新生代早期印度板块与亚洲板块的碰撞和持续汇聚,不仅形成了“世界屋脊”—青藏高原,和一系列横贯亚洲大陆的巨型造山带,还强烈改造了亚洲大陆的地貌格局,深刻影响了全球生态与环境演化。近半个世纪以来,国内外诸多科研团队在青藏高原拉萨地块和特提斯-喜马拉雅地体内开展了大量的沉积与地层学、古地磁学、地球化学和数值模拟分析,以精确限定印度板块与亚洲板块的碰撞时限和过程,但是目前的研究结果仍存在很大争议。
中国地质科学院地质力学研究所仝亚博研究员及团队独辟蹊径,基于印度-亚洲板块碰撞过程会导致板块前缘经历强烈构造变形和热液侵入作用,从而引发区域性重磁化事件这一理论前提,在特提斯-喜马拉雅地体中部江孜盆地早侏罗世日当组灰岩中开展了构造古地磁学、岩石磁学和岩相学研究,获得了两组可靠的重磁化分量(图1)。通过与特提斯-喜马拉雅地体和拉萨地体中部现有的白垩纪和古近纪古地磁数据的对比分析,系统揭示了特提斯-喜马拉雅地体中部的古近纪重磁化事件:第一期重磁化事件于62.3-60.9 Ma发生于5.9±0.9°N;第二期重磁化事件于59.8-58.0 Ma发生于10.3±1.0°N~9.5±1.1°N;第三期重磁化事件于~50.0 Ma发生于10.9±5.1°N(图2)。
该研究结果表明,特提斯-喜马拉雅地体北缘第一期重磁化事件发生的古纬度与同时期拉萨地块南缘的古纬度重合。这一耦合特征预示着早古近纪时期,在冈底斯火山岩显著的弧前和弧后伸展作用下,拉萨地块南缘从~10.0°N向南迁移至~6.0°N,并与特提斯喜马拉雅地体北缘于62.3-60.9 Ma在5.9±0.9°N发生了第一阶段碰撞。该碰撞阶段结束了拉萨地块的弧前和弧后伸展,并推动拉萨地块南缘回到伸展前的纬度位置,导致特提斯-喜马拉雅地体与拉萨地块于59.8-58.0 Ma在10.3±1.0°N~9.5±1.1°N的古纬度发生硬碰撞。最终~50.0 Ma,印度板块与特提斯-喜马拉雅地体在10.9±5.1°N的古纬度发生碰撞缝合。在整个碰撞缝合过程中,特提斯-喜马拉雅地体经历了自北向南推移的构造变形和重磁化作用(图3)。该项研究建立的印度-亚洲板块三阶段碰撞新模式较好的消除了多年来拉萨地块和特提斯-喜马拉雅地体白垩纪和新生代古地磁数据的矛盾性,有效融合了不同研究方法及结论。
该项研究成果发表于地球科学领域自然指数(NI)期刊Geophysical Research Letters上(Tong, Y.B*., Pei, J.L., Qian, T., Sun, S.S., Hou, L.F., Sun X.X., Zhang, Z.J., Yang, B., 2024. Three-stage India-Asia collision proposed by the thrice remagnetizations of the Tethyan Himalaya Terrane. GRL, 51, e2024GL110286. https://doi.org/10.1029/2024GL110286)。研究工作得到国家自然基金项目(91855216)及第二次青藏高原综合科学考察研究子课题(2019QZKK0901)的联合资助。
图1. 特提斯-喜马拉雅地体江孜盆地构造简图及早侏罗世日当组灰岩采样剖面。
图2. 特提斯-喜马拉雅地体中部北缘晚白垩和新生代古纬度变化过程,及三期重磁化事件的年代和古纬度约束结果。
图3. 基于特提斯-喜马拉雅地体古近纪重磁化事件的印度-亚洲板块三阶段碰撞模式简图。