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你知道青藏高原的核心从哪里来吗
发布时间:2021-12-08     作者:丁林 李震宇 宋培平   来源:中国科学院院刊   分享到:

众所周知,地球是由五大洋七大洲组成的。在这片海洋面积超过70%的蓝色星球上,成千上万种动植物生存其中。追溯到3.6亿年前,地球只存在两个超级大陆——位于北半球的劳亚大陆和位于南半球的冈瓦纳大陆,青藏高原位于哪个大陆?它是如何演变成今天的模样的?

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大陆板块“聚散史”

在距今约3.6亿年前的远古时期,地球上仅存在两个超级大陆:

劳亚大陆位于北半球的超级大陆,由现今北美大陆、格陵兰岛以及欧亚大陆的北部组成;

冈瓦纳大陆位于南半球的超级大陆,包括今天的南美洲、非洲、印度、澳大利亚、阿拉伯和南极等大陆;

两者之间是广阔的古特提斯大洋,类似今天的太平洋。

冈瓦纳大陆是当时地球上最大的大陆聚合体(超级大陆),共覆盖地表超过1亿平方公里的面积,占地球表面积逾20%。在寒武纪晚期到奥陶纪早期,冈瓦纳大陆的范围甚至从南极(北非地块)直到赤道地区(澳大利亚大陆)都有分布。

在距今约3.2亿年前(晚石炭世),南方的冈瓦纳大陆与北方的劳亚大陆聚合并形成当时地球上唯一的联合古大陆——Pangea(有中文文献将其译为盘古联合古陆)。

距今约3亿年前,联合古大陆开始解体:

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羌塘地块、拉萨地块与冈瓦纳大陆、劳亚大陆的关系及古地理重建。 (a)距今2.1亿年;(b)距今3.0亿年

北方的劳亚大陆 一分为二,分别是北美大陆和欧亚大陆;

南方的冈瓦纳大陆则像从高处跌落的瓷盘,彻底解体——除南美洲、非洲、印度、澳大利亚、阿拉伯和南极几个大陆块外,还包括众多的小陆块。

羌塘和拉萨就是其中的两个小陆块,这两个小陆块的特殊性在于冈瓦纳大陆分出的其他大陆/地块的古地理位置都已获得精确限定,然而羌塘和拉萨的属性和来源一直没有很好限定。

最新研究表明,羌塘和拉萨从冈瓦纳大陆分离后,漂洋过海,跨过宽广的特提斯洋,从南半球漂移至北半球,经过漫长的旅程最后加入了欧亚大陆,最终成为组成青藏高原的两大核心地体——羌塘地块和拉萨地块。

北羌塘地块——从冈瓦纳大陆启航最早的地块

冈瓦纳大陆是一个远古时期存在于南半球的古大陆,也称南方大陆,它因印度中部的冈瓦纳地方而得名。在印度半岛,由石炭系到侏罗系,从下部的特征冰碛层到上部的含煤地层,统称为“冈瓦纳(岩)系”。南半球各大陆都发现有这一时期的相似岩系和化石,根据这一相似性和其他证据,便把这个古大陆命名为冈瓦纳大陆。

学界当前对于冈瓦纳大陆的几个主要块体组成并无异议,然而,对于一些微型地块(或陆块)的来源却存在较大争议。南羌塘来自冈瓦纳大陆已是公认,但北羌塘地块的来源及其漂移历史一直争议很大:

一些学者认为,北羌塘地块来自北方劳亚大陆;

还有一些学者认为北羌塘地块在晚古生代时期就已从冈瓦纳大陆裂解出来;

甚至还有观点认为北羌塘地块(与南羌塘地块一起)与当时的华北地块、塔里木地块、扬子地块以及其他一些岛陆共同组成中国古大陆的主体,与劳亚大陆和冈瓦纳大陆“三足鼎立”。

争议的主要原因是北羌塘地块缺乏石炭纪—二叠纪典型的冰筏砾岩,因为这种冰海杂砾岩是在距今约3亿年前冈瓦纳大陆的标志性沉积,其在南美洲、非洲、澳大利亚、印度以及南极大陆都有发现。但北羌塘的地层和古生物又明显不同于欧亚大陆的塔里木地块和昆仑山地块,而与扬子地块有很高的相似性。

因而,试图通过古生物地层的对比来揭示北羌塘地块的来源是行不通的。近现代古地磁学的发展,为更精确地厘定冈瓦纳大陆解体及随后欧亚大陆各地块拼贴聚合过程提供了可靠资料。

中科院青藏高原所大陆碰撞研究组通过古地磁学方法对北羌塘下二叠统开心岭群火山岩进行了详细研究。精确的锆石U-Pb时代表明开心岭群火山岩的年龄为2.97亿年,高质量的古地磁数据表明北羌塘地块在距今2.97亿年前位于南半球(21.9°±4.7°S),此时北羌塘离冈瓦纳大陆较近,而远离北半球的劳亚大陆。这不仅指示北羌塘地块在距今约3亿年之前已经从冈瓦纳大陆裂解出来,还可以解释为什么北羌塘缺乏典型的冰筏沉积。

为了进一步揭示北羌塘的漂移历史,项目组还对同一地点的晚三叠世的火山岩开展了古地磁研究。结果表明,到距今约2.1亿年前左右,北羌塘地块的古纬度已为31.7°±3.0°N——在误差范围内已达到目前的纬度(34°N);同时,也表明此时北羌塘地块已与欧亚大陆发生碰撞,成为欧亚大陆新的南缘。因而自距今3.0亿~2.1亿年前,北羌塘地块自南向北漂移了约7000公里,平均漂移速度约为7.0厘米/年。

“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2.4亿~2.1亿年前)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,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3.7°S附近,早白垩世(距今1.2亿年前)已经到达位于13.1°N的位置。

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欧亚大陆、印度及华北地块视极移曲线,以及拉萨、特提斯喜马拉雅地块自晚古生代至新生代古地磁数据及其所反映的古纬度变化。

距今8000万年时,拉萨地块西部亚热区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6500万~6000万年前),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,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,然后向东封闭,普遍接受的碰撞起始时间为距今5500万年。最新的来自巴基斯坦北部的锆石年龄谱、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5600万~5500万年。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6500万年前,碰撞首先从中部开始,然后分别向西构造结(一个构造单元与另外一个或多个构造单元的交界区域)和东构造结封闭。新的模型预测,碰撞后:

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;

大规模的陆内俯冲将引起变形的远程效应;

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

(1)晚石炭世

距今3亿年前,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。

(2)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3500~4200公里。拉萨地块则仍位于南半球中纬度地区(16°S附近)。

(3)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。

(4)晚白垩世时期

距今约8000万年前,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。

(5)早新生代时期

距今6500万年前,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。

 


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