喜马拉雅碰撞造山过程:变质地质学视角

本文从变质地质学视角出发,介绍了喜马拉雅造山带的研究意义、地质概况和近年来作者在喜马拉雅碰撞造山过程研究中的进展。喜马拉雅造山带是威尔逊旋回中陆陆碰撞造山带的典型代表,从中揭示的大陆碰撞造山过程、规律及效应,可为探索地球从古至今的碰撞造山带演化研究所借鉴。其中,大陆碰撞造山机制的研究是其核心内容。大陆碰撞造山机制存在临界楔和隧道流两种端元模型之争,其分别对造山带核部高级变质岩折返的P-T-t轨迹和时空演化序列进行了不同的预测。上述争议可通过研究喜马拉雅核部高级变质岩(高喜马拉雅)的P-T-t轨迹和折返过程来限定,据此可将喜马拉雅碰撞造山过程划分为三个演化阶段。阶段一:60~40 Ma,软碰撞期,造山带地壳加厚至约40 km并发生小规模部分熔融,这些早期地壳加厚记录大多已被剥蚀,零星保存于前陆飞来峰和北喜马拉雅片麻岩穹隆中;喜马拉雅山从海平面以下抬升至>1000 m。阶段二:40~16 Ma,硬碰撞期,造山带地壳加厚至60~70 km,发生大规模高级变质和深熔作用,高喜马拉雅内部的三个次级岩片沿着“原喜马拉雅逆冲断层”、“高喜马拉雅逆冲断层”、“主中央逆冲断层”顺序式向南挤出,形成了现今喜马拉雅造山带的核部主体,地壳堆叠使喜马拉雅山快速隆升至≥5000 m。阶段三:16~0 Ma,晚碰撞期,造山带山根榴辉岩化发生局部拆沉,但大陆汇聚仍在持续、造山带尚未发生垮塌,小喜马拉雅折返、前陆盆地形成,喜马拉雅山达到和维持现今平均高度~6000 m。因此,喜马拉雅生长过程的一级次序是顺序式向南扩展的,受控于临界楔模型,而隧道流只起次级作用。山根深部热流过程对造山带的地壳结构和地表高程有巨大的改造作用。未来对喜马拉雅造山带的变质地质学研究可能存在以下几个关键科学问题:(1)喜马拉雅极端变质作用与重大碰撞造山事件的关联;(2)喜马拉雅稀有金属成矿与接触变质作用的关联;(3)喜马拉雅变质脱碳作用与大陆碰撞带深部碳循环和通量。