,時代不確定;而展金組中的砂質(zhì)灰?guī)r夾層中報道有雙殼類Eurydesmaperversum和腕足類Martiniachamongensis,Anidanthusfusiformis等,時代相當(dāng)于早二疊世薩克馬爾(Sakmarian)期(梁定益等,1983)。南羌塘地塊中部一帶的擦蒙組和展金組同樣分布較廣,但普遍受到變質(zhì)作用影響,多數(shù)呈板巖或片巖(范建軍等,2012)。
圖2 南羌塘地塊二疊紀(jì)地層及沉積相 (a)擦蒙組中的冰磧落石;(b)展金組中的滑塌體;(c)吞龍共巴組底部的鮞?;?guī)r;(d)上二疊統(tǒng)吉普日阿群不整合于下二疊統(tǒng)吞龍共巴組之上; (e)上二疊統(tǒng)吉普日阿群底部的礫巖沉積;(f)礫巖的顯微照片,灰?guī)r礫石全部來自于下伏吞龍共巴組Fig.2 Permian strata and sedimentary facies in the South Qiangtang Block (a) glacio-marine dropstone in the Cameng Formation; (b) slumped sandstone in the Zhanjin Formation; (c) oolic limestone in the base of the Tunlonggongba Formation; (d) The Tunlonggongba Formation is overlain unconformably by the Upper Permian Jipuria Group; (e) conglomerates in the base of the Upper Permian Jipuria Group; (f) microscopic picture showing the Tunlonggongba limestone rocks in the conglomerate
總之,南羌塘地塊的二疊系向自向東呈現(xiàn)較大的巖相差別(圖3)。西部多瑪?shù)貐^(qū)下二疊統(tǒng)下部地層變質(zhì)程度輕,下二疊統(tǒng)和上二疊統(tǒng)之間存在不整合面;而中部榮瑪?shù)貐^(qū)下二疊統(tǒng)下部地層變質(zhì)強,并且區(qū)域上存在廣泛的玄武巖和灰?guī)r組成的中二疊統(tǒng)魯谷組地層。
拉薩地塊位于班公湖-怒江縫合帶以南、雅魯藏布江縫合帶以北,內(nèi)部又以獅泉河-納木錯蛇綠混雜巖帶和洛巴堆-米拉山斷裂為界分為北拉薩、中拉薩和南拉薩(Zhuetal.,2013)。前寒武系至上古生界的地層絕大部分保存在中拉薩地塊上。
圖4 拉薩地塊二疊系地層及沉積相 (a)申扎縣永珠剖面拉嘎組的冰磧落石;(b)林周縣旁多鄉(xiāng)旁多群中的冰磧落石;(c)申扎縣木糾錯二疊系;(d)林周縣旁多鄉(xiāng)烏魯龍剖面的烏魯龍組Fig.4 Permian strata and sedimentary facies in the Lhasa Block (a) glacio-marine dropstone in the Largar Formation in Yunzhug, Xainza County; (b) glacio-marine dropstone in Poindo Group, Poindo, Lhunzhub County; (c) Permian sequences in the Mujiucuo section, Xainza County; (d) Wululong Formation in the Wululong section, Poindo, Lhunzhub County
下二疊統(tǒng)的地層以拉嘎組或旁多群為代表,巖性主要以細(xì)碎屑巖為主,可見明顯冰筏作用的冰磧礫石。在申扎縣永珠鄉(xiāng)一帶可見明顯的花崗巖落石刺穿原有正常層序(圖4a);同樣,在林周縣烏魯龍村旁多群中,亦可見到冰筏相的落石結(jié)構(gòu),并且落石上有明顯冰川作用的痕跡(圖4b)。旁多群含有特征的腕足Bandoproductus動物群,時代可能是早二疊世薩克馬爾期(金玉玕和孫東立,1981)。在申扎地區(qū),拉嘎組下伏永珠組的頂部也含有Trigonotretamagnifica-Bandoproductusintermedia組合,這說明永珠組的頂部時代已經(jīng)是薩克馬爾期(詹立培等,2007)。拉嘎組之上直接過渡為昂杰組。昂杰組最主要特征是底部為一套厚度不等的含豐富苔蘚蟲的灰?guī)r,上部為極薄層粉砂巖,粉砂巖中偶夾灰?guī)r透鏡體(圖4c)。值得指出的是,昂杰組底部的灰?guī)r層可作為一標(biāo)志層,在整個拉薩地塊都可以識別到,在林周地區(qū)相當(dāng)于烏魯龍組下部(圖4d)(文世宣等,1984)。昂杰組中含大量的苔蘚蟲化石,主要由Fenestella,Polyora等分子組成;腕足類主要以涼水型分子為主,如:Costiferinaindica,Stenoscismapurdoni,Spiriferellasalteri,Neospiriferkubeiensis等,被稱為Spiriferella-Costiferina組合(鄭春子等,2005)。昂杰組中的牙形刺是以Neostreptognathodus為主,時代是空谷期(鄭春子等,2005)。
下拉組上部以中厚層灰?guī)r為主,含有孔蟲、腕足、腹足等化石。其中在申扎木糾錯剖面下拉組的上部發(fā)現(xiàn)了暖水型牙形刺類Clarkinaliangshanensis,C.orientalis,時代相當(dāng)于晚二疊世吳家坪(Wuchiapingian)晚期(Yuanetal.,2014)。在木糾錯地區(qū),下拉組之上的地層為巨厚的白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖組成的木糾錯組,其中含有珊瑚類Waagenophyllumindicumcrassiseptatum和Liangshanophyllumstreptoseptatum兩種(程立人等,2002)。而措勤至獅泉河一帶,下拉組可一直延續(xù)到二疊紀(jì)最末期。在措勤縣西北阿多嘎布一帶,下拉組最頂部由灰?guī)r和少量砂巖組成,含豐富的有孔蟲Colaniellaparva,C.cylindrica,C.nana,Reichelinachanghsingensis,Paraglobivalvulinasp.等,時代屬于晚二疊世長興(Changhsingian)期(Qiaoetal.,2019)。在其北面的文布當(dāng)桑一帶,二疊和三疊紀(jì)的海相地層為連續(xù)沉積(Wuetal.,2014)。同樣,在獅泉河的左左鄉(xiāng)一帶也含有晚二疊世晚期和早三疊世早期的牙形刺化石記錄(紀(jì)占勝等,2007)。
總之,整個拉薩地塊的二疊系從地層層序上來看非常穩(wěn)定,它都是逐步從受冰期影響的碎屑巖相地層轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴妓猁}巖為主的地層,東西向的差別僅表現(xiàn)在巖層厚度上(圖5)。
西藏南羌塘地塊和拉薩地塊的特征是呈東西向條帶狀分布,寬度較窄。如果當(dāng)時南羌塘地塊和拉薩地塊同屬于一個地塊(班公湖-怒江洋未開啟),那么這兩個地塊上的地層層序變化、古生物地理特征應(yīng)具有一致性。反之,如果兩地塊在地層序列、古生物地理上表現(xiàn)出明顯的差異,則說明兩地塊之間可能有洋盆隔離。因此,南羌塘地塊和拉薩地塊二疊紀(jì)地層層序和動物群古生物地理的對比將對班公湖-怒江洋的開啟時間有重要指示意義。
拉薩地塊和南羌塘地塊在晚二疊世地層層序和動物群上差異性較大。從地層上來看,上二疊統(tǒng)至下三疊統(tǒng)海相地層在拉薩地塊廣泛分布(紀(jì)占勝等,2007; Wuetal.,2014;Qiaoetal.,2019)。而南羌塘地塊上的上二疊統(tǒng)地層僅分布在西部多瑪-熱合盤一帶(梁定益等,1983;吳瑞忠和藍伯龍,1990),而在中部的羌多至雙湖一帶,則未有上二疊統(tǒng)地層的報道。
從動物群組合上來看,拉薩地塊總體呈現(xiàn)暖水的特色。從腕足方面來看,拉薩地塊中部措勤地區(qū)和東部卻桑寺一帶的晚二疊世腕足基本都是華南常見的類型,如Transennatia,Spinomarginifera,Peltichia,Haydenella等(孫東立等,1981; Xuetal., 2019)。同樣,牙形刺動物群也和華南有較大的相似性(Yuanetal.,2014; Wuetal.,2014)。但是拉薩地塊上的晚二疊世有孔蟲動物群卻給出了不同的信息。
與拉薩地塊上述地區(qū)的晚二疊世地層剖面不同,南羌塘地塊西部上二疊統(tǒng)的地層中則發(fā)現(xiàn)有Palaeofusulina的報道(吳瑞忠和藍伯龍,1990)。
綜上所述,在拉薩地塊上以及在拉薩地塊以南的岡瓦納大陸北緣(Pakistan-Japanese Working Group,1985)或雅魯藏布江縫合帶中的灰?guī)r外來體中(Wangetal.,2010),僅能見到豐富的Colaniella分子,但缺少了Palaeofusulina分子。而在南羌塘地塊上與其對應(yīng)的地層中則有Palaeofusulina,造成這一差異的一個原因可能是在晚二疊世長興期時,南羌塘已經(jīng)進入到低緯度區(qū)的熱帶區(qū)域,而此時拉薩地塊卻沒有進入低緯度區(qū)域,因此它缺失Palaeofusulina動物群(Qiaoetal.,2019)。
圖5 拉薩地塊不同剖面二疊系地層對比圖Fig.5 Permian stratigraphic correlations among different sections in the Lhasa Block
因此,拉薩地塊晚二疊世的地層層序和有孔蟲動物群組合與南羌塘地塊展現(xiàn)出較明顯的差異性,據(jù)此可推斷南羌塘地塊與拉薩地塊至少從晚二疊世就已經(jīng)發(fā)生分離,即班公湖-怒江洋開啟的時間早于晚二疊世。
和晚二疊世一樣,拉薩地塊中二疊世的地層和動物群與南羌塘地塊也表現(xiàn)出明顯的差異。首先從地層方面來講,拉薩地塊是以下拉組為代表的穩(wěn)定碳酸鹽巖地層,它在西部分布于獅泉河一帶(郭鐵鷹等,1991),在中部分布于措勤和申扎(Zhangetal.,2010,2019),在東部分布于林周和八宿一帶(文世宣等,1984)。拉薩地塊內(nèi)部微小的沉積分異可能表現(xiàn)在西部的獅泉河一帶,該地區(qū)中二疊世地層中的硅質(zhì)條帶和硅質(zhì)結(jié)核要明顯多于措勤和申扎一帶。但從整體面貌上來看,拉薩地塊屬于穩(wěn)定的碳酸鹽臺地相沉積。相比之下,南羌塘地塊中二疊世地層表現(xiàn)出極大的不穩(wěn)定性。如前所述,在南羌塘地塊西部東汝鄉(xiāng)一帶,上二疊統(tǒng)吉普日阿群不整合覆蓋于下二疊統(tǒng)吞龍共巴組之上,兩者之間缺失了中二疊統(tǒng)地層;而羌多至雙湖一帶的中二疊統(tǒng)地層多數(shù)夾有玄武巖夾層(孫東立和徐均濤,1991)。因此,整個南羌塘地塊的中二疊統(tǒng)從西往東表現(xiàn)出明顯的差異性和不穩(wěn)定性。它和拉薩地塊中二疊統(tǒng)地層的穩(wěn)定性形成明顯差別。
總之,拉薩地塊中二疊世的沉積層序及特色動物群組合與南羌塘地塊產(chǎn)生明顯的差異性。因此,它們之間的班公湖-怒江洋在中二疊世(~269Ma)時應(yīng)該已經(jīng)形成一定的寬度。
早二疊世最早期,受到岡瓦納北緣大陸型冰川的影響,南羌塘地塊、拉薩地塊等岡瓦納北緣的這些塊體上都發(fā)育與冰川作用相關(guān)的冰筏相沉積。這意味著這些塊體都位于岡瓦納大陸北緣不遠(yuǎn)的位置上,即當(dāng)時的班公湖-怒江洋可能并未打開。而一般認(rèn)為印度板塊北緣和西澳大利亞北緣冰期結(jié)束的時期是在薩克馬爾期早中期(Fieldingetal.,2008;Isbelletal.,2012)。那么,班公湖-怒江洋的打開時間應(yīng)該是在薩克馬爾期之后。因此,南羌塘與拉薩地塊亞丁斯克期和空谷期地層層序和動物群的對比將對洋盆打開提供有效約束。
如上所述,南羌塘地塊在早二疊世晚期時沉積相發(fā)生較大的變化。南羌塘地塊西部的地層是以吞龍共巴組為代表(梁定益等,1983),中部羌多至雙湖一帶的地層以含玄武巖的魯谷組為代表(孫東立和徐均濤,1991;Zhangetal.,2012b)。拉薩地塊空谷期的地層相當(dāng)于從昂杰組至下拉組下部的這段地層。值得提出的是,拉薩地塊從昂杰組至下拉組下部的這段地層在區(qū)域上非常穩(wěn)定,尤其是昂杰組底部的灰?guī)r段,在整個拉薩地塊都可以追蹤到。因此從地層層序上來講,南羌塘地塊與拉薩地塊在空谷期時產(chǎn)生了較大的差異性。
因此,南羌塘地塊和拉薩地塊在早二疊世晚期地層層序上有明顯差別,南羌塘地塊上具有的很多暖水動物群和特色動物群至今在拉薩地塊上未見,這或許也因為拉薩地塊的研究程度不及南羌塘地塊。因此,值得進一步研究。
圖6 南羌塘地塊和拉薩二疊紀(jì)層序、特色動物群對比圖Fig.6 Correlations of the Permian sequences and characteristic faunas between the South Qiangtang and Lhasa blocks
如上所述,從地層層序上來講,至少從空谷期開始,南羌塘地塊與拉薩地塊具有顯著區(qū)別。拉薩地塊上從昂杰組到下拉組(空谷期至長興期)是一連續(xù)從砂巖至碳酸鹽巖的層序,從西邊的獅泉河到東邊的八宿都可以完全對比。而南羌塘地塊空谷期時,西部是臺地相吞龍共巴組,而中部是多層玄武巖與灰?guī)r組成的層序;中二疊時,地層展布不均衡,南羌塘地塊西部東汝鄉(xiāng)一帶吞龍共巴組頂部發(fā)生抬升,缺失中二疊統(tǒng)。晚二疊世時,海相地層僅分布在西部多瑪一帶,而在中部缺失。因此,從地層層序上來看,南羌塘地塊與拉薩地塊至少從空谷期開始就不會是連在一起的同一地塊。
然而,拉薩地塊的古地理位置一直懸而未決,盡管火山巖的分布、碎屑鋯石、古生物地理等多方面的證據(jù)表明拉薩地塊很可能位于西澳大利亞北緣(Zhangetal.,2013a;Zhuetal.,2013;Liaoetal.,2015),但也有證據(jù)表明拉薩地塊還是來源于印度板塊北緣(Fanetal., 2017)。如果拉薩地塊是位于印度板塊與南羌塘地塊之間,那么南羌塘地塊與拉薩地塊不同的地層層序預(yù)示著這兩個地塊至少從空谷期就分開了。
(1)南羌塘地塊和拉薩地塊早二疊世早期都受晚古生代大冰期影響,發(fā)育冰海雜礫巖,表明此時班公湖-怒江洋并未開啟。
(2)地層層序上,南羌塘地塊在冰期結(jié)束以后東西向地層層序表現(xiàn)出較大的差異性;而拉薩地塊整體在冰期結(jié)束后是以碎屑巖到碳酸鹽巖過渡的穩(wěn)定層序。
(4)班公湖-怒江洋的打開時間約束在早二疊世早期冰期結(jié)束以后、中二疊世以前的時間段內(nèi)。
致謝感謝吉林大學(xué)李才教授和中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所金小赤研究員對本文提出建設(shè)性意見。同時也感謝中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所翟慶國研究員推薦我們來撰寫這篇從地層古生物角度探討班公湖-怒江洋盆開啟時間的文章。青藏高原廣袤遼闊,地質(zhì)構(gòu)造異常復(fù)雜,地質(zhì)資料零散,一些認(rèn)識可能存在偏頗,懇請學(xué)者同仁批評指正!
今年恰逢肖序常院士90華誕暨從事地質(zhì)事業(yè)70周年,我們撰寫此文,表達對肖院士的衷心祝愿。