班公湖-怒江縫合帶東段晚白堊世紅層古地磁研究及其構(gòu)造意義*

曹勇 孫知明 李海兵 曹新文 劉晨光 葉小舟 李成龍 張蕾

1. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，自然資源部古地磁與古構(gòu)造重建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081 2. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，自然資源部深地動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037 3. 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(廣州)，廣州 511458 4. 陜西工程勘察研究院有限公司，西安 710068

青藏高原形成和演化是地學(xué)界最熱門(mén)的研究課題之一。印度板塊和拉薩地塊自岡瓦納大陸裂解后向北漂移，并最終碰撞-拼合至亞洲大陸南緣。由于拉薩與羌塘地塊在侏羅-白堊紀(jì)以及印度與亞洲大陸在早新生代的先后碰撞，導(dǎo)致白堊紀(jì)以來(lái)亞洲大陸內(nèi)部發(fā)生了大量的構(gòu)造縮短和構(gòu)造旋轉(zhuǎn)作用，對(duì)青藏高原內(nèi)部變形和隆升產(chǎn)生了重要的影響(Patriat and Achache, 1984；Murphyetal.，1997；Yin and Harrison，2000；DeCellesetal.，2002；Kappetal.，2007；van Hinsbergenetal.，2011；Lietal.，2015；Yanetal.，2016)。因此，定量約束亞洲大陸內(nèi)部構(gòu)造縮短對(duì)探討青藏高原的形成和演化具有重要意義。

地質(zhì)證據(jù)表明拉薩地塊與羌塘地塊碰撞所造成的顯著構(gòu)造縮短主要發(fā)生在早白堊世時(shí)期(Murphyetal.，1997；Kappetal.，2007)，那么晚白堊世以來(lái)亞洲大陸內(nèi)部的構(gòu)造縮短應(yīng)該主要是由印度與亞洲大陸碰撞所致。但現(xiàn)有地質(zhì)資料對(duì)印度與亞洲大陸碰撞所導(dǎo)致亞洲大陸內(nèi)部構(gòu)造縮短量的約束存在較大爭(zhēng)議。Yin and Harrison(2000)提出印度與亞洲大陸碰撞以來(lái)至少有～1360km的南北向構(gòu)造縮短被喜馬拉雅-青藏高原造山帶所吸收；Lietal.(2015)綜合分析地質(zhì)資料認(rèn)為～55Ma以來(lái)印度與亞洲大陸之間發(fā)生了～1630km的構(gòu)造縮短，而在亞洲大陸內(nèi)部的構(gòu)造縮短量為～1010km；但van Hinsbergenetal.(2011)認(rèn)為亞洲大陸內(nèi)部不同地區(qū)構(gòu)造縮短量并不一致，西部、中部和東部構(gòu)造縮短量分別為～1050km、～750km和～600km。

古地磁學(xué)在板塊古緯度位置重建方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，將所獲得的古緯度實(shí)測(cè)值與期望值對(duì)比可以定量約束板塊內(nèi)部構(gòu)造縮短量。前人根據(jù)拉薩地塊和羌塘地塊晚白堊世古地磁研究對(duì)亞洲大陸內(nèi)部南北向構(gòu)造縮短進(jìn)行了探討，但其結(jié)果存在較大分歧。如拉薩地塊中部南緣晚白堊世古地磁研究表明印度與亞洲大陸碰撞以來(lái)亞洲大陸南緣與亞洲大陸剛性塊體之間產(chǎn)生了1500±830km的構(gòu)造縮短(Sunetal.，2012)；拉薩地塊西緣古地磁結(jié)果顯示晚白堊世以來(lái)拉薩地塊西緣與亞洲大陸剛性塊體之間的構(gòu)造縮短量為1500±800km(Maetal.，2017)；而拉薩地塊林周盆地古地磁研究結(jié)果顯示晚白堊以來(lái)亞洲大陸內(nèi)部的構(gòu)造縮短量為1040～1200km(Caoetal.，2017；梁雅倫等，2017)，該結(jié)果與拉薩地塊東北緣晚白堊世古地磁研究所揭示的印度與亞洲大陸碰撞以來(lái)亞洲大陸內(nèi)部構(gòu)造縮短量較為一致(Tongetal.，2017)；但也有學(xué)者提出較小的構(gòu)造縮短量，如拉薩地塊措勤地區(qū)晚白堊世古地磁研究顯示印度與亞洲大陸碰撞導(dǎo)致亞洲大陸內(nèi)部構(gòu)造縮短量?jī)H為780±240km(Yangetal.，2015)；羌塘地塊雙湖地區(qū)晚白堊世古地磁結(jié)果表明印度與亞洲大陸碰撞導(dǎo)致青藏高原中部與蒙古地體之間發(fā)生了830±320km的構(gòu)造縮短(Mengetal.，2018)。此外，也有學(xué)者的古地磁研究結(jié)果顯示印度與亞洲大陸碰撞后亞洲大陸內(nèi)部并未產(chǎn)生明顯的構(gòu)造縮短(Tanetal.，2010；Mengetal.，2012；Huangetal.，2013)。

從以上分析可以看出，現(xiàn)有古地磁研究所揭示自印度與亞洲大陸碰撞以來(lái)亞洲大陸內(nèi)部從無(wú)明顯構(gòu)造縮短至存在約2000km的構(gòu)造縮短不等。拉薩地塊內(nèi)部構(gòu)造縮短發(fā)生的時(shí)間主要集中在早白堊世(Murphyetal.，1997；Kappetal.，2007)，那么印度與亞洲大陸碰撞所導(dǎo)致亞洲大陸內(nèi)部南北向構(gòu)造縮短應(yīng)主要集中在拉薩地塊以北的區(qū)域(Sunetal.，2012；曹勇等，2017)。因此，本文選擇位于拉薩地塊北部的班公湖-怒江縫合帶(圖1)開(kāi)展詳細(xì)的古地磁研究，以限定其晚白堊世的古緯度位置，為探討亞洲大陸內(nèi)部構(gòu)造縮短提供古地磁學(xué)定量約束。

1 地質(zhì)背景及樣品采集

班公湖-怒江縫合帶是青藏高原上板塊碰撞拼合的主要構(gòu)造界線之一，由其南側(cè)的拉薩地塊與北部的羌塘地塊碰撞而形成(圖1a)(Yin and Harrison，2000；潘桂棠等，2004；Zhangetal.，2012；Zhuetal.，2016)。班公湖-怒江縫合帶東西長(zhǎng)約2000km，其北部邊界為班公湖-康托-茲格塘錯(cuò)-安多-丁青雪拉山斷裂，南部邊界為日土-改則-尼瑪-丁青斷裂(圖1b)(耿全如等，2011)。盡管目前地學(xué)界對(duì)拉薩地塊與羌塘地塊的碰撞時(shí)限仍存在爭(zhēng)議，但是絕大多數(shù)證據(jù)均表明兩地塊的碰撞發(fā)生在晚白堊世之前(Deweyetal.，1988；丁林和來(lái)慶洲，2003；Kappetal.，2005, 2007；莫宣學(xué)和潘桂棠，2006；Yanetal.，2016；Zhuetal.，2016；Guoetal.，2019；Lietal.，2019)。

圖1 青藏高原及其周緣構(gòu)造簡(jiǎn)圖(a, 據(jù)Cao et al.，2019修改)及班公湖-怒江縫合帶及其鄰區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b, 據(jù)耿全如等，2011修改)Fig.1 Tectonic framework of the Tibetan Plateau and its adjacent region (a, modified after Cao et al., 2019) and sketched geological map along the Bangong-Nujiang suture zone and its adjacent region (b, modified after Geng et al., 2011)

班公湖-怒江縫合帶主要由蛇綠混雜巖和中生代地層組成，縫合帶內(nèi)蛇綠巖的形成年代為～190Ma至～110Ma(Zhangetal.，2012；Xuetal.，2015；Chenetal.，2018)，中生代地層主要包括確哈拉群(J3Q)、木嘎崗日巖群(JM)、沙木羅組(J3-K1s)、去申拉組(K1q)和竟柱山組(K2j)(Guoetal.，2019)。確哈拉群和木嘎崗日巖群為弧前深水盆地復(fù)理石沉積，沙木羅組為洋盆閉合過(guò)程中形成的殘余盆地沉積，去申拉組為洋盆閉合過(guò)程中形成的火山弧(耿全如等，2011)，竟柱山組為河流相、湖泊相沉積地層，主要沿縫合帶及其兩側(cè)呈近東西向線性分布(李華亮等，2016)。

研究區(qū)位于班公湖-怒江縫合帶東段索縣地區(qū)，該段縫合帶呈北西-南東向展布(圖1b，圖2a)，并發(fā)育與縫合帶相關(guān)的蛇綠巖套及其后沉積的海、陸相地層。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育一套竟柱山組紫紅色沉積地層，巖性主要為粉砂巖、砂巖和砂質(zhì)礫巖，部分層位夾泥巖。區(qū)域上該紅層中產(chǎn)有孔蟲(chóng)(Nonioncf.sichuanensisLi)和介形蟲(chóng)化石(Cyclocyprissp.,Cyproissp.,Eucyprissp.,Physocypriasp.)，化石時(shí)代為晚白堊世至始新世；因這一紅層上覆上白堊統(tǒng)八達(dá)組，因此限定研究區(qū)竟柱山組紅層的形成時(shí)代為晚白堊世(西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，2005(1)西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院. 2005. 中華人民共和國(guó)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告比如縣幅(H46C001003))。

本次研究在索縣地區(qū)(31.9°N、93.8°E)采集了30個(gè)采點(diǎn)共約298塊古地磁樣品，其中SK1至SK23采點(diǎn)位于索縣縣城南約6km處，SK24至SK30采點(diǎn)位于巴青縣城東部約10km處。研究剖面晚白堊世竟柱山組紅層巖性主要為粉砂巖、砂巖夾泥巖，角度不整合于木嘎崗日巖群之上(圖2)。古地磁樣品主要采集自粉砂巖層位。野外使用手持鉆機(jī)鉆取直徑為2.54cm的巖心，之后在室內(nèi)使用雙刀切割機(jī)加工成2.2cm高的標(biāo)準(zhǔn)古地磁樣品。

圖2 班公湖-怒江縫合帶東段索縣地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a，據(jù)西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，2005修改)和研究剖面晚白堊世紅層部分野外出露及采樣照片(b、c)Fig.2 Geological map of the Suoxian area in the eastern part of the Bangong-Nujiang suture zone (a) and photographs showing some field outcrops and sampling sites of the Late Cretaceous red beds (b, c)

2 巖石磁學(xué)測(cè)試及結(jié)果

本次研究選取了代表樣品進(jìn)行三軸等溫剩磁及其熱退磁和磁滯回線等巖石磁學(xué)測(cè)試。三軸等溫剩磁及其熱退磁測(cè)試首先對(duì)樣品的Z軸、Y軸和X軸分別施加2.5T、0.4T和0.12T的磁場(chǎng)，然后進(jìn)行系統(tǒng)熱退磁(Lowrie，1990)。另外，選取代表樣品研磨至粉末狀，使用Lake Shore 8600系列振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行磁滯回線測(cè)試。根據(jù)磁滯回線測(cè)試獲得了代表樣品的飽和磁化強(qiáng)度(Ms)、飽和剩磁強(qiáng)度(Mr)、矯頑力(Hc)和剩磁矯頑力(Hcr)值。以上巖石磁學(xué)測(cè)試均在自然資源部古地磁與古構(gòu)造重建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。

代表樣品的三軸等溫剩磁系統(tǒng)熱退磁結(jié)果見(jiàn)圖3。研究剖面代表樣品的硬磁成份和中間磁成份的剩磁強(qiáng)度隨溫度升高逐漸衰減，至680℃時(shí)其剩磁強(qiáng)度衰減至接近為零(圖3)，揭示了樣品中赤鐵礦的解阻。樣品的軟磁成份的剩磁強(qiáng)度在580℃時(shí)衰減至接近為零(圖3)，揭示了樣品中磁鐵礦的解阻。以上結(jié)果表明本次研究樣品中的主要載磁礦物為赤鐵礦，可能有少量的磁鐵礦。代表樣品的磁滯回線在～2T的外加磁場(chǎng)下接近閉合，且樣品的Hc和Hcr值較大，表明樣品中高矯頑力磁性礦物占主導(dǎo)，這與三軸等溫剩磁及其熱退磁顯示的赤鐵礦相對(duì)應(yīng)。而樣品的磁滯回線形態(tài)呈“鵝頸形”(圖4a-d)，表明其主要載磁礦物為赤鐵礦和單疇磁鐵礦的混合物(Tauxeetal.，2010)。以上巖石磁學(xué)結(jié)果表明本次研究班公湖-怒江縫合帶東段晚白堊世紅層樣品中的主要載磁礦物為赤鐵礦和磁鐵礦。

圖3 班公湖-怒江縫合帶索縣地區(qū)晚白堊世紅層代表樣品三軸等溫剩磁系統(tǒng)熱退磁結(jié)果圖Fig.3 Results of thermal demagnetization of the three-component isothermal remanent magnetization of representative samples for the Late Cretaceous red beds in the Suoxian area of the Bangong-Nujiang suture zone

圖4 班公湖-怒江縫合帶索縣地區(qū)晚白堊世紅層代表樣品磁滯回線結(jié)果圖Fig.4 Hysteresis loops of representative samples for the Late Cretaceous red beds in the Suoxian area of the Bangong-Nujiang suture zone

3 系統(tǒng)熱退磁及其結(jié)果

野外采集的巖心樣品經(jīng)室內(nèi)加工成標(biāo)準(zhǔn)古地磁樣品后均進(jìn)行系統(tǒng)熱退磁實(shí)驗(yàn)。古地磁樣品首先進(jìn)行天然剩磁(NRM)測(cè)量，然后使用TD-48熱退磁爐進(jìn)行系統(tǒng)熱退磁。樣品加熱溫度間隔在低溫段為40～50℃，高溫段為20～30℃。樣品的剩磁使用2G-755R超導(dǎo)磁力儀測(cè)量。系統(tǒng)熱退磁及剩磁測(cè)量在自然資源部古地磁與古構(gòu)造重建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室磁屏蔽屋內(nèi)進(jìn)行。磁屏蔽屋內(nèi)的磁場(chǎng)<300nT，排除了外界磁場(chǎng)對(duì)樣品測(cè)試數(shù)據(jù)的影響。

研究剖面樣品的系統(tǒng)熱退磁結(jié)果顯示部分樣品在NRM至240℃之間存在一低溫剩磁分量(圖5c, d, f, g)。本次研究從14個(gè)采點(diǎn)樣品中分離出低溫剩磁分量，其平均方向?yàn)镈g=347.7°、Ig=55.9°、κg=14.2、α95=10.9°(地理坐標(biāo)下)；Ds=355.8°、Is=2.1°、κs=3.4、α95=25.6°(層面坐標(biāo)下)(表1、圖6a)。該低溫分量逐步展平檢驗(yàn)結(jié)果顯示其k值在-3.4%展平度時(shí)最大為14.27(Watson and Enkin，1993)。地理坐標(biāo)下低溫分量的平均值與采樣點(diǎn)現(xiàn)代地磁場(chǎng)方向(D/I=0.1°/48.8°)接近(圖6a)，表明其很可能為近現(xiàn)代地磁場(chǎng)的粘滯剩磁。

圖5 班公湖-怒江縫合帶索縣地區(qū)晚白堊世紅層代表樣品Z矢量圖(地理坐標(biāo)下)Fig.5 Representative orthogonal vector diagrams (in geographic coordinates) for the Late Cretaceous red beds in the Suoxian area of the Bangong-Nujiang suture zone

圖6 班公湖-怒江縫合帶索縣地區(qū)晚白堊世紅層低溫分量(a)和高溫分量(b)等面積投影圖及褶皺逐步展平檢驗(yàn)結(jié)果圖Fig.6 Equal-area projections and the progressive unfolding analysis of low-temperature (a) and high-temperature (b) components directions for the Late Cretaceous red beds in the Suoxian area of the Bangong-Nujiang suture zone

研究剖面中大部分樣品在～300℃至～680℃之間可分離出高溫剩磁分量，高溫分量隨著溫度的升高逐漸趨向于原點(diǎn)(圖5a-g)，這類樣品通過(guò)主向量分析法獲得其特征剩磁方向(Kirschvink, 1980)。但是部分樣品的高溫分量隨著溫度的升高并不趨向于原點(diǎn)，在等面積投影圖上呈大圓弧特征分布(圖5h)，這類樣品的特征剩磁方向通過(guò)重磁化大圓弧法獲得(Halls，1978)。采點(diǎn)SK24、SK25和SK26未獲得穩(wěn)定的高溫特征剩磁分量；采點(diǎn)SK11、SK12、SK16和SK17因獲得高溫分量的樣品數(shù)較少，因此將相鄰的采點(diǎn)SK11、SK12和SK16、SK17分別合并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。經(jīng)數(shù)據(jù)分析獲得了研究剖面25個(gè)采點(diǎn)的高溫特征剩磁分量，其平均磁化方向?yàn)椋篋g=308.1°、Ig=59.9°、κg=2.6、α95=22.6°(地理坐標(biāo)下)；Ds=355.7°、Is=28.5°、κs=41.6、α95=4.5°(層面坐標(biāo)下)(表1)。該剖面數(shù)據(jù)在95%和99%置信區(qū)間內(nèi)均通過(guò)褶皺檢驗(yàn)(ξc在95%置信區(qū)間為5.82，在99%置信區(qū)間為8.175；地理坐標(biāo)下ξin-situ=17.92，構(gòu)造校正后ξtilt-corrected=2.206)(McFadden，1990)。且該高溫分量逐步展平檢驗(yàn)結(jié)果顯示其

表1 班公湖-怒江縫合帶晚白堊世紅層高溫特征剩磁分量結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

注: n/N 為參加Fisher平均/剩磁測(cè)量的樣品數(shù)；Dg為地理坐標(biāo)下特征剩磁的偏角值；Ig為地理坐標(biāo)下特征剩磁的傾角值；Ds為層面坐標(biāo)下特征剩磁的偏角值；Is為層面坐標(biāo)下特征剩磁的傾角值；k為Fisher統(tǒng)計(jì)精度參數(shù)；α95為Fisher統(tǒng)計(jì)平均方向的95%置信圓錐半頂角k值在100%展平度時(shí)最大(Watson and Enkin，1993)。另外，索縣剖面獲得的高溫特征剩磁方向具有正、反雙極性(圖6b)，倒轉(zhuǎn)檢驗(yàn)結(jié)果為r=5.2°

4 磁傾角淺化試驗(yàn)

青藏高原中、新生代部分紅層沉積物在巖石形成過(guò)程中可能因壓實(shí)作用而導(dǎo)致其記錄的磁傾角發(fā)生淺化現(xiàn)象(Tanetal., 2010；Huangetal.，2013；Lippertetal.，2014； Chenetal.，2017；Mengetal.，2018；Yangetal.，2019)。因此，有效評(píng)估所研究的紅層樣品是否遭受磁傾角淺化作用對(duì)古地磁數(shù)據(jù)可靠性的判別具有重要意義。目前，主要有兩種方法判斷巖石記錄的磁傾角是否遭受淺化作用：一種是等溫剩磁各向異性分析方法(Hodych and Buchan，1994)，另一種是E/I (Elongation/Inclination)矯正方法(Tauxe and Kent，2004)。局部構(gòu)造旋轉(zhuǎn)作用可能會(huì)導(dǎo)致不同采點(diǎn)間的古地磁數(shù)據(jù)存在一定的偏角差異，在此種情況下運(yùn)用E/I方法對(duì)傾角淺化進(jìn)行矯正所獲得的淺化因子(f)會(huì)有所偏差(Tongetal.，2015，2017；Yangetal.，2019)。因此，本次研究采用等溫剩磁各向異性分析方法對(duì)所研究樣品記錄的磁傾角是否發(fā)生淺化進(jìn)行評(píng)估。

本次研究共對(duì)3個(gè)采點(diǎn)9塊樣品進(jìn)行等溫剩磁各向異性分析，具體方法見(jiàn)Hodych and Buchan(1994)，等溫剩磁各向異性分析結(jié)果見(jiàn)表2和圖7。本次研究紅層樣品在外加磁場(chǎng)200mT至800mT之間垂直巖層面(IRMz)與平行巖層面(IRMx)的等溫剩磁強(qiáng)度比值的平均值為1.014，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.033；在等溫剩磁系統(tǒng)熱退磁580℃至680℃之間IRMz/IRMx平均值為1.063，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.057。樣品在等溫剩磁外加磁場(chǎng)200mT至800mT之間IRMz/IRMx比值與等溫剩磁系統(tǒng)熱退磁580℃至680℃之間IRMz/IRMx比值較為一致。等溫剩磁系統(tǒng)熱退磁580℃至680℃之間獲得的IRMz/IRMx值淺化因子(f)為1.063，表明本次研究班公湖-怒江縫合帶晚白堊世紅層不存在磁傾角淺化現(xiàn)象。

圖7 班公湖-怒江縫合帶索縣地區(qū)晚白堊世紅層代表樣品磁傾角淺化試驗(yàn)結(jié)果圖(a-c)沿層面45°夾角方向逐步加場(chǎng)過(guò)程中 IRMx和IRMz變化對(duì)比圖；(d-f)沿層面45°方向逐步加場(chǎng)過(guò)程中IRMz/IRMx數(shù)值變化圖；(g-i)熱退磁過(guò)程中IRMx和IRM變化對(duì)比圖；(j-l)熱退磁過(guò)程中IRMz/IRMx數(shù)值變化圖Fig.7 Test results of inclination shallowing for the Late Cretaceous red beds in the Suoxian area of the Bangong-Nujiang suture zone(a-c) plots of IRMx and IRMz acquisitions produced by applying magnetic field at an angle of 45° to the bedding as a function of increasing field; (d-f) the slope (IRMz/IRMx) of the least-squares-fit for data points between 200mT and 800mT; (g-i) plots of IRMx and IRMz acquisitions produced by thermal demagnetization; (g-l) the results of IRMz/IRMx and the slope (IRMz/IRMx) of the least-squares-fit for data points between 580℃ and 680℃

5 討論

5.1 班公湖-怒江縫合帶東段晚白堊世古緯度位置

班公湖-怒江縫合帶作為青藏高原的重要構(gòu)造界線，其古地理位置演化對(duì)重建青藏高原古地理格局和探討青藏高原形成的動(dòng)力學(xué)過(guò)程具有重要意義。本次研究從班公湖-怒江縫合帶東段索縣地區(qū)晚白堊世紅層25個(gè)有效采點(diǎn)中獲得的古地磁結(jié)果為：Dg=308.1°、Ig=59.9°、κg=2.6、α95=22.6°(地理坐標(biāo)下)；Ds=355.7°、Is=28.5°、κs=41.6、α95=4.5°(層面坐標(biāo)下)。該結(jié)果通過(guò)褶皺檢驗(yàn)和倒轉(zhuǎn)檢驗(yàn)，且磁傾角淺化試驗(yàn)結(jié)果顯示本次研究地層不存在磁傾角淺化現(xiàn)象。以上證據(jù)表明本次研究從班公湖-怒江縫合帶東段晚白堊世紅層中獲得的古地磁結(jié)果應(yīng)為巖石形成時(shí)的原生剩磁，其值可為班公湖-怒江縫合帶晚白堊世古緯度位置提供可靠的古地磁約束。

通過(guò)班公湖-怒江縫合帶東段晚白堊世紅層中高溫特征剩磁分量平均磁化方向獲得相應(yīng)的古地磁極為72.8°N、288.0°E、dp/dm=2.7°/4.9°，據(jù)此限定了班公湖-怒江縫合帶東段晚白堊世的古緯度為15.2±3.7°N(參考點(diǎn)：31.9°N/93.8°E)。班公湖-怒江縫合帶在晚白堊世之前由拉薩地塊與羌塘地塊的碰撞伴隨著班公湖-怒江特提斯洋的閉合而形成(Deweyetal.，1988；丁林和來(lái)慶洲，2003；Kappetal.，2005，2007；莫宣學(xué)和潘桂堂，2006；Zhangetal.，2012；Zhuetal.，2016；Lietal.，2019)。本次研究獲得的班公湖-怒江縫合帶晚白堊世古地磁極與拉薩地塊東部(Tongetal.，2017)、中部(Tanetal.，2010；Sunetal.，2012；Caoetal.，2017)和西部(Yietal.，2015)晚白堊世古地磁極在誤差范圍內(nèi)重疊(圖8)，這表明班公湖-怒江縫合帶在晚白堊世時(shí)期就與拉薩地塊在動(dòng)力學(xué)意義上為一整體。但與拉薩地塊部分古地磁結(jié)果存在一定的偏角差(圖8)，這可能是由于這些地區(qū)存在局部構(gòu)造旋轉(zhuǎn)所致。

5.2 晚白堊世以來(lái)亞洲大陸內(nèi)部構(gòu)造縮短量

本次研究揭示班公湖-怒江縫合帶東段晚白堊世的古緯度為15.2±3.7°N，根據(jù)亞洲大陸晚白堊世(70～90Ma)參考極的平均極79.0°N、216.2°E、A95=1.8°(Cognéetal.，2013)(表3)，得出班公湖-怒江縫合帶晚白堊世古緯度的期望值為25.6±1.8°N(參考點(diǎn)：31.9°N/93.8°E)。這一結(jié)果表明班公湖-怒江縫合帶東段晚白堊世古緯度期望值與實(shí)測(cè)值存在10.4°±3.0°的古緯度差，表明晚白堊世以來(lái)班公湖-怒江縫合帶(94°E經(jīng)度方向上)與亞洲大陸剛性塊體之間發(fā)生了約1150±330km的南北向構(gòu)造縮短。同樣，將本次研究獲得的班公湖-怒江縫合帶東段晚白堊世古地磁極與拉薩地塊南緣可靠古地磁極對(duì)比(Tanetal.，2010；Sunetal.，2012；Caoetal.，2017)，顯示兩個(gè)構(gòu)造單元晚白堊世古地磁極在誤差范圍內(nèi)重疊(圖8)，表明晚白堊世以來(lái)拉薩地塊南緣與班公湖-怒江縫合帶之間并不存在明顯的構(gòu)造縮短。這與地質(zhì)資料所顯示的拉薩地塊新生代并未發(fā)生顯著的南北向構(gòu)造縮短相吻合(Murphyetal.，1997；Yin and Harrison，2000)。因此，印度與亞洲大陸碰撞所造成的亞洲大陸內(nèi)部構(gòu)造縮短主要集中在班公湖-怒江縫合帶以北的區(qū)域，縮短量為約1150±330km。

圖8 班公湖-怒江縫合帶、羌塘地塊和拉薩地塊晚白堊世古地磁極等面積投影圖Fig.8 Equal-area projection of the Late Cretaceous paleomagnetic poles of the Bangong-Nujiang suture zone, Qiagntang block, and Lhasa block

地質(zhì)資料表明羌塘地塊和班公湖-怒江縫合帶自印度與亞洲大陸碰撞以來(lái)發(fā)生了>300km的構(gòu)造縮短(Kappetal.，2005，2007；DeCellesetal.，2007；Lietal.，2015)。根據(jù)平衡剖面的研究，風(fēng)火山和玉樹(shù)-囊謙地區(qū)新生代以來(lái)的縮短率為～43%(Wangetal.，2002；Spurlinetal.，2005)，由此推斷松潘-甘孜地塊的縮短量為～200km(van Hinsbergenetal.，2011；Lietal.，2015)。通過(guò)綜合分析柴達(dá)木盆地和祁連山-南山逆沖帶地質(zhì)資料，Lietal.(2015)提出柴達(dá)木-祁連山-南山地區(qū)始新世以來(lái)發(fā)生了～520km的構(gòu)造縮短，其中柴達(dá)木盆地的構(gòu)造縮短量為～170km， 祁連山-南山逆沖帶的構(gòu)造縮短量為～350km。另外，西天山和蒙古地區(qū)的構(gòu)造縮短分別為>20km和～50km(van Hinsbergenetal.，2011)。綜合以上地質(zhì)資料限定的亞洲大陸內(nèi)部不同構(gòu)造單元所發(fā)生的南北向構(gòu)造縮短量至少為～1090km(圖9)。這一構(gòu)造縮短量與本次古地磁研究所限定的晚白堊世以來(lái)班公湖-怒江縫合帶(94°E經(jīng)度方向上)與亞洲大陸剛性塊體之間的構(gòu)造縮短量(1150±330km)吻合。

表2 班公湖-怒江縫合帶晚白堊世紅層樣品等溫剩磁各向異性分析結(jié)果

表3 班公湖-怒江縫合帶、羌塘地塊和拉薩地塊晚白堊世古地磁極統(tǒng)計(jì)表

圖9 地質(zhì)資料與古地磁數(shù)據(jù)限定亞洲大陸內(nèi)部構(gòu)造縮短量對(duì)比(據(jù) Lippert et al., 2011; Meng et al., 2018修改)Fig.9 The comparison of crustal shortening within Asia since the Late Cretaceous constrained by geologically and paleomagnetically (modified after Lippert et al., 2011 and Meng et al., 2018)

6 結(jié)論

本次研究從班公湖-怒江縫合帶東段索縣地區(qū)晚白堊世紅層中獲得的25個(gè)有效采點(diǎn)的特征剩磁方向，其通過(guò)褶皺檢驗(yàn)和倒轉(zhuǎn)檢驗(yàn)，表明其可能為原生剩磁方向。25個(gè)采點(diǎn)的古地磁平均向?yàn)镈s=355.7°、Is=28.5°、κs=41.6、α95=4.5°，相應(yīng)的古地磁極位置為相應(yīng)的古地磁極位置為72.8°N、288.0°E、dp/dm=2.7°/4.9°。等溫剩磁各向異性分析表明本次研究晚白堊世紅層所記錄的特征剩磁方向并未經(jīng)歷明顯的磁傾角淺化。這一結(jié)果限定了班公湖-怒江縫合帶東段晚白堊世的古緯度為15.2±3.7°N(參考點(diǎn)：31.9°N/93.8°E)。通過(guò)對(duì)比拉薩、羌塘地塊古地磁數(shù)據(jù)和亞洲大陸參考極顯示，晚白堊世以來(lái)班公湖-怒江縫合帶與拉薩地塊南緣之間并不存在明顯的構(gòu)造縮短，與亞洲大陸剛性塊體之間發(fā)生了約1150±330km的南北向構(gòu)造縮短。這一結(jié)果與地質(zhì)資料限定印度與亞洲大陸碰撞所造成亞洲大陸內(nèi)部構(gòu)造縮短量吻合。

致謝感謝楊天水教授、顏茂都研究員和編輯部俞良軍老師對(duì)論文提出的寶貴意見(jiàn)和建議；感謝趙越老師在實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中給于的幫助。