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《Geology》发表胡修棉教授关于印度

国际地学顶级期刊《Earth-Science
Reviews》最近刊登了地球科学与工程学院胡修棉教授课题组的特邀综述论文:“印度-亚洲大陆初始碰撞时间:事实、理论与争论”(The
timing of India-Asia collision onset – facts, theories, controversies.
Earth-Science Reviews, 160:
264–299.)。这是该课题组继去年在《Geology》发表“印度-亚洲大陆初始碰撞时间的直接地层学证据”论文后,在该研究领域的又一重要成果。

印度与亚洲大陆的初始碰撞时间,是喜马拉雅造山作用的起点。采用不同的初始碰撞时间对重塑喜马拉雅造山过程、理解新生代喜马拉雅和西藏高原隆升、亚洲气候-环境变化、大陆变形等至关重要。大陆初始碰撞的时间是两个大陆岩石圈开始接触的时间,也即大洋岩石圈消失的时间。地质学家通过研究大陆碰撞前后地质记录的变化来反演获得初始碰撞的时间。对于印度与亚洲大陆的初始碰撞时间,前人从古地磁、古生物、构造、岩浆、变质、地层、沉积等多学科开展过大量研究。但迄今对初始碰撞的时间仍争论很大,从70
Ma到30
Ma。南京大学地球科学与工程学院胡修棉教授与意大利、美国科学家合作,最近在国际著名地学刊物《地质学》发表文章,将印度-亚洲大陆初始碰撞的时间精确限定在古新世中期(59±1百万年前)。

印度与亚洲大陆的碰撞时间一直是国际地学领域关注的焦点之一。在西构造结巴基斯坦北部Hazara-Kashmir地区发育一套新生代地层,不整合在印度大陆寒武纪基地之上,该地层分为上下两个单元,下部为古新世-始新世海相地层,而上部为渐新世-中新世陆相地层。新生代早期印度大陆北缘的海侵过程指示印度大陆在靠近欧亚大陆过程中,欧亚大陆的仰冲加载使得印度大陆下沉,新特提斯洋海水涌上印度大陆北缘,因而记录了两大陆碰撞的详细过程。

印度-亚洲大陆碰撞是显生宙最重大的地质事件之一,它直接导致了青藏高原的形成,并引起了全球性的气候-环境变化。同时,印度-亚洲碰撞是大陆碰撞作用的典型代表,重建印度-亚洲大陆碰撞过程对于认识地质历史中其它的大陆碰撞事件和造山作用具有重要的借鉴意义。然而,对于印度-亚洲大陆的初始碰撞时间,也即碰撞造山作用的起点,已争论了半个多世纪,迄今仍然莫衷一是。

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喜马拉雅简化地质图,显示古近纪剖面;①-桑单林剖面;②-定日遮普热剖面;③-仲巴错江顶剖面

中国科学院青藏高原研究所研究人员系统研究了上述地层的碎屑锆石年龄特征。锆石U-Pb年龄谱明显地指示:古新世Hangu组、Lockhart组和Patala组的物源区为印度大陆;始新世最早期Margalla
Hill砂屑灰岩中第一次出现“
100Ma碎屑锆石,指示由印度物源向亚洲物源的突变。也就是说,来自于亚洲大陆的科基斯坦-拉达克岛弧、喀喇昆仑岩基的物质于早始新世早期沉积在印度大陆之上。

论文首先对
“大陆初始碰撞时间”进行了明确定义,提出:大陆初始碰撞时间是指陆壳与陆壳接触、大陆之间洋壳消失的时间点。印度-亚洲大陆的初始碰撞时间即印度大陆地壳抵达亚洲大陆南缘海沟位置的时间。随后,论文从方法学角度对约束“印度-亚洲大陆初始碰撞时间”的地层学和沉积学、古地磁、古生物、岩浆岩、变质岩、构造地质等方法的原理、进展和优缺点进行了详细的阐释和评述。总结对比表明,印度大陆最北缘碎屑岩物源变化(亚洲碎屑物质最早到达印度北缘)的时间和缝合带两侧沉积盆地性质变化的时间最接近初始碰撞时间。而其它的方法虽然也能对初始碰撞时间提供约束,但由于精度和约束条件的限制,不如地层记录准确,给出的‘碰撞时间’滞后于真正的初始碰撞时间,其差异可达5–40
Ma。在方法学认识的基础之上,根据缝合带两侧的地层记录,将印度-亚洲大陆初始碰撞时间精确限定为古新世中期(59
± 1
Ma),且碰撞作用沿走向无明显穿时性。最后,论文对与印度-亚洲大陆碰撞相关的三个假说(新生代弧陆碰撞、白垩纪蛇绿岩仰冲、大印度盆地)进行了讨论、剖析。论文从这些假说所依赖的地质证据出发,从“证伪”的角度论述了这些假说所针对的科学问题、所依赖的地质证据和所争论的学术焦点。从西藏现有的资料来看,这三个假说均缺乏直接的、可信赖的地质证据。

物源区的改变是约束大陆初始碰撞时间的直接标志。初始碰撞后,源自上覆亚洲板块的碎屑物质将沉积于下伏印度板块之上。亚洲大陆碎屑物质最早到达印度大陆最北缘深水海沟盆地的时间,可以最大程度地限定印度-亚洲大陆初始碰撞时间。研究工作表明,紧邻雅鲁藏布缝合带的藏南桑单林剖面就罕见地保留了初始碰撞前后的一套海沟沉积,记录了物源区由印度大陆向亚洲大陆的转变过程。本文详细报道了桑单林剖面放射虫、钙质超微等生物地层学研究成果,将物源改变的地层时代确定为古新世中期,相当于放射虫带RP6和钙质超微带CNP7,地质年代为58-60
Ma。最早物源来自亚洲的砂岩中,获得最年轻的碎屑锆石年龄峰58.1±0.9
Ma,限定了该地层的最大沉积年龄。由此,桑单林剖面海沟盆地物源区改变的时间被精确限定在59±1
Ma。考虑到古近纪印度板块异常高的漂移速率,印度-亚洲大陆初始碰撞的时间应在误差范围内等同于海沟盆地记录的物源改变的时间。印度-亚洲大陆初始碰撞发生在古新世中期,这一认识要比国际上广为接受的基于特提斯海消亡所限定的初始碰撞时间至少要早10
Ma。对于重新认识亚洲大陆变形、生物印度起源假说、喜马拉雅和西藏高原的形成及其与亚洲气候-环境变化的关系等具有重要的潜在意义。

地质填图表明Patala组最顶部与下部地层存在不整合接触关系,可能由碰撞前陆盆地的前隆迁移到该地区所造成。Patala顶部地层沉积位于前陆盆地的前隆(Forebulge)构造位置,但其沉积物中仍没有亚洲物质的出现。

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图2
藏南桑单林剖面生物地层学(放射虫和钙质超微化石)与物源区分析,显示印度向亚洲物源区转变的时代为古新世中期Selandian期

印度向亚洲物源区的转换以及前陆盆地前隆带的出现,有力指示了巴基斯坦北部地区印度-亚洲大陆碰撞时间为56-55Ma。该项研究进一步支持项目组提出的印度与欧亚大陆于雅鲁藏布江缝合带中部首先碰撞,然后向西变新的模式。与以往认为西部首先碰撞,然后向东碰撞缝合的模式截然相反。该研究成果发表在国际地学期刊《地球与行星科学快报》(Earth
and Planetary Science Letters
)上。

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