青藏高原中北部28–2.3Ma岩浆岩中地壳包体及深部地壳组成与热演化

The core scientific question to be addressed in this project is the relationship between the compositions and thermal evolution of deep crust and deep geodynamic mechanism responsible for surface uplift of the central-northern Tibet. This project focuses on a series of rare mid- to lower-crust xenoliths contained in 28, 3.8 and 2.3 Ma igneous rocks from central-northern Tibet. On the basis of large-scale mapping, the insight into the types, distribution and other field geological features of the xenoliths will be provided. In combination of petrography, mineralogy, geothermobarometer and phase equilibria modeling, the P-T conditions of crustal xenoliths will be determined, and the results will play a crucial role in establishing the thermal evolution of mid-lower crust since 28 Ma. The zircon U-Pb and garnet Lu-Hf dating will be used to constrain the time interval over which the thermal state transition from cold to warm occurred. The degree and mechanism of partial melting as the results of the increasingly warming of deep crust will be determined by phase equilibria and geophysical data. Element geochemistry and Sr-Nd-Hf-Pb-O isotopes can also provide farther geochemical constraints on crustal composition of Tibet. Moreover, together with thermochronological results, magmatic rocks, geophysical data, paleoelevation reconstruction, and correlation study on thermal evolution of mid-lower crust in central-northern Tibet, our results will provide new clues for the evolution of the Tibetan plateau.

深部地壳的组成与热演化与青藏高原的形成和隆升密切相关，是当前国际地质研究的热点之一。本申请以中下地壳组成与热状态作为关键科学问题，拟选择青藏高原中北部地区28–2.3Ma岩浆岩中地壳包体为研究对象，拟通过详细的野外地质调查，查明不同岩浆岩中地壳包体的类型，并进行系统的样品采集。通过系统的岩石学、矿物学、热力学计算、相平衡模拟，确定地壳包体所记录的温度和压力条件，建立精确的地温曲线以及深部的热演化历史。通过SIMS锆石以及石榴石Lu-Hf年代学，确定深部变质-热事件的年代格架。通过不同时代地壳包体含水量的计算以及相平衡模拟，揭示28Ma以来高原中下地壳不同演化阶段部分熔融程度；通过对包体全岩主量、微量、Sr-Nd-Hf-Pb同位素以及锆石原位Hf-O同位素分析，揭示青藏高原中下地壳的组成。在上述研究基础上，结合区域构造、岩浆、地球物理及古高度资料，探讨青藏高原晚新生代地壳演化与隆升过程。

本研究拟解决的核心科学问题是青藏高原中北部地表隆升与深部地壳热演化的内在联系。前人数值模式表明，中下地壳热态对造山带地形演化为线性造山带（如阿尔卑斯山脉）或大型的平坦高原（如青藏高原）起着关键作用。青藏高原作为地球上最大、最高的新生代高原，其地表快速隆起被广泛认为是由岩石圈地幔拆离或中下地壳流动导致的。然而，到目前为止，青藏高原岩石圈地幔或深部地壳热状态演化的时间和机制仍然不清楚。针对上述问题，本次研究报道了西藏中部地区28、3.8和2.3 Ma火成岩中罕见的中下地壳捕虏体。结合岩石学、矿物学、地球化学和系统的相平衡模拟，我们的结果表明：在28 Ma 时青藏高原中北部中下地壳相对较冷(680–790℃)且富水(1.1–1.5 wt%)；但自21 Ma开始地温梯度逐渐升高，中下地壳温度升高至~880℃，形成相对干燥(0.1 ~ 0.4 wt%)的麻粒岩地壳。因此青藏高原深部地壳热转变的时间为28–21Ma。这一时期地壳热状态的突变与岩石圈地幔拆离作用引起的热软流圈上升流密切相关。随着地温梯度的进一步升高，在2.3 Ma将会演化为完全无水的超高温（>1100℃）地壳。原先富含水的中下地壳将会发生广泛的、高程度的部分熔融，从而显著降低中下地壳的强度。本次研究表明28–21青藏高原岩石圈地幔拆离可能引发青藏高原中北部早期快速隆起，而随后持续的中下地壳熔融（21–2.3 Ma）将引发广泛的地壳流动，从而使高原进一步扩展以及平坦化，而最终形成与现今相近的青藏高原。