中國科學(xué)院青藏高原研究所丁林院士領(lǐng)銜的大陸碰撞與高原隆升科研團(tuán)隊(duì)近日在國際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《自然綜述：地球與環(huán)境》以“青藏高原隆升時(shí)間和機(jī)制”為題，發(fā)表綜述文章，系統(tǒng)闡述了青藏高原的差異性隆升過程和深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

大陸碰撞-俯沖等深部圈層作用驅(qū)動(dòng)的青藏高原隆升是新生代全球最重要的地質(zhì)事件之一。高原隆升顯著影響了地表圈層—大氣圈、水圈/冰凍圈、生物圈和人類圈的耦合作用過程，深刻影響了亞洲氣候動(dòng)力學(xué)、生物多樣性、碳循環(huán)、現(xiàn)代水資源分布和大江大河的演化是21世紀(jì)地球系統(tǒng)科學(xué)研究的前沿陣地。

(相關(guān)資料圖)

然而，在大陸碰撞過程中，青藏高原大陸巖石圈變形和地表高程時(shí)空變化的機(jī)制仍不清楚。近些年，隨著青藏高原定量古高度數(shù)據(jù)的加速產(chǎn)生，學(xué)者們逐漸認(rèn)識(shí)到高原具有差異性隆升的特征，部分地區(qū)的隆升時(shí)間比以前的推測(cè)或早或晚，已有的動(dòng)力學(xué)模式均不能完整體現(xiàn)高原隆升過程。

丁林院士指出，青藏高原的完整演化模式必須考慮亞洲在印度-歐亞大陸碰撞之前的構(gòu)造事件中繼承下來的古地貌和巖石圈的不均一性，這對(duì)認(rèn)識(shí)高原差異性隆升至關(guān)重要。

地體是以斷層為界的地殼碎片或地殼碎片的復(fù)合體，具有獨(dú)特的地質(zhì)歷史。通過詳細(xì)分析青藏高原白堊紀(jì)海陸轉(zhuǎn)換、構(gòu)造變形、巖漿和低溫?zé)崮甏鷮W(xué)證據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)提出，拉薩-羌塘地體的碰撞以及隨后的拉薩巖石圈向北俯沖導(dǎo)致了分水嶺山脈的初步生長；南部新特提斯洋的持續(xù)俯沖，在約9500萬年前將岡底斯地區(qū)隆升至海平面之上，形成與現(xiàn)今的安第斯山相似的發(fā)展過程，稱之為安第斯型岡底斯山，并在藏南地區(qū)形成顯著的降水效應(yīng)。此時(shí)的青藏高原僅有兩條狹窄的山脈，即分水嶺山脈和岡底斯山脈，但地表隆起的幅度仍有待量化。

印度-歐亞板塊碰撞時(shí)間和方式對(duì)于限定印度北緣范圍和新生代陸內(nèi)縮短變形量至關(guān)重要，而它們又是約束高原地表隆升幅度和深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制的關(guān)鍵。

目前，關(guān)于新特提斯洋閉合歷史的假說包括：大印度洋盆模型、洋內(nèi)俯沖模型和單階段俯沖碰撞模型。這些假說對(duì)大印度（已俯沖消失到青藏高原下的印度部分）的規(guī)模以及印度-歐亞大陸初始碰撞時(shí)間做出了截然不同的預(yù)測(cè)。然而，以上模型都是基于丁林院士團(tuán)隊(duì)等發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵證據(jù)—即印度-歐亞大陸碰撞形成的前陸盆地，該盆地在6500萬年至5900萬年前開始接受來自岡底斯島弧區(qū)的物源，表明此時(shí)印度-歐亞大陸已經(jīng)開始碰撞，大大早于此前國際公認(rèn)的印度與歐亞大陸在5000萬年前才初始碰撞的時(shí)間。

同時(shí)，團(tuán)隊(duì)近20年在西藏、巴基斯坦和印度工作還獲得了關(guān)鍵認(rèn)識(shí)：

1.目前發(fā)育在藏南的岡底斯巖漿弧、弧前盆地、蛇綠巖和海溝形成于拉薩地體南緣的洋-陸俯沖系統(tǒng)，而非形成于遠(yuǎn)離大陸的洋內(nèi)俯沖系統(tǒng)；

2.巴基斯坦北部的證據(jù)表明約5200萬年前亞洲物質(zhì)可以到達(dá)印度次大陸，不支持印度-歐亞大陸碰撞前存在洋盆。因此，該文指出，單階段俯沖碰撞模型是解釋印度-歐亞大陸碰撞最簡單，也是得到地質(zhì)證據(jù)支持的模型。令人遺憾的是，古地磁數(shù)據(jù)顯示，如果印度-亞洲大陸在約6000萬年前發(fā)生碰撞，印度和亞洲大陸巖石圈必須在完全的大陸環(huán)境中吸收約4000公里地殼縮短。然而目前地質(zhì)證據(jù)表明亞洲（<1000公里）和喜馬拉雅（<1000公里）地殼縮短量不到2000公里。為了協(xié)調(diào)地殼縮短和古地磁匯聚量之間的不匹配，國際學(xué)者提出了大印度洋盆模型和洋內(nèi)俯沖模型，但是上述模型目前都缺乏地質(zhì)證據(jù)的支持。另外，如果印度大陸在向北漂移過程中發(fā)生過約～90度的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，也可簡單吸收2000公里緯向縮短量。

解決高原隆升歷史的需求極大地促進(jìn)了古高度計(jì)的發(fā)展，廣泛使用的古高度定量重建技術(shù)包括氫/氧同位素、動(dòng)植物化石、團(tuán)簇同位素等。這些古高度定量重建技術(shù)為大陸變形和高原生長提供了關(guān)鍵信息，可以更加清晰地認(rèn)識(shí)高原差異隆升過程和動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

結(jié)合已有定量古高度結(jié)果和深部動(dòng)力學(xué)證據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步恢復(fù)了青藏高原自約6000萬年前到現(xiàn)今不同地體地表隆升歷史和巖石圈演化過程，提出青藏高原不同造山帶具有差異的隆升歷史。5500-4500萬年前，由于新特提斯洋俯沖板片的斷離，岡底斯造山帶隆升到4500米高海拔；4500-4000萬年前，新特提斯板塊斷離之后，更具浮力的印度巖石圈向北水平楔入，激活羌塘地體南北部縫合帶發(fā)生陸內(nèi)俯沖，使得分水嶺山脈隆升到5000米的高海拔；此時(shí)位于岡底斯造山帶和分水嶺造山帶之間的中央谷地、高原最南部的喜馬拉雅造山帶以及高原北部還處于小于2000米的低海拔，高原整體形成“兩山夾一盆”的地貌特征。4000-3000萬年前，拉薩巖石圈在中央谷地下方拆沉，上地殼縮短、巖漿底墊和軟流圈上涌等多種深部地球動(dòng)力學(xué)過程耦合作用，使得中央谷地抬升4500米的目前高度，青藏高原由造山帶正式轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一高原。2500-1500萬年前，由于印度大陸的持續(xù)俯沖，喜馬拉雅山脈下方俯沖的印度大陸巖石圈及藏北可可西里-昆侖山下方俯沖的歐亞大陸巖石圈先后發(fā)生拆沉，喜馬拉雅山與昆侖山先后隆升到現(xiàn)代高度，現(xiàn)代意義上的高原形成。但是北部地區(qū)的隆升歷史尚存在較大的不確定性，需要更多定量古高度數(shù)據(jù)來驗(yàn)證。

地球物理探測(cè)揭示了現(xiàn)今印度和歐亞大陸巖石圈發(fā)生了從水平楔入到陡峭俯沖、板塊的撕裂、斷離以及拆沉等各種地球動(dòng)力學(xué)行為，表明在整個(gè)新生代印度-亞洲大陸碰撞過程中，不斷發(fā)生類似過程，最終導(dǎo)致了青藏高原構(gòu)造變形、巖漿作用和地表隆升的時(shí)空差異性。

針對(duì)青藏高原隆升的時(shí)間和機(jī)制問題，該文章指出，今后需要重點(diǎn)發(fā)展的研究方向包括：

1.解決印度-歐亞大陸匯聚量和地殼縮短之間的不一致性；

2.需要大量高分辨率的古高度數(shù)據(jù)精確限定高原隆升歷史；

3.結(jié)合數(shù)值模擬和地質(zhì)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確重建高原地球系統(tǒng)演化歷史；

4.結(jié)合地球物理成像技術(shù)和地球動(dòng)力學(xué)模擬，闡明大陸巖石圈的循環(huán)過程和分布范圍，解析大陸碰撞如何影響鄰近板塊邊界的構(gòu)造以及全球規(guī)模的地幔對(duì)流。

（總臺(tái)央視記者 褚爾嘉）

標(biāo)簽： 青藏高原