冈底斯山隆起机制探讨（Raising the Gangdese Mountains in southern Tibet）

作者：朱弟成（Di-Cheng Zhu）

文章类型

解决具体问题

摘要

山脉的隆起很大程度上受地壳增厚/地幔动力学过程控制（例如，岩石圈拆沉或板块断裂）
确定了冈底斯弧地壳增厚历史（使用La/Yb ratio）

1.Introduction

要点：
1. 前人结果：南青藏高原的高海拔（地壳增厚→均衡→隆起）；北青藏高原的高海拔（岩石圈地幔拆沉→补偿）
2. 未解决的问题：隆起时间在晚白垩纪还是在新生代？构造/岩浆活动的相对贡献比例大概是多少？
3. 前人研究表明，地球化学指数能够确定古地壳厚度
4. 假设Airy Isostatic Compensation，就能推测冈底斯山的古高度
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2.Gangdese Arc and Samples

总结：

（介绍了研究区域主要地质单元）

冈底斯弧：新特提斯洋沿着拉萨块体南边界北向俯冲，导致a continental arc形成。现在，它表现为大量的冈底斯岩基和Linzizong火山序列
1. 冈底斯弧侵入岩（the Gangdese/the Transhimalayan batholith）：1500km长，20~60km宽
2. 岩浆活动时间：95-90Ma, 52-48Ma集中活动；18-14Ma广泛但喷出岩浆体积并不很多（岩浆属性为：felsic-dominated plutonism）
（介绍了一些岩石的特性）

3.Methods and Results

要点：
1. 方法简介：长石的分馏（fractionation）增加了长英质熔体中的Rb/Sr比；因此，高Rb/Sr比意味着高度分化（or 分馏fractionated）的岩浆
2. 长长的综述：
  1. 描述岩浆→岩石过程中的细化过程：
    1. 钙碱性岩石&高La/Yb与Sr/Y比→石榴石残留相（residual phase）
    2. 榴辉岩化洋壳或陆壳 → 熔融 → 产生高La/Yb与Sr/Y比的中间(intermiate)岩浆
    3. 新特提斯洋俯冲后，岩浆活动的两个phase：洋壳熔融 → slab-derived melt与地幔楔橄榄岩的相互作用
    4. 结论：排除两类岩石的使用(the 122–100 Ma high-Mg dioritic samples and the 96–82 Ma intermediate samples)
  2. 安第斯型汇聚边界的地壳厚度与arc lavas的地球化学指标相关
    1. （相关性的依据）
    2. 问题：相关性在碰撞时和庞庄后的环境中是否使用尚未证实
    3. 结论：（某些时段的岩石样品结果可能会有问题）
  3. arc basalts（玄武岩）Ce/Y比值& arc intermediate rocks La/Yb和Sr/Y比值的意义：显示了岩浆源区的矿物组合(amphibole + plagioclase + garnet) → 可以用于约束冈底斯弧区域的地壳厚度
3. 最后，指出本文的主要技术路线：La/Yb，并且给出了结果（下图）
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4.Discussion

总结：
1. 冈底斯弧区地壳厚度随时间的演化：
  1. 70Ma：~37km，但有局部增厚（47±9km，见下图）
  2. 60Ma：~37km，局部可以达到58±10km
  3. 55-45Ma：（58~50）±10km（与60Ma的结果共同考虑，与埃达克岩记录较为一致）
  4. 20-10Ma：68±12km
2. 冈底斯弧区地壳厚度随时间的演化的机制：
  1. 结构地质学的结果[Tectonic shortening&Crustal Thickening]：>99Ma以及90-69Ma，拉萨腹地可能经历了安第斯式的地壳增厚，由于广泛的褶皱和逆冲断层导致。
    1. 类似的机制可能可以解释冈底斯弧55-45Ma的地壳增厚
      1. 证据1：冈底斯batholith在50Ma左右的地球化学成分反映了印度地壳衍生物质参与
      2. 证据2：特提斯喜马拉雅的folding&thrusting很可能是在55-45Ma间活跃
      3. 证据3：Dala中压变质作用表明，48-45Ma冈底斯弧下20-30km深处的区域存在印度上地壳
    2. 构造缩短可能不是早期地壳增厚（60-45Ma）的原因
      1. 猜测原因：50Ma之前，冈底斯弧已经广泛增厚至（58~50）±10km
      2. 证据1：强烈的褶皱和变形在50Ma前的南拉萨腹地已经开始（峨眉拉古陆冲断层），而不是在冈底斯弧
      3. 证据2：拉萨块体中的early Tertiary Linzizong volcanic sequence的变形很弱
      4. 证据3：没有直接证据表明69-53Ma之间存在收缩，在这一时期，冈底斯岩基内沿拉萨南冲断层推断的地壳缩短量很小
    3. 玄武岩岩浆底侵可能是地壳增厚的一个重要机制（70-45Ma）
      1. 证据1：地球动力学上，70Ma作用新特提斯洋岩石圈回撤（roll-back），以及随后的板片断裂（53Ma），都能够引起大规模的、横跨数百万年的玄武岩浆活动
      2. 证据2：观察到72-65Ma&64-48Ma的岩浆活动南移（镁铁质包体&岩脉；锆石饱和温度）；冈底斯岩基在51Ma记录到岩浆活动峰值；特提斯喜马拉雅地区在45Ma左右的洋岛玄武岩型岩浆左右 → 地壳增厚的开始，似乎对应着地幔输入增加的起始
      3. 结果：可能表明岩浆底侵造成了~20km的地壳增厚
    4. 40Ma以来的地壳增厚：
      1. 40-20Ma以及10-0Ma的岩浆间歇&20-10Ma的岩浆体积不多的长英质岩浆活动：镁铁质岩浆加入对地壳贡献在该时期很小了
      2. 构造增厚：印度下地壳的陆内thrusting（逆冲）以及下垫作用（underplating）→40-10Ma，从58±10km增厚到68±12km；10Ma至今，增厚至75-80km
      3. 证据1：在30–24 Ma沿冈底斯逆冲断层和19–10 Ma沿the Great Counter thrust的运动
      4. 证据2：冈底斯岩基30Ma的埃达克岩，35Ma的辉长岩，有负的whole-rock epsilon_Nd(t)，这被解释为印度下地壳的北向俯冲造成的
      5. 证据2：和被俯冲的印度大陆沉积物交代的岩石圈地幔
      6. 证据3：拉萨地体南部，莫霍上方15km厚有一个强的速度-深度梯度界面，这可能是印度下地壳下插（25-20Ma）造成的
3. 对冈底斯山隆起的意义：
  1. （不关注）
图片：

5. Broader Implications

总结：

（总结全文的部分）
要点：
1. 在Altiplano-Puna Plateau，地壳厚度与地表高程相关性差，这可能是下地壳致密榴辉岩化的结果（can drag the surface down）
2. …

摘要

1.Introduction

2.Gangdese Arc and Samples

3.Methods and Results

4.Discussion

5. Broader Implications

重要引用