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“走走停停”的拉萨地块
拉萨地块中部措勤地区敌布错北缘(84.7°E,30.9°N)的三叠纪海相嘎仁措组古地磁学结果显示,拉萨地块在早—中三叠世和晚三叠世时期(距今2.4—2.1亿年前)古纬度分别位于南半球 16.5°S 和 18.4°S,长时期徘徊在南半球(图 1 和 2),显得“犹豫不决”,但也证明拉萨地块在早三叠世也已从南半球的冈瓦纳大陆裂离出来并位于南半球中—低纬度地区。随后拉萨地块缓慢向北漂移,在距今 1.8 亿年时继续向北漂移至南纬3.7°S 附近(图 2),早白垩世(距今 1.2 亿年前)已经到达位于北纬 13.1°N 的位置。距今 8 000万年时,拉萨地块西部亚热和狮泉河盆地晚白垩世的古地磁研究得到拉萨地块还在北半球约 12°N,因而拉萨地块在整个白垩纪显得有点“裹足不前”,一直在北半球 12°N 左右徘徊。它在等待一个同伴——印度次大陆。
“急速追赶”的印度次大陆
印度次大陆(及其次大陆最北缘的喜马拉雅部分)在晚侏罗世从冈瓦纳大陆分离后,开始向北快速漂移,并急速追赶拉萨地块。最新研究表明,早新生代(距今 6 500 万—6 000 万年前),印度次大陆已经在北纬 13° 附近与欧亚大陆最新南缘(拉萨地块)发生初始碰撞,随后拉萨地块与印度次大陆一起漂移到目前的位置(30°N)。印度-欧亚大陆碰撞也被认为是距今 5 亿年以来地球历史上发生的最重要的造山事件。尽管地质历史上曾经发生过多次大洋关闭以及大陆碰撞,但唯独印度次大陆与欧亚大陆的碰撞引起了大面积的地表隆起。这种碰撞和持续作用,其影响范围远远超越了青藏高原,甚至波及中亚腹地、东南亚和中国东部地区。围绕这一重大地质事件,早在 19 世纪末期,就有国外学者对青藏高原的形成提出了认识;在 20 世纪初期,有学者提出青藏高原的形成是由于印度次大陆向欧亚大陆下方的俯冲导致两大陆间发生强烈挤压变形从而导致高原隆升。近年来,地球科学家们开展了大量的研究,取得了海量的数据及研究成果。关于印度-欧亚大陆初始碰撞研究,国际上普遍接受的观点认为,印度次大陆首先在西构造结与欧亚大陆发生碰撞,然后向东穿时性封闭,普遍接受的碰撞起始时间为距今 5 500 万年。最新的来自巴基斯坦北部 Hazara-Kashmir 地区的锆石年龄谱、物源分析以及前陆盆地分析研究也证实,西构造结地区的初始碰撞在距今 5 600 万—5 500 万年。同时,根据近 10 年我国境内雅鲁藏布江缝合带的研究资料,国内科学家首次提出印度次大陆与欧亚大陆的碰撞时间要更早,起始时间很可能在距今 6 500 万年前,碰撞首先从中部开始,然后分别向西构造结和东构造结穿时性封闭。新的模型预测:碰撞后(1)青藏高原将发生大规模的陆内俯冲,陆内俯冲可能是青藏高原大规模变形的主要动力学模式;(2)大规模的陆内俯冲将引起变形的远程效应;(3)青藏高原碰撞后将发生大规模的陆内岩浆活动和成矿作用。
总之,大陆间碰撞通常是一个极为复杂的过程,碰撞前的大陆边缘形状是各种各样、不规则的,如南美大陆西侧是平直、简单的活动大陆边缘;澳大利亚与亚洲大陆碰撞一侧的亚洲大陆活动边缘则是非常复杂的,包括陆缘弧、岛弧、微大陆和边缘海等;俯冲的板片也可能出现海山、岛链、海底高原及微陆块等;而印度次大陆边缘存在凸出的岬角和凹进的海湾,因而碰撞首先发生在两大陆凸出的岬角部位,在凸出点之间或一侧仍残留有大洋岩石圈。进一步的大陆-大陆会聚,使碰撞大陆部位向开放的残留大洋岩石圈做逆冲推覆或走滑变形,直至碰撞系统内所有大洋岩石圈被俯冲或被掩埋,然后碰撞变形将传递到更宽阔的两侧大陆之上。因此,可以想象,一个数千公里长的大陆碰撞带,如印度次大陆与欧亚大陆的碰撞,其碰撞将是穿时的,从最初的碰撞到系统内所有洋壳消失后的全面碰撞,可能要持续几十个百万年。
结论
距今 3 亿年前(晚石炭世),冈瓦纳大陆主体仍然位于南半球中、高纬度带,羌塘地块已经从超大陆北缘裂离出来并发生向北的漂移,而此时拉萨地块则仍然与冈瓦纳大陆连接在一起。
晚三叠世(距今 2.1 亿年前),羌塘地块已经到达北纬中纬度地区(与现今纬度一致),表明此时羌塘地块已经与中国华北等主要地块完成拼合过程且在运动学意义上与欧亚大陆不可区分,此时代表欧亚大陆与冈瓦纳大陆之间的古特提斯洋(Paleo-Tethys)已经关闭,但中特提斯洋(Meso-Tethys)仍广泛存在,纬向宽约 3 500—4 200 公里。拉萨地块则仍位于南半球中纬度地区(16°S 附近)。
早侏罗世时期(距今1.8亿年前),拉萨地块仍然向北漂移并到达位于南半球赤道附近(3.7°±3.4°S)。早白垩世时期(距今约 1.2 亿年前),拉萨地块则已经越过赤道并与位于北半球的羌塘地块完成了块体间的拼贴过程,该过程很可能一直持续到晚白垩世。此时拉萨地块最南缘位于10°N—20°N。
晚白垩世时期(距今约 8 000 万年前),非洲大陆已经向北漂移,且印度次大陆漂移至 10°S—30°S范围,羌塘地块于拉萨地块并欧亚大陆整体古纬度几乎无明显变化,拉萨地块很可能仍然位于 13°N 附近。
早新生代时期(距今 6 500 万年前),印度次大陆已经在 13°N 附近与欧亚大陆最新南缘(拉萨地块)发生初始碰撞。印度次大陆与欧亚大陆之间强烈汇聚缩短挤压,把先期到达的羌塘和拉萨两地块紧紧地挤压在欧亚大陆南部,组成青藏高原的核心。(作者:丁林 中国科学院青藏高原研究所 大陆碰撞与高原隆升重点实验室、中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心;李震宇 中国科学院青藏高原研究所 大陆碰撞与高原隆升重点实验室;宋培平 中国科学院青藏高原研究所 大陆碰撞与高原隆升重点实验室。《中国科学院院刊》供稿)