印度-欧亚碰撞造山带是目前环球正在活跃的最大的陆陆造山体系,是研究大陆碰撞动力学及板块构造“登岸”的自然实验室(吴福元等,2008)。依据经典板块构造理论,大陆地壳尤其是低密度的长英质地壳,难以发生深俯冲,因此一样寻常以为陆陆碰撞体系的长英质地壳物质是守恒的;然而前人关于印度-欧亚造山体系的物质损失计算表明存在近50%的大印度大陆的物质损失无法表明(Replumaz et al., 2010; Yakovlev et al., 2014; Ingalls et al., 2016)。这些消失的大印度大陆的地壳去哪了是目前印藏碰撞体系研究的关键科学问题之一。此外,大量的古地磁研究工作表明大印度大陆自碰撞以来不停维持较高的汇聚速度(van Hinsbergen et al., 2011),印度-欧亚板片间长周期、高速率汇聚的驱动力也是大陆碰撞动力学一个仍未探明的科学问题。
在国家自然科学基金委重大研究筹划《特提斯地球动力学体系》的重点项目资助下,北京大学张立飞团队比年来在中喜马拉雅造山带厘定出了一条东西向延长200多公里的榴辉岩带,它西起定结的通门地区(Li et al., 2019),经定日的日屋(Wang et al., 2017),到东部的亚东地区以及与不丹西部接壤的边境地区(Wu et al., 2022),这条榴辉岩变质带是由麻粒岩化榴辉岩和榴辉岩相变质的蓝晶石云母片麻岩构成,它们形成时代为15-17Ma,是印度大陆板块持续向欧亚板块俯冲发生榴辉相变质作用形成。在此基础上,张立飞教授团队与中国科学院大学地球与行星科学学院李忠海教授互助,开展了印度大陆深俯冲数值模仿研究,计算了大印度大陆长英质地壳的物质损失量,并利用热力学计算与动力学模仿相结合的方法,进一步展现了变质致密化对陆陆碰撞及大陆深俯冲动力学过程的影响,提出深俯冲超高压变质致密化导致的印度大陆的持续深俯冲作用大概是印度大陆长英质地壳物质消失的紧张原因。该成果在线发表在近来一期《Communications Earth & Environment》上,北京大学博士、中国科学院大学在站博士后王杨为论文的第一作者,张立飞、李忠海为论文的通讯作者。
该项研究基于具有良好大印度大陆面积束缚的重修结果(Yakovlev & Clark, 2014; Gibbon et al., 2012; Replumaz et al., 2010; Ingalls et al., 2016; Meng et al., 2019),在体系考虑地壳增厚,风化剥蚀及侧向逃逸作用后,物质均衡计算表明大印度大陆长英质物质损失量在1.36×107 km3到5.04×107 km3之间,即约20%-47%碰撞前的大印度板块的长英质地壳在印度-欧亚汇聚过程中发生缺失,大概率通过俯冲进入深部地幔。
详见原文:Wang, Y., Zhang, L. & Li, ZH. Metamorphic densification can account for the missing felsic crust of the Greater Indian continent. Communications Earth & Environment 3, 166 (2022). https://doi.org/10.1038/s43247-022-00493-8. 研究成果受国家自然科学基金委《特提斯地球动力学体系》重大研究筹划资助(项目号:91755206, 91855208)。
Wu, C., Zhang, L., Li, Q., Bader, T., Wang, Y., & Fu, B. Tectonothermal transition from continental collision to post-collision: Insights from eclogites overprinted in the ultrahigh-temperature granulite facies (Yadong region, central Himalaya). Journal of Metamorphic Geology 40(5), 955–981 (2022). https://doi.org/10.1111/jmg.12653
Li, Q., Zhang, L., Fu, B., Bader, T., & Yu, H. Petrology and zircon U–Pb dating of well-preserved eclogites from the Thongmn area in central Himalaya and their tectonic implications. Journal of Metamorphic Geology 37(2), 203–226 (2019). https://doi.org/10.1111/jmg.12457.
Wang, Y., Zhang, L., Zhang, J., & Wei, C. The youngest eclogite in central Himalaya: P–T path, U–Pb zircon age and its tectonic implication. Gondwana Research 41, 188–206 (2017). https://doi.org/10.1016/j.gr.2015.10.013
Ingalls, M., Rowley, D. B., Currie, B. & Colman, A. S. Large-scale subduction of continental crust implied by India-Asia mass-balance calculation. Nature Geoscience 9, 848–853 (2017). https://doi.org/10.1038/ngeo2806
Replumaz, A., Negredo, A. M., Guillot, S., Beek, P. V. D. & Villaseor, A. Crustal mass budget and recycling during the India/Asia collision. Tectonophysics 492, 99–107 (2010). https://doi.org/10.1016/j.tecto.2010.05.023
Yakovlev, P. V. & Clark, M. K. Conservation and redistribution of crust during the Indo-Asian collision. Tectonics 33, 1016–1027 (2014). https://doi.org/10.1002/2013TC003469
van Hinsbergen, D. J. J., Steinberger, B., Doubrovine, P. V., & Gassmller, R. Acceleration and deceleration of India-Asia convergence since the cretaceous: Roles of mantle plumes and continental collision. Journal of Geophysical Research 116, B06101 (2011). https://doi.org/10.1029/2010jb008051