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谢成良:中新世中期以来藏南碰撞造山带中地壳部分熔融【JGR-SE,2021】
2021-09-22 阅读:9487

作为印度-欧亚大陆碰撞的边缘,青藏高原南部碰撞造山带地区壳幔结构与深部过程长期以来受到广泛关注。地震与大地电磁测深资料表明,区域内广泛分布壳内低速/高导层(“亮点”),并通常被认为是由流体相引起的“弱”地壳的反映;而进一步关于其诱发原因究竟是含水流体,或是局部熔融的讨论,仍存在较大争议。构建地球物理模型与高温高压实验数据间的约束关系,则可能是减少上述争议的有效途径。

针对上述问题,中彩网首页(北京)地球物理电磁法研究团队谢成良讲师、金胜教授、魏文博教授等,利用INDEPTH及中国地质调查项目在西藏南部完成的部分大地电磁测深数据(图1),构建了数据覆盖区三维中上地壳电性结构模型(图2)。基于电性依据及岩石物理实验数据、典型经验公式等不同方法的约束关系,对研究区中地壳熔融体含量、流变性特征等问题进行了讨论。取得如下主要成果:

1)拉萨地体10-28 km深度范围等效电导率达到0.3 S/m(图3),根据岩石物理实验结果,这一电导率值对应高达35 vol%的局部熔融(图4);而特提斯喜马拉雅造山带等效电导率< 0.2 S/m,对应不超过15 vol%的熔体含量。沿~ 91°E ~ 92°E,高熔体百分比区域穿过雅江缝合带且向南延伸~ 75km

2)电性结构模型与岩石物理实验及典型经验公式约束关系表明,尽管不同方法获得的粘滞系数具有4-6个量级的显著差异,但二者均反映了研究区中地壳具有异常低的粘度特征。同时,低粘度区域不仅分布于裂谷下方,在裂谷之间也有体现。这一裂谷与低粘度区域的空间分布关系表明,壳内东西向伸展构造活动与岩石圈形变可能存在弱耦合。

3)结合前人研究结果,推测放射性生热与应变产热可能是中新世中期以来,研究区中地壳局部熔融的主要热源机制。由于榴辉岩化印度下地壳的隔离吸收作用,来自幔源的上涌物质可能主要作用于下地壳的局部熔融作用,而对中地壳贡献较小。

4)推测自大陆碰撞以来,受不同构造形变环境及加热机制的影响,研究区壳内局部熔融作用大致可分为两个阶段(图5):主碰撞(~ 6541 Ma)与晚碰撞期(~ 4026 Ma),局部熔融作用主要受到软流圈上涌的影响,而板块断裂及大型构造形变(如大型走滑断裂)为幔源物质提供了窗口。后碰撞期(~ 260 Ma)又可进一步分为两个阶段,早期(~ 26–13 Ma)岩浆作用主要受岩石圈地幔的对流作用和/或俯冲板块的断裂或撕裂作用影响;而后(~ 130 Ma),中地壳局部熔融则主要为放射性生热及应变产热共同作用的结果。

上述成果与讨论基于现今地球物理电性结构模型,结合地球化学等资料,尝试从时间尺度对青藏高原南部中地壳局部熔融作用进行了讨论分析。相关研究对于深入理解高原隆升机制、板块汇聚吸收作用、地壳缩短等科学问题具有重要的参考价值。


图1 大地电磁测深点位布置图


图2 3D电性结构模型水平切片


图3 地下10-28 km深度范围等效电导率


图4 基于不同方法的熔融含量估算结果


图5 局部熔融演化历史示意图


上述研究成果发表于国际地球物理学著名期刊刊物《Journal of Geophysical Research-Solid Earth》上:Xie, C., Jin, S., Wei, W., Ye, G., Jing, J., Zhang, L., et al. (2021). Middle crustal partial melting triggered since the mid-Miocene in southern Tibet: Insights from magnetotelluric data. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 126, e2021JB022435. (IF2020 = 3.848)

全文链接:https://doi.org/10.1029/2021JB022435