拉薩地體地殼精細結(jié)構(gòu)與新生地殼活躍建造過程
拉薩地體位于印度-歐亞板塊主碰撞帶前緣，其巨厚的地殼幾乎兩倍于全球平均陸殼厚度。然而，其增厚機制并無全球共識的理論予以解釋，成為一個懸而未解的青藏高原科學(xué)奧秘，令世界學(xué)者探索了近百年。并且，沿南拉薩發(fā)現(xiàn)成礦時代最新的巨量有色金屬礦產(chǎn)聚集，使這個科學(xué)奧秘更加披上神秘的面紗。近期，“高原生長與演化”任務(wù)“關(guān)鍵地區(qū)巖石圈精細結(jié)構(gòu)與淺部響應(yīng)”專題研究團隊，解釋了沿88.5°E橫穿主碰撞帶中部的深地震反射剖面，切開了地殼，通過深部構(gòu)造地球物理學(xué)綜合研究分析，揭示了南拉薩地體全地殼尺度新生地殼幾何結(jié)構(gòu)，分析了其增生過程與機理，為研究新生代全球大陸地殼凈生長過程提供了范例。
該研究通過深地震反射剖面厘定出向北俯沖的印度下地殼和上覆的拉薩地體。同時，拉薩地體顯示出地殼結(jié)構(gòu)橫向不均一性，其中南拉薩地體表現(xiàn)為中下地殼透明反射結(jié)構(gòu)，而中拉薩中下地殼則表現(xiàn)為北傾的反射結(jié)構(gòu)。透明反射表示無波阻抗界面，而北傾的反射結(jié)構(gòu)表明中拉薩地體結(jié)晶基底經(jīng)歷的構(gòu)造疊置變形過程（圖1）。
研究顯示，南拉薩和中拉薩地體物性成分差異較大。通過簡單的模型驗證，揭示南拉薩地體和中拉薩地體之間橫向的殼內(nèi)反射結(jié)構(gòu)的差異性主要歸因于二者之間物質(zhì)屬性的不同，其中南拉薩地體主要存在全地殼尺度新生地殼物質(zhì)，而中拉薩地體則主要為古老結(jié)晶基底（圖2）。
研究提出南拉薩新生地殼形成及大陸地殼凈增生的過程：（1）新特提斯洋大約于70Ma發(fā)生了俯沖板片向南回撤。板片回撤、海溝向海撤退產(chǎn)生的與中拉薩地體古老結(jié)晶基底之間的空隙被上涌的軟流圈物質(zhì)所充填，形成新生南拉薩地殼，俯沖碰撞產(chǎn)生的構(gòu)造增生楔也隨之發(fā)生熔融作用。（2）伴隨著印度-歐亞板塊的陸陸碰撞作用，新特提斯洋俯沖板片大約于52-51Ma發(fā)生斷離，這一過程又帶來了另一期大規(guī)模的軟流圈物質(zhì)上涌，并底墊于新生南拉薩地體下地殼底部，使南拉薩地體先前形成的幔源新生地殼發(fā)生重熔融作用。進一步的結(jié)晶分異形成中酸性巖。（3）最新一期由于中新世早期印度-歐亞板塊碰撞擠壓、拉薩地體巖石圈增厚而發(fā)生拆沉又一次帶來巖漿事件。該次強烈的殼幔相互作用所帶來的巖漿事件重塑了南拉薩地體的莫霍面，使殼幔邊界發(fā)育多層性質(zhì)的幾何結(jié)構(gòu)。綜上所述，全地殼尺度新生地殼主要發(fā)育于新特提斯洋晚期俯沖回撤、海溝向海撤退所帶來的空間，成長于殼幔相互作用所帶來的幕式巖漿作用。前期幕式巖漿過程帶來的構(gòu)造熱作用使南拉薩地體地殼強度變?nèi)酰谟《?歐亞板塊持續(xù)碰撞擠壓的背景下，新生南拉薩地體更易被擠壓縮短加厚至雙倍平均地殼厚度（圖3）。
圖1 180km長深反射地震剖面，（a）未解釋的深反射地震剖面；（b）強振幅信息提取；（c）強振幅信息提取的線條圖；（d）大炮單炮數(shù)據(jù)剖面。
圖2 多種數(shù)據(jù)綜合分析圖。（a）84°E-94°E之間南拉薩地體和中拉薩地體基于中生代-新生代巖漿巖鋯石εHf (t)等值線分布圖；（b）南拉薩地體和中拉薩地體巖漿巖鋯石U-Pb年齡與εHf (t)值；（c）深反射地震數(shù)據(jù)所揭示的研究區(qū)全地殼結(jié)構(gòu)與大地電磁結(jié)構(gòu)對比；（d）研究區(qū)30-60km深處范圍內(nèi)電導(dǎo)值；（e）三種端元模型，用于驗證研究區(qū)橫向結(jié)構(gòu)和物質(zhì)成分差異性成因
圖3 新生代大陸凈生長模式，由（a）到（e）的構(gòu)造演化過程揭示了南拉薩地體岡底斯全地殼尺度巖漿幕式巖漿作用對于新生地殼形成的貢獻，全地殼尺度新生地殼生長主要發(fā)育于新特提斯洋俯沖回撤、海溝向海撤退所帶來的空間，成長于后期岡底斯巖基的幕式巖漿作用。
該項研究的意義在于揭示了岡底斯巖漿弧為非傳統(tǒng)板塊理論闡述的增生于俯沖板塊前緣的大陸巖漿弧，而是凈增生于中拉薩地體古老結(jié)晶基底南側(cè)，由幕式巖漿巖結(jié)晶分異而形成的全地殼尺度新生地殼巖漿弧。并且，岡底斯巖漿弧形成的地球動力學(xué)過程為了解岡底斯巨型金屬成礦帶成礦機制提供了理論依據(jù)。
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.
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30887-3