构造抬升和气候变化在地貌塑造过程中的耦合作用，以及二者谁更占主导等问题已经成为当前构造地貌学的研究热点(杨逸畴等，1995；王二七等，2002；Korup and Montgomery，2008；于祥江等，2011；Roering，2012).以南迦巴瓦峰和南迦帕尔巴特峰为东、西两个构造结点，绵延2500多公里的喜马拉雅造山带是地球上最年轻的陆内造山带(龚俊峰等，2009)，喜马拉雅东构造结南迦巴瓦峰及其邻区作为全球气候与构造相互作用最为强烈的地区，成为研究气候和构造作用之间相互关系最理想的实验地(Korup and Montgomery，2008；Seward and Burg，2008；于祥江等，2011；Larsen and Montgomery，2012；Roering，2012；Chirouze et al.，2013；Lang et al.，2013).

近20多年来许多中外学者对南迦巴瓦峰地区的低温热年代学进行了研究.Burg等(1997，1998)在多雄拉背斜的层状混合岩中获得的三个锆石裂变径迹年龄均在2.5~2.6 Ma范围内，获得的三个磷灰石裂变径迹年龄均在0.9~1.1 Ma范围内；Ding(2001)在那木拉峰顶以西所采的变质闪长岩的角闪石⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄为7.9 Ma；雷永良等(2008a，2008b)对出露在东喜马拉雅构造结南迦巴瓦地区那木拉峰的片麻岩进行了系统垂向上的磷灰石裂变径迹取样分析，在3393~4537 m取样高程内的10个样品获得的磷灰石裂变径迹分析结果显示:中值年龄在0.64~1.58 Ma之间.刘超(2007)对喜马拉雅山脉地区发表的磷灰石裂变径迹年龄总结后发现，高喜马拉雅最近一次的冷却剥露时间发生在5 Ma以来，多数在3 Ma以后，尤其东西构造结表现为3 Ma以来强烈的冷却剥露历史.龚俊峰等(2009)对东构造结地区的黑云母⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄进行总结，圈定了围绕南迦巴瓦约4~2 Ma的年龄范围，并估算该区域4 Ma以来的剥露厚度在10 km以上.于祥江(2011)沿着多雄拉山谷采集了一条剖面，样品的磷灰石裂变径迹年龄分布在4.6~1.7 Ma之间.Seward和Burg(2008)在更大的范围内得到了一系列的锆石裂变径迹年龄，年龄从0.2~17.6 Ma不等，而年龄分布和嘉黎断裂带或者雅鲁藏布江缝合带有很强的相关关系.现有的低温热年代学研究揭示了在东构造结南迦巴瓦峰地区至少在3 Ma以来存在的异常快速隆升剥露作用.

当前对于南迦巴瓦峰地区的快速隆升剥露机制尚有争议，总结起来主要有两大类模式.构造作用主导的模式主要有：Ding等(2001)提出的逆冲双重构造以及南迦巴瓦断块“冲起构造”挤出模式；Burg等(1997，1998)，Seward和Burg(2008)提出的挤压式楔入褶皱隆起模式；Xu等(2012)提出的地壳俯冲后快速折返模式.气候作用主导或者触发的模式主要有：Zeitler等(2001)提出的地表强烈侵蚀弱化地壳诱发的“构造瘤”模式；孙东霞等(2009)提出的强烈侵蚀作用引发的地壳均衡反弹等.

由于低温热年代学方法可以揭示地质体的热历史，为研究地质体构造运动提供重要依据，因此本文以喜马拉雅东构造结作为研究区，利用低温热年代学方法——磷灰石裂变径迹(AFT)，结合前人在这一地区的热年代学研究成果来研究东构造结南迦巴瓦峰地区的构造隆升剥露历史和隆升期次，并试图讨论东构造结地区差异构造抬升过程中构造和气候因素所起的作用.

喜马拉雅东构造结在大地构造上位于印度板块和欧亚板块相互碰撞、挤压的结合部位，横跨雅鲁藏布江缝合带，断裂构造发育，新构造运动强烈，是新生代青藏高原隆升和剥露最快的地区之一(Xu et al.，2012).

喜马拉雅东构造结南迦巴瓦地区可以划分为三个大的地质单元：外部的拉萨地体和侵入的冈底斯岛弧岩浆岩带、内部的特提斯喜马拉雅带以及呈弧形夹在两者之间的雅鲁藏布江缝合带(孙东霞等，2009).雅鲁藏布江缝合带出露于冈底斯构造岛弧岩浆岩带与特提斯喜马拉雅带之间，边界以断裂带与拉萨地体和特提斯喜马拉雅带分隔(图 1).

图 1

Fig. 1

图 1 雅鲁藏布江大峡谷及其邻区地质图 Fig. 1 Geological map of the Yarlung Zangbo Great Canyon and adjacent areas

东构造结是由高喜马拉雅高角闪岩相-麻粒岩相正负片麻岩组成的高级变质体，整体上构造是一个向北楔入的巨大南迦巴瓦复式背形穹窿(丁林等，1995；Burg et al.，1998；丁林和钟大赉，2013).这个大型的背形穹窿构造的轮廓呈向南开口的“U”形剪切带系统，这个剪切带系统由韧性逆冲推覆带和走滑剪切带组成.构造结的西边界、东边界分别由左旋走滑为主的米林—东久断裂和右旋走滑为主的阿尼桥—墨脱断裂限定，北边界主要是右行走滑的嘉黎断裂和大峡谷逆冲推覆构造(Ding et al.，2001).其中，米林—东久断裂作为东构造结的西边界，从断裂带中发育的拉伸线理可以看出，该断裂的早期、中期、晚期分别经历了不同性质的断层作用：早期表现为深构造层次的韧性变形，其运动学性质为左行走滑剪切；此外，片理化角闪岩片理面上局部可见倾向方向的擦痕或拉伸线理，且指示上冲，说明雅江断裂中期活动具逆断层性质；后期的脆性叠加作用表现为小规模的脆性断层切割早期的韧性变形片理，主要有三次脆性活动，即第一次的左行走滑剪切，第二次的上盘上冲以及第三次的上盘下落，分别留下了构造角砾岩、碎粉岩、断层泥等脆性变形的构造岩(Ding et al.，2001；张进江等，2003).与西边界相似，阿尼桥—墨脱断裂作为东构造结的东边界，亦是规模巨大的走滑变形带，但是总体运动学性质以右旋走滑为主，兼具有向东的俯冲作用.构造结北边界最为复杂，主要由嘉黎断裂和大峡谷逆冲推覆构造组成，并被北东向走滑断裂切割错断.嘉黎断裂为大型韧性断层带，其中的线理、不对称眼球构造反映该带为右旋走滑剪切带.其南侧发育高角度逆冲剪切带，由糜棱岩化片麻岩组成，表现为下盘向北俯冲作用(Ding et al.，2001；张进江等，2003).

本文样品均采自雅鲁藏布江大峡谷南迦巴瓦峰地区西南侧格嘎附近山坡上，从海拔3022 m到4048 m采集了一个基岩样品的高程剖面(图 1和图 2；表 1)，一共11个样品，其中8个样品得到有效数据，样品之间的垂向间隔约50到100 m，岩性均为南迦巴瓦岩群的片麻岩.

图 2

Fig. 2

图 2 (a)采样平面位置及(b)高程分布图 Fig. 2 Map showing sampling sites along the Yarlung Zangbo Great Canyon (a) and topographic profile (b)

表 1(Table 1)

表 1 南迦巴瓦峰地区格嘎剖面磷灰石裂变径迹测试数据 Table 1 Apatite fission track analysis results from Gega profile near the Mt. Namjagbarwa 编号 海拔 (m) 坐标 颗粒数 自发径迹 总数 ρs(cm-2) 238U含量 (10-6) 裂变径迹 年龄(Ma) 误差 95%-CI 95%+CI Pχ2(%) 径迹平均 长度(μm) N-02 3908 N29°33′20.8″ E94°55′55″ 40 21 12.72 9.55 1.37 -0.48 +0.75 54.4 14.62±0.34 N-03 3990 N29°33′21.3″ E94°55′55.7″ 40 13 8.768 6.63 1.23 -0.52 +0.91 34.9 15.16±0.18 N-04 4000 N29°33′24″ E94°55′56″ 40 57 39.7 25.27 1.19 -0.28 +0.36 33.9 15.01±0.18 N-05 4048 N29°33′24.9″ E94°55′57.4″ 28 13 15.16 14.55 0.71 -0.3 +0.53 8.3 14.85±0.25 N-06 3491 N29°33′19.9″ E94°55′22.9″ 40 30 11.96 7.11 2.07 -0.64 +0.92 12.3 14.93±0.19 N-07 3201 N29°33′18.3″ E94°54′40.7″ 36 4 4.483 3.69 0.74 -0.47 +1.27 17.1 14.51±0.44 N-08 3161 N29°33′20.8″ E94°54′38.5″ 39 58 23.38 14.68 2.05 -0.48 +0.63 18.0 15.14±0.25 N-10 3022 N29°34′2″ E94°54′26.8″ 39 39 22.44 14.36 1.44 -0.4 +0.55 19.9 15.87±0.87 ρs为自发径迹密度; Pχ2表示所有检验单颗粒年龄正态分布置信度的量值；裂变径迹年龄为样品的中值年龄, 置信区间为1σ，95%-CI表示-σ的误差，95%+CI表示+σ的误差.

表 1 南迦巴瓦峰地区格嘎剖面磷灰石裂变径迹测试数据 Table 1 Apatite fission track analysis results from Gega profile near the Mt. Namjagbarwa

室内磷灰石单矿物分选后，送至美国A2Z公司(Apatite to Zircon Inc)对样品进行磷灰石裂变径迹测年分析，采用的方法是LA-ICP-MS法裂变径迹测年.传统的裂变径迹测试方法采用最广泛的是外探测器法(Fleischer et al.，1975)，间接得到磷灰石颗粒中现今²³⁸U含量.但是，由于存在中子通量检测²³⁸U裂变常数很难准确确定矿物颗粒向白云母片注册诱发径迹的系数等诸多方面因素的不确定性，影响测试分析结果的准确性.另外，一般辐照过程所需要的时间相对较长，特别是在2011年日本福岛核电站泄露事件后，世界各国均加大对放射性物品审查力度，样品在国际国内输送周期加长，这也制约了裂变径迹定年技术的发展(李天义等，2013).

随着激光剥露-电感耦合等离子体质谱联用技术(LA-ICP-MS)的迅速发展，使得磷灰石颗粒的²³⁸U含量(一般小于30 μg·g^-1)的直接测量成为了可能，为裂变径迹的测试提供了工作基础.Hasebe等(2004)利用该方法进行裂变径迹定年的测试分析，并建立了相对应的年龄计算方程，即在对磷灰石进行蚀刻和自发裂变径迹数目统计之后，使用LA-ICP-MS技术直接进行²³⁸U含量的测试，以用于年龄计算(Hasebe et al.，2004；李天义等，2013).

LA-ICP-MS方法测得的裂变径迹表观年龄t计算公式如下(Hasebe et al.，2004)：

其中：t_STD为标准样品年龄.8个样品的测试结果如表 1所示.

磷灰石裂变径迹记录的是岩石在60~110 ℃(±10 ℃)的部分退火带所经历的热历史过程，单个年龄不能直接解释样品在低于封闭温度时的时间，而可能表现为磷灰石退火部分重置后的表观年龄，往往不能直接代表地质事件的时间.根据前人研究可知只有较长的径迹长度和较小的长度标准差的年龄数据才能反映事件时间(雷永良等，2008a，2008b).

本文得到的8个磷灰石裂变径迹冷却年龄都小于3 Ma，似乎不具有明显年龄与高程正相关或者负相关关系，这可以是由于年龄值太年轻或者高程跨度不够大.通过得到南迦巴瓦地区的8个数据和前人10个磷灰石裂变径迹数据作图分析(图 3)，呈现出典型的“香蕉图”的模式关系，显示出存在三次加速隆升事件，其时间分别为距今0.71 Ma、1.23 Ma、2.05 Ma.这三个时间年龄值的直方图均显示为未受到热扰动的单峰分布(图 3)，径迹长度比较长，都大于14.5 μm，1σ标准偏差小于0.87 μm，可以指示快速隆升-剥露事件的年龄(Gleadow et al.，1986；雷永良等，2008a，2008b).这一事实说明，喜马拉雅东构造结新生代晚期以来发生过强烈的隆升，且其隆升具有间歇性、多期性、阶段性的基本特征.

图 3

Fig. 3

图 3 东喜马拉雅构造结南迦巴瓦峰地区格嘎剖面磷灰石裂变径迹数据香蕉图 图中圆点数据为本文测得的结果，三角形数据引自，雷永良等(2008a,2008b). Fig. 3 Boomerang pattern of apatite fission track from the Gega profile near the Mt. Namjagbarwa in the eastern Himalayan syntaxis Black dots are new data in this work, and black triangles are from Lei et al. (2008a,2008b).

根据本文得到的磷灰石裂变径迹结果，结合前人在南迦巴瓦峰核心区附近获得的磷灰石裂变径迹、锆石裂变径迹、角闪石⁴⁰Ar/³⁹Ar数据(Burg et al.，1997，1998； Ding et al.，2001；于祥江等，2011)作图分析，大约在3~8 Ma期间，冷却速率约为50 ℃/Ma；而3 Ma以来，冷却速率加快到100 ℃/Ma.假定地温梯度25~40 ℃/km(高起伏地区地温场变化区间较大)，计算得3 Ma前、后抬升剥露速率分别为1.25~2 mm·a^-1和2.5~4 mm·a^-1，据此可知南迦巴瓦峰地区3 Ma以来快速的抬升剥露(图 4)，推算剥蚀量约为7.5~12 km；而距今3 Ma至8 Ma期间的剥蚀量约为6.25~10 km.龚俊峰等(2009)在南迦巴瓦核心区获得的黑云母⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄为2~4 Ma，估算4 Ma以来的剥蚀厚度约为10 km，这与本文获得的剥蚀厚度吻合.另外南迦巴瓦变质体中出露的高压麻粒岩(Xu et al.，2012；Ding et al.，2001)也说明了南迦巴瓦峰地区存在巨厚的地层剥蚀.3 Ma以来达到10 km的剥露量是非常巨大的，而围绕南迦巴瓦峰的巨型冰川和流经的雅鲁藏布江强烈的侵蚀和搬运能力为南迦巴瓦峰的快速剥露作用提供了天然条件(Seward and Burg，2008； Korup and Montgomery，2008).

图 4

Fig. 4

图 4 南迦巴瓦峰格嘎附近热年代学温度-年龄图 数据来自本文测试结果和Burg等(1998)，Ding等(2001). Fig. 4 Temperature versus age plot summarizing the thermochronologic results from near Gega profile in the Mt. Namjagbarwa Data are from this paper and Burg et al. (1998), Ding et al. (2001).

综合本文和前人在东构造结地区获得的磷灰石裂变径迹年龄数据(Seward and Burg，2008；Ding et al.，2001；Burg et al.，1997，1998)，用Surfer软件绘制出的年龄等值线图(图 5)可以明显看出，东构造结及其邻近地区被西边界、东边界、北边界等边界断裂围限的构造结内部的南迦巴瓦复式背斜穹窿核心区的年龄都小于3 Ma，而核心区以外的拉萨地体与冈底斯构造单元冷却年龄大多大于3 Ma，说明南迦巴瓦峰核心区冷却速率明显快于非核心区；而在南迦巴瓦峰北部沿嘉黎断裂方向的易贡藏布和帕隆藏布地区冷却年龄非常年轻，约1 Ma左右，这可能是受到北部嘉黎断裂活动影响所致(Seward and Burg，2008)，而Zeitler等(2014)认为这可能与易贡藏布和帕隆藏布江1 Ma左右被雅鲁藏布江袭夺造成的河流强烈的下切作用有关.

图 5

Fig. 5

图 5 研究区磷灰石裂变径迹年龄等值线图 Fig. 5 Contour map of apatite fission track ages in the study area

东构造结地区南迦巴瓦峰附近最新的低温热年代学数据都表明南迦巴瓦峰核心区距今3 Ma以来的快速隆升，并围绕着东构造结西边界、东边界、北边界，构造结内部南迦巴瓦核心区相对于非核心区强烈的差异构造抬升.当前学者对于东构造结这种隆升差异现象主要有以下两种解释：

(1)气候主导

雅鲁藏布江流域南侧高耸的喜马拉雅山作为气候上的屏障，印度洋季风难于逾越它直接到达雅鲁藏布江中上游地区，而只能从下游顺河谷伸入，因而降水量自东向西明显地减少，这反映在流水的侵蚀作用是由下游向上游逐渐由强变弱的.并且整个青藏高原，水平方向上显然由东南向西北，由高原边缘深入到高原内部，温度和降水都在逐渐下降.强大的降雨必然导致剥露作用的加剧，剥露作用对地貌的形成起着极为重要的作用(王二七等，2002；孙东霞等，2009；于祥江等，2011). 这种假设认为雅鲁藏布大峡谷河段流域地质体在距今3 Ma以来的冷却过程似乎不是区域构造作用的结果，可能与气候因素引起的强烈剥露作用密切相关：长期的强烈快速剥露促使地壳均衡反弹，引起东构造结距今3 Ma以来的快速抬升.

“气候主导论”存在以下几个问题：

① 现代降水分布并不能代表地质历史时期的降水分布，我们并未获得过去几个百万年的降水情况，该地区降雨分布与高喜马拉雅造山带抬升运动关系十分密切，地质历史时期降雨分布变化可能非常大，用现今降雨情况来等效过去地质历史时期的降雨是不可靠的.目前只能通过冰盖的发育大致知道“水汽通道”开始于中更新世(杨逸畴等，1995；王二七等，2002；高登义，2008；于祥江等，2011)，然而南迦巴瓦峰的快速隆升至少早在3 Ma以来就已经开始，早于水汽通道的形成时间.

② 孙东霞(2009)认为东构造结2.5 Ma以来的快速冷却不是区域构造抬升作用造成的，而是主要与气候作用有关；但是西构造结并不存在类似的雅鲁藏布江“水汽通道”作用，却有同东构造结非常类似的地质构造和地貌特征，并且在南迦帕尔巴特峰地区具有和东构造结南迦巴瓦峰地区相似的中心集中式的冷却历史(丁林等，1995；Zeitler et al.，2001)，这说明东西构造结的快速抬升-剥露作用很可能都是由构造作用主导的.

③ 如果是气候变化导致均衡反弹，均衡反弹是在高密度、黏滞性较大的岩浆中进行的，因此均衡隆升运动极其缓慢，并需要一个相当长的地质时期.一般说来，只有在构造运动微弱的地区，地壳均衡反弹作用提供了区域上发生垂直运动的主要力源，比如在被冰原覆盖的陆地表面冰后期的弹性回跳；而在喜马拉雅山脉、龙门山地区等构造抬升强烈的地区，地壳均衡反弹只被动的贡献了很小部分隆升量，构造抬升才是占据地壳抬升的主导作用.

④ 均衡反弹作用造成的抬升作用是一种区域的均衡抬升，冷却年龄和高程剖面应该是正相关关系，即高程越高岩石的冷却年龄越老，然而据Tu等(2015)在南迦巴瓦峰西南坡采集的一个高程跨度达到2000 m的剖面结果显示，AFT和黑云母⁴⁰Ar/³⁹Ar的高程年龄关系均呈现负相关关系，与均衡抬升作用矛盾.模拟结果显示了南迦巴瓦附近存在一个旋转式的独特岩石运动速度场，这种岩石速度场更符合构造掀斜运动.

(2)构造主导

丁林等(1995)认为印度板块的东南角楔入本地区，使得不同构造单元向结点部位发生集中压缩变形.在印度板块持续向北挤压作用下，形成了协调印度板块挤入、冈底斯岩浆弧的扩展和印度板块旋转的东构造结南迦巴瓦复式背形穹窿.该背形穹窿在西边界米林—东久断裂、东边界阿尼桥—墨脱断裂及北边界大峡谷逆冲推覆构造的协调下，南迦巴瓦断块形成了一个向上冲起的“冲起构造(pop-up)”，这种构造样式认为南迦巴瓦复式背斜穹窿相对于周边构造单元存在快速的差异隆升作用(Ding et al.，2001).由于该地区的高侵蚀速率可能会造成地壳的均衡反弹作用以及Zeitler等(2001)描述的“构造瘤”反馈隆升作用，这些作用可能也对构造抬升具有一定贡献，完全不考虑地表作用是不合适的.

值得一提的是，3 Ma左右也是喜马拉雅西构造结南迦帕特峰快速隆升时期(Zeitler et al.，2001)，相似的大地构造位置表明了东西构造结具有类似的应力集中作用，3 Ma可能是印度板块与欧亚板块东西构造结犄角处的强烈挤压作用时期；而距今0.71 Ma、1.23 Ma时期的构造隆升也对应于青藏高原的昆黄运动(李吉均等，1979，2001；Liu et al.，1996；吴锡浩和安芷生，1996；Li et al.，2014).

本文认为东构造结地区的隆升模式为：8~3 Ma南迦巴瓦背形构造整体向北楔入拉萨地体，南迦巴瓦峰地区隆升-剥露速率约为1.25~2 mm·a^-1；3 Ma以来，由于持续向北楔入作用导致南迦巴瓦峰南侧的那木拉逆冲断裂的活动，在大峡谷逆冲断裂和那木拉逆冲断裂的夹持下形成“冲起构造”南迦巴瓦断块向上快速挤出，隆升-剥露速率可达2.5~4 mm·a^-1.气候变化导致的强烈地表侵蚀作用可能会引发地壳的均衡抬升，但这部分抬升贡献仅起次要作用.

(1)喜马拉雅东构造结南迦巴瓦峰核心区距今3 Ma以来发生过3期快速构造抬升事件，分别发生在距今约0.71 Ma、1.23 Ma和2.05 Ma.

(2)东构造结南迦巴瓦峰核心区3 Ma以来的平均剥露速率达到2.5~4 mm·a^-1，剥露厚度估算约7.5~12 km，明显快于非核心区.

(3)东构造结南迦巴瓦峰地区距今3 Ma以来的快速抬升剥露作用主要是以构造作用为主导，气候变化引发的地壳均衡抬升起次要作用.