青藏高原中部尼玛盆地的新生代差异性剥露作用：来自锆石U-Pb测年及(U-Th)/He热年代学的证据

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Cenozoic differential exhumation in the Nima Basin, Central Tibet: Evidence from zircon U Pb and (U Th)/He thermochronology

青藏高原Nima盆地南北凹陷的Cenozoic构造抬升历史及动力学机制研究，通过整合新获得的锆石U-Pb年代学与低温泉度学数据，揭示早新生代（37-30Ma）与晚新生代（13-7Ma）两次抬升事件，前者由拉萨地体下韧性断离引发，后者与印度板块断离相关，为高原地貌演化提供量化约束。

　　

双高|余安|李世民|刘丽|马英英|白勇|胡子夫|张善明|杨文光|米文天|卢海新

内蒙古工业大学资源与环境工程学院，呼和浩特 010051，中国

摘要

限制盆地抬升的时间和机制对于理解高原景观的演化至关重要。本研究提供了来自西藏中部尼玛盆地砂岩样本的新锆石U-Pb测年数据和低温热年代学数据。通过将这些新数据与该盆地先前发布的数据集相结合，我们阐明了该盆地的新生代抬升历史和动态机制。锆石U-Pb测年显示了多峰碎屑年龄分布，其中南部洼地有一个额外的56–26 Ma年龄峰，这与北部洼地的年龄峰明显不同。热年代学分析表明，北部洼地的磷灰石(U-Th)年龄为37–30 Ma，而南部洼地的年龄为13–7 Ma。结合区域地质证据和热历史建模，我们提出以下观点：(1) 新生代早期，中央盆地的抬升分隔了沉积系统，从而阻止了北部洼地接收来自拉萨地块的沉积物；(2) 北部和南部洼地经历了两次不同的构造抬升事件：第一次（37–30 Ma）可能与拉萨地块下方的岩石圈剥离引发的断层活动有关；第二次（13–7 Ma）可能与印度板块剥离引起的断层活动有关。本研究首次定量限制了尼玛盆地抬升模式的空间和时间变化，并阐明了其地质动力机制，从而为西藏中部高原的景观演化提供了关键见解。

引言

地球表面的宏观形态主要由地球内部的内生构造过程控制（Yang和Faccenda，2020）。同时，外生地质过程（如风化、侵蚀和沉积）通过触发等静力抬升和促进景观调整不断改变地形（Herman等人，2013）。这些机制共同维持了地表系统的动态平衡（Molnar和England，1990；Herman等人，2013）。为了详细研究深浅相互作用，青藏高原提供了一个理想的自然实验室。该地区特别适合研究印度-亚洲碰撞过程及其相关的地表响应（Zhu等人，2015；Zhu等人，2025；Ding等人，2022）。关于高原内部广泛存在的高海拔、低起伏地貌的形成时间和机制仍存在争议。一些基于热年代学和沉积学的研究支持其在新生代早期的形成，将其与初始地壳增厚和干旱化联系起来（Rohrmann等人，2012；Wang等人，2014；Xue等人，2022）。相反，其他研究使用古高程和岩浆证据认为其形成于新生代晚期，可能是由地壳流动、分层或深部地幔动力学等过程驱动的（Ding等人，2022；Li等人，2022）。低温热年代学技术（如磷灰石(U-Th)和锆石(U-Th)）可以追溯样品自200°C以来的热演化过程，从而限制岩石从深处抬升到地表过程中的冷却路径和剥露年代（House等人，1998；Reiners和Brandon，2006；Dai等人，2021；Ding等人，2024）。同时，对沉积岩中碎屑锆石U-Pb年龄的统计分析可以限制沉积物的来源和沉积年龄，为盆地演化提供关键见解（Burbank等人，2003；Clark等人，2010；Liu等人，2022；Ma等人，2025）。将这些方法与区域古气候和沉积学数据相结合，可以确定现代景观发展的时间和机制（Liu等人，2021；Li等人，2022；Tong等人，2022；Xue等人，2022；Sun等人，2024）。

邦公-怒江缝合带（BNSZ）是西藏的一个关键构造边界，保存了关于青藏高原演化的重要信息（图1a；Zhu等人，2011；Zhu等人，2013；Hu等人，2016；Fan等人，2024a）。此外，沿缝合带形成的一系列新生代沉积盆地记录了相关构造事件的空间和时间演化（Li等人，2022；Tong等人，2022；Ma等人，2025）。尼玛盆地（NB）是其中的典型代表，其特征是完整的沉积序列和南北向的凹陷结构，中间有抬升部分（DeCelles等人，2007a）。它完整记录了自白垩纪以来西藏中部的构造变形和景观演化过程（Kapp等人，2007；Xue等人，2022）。先前的研究利用碎屑锆石U-Pb地质年代学限制了NB的来源（Mi等人，2017；Mi等人，2018；Kong等人，2019；Lai等人，2024；Luo等人，2024）。Xue等人（2022）结合盆地北部洼地的低温热年代学数据发现，青藏高原的尼玛地区在70–30 Ma期间经历了由逆冲作用驱动的抬升，随后构造活动减弱并形成了内部排水系统。在干旱气候条件下，这最终导致了现今的低起伏地貌。尽管这些研究表明北部和南部洼地具有不同的构造特征和沉积环境（DeCelles等人，2007a；Kapp等人，2007），但对其新生代抬升过程的系统定量比较仍缺乏。关键未解决的问题包括它们的抬升历史是否同步或不同步，是什么潜在机制导致了这些差异，以及这些过程如何共同影响了盆地的地貌演化。因此，澄清两个洼地的抬升历史及其与深部地质动力机制的联系对于理解青藏高原内部构造变形的空间和时间迁移及其低起伏地形的形成机制至关重要。

基于上述问题，本研究使用碎屑锆石U-Pb地质年代学和(U-Th)热年代学方法系统地研究了NB南部和北部洼地的下穆加尔单元和尼玛红层单元砂岩。通过综合现有研究成果，我们首次记录了南部和北部洼地在冷却历史上的显著差异，从而揭示了该盆地的新生代构造抬升历史及其潜在的动态机制。

地质背景

邦公-怒江缝合带将羌塘地块与拉萨地块分隔开来（DeCelles等人，2014；Zhu等人，2016）。在缝合带内，发育了一系列V形的共轭走滑断层（Taylor等人，2003；Bian等人，2020；Li等人，2024），以及几乎南北走向的裂谷系统和东西向的大陆沉积盆地（图1a）。NB位于缝合带的中央部分。它东邻伦波拉盆地，西接...

样品信息

本研究共收集了七个砂岩样品，用于进行碎屑锆石U-Pb地质年代学和(U-Th)热年代学分析。三个样品（KMEL001、KMEL002、KMEL003）来自下穆加尔单元（北部洼地）的康马埃尔勒段，四个样品（CAB001、CAB002、CAB003、CAB004）来自尼玛红层单元（南部洼地）的昌巴段。详细的样品位置、岩性和分析结果...

碎屑锆石U-Pb年龄

锆石数据的一致性值为90–110%，共产生了407个有效的年龄测定结果（表S1；图3）。来自北部洼地的KMEL003样品产生了48个碎屑锆石年龄，范围从2597 Ma到100 Ma，显示出四个主要的年龄峰，分别为113 Ma、502 Ma、962 Ma、1824 Ma和2532 Ma。计算了至少有两个重叠锆石年龄的最年轻簇的1σ值（YC1σ(2+)）、至少有两个重叠锆石年龄的最年轻簇的2σ值（YC2σ(3+)）以及最年轻的单颗粒年龄（YSG）...

来源分析

由抬升驱动的剥露产生的碎屑物质被输送到相邻盆地，在那里它们的沉积记录保存了关于源区地质构造环境、抬升历史和地貌演化的重要信息（DeCelles等人，2007a；Lawton等人，2009；Liu等人，2022；Lai等人，2024）。碎屑锆石年龄谱及其比较分析为沉积物来源路径提供了有效的限制，并揭示了多阶段的构造活动和抬升过程...

局限性和展望

本研究结合了碎屑锆石U-Pb和AHe/ZHe数据，以区分NB南部和北部洼地在抬升过程中的相特异性差异，并提出了一个地质动力学框架，为它们对比鲜明的高海拔、低起伏地形的发育提供了关键的空间和时间限制。然而，一些ZHe和AHe日期可能受到氦继承和eU依赖动力学的影响，因此只能限制沉积前的冷却过程。

结论

• (1)
  NB中古近纪碎屑岩的锆石年龄谱显示了多个特征峰，表明沉积物来源来自拉萨地块和羌塘地块。
• (2)
  碎屑锆石U-Pb测年揭示了两个洼地之间的明显来源差异。南部洼地保留了来自拉萨地块的56–26 Ma锆石群。相比之下，北部洼地缺乏同时期的锆石，表明其经历了构造...

CRediT作者贡献声明

双高：撰写——原始草稿、验证、软件、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。余安：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源管理、项目协调、调查、资金获取、概念化。李世民：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源管理、项目协调、调查、资金获取、概念化。刘丽：撰写——审稿与编辑、验证...

未引用的参考文献

Guenthner等人，2013

Murphy等人，1997

Raterman等人，2014

Xiong等人，2022

Zhao等人，2020

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（资助编号：42362019）、内蒙古自治区直属院校基础研究业务费（资助编号：JY20250013）和内蒙古工业大学研究启动基金项目（BS2025057）的支持。