科学家提出青藏高原东向生长的新模式

青藏高原是印度板块和亚洲板块在新生代碰撞形成的,具有强烈的多圈层相互作用和广泛的资源环境效应,是地球科学研究的绝佳试验场。青藏高原隆升及东向生长的机制一直是地学研究的热点。尽管国外学者提出了多种高原隆升和东向生长模式,但仍难以完满地解释目前观测到的所有地学数据。来自中国地质科学院地质所(深地实验室)、中国科学院地质与地球物理研究所、中国科学技术大学、中国地质大学等多家单位的研究团队通过学科交叉,综合利用多尺度地震成像、地球化学示踪和地球动力学模拟揭示新生代印度板块在高原东侧的撕裂控制了高原的东向生长,首次提出了“板片撕裂-地幔涡流”控制青藏高原东向生长的新模式。该成果以“Cenozoic eastward growth of the Tibetan Plateau controlled by tearing of the Indian slab” 为题于2024年3月7日在线发表在国际著名学术期刊《Nature Geoscience》上。

研究青藏高原的东向生长机制,首先需要确定高原东侧现今的地幔结构及其在新生代的演化。以侯增谦院士为首的研究团队首先通过多尺度地震成像获得了区域的地幔和岩石圈高分辨率速度模型,发现俯冲的印度板块在高原东侧北纬26度以北呈现缓俯冲,而在以南呈现陡俯冲,因此在26度附近存在板块撕裂。地震横波分裂分析发现快横波的极化方向在这里出现了明显的从南北到东西方向的转变,支持地震成像揭示的印度板块俯冲形态的变化(图1)。

科学家提出青藏高原东向生长的新模式
图1 研究区域图。背景显示了160 km深度的P速度异常,灰色粗虚线标记了俯冲印度岩石圈地幔的前缘,红色虚线表示印度岩石圈地幔撕裂的位置,黑色粗虚线表示扬子块体的边缘,黑色线段表示SKS横波分裂的快波极化方向,白色线段表示GPS 测量的地表位移方向。

高原东部约70%的新生代岩浆岩大致沿26度线呈NEE向密集分布,反映板片撕裂为深部地幔热物质提供了上涌通道,触发上覆岩石圈的强烈部分熔融。位于撕裂带内的火成岩具有复杂的岩浆组合,更低的SiO2含量,更高的Mg#和Nb/U比值,以及更大的Nd同位素变化范围,反映了板片撕裂引起的软流圈上涌与大规模的岩石圈地幔熔融。这些岩浆起始于50 Ma左右,以腾冲附近OIB型基性岩浆为代表,随后从腾冲逐渐向东迁移,在扬子克拉通西缘形成一系列钾质-超钾质岩和岩浆碳酸岩,而后在20 Ma之后发生反转并向西迁移,形成中新世以来的腾冲火山岩,记录了印度岩石圈撕裂带的时空演化过程(图2)。

科学家提出青藏高原东向生长的新模式
图2 新生代青藏高原由于东部印度岩石圈地幔南北侧差异俯冲导致的演化过程

论文提出,大约~50 Ma,东喜马拉雅构造结附近的应变集中导致俯冲的新特提斯板片和大印度板块交汇处发生了撕裂,伴随俯冲过程,撕裂逐渐向内陆迁移,期间青藏高原以北向生长为主;在40–35 Ma, 俯冲的印度岩石圈地幔受到东侧的刚性扬子克拉通阻挡,导致撕裂的位置停止向内陆迁移,但是两侧的板片继续前行,该过程引起高原东部南北两侧的差异变形,并启动高原的缓慢顺时针旋转;大约20Ma开始,东南侧的印度岩石圈地幔开始失稳变陡,大大增强了俯冲板片内的顺时针扭矩和涡旋地幔流,进而加速板块向西撕裂和回撤。在此过程中,青藏高原内部积累的重力势能进一步加速了地幔涡流通过撕裂的板块窗口向东南方向逃逸,同时载着上方的高原向东生长。该模型还可以解释渐新世-中新世沿着阿尔金断裂大规模的左旋走滑、拉萨和羌塘广泛分布的中新世净东向走滑断层活动以及中新世纪中期以来高原南部南北向分布的裂谷。

Hou, Z., Liu, L., Zhang, H. et al. Cenozoic eastward growth of the Tibetan Plateau controlled by tearing of the Indian slab. Nat. Geosci. (2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01382-9

本文来自中国地质科学院地质研究所,本文观点不代表沙鸥科报立场,转载请联系原作者。

相关文章

  • 地球内部分层并非是平滑的

      板块构造学说是固体地球科学的基石,刻画了岩石圈的基本运动学特征,而地幔对流理论则为理解板块运动规律提供了动力学基础。然而长期以来,地幔对流模式的研究一直存在巨大的争议,分歧主要集中于全地幔对流…

    2019-02-17
  • 解密青藏高原史前人类活动历史

    青藏高原晚新生代以来的强烈隆升,最终成为迄今世界上海拔最高、面积达308万平方公里的巨大高原,其寒冷、低氧、高太阳辐射、生物资源匮乏和恶劣生存环境对史前人类的生存繁衍形成极大挑战。青藏高原周边山地陡峻、…

    2022-03-26
  • 棕榈化石的发现揭示青藏高原隆升并没有那么早

    今天棕榈虽然分布较为广泛,但主要集中在热带和亚热带地区,他们不怎么耐寒,尤其是幼苗。但是,最近科学家们在青藏高原腹地海拔高达4600米的地方却发现了棕榈的化石,这为青藏高原的隆升历史研究提供了新的证据。 …

    2019-03-11
  • 青藏高原东北缘存在地壳流?

    印度-亚欧板块碰撞导致的青藏高原隆升,是新生代以来最重大的地质事件之一,产生了广泛的影响。这一过程塑造了“世界屋脊”的壮丽地貌,改变了亚洲的环境,影响了生物多样性的演化。然而青藏高原的隆升变形机制尚不完…

    2021-04-08
  • 视频 | 印度和欧亚大陆从东向西先后发生碰撞?

    地球表面被分成十二块,其中印度板块向北与欧亚板块碰撞产生了青藏高原和喜马拉山,但是至今仍有很多问题都没有得到解决,比如印度与亚洲大陆的碰撞时间一直是国际地学领域关注和争论的焦点之一。 在西构造结巴基斯…

    2017-01-19
  • 手印化石表明人类早在7000年前就在青藏高原活动

    青藏高原上的小喇嘛。人类可能已在寒冷高峻的青藏高原定居了七千多年 至少在7400年前,无畏的狩猎采集者或许就已经在寒冷、缺氧而严酷的青藏高原上定居了。这比研究者此前认为的时间要早将近4000年。 在对西藏中部…

    2017-01-11