東構(gòu)造結(jié)那木拉斷裂帶上新世以來(lái)強(qiáng)烈活動(dòng)的年代學(xué)證據(jù)

涂繼耀季建清鐘大賚孫東霞周 晶

1.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100871;2.中國(guó)地震局地球物理研究所,北京 100081;3.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100029;4.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081

東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)位于喜馬拉雅造山帶東部端點(diǎn),是印度板塊向歐亞板塊俯沖碰撞前緣,也是青藏高原隆升最快的區(qū)域之一(張佳佳等,2018;鄭文俊等,2019;白永健等,2019)。對(duì)于東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)內(nèi)部板片俯沖過(guò)程的研究,是理解整個(gè)喜馬拉雅造山帶的關(guān)鍵。已有研究表明,東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)內(nèi)的板片俯沖過(guò)程,是通過(guò)一系列平行的、近東西走向、向北傾逆沖斷裂帶的逆沖運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 (Ding et al., 2001; Zeitler et al., 2014;Bracciali et al., 2016)。那木拉斷裂帶就是這一系列逆沖斷裂帶之一,該斷裂帶位于東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)內(nèi)部、南迦巴瓦峰南側(cè),是東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)內(nèi)部重要的巖性單元分界。對(duì)于那木拉斷裂帶的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征,相關(guān)學(xué)者做過(guò)一定研究(Liu and Zhong,1997; Ding et al.,2001; Craw et al., 2005; Zeitler et al., 2014;Bracciali et al., 2016);但對(duì)于斷裂帶活動(dòng)的年代學(xué)特征,目前仍缺乏研究工作。文章對(duì)采集自那木拉斷裂帶的基巖樣品進(jìn)行兩種熱年代學(xué)方法測(cè)年,并利用“Pecube”軟件對(duì)測(cè)得的年齡數(shù)據(jù)及斷裂帶兩側(cè)已發(fā)表年齡數(shù)據(jù)進(jìn)行定量模擬計(jì)算,基于年齡數(shù)據(jù)和模擬計(jì)算結(jié)果,揭示那木拉斷裂帶上新世以來(lái)活動(dòng)特征,并進(jìn)一步對(duì)整個(gè)東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)地區(qū)構(gòu)造演化過(guò)程進(jìn)行討論。

1 研究背景

1.1 大地構(gòu)造單元及巖性組成

東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)位于青藏高原東南緣,構(gòu)造結(jié)及其周邊區(qū)域主要由兩個(gè)大地構(gòu)造單元組成,其周邊為拉薩地體,其內(nèi)部為喜馬拉雅地體(圖1)。拉薩地體為歐亞板塊的一部分,主要包括元古代的變質(zhì)基底、古生代到中生代的沉積蓋層以及中生代到新生代侵位的岡底斯巖漿巖帶(Yin and Harrison, 2000; Yin, 2006)。在東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)周邊主要出露的是岡底斯巖漿巖帶(圖1)。岡底斯巖漿巖帶是一條由新特提斯洋向北俯沖形成的島弧巖漿巖帶 (Allégre et al., 1984; Yin and Harrison, 2000; Chung et al., 2005; Wen et al.,2008)。

圖1 東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)大地構(gòu)造位置及構(gòu)造地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Generalized tectonic and simplified geologic map of the eastern Himalayan syntaxis. (a) Tectonic diagram of the Tibet and India plates. (b) Geological sketch of the eastern Himalayan syntaxis

東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)內(nèi)部的喜馬拉雅地體是印度板塊的北部邊緣,主要由三個(gè)巖性單元組成。第一個(gè)巖性單元是一套經(jīng)歷綠片巖相到角閃巖相變質(zhì)的沉積巖地層,其中的巖石類型包括石榴黑云片巖、黑云綠簾片巖、矽線石石榴黑云片麻巖、黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖以及黑云斜長(zhǎng)角閃巖(章振根等,1992;勞雄,1995;Burg et al., 1998)。這一套變質(zhì)沉積巖中的繼承鋯石年齡分布在太古代到早古生代的廣泛區(qū)間內(nèi),并且具有2490 Ma、1640 Ma、990 Ma和480 Ma四個(gè)年齡峰值,代表了印度大陸基底的結(jié)晶年齡(Zhang et al., 2012)。

第二個(gè)巖性單元是含麻粒巖的變質(zhì)雜巖體。這一變質(zhì)雜巖體由泥質(zhì)片麻巖以及米級(jí)尺度的基性麻粒巖透鏡體組成?；月榱r的峰期變質(zhì)礦物組合為石榴石+單斜輝石+金紅石+石英±斜方輝石±斜長(zhǎng)石(Ding et al., 2001)。該雜巖體中的基性麻粒巖記錄了至少兩次800 ℃左右的變質(zhì)作用:第一次的變質(zhì)壓力較高為1.4×106～1.5×106kPa,第二次壓力為0.8×106～1.0×106kPa(鐘大賚和丁林,1995;丁林和鐘大賚,1999)。Burg et al.(1998) 提供了一個(gè)～16.5 Ma的Sm-Nb年齡作為該麻粒巖相變質(zhì)事件的年齡。Ding et al.(2001)對(duì)這一套基性麻粒巖進(jìn)行了鋯石U-Pb定年,認(rèn)為麻粒巖相變質(zhì)事件發(fā)生在～40 Ma以及～11 Ma兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)。Liu et al. (2006) 也報(bào)道了該麻粒巖的鋯石U-Pb年齡認(rèn)為麻粒巖相變質(zhì)作用發(fā)生在～31 Ma以及～23 Ma兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)。綜上,在40～11 Ma的時(shí)間段內(nèi),麻粒巖相變質(zhì)作用在東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)地區(qū)可能是持續(xù)進(jìn)行的。

第三個(gè)巖性單元是一套重熔花崗巖、部分重熔花崗巖侵入到變質(zhì)巖層中并且切穿了變質(zhì)巖中的片麻理;其余重熔花崗巖則與周圍的變質(zhì)巖呈漸變關(guān)系而沒(méi)有明顯的侵入接觸關(guān)系。這表明這一套重熔花崗巖應(yīng)該是由變質(zhì)巖原地部分熔融產(chǎn)生的。對(duì)于這一套重熔花崗巖,Burg et al. (1998)提供了3.9～2.9 Ma范圍內(nèi)的磷釔礦和釷石U-Pb年齡作為它的結(jié)晶年齡;Booth et al. (2004) 報(bào)道了14～2.9 Ma范圍內(nèi)的鋯石U-Pb年齡作為其侵位結(jié)晶年齡,因此該重熔花崗巖所代表的部分熔融事件應(yīng)該發(fā)生在14～3 Ma。

1.2 構(gòu)造形態(tài)及構(gòu)造演化模式

東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)的整體形態(tài)呈現(xiàn)一個(gè)軸面為北東走向、樞紐向北傾斜的背形樣式,背形的樞紐大致為多雄拉至那木拉再到南迦巴瓦峰一線(圖1;章振根等,1992;Burg et al., 1998)。東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)主要以三條斷裂為邊界(圖1)。西部邊界是北東走向的東久米林?jǐn)嗔?該斷裂近直立略向西傾,為韌性剪切帶,剪切帶中出露大量糜棱巖,糜棱巖中拖曳構(gòu)造的構(gòu)造形跡反映其具有水平方向左旋走滑的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征(Burg et al.,1998; Ding et al., 2001; Zhang et al., 2004)。東部邊界為北東走向的阿尼橋斷裂,該斷裂近直立略向東傾,為右行走滑剪切帶;同時(shí)礦物拉伸線理等證據(jù)表明該斷裂具有斜向正滑運(yùn)動(dòng)特征,斷層?xùn)|盤相對(duì)下降,西盤相對(duì)上升(Burg et al., 1998;Ding et al., 2001; Zhang et al., 2004)。北部邊界為北西西—南東東走向的嘉黎斷裂,該斷裂也是近直立具有水平方向上右旋走滑的運(yùn)動(dòng)特征(Burg et al., 1998; Ding et al., 2001; Zhang et al.,2004)。阿尼橋斷裂的早期走滑活動(dòng)發(fā)生在23 Ma前后,后期正斷作用發(fā)生在7～6 Ma;東久米林?jǐn)嗔训淖呋顒?dòng)主要分為62～59 Ma、～23 Ma和～13 Ma三個(gè)時(shí)段(Zhang et al., 2004);鋯石UPb年齡限定的嘉黎斷裂的活動(dòng)時(shí)限為～23 Ma(Ding et al., 2001),以黑云母、角閃石和鉀長(zhǎng)石40Ar/39Ar年齡限定的嘉黎斷裂的活動(dòng)時(shí)限為18～12 Ma (Lee et al., 2003)。在構(gòu)造結(jié)內(nèi)部發(fā)育了一系列北西、北西西走向脆韌性斷裂帶,這些斷裂帶都近直立略向南傾,其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以逆沖為主(圖1;Ding et al., 2001)。

關(guān)于東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)地區(qū)的構(gòu)造演化模式,主要有兩種觀點(diǎn)。第一種是水平楔入模式(Burg et al., 1998; Zhang et al., 2004;King et al., 2016),認(rèn)為喜馬拉雅地體通過(guò)阿尼橋斷裂和東久米林?jǐn)嗔训乃阶呋\(yùn)動(dòng),擠入拉薩地體之中。第二種是俯沖后褶皺(剝露回返)模式 (Xu et al.,2012),認(rèn)為喜馬拉雅地體先俯沖到拉薩地體之下,后期因?yàn)轳薨欁饔没蚴堑乇韯兾g作用影響,東喜馬拉雅構(gòu)結(jié)內(nèi)部地殼快速隆升剝露,深部含高壓麻粒巖的喜馬拉雅地體出露于地表。Ding et al. (2001) 認(rèn)為上述兩種模型是東喜馬拉雅構(gòu)結(jié)實(shí)際地質(zhì)演化過(guò)程兩個(gè)端元模型。

1.3 那木拉斷裂帶

那木拉斷裂帶位于東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)內(nèi)部,南迦巴瓦峰南側(cè)約20 km處。Liu and Zhong(1997) 認(rèn)為那木拉斷裂帶是北部麻粒巖相變質(zhì)巖與南部角閃巖相變質(zhì)巖的分界,Ding et al. (2001)則認(rèn)為那木拉斷裂帶是北側(cè)硅線石片麻巖和南側(cè)藍(lán)晶石片麻巖的分界。那木拉斷裂帶為近東西走向弧形斷裂帶,斷裂面為北或北東傾向(Craw et al., 2005; Zeitler et al., 2014)。向東延伸斷裂帶可能向南彎曲,并入到北東走向阿尼橋斷裂;向西延伸斷裂帶穿過(guò)雅魯藏布江河谷,并入到北東走向東久米林?jǐn)嗔?。那木拉斷裂帶分為南北兩?南支較窄,位于那木拉錯(cuò)南側(cè),以韌性變形為主,含有閃長(zhǎng)質(zhì)混合巖;北支較寬,位于那木拉錯(cuò)北側(cè),以脆性破裂為主(Craw et al., 2005; Zeitler et al., 2014)。那木拉斷裂帶以逆沖運(yùn)動(dòng)為主,北盤逆沖到南盤之上(Ding et al., 2001; Zeitler et al.,2014;Bracciali et al., 2016)。那木拉逆沖斷裂帶與東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)內(nèi)其他近東西向逆沖斷層一起,共同組成一個(gè)大型逆沖推覆疊瓦構(gòu)造,實(shí)現(xiàn)印度板塊喜馬拉雅地體對(duì)歐亞板塊拉薩地體的俯沖(Ding et al., 2001)。

2 低溫?zé)崮甏鷮W(xué)測(cè)試

2.1 樣品采集

在那木拉斷裂帶內(nèi),那木拉錯(cuò)北側(cè)共采集三塊巖石樣品(圖2)。采集樣品位置垂向海拔高度范圍為4458～4991 m。各樣品采樣位置、經(jīng)緯度及巖性見(jiàn)表1。三塊樣品都為高角閃巖相片麻巖,屬于喜馬拉雅地體高級(jí)變質(zhì)沉積巖。樣品采集位置處可觀察到明顯北西西走向、近直立韌性變形(產(chǎn)狀為13°∠81°、10°∠63°、190°∠80°),并伴隨發(fā)育大量同產(chǎn)狀密集劈理。韌性變形拖曳形態(tài)顯示北盤相對(duì)上升,南盤相對(duì)下降,即具有逆沖運(yùn)動(dòng)特征。

圖2 那木拉斷裂帶區(qū)域數(shù)字地貌及樣品位置圖Fig.2 Digital geomorphological map of the Namula fault zone and sample locations

表1 樣品信息及年齡結(jié)果Table 1 Sample information and chronology data

2.2 測(cè)試方法

對(duì)采集的三件巖石樣品進(jìn)行黑云母40Ar/39Ar以及磷灰石裂變徑跡測(cè)年,測(cè)試分別在北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室K-Ar、Ar/Ar年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室和裂變徑跡年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

樣品中黑云母礦物顆粒利用磁選法進(jìn)行挑選。黑云母顆粒在雙目顯微鏡下人工挑純至純度99%以上。待測(cè)礦物顆粒和標(biāo)準(zhǔn)樣品(Bern4-Ms)以及純物質(zhì)K2SO4、CaF2、KCl(用于K、Ca、Cl同位素監(jiān)測(cè)),被包裹在鋁箔中并集中放置在一個(gè)密封石英瓶中。每個(gè)樣品包裝重量大約為70 mg。包裝好的樣品在中國(guó)原子能研究院(北京)的49-2核反應(yīng)堆H8孔道進(jìn)行24小時(shí)核輻照。核輻照參數(shù)(J值)利用輻照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)樣品Bern4-Ms的Ar同位素含量進(jìn)行計(jì)算,該標(biāo)準(zhǔn)樣品40Ar/39Ar年齡為18.62±0.06 Ma (Baksiet et al.,1996)。核輻照后的樣品在一個(gè)雙層坩堝可控溫真空加熱系統(tǒng)中進(jìn)行加熱。樣品首先在800℃加熱30 min,以去除礦物表面吸附氣體。然后,對(duì)樣品進(jìn)行溫度在900～1500℃范圍內(nèi)由高到低多階段加熱。每一加熱階段對(duì)樣品加熱15 min。加熱產(chǎn)生氣體利用Zr-Al吸氣劑進(jìn)行純化。純化后氣體利用RGA10質(zhì)譜儀進(jìn)行Ar同位素測(cè)量。每一步氣體都進(jìn)行9個(gè)循環(huán)測(cè)量。每四步加熱階段測(cè)量一次系統(tǒng)本底。所有測(cè)試工作由電腦自動(dòng)控制完成。計(jì)算中40K的衰變常數(shù)為5.543×10-10a-1(Steiger and J?ger, 1977)。

樣品的磷灰石礦物顆粒利用磁選法獲得。利用樹(shù)脂把磷灰石顆粒固定在載玻片上,然后對(duì)磷灰石顆粒進(jìn)行打磨、拋光。20℃環(huán)境下在5%稀硝酸中對(duì)磷灰石顆粒進(jìn)行20 s的蝕刻,使得自發(fā)徑跡可以被觀察到。在磷灰石顆粒表面緊貼一片白云母外探測(cè)器,并把載玻片和白云母外探測(cè)器固定包裝。包裝好的樣品在中國(guó)原子能研究院49-2核反應(yīng)堆進(jìn)行核輻照。核輻照強(qiáng)度利用CN-5標(biāo)準(zhǔn)玻璃進(jìn)行檢測(cè)。在20℃環(huán)境下在40%的氫氟酸中對(duì)輻照后的白云母外探測(cè)器進(jìn)行20 min的蝕刻,使得誘發(fā)徑跡可以被觀察到。徑跡數(shù)目是利用具有自動(dòng)定位功能的Zeiss顯微鏡進(jìn)行人工測(cè)量的,磷灰石裂變徑跡年齡利用zeta值法進(jìn)行測(cè)量(Hurford and Green, 1983; Hurford, 1990)。

2.3 數(shù)據(jù)結(jié)果

樣品黑云母40Ar/39Ar和磷灰石裂變徑跡年齡結(jié)果如表1所示,黑云母40Ar/39Ar階步升溫坪年齡圖見(jiàn)圖3,所有樣品都得出形態(tài)較好階步升溫年齡坪。黑云母40Ar/39Ar年齡范圍為4.44±0.71 Ma～3.45±0.24 Ma,磷灰石裂變徑跡年齡范圍為3.7±0.4 Ma～1.8±0.2 Ma。

圖3 黑云母40Ar/39Ar坪年齡圖Fig.3 40Ar/39 Ar plateau ages of the biotite concentrates

3 低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)分析

3.1 與周邊年齡結(jié)果對(duì)比

在那木拉斷裂帶中部采集的三件基巖樣品,獲得非常年輕的黑云母40Ar/39Ar和磷灰石裂變徑跡年齡(<5 Ma)。數(shù)據(jù)結(jié)果說(shuō)明那木拉斷裂帶地區(qū)至少?gòu)纳闲率酪詠?lái),經(jīng)歷快速地殼隆升剝露過(guò)程。為揭示整個(gè)那木拉斷裂帶上新世以來(lái)活動(dòng)過(guò)程,通過(guò)收集整理已發(fā)表的位于那木拉斷裂帶附近的年代學(xué)數(shù)據(jù),與文中數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,年代學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。收集的數(shù)據(jù)包括位于那木拉斷裂帶南側(cè)多雄拉區(qū)域三個(gè)基巖樣品的黑云母40Ar/39Ar(Gong et al., 2015)和磷灰石裂變徑跡年齡(Yu et al., 2011);位于那木拉斷裂帶北側(cè)南迦巴瓦峰南麓三個(gè)基巖樣品的黑云母40Ar/39Ar和磷灰石裂變徑跡年齡(Tu et al., 2015),所有樣品位于4000～5000 m的同一海拔范圍內(nèi)。

表2 那木拉斷裂帶區(qū)域熱年代學(xué)年齡統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 2 Thermochronology data from the Namula fault zone area

那木拉斷裂帶南側(cè)、中部、北側(cè)熱年代學(xué)年齡對(duì)比表明,三個(gè)區(qū)域黑云母40Ar/39Ar年齡基本一致,在4.8～3.1 Ma范圍內(nèi)。磷灰石裂變徑跡年齡具有一定差異,南側(cè)范圍為4.6～3.6 Ma,中部范圍為3.7～1.8 Ma,北側(cè)范圍為1.8～1.2 Ma,具有由南至北逐漸變小的趨勢(shì)。利用這些熱年代學(xué)數(shù)據(jù)及兩種熱年代學(xué)方法對(duì)應(yīng)的封閉溫度值可以得到那木拉斷裂帶不同區(qū)域簡(jiǎn)單熱史演化曲線(圖4)。由熱史演化曲線可知,在約3 Ma以前,那木拉斷裂帶南側(cè)區(qū)域地殼冷卻速率非?？?而3 Ma以后該區(qū)域地殼冷卻速率快速降低;3 Ma以后那木拉斷裂帶北側(cè)區(qū)域成為冷卻最快區(qū)域。

3.2 年齡模擬解譯

熱年代學(xué)年齡受到巖石隆升速率、地溫梯度、地表面形態(tài)等多種因素影響。為準(zhǔn)確解譯上文所述熱年代學(xué)年齡代表的地質(zhì)信息,厘清那木拉斷裂帶活動(dòng)特征。文章利用“Pecube”軟件對(duì)所獲得黑云母40Ar/39Ar年齡和磷灰石裂變徑跡年齡進(jìn)行定量解譯?！癙ecube”是一個(gè)對(duì)熱年代學(xué)年齡進(jìn)行定量解譯的熱動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算軟件(Braun,2003; Braun et al., 2012)。地殼中三維熱運(yùn)移方程表達(dá)式為(Carslaw and Jaeger, 1959):

其中x、y、z代表三維空間坐標(biāo),t代表時(shí)間,T(x,y,z,t)代表三維地殼空間中任意位置任意時(shí)間點(diǎn)巖石溫度,ρ代表巖石密度,c代表巖石熱容值,V(x,y,z)代表巖石運(yùn)動(dòng)速率,k代表巖石熱導(dǎo)率,A代表巖石產(chǎn)熱率?！癙ecube”軟件需要用戶輸入該公式中的巖石熱容值、導(dǎo)熱率、運(yùn)動(dòng)速率等參數(shù)并設(shè)定溫度場(chǎng)邊界值,然后根據(jù)公式(1)求解出相應(yīng)地殼空間溫度場(chǎng)分布及其隨時(shí)間變化。該軟件對(duì)公式(1)的求解是在一個(gè)三維空間有限元網(wǎng)格中利用有限元方法進(jìn)行的。計(jì)算出地殼溫度場(chǎng)后,根據(jù)巖石經(jīng)歷溫度歷史,利用熱擴(kuò)散方程計(jì)算出熱年代學(xué)年齡值。用戶可以把模擬計(jì)算年齡與實(shí)測(cè)年齡進(jìn)行對(duì)比,然后相應(yīng)修改模擬參數(shù),直到最終能夠獲得最佳模擬參數(shù)使得模擬年齡與實(shí)測(cè)年齡匹配度最高。這些最佳模擬參數(shù)就是熱年代學(xué)年齡所代表真實(shí)地質(zhì)信息。“Pecube”軟件提出后被廣泛用于對(duì)熱年代學(xué)年齡進(jìn)行定量解譯(Herman et al., 2007, 2010; Tu et al., 2015)。

正方形—黑云母40Ar/39Ar年齡;圓形—磷灰石裂變徑跡年齡;帶箭頭虛線—熱史演化曲線圖4 那木拉斷裂帶不同區(qū)域熱史演化曲線圖Fig.4 Thermal history evolution curves in different positions of the Namula fault zoneSquares-Biotite 40Ar/39Ar ages; Rounds-Apatite fission track ages;Dotted lines with arrows-Thermal history evolution curves

文中利用“Pecube”軟件對(duì)測(cè)得熱年代學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次模擬解譯,模型中所采用模擬參數(shù)參考Tu et al. (2015)。地溫場(chǎng)特征方面,Craw et al.(2005)利用流體包裹體中CO2—H2O相平衡計(jì)算方法,計(jì)算出東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)及周邊區(qū)域現(xiàn)今300 ℃地溫等溫面的位置大致位于海平面附近。為獲得與這一計(jì)算結(jié)果相匹配的近地表地溫梯度,模型底部(海平面以下25 km)溫度都被固定為1150 ℃,模型頂面的溫度固定為0 ℃,巖石產(chǎn)熱率被固定為6.5 ℃/Ma,巖石熱擴(kuò)散系數(shù)被設(shè)定為25 km2/Ma。模型模擬了20 Ma以來(lái)整個(gè)地殼隆升剝露過(guò)程。模擬過(guò)程中使用的地表面形態(tài)特征來(lái)自于90 m精度數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM),地表面范圍為94.85°～95.05°E;29.45°～29.65°N。Tu et al. (2015)模擬結(jié)果證明南迦巴瓦峰及其附近區(qū)域,低溫?zé)崮甏鷮W(xué)年齡受巖石隆升剝露速率影響較大,受地貌面形態(tài)變化影響較小。然而Yang et al.(2018)研究表明南迦巴瓦峰及其附近區(qū)域,侵蝕速率與地形特征無(wú)明顯相關(guān)性。同時(shí)那木拉地區(qū)地表面海拔都位于4000 m以上,地表海拔變化不強(qiáng)烈。因此文中忽略地表面形態(tài)及其可能變化對(duì)熱年代學(xué)年齡的影響,模擬過(guò)程中地表面不發(fā)生變化。模擬過(guò)程都是在一個(gè)61×61×50的三維有限元網(wǎng)格中進(jìn)行的(圖5)。其中水平方向上,有限單元網(wǎng)格分辨率是360 m,即單個(gè)有限元單元寬度代表實(shí)際水平方向上360 m距離;垂直方向上分辨率為500 m。為了模擬那木拉斷裂帶活動(dòng)對(duì)熱年代學(xué)年齡數(shù)據(jù)的影響,筆者在模型中設(shè)置兩條110°走向近直立略向北傾的斷裂,這兩條斷裂分別位于那木拉山口的南側(cè)和北側(cè)(圖5)。通過(guò)設(shè)置這兩條斷裂來(lái)模擬那木拉斷裂帶。

圖5 那木拉斷裂帶熱年代學(xué)年齡模擬解譯結(jié)果Fig.5 Thermochronology simulation results of the Namula fault zone. (a) Crust exhumation rate distribution prior to 3 Ma. (b) Crust exhumation rate distribution after 3 Ma. (c) Predicted apatite fission track ages. (d) Predicted biotite 40Ar/39Ar ages.

經(jīng)過(guò)多次模擬計(jì)算過(guò)程后,發(fā)現(xiàn)兩條模擬斷裂最佳運(yùn)動(dòng)速率參數(shù),利用這些參數(shù)可以計(jì)算出與實(shí)測(cè)年齡匹配最好的模擬年齡。最佳模擬參數(shù)分為兩階段:3 Ma以前斷裂帶南側(cè)區(qū)域的地殼隆升速率為2.5 km/Ma,斷裂帶中部區(qū)域地殼隆升速率為2.2 km/Ma,斷裂帶北側(cè)區(qū)域地殼隆升速率為1.3 km/Ma;3 Ma以后斷裂帶南側(cè)區(qū)域地殼隆升速率急劇降低變?yōu)?.1 km/Ma,斷裂帶中部區(qū)域地殼隆升速率也降低為0.5 km/Ma,斷裂帶北側(cè)區(qū)域地殼隆升速率保持不變?nèi)詾?.3 km/Ma(圖5a、5b)。根據(jù)這套模擬地殼隆升參數(shù)設(shè)定的模擬過(guò)程計(jì)算出來(lái)模擬年齡如圖5c、5d所示,可以觀察到由那木拉斷裂帶南側(cè)區(qū)域到北側(cè)區(qū)域黑云母40Ar/39Ar年齡緩慢降低,而磷灰石裂變徑跡年齡快速降低。模擬計(jì)算年齡與實(shí)測(cè)年齡的對(duì)比如圖6所示。由該圖可知這一套模擬地殼隆升參數(shù),可以很好解釋那木拉斷裂帶區(qū)域熱年代學(xué)年齡,即該模擬地殼隆升參數(shù)極有可能代表那木拉斷裂帶區(qū)域?qū)嶋H地殼隆升過(guò)程。

圖6 那木拉斷裂帶實(shí)測(cè)年齡與模擬年齡對(duì)比圖Fig.6 Contrast between observed ages and predicted ages in the Namula fault zone. (a) Predicted and observed biotite 40Ar/39Ar ages. (b) Predicted and observed apatite fission track ages

4 討論

那木拉斷裂帶熱年代學(xué)數(shù)據(jù)及其模擬解譯結(jié)果表明,那木拉斷裂帶區(qū)域至少?gòu)纳闲率酪詠?lái)經(jīng)歷了快速地殼隆升過(guò)程;并且快速地殼隆升區(qū)域由南向北逐漸遷移。大約3 Ma以前那木拉斷裂帶以南多雄拉地區(qū)地殼隆升最快,隆升速率達(dá)到約2.5 km/Ma;大約3 Ma以后多雄拉地區(qū)地殼隆升速率急劇降低到只有0.1 km/Ma左右(圖5)。根據(jù)斷裂帶兩側(cè)地殼隆升速率差異可以判斷,大約3 Ma以前那木拉斷裂帶南盤相對(duì)上升北盤相對(duì)下降,具有正斷層運(yùn)動(dòng)特征;約3 Ma以后那木拉斷裂帶北盤相對(duì)上升南盤相對(duì)下降,具有逆斷層運(yùn)動(dòng)特征。

結(jié)合以往對(duì)那木拉斷裂帶活動(dòng)研究可知,那木拉斷裂帶在不同地質(zhì)歷史時(shí)期具有不同活動(dòng)特征。在早期(>8 Ma)那木拉逆沖斷裂帶是東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)大型逆沖推覆疊瓦構(gòu)造的組成部分;那木拉斷裂帶以韌性變形為主,具有逆斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì),代表喜馬拉雅地體對(duì)拉薩地體的俯沖(Ding et al., 2001;圖7a、7b)。東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)基巖熱年代學(xué)數(shù)據(jù)(Gong et al., 2015)和河砂碎屑熱年代學(xué)數(shù)據(jù)(Govin et al., 2020)都表明:約8 Ma開(kāi)始,東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)進(jìn)入快速地殼隆升剝露過(guò)程,那木拉斷裂帶以脆性變形為主。最初地殼隆升剝露中心可能位于那木拉斷裂帶南側(cè),斷裂帶南盤隆升速率大于北盤,斷裂帶具有正斷層運(yùn)動(dòng)特征(圖7c、7d)。約3 Ma以來(lái),地殼隆升剝露中心可能遷移到那木拉斷裂帶北側(cè),斷裂帶北盤隆升速率大于南盤,那木拉斷裂帶具有逆斷層運(yùn)動(dòng)特征(圖7e、7f)。

最近幾年部分學(xué)者利用較低封閉溫度熱年代學(xué)方法揭示,位于東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)北側(cè)的帕隆藏布江下游區(qū)域,約2～1 Ma以來(lái)發(fā)生地殼隆升剝露速率快速增加(King et al., 2016; Yang et al.,2018)。結(jié)合文中研究結(jié)果可知,約8 Ma以來(lái)東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)進(jìn)入快速地殼隆升剝露階段后,快速隆升剝露區(qū)域由南向北逐漸遷移。早期(>3 Ma)隆升剝露中心可能位于那木拉斷裂帶南側(cè)多雄拉區(qū)域;現(xiàn)今隆升剝露中心位于那木拉斷裂帶北側(cè),南迦巴瓦峰、加拉白壘峰及更北側(cè)帕隆藏布江下游區(qū)域。

5 結(jié)論

東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)那木拉斷裂帶內(nèi)部基巖黑云母40Ar/39Ar年齡范圍為4.44±0.71 Ma～3.45±0.24 Ma,磷灰石裂變徑跡年齡范圍為3.7±0.4 Ma～1.8±0.2 Ma。那木拉斷裂帶區(qū)域熱年代學(xué)年齡模擬計(jì)算結(jié)果表明:約3 Ma以前那木拉斷裂帶南側(cè)地殼隆升最快,約為2.5 km/Ma,斷裂帶以正斷層運(yùn)動(dòng)特征為主;約3 Ma以來(lái)那木拉斷裂帶北側(cè)地殼隆升最快,約為1.3 km/Ma,斷裂帶以逆斷層運(yùn)動(dòng)特征為主。那木拉斷裂帶上新世以來(lái)運(yùn)動(dòng)特征的變化,可能與約8 Ma以來(lái)東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)快速地殼隆升剝露區(qū)域由南向北逐漸遷移有關(guān)。

a—8 Ma以前水平面大地構(gòu)造框架示意圖;b—8 Ma以前垂向剖面大地構(gòu)造框架示意圖;c—8～3 Ma水平面大地構(gòu)造框架示意圖;d—8～3 Ma垂向剖面大地構(gòu)造框架示意圖;e—3～0 Ma水平面大地構(gòu)造框架示意圖;f—3～0 Ma垂向剖面大地構(gòu)造框架示意圖圖7 那木拉斷裂帶演化模式圖Fig.7 Cartoon figures of the Namula fault zone evolution. (a) Horizontal tectonic framework prior to 8 Ma. (b) Vertical profile tectonic framework prior to 8 Ma. (c) Horizontal tectonic framework between 8 Ma and 3 Ma. (d) Vertical profile tectonic framework between 8 Ma and 3 Ma. (e) Horizontal tectonic framework between 3 Ma and 0 Ma. (f) Vertical profile tectonic framework between 3 Ma and 0 Ma.HP-High-grade metamorphic complex containing high-pressure granulite; NMLF-the Namula trust fault zone; Purple dotted ellipses-Rapid exhumation areas; Red triangles-High-angle thrust faults; Red rounds-High-angle normal faults