羌塘盆地变质岩系的形成与基底

羌塘盆地变质岩系的形成与基底

1羌塘中央起落架羌塘盆地位于青藏高原的腹部。这是中国现代的一次海相沉积盆地（易吉伟等，1996；鲁兵等，2000）。除了盆地的南北两个边界(龙木错-金沙江缝合带和班公湖-怒江缝合带)外,只有在羌塘地块中部的双湖—鲁谷一带才有时代较老的变质岩地层出露,该带是研究盆地基底的窗口。羌塘中央隆起东西长近400km,南北宽10～100km不等,由沉积岩、变质岩和岩浆岩组成。李才等(1995)和李曰俊等(1996)称之为“蛇绿混杂岩”,含二叠纪、三叠纪时期的放射虫硅质岩。张懋功等(1986)、王成善等(1987)和邓万明(1996)认为该区早二叠世发育一条东西向的初始陆间裂谷,晚三叠世相对活动。李才等(1995,1997)、常承法(1992)和Sengor(1988)认为,双湖—茶布一线晚古生代时期为冈瓦纳大陆与欧亚大陆间的一条古特提斯缝合带。PaulKapp等(2000)认为,该隆起具有变质核杂岩的性质。1994～1998年间,原中国石油天然气总公司新区勘探事业部青藏油气勘探项目经理部组织开展了羌塘盆地的首轮油气勘探工作,取得了大量的地质、地球物理调查资料,为进一步研究羌塘盆地的基底组成、结构特征及其意义创造了良好的条件。2前泥盆纪地层及结晶基底羌塘盆地大部分被中新生代地层覆盖,但在沿鲁谷—双湖一线的戈木日、玛依岗日、果干加年日、阿木岗等地出露一套变质岩地层,以前文献中称之为阿木岗群或戈木日群(吴瑞忠,1986;西藏自治区地质矿产局,1993),并将其时代划归为前泥盆纪(中国地质科学院成都地质矿产研究所,1988)。该套地层除含片岩、片麻岩、角闪岩等外,还含有蓝闪石片岩(李才等1995;呙中平等,1996;邓希光等,2000),表明该带曾发生过较强的动力变质作用。李曰俊等(1997)还找到1994～1996年间,青藏项目经理部对E85°～89°间的隆起带进行了重点调查。在野外工作基础上,结合前人的研究成果(吴瑞忠,1986;西藏自治区地质矿产局,1993),根据不同部位出露岩石的变质、变形程度,从上到下把前泥盆系(AnD)分为:果干加年日组、玛依岗日组、戈木日组和阿木岗组(表1)。1995年,成都地质矿产研究所用Rb-Sr法从变质岩中获得了(547.12±19.5)Ma的绝对年龄值,把阿木岗组的变质年龄定为早寒武纪,其实际年龄与区域上的前震旦纪相当。王成善等1(1996)用双带源分层蒸发锆石方法在变质岩样品中测出了1016Ma和2762Ma的207Pb/206Pb年龄值。李才等2(1998)用Sm-Nd法在隆起带中获得了1645Ma年龄值。若单纯从年龄值看,持“裂谷”观点的学者(王成善等,1987;邓万明等,1996)认为羌塘地块应当存在前寒武纪的结晶基底。而持“缝合带”(李才等,1995)观点的学者则认为这些样品可能来源于冈瓦纳大陆,并不代表羌塘地块基底的年龄。对于果干加年日组的时代,认识上也有一些分歧。李才等(1995)则认为果干加年日组的源岩来自于冈瓦纳大陆的石炭系—二叠系的冰海杂砾岩,但也有学者认为其为三叠纪地层。王成善等1(1996)认为果干加年日组与玛依岗日组构成了盆地的褶皱基底,形成于中晚元古代;戈木日组与阿木岗组则构成了盆地的结晶基底,形成于早元古代;也就是说盆地具有双重基底。但从变质程度看,阿木岗组为一套中-深变质的片麻岩地层,变质级别最高。戈木日组前期以区域变质的绿片岩—角闪岩相为特征,以角闪岩相为主,后期叠加了绿片岩相的动力变质作用,构造置换强烈,塑性变形特征明显。玛依岗日组岩石组合以绿片岩岩相为主;果干加年日组变质程度最弱,为绿片硅质岩相。岩屑与重矿物分析显示,果干加年日组与玛依岗日组主要以变质砂、砾岩为主,砾石中含有大量的糜棱岩及糜棱片岩等,是戈木日组与阿木岗组二者剥蚀的产物。这样,褶皱基底可能为结晶基底后期隆升剥蚀的产物,是一个局部的构造现象。因此,盆地实际上只有结晶基底,由戈木日组与阿木岗组组成。所谓的“褶皱基底”可能仅是结晶基底后期隆升的产物,只发育在双湖—鲁谷一带。3基本导航磁异特征3.1小鼠磁异常特征由于盆地内出露的地层岩石组成比较复杂,除变质岩外,还有印支期与燕山期的侵入体、早二叠世与晚三叠世的玄武岩、燕山期的中酸性火山岩和喜马拉雅期的碱性火山岩等,使羌塘盆地的磁性层(体)比较复杂,因而对基底磁性地层也具有一定干扰作用。岩石物性测试结果(中国石油天然气集团公司第五地质调查处,1996测试)表明:羌塘盆地中绿片岩的平均磁化率为367×10-5SI,属中等磁性,其它的片岩类平均磁化率小于20×10-5SI,属微磁。花岗片麻岩平均磁化率为143×10-5SI,属中等磁性,板岩与千枚岩为弱磁。玄武岩、辉绿岩、辉长岩为强磁性,玄武岩层的平均磁化率高达713×10-5SI,为强磁性;橄榄岩、花岗岩、石英闪长岩为中等磁性;花岗斑岩无磁性。从总体上看,前泥盆系为弱磁性,沉积岩为很弱磁性或无磁性。从羌塘盆地航磁ΔT异常图(图1)上可见,强磁异常往往呈带状展布,主要沿绒马—双湖、各拉丹东、普若岗日以及羌塘地块的南北边界等地分布,异常强度在100～300nT。与地表露头对比发现,双湖—绒马的强磁异常带主要对应二叠纪、三叠纪的玄武岩。在隆起带北侧沿那底岗日—拉雄错一线发育了一套早侏罗世中酸性火山岩,厚度为300～1000m,其磁化率均在40～80×10-5SI之间,多数在50～60×10-5SI左右。在东月湖—雪莲湖一带,喷发了大量的晚第三纪陆相火山岩,磁性体成环状展布,磁异常强度中等。磁场向上延拓20km(图2)后,那底岗日—拉雄错的中酸性火山岩、东月湖—雪莲湖的陆相火山岩基本上没有显示,表明它们为浅源磁场。但双湖—绒马、各拉丹东的强磁异常随上延高度的增加不但没有减弱反而更加明显,且整体性、带状特征更为突出,具有上延不衰的特点,其反映的构造背景为裂谷或裂陷槽,与地质研究的结果相吻合。在中新生代地层广泛发育的羌南与羌北地区,磁异常较弱或无异常显示。从异常强度上看,羌南与羌北地区基底的航磁异常特征并无太明显的差异,二者均属弱磁性。由于沉积岩基本上无磁性,因此其应为基底的反映,与结晶基底相对应。3.2个层次的构造单元根据基底的起伏和构造走向把羌塘盆地基底划分为两坳一隆,即北羌塘坳陷区、中央隆起区和南羌塘坳陷区,每一坳陷区又分出若干个次级构造单元(图3)。北羌塘坳陷区总体形态为东西向延伸的长条状坳陷,西南部磁性基底埋深一般为2～5km,东南部埋深为3～7km,而中北部埋深较大,为5～9km,最深达11km。因此,北羌塘坳陷区呈现出由西南向东北倾、东南向西北倾、中北部为深坳陷的构造特征。根据坳陷区内部基底的起伏特征,可划分为3个坳陷,即NW向展布的布若错-唢呐湖坳陷、EW向的吐波错-白滩湖坳陷和NE向展布的吐错-葫芦湖坳陷,这3个坳陷中又可细分为若干个凸起和凹陷。单个凸起呈狭长条带状,其延伸方向主要为NWW向,其次为NEE向,这些单个凸起互相连接,形成明显的棋盘状的构造特征。凹陷被长条状的凸起分隔,其形态多为菱形或长条形。单个凹陷的展布方向以NW、NWW向为主,其次为NE向和EW向。而且在东经89°西的断裂的东西两侧,凹陷的展布方向存在差别,断裂以西凹陷深度较大,是全羌塘埋深最大的凹陷区,且凹陷展布方向为NWW向;以东凹陷埋深较小,展布方向为NW向。中央隆起区位于北羌塘坳陷区之南,夹于南北坳陷之间,总体呈EW向展布,在中央隆起上基底局部出露。因此,本区的基底埋深较浅,一般小于2km。中央隆起西段宽(大约120km),东段窄,在戈木茶卡以西其走向转为NW向,以东为EW走向,但向东至吐错地区,隆起的位置明显偏北。中央隆起的东段北移,西段走向转变,这可能是由于基底断裂走滑所致。南羌塘坳陷区位于盆地南部,呈EW向展布。磁性基底表现为南浅北深,中段浅向东西两边变深的趋势。南羌塘坳陷的南部磁性基底为中生代变质岩,因此坳陷南部浅并不代表结晶基底埋藏浅。坳陷区中部埋深较浅,一般为3km左右,西部埋深5～9km,东部埋深3～7km。根据坳陷区内基底的起伏特征,分为3个次级构造单元,即西部EW向帕度错-纳江错凹陷,中部NW向毕洛错-其香错凸起,东部NWW向的蒂让碧错-土门凹陷。南羌塘坳陷区具有中部隆、东西两侧坳的构造格局。当磁场上延20km(图2)后,磁异常的展布方向发生了转变,主要以南北向为主,在沿绒马、双湖所在的经线和东经90°等方向出现了南北向的横向构造带,使羌塘盆地的深部呈现出东西分块的构造格局。4基本电性结构4.1整理区基底结构以往曾有人在羌塘盆地实施过几条MT剖面(郭新峰等,1995;张胜业等,1996;孔祥儒等,1996;马晓冰等,1997)。1994～1996年,青藏项目经理部在羌塘地区部署了12条MT剖面(图4),这有助于进一步认识和了解盆地的基底构造。研究结果表明,北羌塘和南羌塘东部(E89°以东)大部分地区电阻率值小于100Ω·m,等值线较简单,表明基底岩性相对较稳定。南羌塘西部(E89°以西)和各拉丹东—唐古拉山等地,电阻率值相对较高。羌塘盆地东北部电阻率值普遍较低,且变化不大;西南部电阻率值较高,电阻率等值线变化较大;东部电阻率最高且比较平缓。图4是根据12条MT剖面的一维连续介质反演结果做出的电性基底埋深图。从图中可以看出,沿黑头山—双湖—尼玛一线以西和雁石坪—各拉丹东—安多一线以东,基底埋深1～2km,相对较浅。但在热觉茶卡和帕度错东基底埋藏较深。中部沿朝阳湖—双湖—伦坡拉—西金乌兰湖所圈定的范围,基底埋深3～8km。此外,从等值线圈闭的走向看,大致沿黑头山—双湖—安多一线可以把研究区一分为二:北东侧的等值线圈闭走向呈NW-SE向,西南侧的等值线圈闭走向则呈EW向。总体上看,MT结果对羌塘盆地的南北分带特征不如航磁资料所反映的明显,但其却突出了盆地的东西分块性。从图4可见,沿328+2线和560线把研究区从西向东分割成3个区块。Ⅰ区块位于双湖—昌东之间,以查桑—戈木日为轴,其两侧的电阻率等值线展布方向明显不同,以北的呈NW向,以南的呈NE向。Ⅱ区块介于双湖与各拉丹东之间,等值线均沿EW向展布。Ⅲ区块位于各拉丹东以东,等值线呈NW向分布。4.2高阻体的发育据MT剖面揭示,羌塘盆地基底非均质性较强,改造强烈,主要表现为:(1)基底中分布许多规模较大的高阻体,尤其是南羌塘西部表现得更加明显。这些高阻体有些与地面出露的花岗岩体相对应。有的高阻体似层状分布,具双层结构,如148线111-151点、380线15-20点和1线49-59点(图6)。这些层状高阻体的电阻率并不相同,说明它们不是同一岩体。此外,在高阻体发育处,壳内高导层埋深较大,且横向褶皱变形强烈。(2)除高阻体外,基底内低阻体也较发育,它们有的顶部直接与沉积电阻层接触,造成基底高阻层不连续。如194线71-76点、C线32-40点、560线40-45点(图6a,b,c)。而这些低阻体对应的重、磁异常区均属正常的沉积异常显示。5羌塘盆地基底的性质由上述分析可知,羌塘地块中部出露的变质岩中确实含有前寒武系的成分,但对于其成因却有不同的认识。以常承法(1992)、李才等(1995)和Sengor(1988)等为代表的学者认为,羌塘地块中部沿龙木错—鲁谷—双湖—澜沧江一线存在一条古特提斯缝合带,并把其作为冈瓦纳大陆与欧亚大陆在古特提斯阶段的分界线,这样羌塘地块南北部的基底属性自然就有差异。以张懋功(1986)、王成善(1987)、邓万明(1996)等为代表的学者认为,在晚古生代晚期沿鲁谷—双湖一线发育一板内裂谷,不具缝合带的性质。因此,羌塘的基底在南北两部分当时不存在质的区别。Paul等(2000)则认为晚三叠世—早侏罗世龙木错-金沙江缝合带闭合时,北侧巴颜喀拉地块向南俯冲到羌塘地块下,使羌塘地块中部隆起。按此观点,隆起区的变质岩来源有3种可能性:1)羌塘地块;2)龙木错-金沙江缝合带;3)巴颜喀拉地块。假如隆起带曾经为古特提斯缝合线,两侧的构造特征应有较大的差异。但从航磁结果可知,羌塘地块南北方向上不存在显著的差异,基底的完整性也较好,似乎没有拼贴的特征,并且盆地中部的强磁异常带在双湖以东突然消失,并没有向东延伸与澜沧江缝合带相连。因此,航磁结果与缝合带观点是矛盾的。笔者同意Paul等人(2000)关于隆起带具有核杂岩属性的认识。从图1可见,在查桑—双湖一线有一条强磁异常带,它们与地表的早二叠世—晚三叠世的玄武岩相对应;磁场向上延拓10,20,40km后,该带仍有清晰的反映,说明磁场效应是由深部磁性体造成的。因此,沿查桑—双湖一线当时确实存在裂谷(或裂陷槽)。当晚三叠世—早侏罗世时期龙木错-金沙江缝合带闭合时裂谷也随之关闭。从上文对MT剖面的分析看,羌塘南北的电性基底现今确有差异:南羌塘的高阻体较多,壳内高导层埋藏深,变形强烈;而北羌塘的低阻体较多,壳内高导层埋藏浅,且较稳定。这似乎支持“缝合带”的观点。但仔细研究MT剖面发现,这些低阻体和高阻体的产状与基底电性层是很不协调的。它们大多侵入到或切割基底电性层,不是基底所固有的,而是后期发生的改造成分(傅容珊等,1999)。原因是:南、北羌塘的南北