青藏高原具有巨厚（~ 50–90 km）的大陸地殼，是地球上最大、最高的新生代高原。三種主要的機(jī)制被用于解釋其地殼增厚過程和高海拔地形的形成：增厚地幔巖石圈的減薄、陸內(nèi)俯沖和地殼流動（或通道流）。產(chǎn)生上述爭論的主要原因是目前青藏高原深部地殼、巖石圈地幔熱演化資料的缺少，以及地殼物理觀測到青藏高原地殼15–50 km深處的低速層（LVZs）和高導(dǎo)層（HCZs）(圖1)的多解性。這些低速-高導(dǎo)層（LV–HCZs）被許多研究者認(rèn)為是地殼軟弱帶（weak layers），其形成可能與這些因素有關(guān)：一系列各向同性晶體中云母的近水平定向排列、地幔熔體的出現(xiàn)、含水流體、地殼剪切帶，或帶內(nèi)熔體的出現(xiàn)�；谏钊廴垠w、數(shù)值模擬、大地電磁和地震的證據(jù)，地殼通道流模型認(rèn)為這些低速-高導(dǎo)層就是地殼內(nèi)的部分熔融層。有關(guān)低速-高導(dǎo)層的爭議表明，如果要揭示其特征和起源，就必須要有來自深部地殼巖石樣品的直接證據(jù)。
來自深部地殼或上地幔的火山巖及包體為揭示青藏高原深部地殼、地幔熱狀態(tài)提供了重要信息�；诟咴胁壳继恋貐^(qū)新生代火山巖中地殼麻粒巖包體和有限的地震波速資料，前人認(rèn)為青藏高原中下地殼太干而不可能發(fā)生地殼熔融。這導(dǎo)致一些研究者對地殼流動導(dǎo)致高原生長的模型產(chǎn)生了強(qiáng)烈質(zhì)疑。特別是在青藏高原中北部，這種質(zhì)疑更多。但是，一些其他的研究認(rèn)為地殼熔融在觸發(fā)地殼弱化和流動方面發(fā)揮了重要作用。
針對上述低速-高導(dǎo)層成因的問題，在中國科學(xué)院先導(dǎo)專項（B）課題（XDB03010600）、國家杰出青年基金項目（41025006）、廣東省領(lǐng)軍人才項目（2014TX01Z079）和中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所“135”項目（135TP201601）的資助下，廣州地化所和中科院青藏高原卓越創(chuàng)新中心研究員王強(qiáng)及其合作者、團(tuán)隊對青藏高原中北部羌塘、松潘-甘孜和昆侖地區(qū)新生代火山巖和包體（圖1）開展了深入研究，報道了該區(qū)上新世-第四紀(jì)（4.7–0.3 百萬年前（Ma））粗安巖、英安巖、流紋巖及其捕獲包體的巖石學(xué)和地球化學(xué)資料。通過詳細(xì)的地球化學(xué)研究（圖2），并結(jié)合前人開展的地殼巖石熔融實驗資料（圖3a），王強(qiáng)等認(rèn)為該區(qū)上新世-第四紀(jì)的長英質(zhì)巖漿由地殼巖石在700–1050 ºC 的溫度和 0.5–1.5 GPa的壓力條件下熔融形成。
上述巖漿產(chǎn)生的溫壓條件與目前基于地球物理、地殼包體和地球物理與巖石學(xué)模擬研究得出的青藏高原中北部現(xiàn)今的地溫曲線一致（圖3b）。這表明青藏高原中北部中下地殼的高溫導(dǎo)致了地殼巖石缺流體的熔融。簡單批次熔融模擬計算顯示，青藏高原中北部地殼熔體來自地殼巖石8–22%的熔融。這個熔體分?jǐn)?shù)與大地電磁和熔融與模擬實驗研究揭示出的青藏高原的地殼低速-高導(dǎo)層形成所需要的熔體分?jǐn)?shù)（5–23 %和8–23%）非常一致。這表明，在上新世-第四紀(jì)，青藏高原中北部地殼巖石在低速-高導(dǎo)層出現(xiàn)的15–50 km深處發(fā)生了 8–22%熔融。因此，上述研究為低速-高導(dǎo)層是地殼熔體的源區(qū)提供了新的巖石學(xué)證據(jù)。青藏高原中北部中下地殼中8-20% 熔體的出現(xiàn)將導(dǎo)致該區(qū)地殼強(qiáng)度明顯被改變。這將有利于青藏高原中北部熔體弱化的中下地殼向北和向東流動。在高溫、部分熔融中下地殼中，地殼熔體強(qiáng)化的塑性流動使得青藏高原很容易保持較為一致的抬升，并觸發(fā)在其北部、東部邊緣發(fā)生擴(kuò)展和頻繁的地震。
上述文章于6月16日發(fā)表在Nature Communications (Wang, Q.*, Hawkesworth, C. J. *, Wyman, D., Chung, S.-L., Wu, F.-Y. Li, X.-H., Li, Z.-X., Gou, G.-N., Zhang, X.-Z., Tang, G.-J., Dan, W., Ma, L., Dong, Y.-H. 2016. Pliocene–Quaternary crustal melting in central and northern Tibet and insights into crustal flow. Nature Communications, 7:11888, doi: 10.1038/ncomms)。
圖1 橫穿青藏高原的綜合示意剖面
圖2 選擇的巖漿巖特征與緯度變化圖解
圖3 青藏高原中北部地殼熱狀態(tài)
