贾振华｜赵盼等：古地磁研究揭示印度—亚洲碰撞期间青藏高原两阶段地壳缩短

论文信息：贾振华，赵盼*，侯祎斐，刘越，李思远，马嘉辉，邓成龙. Position of the Lhasa Terrane and two-stage crustal shortening during the India–Asia collision[J].Geophysical Research Letters. DOI: https://doi.org/10.1029/2026GL124529.

印度—亚洲碰撞是新生代以来最重要的大陆碰撞事件之一，不仅塑造了青藏高原现今的构造格局和地形地貌，也深刻影响了亚洲季风、全球气候和生物演化。然而，印度—亚洲大陆碰撞究竟发生于何时，以及碰撞之后青藏高原内部如何响应持续汇聚，至今仍存在较大争议。

作为碰撞前亚洲大陆的最南缘，拉萨地体的古纬度变化直接记录了印度—亚洲碰撞及其后续地壳变形过程。过去数十年，大量古地磁研究试图恢复拉萨地体的古位置，但已发表结果存在明显分散。例如，在~55 Ma这一关键时期，不同研究给出的拉萨地体古纬度可从约7°N变化至30°N以上。这种差异可能受到沉积倾角浅化、次生重磁化以及古地磁场长期变化平均不足等因素的影响，使印度—亚洲碰撞时期拉萨地体的准确位置仍难以确定。

针对这一问题，中国科学院地质与地球物理研究所古地磁与年代学实验室研究团队对西藏林周盆地林子宗群年波组开展了系统的锆石U–Pb年代学、岩石磁学和古地磁学研究，并结合已发表的白垩纪—始新世古地磁结果，重新约束印度—亚洲碰撞关键时期拉萨地体的古纬度演化及其地壳缩短过程（图1）。

图1 研究区地质背景及采样位置。（a）青藏高原主要构造单元；（b）拉萨地体林子宗群分布；（c）林周盆地地质图及年波组古地磁采样剖面；（d–g）年波组野外露头

研究团队在林周盆地年波组连续地层剖面开展古地磁采样。岩石磁学实验显示，年波组砂岩、灰岩和凝灰岩样品的主要载磁矿物为赤铁矿，同时含有一定比例的磁铁矿（图2）。热退磁实验分离出稳定的高温特征剩磁分量。共对274个样品开展系统热退磁，其中139个样品获得稳定的特征剩磁方向，包括49个正极性和90个负极性样品。地层校正后的特征剩磁平均方向为D = 0.4°、I = 18.4°、k = 26.1、α95 = 2.4°。进一步考虑沉积岩可能存在的倾角浅化效应，研究利用E/I方法进行校正，获得倾角浅化因子f = 0.63（图2）。校正后的平均方向为D = 0.3°、I = 26.7°、k = 29.9、α95 = 2.8°（图2）。由此计算得到拉萨地体古地磁极为74.1°N、270.1°E（A95 = 2.2°），对应林周地区约55–53 Ma的古纬度为14.1 ± 2.2°N。

图2 年波组岩石磁学和古地磁学结果。（a–d）三轴IRM、磁滞回线、IRM获得曲线及矫顽力组分分析；（e）典型热退磁正交投影图；（f–h）原位、倾斜校正及E/I校正后的古地磁方向；（i，j）E/I倾角浅化校正结果

从剖面中、下部采集两件凝灰岩样品进行SIMS锆石U–Pb定年。两个凝灰岩样品分别获得54.59 ± 0.68 Ma和53.97 ± 0.43 Ma的锆石U–Pb年龄，为磁性地层对比提供了关键年代学锚点。结合古地磁极性序列，研究识别出7个磁性地层带，包括3个正极性带和4个负极性带。综合磁性地层学和锆石U–Pb年代学结果，研究将林周盆地年波组的沉积时代限定在约55.37—52.54 Ma（图3）。

图3 年波组磁性地层及锆石U–Pb年代学结果。（a）年波组岩性柱；（b，c）古地磁VGP纬度及极性序列；（d）与标准地磁极性年代表的对比；（e，f）两件凝灰岩样品的SIMS锆石U–Pb定年结果

为了进一步恢复拉萨地体从晚白垩世到始新世的古位置，研究团队系统整理了拉萨地体东部及相邻地区已有的可靠古地磁数据。结果显示，晚白垩世拉萨地体东部位于~10.5 ± 1.4°N；~55-53 Ma拉萨地体已移动至14.1+2.2°N；综合帕那组已发表古地磁结果， 拉萨地体在~52-48 Ma古纬度为20.1+3.8°N。由此可见，从晚白垩世到~50 Ma，拉萨地体东部表现出两个明显的古纬度变化阶段：第一阶段约由10.5°N移动至14.1°N，纬度变化为3.6 ± 2.1°；第二阶段由14.1°N进一步移动至20.1°N，纬度变化为6.0 ± 3.5°。换算为南北向距离，分别约为400 ± 230 km和660 ± 380 km。

如果上述古纬度变化仅代表整个亚洲大陆整体向北平移，则东亚和羌塘地体应当表现出类似的纬度变化。然而，古地磁资料显示，晚白垩世—始新世期间东亚及羌塘地体的古纬度总体保持稳定，而拉萨地体却持续向北迁移。同时，前人研究表明拉萨地体与羌塘地体之间的班公湖—怒江洋在晚白垩世之前已经闭合，两地体已经发生碰撞。因此，拉萨地体之后相对于羌塘地体继续向北运动，需要通过拉萨地体内部或拉萨—羌塘地体之间的构造变形加以吸收。

综合古地磁和区域构造资料，研究团队提出，拉萨地体东部的两阶段古纬度变化更可能记录了印度—亚洲碰撞过程中的两阶段地壳缩短。第一阶段约400 ± 230 km的缩短可能与特提斯喜马拉雅地体向北漂移并于~61–55 Ma与亚洲南缘发生碰撞有关。随后，印度大陆继续快速向北运动。年波组~55–53 Ma的沉积时代记录了印度—亚洲主体碰撞阶段；此后至~52–48 Ma，东部拉萨地体进一步向北移动约660 ± 380 km。这一阶段与印度板块高速北向运动及随后约51 Ma附近明显减速的时间基本一致，因此可能反映印度—亚洲大陆碰撞引起的强烈地壳缩短。

图4 晚白垩世—始新世拉萨地体古纬度演化及印度—亚洲碰撞古地理重建。（a）拉萨地体、特提斯喜马拉雅、印度大陆、羌塘地体及稳定东亚块体的古纬度变化；（b）印度—亚洲碰撞关键阶段古纬度演化，其中东部拉萨地体经历3.6 ± 2.1°和6.0 ± 3.5°两阶段纬度变化；（c–e）特提斯喜马拉雅—亚洲碰撞、印度—亚洲初始碰撞及碰撞后缩短阶段的古地理重建

该研究通过将高精度SIMS锆石U–Pb年代学、岩石磁学和古地磁学相结合，获得了印度—亚洲碰撞关键时期拉萨地体东部新的古纬度约束，并进一步综合区域古地磁和构造地质资料，提出印度—亚洲碰撞过程中可能存在两个强度不同的地壳缩短阶段。研究结果表明，青藏高原南部的大规模地壳缩短可能主要集中在印度—亚洲碰撞后的最初几个百万年内，而约50 Ma以后拉萨地体的南北向缩短显著减弱。这一研究为进一步认识印度—亚洲碰撞时间、碰撞后青藏高原内部变形以及拉萨地体古地理演化提供了新的古地磁学约束，也为理解大陆碰撞过程中地壳缩短的时空演化提供了新的视角。