廣州地化所在喜馬拉雅東段水系演化與剝露歷史研究方面取得新進展
喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)是地球上構(gòu)造活動最強烈、巖石隆升和剝露速率最快（高達10mm/yr）的地區(qū)之一，而且雅魯藏布江在這里發(fā)生了急劇的轉(zhuǎn)折（圖1）。關(guān)于東構(gòu)造結(jié)的快速剝露，一般認為是由印度大陸東北拐角向北擠入歐亞板塊的構(gòu)造作用直接造成的。近年來流行的“構(gòu)造動脈瘤”（tectonic aneurysm）模型（e.g. Zeilter et al., 2001）則強調(diào)構(gòu)造與侵蝕之間的耦合作用，將東構(gòu)造結(jié)的快速剝露歸因于雅魯藏布大峽谷的下切侵蝕。該模型還認為，東構(gòu)造結(jié)的快速剝露是由布拉馬普特拉河對雅魯藏布江的襲奪貫通觸發(fā)的。然而，目前無論是雅魯藏布江-布拉馬普特拉河的貫通時間，還是東構(gòu)造結(jié)快速剝露的開始時間都存在爭議。位于東北印度洋的孟加拉-尼科巴深海扇體系作為雅魯藏布江-布拉馬普特拉河的最終沉積區(qū)，是了解喜馬拉雅東段水系演化和隆升剝露歷史的重要窗口。
圖1 東北印度洋及鄰區(qū)地圖，顯示孟加拉-尼科巴深海扇體系的范圍以及喜馬拉雅造山帶、青藏高原東南緣和印緬造山帶的主要構(gòu)造地層單元
國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃（IODP）362航次在尼科巴扇U1480和U1481站位成功鉆取了早中新世（~19Ma）以來的沉積物（圖1）。中國科學院邊緣海與大洋地質(zhì)重點實驗室大陸邊緣構(gòu)造學科組陳文煌助理研究員、閆義研究員及其合作者在航次生物地層學和沉積學等工作基礎(chǔ)上，運用微量元素和Sr-Nd同位素對尼科巴扇沉積物進行了詳細的物源分析（圖2，3，4）。
研究獲得以下重要認識：（1）尼科巴扇沉積物Sr-Nd同位素組成類似于布拉馬普特拉河現(xiàn)代沉積物的特征，指示以大喜馬拉雅結(jié)晶巖系為主的源區(qū)，同時具有顯著的岡底斯弧來源（圖4），說明尼科巴扇沉積物主要經(jīng)由布拉馬普特拉河搬運自喜馬拉雅東段，受恒河來源沉積物的影響較小。（2）尼科巴扇下部（Unit IIIA）沉積物的地球化學和Sr-Nd同位素特征（圖2，3，4）顯示岡底斯弧物質(zhì)的長期連續(xù)輸入，說明雅魯藏布江-布拉馬普特拉河最晚在早中新世（~19Ma）就已貫通。（3）基于尼科巴扇的沉積速率和源區(qū)變化，本研究支持喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)的兩階段快速剝露模式。伴隨著沉積速率在~9.2Ma的快速增加，尼科巴扇沉積物地球化學和同位素組成在此時也發(fā)生了急劇變化（圖2，3），暗示了大喜馬拉雅結(jié)晶巖系物質(zhì)的增加，對應于東構(gòu)造結(jié)及其周邊區(qū)域快速剝露的開始。在3.5–1.7Ma，尼科巴扇沉積物具有低εNd值和高87Sr/86Sr比值，同時沉積速率達到頂峰（圖3），指示了大喜馬拉雅結(jié)晶巖系物質(zhì)的再次增加，對應于東構(gòu)造結(jié)核部（南迦巴瓦地體）自~3.5Ma起的快速剝露。該兩階段剝露模式仍需碎屑礦物熱年代學工作的進一步驗證。
圖2 尼科巴扇（U1480和U1481站位）沉積物微量元素含量及比值變化
圖3 尼科巴扇沉積物Sr-Nd同位素組成與沉積速率變化，并與孟加拉扇、Surma盆地和前陸盆地等進行比較
圖4 左：尼科巴扇沉積物εNd vs 87Sr/86Sr圖解，并與潛在物源區(qū)、孟加拉扇、Surma盆地和前陸盆地比較。右：基于Sr-Nd同位素的簡單兩端元混合模型
研究指出，喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)快速剝露的啟動晚于雅魯藏布江-布拉馬普特拉河的貫通至少10Ma。因此，東構(gòu)造結(jié)快速剝露的啟動并不是由布拉馬普特拉河對雅魯藏布江的襲奪造成的，而是由構(gòu)造抬升直接導致的。
該研究成果近期發(fā)表于國際地學權(quán)威期刊《Earth and Planetary Science Letters》。該研究受國家自然科學基金、南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項、國家海洋局“全球變化與海氣相互作用”專項等項目聯(lián)合資助。
論文信息：Chen, W.H.*, Yan, Y.*, Clift, P.D., Carter, A., Huang, C.Y., Pickering, K.T., Chemale Jr., F., Shan, Y., Zhang, X., 2020. Drainage evolution and exhumation history of the eastern Himalaya: Insights from the Nicobar Fan, northeastern Indian Ocean. Earth and Planetary Science Letters 548, 116472.
