印度板塊與歐亞板塊的碰撞時間是青藏高原研究中歷時最長、爭議最大的熱點問題之一。鑒于印度板塊與歐亞板塊的碰撞邊界超過2000km，且印度板塊與歐亞板塊的碰撞作用在喜馬拉雅造山帶的東、西兩端形成兩個楔入“犄角”（東、西構(gòu)造結(jié)），因此，印度板塊究竟以何種方式與歐亞板塊發(fā)生碰撞？在碰撞邊界的不同地段具有怎樣的碰撞時限？這些都是青藏高原研究中的重要問題。對西構(gòu)造結(jié)而言，帕米爾弧形構(gòu)造帶的北緣在新生代至少向北推進了300-400 km，同時，地殼發(fā)生強烈的增厚縮短并伴隨造山帶的構(gòu)造抬升以及帕米爾弧形構(gòu)造帶兩側(cè)前陸盆地的巨厚沉積。造山帶與前陸盆地在空間上相互依存，因此，從盆山耦合的角度探討造山帶的構(gòu)造演化歷史，無疑是大陸動力學(xué)重要的研究方法之一。
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所新生代地質(zhì)與環(huán)境研究室研究員孫繼敏與其合作者，對帕米爾東北緣前陸盆地奧依塔克剖面(圖1)，開展了砂巖成分、碎屑鋯石的U-Pb年齡與Hf同位素、磁組構(gòu)、穩(wěn)定同位素物源示蹤等綜合研究。該剖面的下部夾有始新世的海相地層，他們此前在古生物化石基礎(chǔ)上，結(jié)合磁性地層學(xué)序列，建立了該剖面~65-24 Ma以來的時間標尺(圖2)。結(jié)合物源分析，他們提出帕米爾東北緣前陸盆地奧依塔克剖面47Ma以來物源發(fā)生重要改變，而這一改變與印度板塊與亞洲南緣的科希斯坦-拉達克弧 (Kohistan-Ladakh)的碰撞導(dǎo)致的造山帶隆升與物質(zhì)剝蝕有關(guān)。研究顯示，碎屑鋯石的U-Pb年齡譜在47Ma之后樣品中新增了100-40Ma年輕的鋯石組分，其侵入巖主要見于科希斯坦-拉達克弧 (Kohistan-Ladakh)以及毗鄰的喀喇昆侖和南帕米爾地塊，結(jié)合鋯石的Hf同位素結(jié)果，他們認為在 47Ma以后，奧依塔克剖面新增了來自科希斯坦-拉達克弧以及喀喇昆侖的物源，排除了南帕米爾來源的可能性。此外，磁組構(gòu)的結(jié)果表明磁化率與磁組構(gòu)參數(shù)均在47Ma之后整體上顯著增大，磁化率與磁組構(gòu)參數(shù)之間的同步變化表明磁組構(gòu)主要為沉積成因，二者在47Ma后的增強主要是新加入了磁性更強的來源物質(zhì)，這與科希斯坦-拉達克弧以及喀喇昆侖地塊100-40Ma期間大量的強磁性I-型花崗巖的后期剝蝕風(fēng)化有關(guān)。碳酸鹽組分的氧同位素以及全巖樣品的Nd同位素曲線同樣反映了47Ma之后的物源改變(圖3)。
在上述工作基礎(chǔ)上，他們還提出了西構(gòu)造結(jié)的新生代演化模式(圖4)。在晚白堊時(圖4a)，科希斯坦-拉達克弧沿Shyok縫合帶與亞洲南緣碰撞，印度板塊與科希斯坦-拉達克弧之間為新特提斯洋所隔；早始新世末期的47Ma(圖4b)，印度板塊與科希斯坦-拉達克弧碰撞，結(jié)束了新特提斯洋在西構(gòu)造結(jié)的存在歷史；47-34 Ma (圖4c)，受印度板塊向北的強烈擠壓推覆作用，導(dǎo)致科希斯坦、喀喇昆侖地體的強烈抬升與物質(zhì)剝蝕，來自該地的碎屑物質(zhì)連同更北的造山帶物質(zhì)，被河流帶入帕米爾東北緣的前陸盆地；34 Ma以后 (圖4d)，隨著帕米爾弧形構(gòu)造帶呈突刺狀向北強烈擴展和遠程效應(yīng)影響，帕米爾北緣不斷隆升，逐漸阻隔了來自科希斯坦、喀喇昆侖地體的物質(zhì)，新的物質(zhì)來源以帕米爾、昆侖山地體為主。
以上研究成果近期發(fā)表在國際地球科學(xué)期刊Tectonics (Sun et al. Provenance change of sediment input in the northeastern foreland of Pamir related to collision of the Indian Plate with the Kohistan-Ladakh arc at around 47 Ma. Tectonics, 2016, 35: 315-338)。
圖1 奧依塔克剖面的地理位置
圖2 奧依塔克剖面的砂巖成分變化與年代學(xué)標尺
圖3 奧依塔克剖面碎屑鋯石U-Pb年齡譜，顯示47Ma之后樣品中新增了100-40Ma年輕的鋯石組分
圖4 西構(gòu)造結(jié)的新生代演化模式
