廣州地化所等揭示古新世以來印度北側(cè)消亡的“喜馬蘭蒂亞”塊體
軍工資源網(wǎng) 2023年04月12日古新世以來，曾位于印度次大陸與青藏地塊群之間長(zhǎng)約1000-2000公里消亡塊體的屬性存在爭(zhēng)議。既往研究認(rèn)為，該塊體或曾是印度次大陸的北側(cè)延伸、大洋板塊，抑或是二者不同比例的結(jié)合體（圖1）。由于該塊體的消亡過程在較大程度上決定青藏高原的形成、演化過程與機(jī)制，對(duì)探索新生代以來亞洲季風(fēng)形成與氣候演化至關(guān)重要，因而厘清其屬性與消亡過程是地學(xué)熱點(diǎn)議題之一。
近日，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所徐義剛院士團(tuán)隊(duì)副研究員劉亮聯(lián)合美國(guó)伊利諾伊大學(xué)教授劉麗軍、南方科技大學(xué)教授Jason P. Morgan、中科院地質(zhì)與地球物理研究所研究員陳凌，借助數(shù)值模擬與多學(xué)科觀測(cè)相結(jié)合的研究手段，將該消亡板塊限定為由～600公里長(zhǎng)的高浮力地塊（如克拉通）與～1400公里長(zhǎng)的薄地殼地塊（如減薄的大陸架或年輕大洋）組成，闡明了地塊的“三階段”消亡過程，解釋了以往看似矛盾的部分地質(zhì)現(xiàn)象，并遵照學(xué)術(shù)慣例將其命名為“喜馬蘭蒂亞”。
該研究模擬了不同端員模型的俯沖、碰撞過程（圖1），重點(diǎn)關(guān)注不同模型中增生地殼（喜馬拉雅地層）物質(zhì)量的演化、“喜馬拉雅山系”的古高程演化、板內(nèi)巖漿活動(dòng)的時(shí)空分布、上覆巖石圈的地殼厚度與地形演化、“青藏高原”的現(xiàn)今規(guī)模，以及“當(dāng)今”高原之下的上地幔結(jié)構(gòu)等模型指征（圖2）。進(jìn)一步，研究通過將以上指征與前人的多學(xué)科觀測(cè)約束相比較發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)我坏拇箨懶透_會(huì)產(chǎn)生過寬的喜馬拉雅地層、過少的板內(nèi)巖漿以及過大的“青藏高原”；大洋板塊俯沖過程幾乎不殘留增生地殼物質(zhì)，且上盤板內(nèi)巖漿活動(dòng)長(zhǎng)期活躍、當(dāng)今的高原過??；而高浮力地塊與薄地殼地塊先后俯沖的模型，既可以“重現(xiàn)”早期陸-陸碰撞導(dǎo)致的地表隆升等指征，又能較好地再現(xiàn)高原之上巖漿活動(dòng)等的時(shí)空分布與演化規(guī)律?；谀M與觀測(cè)的聯(lián)合約束，研究提出了喜馬蘭蒂亞模型（圖3）。
研究提出，喜馬蘭蒂亞的消亡過程大致分為三個(gè)階段：高浮力地塊的低角度底墊，薄地殼地塊的俯沖、后撤與斷離，印度次大陸的最終碰撞與部分俯沖（圖2）。該模型融合了“大印度”與“大印度洋盆”為代表的端員模型，在一定程度上調(diào)和了二者看似矛盾的部分核心證據(jù)鏈：早期的高浮力地塊底墊會(huì)致使青藏中-北側(cè)的隆升，而稍晚的薄地殼地塊俯沖會(huì)導(dǎo)致青藏中南部的沉降與凹陷，因此該模型或可解釋始新世“原青藏高原”與“青藏高原中央谷地”共存的原因；薄地殼地塊同樣可以被海水覆蓋（如亞洲東側(cè)與西北利亞北側(cè)的大陸架、新西蘭及周邊大陸架Zealandia等），故該特征或可解釋青藏南側(cè)初始碰撞>20 Myr后特提斯海道（Seaway）及相關(guān)海相沉積才徹底消失的現(xiàn)象；薄地殼地塊在其俯沖階段對(duì)上盤持續(xù)施加向下的拖拽作用，因而該模型或可解釋喜馬拉雅山系在近20 Myr以來才加快抬升的原因。此外，若假設(shè)模型中的薄地殼地塊是大洋屬性，其消亡過程中形成的“蛇綠巖套”會(huì)部分殘留至今，因此，本工作提示喜馬蘭蒂亞的大陸主導(dǎo)屬性，與前人在青藏高原和印度次大陸之間僅識(shí)別出一條縫合帶的事實(shí)相吻合。然而，考慮到“不存在證據(jù)并不能作為不存在的證據(jù)”，本研究尚不足以最終明確喜馬蘭蒂亞“薄地殼”部分的屬性，期望在后續(xù)研究中持續(xù)探索。
圖1.古新世以來印度次大陸與青藏地塊群之間消亡塊體的端員模型。
圖2.“喜馬蘭蒂亞”數(shù)值模型。（a）-（h）模型初始條件與演化過程，藍(lán)色箭頭——流體遷移，綠色箭頭——熔體遷移；（j）模型中板內(nèi)巖漿分布（紅色）與觀測(cè)（灰色）的對(duì)比；（k）模型中當(dāng)今上地幔結(jié)構(gòu)（藍(lán)色線）與觀測(cè)（P波地震層析成像，Li et al., 2008）的對(duì)比，剖面大致位置見i。
圖3.“喜馬蘭蒂亞”概念模型。（a）始新世早期喜馬蘭蒂亞的分布與幾何特征；（b）-（c）喜馬蘭蒂亞可能的當(dāng)今類似物（又如西伯利亞北側(cè)的大陸