Research Article| July 01, 2007 Geological records of the Lhasa-Qiangtang and Indo-Asian collisions in the Nima area of central Tibet Paul Kapp; Paul Kapp 1Department of Geosciences, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721–0077, USA Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Peter G. DeCelles; Peter G. DeCelles 1Department of Geosciences, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721–0077, USA Search for other works by this author on: GSW Google Scholar George E. Gehrels; George E. Gehrels 1Department of Geosciences, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721–0077, USA Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Matthew Heizler; Matthew Heizler 2New Mexico Geochronological Research Laboratory, New Mexico Institute of Mining and Technology, Socorro, New Mexico 87801, USA Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Lin Ding Lin Ding 3Institutes of Tibetan Plateau Research and Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, People's Republic of China Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Author and Article Information Paul Kapp 1Department of Geosciences, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721–0077, USA Peter G. DeCelles 1Department of Geosciences, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721–0077, USA George E. Gehrels 1Department of Geosciences, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721–0077, USA Matthew Heizler 2New Mexico Geochronological Research Laboratory, New Mexico Institute of Mining and Technology, Socorro, New Mexico 87801, USA Lin Ding 3Institutes of Tibetan Plateau Research and Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, People's Republic of China Publisher: Geological Society of America Received: 04 May 2006 Revision Received: 18 Dec 2006 Accepted: 19 Jan 2007 First Online: 08 Mar 2017 Online ISSN: 1943-2674 Print ISSN: 0016-7606 Geological Society of America GSA Bulletin (2007) 119 (7-8): 917–933. https://doi.org/10.1130/B26033.1 Article history Received: 04 May 2006 Revision Received: 18 Dec 2006 Accepted: 19 Jan 2007 First Online: 08 Mar 2017 Cite View This Citation Add to Citation Manager Share Icon Share Facebook Twitter LinkedIn Email Permissions Search Site Citation Paul Kapp, Peter G. DeCelles, George E. Gehrels, Matthew Heizler, Lin Ding; Geological records of the Lhasa-Qiangtang and Indo-Asian collisions in the Nima area of central Tibet. GSA Bulletin 2007;; 119 (7-8): 917–933. doi: https://doi.org/10.1130/B26033.1 Download citation file: Ris (Zotero) Refmanager EasyBib Bookends Mendeley Papers EndNote RefWorks BibTex toolbar search Search Dropdown Menu toolbar search search input Search input auto suggest filter your search All ContentBy SocietyGSA Bulletin Search Advanced Search Abstract A geological and geochronologic investigation of the Nima area along the Jurassic–Early Cretaceous Bangong suture of central Tibet (∼32°N, ∼87°E) provides well-dated records of contractional deformation and sedimentation during mid-Cretaceous and mid-Tertiary time. Jurassic to Lower Cretaceous (≤125 Ma) marine sedimentary rocks were transposed, intruded by granitoids, and uplifted above sea level by ca. 118 Ma, the age of the oldest nonmarine strata documented. Younger nonmarine Cretaceous rocks include ca. 110–106 Ma volcanic-bearing strata and Cenomanian red beds and conglomerates. The Jurassic–Cretaceous rocks are unconformably overlain by up to 4000 m of Upper Oligocene to Lower Miocene lacustrine, nearshore lacustrine, and fluvial red-bed deposits. Paleocurrent directions, growth stratal relationships, and a structural restoration of the basin show that Cretaceous–Tertiary nonmarine deposition was coeval with mainly S-directed thrusting in the northern part of the Nima area and N-directed thrusting along the southern margin of the basin. The structural restoration suggests >58 km (>47%) of N–S shortening following Early Cretaceous ocean closure and ∼25 km shortening (∼28%) of Nima basin strata since 26 Ma. Cretaceous magmatism and syncontractional basin development are attributed to northward low-angle subduction of the Neotethyan oceanic lithosphere and Lhasa-Qiangtang continental collision, respectively. Tertiary syncontractional basin development in the Nima area was coeval with that along the Bangong suture in westernmost Tibet and the Indus-Yarlung suture in southern Tibet, suggesting simultaneous, renewed contraction along these sutures during the Oligocene-Miocene. This suture-zone reactivation immediately predated major displacement within the Himalayan Main Central thrust system shear zone, raising the possibility that Tertiary shortening in Tibet and the Himalayas may be interpretable in the context of a mechanically linked, composite orogenic system. You do not have access to this content, please speak to your institutional administrator if you feel you should have access.

Research Article| July 01, 2005 Cretaceous-Tertiary shortening, basin development, and volcanism in central Tibet Paul Kapp; Paul Kapp 1Department of Geosciences, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721-0077, USA Search for other works by this author on: GSW Google Scholar An Yin; An Yin 2Department of Earth and Space Sciences and Institute of Geophysics and Planetary Physics, University of California, Los Angeles, California 90095-1567, USA Search for other works by this author on: GSW Google Scholar T. Mark Harrison; T. Mark Harrison 2Department of Earth and Space Sciences and Institute of Geophysics and Planetary Physics, University of California, Los Angeles, California 90095-1567, USA Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Lin Ding Lin Ding 3Institute of Tibetan Plateau Research and Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, People's Republic of China Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Author and Article Information Paul Kapp 1Department of Geosciences, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721-0077, USA An Yin 2Department of Earth and Space Sciences and Institute of Geophysics and Planetary Physics, University of California, Los Angeles, California 90095-1567, USA T. Mark Harrison 2Department of Earth and Space Sciences and Institute of Geophysics and Planetary Physics, University of California, Los Angeles, California 90095-1567, USA Lin Ding 3Institute of Tibetan Plateau Research and Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, People's Republic of China Publisher: Geological Society of America Received: 22 Feb 2004 Revision Received: 29 Aug 2004 Accepted: 01 Sep 2004 First Online: 02 Mar 2017 Online ISSN: 1943-2674 Print ISSN: 0016-7606 Geological Society of America GSA Bulletin (2005) 117 (7-8): 865–878. https://doi.org/10.1130/B25595.1 Article history Received: 22 Feb 2004 Revision Received: 29 Aug 2004 Accepted: 01 Sep 2004 First Online: 02 Mar 2017 Cite View This Citation Add to Citation Manager Share Icon Share Facebook Twitter LinkedIn Email Permissions Search Site Citation Paul Kapp, An Yin, T. Mark Harrison, Lin Ding; Cretaceous-Tertiary shortening, basin development, and volcanism in central Tibet. GSA Bulletin 2005;; 117 (7-8): 865–878. doi: https://doi.org/10.1130/B25595.1 Download citation file: Ris (Zotero) Refmanager EasyBib Bookends Mendeley Papers EndNote RefWorks BibTex toolbar search Search Dropdown Menu toolbar search search input Search input auto suggest filter your search All ContentBy SocietyGSA Bulletin Search Advanced Search Abstract The geologic map pattern of the Qiangtang terrane in central Tibet defines a >600-km-long and up to 270-km-wide east-plunging structural culmination. It is characterized by early Mesozoic blueschist-bearing mélange and upper Paleozoic strata in the core and mainly Triassic–Jurassic strata along the limbs. In the western Qiangtang terrane (∼84°E), the culmination is unconformably overlain by weakly deformed mid-Cretaceous volcanic flows and tuffs. Along the Bangong suture to the south (32°N, 84°E), mid-Cretaceous nonmarine red beds and volcanic rocks lie unconformably on Jurassic suture zone rocks. These relationships demonstrate that west-central Tibet was above sea level during the mid-Cretaceous and experienced significant denudation prior to mid-Cretaceous time. Growth of the Qiangtang culmination is inferred to have initiated during southward emplacement of a thrust sheet of early Mesozoic mélange and upper Paleozoic strata during the Early Cretaceous Lhasa-Qiangtang collision. The north-south width of the inferred thrust sheet provides a minimum slip estimate of ∼150 km at 84°E, decreasing eastward to ∼70 km at 87°E.Paleogene deformation in the Qiangtang terrane is characterized by widely distributed, mainly north-dipping thrust faults that cut Eocene–Oligocene red beds and volcanic rocks in their footwall. Along the Bangong suture, the north-dipping Shiquanhe-Gaize-Amdo thrust system cuts 64 and 43 m.y. old volcanic tuffs in its footwall and accommodated >40 km of post–mid-Cretaceous shortening. The Tertiary south-dipping Gaize–Siling Co backthrust bounds the southern margin of the Bangong suture and marks the northernmost limit of mid-Cretaceous marine strata in central Tibet. Cretaceous deformation and denudation in central Tibet is attributed to northward underthrusting of the Lhasa terrane beneath the Qiangtang terrane along the Bangong suture. This model implies that (1) Cretaceous strata along the Bangong suture and in the northern Lhasa terrane were deposited in a flexural foreland basin system and derived at least in part from the Qiangtang terrane, and (2) the central Tibetan crust was thickened substantially prior to the Indo-Asian collision. Although its magnitude is poorly known, Tertiary shortening in the Qiangtang terrane is more prevalent than in the Lhasa terrane; this difference may be attributed to the presence of underthrust mélange in the deeper central Tibetan crust, which would have made it weaker than the Lhasa terrane during the Indo-Asian collision. You do not have access to this content, please speak to your institutional administrator if you feel you should have access.

Detrital zircon data have recently become available from many different portions of the Tibetan–Himalayan orogen. This study uses 13,441 new or existing U‐Pb ages of zircon crystals from strata in the Lesser Himalayan, Greater Himalayan, and Tethyan sequences in the Himalaya, the Lhasa, Qiangtang, and Nan Shan–Qilian Shan–Altun Shan terranes in Tibet, and platformal strata of the Tarim craton to constrain changes in provenance through time. These constraints provide information about the paleogeographic and tectonic evolution of the Tibet–Himalaya region during Neoproterozoic to Mesozoic time. First‐order conclusions are as follows: (1) Most ages from these crustal fragments are <1.4 Ga, which suggests formation in accretionary orogens involving little pre‐mid‐Proterozoic cratonal material; (2) all fragments south of the Jinsa suture evolved along the northern margin of India as part of a circum‐Gondwana convergent margin system; (3) these Gondwana‐margin assemblages were blanketed by glaciogenic sediment during Carboniferous–Permian time; (4) terranes north of the Jinsa suture formed along the southern margin of the Tarim–North China craton; (5) the northern (Tarim–North China) terranes and Gondwana‐margin assemblages may have been juxtaposed during mid‐Paleozoic time, followed by rifting that formed the Paleo‐Tethys and Meso‐Tethys ocean basins; (6) the abundance of Permian–Triassic arc‐derived detritus in the Lhasa and Qiangtang terranes is interpreted to record their northward migration across the Paleo‐ and Meso‐Tethys ocean basins; and (7) the arrival of India juxtaposed the Tethyan assemblage on its northern margin against the Lhasa terrane, and is the latest in a long history of collisional tectonism.

Uppermost Cretaceous to Eocene marine sedimentary sequences occur both to the south and north of the Yarlung Zangbo suture in south central Tibet. They consist of Indian‐margin strata of the northern Tethyan Himalaya and Asian‐margin strata of the Gangdese forearc. Both assemblages are characterized by major changes in depositional environment and sedimentary provenance at ∼65 Ma and an appearance of detrital chromium‐rich spinel of ophiolite affinity (TiO 2 generally <0.1 wt%) during the Paleocene. Ophiolitic melange exposed along the suture could have provided a source for detrital spinel. The melange occurs in the hanging wall of a north dipping, south directed mylonitic shear zone which includes a tectonic sliver of mafic schist. Amphibole from the schist yields 40 Ar/ 39 Ar ages of ∼63 Ma, which we attribute to cooling during slip along the shear zone and southward obduction of the melange. Melange obduction was coeval with the development of an angular unconformity within the Gangdese forearc basin to the north (between late Maastrichtian time and ∼62 Ma). Upper Paleocene to middle Eocene sandstones in the northern Tethyan Himalaya yield 200–120 Ma U‐Pb detrital zircon ages and 190–170 Ma 40 Ar/ 39 Ar detrital mica ages. These detrital grains were most likely sourced from regions north of the Yarlung Zangbo suture, suggesting that onset of India‐Asia collision in south central Tibet is middle Eocene or older in age. Collectively, our results support previous suggestions that oceanic rocks were obducted onto the northern margin of India during latest Cretaceous–earliest Tertiary time. Coeval changes in Gangdese forearc sedimentation raise the possibility that this obduction event marks onset of tectonic interaction between India and Asia at ∼65 Ma. Alternatively, in concert with the conventional view of Eocene collision initiation, the obducted oceanic rocks may be of intraoceanic origin, while coeval changes in Gangdese forearc sedimentation may be a consequence of an increase in the rate of ocean‐continent convergence following the demise of the intraoceanic subduction zone.

Geochronological (K–Ar or 40Ar/39Ar), major and trace element, Sr–Nd–Pb isotopic and mineral chemical data are presented for newly discovered Cenozoic volcanic rocks in the western Qiangtang and central Lhasa terranes of Tibet. Alkali basalts of 65–45 Ma occur in the western Qiangtang terrane and represent primitive mantle melts as indicated by high mg-numbers [100 × Mg/(Mg + Fe)] (54–65), Cr (204–839 ppm) and Ni (94–218 ppm) contents, and relatively low ratios of 87Sr/86Sr (0·7046–0·7061), 206Pb/204Pb (18·21–18·89), 207Pb/204Pb (15·49–15·61) and 208Pb/204Pb (38·42–38·89), and high ratios of 143Nd/144Nd (0·5124–0·5127). In contrast, younger volcanic rocks in the western Qiangtang terrane (∼30 Ma) and the central Lhasa terrane (∼23, ∼13 and ∼8 Ma) are potassic to ultrapotassic and interpreted to have been derived from an enriched mantle source. They are characterized by very high contents of incompatible trace elements, negative Ta, Nb and Ti anomalies, and radiogenic Pb isotopic compositions (206Pb/204Pb = 18·43–19·10; 207Pb/204Pb = 15·64–15·83; 208Pb/204Pb = 39·14–39·67). 87Sr/86Sr (0·7088–0·7092) and 143Nd/144Nd (∼0·5122) ratios of the western Qiangtang terrane potassic lavas are similar to those of 45–29 Ma potassic volcanic rocks in the north–central Qiangtang terrane, whereas 87Sr/86Sr (0·7167–0·7243) and 143Nd/144Nd (∼0·5119) ratios of central Lhasa terrane lavas are similar to those of 25–16 Ma ultrapotassic volcanic rocks in the western Lhasa terrane. The 65–45 Ma alkali basalts in the western Qiangtang terrane, along with widespread calc-alkaline volcanic rocks of this age in the Lhasa terrane, may be related to roll-back of a previously shallow north-dipping slab of Tethyan oceanic lithosphere beneath Tibet. Subduction as opposed to convective thinning of continental lithosphere is favored to explain potassic volcanism in Tibet because of its occurrence in distinct, east–west-trending belts (45–29 Ma in the Qiangtang terrane; 25–17 Ma in the northern Lhasa terrane; 16–8 Ma in the southern Lhasa terrane) and temporal and spatial relationships with major thrust systems.

The Himalayan-Tibetan orogen culminated during the Cenozoic India -- Asia collision, but its geological framework and initial growth were fundamentally the result of multiple, previous ocean closure and intercontinental suturing events. As such, the Himalayan-Tibetan orogen provides an ideal laboratory to investigate geological signatures of the suturing process in general, and how the Earth9s highest and largest orogenic feature formed in specific. This paper synthesizes the Triassic through Cenozoic geology of the central Himalayan-Tibetan orogen and presents our tectonic interpretations in a time series of schematic lithosphere-scale cross-sections and paleogeographic maps. We suggest that north-dipping subducting slabs beneath Asian continental terranes associated with closure of the Paleo-, Meso-, and Neo-Tethys oceans experienced phases of southward trench retreat prior to intercontinental suturing. These trench retreat events created ophiolites in forearc extensional settings and/or a backarc oceanic basins between rifted segments of upper-plate continental margin arcs. This process may have occurred at least three times along the southern Asian margin during northward subduction of Neo-Tethys oceanic lithosphere: from ∼174 to 156 Ma; 132 to 120 Ma; and 90 to 70 Ma. At most other times, the Tibetan terranes underwent Cordilleran-style or collisional contractional deformation. Geological records indicate that most of northern and central Tibet (the Hoh-Xil and Qiangtang terranes, respectively) were uplifted above sea level by Jurassic time, and southern Tibet (the Lhasa terrane) north of its forearc region has been above sea level since ∼100 Ma. Stratigraphic evidence indicates that the northern Himalayan margin of India collided with an Asian-affinity subduction complex -- forearc -- arc system beginning at ∼60 Ma. Both the Himalaya (composed of Indian crust) and Tibet show continuous geological records of orogenesis since ∼60 Ma. As no evidence exists in the rock record for a younger suture, the simplest interpretation of the geology is that India -- Asia collision initiated at ∼60 Ma. Plate circuit, paleomagnetic, and structural reconstructions, however, suggest that the southern margin of Asia was too far north of India to have collided with it at that time. Seismic tomographic images are also suggestive of a second, more southerly Neo-Tethyan oceanic slab in the lower mantle where the northernmost margin of India may have been located at ∼60 Ma. The geology of Tibet and the India -- Asia suture zone permits an alternative collision scenario in which the continental margin arc along southern Asia (the Gangdese arc) was split by extension beginning at ∼90 Ma, and along with its forearc to the south (the Xigaze forearc), rifted southward and opened a backarc ocean basin. The rifted arc collided with India at ∼60 Ma whereas the hypothetical backarc ocean basin may not have been consumed until ∼45 Ma. A compilation of igneous age data from Tibet shows that the most recent phase of Gangdese arc magmatism in the southern Lhasa terrane initiated at ∼70 Ma, peaked at ∼51 Ma, and terminated at ∼38 Ma. Cenozoic potassic-adakitic magmatism initiated at ∼45 Ma within a ∼200-km-wide elliptical area within the northern Qiangtang terrane, after which it swept westward and southward with time across central Tibet until ∼26 Ma. At 26 to 23 Ma, potassic-adakitic magmatism swept southward across the Lhasa terrane, a narrow (∼20 km width), orogen-parallel basin developed at low elevation along the axis of the India -- Asia suture zone (the Kailas basin), and Greater Himalayan Sequence rocks began extruding southward between the South Tibetan Detachment and Main Central Thrust. The Kailas basin was then uplifted to \>4 km elevation by ∼20 Ma, after which parts of the India -- Asia suture zone and Gangdese arc experienced \>6 km of exhumation (between ∼20 and 16 Ma). Between ∼16 and 12 Ma, slip along the South Tibetan Detachment terminated and east-west extension initiated in the northern Himalaya and Tibet. Potassic-adakitic magmatism in the Lhasa terrane shows a northward younging trend in the age of its termination, beginning at 20 to 18 Ma until volcanism ended at 8 Ma. We interpret the post-45 Ma geological evolution in the context of the subduction dynamics of Indian continental lithosphere and its interplay with delamination of Asian mantle lithosphere.

The Qiangtang metamorphic belt (QMB) in central Tibet is one of the largest and most recently documented high-pressure (HP) to near-ultrahigh-pressure (near-UHP) belts on Earth. Lu-Hf ages of eclogite- and blueschist-facies rocks within the QMB are 244–223 Ma, indistinguishable from the age of UHP metamorphism in the Qinling-Dabie orogen. Results of a U-Pb detrital zircon study suggest that protoliths of the QMB include upper Paleozoic Qiangtang continental margin strata and sandstones that were derived from a Paleozoic arc terrane that developed within the Paleo-Tethys Ocean to the north. We attribute QMB HP metamorphism to continental collision between the Qiangtang terrane and a Paleo-Tethys arc terrane. This collision, and the coeval South China–North China collision, may have slowed convergence between Laurasia and Gondwana-derived terranes and initiated Mediterranean-style rollback and backarc basin development within much of the remnant Paleo-Tethys Ocean realm.

In the Shiquanhe area of far‐western Tibet, mid‐Cretaceous strata lie unconformable on ophiolitic melange and Jurassic flysch associated with the Bangong‐Nujiang suture zone. On the basis of our mapping and geochronologic studies, we suggest that these Cretaceous strata were shortened by >57% over a north south distance of 50 km during Late Cretaceous‐early Tertiary time. The Late Cretaceous Narangjiapo thrust placed Permian strata >20 km over ophiolitic melange and Cretaceous strata. North of the Narangjiapo thrust, >40 km of shortening was accommodated by the Late Cretaceous‐early Tertiary south directed Jaggang thrust system that involves Jurassic flysch and Cretaceous strata, and roots into a decollement within ophiolitic melange. The most recent shortening was accommodated to the south of the Narangjiapo thrust, along the north dipping Shiquanhe thrust. The Shiquanhe thrust cuts flat‐lying 22.6 ± 0.3 Ma volcanic rocks and underlying folded, Tertiary nonmarine strata in its footwall and was likely active during slip along the Oligocene Gangdese thrust system of southern Tibet. Ophiolitic melange and structurally overlying Jurassic flysch near Shiquanhe are interpreted to represent remnants of a subduction‐accretion complex and forearc basin, respectively, that were obducted southward onto the margin of the Lhasa terrane during Late Jurassic‐Early Cretaceous closure of the Bangong‐Nujiang Ocean. Subsequent imbrication of the obducted sheet could have produced the two east‐west trending belts of ophiolitic melanges, separated by ∼100 km, in western Tibet. Late Cretaceous‐early Tertiary thin‐skinned shortening may have been accommodated in the deeper crust by northward underthrusting and duplexing of Lhasa terrane rocks beneath the obducted ophiolitic melange and the Qiangtang terrane to the north.

Abstract Siliciclastic sedimentary rocks derived from the southern Lhasa terrane, sitting depositionally upon rocks of the northern Indian passive continental margin, provide an estimate of the age of initial contact between the continental parts of the Indian and Asian plates. We report sedimentological, sedimentary petrological, and geochronological data from Upper Cretaceous‐Paleocene strata in the Sangdanlin section, located along the southern flank of the Indus‐Yarlung suture zone in southern Tibet. This is probably the most proximal, and therefore the oldest, record of the India‐Asia collision. These strata were deposited by high‐density turbidity currents (or concentrated density flows) and suspension settling of pelagic biogenic debris in a deep‐marine setting. An abrupt change from quartz‐arenitic to feldspatholithic sandstone compositions marks the transition from Indian to Asian sediment provenance. The abrupt compositional change is accompanied by changes in U‐Pb ages of detrital zircons diagnostic of a sediment provenance reversal, from Indian to Asian sources. The timing of the transition is bracketed between ~60 Ma and 58.5 ± 0.6 Ma by detrital zircon U‐Pb ages and zircon U‐Pb ages from a tuffaceous bed in the upper part of the section. In the context of a palinspastically restored regional paleogeographic framework, data from the Sangdanlin section combined with previously published data from the northern Tethyan Himalaya and the frontal Nepalese Lesser Himalaya and Subhimalaya suggest that a flexural wave migrated ~1300 km southward across what is now the Himalayan thrust belt from Paleocene time to the present.