青藏高原作為“世界屋脊”，其形成演化，特別是內部的地殼變形、加厚隆升以及向外擴張等，是地球科學領域研究的重點內容。針對青藏高原東緣特殊的地質現象，如大規模的走滑斷層，顯著的地殼加厚及缺少新生代地殼縮短等，前人提出了三個經典的地質學模型，分別是剛性塊體擠出（Tapponnier et al., 1982）、岩石圈尺度連續變形（England and Houseman, 1986）以及大規模的中下地殼流（Royden et al., 1997; Clark and Royden, 2000）。其中，大規模（>1000km）的中下地殼流在最近20年間受到眾多學者的廣泛關注和支持。該模型認為，青藏高原東緣的地殼加厚是由於地殼物質在25-40km的深部從青藏高原的內部（北羌塘地塊）向東流動，加入到青藏高原東緣導致的。地球物理觀測結果顯示在青藏高原東緣和內部存在廣泛的低速高導層，支持中下地殼物質可以發生流動（如Bai et al., 2010; Wang et al., 2010; Bao et al., 2015）。但是，也有學者對此提出質疑，認為該模型缺少地質證據（Searle et al., 2016），而且近年的一些研究結果也似乎不支持這種大規模的地殼流存在（Wang et al., 2012; Zhang et al., 2016; Bao et al., 2020）。
根據大規模中下地殼流模型，青藏高原東緣晚中新世-上新世的顯著抬升且缺少地殼縮短變形是由於地殼流導致的。根據該模型的預測，需要大概2000萬年完成地殼的加厚和抬升，因此地殼流的起始時間應該在30-40Ma之間。其次，對於地殼流模型來說，壓力梯度是其形成的初始和必要條件，而青藏高原中部在始新世便已有較高的海拔高度（Xu et al., 2013; Hu et al., 2020），所以，在始新世時期，青藏高原中部與東緣之間是可能存在壓力梯度的。除此之外，目前觀察到的青藏高原中部和東緣較高的地溫梯度也是形成大規模地殼流的必要條件。由此，大規模地殼流所需要的條件似乎均已滿足。
為探究是否是大規模地殼流塑造了青藏高原東緣，中國科學院地質與地球物理研究所礦產資源研究院重點實驗室胡方泱特聘副研究員與岩石圈演化國家重點實驗室吳福元院士、亞利桑那大學Mihai N. Ducea教授、懷俄明大學James B. Chapman副教授以及成都理工大學楊雷博士等合作，對青藏高原東緣最大的新生代侵入體——貢嘎山-折多山花崗質侵入雜岩體進行了系統研究。該雜岩體位於前人提出的大規模地殼流的通道之上，根據前人的研究結果，北羌塘地塊的地殼組成特徵與青藏高原東緣（松潘-甘孜地塊）可以進行區分。因此，若新生代時期存在地殼內部物質的大規模向東流動，由於這些花崗質岩石主要來自於地殼的部分熔融，則其反映的岩漿源區應當發生改變（圖1）。
圖1 青藏高原與貢嘎山折多山地質簡圖以及模型概念圖。圖中黃色箭頭指示潛在地殼流的移動方向
研究團隊經過詳細的野外調查和室內分析，並結合前人的研究結果，發現貢嘎山-折多山侵入雜岩體記錄了中生代（215-172Ma）和新生代（50-3Ma）兩階段的多期岩漿作用，特別是新生代時期有三期岩漿作用，分別為50-30Ma、20-10Ma和5-3Ma。根據不同期次岩石的同位素組成特徵，發現從中生代到新生代時期，這些花崗質岩石的源區並未發生改變，岩漿主要來自於松潘-甘孜地塊的基性下地殼和變質沉積岩（圖2）。為確定這些岩石的源區能否代表中下地殼流的層位，研究團隊利用Perple_X相平衡模擬和微量元素模擬的方法，通過假定不同源區進行部分熔融模擬，模擬得到的熔體成分與所觀察到的樣品成分基本吻合，並由此獲得了新生代岩漿岩形成的溫壓條件。根據獲得的溫壓條件，研究團隊發現這些新生代岩漿主要形成於30-40 km，這與地殼流模型所提出的深度基本一致（圖2）。因此本研究的結果顯示，在這一地殼流應當存在的地殼深度，並不存在來自青藏高原內部的地殼物質，這顯然這不符合大規模地殼流模型的預測。
圖2 貢嘎山-折多山花崗質岩石同位素特徵與新生代岩石熱力學及微量元素模擬分析結果。空心符號代表中生代樣品，實心符號代表新生代樣品。模擬分析結果顯示新生代岩石的形成深度與地殼流模型一致，但是同位素組成表明這些岩石來自於原地地殼物質的部分熔融，其源區組成與中生代岩石一致
研究團隊進一步發現，新生代岩漿的源區存在階段性變化，即50-30Ma和5-3Ma的花崗質岩石來自於變質基性岩的部分熔融，而20-10Ma花崗質岩石來自於變質沉積岩的部分熔融，這表明發生了兩次岩漿源區的轉變。這兩次轉變恰好可以對應青藏高原東緣兩次抬升事件，並且可以對應區域幔源岩漿作用（圖3）。綜合區域和數值模擬的研究結果，研究團隊認為軟流圈地幔的上涌可能是導致青藏高原東緣抬升的重要因素，除此之外，長期的殼源岩漿作用可能改變了地殼的流變性質，在持續的印度-歐亞大陸碰撞作用之下，塑造了青藏高原東緣現今的地質特徵和地貌特點。
圖3 貢嘎山-折多山新生代花崗質岩石同位素組成隨時間的變化及其與區域岩漿-構造作用的關係。新生代的岩漿源區經歷了兩次轉變，可以與區域構造抬升歷史和岩漿作用進行對比，表明青藏高原東緣岩漿作用與構造作用聯繫密切。軟流圈地幔的上涌與持續的擠壓碰撞作用共同塑造了青藏高原東緣
研究成果發表於國際學術期刊Geophysical Research Letters（Hu F Y*, Wu F Y, Ducea M N, Chapman J B, Yang L. Does Large-Scale Crustal Flow Shape the Eastern Margin of the Tibetan Plateau? Insights From Episodic Magmatism of Gongga-Zheduo Granitic Massif[J].Geophysical Research Letters, 49: e2022GL098756. DOI: 10.1029/2022GL098756）。研究受國家自然科學基金委員會基礎科學中心項目（41888101），國家自然科學基金青年科學基金項目（41902055）和中國博士後科學基金面上項目（2018M640177）等聯合資助。
美編：傅士旭
校對：萬鵬
