四川新龍地區(qū)甘孜-理塘蛇綠混雜巖帶侏羅系地層沉積學(xué)、地球化學(xué)和年代學(xué)研究及其構(gòu)造背景分析*

嚴(yán)松濤 朱利東 吳青松 李虎 代雪健

1. 成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都 610059 2. 中國地質(zhì)調(diào)查局軍民融合地質(zhì)調(diào)查中心，成都 610036

甘孜-理塘蛇綠混雜巖帶是西南“三江”構(gòu)造域中一條重要的碰撞結(jié)合帶，作為揚(yáng)子板塊與中咱地塊的匯聚交接部位，其對探討青藏高原東特提斯構(gòu)造演化具有重要意義。近年來，甘孜-理塘洋盆的構(gòu)造演化引起了國內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注，前人從地質(zhì)學(xué)的各個方面對該混雜巖帶做了大量工作，但對甘孜-理塘洋盆侏羅紀(jì)時期的地質(zhì)演化持有不同的認(rèn)識，有學(xué)者認(rèn)為甘孜-理塘洋盆于晚三疊世末已完全閉合，進(jìn)入造山隆升階段，不存在侏羅紀(jì)海相沉積盆地(劉增乾等, 1993; 莫宣學(xué)等, 1993; 朱占祥, 2009; 鄒光富等, 2017)。部分學(xué)者認(rèn)為甘孜-理塘洋盆晚三疊世末洋殼閉合后，局部仍發(fā)育殘留海沉積有侏羅系地層(戴宗明和孫傳敏, 2009; 潘桂棠等, 2013; 嚴(yán)松濤等, 2021)，更有學(xué)者認(rèn)為侏羅紀(jì)殘留海曾進(jìn)一步拉張局部形成裂谷盆地(王康明等, 2002; 王全偉等, 2009a, b)。這些不同認(rèn)識制約了對甘孜-理塘洋盆，甚至整個西南“三江”多島弧盆系時空結(jié)構(gòu)及構(gòu)造演化的認(rèn)識。

近年來，隨著甘孜-理塘構(gòu)造帶沿線基礎(chǔ)地質(zhì)工作的開展，先后在木里、新龍和石渠新發(fā)現(xiàn)侏羅紀(jì)濱淺海相碳酸鹽巖夾碎屑巖建造，角度不整合于混雜巖之上，表明甘孜-理塘洋在侏羅紀(jì)仍存在海相沉積環(huán)境(戴宗明和孫傳敏, 2009; 王康明等, 2002; 王全偉等, 2009a, b)。本文研究的瑞環(huán)山組系王康明等(2002)創(chuàng)名于四川木里縣桃壩鄉(xiāng)，巖性為灰-灰白色厚層-塊狀礫屑灰?guī)r、細(xì)晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r，巖層普遍發(fā)生大理巖化，下部夾淺灰色粉砂質(zhì)板巖、長石石英砂巖。目前對瑞環(huán)山組碳酸鹽巖層位已開展了巖石學(xué)、古生物學(xué)研究(王康明等, 2002; 王全偉等, 2009a, b)，認(rèn)為瑞環(huán)山組為一套沉積于殘留海盆地碳酸鹽巖臺地相的淺變質(zhì)碳酸鹽巖夾少量的雜砂巖、粉砂巖地層，并在灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)有豐富的晚侏羅世-早白堊世珊瑚、水螅、層孔蟲等化石，而碎屑巖夾層則尚未開展研究工作(王全偉等, 2009b)。根據(jù)碎屑巖中所特有的地球化學(xué)性質(zhì)，可用于分析母巖屬性、物源區(qū)及沉積環(huán)境的特點(diǎn)(Bhatia and Crook, 1986; Guetal., 2002; 楊江海等, 2007)。另外，沉積物中碎屑鋯石可以記錄地層沉積時期或之前與重大構(gòu)造事件相關(guān)的巖漿活動，可用于示蹤物源區(qū)屬性，進(jìn)而探討該地區(qū)構(gòu)造演化(Wuetal., 2010; Cawoodetal., 2012)。因此，本文擬從四川新龍地區(qū)甘孜-理塘蛇綠混雜巖帶內(nèi)侏羅系瑞環(huán)山組沉積學(xué)、古生物學(xué)、地球化學(xué)和同位素年代學(xué)方向，重點(diǎn)探討瑞環(huán)山組地層沉積時限、物源屬性及構(gòu)造背景，為甘孜-理塘洋盆侏羅紀(jì)時期構(gòu)造演化提供新的證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

甘孜-理塘蛇綠混雜巖帶位于揚(yáng)子板塊西緣雅江殘余盆地與義敦島弧帶之間，其北西起于青海治多，經(jīng)玉樹歇武寺以西，向南東經(jīng)甘孜，轉(zhuǎn)為近南北向經(jīng)新龍、理塘，至木里向西隱伏延伸歸并于金沙江蛇綠混雜巖帶，總體上呈北窄南寬向北東凸出的反“S”弧形帶狀(圖1a, b)，長約500km，寬5～30km不等(潘桂棠等, 2013)。研究表明，甘孜-理塘洋發(fā)育于晚泥盆世揚(yáng)子板塊西緣裂谷盆地，先后經(jīng)歷了石炭紀(jì)-中三疊世持續(xù)擴(kuò)張，晚三疊世俯沖增生，侏羅紀(jì)殘留海沉積以及白堊紀(jì)造山隆升等階段(嚴(yán)松濤等, 2021)。研究區(qū)位于甘孜-理塘蛇綠混雜巖帶中段新龍縣-理塘縣，帶內(nèi)分布有石炭-三疊紀(jì)超鎂鐵質(zhì)與鎂鐵質(zhì)堆晶巖、蛇紋巖、輝長-輝綠巖墻、拉斑玄武巖及放射蟲硅質(zhì)巖等不同時期的蛇綠巖、中二疊世-三疊紀(jì)洋島型火山巖、晚三疊世島弧型火山巖、晚泥盆世-三疊紀(jì)硅質(zhì)巖、灰?guī)r組成的構(gòu)造混雜巖塊和奧陶紀(jì)裂離地塊等各類透鏡狀地質(zhì)體以及三疊紀(jì)復(fù)理石沉積混雜巖(劉寶田等, 1983; 王連城等, 1985; 潘桂棠等, 1997; 張世濤等, 2000; 閆全人等, 2005; 嚴(yán)松濤等, 2019a, b, c, 2020a, b; 周斌等, 2020; 任飛等, 2021)，在新龍措卡寺、木里依吉等地發(fā)現(xiàn)有藍(lán)片巖出露，理塘南有榴閃巖出露(魏永峰等, 2004; 鄒光富等, 2017)，代表了晚古生代-中生代發(fā)育的甘孜-理塘洋盆現(xiàn)今殘余。本文研究的侏羅系瑞環(huán)山組分布于新龍縣皮擦鄉(xiāng)皮擦溝和理塘縣擦崗隆洼一帶(圖1c)，出露面積較小，地形上多為飛來峰狀或孤峰狀陡崖(圖2a)，呈南北向展布于甘孜-理塘蛇綠混雜巖帶內(nèi)，與下覆俯沖增生雜巖呈脆性或脆-韌性斷層接觸，局部與古近系熱魯組砂礫巖呈角度不整合接觸。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖(a, b, 據(jù)Yang et al., 2015)和四川新龍地區(qū)地質(zhì)簡圖(c)Fig.1 Geotectonic location map of the study area (a, b, after Yang et al., 2015) and geological sketch map of Xinlong area, Sichuan (c)

圖2 新龍地區(qū)瑞環(huán)山組野外照片(a-d)及鏡下照片(e、f)(a)瑞環(huán)山組灰?guī)r孤峰狀陡坎；(b)瑞環(huán)山組灰?guī)r野外露頭；(c)角礫狀灰?guī)r露頭；(d)雜砂巖野外露頭；(e)碎屑灰?guī)r鏡下照片(正交偏光)；(f)雜砂巖鏡下照片(正交偏光).Qtz-石英；Cal-方解石；Pl-斜長石；Ls-沉積巖巖屑；Lv-火山巖巖屑Fig.2 Field photos (a-d) and microscopic photos (e, f) of the Ruihuanshan Formation in Xinlong area(a) scarp formed by the Ruihuanshan Formation limestones; (b) field outcrop of the Ruihuanshan Formation limestone; (c) outcrop of brecciated limestone; (d) field outcrop of graywacke; (e) microscopic photograph of clastic limestone (orthogonal polarization); (f) microscopic photograph of miscellaneous sandstone (orthogonal polarization). Qtz-quartz; Cal-calcspar; Pl-plagioclase; Ls-sedimentary debris; Lv-volcanic debris

2 沉積學(xué)特征

筆者在新龍縣皮擦鄉(xiāng)皮擦溝測制了瑞環(huán)山組剖面，剖面起點(diǎn)坐標(biāo)：30°46′12″N、100°03′05″E，終點(diǎn)坐標(biāo)：30°46′09″N、100°03′23″E。根據(jù)野外觀察該組整體受變質(zhì)作用影響較小，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造清晰可見(圖2b)，明顯區(qū)別于混雜巖的強(qiáng)變形變質(zhì)和韌性剪切特征，顯示其未經(jīng)歷晚三疊世甘孜-理塘洋俯沖增生過程。剖面上瑞環(huán)山組巖性為淺灰-灰白色塊狀角礫狀灰?guī)r(圖2c)、碎屑灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、含砂泥晶灰?guī)r、微晶-泥晶灰?guī)r，夾數(shù)層紫紅色含礫砂巖、雜砂巖(圖2d)、粉砂巖，礫石為碳酸鹽巖和巖屑砂巖，灰?guī)r普遍具大理巖化，厚度約800～3100m不等。

瑞環(huán)山組碎屑灰?guī)r，巖石呈灰白色，粒屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由內(nèi)碎屑(45%)、陸源碎屑(9%)及亮晶膠結(jié)物(44%)、少量填隙物(2%)組成(圖2e)。陸源碎屑主要為石英，呈他形粒狀，見被碳酸鹽礦物溶蝕現(xiàn)象，呈港灣狀或被溶蝕穿孔；內(nèi)碎屑多呈次圓狀或不規(guī)則狀，粒度大小不等(0.2mm±)，具泥晶結(jié)構(gòu)；亮晶膠結(jié)物由粒度0.03mm±的亮晶方解石組成，方解石呈他形粒狀，粒間呈緊密鑲嵌狀接觸，在粒屑周圍及孔隙間呈粒狀膠結(jié)。瑞環(huán)山組雜砂巖，巖石呈紫紅色，細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由石英(40%)、巖屑(24%)、長石(9%)、白云母碎屑(3%)、重礦物碎屑(2%)及填隙物鈣質(zhì)(22%)組成(圖2f)，分選性和磨圓度均較差。石英呈棱角-次圓狀，粒度大小不等(0.02～0.4mm)，多具明顯的波狀消光，部分因碳酸鹽化邊緣呈港灣狀；巖屑呈次棱角狀，成分主要有沉積巖巖屑、火山巖巖屑及綠泥石等，沉積巖巖屑見典型的碎屑顆粒+膠結(jié)物結(jié)構(gòu)，火山巖巖屑以中性噴出巖巖屑為主，具?；豢椊Y(jié)構(gòu)，粒度0.1～0.5mm；長石呈次棱-次圓狀，粒度與石英相近，見有碳酸鹽化、鈉黝簾石化，雙晶常見；填隙物細(xì)粉砂屑、泥質(zhì)粒度小于0.03mm，鏡下難以分辨礦物種類，部分變質(zhì)為微晶絹云母；鈣質(zhì)部分重結(jié)晶為微晶方解石，粒度0.03～0.5mm。

瑞環(huán)山組總體上以碳酸鹽巖建造為主，局部夾碎屑巖，剖面上見角礫狀灰?guī)r-結(jié)晶灰?guī)r-紫紅色砂巖的多個韻律旋回(圖3)，表明沉積時期盆地海平面曾反復(fù)出現(xiàn)升降。瑞環(huán)山組角礫狀灰?guī)r中可見明顯的同生滑塌構(gòu)造，為典型的碳酸鹽臺地前緣斜坡環(huán)境。生物碎屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r和結(jié)晶灰?guī)r中見粒徑由粗→細(xì)的多個韻律旋回，反映其形成于臺地淺灘環(huán)境，同時伴隨著海平面的反復(fù)升降。紫紅色砂礫巖中礫石成分為灰?guī)r，其次為砂巖，磨圓度和分選性較差，整合沉積于碳酸鹽巖之上，屬于典型的混積臺地潮坪潮道環(huán)境。由此可見，瑞環(huán)山組應(yīng)沉積于碳酸鹽臺地相的臺地前緣斜坡、臺地淺灘、混積臺地潮坪過渡環(huán)境。

3 古生物學(xué)特征

古生物化石樣品采自理塘縣擦崗隆洼一帶瑞環(huán)山組，灰?guī)r沿山頂出露較好，呈飛來峰狀，與下伏洋脊型基性火山巖為斷層接觸，采樣坐標(biāo)為30°00′50″N、100°13′27″E。巖性以微晶-泥晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r為主。古生物樣品經(jīng)中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心范影年研究員鑒定，在78件樣品中發(fā)現(xiàn)有多種類型的珊瑚化石(圖4、表1)，珊瑚的主要分子有Actinastraeasp.,A.ramulifera(Etallon),A.minorWu,A.pseudominimamajorMorycowa,A.subdecaphylla(Oppenheim),StylinadongqoensisLiao et Li,S.cf.subramosadeFramentel,S.parvistellaVolz,S.qiebulaensisLiao,Pseudocoeniahexaphyllic(d’Orbigny),P.bangoinensisLiao et Xia,P.fromenteliL.Beavais, 伴生分子有Stylosmilliacf.chaputiAlloiteeu,AstrocoeniaminorWu,KobyastraeatenuisRoniewioz,StephanastraeazangbeiensisLiao et Xia,Columnastraeasp.,Heliocoeniacf.orbignyiRoniewicz,MadracisrotiformisWu,Duplopentasmiliasubdecaphylla(Oppenheim),DiplocoeniahayasakaiEguchi,EohydnophoratosaensisYabe et Eguchi,AmphiastraeamonoseptaLiao et Xia,Procyathophoraaff.Furstenbergensis(Eck),Gablongeriasp.,AllocoeniatrochiformisEtallon,Gobloneriasp.，等等。其中Actinastraea屬為歐洲地區(qū)牛津-欽莫利階(J31-2)重要分子。Stylosmillia屬是岡底斯-察隅地層區(qū)珊瑚組合化石，Pseudocoenia屬北羌塘雙湖地區(qū)侏羅系索瓦組組合帶化石，時限均與晚侏羅世欽莫利期(J32)相當(dāng)。從鑒定結(jié)果來看，瑞環(huán)山組珊瑚化石整體上時代歸屬跨度較大，分布于中三疊世-晚白堊世之間，主要集中于晚侏羅世-早白堊世，可與前人在瑞環(huán)山組灰?guī)r生物群中劃分的Thecosmiliacf.weberi-Pyotethmoscf.discus組合相對比(王全偉等, 2009a)。此外，樣品PM09-19-WG6中見有晚侏羅世夏皮柱劍珊瑚與核形石共生的現(xiàn)象(圖4)，顯示其形成于淺海環(huán)境，應(yīng)屬陸表海的開闊碳酸鹽巖臺地相沉積。

表1 新龍地區(qū)瑞環(huán)山組灰?guī)r中珊瑚化石鑒定結(jié)果

圖3 新龍地區(qū)瑞環(huán)山組地層柱狀圖Fig.3 The stratigraphic column of the Ruihuanshan Formation in Xinlong area

4 同位素年代學(xué)特征

4.1 采樣位置及分析方法

采樣位置位于新龍縣皮擦鄉(xiāng)皮擦溝水閘一帶，樣品編號為PCDN1，巖性為紫紅色雜砂巖，采樣坐標(biāo)：30°46′12″N、100°03′07″E。鋯石分選是在河北省廊坊地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，將巖石樣品粉碎成200目，利用常規(guī)的浮選和電磁方法分離出鋯石。在雙目鏡下挑選出晶形和透明度較好的鋯石，將其粘在樹脂臺上，經(jīng)打磨、拋光后并鍍金，進(jìn)行反射光、透射光和陰極發(fā)光照相。隨后，結(jié)合背散射圖像(BSE)和陰極發(fā)光圖像(CL)，挑選出較自形、裂紋較少、包裹體少的鋯石，選擇環(huán)帶清晰、較均勻、干凈微區(qū)部位作為測試靶點(diǎn)，進(jìn)行U-Pb同位素年齡測定。測試工作在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源所激光剝蝕多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICP-MS)實(shí)驗(yàn)室完成，激光束斑直徑為30μm。為保證測試精度，在測試過程中每測定5～7個樣品點(diǎn)后，重復(fù)測定兩個鋯石GJ1和一個鋯石Plesovice進(jìn)行校正。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)前期處理采用ICP-MS Data Cal 4.3程序完成，鋯石年齡諧和圖以及頻率直方圖均采用Isoplot 3.0程序繪制。實(shí)驗(yàn)測試過程詳見侯可軍等(2009)，樣品的同位素分析測試結(jié)果見表2。

表2 新龍地區(qū)瑞環(huán)山組砂巖(樣品PCDN1)LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析結(jié)果

續(xù)表2

4.2 分析結(jié)果

陰極發(fā)光圖像顯示鋯石粒度大小不一，粒徑長43～173μm，為半自形-自形晶體，鋯石磨圓和分選均較差，顆粒經(jīng)歷了有限的搬運(yùn)和再循環(huán)過程，體現(xiàn)了瑞環(huán)山組砂巖近源快速沉積的特征。鋯石長寬比約為1:1～4:1，以2:1～3:1為主，幾乎全部鋯石發(fā)育振蕩環(huán)帶或板狀構(gòu)造(圖5a)。樣品PCDN1碎屑鋯石Th/U比值介于0.10～1.08，均≥0.10，暗示為巖漿成因鋯石(吳元保和鄭永飛, 2004)。

瑞環(huán)山組雜砂巖PCDN1樣品中88個測試點(diǎn)共獲得82個有效年齡，年齡分布于196±2Ma～2733±28Ma之間(圖5b)。U-Pb有效年齡主要集中分布在217～246Ma(峰值為229Ma，晚三疊世)、407～453Ma(峰值為435Ma，早志留世)、734～848Ma(峰值為764Ma，新元古代)和1728～1965Ma(峰值為1888Ma，古元古代)(圖6)。在各組年齡中，217～246Ma組年齡所在比例最高(32%，26顆)，其次是407～453Ma(8%，8顆)。最新鋯石年齡為196±2Ma，測點(diǎn)PCDN1-15鋯石顯示清晰的韻律環(huán)帶，Th/U比值為0.78，為典型的巖漿成因鋯石，可限定瑞環(huán)山組的沉積年齡應(yīng)在早侏羅世之后。

圖4 新龍地區(qū)瑞環(huán)山組灰?guī)r中珊瑚化石圖版Fig.4 Coral fossils of the Ruihuanshan Formation limestones in Xinlong area

圖5 新龍地區(qū)瑞環(huán)山組砂巖中鋯石CL圖像(a)和鋯石U-Pb年齡諧和圖(b)Fig.5 Zircon CL images (a) and U-Pb zircon age concordia diagram (b) for the Ruihuanshan Formation sandstone in Xinlong area

5 地球化學(xué)特征

5.1 采樣位置及分析方法

用于巖石地球化學(xué)研究的6件碎屑巖樣品均采自新龍縣皮擦溝通宵曲沿岸瑞環(huán)山組，樣品采集過程中避開脈體發(fā)育地段。樣品經(jīng)清洗表面雜質(zhì)后破碎，經(jīng)多次清洗后將樣品烘干研磨至200目。主、微量元素分析在四川冶金地質(zhì)勘查局六〇五大隊分析測試中心完成。主量元素使用X-射線熒光光譜儀(XPF-1500)法測試，精度優(yōu)于2%～3%，微量元素及稀土元素利用酸溶法制備樣品，使用ICP-MS(Element Ⅱ)測試，分析偏差一般優(yōu)于5%。樣品的地球化學(xué)分析測試結(jié)果見表3。

表3 新龍地區(qū)瑞環(huán)山組砂巖主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

5.2 分析結(jié)果

瑞環(huán)山組砂巖SiO2平均含量為65.32%(63.71%～66.82%)，說明樣品中高硅礦物石英含量中等；Al2O3平均含量為14.12%(12.18%～15.76%)，說明樣品中富鋁礦物如長石、黏土礦物等較為富集，與鏡下觀察樣品中含有一定量的長石及填隙物一致；Na2O平均含量為1.82%(1.60%～2.04%)，K2O平均含量為1.87%(1.29%～2.32%)，K2O/Na2O為0.63～1.45，該比值主要由鉀長石和斜長石的相對含量控制；Fe2O3T平均含量為6.54%(5.80%～7.12%)，與樣品中含有富鐵類重礦物巖屑有關(guān)；MgO平均含量為2.43%(2.17%～2.71%)，CaO平均含量為1.85%(1.46%～2.65%)，CaO和MgO含量高可能與成巖過程中的鈣質(zhì)膠結(jié)有關(guān)。在Lg(Na2O/K2O)-Lg(SiO2/Al2O3)砂巖命名判別圖解(圖7)中，瑞環(huán)山組砂巖樣品屬于雜砂巖范疇，與鏡下觀察到的樣品含有較多巖屑和填隙物的特征相符。

砂巖的∑REE平均值為95.51×10-6(87.65×10-6～100.1×10-6)，其中∑LREE平均值為78.24×10-6(71.02×10-6～82.19×10-6)，∑HREE平均值為17.27×10-6(16.46×10-6～18.89×10-6)，LREE/HREE比值為4.27～4.85，(La/Yb)N值為4.49～6.30，表明樣品相對富集輕稀土元素。(La/Sm)N均值為2.22，(Gd/Yb)N均值為1.60，說明樣品輕稀土分異較為明顯，而重稀土分異不明顯。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(圖8a)中，所有樣品都顯示出右傾、輕稀土富集重稀土平坦的特點(diǎn)。樣品Eu/Eu*平均值為0.70(0.67～0.73)，表現(xiàn)出較為明顯的負(fù)異常，異常值介于殼型花崗巖(0.46)與殼幔型花崗巖(0.84)之間(孫嬌鵬等, 2016)。

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖8b)中，瑞環(huán)山組砂巖虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素而富集Rb、K、U等大離子親石元素，指示其源區(qū)可能跟板塊俯沖環(huán)境中的島弧火山巖有關(guān)。瑞環(huán)山組砂巖Cr/Ni比值為2.03～2.99，說明物源區(qū)鎂鐵質(zhì)或超鎂鐵質(zhì)巖石含量極低(Bauluzetal., 2000)。Bhatia and Crook (1986)研究澳大利亞東部古生代濁積巖時總結(jié)出通過微量元素及其比值可區(qū)分活動大陸邊緣、被動大陸邊緣、大陸島弧及大洋島弧，并指出大洋島弧以極低的Th、Zr、Hf值和高的Zn、Co、V值與其他環(huán)境區(qū)分，表4中可見瑞環(huán)山組砂巖上述特征值均吻合或更接近大洋島弧環(huán)境，其他微量元素也具有此特征。

表4 瑞環(huán)山組砂巖微量元素含量(×10-6)及其比值與不同構(gòu)造環(huán)境下對比

圖6 新龍地區(qū)瑞環(huán)山組砂巖和松潘-甘孜三疊系沉積物(數(shù)據(jù)據(jù)Enkelmann et al., 2007; Weislogel et al., 2006, 2010)碎屑鋯石年齡譜圖Fig.6 Detrital zircon U-Pb age probability plots for the Ruihuanshan Formation sandstone in Xinlong area and the Triassic sediments from Songpan-Ganzi (after Enkelmann et al., 2007; Weislogel et al., 2006, 2010)

圖7 瑞環(huán)山組砂巖Lg(Na2O/K2O)-Lg(SiO2/Al2O3)圖解(底圖據(jù)Pettijohn et al., 1972)Fig.7 Lg(Na2O/K2O) vs. Lg(SiO2/Al2O3) diagram for the Ruihuanshan Formation sandstones (after Pettijohn et al., 1972)

6 討論

6.1 瑞環(huán)山組沉積時限

圖8 瑞環(huán)山組砂巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace-element spidergrams (b) for the Ruihuanshan Formation sandstones (normalizing data after Sun and MeDonough, 1989)

碎屑鋯石的研究方法可以有效地限定沉積物最大沉積年齡，瑞環(huán)山組碎屑鋯石最小年齡為196±2Ma，該鋯石顯示清晰的振蕩環(huán)帶，Th/U比值為0.79，為典型的巖漿鋯石，可以很好的限定瑞環(huán)山組的最大沉積年齡為早侏羅世。侯增謙等(2001)通過對義敦島弧花崗巖的時間坐標(biāo)、空間分布和巖石共生組合特點(diǎn)，確立了4個重要的花崗巖漿活動事件，其中甘孜-理塘洋盆俯沖造山作用發(fā)生于237～206Ma，碰撞造山作用發(fā)生于206～138Ma。瑞環(huán)山組碎屑鋯石中含有27個俯沖期鋯石測點(diǎn)(246～207Ma)和一個碰撞期鋯石測點(diǎn)(196Ma)，表明瑞環(huán)山組應(yīng)沉積于碰撞造山階段196Ma之后。

古生物化石研究表明，瑞環(huán)山組灰?guī)r中珊瑚化石整體上時代歸屬跨度較大，分布于中三疊世-晚白堊世之間，主要集中于晚侏羅世-早白堊世。前人曾在瑞環(huán)山組中發(fā)現(xiàn)的大量生物化石對判斷該組時代歸屬具有重要意義，該組發(fā)現(xiàn)的7個門類中，大部分延續(xù)時限均較長，所建立的Thecosmilia cf. weberi-Pyotethmos cf. discus組合及Cladocoropsism irabilis-Bauneia sp.組合的總面貌具有較明確的中晚侏羅世至早白堊世色彩，其中，六射珊瑚Thecosmilia, Chaetetes, Pseudoseptfer, Montlivaltia等部分種及水螅Cladocoropsis的時限多限制在晚侏羅世(王全偉等, 2009b)。結(jié)合本文中碎屑鋯石、古生物化石研究，瑞環(huán)山組主體沉積時代應(yīng)為晚侏羅世，可能延伸至早白堊世。

對于本次工作中瑞環(huán)山組灰?guī)r中鑒定有三疊紀(jì)珊瑚化石，不同時代生物化石的混存現(xiàn)象在其他地區(qū)也多有出現(xiàn)。推測為甘孜-理塘洋在石炭-三疊紀(jì)曾發(fā)育有不同時期的與洋島建造配套的灰?guī)r沉積或是局限臺地沉積的灰?guī)r塊體，晚三疊世經(jīng)俯沖消減構(gòu)造混雜于俯沖增生雜巖帶內(nèi)，并于晚侏羅世時期殘留海演化階段，灰?guī)r巖塊經(jīng)風(fēng)化剝蝕后參與到瑞環(huán)山組灰?guī)r的成巖過程中。

圖9 瑞環(huán)山組砂巖主量元素物源屬性判別圖解(a, 據(jù)Tobia and Aswad, 2015; b, 據(jù)Wen et al., 2016)F1=0.074SiO2-0.226Fe2O3T-0.27Al2O3+4.489TiO2+0.153CaO-0.137MgO+0.398Na2O+1.447K2O+52.458P2O5-9.655; F2=0.190SiO2+0.268Fe2O3T+0.313Al2O3-0.336TiO2+0.209CaO+4.107MgO+3.866Na2O-1.293K2O-6.570P2O5-18.926Fig.9 Provenance discrimination diagrams for major element of the Ruihuanshan Formation sandstones (a, after Tobia and Aswad, 2015; b, after Wen et al., 2016)

圖10 瑞環(huán)山組砂巖微量元素物源組成判別圖解(據(jù)Gu et al., 2002)Fig.10 Substance composition discrimination diagrams for trace element of the Ruihuanshan Formation sandstones (after Gu et al., 2002)

6.2 地球化學(xué)對物源的限定

碎屑巖地球化學(xué)組成嚴(yán)格受物源區(qū)控制，可代表源區(qū)母巖的化學(xué)成分，能有效的示蹤物源區(qū)巖石組合特征(楊宗耀等, 2019)。在砂巖物源屬性判別方面，Roser and Korsch (1988)的經(jīng)典F1-F2物源屬性判別圖解應(yīng)用最廣泛，Tobia and Aswad (2015)通過改進(jìn)的F1-F2判別圖解，有效的避免了風(fēng)化作用對化學(xué)組分的影響，瑞環(huán)山組砂巖在改進(jìn)后的F1-F2圖解(圖9a)中分布于中性火成物源區(qū)靠近長英質(zhì)火成物源區(qū)一側(cè)，表明瑞環(huán)山組碎屑巖物源區(qū)主要為中性火成巖，推測也有長英質(zhì)火成巖組分的加入。在TiO2-Al2O3圖解中(圖9b)，瑞環(huán)山組砂巖樣品均落于中性巖源區(qū)，則表明物源區(qū)火成巖組分主要為中性火成巖。

碎屑巖中稀土元素以及Th、Sc和Co等元素具有相對穩(wěn)定的特征，在后期風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)過程中具有較強(qiáng)抗流失性，其地球化學(xué)特征最能代表源區(qū)母巖的屬性(楊宗耀等, 2017)。在Co/Th-La/Sc物源組成判別圖解(圖10)中，樣品均位于安山質(zhì)物源和長英質(zhì)物源過渡區(qū)，為古老沉積物源成分加入的結(jié)果(Guetal., 2002)，顯示瑞環(huán)山組砂巖物源區(qū)既有安山質(zhì)火成巖組分，也有陸緣物質(zhì)的加入。

圖11 瑞環(huán)山組砂巖主量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解(據(jù)Bhatia, 1983)Fig.11 Tectonic setting discrimination diagrams for major element of the Ruihuanshan Formation sandstones (after Bhatia, 1983)

圖12 瑞環(huán)山組砂巖La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10和Th-Co-Zr/10微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解(據(jù)Bhatia and Crook, 1986)Fig.12 Tectonic setting discrimination diagrams of La-Th-Sc, Th-Sc-Zr/10 and Th-Co-Zr/10 for the Ruihuanshan Formation sandstones (after Bhatia and Crook, 1986)

圖13 瑞環(huán)山組砂巖Ti/Zr-La/Sc構(gòu)造環(huán)境判別圖解(據(jù)Bhatia and Crook, 1986)Fig.13 Tectonic setting discrimination diagram of Ti/Zr vs. La/Sc for the Ruihuanshan Formation sandstones (after Bhatia and Crook, 1986)

圖14 中生代甘孜-理塘洋構(gòu)造演化模式Fig.14 Tectonic evolution of the Ganzi-Litang Ocean in Mesozoic

6.3 巖石地球化學(xué)反映的構(gòu)造背景

根據(jù)碎屑巖的地球化學(xué)特征，通過相應(yīng)判別圖解來分析沉積時期的構(gòu)造環(huán)境已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用(杜利林等, 2013)。在TiO2-(Fe2O3T+MgO)和Al2O3/SiO2-(Fe2O3T+MgO)主量元素構(gòu)造背景判別圖解(圖11)中，瑞環(huán)山組砂巖樣品投點(diǎn)均落入大洋島弧及其附近，暗示其形成于靠近大洋島弧的構(gòu)造環(huán)境。Bhatia and Crook (1986)利用微量元素在風(fēng)化過程中不易發(fā)生改變的特性，建立圖解來判別砂巖沉積時期的構(gòu)造背景更具代表性。在La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10和Th-Co-Zr/10圖解(圖12)中，瑞環(huán)山組砂巖樣品同樣落入大洋島弧區(qū)域及其附近，且與Ti/Zr-La/Sc構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖13)反映結(jié)果一致。砂巖稀土元素配分曲線中δEu負(fù)異常、輕稀土富集重稀土平坦以及微量元素蛛網(wǎng)圖中虧損Nb、Ta等高場強(qiáng)元素而富集Rb、U等大離子親石元素等特征均顯示瑞環(huán)山組砂巖的成因與島弧關(guān)系密切，結(jié)合構(gòu)造環(huán)境判別圖解其構(gòu)造性質(zhì)應(yīng)處于大洋島弧環(huán)境，同時，砂巖沉積過程中可能有陸緣碎屑物質(zhì)的加入，致使部分投圖向大陸島弧環(huán)境偏移。

Sr和Ba等堿土金屬元素在陸相、海陸交互相及海相等不同環(huán)境中的富集程度具有差異(鄧平, 1993)，藍(lán)先洪等(1987)對中國珠三角地區(qū)沉積物中Sr和Ba元素的含量特征研究認(rèn)為，陸相Sr小于60×10-6、Ba小于300×10-6，而海相Sr大于160×10-6、Ba大于400×10-6，海陸兩相之間的差異明顯。瑞環(huán)山組砂巖Sr含量平均值為86.1×10-6(72.6×10-6～110.0×10-6)，Ba含量平均值為341×10-6(263×10-6～433×10-6)，兩種元素含量均介于兩者之間，表現(xiàn)出海陸交互相沉積特征。沉積物中V和Ni元素含量與生物導(dǎo)致的氧化還原反應(yīng)密切相關(guān)，是判斷沉積環(huán)境的重要指標(biāo)(Lewan, 1984)，當(dāng)V/(V+Ni)<0.60時為氧化環(huán)境，V/(V+Ni)>0.60則反映水體為還原環(huán)境，隨著V/(V+Ni)值的增大，其貧氧程度逐漸增加，當(dāng)V/(V+Ni)>0.84時，為極度厭氧環(huán)境并伴隨H2S出現(xiàn)(Lanetal., 2017)。瑞環(huán)山組砂巖V/(V+Ni)平均值為0.79(0.73～0.81)，表明其沉積環(huán)境為厭氧的還原環(huán)境，與上述海陸交互相沉積特征相吻合。

礦物組分及鋯石形態(tài)顯示瑞環(huán)山組砂巖屬于近源快速沉積，地球化學(xué)特征反映其源區(qū)為大洋島弧環(huán)境，同時又有陸緣碎屑物質(zhì)的加入。然而大量的證據(jù)表明，甘孜-理塘洋自晚三疊世向西俯沖，并于晚三疊世末進(jìn)入碰撞造山階段，侏羅紀(jì)時期甘孜-理塘地區(qū)不可能存在有大洋島弧環(huán)境，此時的海相地層沉積環(huán)境應(yīng)為殘留海盆，盆地西側(cè)為甘孜-理塘俯沖增生楔，推測俯沖增生雜巖內(nèi)大洋島弧殘片向盆地提供了安山質(zhì)火山巖物源，同時增生雜巖帶內(nèi)基質(zhì)復(fù)理石也向盆地提供了少量的碎屑物質(zhì)組分，因而快速沉積的瑞環(huán)山組砂巖繼承了大洋島弧所特有的地球化學(xué)屬性。綜上所述，新龍地區(qū)瑞環(huán)山組沉積于甘孜-理塘殘留盆地西側(cè)臨近甘孜-理塘俯沖增生雜巖的海陸交互相淺海環(huán)境。此外，瑞環(huán)山組砂巖地球化學(xué)特征也從側(cè)面反映了甘孜-理塘洋盆在演化過程中存在有安山質(zhì)大洋島弧，與筆者在理塘地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的洋內(nèi)弧高鎂安山巖的認(rèn)識相吻合(嚴(yán)松濤，另文發(fā)表)。

6.4 鋯石U-Pb年齡對物源的限定

用碎屑鋯石U-Pb年齡峰值與潛在物源區(qū)進(jìn)行對比進(jìn)而判斷物源，已經(jīng)是一種比較成熟的方法(李忠等, 2009; Li and Peng, 2010)。瑞環(huán)山組砂巖碎屑鋯石主要年齡集中區(qū)為217～246Ma(峰值為229Ma)、407～453Ma(峰值為435Ma)、734～848Ma(峰值為764Ma)和1728～1965Ma(峰值為1888Ma)。

通過將瑞環(huán)山組碎屑鋯石的年齡譜圖峰值與揚(yáng)子板塊西緣松潘-甘孜三疊系地層的U-Pb年齡峰值對比發(fā)現(xiàn)(圖6)，435Ma、764Ma和1888Ma三個峰值分布均非常相似(Enkelmannetal., 2007; Weislogeletal., 2006, 2010)。研究表明，松潘-甘孜三疊紀(jì)復(fù)理石盆地是一個具有復(fù)雜沉積體系的多物源盆地。其中435Ma年齡峰值對應(yīng)了北秦嶺侵入體的形成時間，代表了加里東期南秦嶺與北秦嶺和華北陸塊的拼合事件(Ratschbacheretal., 2003)；764Ma年齡峰值對應(yīng)著揚(yáng)子陸塊晉寧期陸塊增厚事件(Hackeretal., 2004; Zhengetal., 2007)；1888Ma年齡峰值是呂梁期華北克拉通東西兩大塊體在中部發(fā)生碰撞，華北古陸進(jìn)一步固結(jié)、擴(kuò)大的時間(Kusky and Li, 2003)。由于中咱地塊于晚泥盆世從揚(yáng)子板塊西緣裂離，兩者在晚泥盆世之前應(yīng)具有一致的U-Pb年齡峰值，因此，這三個峰值間接地反映了俯沖增生雜巖內(nèi)中咱地塊東緣活動陸緣弧前復(fù)理石參與了瑞環(huán)山組的物源供給，與上述砂巖地球化學(xué)反映源區(qū)有沉積物源的加入結(jié)論一致。瑞環(huán)山組砂巖229Ma峰值則來自于甘孜-理塘蛇綠混雜巖帶內(nèi)三疊紀(jì)大洋島弧殘片以及基質(zhì)復(fù)理石中含有大量的中咱地塊東緣義敦島弧晚三疊世俯沖期巖漿鋯石(237～206Ma)。而196±2Ma的最年輕鋯石應(yīng)來自于基質(zhì)復(fù)理石中攜帶的義敦島弧晚三疊世末-早白堊世碰撞造山階段(206～138Ma)形成的巖漿鋯石(侯增謙等, 2001)。

6.5 構(gòu)造演化探討

過去，研究者根據(jù)義敦島弧帶巖漿活動及海陸交互相煤系地層的時代，普遍認(rèn)為甘孜-理塘洋盆晚三疊世向西俯沖，晚三疊世末期就已完全閉合轉(zhuǎn)入陸內(nèi)改造階段，川西高原不存在侏羅紀(jì)海相沉積，巴顏喀拉地層區(qū)及揚(yáng)子地臺西部也缺乏侏羅-白堊紀(jì)海相地層的事實(shí)，似乎已被地學(xué)界認(rèn)可。前人工作及本次調(diào)查相繼在甘孜-理塘蛇綠混雜巖帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)晚侏羅世海相生物群落和海相碳酸鹽巖夾碎屑巖建造，從而揭開了甘孜-理塘洋盆侏羅紀(jì)碰撞造山階段仍存在殘留海的面紗，也為豐富西南“三江”多島弧盆系侏羅紀(jì)時期構(gòu)造演化提供了新的證據(jù)。

研究表明，甘孜-理塘洋始于晚泥盆世中咱地塊裂離揚(yáng)子板塊西緣形成的坳陷盆地(張世濤等, 2000; 馮慶來等, 2002; 楊文強(qiáng)等, 2010)。石炭-二疊紀(jì)持續(xù)擴(kuò)張，于中三疊世洋盆面積達(dá)到最大，最大寬度可達(dá)476km(莫宣學(xué)等, 1993)，根據(jù)現(xiàn)有的研究資料，二疊紀(jì)-中三疊世期間甘孜-理塘洋盆內(nèi)發(fā)育有不同時期的洋中脊、洋島-海山、洋內(nèi)弧、裂離地塊以及深海-半深海陸緣復(fù)理石建造(嚴(yán)松濤等, 2021)(圖14a)。晚三疊世，受區(qū)域性構(gòu)造匯聚事件影響，甘孜-理塘洋開始向西的洋洋俯沖形成安山質(zhì)大洋島弧，伴隨著持續(xù)的擠壓應(yīng)力，洋洋俯沖逐漸向洋陸俯沖過渡，在中咱地塊東緣形成義敦島弧帶(圖14b)。至晚三疊世末，甘孜-理塘洋殼俯沖結(jié)束進(jìn)入弧陸碰撞階段，發(fā)育同碰撞型花崗巖(侯增謙等, 2001)。在洋陸轉(zhuǎn)換期間，受不規(guī)則狀揚(yáng)子板塊西緣大陸邊緣控制，凸出部位先發(fā)生碰撞進(jìn)入造山隆升階段，大陸邊緣凹處海灣部位仍為殘留海所占據(jù)，沿甘孜-理塘地區(qū)石渠、新龍、木里等地分布有零星串珠狀小型淺海盆地沉積侏羅系地層，其中新龍地區(qū)在殘留海盆地西側(cè)臨近甘孜-理塘俯沖增生雜巖淺海環(huán)境中沉積了瑞環(huán)山組碳酸鹽巖夾碎屑巖建造(圖14c)，殘留海盆地可能延伸至早白堊世消亡，甘孜-理塘地區(qū)全面進(jìn)入造山隆升階段(圖14d)。

7 結(jié)論

(1)新龍地區(qū)瑞環(huán)山組為碳酸鹽巖夾碎屑巖巖石組合，形成于碳酸鹽臺地前緣斜坡、臺地淺灘、混積臺地潮坪過渡環(huán)境。瑞環(huán)山組砂巖主要成分以石英、巖屑和長石為主，巖屑主要為沉積巖巖屑、火山巖巖屑和綠泥石等。

(2)瑞環(huán)山組灰?guī)r中含有大量的珊瑚化石，分布于中三疊世-晚白堊世之間，主要集中于晚侏羅世-早白堊世。

(3)砂巖碎屑鋯石最新年齡為196±2Ma，指示其應(yīng)沉積于早侏羅世之后。435Ma、764Ma、1888Ma三個峰值來自于揚(yáng)子板塊，229Ma峰值自于甘孜-理塘俯沖增生雜巖。

(4)地球化學(xué)特征顯示，瑞環(huán)山組雜砂巖物源區(qū)為安山質(zhì)火山巖及陸緣復(fù)理石，母巖構(gòu)造背景為大洋島弧環(huán)境，反映新龍地區(qū)瑞環(huán)山組沉積于甘孜-理塘殘留海盆地西側(cè)臨近甘孜-理塘俯沖增生雜巖的海陸交互相淺海環(huán)境。

(5)甘孜-理塘洋始于晚泥盆世中咱地塊裂離揚(yáng)子板塊西緣，先后經(jīng)歷了石炭-中三疊世擴(kuò)張階段，晚三疊世俯沖階段，晚三疊世末弧陸碰撞造山階段，侏羅紀(jì)殘留海階段，至早白堊世全面進(jìn)入造山隆升階段。