科研进展
广州地化所揭示青藏高原深部地壳热演化与地表隆升的耦合关系
青藏高原是世界上最大、最高的高原，其形成和演化改变了亚洲地貌和水系，影响全球气候环境变化。因此，其隆升历史和机制一直是地球科学研究的热点之一。青藏高原具有2大突出特征，一是高的海拔，二是异常平坦的地貌（图1）。虽然目前对于高原局部隆升以及地壳增厚研究已积累了大量资料，但对于高原平坦化的深部机制却鲜有研究。由于自始新世以来，高原内部的剥蚀速率极低，因此理论和数值模拟倾向平坦高原的形成可能与深部地壳的热演化以及中下地壳流动密切相关。在上述理论体系中，羌塘扮演着至关重要的角色：前人的古高度和古植物资料显示，羌塘在始新世-渐新世已隆起为古山脉（中央分水岭），而其两侧的伦坡拉和可可西里则为低海拔盆地。因此，只有羌塘的中下地壳发生广泛的部分熔融与流动，才可能导致两侧盆地的隆升以及高原的平坦化。前人的古高度重建显示伦坡拉和可可西里的隆升、以及平坦高原的形成发生在早中新世。然而在这一关键时期，整个羌塘却没有任何变质和岩浆记录，形成了近26–8 ma的地质“空白期”（图1），极大限制了相关研究的进行。
图1 青藏高原新生代岩浆岩分布及热状态图
（lpb：伦坡拉盆地；hxb: 可可西里盆地）
近日，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室、深地科学卓越创新中心张修政副研究员、王强研究员等为寻找尚未被揭示的青藏高原中北部地壳深部的关键热演化信息，对羌塘-可可西里28–2.3 ma长英质岩浆岩中携带的深部地壳包体开展了系统的研究，取得一些重要创新认识：（1）在28 ma岩浆岩中发现一套富水的角闪岩相中下地壳包体，揭示高原在演化早期具有含水、可熔的地壳端员，突破了羌塘中部高原地壳为“干的”、无法熔融的传统认识；（2）发现羌塘地壳深部存在23–13 ma的低压高温麻粒岩相变质作用，揭示高原深部地壳热状态的转变（由冷到热）发生在28–23 ma之间；（3）根据2.3 ma岩浆岩中无水超高温麻粒岩研究，阐明高原地温梯度在28–2.3 ma处于持续升高的演化状态，地壳含水量也逐渐降低直至完全无水（图2a）;（4）发现晚中新世-第四纪（6.0–2.3ma）长英质火山岩中捕获的晚渐新世-晚中新世（26.0-8.0 ma）岩浆锆石以及晚中新世（~ 9.0 ma）花岗岩包体，确立了与高温变质作用同期地壳熔融岩浆作用在羌塘地壳深部的存在。上述变质、岩浆作用刚好填补了羌塘26–8 ma的地质“空白期”。
图2 青藏高原深部地壳热演化与地形演化的耦合关系
本研究首次证明高原深部热状态的转变和平坦高原的形成几乎同时（图2b、c），均发生在早中新世。相平衡模拟显示，地壳的热状态的转变将会引发广泛的地壳熔融（>30 vol%），这与羌塘地壳深部存在同期岩浆作用的证据一致。实验石学研究表明>7 vol%的部分熔融即会显著降低中下地壳的强度。因此羌塘的中下地壳在早中新世以后，可能长期处于低强度甚至塑性状态。在重力作用下，熔融的羌塘中下地壳物质向两侧流动，导致了伦坡拉和可可西里盆地的隆升，促进了青藏高原中北部平坦地貌的形成（图2c）。
本研究成果近期发表在地学著名期刊geology上。本项研究受到国家自然科学基金和青藏高原第二次科考项目的联合资助。论文的年代学和o同位素数据在中国科学院广州地球化学研究所公共技术服务中心元素与同位素分析平台完成测试，分析精度国际领先。
论文信息：zhang x.z.(张修政), wang q.*（王强）, wyman d., ou q.（欧权）, qi y.（齐玥）, gou g.-n.（苟国宁）, dan w.（但卫）, yang y.-n. （杨亚楠）. 2022. tibetan plateau growth linked to crustal thermal transitions since the miocene. geology, in press, doi:10.1130/g49534.1.
