青藏科考

拉萨地体地壳精细结构与新生地壳活跃建造过程

文章来源 :
2022-06-20 17:59

拉萨地体位于印度-欧亚板块主碰撞带前缘,其巨厚的地壳几乎两倍于全球平均陆壳厚度。然而,其增厚机制并无全球共识的理论予以解释,成为一个悬而未解的青藏高原科学奥秘,令世界学者探索了近百年。并且,沿南拉萨发现成矿时代最新的巨量有色金属矿产聚集,使这个科学奥秘更加披上神秘的面纱。近期,“高原生长与演化”任务“关键地区岩石圈精细结构与浅部响应”专题研究团队,解释了沿88.5°E横穿主碰撞带中部的深地震反射剖面,切开了地壳,通过深部构造地球物理学综合研究分析,揭示了南拉萨地体全地壳尺度新生地壳几何结构,分析了其增生过程与机理,为研究新生代全球大陆地壳净生长过程提供了范例。

该研究通过深地震反射剖面厘定出向北俯冲的印度下地壳和上覆的拉萨地体。同时,拉萨地体显示出地壳结构横向不均一性,其中南拉萨地体表现为中下地壳透明反射结构,而中拉萨中下地壳则表现为北倾的反射结构。透明反射表示无波阻抗界面,而北倾的反射结构表明中拉萨地体结晶基底经历的构造叠置变形过程(图1)。 

研究显示,南拉萨和中拉萨地体物性成分差异较大。通过简单的模型验证,揭示南拉萨地体和中拉萨地体之间横向的壳内反射结构的差异性主要归因于二者之间物质属性的不同,其中南拉萨地体主要存在全地壳尺度新生地壳物质,而中拉萨地体则主要为古老结晶基底(图2)。 

研究提出南拉萨新生地壳形成及大陆地壳净增生的过程:(1)新特提斯洋大约于70Ma发生了俯冲板片向南回撤。板片回撤、海沟向海撤退产生的与中拉萨地体古老结晶基底之间的空隙被上涌的软流圈物质所充填,形成新生南拉萨地壳,俯冲碰撞产生的构造增生楔也随之发生熔融作用。(2)伴随着印度-欧亚板块的陆陆碰撞作用,新特提斯洋俯冲板片大约于52-51Ma发生断离,这一过程又带来了另一期大规模的软流圈物质上涌,并底垫于新生南拉萨地体下地壳底部,使南拉萨地体先前形成的幔源新生地壳发生重熔融作用。进一步的结晶分异形成中酸性岩。(3)最新一期由于中新世早期印度-欧亚板块碰撞挤压、拉萨地体岩石圈增厚而发生拆沉又一次带来岩浆事件。该次强烈的壳幔相互作用所带来的岩浆事件重塑了南拉萨地体的莫霍面,使壳幔边界发育多层性质的几何结构。综上所述,全地壳尺度新生地壳主要发育于新特提斯洋晚期俯冲回撤、海沟向海撤退所带来的空间,成长于壳幔相互作用所带来的幕式岩浆作用。前期幕式岩浆过程带来的构造热作用使南拉萨地体地壳强度变弱,在印度-欧亚板块持续碰撞挤压的背景下,新生南拉萨地体更易被挤压缩短加厚至双倍平均地壳厚度(图3)。


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图1 180km长深反射地震剖面,(a)未解释的深反射地震剖面;(b)强振幅信息提取;(c)强振幅信息提取的线条图;(d)大炮单炮数据剖面。


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图2 多种数据综合分析图。(a)84°E-94°E之间南拉萨地体和中拉萨地体基于中生代-新生代岩浆岩锆石εHf (t)等值线分布图;(b)南拉萨地体和中拉萨地体岩浆岩锆石U-Pb年龄与εHf (t)值;(c)深反射地震数据所揭示的研究区全地壳结构与大地电磁结构对比;(d)研究区30-60km深处范围内电导值;(e)三种端元模型,用于验证研究区横向结构和物质成分差异性成因 


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图3 新生代大陆净生长模式,由(a)到(e)的构造演化过程揭示了南拉萨地体冈底斯全地壳尺度岩浆幕式岩浆作用对于新生地壳形成的贡献,全地壳尺度新生地壳生长主要发育于新特提斯洋俯冲回撤、海沟向海撤退所带来的空间,成长于后期冈底斯岩基的幕式岩浆作用。


该项研究的意义在于揭示了冈底斯岩浆弧为非传统板块理论阐述的增生于俯冲板块前缘的大陆岩浆弧,而是净增生于中拉萨地体古老结晶基底南侧,由幕式岩浆岩结晶分异而形成的全地壳尺度新生地壳岩浆弧。并且,冈底斯岩浆弧形成的地球动力学过程为了解冈底斯巨型金属成矿带成矿机制提供了理论依据。


文章信息:Zhanwu Lu, Xiaoyu Guo*, Rui Gao, Michael Andrew Murphy*, Xingfu Huang*, Xiao Xu, Sanzhong Li, Wenhui Li, Junmeng Zhao, Chunsen Li, Bo Xiang. (2022). Active construction of southernmost Tibet revealed by deep seismic imaging, Nature Communications,13:3143. DOI: 10.1038/s41467-022-30887-3. 


原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-30887-3