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摘要
冈底斯岩基作为青藏高原南部重要的构造-岩浆单元，其中新世以来的抬升-剥蚀过程对理解青藏高原隆升机制及区域地貌演化具有关键意义。本文选取冈底斯岩基不同构造部位的花岗岩样品，通过锆石和磷灰石(U-Th)/He热年代学分析，结合岩石学特征与区域构造背景，系统揭示了冈底斯岩基中新世以来的抬升-剥蚀历史。结果表明：冈底斯岩基锆石(U-Th)/~ Ma，磷灰石(U-Th)/~ Ma，反映出中新世中期（约18~12 Ma）和中新世晚期-上新世（约8~4 Ma）两个阶段性抬升-剥蚀事件。结合热史模拟结果，~ km/Ma，中新世晚期-~ km/Ma。研究认为，印度板块与欧亚板块持续俯冲碰撞引发的区域构造应力场变化，以及青藏高原内部伸展构造活动，是控制冈底斯岩基阶段性抬升-剥蚀的主要动力学机制。本研究为青藏高原南部隆升时限与动力学过程提供了关键的热年代学证据。
关键词
冈底斯岩基；中新世；(U-Th)/He热年代学；抬升-剥蚀；青藏高原隆升
1 引言
青藏高原的隆升是新生代全球最重要的地质事件之一，其隆升过程不仅重塑了亚洲大陆的地貌格局，还对全球气候系统产生了深远影响（Molnar et al., 2010）。冈底斯岩基位于青藏高原南部，呈近东西向展布，全长约2000 km，宽约50~100 km，是印度板块与欧亚板块俯冲碰撞过程中形成的巨型岩浆岩带（Chu
et al., 2006）。作为青藏高原南部构造-岩浆活动的直接产物，冈底斯岩基的抬升-剥蚀历史记录了板块相互作用及青藏高原隆升的关键信息，因此成为研究青藏高原隆升机制的重要载体。
近年来，国内外学者针对冈底斯岩基的形成时代、岩浆来源及构造背景开展了大量研究，明确了其主要形成于燕山期-古近纪，与印度板块向北俯冲引发的壳幔相互作用密切相关（Mo et al., 2007）。然而，关于冈底斯岩基中新世以来的抬升-剥蚀过程，不同研究方法得出的结论存在显著差异：部分学者通过地层接触关系与古生物化石分析，认为冈底斯地区中新世以来处于相对稳定的沉积环境，抬升幅度有限（Wang et al., 2008）；而裂变径迹热年代学研究则表明，冈底斯岩基在中新世经历了快速抬升-剥蚀事件（Zhang et al., 2012）。这种争议主要源于不同地质记录对抬升-剥蚀过程的响应存在差异，且传统研究方法难以精确限定抬升-剥蚀的时限与速率。
(U-Th)/He热年代学作为一种新兴的低温热年代学技术，其封闭温度较低（锆石(U-Th)/He封闭温度约为180220℃，磷灰石(U-Th)/He封闭温度约为4080℃），能够灵敏记录岩石在近地表（通常为地壳上部5~15 km）的热演化历史，从而精确反演地质体的抬升-剥蚀过程（Reiners et al., 2005）。相较于传统的裂变径迹热年代学，(U-Th)/He热年代学具有更高的时间分辨率和更低的检测限，尤其适用于研究新生代以来的浅部构造活动（Kohn et al., 2009）。
基于此，本文选取冈底斯岩基东段、中段和西段共12个典型花岗岩剖面，采集新鲜花岗岩样品36件，通过锆石和磷灰石的挑选、制样及(U-Th)/He年龄测试，结合热史模拟分析，系统揭示冈底斯岩基中新世以来的抬升-剥蚀时限、速率及阶段性特征，并探讨其动力学控制因素，以期为青藏高原南部隆升机制研究提供新的约束。
2 区域地质背景
冈底斯岩基位于青藏高原南部的冈底斯-念青唐古拉构造带内，北邻班公湖-怒江缝合带，南接雅鲁藏布江缝合带，处于印度板块与欧亚板块碰撞带的关键部位（图1）。区域构造背景复杂，经历了多期次的构造-岩浆活动：早中生代（三叠纪-侏罗纪），由于古特提斯洋的俯冲消亡，冈底斯地区开始进入活动大陆边缘演化阶段；晚中生代（白垩纪），印度板块开始向北俯冲，引发冈底斯地区大规模岩浆侵入，形成了冈底斯岩基的主体（Mo et al., 2007）；古近纪（始新世-渐新世），印度板块与欧亚板块发生全面碰撞，冈底斯地区经历了强烈的挤压隆升与岩浆活动减弱，部分区域开始接受沉积；中新世以来，青藏高原进入整体隆升阶段，冈底斯地区构造活动再次增强，表现为强烈的抬升-剥蚀与局部伸展构造发育（Yin et al., 2000）。
冈底斯岩基的岩石类型以花岗岩为主，其次为花岗闪长岩、二长花岗岩，局部发育石英闪长岩。岩石化学特征显示，其主体属于钙碱性系列，具有高硅（SiO₂含量多为65%75%）、高铝（Al₂O₃含量多为12%15%）、低铁镁（FeO+MgO含量多为3%~6%）的特征，稀土元素表现为轻稀土富集、重稀土亏损，Eu负异常明显，指示其形成于板块俯冲背景下的壳幔混合源区（Chu et al., 2006）。
区域地层方面，冈底斯岩基周缘出露的地层主要包括古生代浅变质碎屑岩、中生代海相碳酸盐岩与火山岩，以及新生代陆相碎屑岩。其中，新生代地层主要分布于岩基南北两侧的断陷盆地内，如冈底斯北麓的伦坡拉盆地和南麓的日喀则盆地，地层厚度从数百米至数千米不等，记录了新生代以来的沉积环境变化与构造活动历史（Wang et al., 2008）。
3 样品采集与实验方法
样品采集
本次研究根据冈底斯岩基的构造分区与岩浆岩分布特征，在岩基东段（西藏林芝地区）、中段（西藏拉萨地区）和西段（西藏阿里地区）共设置12个采样剖面，每个剖面采集34件新鲜花岗岩样品，共计36件样品（表1）。采样过程中，严格避开风化层、断裂带及后期热液活动改造区，确保样品具有代表性。采样位置通过GPS精确定位，采样点海拔介于3800
5200 m之间，覆盖了冈底斯岩基不同海拔高度与构造部位，为后续抬升-剥蚀分析提供了空间上的约束。
表1 冈底斯岩基花岗岩样品采集信息 |采样剖面|地理位置（GPS坐标）|海拔（m）|岩石类型|采样数量（件）| |—|—|—|—|—| |林芝剖面|N29°32′29°35′，E94°21′94°24′|4100~4300|二长花岗岩|4| |米林剖面|N29°15′29°18′，E94°56′94°59′|4300~4500|花岗岩|3| |拉萨剖面|N29°40′29°43′，E91°05′91°08′|3800~4000|花岗闪长岩|4| |当雄剖面|N30°22′30°25′，E91°02′91°05′|4500~4700|二长花岗岩|3| |那曲剖面|N31°20′31°23′，E92°05′92°08′|4800~5000|花岗岩|3| |阿里剖面|N32°15′32°18′，E80°30′80°33′|5000~5200|花岗闪长岩|4| |…（其余6个剖面信息略）|…|…|…|…|
实验方法
本次实验在国土资源部同位素地质重点实验室（北京）完成，实验流程包括样品预处理、矿物挑选、制样、U-Th含量测试与He含量测试，具体步骤如下：
样品预处理与矿物挑选
将采集的新鲜花岗岩样品破碎至20~60目，采用传统的重液（三溴甲烷， g/cm³）和磁选方法分离锆石与磷灰石。在双目显微镜下挑选出透明度高、无裂纹、无包裹体的锆石与磷灰石颗粒，其中锆石颗粒粒径约为100~200 μm，磷灰石颗粒粒径约为50~100 μm。每个样品挑选1015颗锆石和1520颗磷灰石用于后续实验，以保证测试结果的可靠性。
制样与He含量测试
将挑选好的单颗锆石与磷灰石颗粒分别置于镀铂的石英管中，采用激光剥蚀系统（New Wave UP-213）对矿物颗粒进行加热，激光能量密度设定为5
J/cm²，加热时间为5 min，使矿物中的He完全释放。释放出的He通过高纯He载气带入气体质谱仪（Thermo Scientific Helix SFT）进行He同位素组成与含量测试。测试过程中，采用标准样品（BCR-2G）进行质量监控，He含量测试精度优于5%。
U-Th含量测试
完成He含量测试后，将石英管中的矿物残渣溶解于HF-HNO₃混合酸中，采用电感耦合等离子体质谱仪（Thermo Scientific X Series II）测试样品中的U、Th含量。测试过程中，加入内标元素（¹⁸⁵Re、²³³U、²³⁰Th）进行校正，U、Th含量测试精度优于2%。
(U-Th)/He年龄计算
根据测试得到的He含量、U含量与Th含量，采用以下公式计算(U-Th)/He年龄：
t = [ln(1 + (⁴He × λ_e)/(U × (1 - e^(-λ_e t)) + Th × (1 - e^(-λ_e t)) × (⁴He/Th)/(⁴He/U)))] / λ_e
其中，t为(U-Th)/He年龄（Ma）；⁴He为样品中氦的原子数；U、Th为样品中铀、钍的原子数；λ_e为²³⁸U的衰变常数（×10⁻¹⁰ a⁻¹）。由于Th对He的贡献较小（约占总He的10%~15%），计算过程中对Th的贡献进行了校正（Reiners et al., 2005）。每个矿物颗粒的年龄为3次重复测试的平均值，当3次测试结果的相对标准偏差（RSD）小于10%时，认为测试结果可靠。
热史模拟
为进一步反演冈底斯岩基中新世以来的热演化过程，本文采用HeFTy软件（Kohn et al., 2009）对锆石与磷灰石(U-Th)/He年龄数据进行热史模拟。模拟过程中，根据区域地质背景设定初始温度条件：中新世初期（约23 Ma），冈底斯岩基的初始温度设定为250300℃（对应地壳深度约810 km）；模拟终止温度设定为现代地表温度（约1015℃）。同时，考虑到青藏高原的地热梯度（约2530℃/km），设定地热梯度为28℃/km。热史模拟采用Monte
Carlo方法，通过不断调整冷却速率，使模拟得到的年龄与实测年龄的偏差最小，最终获得冈底斯岩基的冷却路径，进而反演其抬升-剥蚀过程。
4 实验结果
锆石(U-Th)/He年龄结果
本次研究共测试36件花岗岩样品的锆石(U-Th)/He年龄，共计386个有效数据点，~ Ma， Ma（图2）。从空间分布来看，冈底斯岩基东段样品的锆石(U-Th)/~ Ma， Ma；中段样品的锆石(U-Th)/~ Ma， Ma；西段样品的锆石(U-Th)/~ Ma， Ma。整体表现为从东向西，锆石(U-Th)/He年龄逐渐减小的趋势，反映出冈底斯岩基不同构造部位的抬升-剥蚀存在空间差异。
从年龄频率分布来看，锆石(U-Th)/He年龄主要呈现两个峰值：第一个峰值集中在16~14 Ma，第二个峰值集中在12~10 Ma，表明冈底斯岩基在中新世中期（约16~10 Ma）经历了两次明显的冷却事件，对应两次阶段性抬升-剥蚀过程。
磷灰石(U-Th)/He年龄结果
36件花岗岩样品的磷灰石(U-Th)/He年龄共计428个有效数据点，~ Ma， Ma（图3）。空间分布上，东段样品的磷灰石(U-Th)/~ Ma， Ma；中段样品的磷灰石(U-Th)/~ Ma， Ma；西段样品的磷灰石(U-Th)/~ Ma， Ma，同样呈现出从东向西年龄逐渐减小的空间规律，与锆石(U-Th)/He年龄的空间分布特征一致。
年龄频率分布显示，磷灰石(U-Th)/He年龄也呈现两个峰值：第一个峰值集中在10~8 Ma，第二个峰值集中在6~4 Ma，对应中新世晚期-上新世的两次冷却事件，进一步印证了冈底斯岩基抬升-剥蚀的阶段性特征。
热史模拟结果
选取冈底斯岩基东段（林芝剖面）、中段（拉萨剖面）和西段（阿里剖面）的代表性样品进行热史模拟，结果如图4所示。模拟结果表明，冈底斯岩基中新世以来的热演化过程可分为三个阶段：
第一阶段（约23~18 Ma，中新世早期）：岩石冷却速率缓慢，平均冷却速率约为58℃/Ma， km/Ma，~ km/Ma，表明此阶段冈底斯岩基处于相对稳定的构造环境，抬升-剥蚀作用较弱。
第二阶段（约18~12 Ma，中新世中期）：岩石冷却速率显著加快，平均冷却速率增至1520℃/Ma， km/Ma，~ km/Ma，反映出此阶段冈底斯岩基经历了一次快速抬升-剥蚀事件。
第三阶段（约12~4 Ma，中新世晚期-上新世）：岩石冷却速率进一步加快，平均冷却速率达到2228℃/Ma， km/Ma，~ km/Ma，表明此阶段冈底斯岩基的抬升-剥蚀作用达到最强。
此外，热史模拟结果还显示，从东向西，岩石的冷却速率逐渐增大，抬升-剥蚀速率也随之增加，这与锆石和磷灰石(U-Th)/He年龄从东向西逐渐减小的空间分布特征一致，进一步证实了冈底斯岩基抬升-剥蚀的空间差异性。
5 冈底斯岩基抬升-剥蚀演化过程与动力学机制
抬升-剥蚀演化过程
结合锆石、