大陸碰撞是驅動地球系統的關鍵過程，重塑了地貌格局，并對氣候演變、生物多樣性和自然資源分布產生了深遠影響。喜馬拉雅和扎格羅斯造山帶，分別由印度、阿拉伯與歐亞大陸碰撞形成，是檢驗板塊構造理論、認識高原生長機制及探討地球系統演化的重要天然實驗室。盡管已有大量研究，關于這兩個造山帶初始碰撞時間、縫合過程與機制，仍存在諸多爭議。

中國科學院院士、中國科學院青藏高原研究所丁林領銜的大陸碰撞與高原隆升團隊，5月1日在《自然綜述：地球與環境》上發表最新綜述論文，系統梳理了近年來印度-歐亞和阿拉伯-歐亞碰撞過程中的沉積、巖漿、變質、構造和古地磁記錄，深入探討了青藏高原與伊朗高原的初始碰撞時間與縫合過程，分析了兩個造山帶在大陸碰撞機制上的共性與差異，并提出未來大陸碰撞研究的重點方向與發展策略。

限定大陸初始碰撞時間的方法

由于碰撞記錄往往遭受后期改造，缺乏統一判別標準，精確限定初始碰撞時間長期以來是地質學的挑戰之一。研究團隊系統評估了數十種常用方法，包括超高壓變質作用、島弧巖漿活動、古地磁極移曲線、最高海相沉積、碰撞帶構造變形和周緣前陸盆地系統等。

其中，大多數方法只能約束碰撞的上限或者下限時間，而周緣前陸盆地系統的構造-沉積響應可以為初始碰撞提供最直接約束。周緣前陸盆地的發育通常標志著大陸碰撞的開始，其核心特征是在發育在被動大陸邊緣上的周緣前陸盆地首次收到到來自活動大陸的物質輸入。

常見的用于限定大陸初始碰撞時間的方法。青藏所供圖

印度與歐亞大陸初始碰撞

在20世紀80年代，學界普遍認為印度板塊在55Ma首先于西構造結與歐亞大陸碰撞，并向東穿時性封閉。2000年以來，中國科學家基于雅江縫合帶及兩側地層資料，提出碰撞可能于65–60Ma在縫合帶中段啟動, 隨后向兩側擴展。也有學者提出準同時碰撞、超大印度碰撞、雙階段甚至是三階段碰撞模型，關于初始碰撞時間也存在65–25Ma的不同認識。

印度-歐亞大陸碰撞會在印度大陸北緣形成周緣前陸盆地。傳統認為前陸盆地僅存在于喜馬拉雅山南麓，以中新統-上新統西瓦利克群為代表。在2003年，丁林帶領團隊率先在印度大陸最北緣薩嘎地區識別出雅江前陸盆地系統的殘留，建立了研究印度-歐亞大陸初始碰撞的最代表性剖面——桑丹林剖面，并綜合構造、古生物和物源分析將初始碰撞時間限定在65–63Ma；隨后又帶領團隊在江孜、日喀則等地陸續發現同期的周緣前陸盆地。近年來，在更靠近印度一側的特提斯喜馬拉雅、低喜馬拉雅等地區，前陸盆地也記錄了早于56–50Ma的初始碰撞。

通過系統梳理，文章揭示出隨著碰撞持續進行，周緣前陸盆地系統不斷向南遷移：65–54Ma位于薩嘎、江孜等地；53–49Ma遷移至古魯、崗巴–定日等；48–38Ma期間，前陸盆地繼續南遷至低喜馬拉雅的坦森、蘇巴圖等地區；24Ma以來伴隨著喜馬拉雅山的隆升，喜馬拉雅前陸盆地開始發育。

綜述指出，單階段碰撞模型是現有地質證據支持的可靠模型。盡管古地磁重建的4000km匯聚量與構造恢復的2200km縮短量之間存在較大差異，但多階段模型在雅江縫合帶以南缺乏直接的碰撞帶證據，現有沉積和變質記錄也不支持另一個大洋盆地的存在。此外，古地磁數據受傾角淺化、重磁化等因素影響，因此需要嚴格篩選并結合地質證據謹慎解讀。最新的數值模擬提出，消失的巖石圈可能為減薄的大陸地殼，結合地質、地球物理及巖石地球化學觀測結果，表明除去大陸上地殼后，下地殼和巖石圈地幔可大規模俯沖，并在碰撞過程中發生旋轉和側向擠出，這為協調古地磁與地質記錄提供了新思路，但仍需進一步量化驗證。

“任何碰撞模型都必須建立在可靠的實證基礎上，而不能依賴假設性證據。”論文通訊作者丁林強調，目前，單階段碰撞模型更符合現有多學科觀測證據，而多階段碰撞模型在關鍵地質記錄和動力學機制上均存在難以調和的矛盾。

阿拉伯與歐亞大陸初始碰撞

阿拉伯-歐亞匯聚也形成了兩階段前陸盆地系統：早期古近紀前陸盆地記錄了56Ma蛇綠巖仰沖事件，而新近紀前陸沉積序列則記錄了大陸碰撞過程，顯示34Ma開始前陸盆地沉積，并在27Ma首次出現歐亞大陸的碎屑物質。隨著扎格羅斯褶皺沖斷帶向西南推進，前陸盆地的中心逐漸南遷，并最終延伸至現代波斯灣海岸。這一演化過程不僅支持阿拉伯-歐亞初始碰撞時間約為34Ma的結論，也完整記錄了造山作用向阿拉伯板塊內部的逐步擴展過程。

伊朗中部的巖漿記錄始于侏羅紀，并于始新世出現劇烈噴發，但尚不足以獨立限定初始碰撞時間。扎格羅斯缺乏與新生代碰撞的高級變質記錄事件，變質記錄難以限定碰撞的起始時間和持續時長。構造變形顯示42–38Ma歐亞前緣抬升，古地磁研究表明阿拉伯與歐亞大陸邊緣在~34Ma時已發生接觸。

印度-歐亞和阿拉伯-歐亞碰撞均表現為岡瓦納大陸微陸塊與歐亞大陸活動陸緣的匯聚過程，經歷了新特提斯洋俯沖消亡-大陸碰撞的完整構造旋回。兩者的前陸盆地系統均呈現兩階段演化與沉積中心向克拉通方向遷移的共性，受控于先存構造弱帶，并通過走滑斷裂調節高原生長與陸內變形。

同時，二者也存在著顯著差異：印度-歐亞碰撞體系以匯聚速率快、大陸長距離俯沖為特征，導致青藏高原發生大規模地殼疊覆，形成約雙倍的巨厚地殼，并誘發廣泛的高壓變質作用；相比之下，阿拉伯-歐亞碰撞匯聚速率較慢，大陸俯沖作用有限，伊朗高原保持正常地殼厚度，缺乏與碰撞相關的高級變質記錄。這些差異本質上是匯聚速率、持續時間和邊界條件共同作用的結果。

綜述指出，喜馬拉雅地區的大陸碰撞研究日益支持單階段碰撞模型。古地磁數據需通過嚴格篩選與地質約束聯合解讀。未來需加強地質與古地磁的跨學科協作，提升關鍵構造單元的古緯度重建精度。在扎格羅斯地區，應發展基于火山灰定年、沉積-變形過程測年的新技術，建立更可靠的年代框架。此外，應重點開展高分辨率地球物理探測揭示青藏高原和伊朗高原巖石圈結構及橫向變化，明確俯沖塊體的屬性及碰撞后持續匯聚的深部過程和驅動機制，并結合數值模擬，構建大陸碰撞-俯沖的地球系統響應模型。

青藏所研究員王超為論文第一作者。該研究得到特提斯戰略研究項目、青藏高原地球系統卓越研究群體項目、第二次青藏高原綜合科學考察研究共同資助。

相關文章信息：https://doi.org/10.1038/s43017-025-00669-8