研究亮点

戴紧根:青藏高原北部可可西里盆地埋藏与剥露的碎屑(U-Th)/He年龄约束【BR,2019】
发布:科技处 2019-11-18 阅读:

青藏高原是地球上最大最高的高原,其形成过程伴随了大量隆升和剥露,可能触发了新生代全球变冷和改变了海水同位素组成。因此,获取青藏高原在地质历史时期扩展的范围、时间和方式,对于理解岩石圈与大气圈和海洋之间的复杂相互作用非常重要。为了约束青藏高原隆升和剥露历史,前人在不同地区采用了多种不同方法,揭示了青藏高原南部和中部在白垩纪晚期古近纪早期开始发生隆升和剥露。而对于青藏高原北部隆升和剥露的时限及机制却存在至少以下两种不同观点:(1)渐新世晚期中新世,晚于印度亚洲碰撞,是青藏高原向北扩展的响应;(2)始新世,与印度亚洲碰撞近乎同时,是对陆陆碰撞的响应。前人对青藏高原北部隆升与剥露的研究多数基于区域地层接触关系,即使少有的研究中报道了相关低温热年代学年龄,但是由于其样品数量有限,且采样位置在断层带附近而使得其热历史的理解存在较大的不确定性。

针对上述科学问题,我校大陆汇聚与青藏高原隆升求真研究群体戴紧根副教授、王成善教授、李亚林教授和韩续博士研究生及其合作者选择了青藏高原北部面积最大的新生代沉积盆地(即可可西里盆地)为研究区域,对可可西里盆地东部的风火山群和西部的康托组开展了详细的地层剖面测量和碎屑锆石和磷灰石的(U-Th)/He年龄测定等研究工作。根据所获得的低温热年代学年龄并结合区域地质情况,该研究开展了详细的反演和正演模拟,以试图揭示青藏高原北部的剥露历史。研究取得的新认识如下:

1、可可西里盆地的碎屑锆石和磷灰石(U-Th)/He年龄数据相对分散,使得从中萃取有地质意义的信息较为困难。为了获得样品所经历的热历史,该研究综合使用了反演和正演模拟,结果显示:在30–25 Ma期间,可可西里盆地东部的风火山群经历了最大埋藏温度,约为100–80°C;在40–35 Ma期间,可可西里盆地西部的康托组达到最大埋藏温度,约为100–70°C。达到最大埋藏温度之后的冷却一般被认为是盆地本身开始剥露的表现,因此上述模拟结果说明可可西里盆地东、西部最初开始剥露时间分别是 30 Ma40 Ma。这种剥露时间的差异可能是由柴达木地块斜向俯冲到可可西里盆地之下造成的。

2、揭示的青藏高原北部初始剥露时间晚于高原南部和中部,说明青藏高原经历了多期次的剥露,且逐渐向北扩展。根据最大埋藏温度计算的可可西里盆地东、西部相应的垂直剥露量分别为4-2.7 km4-2.3 km。综合考虑地壳缩短、剥露量、地壳均衡和地表隆升等要素,使用1D模型用来预测可可西里盆地东部发生剥露后地表古高程。模拟结果表明,在经历30-27 Ma期间的上地壳缩短后,可可西里盆地本身的古高程为1.8-2.8 km,还需要增加1-2 km的地表隆升才能达到现今海拔。根据区域地质资料,提出自渐新世晚期以来青藏高原内不同地体的俯冲、岩石圈剥离对流和岩浆底侵等深部过程可能是导致可可西里盆地东部高程增加的主要因素,而上地壳缩短变形对于该阶段的隆升和剥露基本没有贡献。

3、针对碎屑低温热年代学年龄普遍离散的基本事实,提出沉积岩在埋藏前的剥露历史会一定程度上影响碎屑低温热年代学年龄,从而增加了年龄的离散程度。通过设定一系列地层沉积年龄、最大埋藏温度以及达到最大埋藏温度的时间等参数,结合样品埋藏前不同的剥露历史,该研究发展了一个正演模拟的方法,从而为利用碎屑低温热年代学来约束盆地埋藏与剥露历史提供了一个较为合理的研究手段。

该研究基于青藏高原北部可可西里盆地的新生代地层中的碎屑锆石和磷灰石的(U-Th)/He年龄的分析,采用了反演和正演的模拟方法,获取了有地质意义的热演化历史,从而为可可西里盆地的最大埋藏温度和最初开始发生剥露的时间提供了重要约束,进而限定了青藏高原扩展时间和方式。该研究揭示渐新世晚期之后,可可西里盆地剥露与上地壳缩短之间存在解耦现象,从而提出多种不同深部过程可能主导了新生代晚期的剥露。

1:青藏高原数字高程图,显示了可可西里盆地(HXB)新生代地层以及已发表的低温热年代学年龄

2:可可西里盆地东部风火山群(a)和可可西里盆地西部康托组(b)碎屑低温热年代学年龄的QTQt反演模拟结果

3:可可西里盆地东部风火山群正演模拟计算的磷灰石(U-Th)/He年龄与eU关系图(左栏),基于不同的时间-温度路径(右栏)

4:可可西里盆地东部地壳缩短、剥露量与地表高程之间关系模拟图

上述研究成果发表在地质学国际权威刊物《Basin Research》上:Dai, J.G*., Fox, M., Shuster, D.L., Hourigan, J., Han, X., Li, Y. L., Wang, C. S. 2019. Burial and exhumation of the Hoh Xil Basin, northern Tibetan Plateau: Constraints from detrital (U-Th)/He ages. Basin Research, 00: 1-22. [IF2018=3.542]

全文链接https://doi. org/10.1111/bre.12405

 

附件20191118084633648488.pdf (1.2722235MB)