缅甸主动大陆边缘晚白垩世—新生代中央盆地源—汇体系研究

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缅甸主动大陆边缘位于汇聚板块边缘转换构造带内,向北与由陆-陆碰撞作用形成的喜马拉雅造山带相连,向南与由洋-陆俯冲作用形成的巽他沟-弧系统转换。因此,缅甸主动大陆边缘既完整保存了沟-弧系统的演化历史,又记录了印度-欧亚大陆初始碰撞、喜马拉雅造山带早期隆升/剥蚀作用等关键地质过程。同时,缅甸主动大陆边缘发育海沟、增生楔斜坡、弧前和弧后等多属性沉积盆地,它们具有复杂的叠加、转换和改造历史并控制着不同属性沉积盆地油气资源的差异聚集。因此,加强对缅甸主动大陆边缘的研究不仅具有重要的理论意义还具有重要的现实意义。沿缅甸主动大陆边缘,西缅岛弧带和缅甸中央盆地近南北向并行排列,前者将后者分割为弧前和弧后两个坳陷带。西缅岛弧带大部分为盆地沉积岩掩埋,仅有文多、萨林圭两个岩基和波帕、蒙育瓦等火山出露至地表;基于对文多和萨林圭花岗岩年代学分析,现已查明岛弧带主要形成于晚白垩世-古近纪。但对西缅岛弧带的成因,尚存有不同的解释:部分学者认为其形成于安第斯大陆边缘环境,是由缅甸中部岩浆带拆离而来且属于藏南拉萨地块南缘冈底斯岛弧的南延段,另一些学者则认为西缅岛弧带受控于向西后撤的洋-洋俯冲系统。这些解释模型主要基于西缅岛弧带的岩石学、全岩地球化学和少量锶-钕(Sr-Nd)同位素分析,缺少锆石等单矿物同位素分析。正因如此,盆地沉积物源研究的学者在分析碎屑锆石Hf同位素组成时出现了两种极端解释:一派学者认为缅甸中央盆地上白垩统-始新统沉积物源主要来自西缅岛弧带,另一派学者则认为始新统-渐新统沉积物源来自藏南冈底斯岛弧且是由古雅鲁藏布江-伊洛瓦底江搬运而来。西缅岛弧带成因不明、中央盆地物源不清不仅制约着对缅甸主动大陆边缘动力学演化和盆地发育研究,同时关系到对印度大陆与欧亚大陆碰撞前、后一系列关键地质事件的讨论。例如,有的学者提出在东南青藏高原存在大型河流袭夺事件,即长江、湄公河、萨尔温江、伊洛瓦底江和雅鲁藏布江的上游在新近纪之前曾是古红河的支流,并且古雅鲁藏布江在被布拉马普特拉河袭夺至前曾与伊洛瓦底江相连。如果存在这样的河流演化过程,则缅甸中央盆地必然保存有藏南冈底斯岛弧和波密-然乌-察隅岩浆带的相关沉积记录,但如果中央盆地沉积记录中没有相关岩浆带的信息,那类似这样河流袭夺事件还能存在吗?用河流袭夺约束青藏高原的隆升时间还能成立吗?研究基于对缅甸主动大陆边缘关键科学问题的思考及其与藏南地质演化的系统对比,选择以缅甸中央盆地大尺度源-汇系统为研究载体,通过对源、渠、汇子系统的详细解剖,不仅了解了西缅岛弧带的岩浆起源与活动期次、厘清了其与缅甸中部岩浆带、滇缅岩浆带、波密-然乌-察隅岩浆带和冈底斯岛弧之间的关联关系,而且阐明了中央盆地不同地层单元的沉积物源、构建了两种河流体系控制下的盆地沉积作用与物源转换,讨论了缅甸主动大陆边缘的动力学演化与盆地转换机制。这一设计能够顺利完成,一方面得利于前期在缅甸主动大陆边缘积累的大量钻井与露头样品,另一方面得利于最新的物源和低温热年代学分析技术的使用。具体而言,研究对西缅岛弧带的3个钻井样品和1个地表露头样品进行了岩石学、全岩地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素、全岩Sr-Nd同位素等分析。岩石学和全岩地球化学主、微量元素分析显示岛弧带主要由I-型和S-型花岗岩和玄武质-流纹质火山岩组成,它们属于中-高钙碱性系列并具有偏铝质到过铝质特征;大离子亲石元素富集和高场强元素亏损表明它们起源于典型的岛弧岩浆。锆石U-Pb年代学记录了四个样品的结晶年龄分别为64.5±0.8 Ma(YB1-84)、103.6±0.8Ma(Y2-86)、106.1±0.9 Ma(Y3-84)和69.0±2.6 Ma(M3A),它们与已发表资料揭示西缅岛弧带经历了白垩纪中期(106-98 Ma)、白垩纪末(70-65 Ma)、早-中始新世(53-38 Ma)和中新世-第四纪(13.6-0.15 Ma)等四期岩浆活动。这四个样品的锆石εHf(t)值变化范围分别为+2.6+16.0、+1.3+16.5、+1.3+14.5和+7.1+15.0,其中样品Y3-84的87Sr/86 Sr(t)=0.705439、εNd(t)=0.88,表明西缅岛弧带岩浆主要起源于亏损地幔和初生地壳的部分熔融。西缅岛弧带岩浆岩的同位素特征有别于缅甸中部岩浆带、滇缅岩浆带和波密-然乌-察隅岩浆带,与冈底斯岛弧带相近。在对潜在物源区的岩石学、(同位素)地球化学和年代学的对比、总结基础上,研究对缅甸中央盆地上白垩统-新生界在水平空间(地表露头)和垂向空间(钻井样品)进行了砂岩碎屑组成、砂岩全岩地球化学、碎屑锆石U-Pb年代学和Hf同位素、碎屑金红石和磷灰石U-Pb年代学、泥岩全岩Sr-Nd同位素等综合沉积物源分析。这些测试结果表明上白垩-始新统来自原地西缅岛弧带,而中新统-第四系则主要来自滇缅岩浆带,少量沉积物源可能来自缅甸中部岩浆带;研究同时认识到渐新统显示了混合物源的特点,代表了缅甸中央盆地物源转换期的产物。需要特别指出的是,缅甸中央盆地上白垩统-始新统来自冈底斯岛弧的可能性不大,因为(1)冈底斯岛弧岩浆活动的主要时期为古近纪(峰值65-45 Ma)且在日喀则弧前盆地和印度河-雅鲁藏布江等沉降单元中记录到的冈底斯岛弧属性碎屑的锆石U-Pb年龄峰值分别为110 Ma和120 Ma(或80 Ma),均不同于中央盆地锆石年龄峰值为100、65 Ma和\或50 Ma的分布特征;(2)白垩纪冈底斯岛弧岩浆锆石εHf(t)值介于+10+15,而中央盆地上白垩-始新统碎屑锆石εHf(t)值在-1.0+15之间变化;(3)中央盆地上白垩统-始新统碎屑金红石U-Pb年龄峰值为400-600 Ma或\和100Ma,但冈底斯岛弧的金红石U-Pb年龄峰值为100-200 Ma。显然,冈底斯岛弧的上述属性不能与中央盆地上白垩统-始新统沉积物源特征完全匹配。基于以上分析,研究提出晚白垩世-始新世中央盆地由横向水系控制和渐新世-第四纪由纵向伊洛瓦底江水系控制的演化模型,且诱发河流体系转变的主要驱动力是与构造作用相关的造山带隆升和盆地挠曲沉降。为了进一步确定缅甸中央盆地两个时期物源分别来自西缅岛弧带和东南青藏高原的滇缅岩浆带,研究恢复和重建了缅甸中央盆地物源区的隆升历史。磷灰石裂变径迹年龄数据则显示上白垩统和始新统样品主要由晚白垩世(75-68 Ma)和始新世(53-42 Ma)两个年龄群组成,两个始新统样品发生了较高程度的退火和年龄重置,其最年轻磷灰石裂变径迹年龄(21.8±2.1 Ma和21.3±5.3 Ma)反映了盆地构造变形的冷却历史。中新统-第四系样品的磷灰石裂变径迹年龄则主要由晚渐新世-早中新世(26-21 Ma)年龄群组成,印证了东南青藏高原的抬升冷却时限,其余三个年龄群(早白垩世、晚白垩世末和始新世)解释为滇缅岩浆带岩浆就位、冷却年龄。两个中新统样品磷灰石裂变径迹年龄小于地层沉积年龄,表明它们经历了沉积阶段的埋藏加热和年龄重置,反映的是盆地构造变形的时限。基于以上年龄数据的归类分析和前人成果,研究认为:(1)西缅岛弧带经历了晚白垩世末(75-68Ma)、早-中始新世(53-42 Ma)和晚渐新世(30-20 Ma)三期抬升与剥露作用;(2)东南青藏高原滇缅岩浆带最晚在晚渐新世(26 Ma)已经快速隆升且剥蚀速率大致为139.4-287.4 m/m.y.;(3)印缅造山带在早中新世(22 Ma)之前已经发生隆升,并具有向东向弧前盆地方向扩展的趋势(17.1-15.6 Ma)。磷灰石裂变径迹数据约束印缅造山带隆升的时间与盆地物源发生转换、纵向古伊洛瓦底江形成的时间大致吻合,同时精确确定了弧前盆地发生挤压变形的时间。对源、渠、汇系统的分析,促进了对缅甸主动大陆边缘及邻区动力学演化的新认识。缅甸主动大陆边缘西缅岛弧带最古老岩浆岩结晶年龄为106 Ma,远小于藏南拉萨地块冈底斯岛弧岩浆岩的最古老结晶年龄(210 Ma),可见新特提斯洋向西缅地块和拉萨地块下的俯冲机制存在明显差别。研究认为,早白垩世及之前,西缅地块西缘存在向西、向玫瑰岛弧下插的俯冲系统;早白垩世末(115 Ma)玫瑰岛弧与西缅地块最终拼合,俯冲系统极性随之发生反转,新特提斯洋岩石圈开始向西缅地块下插,诱发西缅岛弧带岩浆作用。同时,西缅地块与中缅马苏地块之间随着中特提斯洋的持续俯冲,两者之间的残留海盆地逐渐消亡,缅甸中部岩浆带开始大规模出现源自古老地壳熔融产生岩浆岩。这一弧-陆碰撞模型及伴随的俯冲极性反转,合理解释了西缅地块与拉萨地块所记录的新特提斯洋初始俯冲的差异,同时控制着缅甸主动大陆边缘沉积盆地的发育,后者存在横向复合、垂向叠合和空间转换的复杂演化过程。同时,基于对缅甸中央盆地源-汇系统的分析及与红河流域和东喜马拉雅前陆盆地沉积记录的对比,研究认为青藏高原东南部可能不存在大型河流顺序袭夺的过程,因此,通过解剖古河流袭夺约束青藏高原的隆升时间可能并不适用。但磷灰石裂变径迹和径迹长度热史模拟显示东南青藏高原最晚在晚渐新世(26 Ma)即已发生快速隆升,满足印度-欧亚大陆碰撞(55 Ma)后需要20 Ma的时间达到地壳加厚后的热平衡条件,因此地壳流模型对高原隆升可能起了重要影响。同时,青藏高原中、下地壳流向西缅地块下的流动可能对印缅造山带的隆升以及中央盆地的构造反转起了重要作用,但必须指出,印度大陆与西缅地块的斜向收敛是中央盆地形成与后期改造的核心驱动力。
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