研究发现1100万年前印度克拉通地幔俯冲至北羌塘地块下

　　近日，中国科学院广州地球化学研究所研究员王强团队、中国科学院院士徐义刚联合青海省地质调查院，在国家自然科学基金等项目的资助下，研究发现印度克拉通地幔1100万年前俯冲到北羌塘地块之下。相关成果发表于《地质学》（Geology）。

　　青藏高原是印度?亚洲大陆新生代持续汇聚的产物，其如何吸收约4000公里的大陆汇聚量一直困扰着地质学界。研究团队在北羌塘玉树地区（距离印度克拉通前缘逆冲断层~600千米远）发现了一套11Ma的低、中、高硅超钾质火山岩，其中低硅火山岩含有钾镁煌斑岩的标志性矿物——富铁白榴石和富钾碱镁闪石。这些钾镁煌斑岩的206Pb/204Pb低至16.6，?Nd值低至-20，这是首次在青藏高原发现Pb同位素位于地球等时线左侧的岩石。

　　全球范围内，此类异常低Pb-Nd同位素特征仅零星见于克拉通环境的钾镁煌斑岩和下地壳麻粒岩，构成著名的“第一铅同位素悖论”。由于克拉通在数十亿年间未经历显著构造?岩浆扰动，其低U/Pb和Sm/Nd的下地壳及交代岩石圈地幔有充足时间形成低Pb-Nd同位素。玉树钾镁煌斑岩三阶段Pb同位素增长的蒙特卡洛模拟及Nd同位素模式年龄表明，源区富集组分的封闭时间至少超过27亿年。

　　玉树超钾质火山岩显示出随着二氧化硅增加以及镁和锇降低，Pb-Nd-Os同位素显著增加，且新鲜白榴石、透长石和单斜辉石的原位Pb-Nd同位素记录了与全岩相似的变化趋势。这表明地壳混染和分离结晶控制了岩浆同位素变化，而低硅的钾镁煌斑岩最接近原始幔源岩浆成分。少量单斜辉石斑晶中出现了溶蚀状的绿核辉石，这些绿核辉石具有异常高的?Nd和硬玉组分、以及异常低的镁，结合辉石压力计结果，表明它们的母岩浆来源于加厚（40-60千米）下地壳的基底岩石熔融。这一发现揭示羌塘东部基底应具有比高硅火山岩更高的Pb-Nd同位素组成，与羌塘中部新生代火山岩中麻粒岩捕虏体同位素特征相吻合。

　　因此，羌塘地块不具备克拉通古老下地壳那种极低Pb-Nd同位素的基底，统计的中?新生代岩浆岩数据也表明羌塘岩石圈在11Ma之前不存在如此低的Pb-Nd同位素储库。作为微陆块或显生宙岛弧地体的羌塘地块，其相对较薄的岩石圈无法像克拉通那样长期抑制地幔熔融而保持岩浆寂静，因此缺乏形成极低Pb-Nd同位素储库的地质条件。所以，长距离（~600千米）水平俯冲的印度克拉通地幔才是玉树钾镁煌斑岩的源区。

　　地表热流值约束的热岩石圈厚度也表明藏东玉树地区存在巨厚（>200千米）的岩石圈。这次的新发现表明这种巨厚岩石圈不是加厚的西藏岩石圈，而是水平俯冲的印度克拉通。通过筛选符合本研究结论的地震层析成像模型发现，高原中北部高热流区与南、东、西部低热流区存在显著地形差异：前者地势相对平坦，而后者地形起伏较大。

　　考虑到加厚地壳熔融可通过流变学弱化作用促进地形夷平，该研究认为东西向差异俯冲的冷印度克拉通塑造了现今高原地形。