廣州地化所揭示青藏高原深部地殼熱演化與地表隆升的耦合關(guān)系
文章來(lái)源：廣州地球化學(xué)研究所 | 發(fā)布時(shí)間：2022-03-02
文章來(lái)源：廣州地球化學(xué)研究所 | 發(fā)布時(shí)間：2022-03-02 | 【打印】 【關(guān)閉】
青藏高原是世界上最大、最高的高原，其形成和演化改變了亞洲地貌和水系，影響全球氣候環(huán)境變化。因此，其隆升歷史和機(jī)制一直是地球科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。青藏高原具有2大突出特征，一是高的海拔，二是異常平坦的地貌（圖1）。雖然目前對(duì)于高原局部隆升以及地殼增厚研究已積累了大量資料，但對(duì)于高原平坦化的深部機(jī)制卻鮮有研究。由于自始新世以來(lái)，高原內(nèi)部的剝蝕速率極低，因此理論和數(shù)值模擬傾向平坦高原的形成可能與深部地殼的熱演化以及中下地殼流動(dòng)密切相關(guān)。在上述理論體系中，羌塘扮演著至關(guān)重要的角色：前人的古高度和古植物資料顯示，羌塘在始新世-漸新世已隆起為古山脈（中央分水嶺），而其兩側(cè)的倫坡拉和可可西里則為低海拔盆地。因此，只有羌塘的中下地殼發(fā)生廣泛的部分熔融與流動(dòng)，才可能導(dǎo)致兩側(cè)盆地的隆升以及高原的平坦化。前人的古高度重建顯示倫坡拉和可可西里的隆升、以及平坦高原的形成發(fā)生在早中新世。然而在這一關(guān)鍵時(shí)期，整個(gè)羌塘卻沒(méi)有任何變質(zhì)和巖漿記錄，形成了近26–8 Ma的地質(zhì)“空白期”（圖1），極大限制了相關(guān)研究的進(jìn)行。
圖1 青藏高原新生代巖漿巖分布及熱狀態(tài)圖
（LpB：倫坡拉盆地；HxB: 可可西里盆地）
近日，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心張修政副研究員、王強(qiáng)研究員等為尋找尚未被揭示的青藏高原中北部地殼深部的關(guān)鍵熱演化信息，對(duì)羌塘-可可西里28–2.3 Ma長(zhǎng)英質(zhì)巖漿巖中攜帶的深部地殼包體開(kāi)展了系統(tǒng)的研究，取得一些重要?jiǎng)?chuàng)新認(rèn)識(shí)：（1）在28 Ma巖漿巖中發(fā)現(xiàn)一套富水的角閃巖相中下地殼包體，揭示高原在演化早期具有含水、可熔的地殼端員，突破了羌塘中部高原地殼為“干的”、無(wú)法熔融的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)；（2）發(fā)現(xiàn)羌塘地殼深部存在23–13 Ma的低壓高溫麻粒巖相變質(zhì)作用，揭示高原深部地殼熱狀態(tài)的轉(zhuǎn)變（由冷到熱）發(fā)生在28–23 Ma之間；（3）根據(jù)2.3 Ma巖漿巖中無(wú)水超高溫麻粒巖研究，闡明高原地溫梯度在28–2.3 Ma處于持續(xù)升高的演化狀態(tài)，地殼含水量也逐漸降低直至完全無(wú)水（圖2A）;（4）發(fā)現(xiàn)晚中新世-第四紀(jì)（6.0–2.3Ma）長(zhǎng)英質(zhì)火山巖中捕獲的晚漸新世-晚中新世（26.0-8.0 Ma）巖漿鋯石以及晚中新世（~ 9.0 Ma）花崗巖包體，確立了與高溫變質(zhì)作用同期地殼熔融巖漿作用在羌塘地殼深部的存在。上述變質(zhì)、巖漿作用剛好填補(bǔ)了羌塘26–8 Ma的地質(zhì)“空白期”。
圖2 青藏高原深部地殼熱演化與地形演化的耦合關(guān)系
本研究首次證明高原深部熱狀態(tài)的轉(zhuǎn)變和平坦高原的形成幾乎同時(shí)（圖2B、C），均發(fā)生在早中新世。相平衡模擬顯示，地殼的熱狀態(tài)的轉(zhuǎn)變將會(huì)引發(fā)廣泛的地殼熔融（>30 vol%），這與羌塘地殼深部存在同期巖漿作用的證據(jù)一致。實(shí)驗(yàn)石學(xué)研究表明>7 vol%的部分熔融即會(huì)顯著降低中下地殼的強(qiáng)度。因此羌塘的中下地殼在早中新世以后，可能長(zhǎng)期處于低強(qiáng)度甚至塑性狀態(tài)。在重力作用下，熔融的羌塘中下地殼物質(zhì)向兩側(cè)流動(dòng)，導(dǎo)致了倫坡拉和可可西里盆地的隆升，促進(jìn)了青藏高原中北部平坦地貌的形成（圖2C）。
本研究成果近期發(fā)表在地學(xué)著名期刊Geology上。本項(xiàng)研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金和青藏高原第二次科考項(xiàng)目的聯(lián)合資助。論文的年代學(xué)和O同位素?cái)?shù)據(jù)在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所公共技術(shù)服務(wù)中心元素與同位素分析平臺(tái)完成測(cè)試，分析精度國(guó)際領(lǐng)先。
論文信息：Zhang X.Z.(張修政), Wang Q.*（王強(qiáng)）, Wyman D., Ou Q.（歐權(quán)）, Qi Y.（齊玥）, Gou G.-N.（茍國(guó)寧）, Dan W.（但衛(wèi)）, Yang Y.-N. （楊亞楠）. 2022. Tibetan Plateau growth linked to crustal thermal transitions since the Miocene. Geology, in press, doi:10.1130/G49534.1.
