橫跨大陸的碎屑物質搬運與沉積作用：西藏東南部郎傑學群研究實例

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碎屑物質的風化、搬運和沉積作用是地球表層重要的地質過程。「由源到匯」也是沉積學研究的重要內容。通過對現今「源-匯」系統的觀察可以發現，大江大河在沉積物的搬運過程中起著至關重要的作用，大量的沉積物在經過跨越大陸的搬運之後，才在大陸邊緣發生沉積作用（如亞馬遜河將安第斯山的碎屑物質搬運到南美大陸的東海岸；長江、黃河將源自青藏高原的碎屑物質搬運到中國東部；圖1）。本著地質學「將今論古」的方法論，我們可以想像，在地質歷史時期，特別是超大陸聚合時期，必然也存在著諸多橫跨大陸的河流體系，它們將沉積物進行遠距離的搬運，並形成大型的沉積體系。然而，由於完全的古地理重建非常困難，我們在對深時沉積物進行物源分析時，往往注重「匯」與「源」的對應關係而忽視了沉積物的搬運過程。在這裡，我們與大家分享「西藏東南部郎傑學群物源分析」的研究歷程，以及我們在研究過程中的思考和認識，一家之言，還望指正。

圖1 現代橫跨大陸的河流體系

A，亞馬遜河將南美洲西海岸安第斯山脈的碎屑物質搬運至大西洋一側；B，長江、黃河等將青藏高原的碎屑物質搬運至亞洲大陸邊緣。

01 何為郎傑學群？

「郎傑學群」源自1963年西藏第一地質隊命名的「郎傑學組」，係指「羊卓雍錯北部以板巖為主的地層」，自下而上包括三段: 蘇諾林段、遮村段和遮拉段。根據地層中發現的Halobia瓣鰓動物群與菊石Tropites等, 將地層時代定為晚三疊世。王乃文等在1983年重新調查以後升「郎傑學組」為「郎傑學群」，並指出郎傑學群僅指「郎傑學組」的中下段，而上部未變質的「遮拉段」升為「遮拉組」，歸為中侏羅統。1994年，陝西區調隊在其提交的《1:20萬區域地質調查報告（浪卡子幅-澤當幅）》中，將郎傑學群劃分為姐德秀組、江雄組和宋熱組。在1997年出版的《西藏自治區巖石地層》一書中，「郎傑學群」被棄用，相關地層歸為修康群，泛指沿雅魯藏布縫合帶南側東西向展布的上三疊統沉積地層（西藏自治區地質礦產局，1997）。但在2000–2002年1:5萬填圖時（如瓊果幅，曲德貢幅），「郎傑學群」（宋熱組、江雄組和姐德秀組）被重新採用。之後在1:25萬地質圖彙編時，「郎傑學群」被沿用。

李祥輝等（2003a）指出，「以羊八井—窮堆斷裂（或江孜—浪卡子）為界，特提斯喜馬拉雅北亞帶三疊紀地層出現東西分異，西部修康群以構造混雜堆積為特色，東部郎傑學群為一套綠片巖相淺變質巖系」，並將郎傑學群定義為「在西藏南部沿雅魯藏布江以南、羊八井—窮堆斷裂以東的一套晚三疊世綠片巖相淺變質巖系」（圖2），這一定義在此後的學術研究中被接納並廣泛採用。李祥輝等（2003a）特別強調，郎傑學群與南北兩側地層均為斷裂接觸。

圖2 喜馬拉雅構造分帶圖（顯示郎傑學群位置）及郎傑學群野外照片

沉積學研究表明，郎傑學群為一套巨厚的濁積巖地層（李祥輝等，2003a; Zhang et al., 2005; Wang et al., 2016），其變質程度在南北方向上存在明顯差異。以澤當-瓊結剖面為例，北側靠近雅魯藏布縫合帶的地層變質變形嚴重，主要為石英片巖、千枚巖，並發育大量的石英脈；而越向南側，變質程度越低；最南側地層未變質，沉積結構構造和砂巖碎屑組分保存完好。雖然郎傑學群中化石稀少，但在多次的區域地質調查過程中，還是找到了一些具有年代意義的化石，如雙殼類Halobia sp., Burmesia sp., Unionites sp., Monotis salinaria, Cassianella nyanangensis, Schafhaeutlia mellingi, Schafhaeutlia sphaerioides和菊石類 Tropites sp., Siculites sp., Paratibetites sp., Dittmarites sp., 可將沉積時間限定為為晚三疊世卡尼期–諾利期。

02 郎傑學群的研究歷史與現狀

首先提出「郎傑學群可能不屬於特提斯喜馬拉雅」這一觀點的是鄭海翔和張選陽（1988）。他們在《青藏高原地質文集》（第19集，第77頁最後一段）中曾這樣描述：「藏南海槽，人們很自然地設想是印度地臺或者喜馬拉雅邊緣作為其主要物源。然而對比這個海槽三疊紀東部南、北的沉積，中部的南、北的沉積可以明顯看到北粗南細，北長石石英砂巖、南純石英砂巖的總趨勢。因此，藏南三疊紀海槽也主要由北側，即岡底斯-念青唐古拉三疊紀古陸提供物源的。……」。很顯然，作者只根據粒度變化得出的推論並不準確。大陸斜坡沉積（濁積巖）顯然要比陸棚沉積粒度粗一些，但並不能據此認為沉積物是由大陸斜坡向陸棚搬運。

李祥輝等在澤當地區進行地質填圖時，對郎傑學群進行了系統的地研究。古水流測量顯示，郎傑學群的沉積物搬運主體向南，並呈現東南（140°–160°）和西南（190°–210°）兩個主體方向（李祥輝等，2003a）。砂巖碎屑組分分析表明，郎傑學群的物源區為「再旋迴造山帶」（李祥輝等，2003b）。李祥輝等認為這些數據支持「郎傑學群沉積物來自北邊(未知塊體)而非印度大陸」的觀點。Dai et al. (2008)對郎傑學群進行了Nd同位素分析，發現其較虧損的Nd同位素特徵與特提斯喜馬拉雅巖石的Nd同位素不同，卻與拉薩地體的部分巖石（如念青唐古拉變質巖、與岡底斯有關的碎屑巖）的Nd同位素相似。

碎屑鋯石物源分析手段的發展將郎傑學群物源區和構造屬性的研究推向高潮，但同時也使相關的研究陷入困境。Aikman et al. (2008) 首次報導了郎傑學群的碎屑鋯石年齡，數據顯示郎傑學群中存在一組晚古生代–早中生代（~400–200 Ma, 大部分集中在 280–220 Ma, 峰值約為245 Ma）的碎屑鋯石年齡。雖然Aikman et al. (2008) 沒有詳細討論郎傑學群的物源區，但它獨特的碎屑鋯石年齡特徵無疑引起了大家的關注。Li G.W. et al.在2010年首次報導了郎傑學群中碎屑鋯石的Hf同位素數據。Li X. H. et al. 在2016年報導了郎傑學群中碎屑鉻尖晶石的地球化學成分。

綜合已有的研究可以確定：郎傑學群雖在構造位置上屬於特提斯喜馬拉雅(印度大陸北緣)，但卻與典型的特提斯喜馬拉雅沉積巖具有明顯差異。這些差異包括：(1) 郎傑學群古水流方向大體向南，而特提斯喜馬拉雅地層向北；(2) 郎傑學群砂巖中含有5~20%火山巖巖屑和少量斜長石，碎屑組分、重礦物組合以及全巖地球化學成分指示造山帶來源，而大部分喜馬拉雅地層源自穩定的印度「克拉通內部」；(3) 郎傑學群的全巖Nd同位素較特提斯喜馬拉雅地層更虧損；(4) 郎傑學群具有晚古生代–早中生代的碎屑鋯石年齡，這組鋯石的εHf(t) 值集中在−5~+10；(5) 郎傑學群中含有較多的鉻尖晶石，它們具有較低的Al2O3(5~30%)和TiO2(0~2%)含量。

圖3 郎傑學群成因模式（修改自Wang et al., 2016）

A，拉薩弧前沉積模式 (Li et al., 2010)：認為郎傑學群是岡底斯弧前沉積，在印度-亞洲大陸碰撞過程中推覆到印度之上；B，洋內弧前沉積模式 (Li et al., 2010) ：認為郎傑學群是大洋島弧弧前沉積，在印度-大洋島弧碰撞過程中推覆到印度之上；C，裂谷充填沉積模式 (Dai et al., 2008)：認為郎傑學群是拉薩地體從印度裂解時期的沉積記錄，物源主要來自拉薩地體，因大陸裂解被部分保留在印度大陸北緣；D，印度被動陸緣沉積(Cao et al., 2018)：認為郎傑學群是印度大陸北緣原地沉積，火山物質和古生代-中生代碎屑鋯石來自印度北緣的基性巖；E，洋內弧後沉積模式(Ma et al., 2019)：認為郎傑學群沉積於特提斯洋內向南俯衝而形成的大洋島弧的弧後，沉積物同時來自印度和洋內弧；F，多源區沉積模式 (Li et al., 2016)：認為郎傑學群包括多個物源區，包括澳大利亞、印度、拉薩以及洋殼、海山；G，遠距離沿大陸邊緣搬運再沉積模式 (Cai et al., 2016)：認為沉積物來源於西巴布亞，沉積物沿澳大利亞西緣搬運至印度北緣沉積，認為郎傑學群與澳大利亞西緣的同時期沉積巖具有相同的源區；H，印度北緣裂谷盆地沉積(Liu et al., 2019)：認為郎傑學群源自拉薩地體之上的松多造山帶，並認為拉薩地體北側存在向南的俯衝作用。

03 郎傑學群現有解釋模型的差異及其局限性

為了解釋郎傑學群獨特的物源特徵，不同學者提出了多種構造古地理模型，但目前並未形成一致的觀點（圖3）。我們可將眾多的成因模式歸納為以下幾類：

一類模型認為，郎傑學群是外來地體，最初沉積於拉薩地體弧前或大洋島弧弧前，在新特提斯洋匯聚或者印度-亞洲大陸碰撞過程中增生至印度北緣（圖3A，B）。然而，郎傑學群和印度大陸之間並沒有縫合帶存在的證據。而且，郎傑學群被印度北緣的早白堊世基性巖脈侵入，顯然在這之前已是印度北緣的一部分。

另一類模型認為，郎傑學群是印度北緣弧後拉張盆地的沉積記錄（圖3C，E，H），物源來自印度大陸和特提斯南向俯衝的巖漿弧。然而，郎傑學群並沒有記錄裂谷作用（如從陸相-淺海相-深海相演化）的證據；也沒有證據表明特提斯洋曾發生向南的俯衝作用。

此外，也有不少人認為郎傑學群本身就沉積於印度北緣，只是無法給出令人信服的物源解釋。如Cao et al. (2018)提出火山物質和晚古生代–早中生代鋯石可能來自印度北緣的基性巖（圖3D），但地層中的火山巖碎屑主要為酸性而非基性，並且基性巖中鋯石稀少，難以提供郎傑學群中大量的晚古生代–早中生代碎屑鋯石。

Li et al. (2016) 認為郎傑學群具有多個物源區，包括拉薩地體、大洋島弧、海山、大洋中脊以及印度、澳大利亞，這些物質在盆地中發生了混合（圖3F），但郎傑學群屬於濁流沉積，廣泛的、來自不同大陸邊緣的物質很難在盆地中充分混合。

Cai et al. (2016) 提出郎傑學群源自巴布亞西部，與澳大利亞西北緣的同期沉積屬於相同的沉積體系（圖3G）。但仔細地的對比發現，這些盆地的沉積物的物源特徵並不完全相同，而且很難想像沉積物沿海岸搬運數千公裡，並形成郎傑學群如此大規模的濁流體系。

04 郎傑學群新解釋：橫跨大陸的碎屑物質搬運與沉積

在郎傑學群構造屬性問題地的研究中，一個關鍵的問題是：郎傑學群為印度北緣原地沉積還是外來增生地體？由於郎傑學群和其他特提斯喜馬拉雅地層之間均為斷層，缺乏直接的沉積接觸關係，在研究過程中，我們將目光轉向特提斯喜馬拉雅南帶同時代的沉積地層，並開展區域對比研究。

圖4 特提斯喜馬拉雅南帶聶拉木-定日地區上三疊統野外照片

（修改自Meng et al., 2019）

特提斯喜馬拉雅南帶發育印度北緣淺水沉積地層。上三疊統地層包括土隆群（泥灰巖、生物碎屑灰巖）、曲龍貢巴組（黑色泥巖、粉砂巖、細砂巖）和德日榮組（石英砂巖）（圖4），沉積於濱岸至內陸棚沉積環境。研究發現，曲龍貢巴組的砂巖碎屑組分、碎屑鋯石U–Pb年齡和Hf同位素特徵與郎傑學群均一致（圖5）。由於曲龍貢巴組確定屬於特提斯喜馬拉雅，它與郎傑學群一致的物源特徵也就證實了後者亦為印度大陸邊緣原地沉積地層，並非外來地質體。

圖5 郎傑學群與曲龍貢巴組物源特徵對比

既然郎傑學群本身就沉積於印度北緣，那麼我們就需要從印度所在的岡瓦納大陸本身去尋找郎傑學群的物源區。根據對郎傑學群的物源資料進行分析，我們獲得了一些重要的線索：（1）400–200 Ma的碎屑鋯石顆粒具有良好的環帶，且幾乎未發生磨圓，表明這些鋯石直接來自於巖漿巖；（2）400–200 Ma年齡接近連續，表明源區存在持續的巖漿活動（圖6）。這些特徵指向一個長期活動的巖漿弧源區。而且，巖石中出現的火山巖巖屑、斜長石以及低Al低Ti的鉻尖晶石也反映弧巖漿作用特徵，支持這一推理。

環顧整個岡瓦納大陸，這一時期唯一的巖漿弧位於岡瓦納大陸東南緣。而且，郎傑學群晚古生代–早中生代碎屑鋯石Hf同位素特徵與該巖漿弧的鋯石一致。這樣，我們就在「匯」與「源」建立了唯一的對應關係，只是這種解釋要求碎屑物質橫跨整個岡瓦納大陸進行搬運。如前所述，在超大陸聚合時期，常伴生發育大型的跨越大陸水系，因而遠距離的沉積物搬運是完全可以存在的。東岡瓦納大陸早古生代的大地構造類似於現今的南美大陸，這一時期岡瓦納大陸東南緣發生了安第斯型的造山作用（Gondwanide Orogen），Gondwanide山脈很可能如現今的安第斯山一樣，起到了分水嶺的作用，導致了東南高-西北低的古地理格局，為跨岡瓦納大陸河流的發育提供了條件，河流攜帶沉積物向大陸另一側搬運。還有一點值得注意的是，郎傑學群沉積規模巨大，必然要求大型的河流體系為其進行沉積物搬運，這也是我們構建沉積模型的重要依據。

圖6 郎傑學群中晚古生代–早中生代鋯石的年齡特徵及CL圖像

（修改自Wang et al., 2016）

既然岡瓦納大陸的構造格局在古生代已經成型，為什麼郎傑學群的沉積作用僅發生在晚三疊世呢？我們初步認為這可能與岡瓦納大陸北緣區域性的拉張事件有關。在拉張作用之前，印度北緣以碳酸鹽沉積為主，盆地性質穩定，陸緣碎屑輸入有限，源自岡瓦納大陸東南緣的河流並未流向印度北緣；拉張作用發生，沿裂谷走向的隆起區改變了古水系的流向，導致郎傑學群沉積作用發生；拉張作用結束之後，導致郎傑學群沉積的古地理格局不復存在，相關的沉積作用結束，印度北緣發育穩定的石英砂巖沉積（圖7）。當然，這一模型雖然能合理地解釋現有的各種數據，且很好地吻合當時的區域構造背景，但詳細的古地理重建還需要大量的研究工作。

圖7 印度大陸北緣晚三疊世古地理演化模式圖

（修改自Meng et al., 2019）

05 啟示

除上述研究外，地質歷史時期還有很多跨越大陸的碎屑物質搬運的實例：比如，Benyon et al. (2014)認為加拿大西部白堊系McMurray組砂巖中的部分碎屑鋯石來自北美東部的阿巴拉契亞山脈；Prokopiev et al. (2008)認為在古生代–中生代時期西伯利亞大陸上存在跨大陸的古Lena河，將碎屑物質從西伯利亞南緣搬運至北冰洋；Moron et al. (2019) 提出在岡瓦納大陸裂解之前（古生代–中生代早期），東岡瓦納大陸發育跨大陸級別的河流，為澳大利亞西北緣長期的碎屑沉積作用提供物質搬運。

通過對這些跨越大陸的碎屑物質沉積搬運實例的了解，我們可以獲得一些有益的啟示：

1）沉積盆地和物源區之間可以存在很遠的空間距離；在進行物源解釋時需大膽想像，小心求證；正因為沉積物可以被遠距離搬運，源自相同源區的沉積物可以在不同的地方沉積，因此，在運用碎屑鋯石年齡的相似性進行古大陸重建時，需特別小心謹慎；

2）古水系的重建將是沉積學研究的重要內容和前沿方向，是深入理解「沉積過程」的關鍵，對古地理恢復和地質歷史理解具有重要意義。

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本文第一作者孟中璵，系中國科學院地質與地球物理研究所博士研究生；第二作者王建剛，系中國科學院地質與地球物理研究所副研究員。

本文屬個人認識，相關問題可聯繫作者進行交流探討，欲知更多詳情，請移步參考文獻。

主要參考文獻

【1】Benyon C, Leier A, Leckie D A, Webb A, Hubbard S D, Gehrels G. 2014. Provenance of the Cretaceous Athabasca Oil Sands, Canada: Implications for continental-scale sediment transport. Journal of Sedimentary Research, 84: 136–143.

【2】Meng Z Y, Wang J G, Ji W Q, Zhang H, Wu F Y. 2019. The Langjiexue Group is an in situ sedimentary sequences rather than an exotic block: Constraints from covel Upper Triassic strata of the Tethys Himalaya (Qulonggongba Formation). Science China Earth Sciences, 62: 783–797.

【3】Morón S, Cawood P A, Haines P W, Gallagher S J, Zahirovic S, Lewis C J, Moresi L. 2019. Long-lived transcontinental sediment transport pathways of East Gondwana. Geology, 47: 513–516.

【4】Prokopiev A V, Toro J, Miller E L, Gehrels G E. 2008. The paleo–Lena River—200 my of transcontinental zircon transport in Siberia. Geology, 36: 699–702.

【5】Wang J G, Wu F Y, Garzanti E, Hu X M, Ji W Q, Liu Z C, Liu X C. 2016. Upper Triassic turbidites of the northern Tethyan Himalaya (Langjiexue Group): The terminal of a sediment-routing system sourced in the Gondwanide Orogen. Gondwana Res, 34: 84–98.