关于印度-亚洲大陆碰撞对喜马拉雅山脉的地质影响相关研究

来源：中国科学杂志社

印度-亚洲大陆碰撞是地质历史时期最重大的构造事件之一，形成“世界屋脊”青藏高原和雄伟的喜马拉雅山脉，对亚洲乃至全球的海陆分布格局、气候环境和生物多样性都产生了深远的影响。

然而，对印度-亚洲大陆碰撞动力学过程的理解还存在诸多不同看法。学界提出了多个模型，包括大印度大陆模型、大印度洋盆模型、弧陆碰撞模型以及日喀则弧后盆地模型等。这些模型各有优点，但都只能或多或少地解释目前已观察到的部分地质事实。

为准确限定印度-亚洲大陆碰撞的时间、位置和动力学过程，在国家自然科学基金和中科院国际合作伙伴计划项目的资助下，中国科学院地质与地球物理研究所博士研究生袁杰、邓成龙研究员、朱日祥院士、郭正堂院士、贺怀宇研究员、李仕虎博士、沈中山博士研究生、秦华峰副研究员，以及首都师范大学杨振宇教授，荷兰乌特勒支大学Wout Krijgsman教授，南京大学胡修棉教授、安慰博士，中国科学院青藏高原研究所丁林院士共同合作，对藏南特提斯喜马拉雅地块的上白垩统大洋红层和古新统深水红色硅质页岩开展构造古地磁学、岩石磁学、磁性地层学和岩相学等综合研究，获得了可靠的古地磁数据，揭示了特提斯喜马拉雅地块在白垩纪晚期~古近纪初期快速向北漂移的特征，提出了“北印度海”(North India Sea)假说，并在此基础上构建了两阶段的印度-亚洲大陆碰撞动力学新模型。

研究人员所获得的高质量古地磁结果准确限定了特提斯喜马拉雅地块的位置：在约75Ma位于19.4° ±1.8°S，而在约61Ma已经向北快速移动到13.7°±2.5°N。因此，75~61Ma期间，特提斯喜马拉雅地块的北向漂移速率为260.1 mm/year。而通过印度大陆的视极移曲线等方法计算得到印度克拉通在80~60Ma期间的北向漂移速率仅为99.6 mm/year。二者之间存在明显的漂移速率差异，意味着在约75Ma后特提斯喜马拉雅地块裂解并离开印度大陆，在两者之间形成一个拉分盆地，研究者称之为“北印度海”(North India Sea)。

特提斯喜马拉雅地块裂解并离开印度大陆，“北印度海”形成，印度-亚洲大陆之间在约61Ma发生初始碰撞。(a)约75Ma、(b)约61Ma的古地理模式。BNSZ为班公湖-怒江缝合带，WZFZ为Wallaby-Zenith断裂带。黑色星号表示计算大印度延伸尺寸的参考点(29.3°N, 85.3°E)。

研究者进一步探讨了特提斯喜马拉雅地块的裂解机制，认为Reunion地幔柱上涌对印度被动大陆边缘岩石圈减薄和新特提斯洋壳岩石圈长时间俯冲产生的拖拽力等过程的共同作用下，导致特提斯喜马拉雅地块裂解并张开形成“北印度海”。

特提斯喜马拉雅地块快速向北漂移，在约61Ma与亚洲大陆南缘的拉萨地块发生初始碰撞，碰撞位置位于约14°N。随后，印度与特提斯喜马拉雅地块在约53~48Ma发生第二阶段碰撞，该碰撞自西向东穿时性发生，导致“北印度海”自西向东逐渐关闭。

印度-亚洲大陆间的第二阶段碰撞。(c)约53Ma和(d)约48Ma的古地理模式。

研究者提出的“北印度海”假说及两阶段的印度-亚洲大陆碰撞动力学新模型与印度-亚洲的汇聚速率变化历史可以完美匹配。例如，从70Ma到63Ma，汇聚速率从约80mm/year快速增加到约180 mm/year，与Reunion地幔柱的推动作用有关；在63~61Ma期间汇聚速率从约180 mm/year急剧下降到约110 mm/year，特提斯喜马拉雅地块和拉萨地块在61Ma发生的碰撞可很好地解释该汇聚速率变化；在61~53Ma期间汇聚速率由约110 mm/year缓慢上升到约130 mm/year，对应于“北印度海”的逐步收缩；在53~48Ma期间汇聚速率显著降低，则与特提斯喜马拉雅地块和印度在此期间发生穿时性碰撞导致北印度海自西向东逐步关闭的过程相符。 

晚白垩世以来印度-亚洲大陆碰撞过程的阶段划分(a)及其与印度-亚洲大陆汇聚速率变化历史(b)的关联。图b的数据来自Cande & Stegman (2011)。

上述假说和模型还协调了一系列地质证据。该研究的古地磁结果表明，特提斯喜马拉雅地块与拉萨地块在61Ma发生第一阶段的大陆碰撞，碰撞位置约为14°N，该碰撞最为直接的地质证据就是亚洲碎屑物质在60Ma左右首次到达印度北缘被动大陆边缘。此外，对于第二阶段的印度-亚洲大陆碰撞，即53~48Ma期间特提斯喜马拉雅地块和印度之间的穿时性碰撞，也得到大量地质证据的支持，例如，特提斯喜马拉雅海相地层在52~35Ma期间自西向东穿时性消失，强烈支持上述第二阶段的穿时性碰撞。 

研究者提出的“北印度海”假说及两阶段的印度-亚洲大陆碰撞动力学新模型对印度-亚洲大陆碰撞过程、青藏高原隆升和变形、亚洲古地理和生物多样性格局演化都提供了重要制约，还为喜马拉雅造山作用与全球气候变化关联的构造-气候关系研究及古气候数值模拟提供了关键的边界条件。

上述研究成果发表于National Science Review：

Yuan J, Yang ZY, Deng CL, Krijgsman W, Hu XM, Li SH, Shen ZS, Qin HF, An W, He HY, Ding L, Guo ZT, Zhu RX. Rapid drift of the Tethyan Himalaya terrane before two-stage India-Asia collision. National Science Review, 2020. DOI:10.1093/nsr/nwaa173.