印度-欧亚大陆碰撞和青藏高原隆升是新生代(距今约6600万年以来)最重大的地质事件之一,深刻地影响了亚洲乃至全球的气候、环境和生物演化,塑造了我国现今的地貌特征和气候生态格局。因此,深入了解印度-欧亚大陆碰撞和高原隆升的精细过程具有非常重要的科学意义。
近半个世纪以来,国内外学者对印度-欧亚大陆碰撞和高原隆升开展了深入研究,取得了众多共识,同时,也存在一些争议。目前,学者们普遍认为印度-欧亚大陆初始碰撞发生在海洋中。随着碰撞的持续进行,海水逐渐从印度板块北缘(喜马拉雅地区)退去,喜马拉雅地区从海底出露,抬升,并最终形成了世界上最雄伟高大的喜马拉雅造山带。作为衔接大陆初始碰撞和喜马拉雅初始隆升的中间过程,喜马拉雅地区的海退具有非常重要的地质意义。
然而,对于印度板块最北缘的特提斯喜马拉雅地区(西藏南部)海退时间还存在较大争议。一种观点认为,海退发生于距今约5300-5000万年前;另外一种观点认为,海退发生在约3400万年前。两者相差约1900-1600万年。海退时间上的争议极大地影响科学家对印度-欧亚大陆碰撞和喜马拉雅隆升的时间/过程的深入探索。
为解决这一争议,中国科学院青藏高原研究所碰撞隆升及影响团队张清海研究员和丁林院士等在西藏南部的古汝、岗巴和定日地区,针对与海退相关的浅海碳酸盐岩台地相宗浦组、外大陆架相油下组和河流相申克扎组,开展了有孔虫生物地层和碎屑锆石U-Pb年代学研究。
作者发现宗浦组顶部含有底栖大有孔虫Alveolina moussoulensis Hottinger和Al. laxa Hottinger(图1),表明宗浦组沉积结束和上覆油下组的沉积开始发生于距今约5400万年前。油下组和申克扎组中含有最年轻的浮游有孔虫Acarinina bullbrooki (Bolli)、Ac. boudreauxi Fleisher及Ac. coalingensis (Cushman and Hanna) (图1),表明油下组的沉积结束于距今约4900万年前(图2)。申克扎组中的浮游有孔虫是再沉积形成的,其来源是下伏的油下组。碎屑锆石U-Pb年代学数据显示:油下组和申克扎组中碎屑锆石年龄概率分布特征相似,均具有非常明显的7000-4900万年的峰值,最年轻锆石年龄为4900万年。在超过1000个碎屑锆石颗粒中,研究团队未发现<4900万年的锆石颗粒(图3)。综合考虑以下三方面证据:年轻碎屑锆石主要来源于毗邻的冈底斯岩浆弧;该岩浆弧在距今4900-3000万年期间还有明显的岩浆活动(图3E);该时期冈底斯岩浆弧和这些地区之间不存在地理障碍(图4B)。作者认为,地层记录中未发现<4900万年锆石颗粒的原因是沉积过程在距今4900万年时候已经停止。这表明申克扎组沉积时间较短,其沉积开始和结束均发生在距今约4900万年前。总体上,碎屑锆石年代学数据和生物地层数据结论一致。最年轻浮游有孔虫组合指示,这些地区海水完全退去的时间为距今约4900万年前。
通过与前人的研究结果对比分析,研究团队还发现:在横向上超过2000 km的特提斯喜马拉雅地区,其东部(古汝地区)和西部(赞斯卡地区)几乎同时发生海退。由于喜马拉地区始新世早期的海退本质上是由印度-欧亚大陆的持续碰撞和由此导致的褶皱冲断带/前陆盆地向南迁移所驱动的(图4),海退在特提斯喜马拉雅东、西部的准同时性指示,大陆碰撞在东、西部是准同时发生的。考虑到特提斯喜马拉雅海退仅代表了印度-欧亚大陆碰撞的一个中间过程,而非初始碰撞。因而,研究团队认为,印度-欧亚大陆初始碰撞应远早于距今4900万年。这与研究团队前期研究结果一致。显然,本次研究不支持“初始碰撞发生在约3400万年前”的碰撞时间和“印度大陆经历由西向东逐渐碰撞并发生逆时针旋转”的穿时性碰撞方式。
上述成果以“Seawater retreated from the Tethyan Himalaya of south Tibet at ca. 49 Ma, not ca. 34 Ma”为题,近期在线发表于国际学术期刊《Geological Society of America Bulletin》。我所张乾博士生为论文第一作者,张清海研究员为通讯作者,丁林院士、岳雅慧高级工程师、王天洋博士后、马雪嵩和高彬涛博士生为共同作者。该研究获得了基金委基础科学中心(41988101)、第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0708)、基金委面上基金(41972032)等项目的联合资助。
论文链接:https://doi.org/10.1130/B37675.1
图 1 西藏南部古汝地区浮游有孔虫与底栖大有孔虫的扫描电镜及薄片照片
1和2:Acarinina bullbrooki (Bolli, 1957). 1,申克扎组; 2, 油下组;3:Acarinina boudreauxi Fleisher, 1974. 申克扎组;4:Acarinina coalingensis (Cushman and Hanna, 1927). 申克扎组;5:Alveolina moussoulensis Hottinger 1960. 宗浦组;6:Alveolina subtilis Hottinger 1960. 宗浦组;7:Alveolina laxa Hottinger 1960. 宗浦组。
图 2 古汝地区古近纪浮游有孔虫生物地层(粉色条带代表了浮游有孔虫指示的海退时间)
图 3 碎屑锆石U-Pb年龄频率图与最年轻锆石年龄分布
A:古汝地区油下组;B:岗巴地区油下组;C:定日地区油下组;D:定日地区申克扎组;E:冈底斯岩基;F:林子宗火山岩
图 4 喜马拉雅构造-沉积演化和新特提斯洋海退过程
IYS:雅鲁藏布江缝合带; K-L Arc:科希斯坦-拉达克弧; LH:低喜马拉雅; SH:小喜马拉雅; SL:海平面; TH:特提斯喜马拉雅.