印度-欧亚板块主碰撞带全地壳尺度相互作用关系研究

印度板块自新生代早期开始沿雅鲁藏布江缝合带向北与欧亚板块碰撞以来,印度板块的深俯冲过程一直是大家关注的焦点,而垂向上主碰撞带全地壳尺度由深及浅的相互作用关系研究程度相对较弱,主要归咎于之前缺少全地壳尺度高分辨率数据资料,从而也阻碍了对主碰撞带巨厚地壳成因机制及深部地球动力学过程的了解。在本次研究中,分别基于横穿主碰撞带中部和东部的180 km及100 km长的深反射地震剖面进行精细构造地球物理学分析,揭示了主碰撞带全地壳尺度由深及浅的相互作用关系:(1)横向上,印度板块下地壳存在北向俯冲,且俯冲前缘有限的存在于南拉萨地体南缘。上覆的南拉萨地体则出现透明反射结构和中拉萨地体统一北倾的反射结构。(2)垂向上,印度地壳主要表现下地壳俯冲、中上地壳双冲构造回返结构。南拉萨地体四分之三的地壳表现为透明反射。占据另外四分之一的上地壳顶部表现为统一的南倾结构形态;中拉萨地体则以下地壳北倾、上地壳上拱反射结构为主。三者皆在垂向上出现差异性变形。(3)主碰撞带上地壳顶部表现为统一的后展式顶板逆冲推覆构造,该逆冲推覆系统可一直从南拉萨地体北边界的洛巴堆—米拉山断裂向南越过南倾的雅江缝合带延伸至北喜马拉雅穹窿背斜北翼。结合大地电磁数据所揭示的南拉萨地体高熔体百分比区域沿俯冲印度下地壳顶边界发生的南移现象,研究结果揭示南拉萨地体巨厚地壳主要由新特提斯构造域幕式岩浆作用所形成的新生地壳物质易挤压变形引起。同时,南拉萨地体幕式岩浆作用在印度与欧亚板块的相互碰撞作用过程中发生了热量的向南运移。该过程引发北喜马拉雅构造带深熔作用的同时减弱了北喜马拉雅构造带地壳机械强度,从而使中上地壳物质的双冲构造回返主要表现为短波长背型堆垛结构,并垂向增厚了俯冲印度地壳厚度。同时,背型堆垛构造形变过程所导致的北喜马拉雅穹窿带的加速出露给主碰撞带区域上地壳顶部带来北向的构造挤压推覆作用,最终使主碰撞带区域在北喜马拉雅穹窿区域以北展现为统一的后展式顶板逆冲推覆结构构造。印度-欧亚板块主碰撞带的圈层相互关系是造成该区域巨厚地壳的关键,其上地壳顶板逆冲推覆过程亦降低了主碰撞区域的地形起伏。

西藏冈底斯北带首例主碰撞造山期铜矿——林周县程巴矽卡岩型铜矿床地质特征、辉钼矿Re-Os同位素年龄及成矿意义

通过近十年的地质勘查,在冈底斯北带多座具有经济价值的矿床得到开发利用,该带已经成为西藏地区矿床勘查与研究的又一热点地区。程巴铜矿是冈底斯北带近年来新发现的唯一一例中-大型规模的富铜矿床。矿床为典型的富含石榴子石的矽卡岩型矿床,铜矿体主要呈似层状、脉状产于林布宗组角岩和多底沟组大理岩的层间构造带内,矿石中富铜,伴生钼、锌、金、银、铋。本文在矿床成矿地质背景和矿床地质特征研究的基础上,用Re-Os同位素方法测试辉钼矿,获得等时线年龄为58.49±0.43 Ma(MSWD=0.61),模式年龄加权平均为58.49±0.33Ma(MSWD=0.25),确定程巴铜矿是主碰撞期成矿作用的产物,程巴铜矿的发现证明在冈底斯成矿带主碰撞造山过程能够形成铜矿床。因此,主碰撞成矿阶段由深变浅的矿床组合模型应在前人研究的基础上修改为矽卡岩型Cu(Mo)矿+矽卡岩型Fe-Pb-Zn-Mo(Cu)矿+斑岩型Mo(W)矿。此外,辉钼矿中Re含量介于84.6×10^(-6)～461.3×10^(-6)之间,平均值为252×10^(-6),暗示程巴矿区物源具有壳幔混合的特征。

首次在冈底斯发现主碰撞期斑岩铜矿——来自西藏吉如斑岩铜矿辉钼矿Re-Os同位素年龄的证据

西藏吉如斑岩铜矿位于冈底斯成矿带中段,其辉钼矿Re-Os同位素年龄显示矿床的成矿年龄为48～51Ma左右,即印度-亚洲大陆碰撞的主碰撞期的中晚阶段,明显不同于同一矿带已发现的驱龙、冲江等矿床。这类矿床在冈底斯还是第一次被发现,具有重大理论及实践意义。

西藏班公湖-怒江成矿带主碰撞期成矿作用:荣嘎钼矿岩石地球化学及同位素年龄的证据

荣嘎钼矿是新近在班公湖-怒江成矿带发现并证实的首例斑岩型钼矿床。为了查明班公湖-怒江成矿带主碰撞期的成岩成矿作用,探讨荣嘎钼矿的富Mo机制,对该矿床进行岩石地球化学以及同位素年代学的研究。本次研究获得荣嘎含矿二长花岗斑岩的锆石SHRIMP206Pb/238U加权平均年龄为99. 8±1. 9Ma (MSWD=2. 0),属晚白垩世早期。7件辉钼矿样品的模式年龄较为一致,介于98. 0±1. 6Ma～101. 8±1. 7Ma之间,加权平均年龄为99. 7±1. 1Ma。荣嘎含矿二长花岗斑岩样品主量元素表现为富硅(SiO_2=72. 83%～75. 49%)、富碱(Na_2O+K_2O=8. 12%～8. 55%)、过铝质(A/CNK=1. 08～1. 13)的高钾钙碱性系列岩石。样品明显富集Rb、K、Th、U等元素,中等亏损Nb、Ta,强烈亏损Ba、Sr、P、Ti等元素,具中等程度的负Eu异常(δEu=0. 53～0. 63),稀土元素配分曲线呈轻稀土相对较陡,重稀土较为平坦的右倾型。荣嘎含矿二长花岗斑岩样品的(^(87)Sr/^(86)Sr)i值为0. 7042～0. 7055,ε_(Nd)(t)值介于0. 03～0. 68之间,锆石ε_(Hf)(t)值介于+12. 4～+17. 9之间,两阶段模式年龄t_(DM2)较为年轻(31～314Ma)。基于以上同位素以及岩石地球化学特征研究,荣嘎含矿二长花岗斑岩很可能是幔源岩浆诱发了富Mo洋底沉积物的熔融并与壳源熔体混合形成母岩浆,再经历结晶分异作用而形成。结合本文以及区域上的研究资料,荣嘎钼矿可能形成于拉萨地块与南羌塘地块碰撞的大地构造背景,富Mo大洋沉积物熔体的加入及随后的结晶分异是荣嘎含矿岩浆中金属Mo富集的主要原因。班公湖-怒江成矿带南缘侏罗-白垩纪海相地层分布的地区,可能为勘查钼矿床的有利靶区,应重点评价晚白垩世早期高分异中酸性岩体的含矿性。

印度-亚洲碰撞大地构造

印度-亚洲碰撞是新生代地球上最为壮观的重大地质事件。碰撞及碰撞以来,青藏高原的广大地域发生了与碰撞前截然不同的变形,地貌、环境及其深部结构都发生了深刻地变化。根据青藏高原形成、周缘造山带崛起以及大量物质侧向逃逸的基本格局,作者从大陆动力学视角出发,将"印度-亚洲碰撞大地构造"与"前碰撞大地构造"区别开来进行研究,将印度-亚洲碰撞的大地构造单元划分为:青藏中央高原、冈底斯-喜马拉雅主俯冲/碰撞造山带、青藏高原周缘挤压转换造山带和侧向挤出地体群等,其中青藏中央高原即青藏腹地,"冈底斯-喜马拉雅主俯冲/碰撞造山带"包括冈底斯"安第斯山型"俯冲造山带和"喜马拉雅山型"主碰撞造山带,青藏高原周缘挤压转换造山带包括北缘"西昆仑-阿尔金-祁连"挤压转换造山带、东缘"龙门山-锦屏山"挤压转换造山带、东南缘"中缅"伊洛瓦底挤压转换造山带和西南缘"印-巴-阿"阿莱曼挤压转换造山带,侧向挤出地体群包括青藏高原东构造结东南部以大型走滑断裂:鲜水河-小江、哀牢山-红河、澜沧江、嘉黎-高黎贡、那邦和三盖断裂为边界的南松甘、兰坪、保山、腾冲等挤出地体群;以及青藏高原西构造结两侧的"甜水海、""兴都库什"、"喀布尔"和"阿富汗"侧向挤出地体群。本文探讨了上述各构造单元形成的主要制约因素,例如:楔形印度小板块与亚洲大板块的碰撞以及印度大陆东西拐角的构造作用,主碰撞和斜向碰撞的影响,大型走滑与侧向挤出地体的形成关系,挤压与走滑并重的挤压转换机制对整个青藏高原和周缘造山带形成的制约,碰撞大地构造单元的特性以及与前碰撞大地构造的区别和叠置或改造的关系等等。最后,本文还基于青藏高原地幔结构探讨印度-亚洲碰撞大地构造学及青藏高原大陆动力学的意义。

印度大陆和欧亚大陆的碰撞时代

确定印度大陆和欧亚大陆的碰撞时代是青藏高原地质研究中非常重要的构造问题,目前要准确界定两大陆的碰撞时代还存在不少困难。从碰撞定义出发,将发生于印度大陆与欧亚大陆之间的弧—陆、陆—陆碰撞行为划分为初始碰撞、主碰撞和后碰撞3个阶段,每一阶段都具有一个作用过程,可以持续很长一段时间。在综合分析最近古地磁、地层学、古生物学以及岩石学资料后,对两大陆的初始碰撞时限进行了讨论,指出印度和欧亚大陆之间的初始碰撞可能开始于白垩纪晚期,大约在70～65MaBP;然后主要从与碰撞事件有关的岩石学和构造变形响应事件出发,初步分析了两大陆的主碰撞和后碰撞时限,提出主碰撞期出现在55～50MaBP前后,印度大陆和欧亚大陆之间的陆—陆碰撞行为结束于45～35MaBP,随后两大陆转为强烈的陆内汇聚时期。

西藏林周程巴普矽卡岩型Cu矿床成因及对区域成矿作用的指示

冈底斯北缘成矿带岩浆热液矿床形成于印度-亚洲板块主碰撞早期,矿化类型多样,金属组合丰富,具有重要的勘探价值和研究意义。前人的工作主要聚焦于Pb-Zn、Mo和Fe-Cu等多金属成矿系统,但对Cu成矿系统的研究相对较少。位于成矿带南侧的程巴普矿床作为带内唯一一个以Cu矿化为主的矽卡岩型矿床,为印-亚板块碰撞早期的Cu成矿作用机制研究和区域成矿潜力评价提供了良好素材。程巴普矿体主要产于下白垩统林布宗组板岩与上侏罗统多底沟组灰岩之间的矽卡岩中,矿化主要集中于石英硫化物阶段,矿石矿物为黄铜矿、闪锌矿和辉钼矿等。对矿体中辉钼矿开展Re-Os同位素定年获得等时线年龄为59.0±0.8 Ma。与成矿作用密切相关的岩体以闪长岩和花岗闪长斑岩为主,两者锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果分别为58.9±0.9 Ma和58.7±0.8 Ma,表明程巴普矿床的成岩与成矿时代一致,均发育于印-亚板块碰撞的主碰撞阶段。程巴普岩体属于典型的I型花岗岩,其中花岗闪长斑岩是闪长岩经历斜长石和角闪石等分离结晶的产物。岩体锆石ε_(Hf)(t)值介于+0.3~+7.6之间,全岩ε_(Nd)(t)值变化范围为-0.1~+0.5,表明其起源于被大量幔源物质改造形成的新生下地壳。结合绘制区域锆石Hf同位素等值线图,可以得出冈底斯北缘多金属成矿带内的成矿作用受控于岩浆源区和地壳结构属性。程巴普北侧古老地壳地区以发育Pb-Zn矿床为主,而其所在的新老地壳的过渡地区以及更南侧新生地壳具有发现大—中型Cu矿的潜力。

西藏工布江达县沙让斑岩钼矿床辉钼矿铼-锇同位素年龄及其地质意义

沙让钼矿是念青唐古拉地区扎雪—亚贵拉成矿带的重要矿床,是西藏第一个达详查程度的独立钼矿,初步的勘查成果表明,钼资源量已经达到大型规模。为了查明念青唐古拉成矿带是否存在主碰撞期的大规模成矿作用,对沙让-亚贵拉-洞中拉矿集区沙让斑岩钼矿的7件辉钼矿样品进行了Re-Os同位素分析,辉钼矿187Re的含量22.75~46.66（μg/g）,187Os的含量为19.98~40.32（ng/g）,辉钼矿的模式年龄分布在51.57~52.69Ma的范围内,模式年龄较为一致,所获Re-Os等时线年龄为51±1.0Ma（MSWD=0.55）。该成矿年龄对应于冈底斯带主碰撞期岩浆岩底侵作用事件（介于47.0~52.5Ma之间（大约50Ma的始新世））,也与形成林子宗群帕那组43.93~53.52Ma的火山事件一致,由此表明,冈底斯构造岩浆带存在主碰撞期的大规模成矿,沙让花岗斑岩型钼矿形成于始新世早期,而分布于沙让花岗斑岩外4km范围内的矽卡岩型-热液脉型铅锌铜银（Mo）多金属矿可能也属该时期成矿的产物。

西藏工布江达县亚贵拉铅锌钼多金属矿床石英斑岩锆石SHRIMP定年及其地质意义

采用SHRIMP微区U-Pb测年技术,对冈底斯成矿带东段工布江达县亚贵拉铅锌、钼矿区的石英斑岩岩体进行年代学研究,通过对3件含矿石英斑岩样品中单颗粒锆石56个样品点的分析,其206Pb/238U年龄范围在110.2±6.8～140.9±1.9Ma之间,3件样品206Pb/238U年龄加权平均值分别为128±1.0Ma(n=20,MSWD=1.3),129.3±1.3Ma(n=14,MSWD=1.12),127.8±1.1Ma(n=22,MSWD=1.4)。结合前人研究以及本次测年结果认为:①区内石英斑岩岩体侵位年龄在126.7～130.6Ma之间,属于燕山晚期;②亚贵拉铅锌、钼矿矿床属于斑岩型钼矿矽卡岩型-热液脉型铅锌铜银多金属矿床,而非晚石炭世—早二叠世的海底喷流沉积成因矿床;③亚贵拉-沙让矿集区矿床的形成得益于燕山晚期和喜马拉雅早期的岩体侵位,并与碰撞前(180～65Ma)及主碰撞期(65～41Ma)的岩浆活动关系密切,属于碰撞前和主碰撞期早期成矿。这一认识对冈底斯的区域找矿具有极其重要的意义。

中冈底斯成矿带查个勒矿床含矿岩体的年代学及成因

查个勒矿床是中冈底斯成矿带(即中部拉萨地体)目前发现的一个中-大型矽卡岩+斑岩型矿床,但是其成岩成矿时代一直缺乏年代学约束。本文报道该矿床含矿岩体的LA-ICPMS法锆石U-Pb定年、辉钼矿Re-Os定年、地球化学及Hf同位素数据。花岗斑岩锆石U-Pb年龄明显可分为两组,206Pb/238U加权平均年龄分别为72.2～70.1Ma、65.2～64.4Ma,前者记录了早期的构造岩浆事件,后者代表了岩浆的结晶年龄;而辉钼矿Re-Os等时线年龄为71.5±1.3Ma,所代表的查个勒主成矿期年龄与早期的构造岩浆事件一致;结合65～64Ma时期的岩浆侵位、林子宗群大规模火山活动以及以亚贵拉矿床为代表的成矿作用,表明在印度与欧亚大陆初始碰撞过程中都可能产生不同规模的成矿作用。查个勒含矿岩体具富硅、富钾,贫钛、磷的特征,铝饱和指数(A/CNK)为1.05～1.27,富集大离子亲石元素Rb、Th、U,亏损高场强元素Nb、Ta、Zr、Ti等,并具有不均一的锆石εHf(t)值(-7.9～-2.2)和古老地壳Hf同位素模式年龄(tDMC=1.3～1.6Ga),属于过铝质"S"型花岗岩类。本文认为中冈底斯成矿带南部晚白垩世岩浆活动和成矿作用很可能是与雅鲁藏布江洋盆闭合之后初始碰撞幔源岩浆底侵导致的拉萨微陆块古老地壳物质的部分熔融有关,岩浆在上升过程中有不同程度的分离结晶。同时本文认为冈底斯成矿带成矿元素组合的分带性与新特提斯洋壳俯冲消减-碰撞过程中岩浆产生的源区物质有关。

中冈底斯成矿带龙根铅锌矿床含矿斑岩年代学与地球化学特征

龙根铅锌矿床是在西藏中冈底斯成矿带中段发现的一个矽卡岩型矿床。对该矿床含矿斑岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,主量、微量元素分析和Sr-Nd-Hf同位素组成研究,首次获得中冈底斯成矿带中段铅锌银矿床的矿化时代。含矿斑岩锆石U-Pb年龄明显可分为2组,206Pb/238U加权平均年龄分别为(70.5±2.0)Ma和(61.4±1.2)Ma,前者记录了印-亚板块俯冲大陆边缘弧后伸展过程中的早期岩浆-流体成矿事件,后者代表了印-亚板块主碰撞聚合中的主成矿期岩浆-流体成矿作用时代。斑岩具富硅、富钾,贫钛、贫磷等特征,铝饱和指数(A/CNK)为1.11～1.16,富集大离子亲石元素Rb、Th、U,亏损高场强元素Zr、Nd、Sm等,与冈底斯成熟大陆地壳物质相比具相对高的εNd(t)值(-6.42～-6.05)和相对低的(87Sr/86Sr)i值(0.708 026～0.709 071),并具不均一的锆石εHf(t)值(-3.34～-1.12)以及古老的锆石Hf同位素地壳模式年龄(TCDM=1.06～1.19 Ga),属于过铝质"S"型花岗岩类。笔者认为中冈底斯成矿带中段晚白垩世—古新世岩浆活动和成矿作用很可能是与雅鲁藏布江洋盆闭合之后的印-亚板块俯冲大陆边缘弧后伸展和主碰撞聚合诱发幔源岩浆底侵导致的冈底斯地体古老地壳物质部分熔融有关,岩浆在上升过程中有不同程度的分离结晶。

西藏中冈底斯成矿带查个勒铅锌矿床含矿斑岩年代学及其地质意义

查个勒铅锌矿床是西藏中冈底斯成矿带中段新发现的一个大型斑岩-矽卡岩型矿床,但其成岩成矿时代一直缺乏年代学约束。本文对该矿床含矿斑岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年、辉钼矿Re-Os定年、主量和微量元素分析及Sr-Nd-Hf同位素组成研究,获得中冈底斯成矿带中段铜钼铅锌银矿化时代。含矿斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为64.6~62.9 Ma,代表岩浆的结晶年龄;辉钼矿Re-Os等时线年龄为(62.3±1.4)Ma,代表查个勒主成矿年龄,与其构造岩浆事件一致;结合区域林子宗群大规模火山活动(65~45 Ma)以及以亚贵拉铅锌矿床(68.6~65.0 Ma)为代表的成矿作用,表明在印度与欧亚大陆主碰撞过程中均可产生不同规模的成矿作用。查个勒含矿斑岩具富硅、富钾,贫钛、贫磷特征,铝饱和指数(A/CNK)为1.12~1.60,富集大离子亲石元素Rb、Th、U,亏损高场强元素Nb、Zr等,与冈底斯成熟大陆地壳物质相比具相对高的εNd(t)值(-6.64^-5.79)和相对低的(87Sr/86Sr)i值(0.711 813~0.717 307),并具不均一的锆石εHf(t)值(-7.02^-1.27)以及古老的锆石Hf同位素地壳模式年龄(TCDM=1 093~1419 Ma),属于过铝质S型花岗岩类。本文认为中冈底斯成矿带中段古新世岩浆活动和成矿作用,很可能与雅鲁藏布江洋盆闭合之后的印-亚大陆碰撞诱发幔源岩浆底侵导致的冈底斯地体古老地壳物质部分熔融有关,岩浆在上升过程中有不同程度的分离结晶。

岩浆演化对成矿作用的控制--以西藏冈底斯北缘铅锌矿带为例

与岩浆-热液或热液矿床有关的岩浆,大都经历了不同程度的演化(如结晶分异、同化混染等),其岩石学和地球化学特征只是岩浆演化终态的反映,针对这些岩浆岩本身的研究有时很难刻画出其详细的演化过程及该过程中关键成矿元素的地球化学行为。已有研究显示,同时代同区域大面积分布的火成岩可能记录着含矿岩浆演化早期或演化不同阶段的岩石学和地球化学信息,为解决上述难题提供了可能。基于此,本文以发育于大陆碰撞初期(即主碰撞)的西藏冈底斯北缘铅锌矿带为例,通过对主碰撞阶段冈底斯带大量火成岩地球化学数据的统计学研究,初步展示了岩浆演化过程及其对成矿的控制作用。研究结果表明,除了自身体系的分离结晶,陆壳混染作用是大陆碰撞早期岩浆由基性向中酸性演化的另一关键控制因素,主碰撞岩浆中普遍不具有高的含水量和氧逸度,但演化到中后期,岩浆的氧逸度会逐渐升高;富S和H2O的幔源岩浆底侵,诱发具有较高Zn含量的陆壳物质熔融,产生的岩浆再经历高度的演化(以达到Pb的富集),最终浅成就位形成岩浆-热液成矿系统。这是形成冈底斯北缘铅锌矿带的成矿动力学机制。

冈底斯成矿带林周县程巴矽卡岩铜多金属矿床特征:对藏南区域古新世铜矿床的找矿启示

冈底斯是全球重要的斑岩-矽卡岩铜矿床的成矿带之一,发育侏罗纪(173~160 Ma)和中新世(26~12 Ma)两期矿化事件。印度与亚洲大陆主碰撞期(65~50 Ma)形成了该带规模最大的壳幔混源岩浆岩,而藏南能否形成大中型规模的斑岩-矽卡岩铜矿床一直是个未解之谜。文章获得冈底斯带东部程巴大型矽卡岩铜多金属矿床中与黄铜矿共生的辉钼矿Re-Os模式年龄和含矿花岗闪长岩U-Pb年龄分别为(58.9±0.9)Ma、(57.6±0.4)Ma,认为它是主碰撞期首例矽卡岩铜矿床。含矿岩体可见自形角闪石早于斜长石,与甲玛超大型斑岩-矽卡岩型铜矿床具有类似的含矿地层、矽卡岩矿物组合和成矿元素分带特征。结合区域构造背景的资料,笔者提出冈底斯成矿带东部具有寻找古新世斑岩-矽卡岩铜矿床的潜力。