孙高远 胡修棉 

在板块构造理论的框架下，大洋的闭合与板块间的拼贴是造就海陆分布格局的直接作用。新生代新特提斯洋（Neotethys Ocean）的闭合以及一系列地体的拼贴作用，造就了现今欧亚地区的海陆格局。新特提斯洋的演化不仅影响了全球气候和环境变化，也影响了地质资源、能源的分布。涉及新特提斯洋的形成、演化以及消亡历史等问题一直是地质学家们关注的焦点。

新特提斯构造域西起欧洲阿尔卑斯造山带，经中东扎格罗斯造山带和我国喜马拉雅-青藏高原，向东一直延伸到东南亚造山带。对于新特提斯构造域的西段和东段，其构造演化受到我国科学家关注较多。而对于特提斯构造域中段的扎格罗斯造山带，其大地构造演化历史研究较为薄弱。主体位于中东伊拉克-伊朗一带、呈北西-南东方向展布的扎格罗斯造山带，是新特提斯洋闭合以及阿拉伯与欧亚大陆碰撞的直接结果，由于受多重地质过程的可能的影响（（如蛇绿岩仰冲、岛弧和微陆块碰撞、弧后拉张等因素），关于阿拉伯-欧亚板块的初始碰撞时间与过程争论较大，跨度从晚白垩世（七千万年前）到中新世（一千万年前）。目前国际广泛接受的初始碰撞时间，其主要是基于构造板块重建，利用地壳缩短量与现今板块位置进行古地理恢复，估算获得大陆初始碰撞时间（McQuarrie and van Hinsbergen, 2013），被认为发生在始新世-渐新世（~36-27 Ma，1 Ma为百万年）。然而板块重建中存在构造缩短量重建的巨大误差，这导致约束碰撞时间存在很大的不确定性。

沉积记录可作为约束大陆初始碰撞研究的有效途径。胡修棉等（2017）总结定义了约束大陆初始碰撞的时间节点，即陆壳与陆壳开始接触，洋壳消失的时间。基于此，通过沉积环境判别、盆地性质确定、物源转换精确地限定了印度-欧亚大陆的初始碰撞时间发生在~61-59 Ma（Hu et al., 2015; An et al., 2021）。利用沉积记录限定碰撞时间的工作在扎格罗斯造山带也有开展。前人研究结果显示，在始新世-渐新世时期，来自缝合带北侧伊朗地块的碎屑物质被搬运至阿拉伯板块之上，从而把阿拉伯-欧亚板块初始碰撞时间限定在36-26 Ma（Koshnaw et al., 2018; Cai et al., 2021; GholamiZadeh et al., 2022），这与上述板块重建的时间似乎较为吻合。然而，前人的沉积记录研究主要集中在伊拉克Kurdistan、伊朗Fars和Neyriz地区，这些沉积记录都有一个共同的特征，即新生代地层存在一定的缺失或者不连续，且沉积环境为陆相红层。比如，伊拉克Kurdistan地区的渐新世陆相地层角度不整合于晚白垩世海相灰岩地层之上（Koshnaw et al., 2018）。因此，对这些地层开展物源分析仅能对大陆初始碰撞时间提供一个上限的约束。

图1 扎格罗斯地区简化地质构造分带图（A）、研究区地质图（B，C）

图2 Amiran盆地野外剖面照片及各地层

基于此，选择连续的、不同海相环境的沉积记录来约束阿拉伯-欧亚大陆碰撞时间是解决该关键科学问题的前提。位于伊朗西南部Lorestan省Khorramabad地区的Amiran盆地，紧邻扎格罗斯蛇绿岩（Kermanshah蛇绿岩）南侧发育（图1A, B），该盆地保存了连续的扎格罗斯前陆盆地沉积，总厚度超过5 km，自上白垩统到中新统地层呈现水深逐渐变浅的演化（图1C和图2）。剖面最底部Gurpi组主要为一套灰绿色远洋环境沉积的泥灰岩夹薄层生屑灰岩（图3A），代表阿拉伯被动陆缘最北端沉积。沉积不整合于Gurpi组之上为Amiran组，一套深海复理石建造（图3B），以灰黑色泥页岩与岩屑砂岩互层为特征（图3C），局部为细砾岩或含砾粗砂岩层。Amiran组碎屑沉积之上，为浅海台地环境的Taleh Zang组，以大套含底栖大有孔虫的生屑灰岩夹泥灰岩为特征（图3D）。沉积不整合于Taleh Zang组之上的为河流-三角洲环境的Kashkan组，岩性以紫红色/灰绿色含砾粗砂岩（图3E）、砾岩夹泥岩为特征。剖面最顶部Asmari组不整合于Kashkan组之上，为厚层白云岩夹薄-中层生屑灰质云岩的蒸发岩组合（图3F）。该剖面自底部被动陆缘沉积之上，连续记录了前陆盆地深水Amiran组到浅水Kashkan组沉积。

图3 Amiran盆地各地层沉积构造特征：（A）Gurpi组远洋灰岩；（B）和（C）Amiran组复理石建造；（D）Taleh Zang组生屑灰岩；（E）Kashkan组发育交错层理粗砂岩层和（F）Asmari组白云岩

图4 Amiran盆地沉积地层及主要有孔虫和钙质超微标志化石

本次研究系统采集了生物地层样品。有孔虫和钙质超微化石显示该盆地两套碎屑岩地层Amiran组和Kashkan组分别形成于64-60 Ma和56-34 Ma（图5）。Amiran组以大量蛇绿质岩屑砂岩为特征，另见大量硅质岩岩屑（图5）。通过对Amiran组中碎屑单矿物分析，其含有大量碎屑铬尖晶石，Cr#-Mg#构造判别图揭示其与扎格罗斯蛇绿岩性质一致，显示弧前构造背景（图5）。Kashkan组砂岩碎屑组分与Amiran组有一定的差异，除出现蛇绿岩相关岩屑外，主要大量出现陆源碎屑岩屑（图4），反映大陆来源的物质供应。

图5 Amiran组铬尖晶石地球化学及砂岩显微照片

碎屑锆石年代学显示Amiran组出现三个特征年龄区间，分别为二叠-三叠纪（260–200 Ma）、侏罗纪（180–160 Ma）、白垩纪（110–80 Ma）。白垩纪的锆石U-Pb年龄以及εHf(t)值特征，都与扎格罗斯蛇绿岩锆石一致（图6），结合大量蛇绿岩质砂岩碎屑组分，盆地北侧的扎格罗斯蛇绿岩是其重要的源区。侏罗纪锆石年龄以及主体呈较亏损的Hf同位素特征与Sanandaj-Sirjan 构造带中的岩浆和碎屑锆石特征相似（图6），反映了北侧Sanandaj-Sirjan构造带的物源特征。而对于二叠纪-三叠纪（260–200 Ma）的锆石来源较难辨别，主要是由于在整个扎格罗斯造山带及附近出露的二叠-三叠纪岩浆岩较少。有研究通过锆石微量元素分析，认为其可能来自俯冲了的新特提斯洋壳（Barber et al., 2019）。本研究Amiran组中二叠纪-三叠纪锆石且具有亏损的Hf同位素特征，以及这些锆石呈现低铀且均质的内部结构，推测新特提斯洋壳来源是较为可能的解释。

图6 （A）和(B）为Amiran组和Kashkan组碎屑锆石年龄；（C）潜在物源区（阿拉伯、扎格罗斯蛇绿岩、Sanandaj-Sirjan 构造带以及中伊朗地块）锆石年龄特征；和（D）锆石Hf同位素特征及与潜在源区对比

Kashkan组的碎屑锆石整体上呈现与Amiran组类似的三个年龄峰值以及Hf同位素特征，反映物源的继承性。需要特别指出的是，Kashkan组中出现另外一组二叠-三叠纪碎屑锆石，其具有异常富集的εHf(t)值（–19.2~ –6.8）（图6），这与上述Amiran组中的锆石特征相区别。通过区域对比，推测Kashkan组中这些二叠-三叠纪碎屑锆石很可能来自于缝合带北侧的中伊朗陆块，这在砂岩碎屑成分上也得到印证，即出现大量陆源的沉积岩岩屑和砾石（图4）。虽然缺乏现有的锆石Hf同位素特征作为对比，但是间接通过保存在扎格罗斯以及莫克兰构造带内中-上新统地层，其揭示中伊朗地块碎屑锆石年龄和Hf同位素特征与本组锆石特征类似（Esmaeili et al., 2020; Cai et al., 2021）。

碰撞造山带中沉积盆地的物源分析，可很好地约束沉积古地理和大地构造演化。通过对Amiran盆地精细的生物地层及物源研究，在古新统Amiran组沉积时期，盆地北侧仰冲的扎格罗斯蛇绿岩开始抬升被剥蚀，使得大量蛇绿岩碎屑物质被南向搬运沉积于阿拉伯板块上的前陆盆地，除此之外北侧Sanandaj-Sirjan 构造带的物质同样被剥蚀沉积于Amiran组之中；随着蛇绿岩仰冲作用的持续进行，到始新统Kashkan组沉积时期，除仰冲的蛇绿岩和Sanandaj-Sirjan 构造带继续提供碎屑物源外，还出现北侧中伊朗地块碎屑物质。这样的物源表明Amiran组和Kashkan组沉积均具有缝合带北侧来源特征，然而由于Sanandaj-Sirjan 构造带演化的不确定性以及Amiran组主体为蛇绿岩的碎屑成分特征，上限推测阿拉伯和伊朗板块的碰撞时间至少在Kashkan组沉积前已经发生，缝合带北侧伊朗板块上的物质在此时已经被搬运至阿拉伯板块上的前陆盆地进行沉积。基于生物地层年代约束，阿拉伯和欧亚板块的初始碰撞至少在始新世之前已经发生，即大于56 Ma。同时，盆地内从Amiran组到Kashkan组，反映了白垩纪末-古新世发生的扎格罗斯蛇绿岩仰冲到随后的阿拉伯-欧亚板块初始碰撞的连续演化，表明在扎格罗斯地区，蛇绿岩仰冲与大陆碰撞之间可能存在一定关联，为陆-陆碰撞过程提供了新的构造演化样式（图7）。

图7 扎格罗斯造山带古新世-始新世古地理恢复图及构造演化简图

阿拉伯-欧亚大陆初始碰撞的时间限定在始新世之前（> 56 Ma），这比前文提到国际主流观点36-27 Ma的初始碰撞时限提前了近两千万年。本研究约束的碰撞时间很好地解释了伊朗南部Urumieh-Dokhtar岩浆弧始新世-中新世（55-25 Ma）大规模岩浆作用机制，其可能与同碰撞至碰撞后背景相关，这与西藏南部冈底斯岩浆岩演化较为类似（Zhu et al., 2023）。同时该碰撞时间与喜马拉雅-青藏高原地区通过地层和沉积学研究获得的印度-欧亚大陆初始碰撞时间（61-59 Ma）较为相近（Hu et al., 2015; An et al., 2021），对于同属新特提斯构造域的喜马拉雅-青藏高原和扎格罗斯两个典型的陆陆碰撞造山带而言，如此相近的初始碰撞时间，却造就了平均海拔相差近1500-2000 m的两个造山带（喜马拉雅-青藏高原平均海拔4500-5000 m，扎格罗斯造山带平均海拔约3000 m），对于重新认识板块运动学具有重要参考。比如利用古地磁重建恢复的板块运动速度显示，晚白垩世以来印度板块向北汇聚的速度是阿拉伯板块的3倍以上，这可能是导致两者陆陆碰撞强度不同的主要因素，从而造成两者大陆变形程度差别巨大，在扎格罗斯地区广泛发育以薄皮状褶皱构造为特征，这对波斯湾地区的油气储存提供了良好条件。因此对阿拉伯-欧亚板块碰撞时间的重新厘定，是对重新认识板块运动学、亚洲大陆变形、波斯湾油气形成以及中亚气候－环境演变等具有重要意义。

知识点：

特提斯（Tethys）:  19世纪末，奥地利地质学家Eduard Suess根据欧洲和非洲出现的化石纪录，认为在北方劳亚与南方冈瓦纳古陆之间，曾有个海存在。Suess将该横贯欧亚大陆的古海洋定义为特提斯海(Tethys Sea)。在希腊神话中Tethys是一位女神，但其真容从未被其他人见过，基于该特点，Suess借用了这位女神的名字命名了地质历史中曾存在过的海洋，并指出这个古海洋的遗迹西至阿尔卑斯，经过扎格罗斯，东至喜马拉雅-青藏高原和东南亚的一系列山脉。随着后续研究的深入，地质学家又将特提斯依据出现时间的先后顺序分为古特提斯、中特提斯和新特提斯，三者以出现时间早晚为区别。

本文作者系河海大学海洋学院孙高远副教授和南京大学地球科学与工程学院胡修棉教授，本文系作者认知，相关问题交流可通过邮箱sungy@hhu.edu.cn（孙高远）或huxm@nju.edu.cn（胡修棉）联系。欲知更多详情，请进一步阅读原文和下列主要参考文献。

原文信息：

Sun Gaoyuan, Hu Xiumian*, Eduardo Garzanti, BouDagher-Fadel Marcelle K., Xu Yiwei, Jiang Jingxin, Erik Wolfgring, Wang Yasu, Jiang Shijun, 2023. Pre-Eocene Arabia-Eurasia collision: New constraints from the Zagros Mountains (Amiran Basin, Iran): Geology, v. 51, p. 941–946, https://doi.org/10.1130/G51321.1.

主要参考文献：

[1]  An, W., Hu, X.M., Garzanti, E., Wang, J.G., Liu, Q., 2021. New precise dating of the India‐Asia collision in the Tibetan Himalaya at 61 Ma. Geophysical Research Letters, 48(3), e2020GL090641. https://doi.org/10.1029/2020GL090641.

[2]  Barber, D., Stockli, D.F., and Galster, F., 2019, The Proto-Zagros Foreland Basin in Lorestan, Western Iran–Insights from multi-mineral detrital geo-thermochronometric and trace-elemental provenance analysis: Geochemistry, Geophysics, Geosystems, v. 20, p. 2657–2680, https://doi.org/10.1029/2019GC008185.

[3]  Cai, F.L., Ding, L., Wang, H.Q., Laskowski, A. K., Zhang, L.Y., Zhang, B., Mohammadi, A., Li, J.X., Song, P.P., Li, Z.Y., and Zhang, Q.H., 2021, Configuration and timing of collision between Arabia and Eurasia in the Zagros collision zone, Fars, southern Iran: Tectonics, v. 40, e2021TC006762, https://doi.org/10.1029/2021TC006762.

[4]  Esmaeili, R., Xiao, W., Griffin, W. L., Moghadam, H. S., Zhang, Z., Ebrahimi, M., et al. (2020). Reconstructing the source and growth of the Makran accretionary complex: Constraints from detrital zircon U‐Pb geochronology. Tectonics, 39, e2019TC005963. https://doi.org/10.1029/2019TC005963.

[5]  GholamiZadeh, P., Hu, X., Garzanti, E., and Adabi, M. H., 2022, Constraining the timing of Arabia-Eurasia collision in the Zagros orogen by sandstone provenance (Neyriz, Iran). Geological Society of America Bulletin, v. 134, p. 1793-1810, https://doi.org/10.1130/B35950.1.

[6]  Hu, X.M., Garzanti, E., Moore, T., and Raffi, I., 2015, Direct stratigraphic dating of India-Asia collision onset at the Selandian (middle Paleocene, 59 ± 1 Ma): Geology, v. 43, p. 859-862, https://doi.org/10.1130/G36872.1.

[7]  Koshnaw, R.I., Stockli, D.F., and Schlunegger, F., 2018, Timing of the Arabia-Eurasia continental collision—Evidence from detrital zircon U-Pb geochronology of the Red Bed Series strata of the northwest Zagros hinterland, Kurdistan region of Iraq: Geology, v. 47, p. 47–50, https://doi.org/10.1130/G45499.1.

[8]  McQuarrie, N., van Hinsbergen, D.J.J., 2013, Retrodeforming the Arabia–Eurasia collision zone: age of collision versus magnitude of continental subduction: Geology, v. 41, p. 315–318, https://doi.org/10.1130/G33591.1.

[9]  Zhu, D. C., Wang, Q., Weinberg, R. F., Cawood, P. A., Zhao, Z., Hou, Z. Q., & Mo, X. X. (2023). Continental crustal growth processes recorded in the Gangdese batholith, southern Tibet. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 51, 155-188.

[10] 胡修棉, 王建刚, 安慰, Garzanti, E., 李娟, 2017. 利用沉积记录精确约束印度-亚洲大陆碰撞时间与过程. 中国科学: 地球科学 47, 261-283. https://doi.org/10.1360/N072016-00237.