西藏拉萨盆地区域构造及沉积演化特征
(中国地质调查局军民融合地质调查中心, 成都 610036)
摘要: 西藏拉萨盆地位于冈底斯构造带南东段, 地质环境特殊, 为高原地区普遍且典型的构造形态; 通过研究拉萨盆地构造发育及其演变特点, 将拉萨盆地早中侏罗世以来的构造演化分共为两期三个阶段; 盆地形成的大地构造背景决定了沉积盆地时空演化过程。通过调查分析研究区的层序地层特征, 根据其地层组合规律, 将拉萨盆地内沉积地层共分为五个沉积序列组合。拉萨盆地沉积序列建造反映了山弧的形成演化过程, 同时也表明该盆地具障壁海岸沉积环境。盆地内沉积地层时代局限于新特提斯洋壳聚敛阶段; 其演化过程为: 特提斯主域洋壳向北俯冲消减, 形成中生代陆缘火山弧 (叶巴弧) 。随着俯冲作用的继续, 叶巴岛弧火山岩抬升并局部暴露地表接受剥蚀。之后发生大规模海侵, 拉萨盆地相对开始下降并接受沉积; 晚白垩世-古新世早期, 俯冲转变为碰撞事件; 始新世早期, 新特提斯洋壳完全闭合, 盆地内沉积地层褶皱成山, 拉萨盆地完全关闭。
DOI: 10.48014/cesr.20240524001
引用格式: 詹纯, 何涛, 杨虎, 等. 西藏拉萨盆地区域构造及沉积演化特征[J]. 中国地球科学评论, 2024, 3(3): 125-131.
文章类型: 综 述
收稿日期: 2024-05-24
接收日期: 2024-06-07
出版日期: 2024-09-28
1 大地构造背景
研究区地处西藏自治区拉萨地区，位于古城拉萨北部及西部;大地构造仅属西藏-三江造山系拉达克-冈底斯弧盆系拉达克-南冈底斯-下察隅岩浆弧中段[1](图1)，北接隆格尔-工布江达复合岛弧，南临雅鲁藏布江结合带。区内构造活动较为强烈，先后经历了燕山期和喜山期等多期次构造运动及其热事件作用影响，研究区早侏罗世叶巴组度受到了多期变形改造，弱变质作用，其余中生代拉萨盆沉积地层到了脆性变形改造相伴的弱变质作用。
2 地质构造演化
该构造背景决定了研究区的构造发育及其演变特点。早于早侏罗世，新特提斯洋壳向北俯冲，生成和发展叶巴火山弧，其过程是研究区地质发展史的主线。研究区内形成时代最老的早中侏罗世叶巴弧，代表了早期活动的地质记录，并由此开始了其漫长的发展、改造历程。在深入分析并综合了前人研究成果的基础上，同时融入了本次调查结果。将研究区早中侏罗世以来的构造演化分为两期三个阶段(图2)。
2.1 俯冲期演化
(1)叶巴弧形成阶段
研究区东部达孜一带的叶巴火山弧锆石 SHRIMP 的U-Pb年龄 182~165Ma，早中侏罗世，标志了特提斯洋壳向北俯冲消减，代表了冈底斯构
图1 大地构造位置图
Fig.1 Tectonic location map
图2 研究区构造演化模式图
Fig.2 Model diagram of tectonic evolution in the study area
造带侏罗纪开始进入陆缘岛弧阶段。生成于叶巴沟-甘丹寺一带的早中侏罗世钙碱性岛弧火山岩，记录了此次俯冲作用，该套火山岩系变形极为强烈，发育韧性变形兼具脆-韧性变形、脆性变形。从火山角砾岩出露特征看，火山喷发具中心式成规模，裂隙式遍布的喷发特点。
(2)拉萨盆地形成阶段
叶巴弧晚期火山活动逐渐趋弱，表现在叶巴组三段岩层中正常沉积夹层逐渐增多，直至叶巴组四段的泥质板岩、含砂粒钙质片岩的形成。随着海相火山活动的停息，叶巴岛弧成为横亘于海、陆之间的水下火山岛链，主体接受(J2?)J3-K1时限的碳酸盐岩建造-砂岩建造的沉积。此时，处于叶巴弧俯冲挤压与弧后拉张相对趋衡的构造环境，即叶巴弧受韧性变形，形成主期面理的同时，中生代拉萨盆地形成。由于盆地中缺少了韧性变形这一构造层次，故认为早期弧与盆地之间，应该是不整合接触关系。
由于俯冲作用与弧后拉张作用的趋衡时间较长，拉萨盆地接受稳定、连续的沉积。根据区域零星的证据及本区J3-K1沉沉积地层发展特征，盆地积组合可分为两个沉积旋回，第一旋回包括却桑温泉组、多底沟组、林布宗组、第二旋回为楚木龙组、塔克那组。两个旋回的岩石组合特征均显示了海水由浅到深、再由深到浅，沉积类型由退积到进积的变化特征。
2.2 碰撞造山期
从区域看，白垩纪晚期，特提斯洋进入了碰撞闭合阶段，随陆壳的抬升，海水从研究区内全面退出，海相沉积史宣告结束。随着新特提斯洋的逐渐消亡和相邻板块间的剧烈碰撞，盆地沉积地质体在南北向挤压应力作用下褶皱隆升，地壳缩短、加厚，叶巴组一同与中生代沉积地层构成了向南推覆的构造样式。同时俯冲的洋壳部分可能熔融，深部开始有岛弧型深成中酸性岩体被动侵位，如南侧新仓村东面的琼杰玛岩体。
(1)新生代古荣-娘热火山岩浆弧形成阶段
古新世早期-始新世晚期，雅鲁藏布江弧后盆地洋盆封闭，印度大陆与欧亚大陆相继经历了主碰撞(65~41Ma)[2]。这一阶段内，火山活动呈现出极为显著的活跃状态，发育有与碰撞运动相关的新生代古荣-娘热火山岩浆弧。
典中组火山岩是这次火山活动的早期阶段，其在冈底斯岩浆岩带的南部广泛发育，区域上与下伏设兴组或更老地层为角度不整合接触关系，可能代表了新特提斯洋向北加速俯冲过程的结束。本报告获得15个锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄区间为65-53Ma，属古新世Danian期。典中组火山岩稀土元素配分曲线为右倾轻稀土富集型，蜘蛛网图解上“多峰多谷”，总体上显示为不相容元素富集形态，而Ta、Nb、Sr、Hf、Ti、Zr等高场强元素亏损或略显亏损，特别是Nb、Ta、Ti、Sr、P明显亏损，明显的Nb-Ta槽和P、Ti谷，具有陆缘弧-岛弧火山岩特点，典中组火山岩的Rb/30-Hf-Ta×3构造环境判别图中投影点多位于岛弧火山岩区域内，说明其具有较为明显的岛弧火山岩特征，在(Y+Nb)—Rb图解上也主要位于岛弧火山岩。
与火山活动相对应，该区大规模的岩浆侵入活动也频繁发生。侵入岩岩性主要为二长花岗岩、石英闪长岩、钾长花岗岩、花岗斑岩等，获得9个锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄区间为59~48Ma，岩石地球化学资料显示，在Hf-Rb/30-Ta*3图中样品落入火山弧花岗岩区，而在Hf-Rb/10-Ta*3图中样品落入碰撞花岗岩区，考虑到古新世时期侵入岩主要是在同碰撞构造环境的背景下形成的，而始新世侵入岩则是产于碰撞后构造背景下。故典中组与中酸性侵入岩可能为同源异相关系，构成了岩浆岩的二元结构，二者组成了冈底斯陆缘岩浆弧。
(2)后造山伸展阶段(E2晚期)
比始新世晚期更期后，研究区进入了隆升后的松弛阶段，并在南北向的强烈挤压应力作用下，产生了东西向的张应力效应，这一效应导致了研究区域形成了一系列以北倾为主要特征的正断层构造，平行或切割早期断层。
而局部表现为主期构造的延续或再改造作用，该阶段，基本定性了叶巴边界断裂的最后一次演化，即形成了研究区叶巴弧与中生代拉萨盆地的右行正滑界面，马元等(2017年)认为带冈底斯滑脱构造带，并控制了拉萨盆地沉积地层的滑脱褶皱变形。
3 沉积特征及演化
3.1 层序地层特征
研究区中侏罗世-晚白垩世地史时期，相对海平面的变动对于岩石地层单位的形成过程及其环境演化具有至关重要的控制性影响，两次海平面巨大的变化与区域性的构造沉降作用的耦合，造成研究区的一个Ⅰ型暴露不整合界面及二个Ⅱ型不整合界面的形成。亦成为层序地层单位划分的重要界面[3]。
在晚侏罗世时期，多底沟组台地相碳酸盐岩开始沉积，从而拉开了中侏罗世-晚白垩世新特提期阶段漫长沉积过程的序幕。研究区第一次沉积盆地快速沉降，相对海平面迅速上升，造成一次明显海侵，在堆龙德庆县羊达沟、达孜县叶巴沟、林周县色康村等地，形成以浅海滨岸相多底沟组台地碳酸盐岩沉积。其后海平面进一步上升及水体进一步加深，出现区内晚侏罗世第一次海泛，研究区沉积进入欠补偿的饥饿状态，形成多底沟组三段低速沉积层。随之海平面从最大海泛面开始缓慢下降，区内总体进入海退时期，沉积中心开始迁移，沉积相随之发生改变，沉积了林布宗组碎屑岩。随着海平面进一步下降，海岸线不断向海洋方向退缩，使研究区沉积界面又一次上升，在研究区尖木头地区，形成多层砂砾岩、含砾粗砂岩夹层，形成林布宗组顶部Ⅱ型不整合界面。区内中侏罗世晚期-早白垩世早期，第一次由相对海平面变化，所导致的沉积演化周期宣告结束(图3)。
图3 研究区地层层序特征及海平面变化示意图
Fig.3 Schematic diagram of stratigraphic sequence characteristics and sea-level changes in the study area
继林布宗组未海退形成短暂的停息之后，于楚木龙组初期，海平面开始上升，随之海岸线向陆一方迁移，由此开始了区内早白垩世晚期第二次与相对海平面变化相关的沉积旋回，即由早白垩世楚木龙组海侵沉积序列-塔克那组海退沉积序列。
楚木龙组初期由一套浅海滨岸陆源粗碎屑岩沉积组成。继之随着相对海平面的上升和水域范围的不断扩大，形成楚木龙组二段前滨环境泥砂质沉积的增多。海平面的进一步上升及水体不断加深，出现二段顶部低速沉积的泥质粉砂岩层，表明研究区第二次处于欠补偿状态。其后，区内又进入第二次海退时期，随着相对海平面的下降，并伴以周期性波动，形成以塔克那组碎屑岩或生物碎屑灰岩与泥质岩，复成分陆源碎屑岩交替沉积，并显示韵律结构和浅滩化的进积序列特点。
于塔克那组末期，受相对海平面的变化及板块俯冲作用的影响，研究区乃至区域上海退成陆，形成具有陆相紫红色碎屑岩沉积建造的设兴组，标志着研究区新特提斯洋盆的最终闭合，中生代海相沉积宣告结束。
3.2 盆地沉积序列组合特征
(1)台地碳酸盐沉积序列组合
以多底沟组为代表，下潮间带多由多底沟组二段中层状含生物碎屑微晶灰岩，钙质板岩夹石英砂岩组成;潮下带由多底沟组二段泥质灰岩夹生物碎屑灰岩组成;潮上带由二段的中厚层状生物碎屑灰岩，夹薄层状泥晶灰岩及石英砂岩。垂向自下而上具有退积-加积-进积型地层结构特点。
(2)潮坪陆源砂泥质沉积序列组合
潮坪砂泥质组合主要由林布宗组组成。一段由中潮坪-高潮坪深灰色粉砂质板岩、深灰色岩屑石英杂砂岩、岩屑粉砂岩、偶夹炭质板岩组成;二段由高潮坪-滨岸灰色中厚层状细粒石英杂砂岩、细粒岩屑石英杂砂岩、深灰色粉砂质炭质板岩，夹黑色硅质页岩组成[4]。自下而上形成进积型层序，高水位体系域(HST)。
(3)浅海滨岸碎屑岩-浅海陆棚泥砂质沉积序列组合
楚木龙组一段为一套后滨带陆源碎屑岩组合，其岩性为细砾岩、含砾粗砂岩、中粗粒岩屑石英砂岩，偶夹粉砂质板岩[5];二段前滨带-浅海陆棚泥砂质岩组成，岩性为深灰色中厚层中粗粒岩屑石英砂岩，石英砂岩、泥质粉砂岩，偶夹灰黑色粉砂质板岩组成[6]。该组垂向上具明显退积型地层结构特点。
(4)浅海碳酸盐岩-浅海滨岸砂岩沉积序列组合
以塔克那组为代表，一段由近滨带深灰色中层细晶粒状结晶灰岩、微晶灰岩、灰白色中粒石英砂岩，夹泥质粉砂岩组成。二段滨岸带由深灰色中层状细粒长石石英砂岩、中粒岩屑石英砂岩、粉砂岩，夹细-中粒结晶灰岩组成。垂向序列具有进积型地层结构特点。
(5)滨湖沉积序列组合
研究区滨湖沉积组合仅局限于设兴村一带设兴组中。主要由紫红色粉砂质泥岩和浅灰色薄层状细粒石英岩屑杂砂岩组成，二者在垂向序列上呈韵律出现，其韵律特征与湖水位季节性变化有关。所显示的颜色反映设兴组沉积于氧流通畅的陆相环境。
3.3 沉积盆地特征
拉萨盆地沉积序列具有浅海-滨岸碎屑岩建造、台地碳酸盐岩建造、潮坪砂泥质建造、浅海滨岸碎屑岩-浅海陆棚泥砂岩建造、浅海碳酸盐岩-浅海滨岸砂泥质建造、滨湖砂泥质碎屑岩建造，这揭示了山弧的形成及其演化的完整历史过程。上述沉积特征显示该盆地具障壁海岸沉积环境。显示了弧间盆地最显著、典型的沉积演变特征。
其次，盆地内岩石类型特别复杂，各种陆源碎屑岩、碳酸盐岩、火山碎屑岩都有出现。岩石以含大量的石英组分及火山碎屑组分为特征。火山碎屑物质十分发育，主要是安山-英安-流纹质[7]。并随着板块消减带活动边缘弧的逐渐形成，自下而上火山碎屑物质明显增加，直至典中组火山岩喷发。
另外岩石结构特点是砂岩含大于杂基，特别值得注意的是，本区的海岸砂岩主要由杂砂岩构成，这一地质现象颇为独特，并显示出显著的结构混合作用。这些特征均揭示了该沉积盆地具有活动构造背景和快速的物质堆积过程[7]。
3.4 沉积盆地演化
研究区盆地内沉积地层时代局限于中侏罗世-晚白垩世，也就是新特提斯洋壳聚敛阶段。拉萨盆地在时间上沉积演化依次为:①多底沟期、林布宗期，海侵规模不断发展，使盆地逐渐向开阔型盆地演化，沉积超补偿的碳酸盐岩和陆源碎屑砂泥质岩;②林布宗末期，盆地短期抬升、岸线向海方向退缩，形成短暂的沉积间断;③楚木龙期，盆地再次下降，海水范围不断扩大，沉积陆源碎屑岩;④楚木龙晚期-塔克那期盆地中心向北迁移，沉积砂岩、泥质岩和碳酸盐岩;⑤设兴期，盆地迅速抬升，沉积陆源碎屑岩，海水完全退出盆地，盆地关闭，典中组陆相火山岩喷发，进入高原陆地演化阶段。
从拉萨盆地演化特征看，盆地形成的大地构造背景决定了沉积盆地时空演化过程。早中侏罗世，新特提斯主域洋壳向北俯冲消减，形成中生代陆缘火山弧(叶巴弧)。随着俯冲作用的继续，海平面下降，导致叶巴岛弧火山岩抬升并局部暴露地表接受剥蚀。之后发生大规模海侵，拉萨盆地相对开始下降并接受沉积，这一地区形成了由滨海、浅海环境下的陆源碎屑岩和碳酸盐岩共同构成的沉积组合，这些岩石类型共同反映了该地区特定的沉积环境和地质过程。晚白垩世-古新世早期，俯冲转变为碰撞事件，随着碰撞造山运动的继续，始新世早期，新特提斯洋壳完全闭合，盆地内沉积地层褶皱成山，形成典中组火山熔岩及火山碎屑岩，拉萨盆地完全关闭。
4 结果与讨论
(1)结合野外实地调查和分析，对拉萨盆地构造发育及其演变特点进行梳理，将拉萨盆地早中侏罗世以来的构造演化分共为两期三个阶段。俯冲期:①叶巴弧形成阶段;②拉萨盆地形成阶段。碰撞造山期:新生代古荣-娘热火山岩浆弧形成阶段，后造山伸展阶段(E2晚期)。
(2)拉萨盆地沉积地层分为五个沉积序列组合:①台地碳酸盐沉积序列组合;②潮坪陆源砂泥质沉积序列组合;③浅海滨岸碎屑岩-浅海陆棚泥砂质沉积序列组合;④浅海碳酸盐岩-浅海滨岸砂岩沉积序列组合;⑤滨湖沉积序列组合;反映了山弧的形成演化过程。
(3)拉萨盆地在时空上沉积演化过程为:①特提斯主域洋壳向北俯冲消减，形成中生代陆缘火山弧(叶巴弧)。②随着俯冲作用的继续，叶巴岛弧火山岩抬升暴露地表接受剥蚀。③之后发生大规模海侵，拉萨盆地开始下降并接受沉积;④晚白垩世-古新世早期，俯冲转变为碰撞事件;⑤始新世早期，新特提斯洋壳完全闭合，盆地内沉积地层褶皱成山，形成典中组火山熔岩及火山碎屑岩，拉萨盆地完全关闭。
利益冲突: 作者声明无利益冲突。
[③] *通讯作者 Corresponding author:何涛，2449940032@qq.com
收稿日期:2024-05-24; 录用日期:2024-06-07; 发表日期:2024-09-28
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The Structural and Sedimentary Evolution Characteristics of the Lhasa Basin in Xizang Autonomous Region
(China Geological Survey Military-Civilian Integration Geological Survey Center, Chengdu 610036, China)
Abstract: The Lhasa Basin is located in the southeast segment of the Gangdise Tectonic Belt, with a unique geological environment, being a typical and common tectonic morphology in the highland areas. By studying the development and evolution characteristics of the Lhasa Basin's tectonic structure, the tectonic evolution of the Lhasa Basin from the early to middle Jurassic onwards is divided into two phases and three stages. The tectonic background of the basin's formation determines the temporal and spatial evolution process of the sedimentary basin. Through investigation and analysis of the sequence stratigraphic characteristics of the study area, the sedimentary sequences in the Lhasa Basin are divided into five sequence combinations based on their lithological association rules. The sedimentary sequence architecture of the Lhasa Basin reflects the formation and evolution process of the orogenic arc and indicates that the basin has a barrier beach sedimentary environment. The sedimentary strata in the Lhasa Basin are limited in age to the stage of convergence of the Neo-Tethyan oceanic crust; its evolution process is as follows: the main domain of the Tethyan oceanic crust moves northward and subsides, forming a Mesozoic continental volcanic arc (Ye'ba arc) during the Tethyan main domain. As the subduction continues, the Ye'ba island arc volcanic rocks are uplifted and locally exposed to erosion. Then, a large-scale marine invasion occurs, and the Lhasa Basin begins to sink and accept sedimentation relatively. During the Late Cretaceous-Early Paleogene, the subduction transformed into a collision event; during the Early Eocene, the new Tethys oceanic crust completely closed, folding sedimentary layers into mountains within the basin, thus completely sealing the Lhasa Basin.
Keywords: Lhasa Basin, tectonic, sedimentary, evolutionary features
DOI: 10.48014/cesr.20240524001
Citation: ZHAN Chun, HE Tao, YANG Hu, et al. The structural and sedimentary evolution characteristics of the Lhasa Basin in Xizang Autonomous Region[J]. Chinese Earth Sciences Review, 2024, 3(3): 125-131.