【研究亮点】王雅美、尹继元等-ESR：低温热年代学填图和综合分析揭示中亚造山带西段多期次差异剥露过程及其动力学机制

　　中亚造山带是全球最典型的增生型造山带之一，其自古亚洲洋闭合进入陆内造山阶段以来，持续受到远程构造应力的叠加影响，记录了多期次、多类型的复杂变形过程，因而成为研究陆内变形响应与远程板块动力作用的 “天然实验室”。天山、西准噶尔与阿尔泰造山带是中亚造山带的重要组成部分（图1），近年来，低温热年代学研究成果丰硕，为揭示山脉的剥露期次及其构造演化提供了坚实基础。然而，关于这些地区山脉隆升时间、剥露主控机制和时空差异性等关键科学问题，仍存在较大争议与不确定性，亟需开展系统的综合研究与区域对比。

　　针对上述科学问题，中国地质科学院地质研究所尹继元研究员课题组对天山-西准噶尔-阿尔泰造山带开展了低温热年代学填图和大数据分析，厘清了西准噶尔的剥露期次与构造控制机制，构建了中亚造山带西段多期、差异性剥露与隆升的演化模式。取得的主要认识如下：

图1. （a）中亚地形特征图；（b）中亚造山带西部构造简图（据Windley et al., 2007; Xiao et al., 2015修改）；（c）西准噶尔造山带地形图，显示了本研究及已发表研究中低温热年代学样品的分布（Li et al, 2014; Yin et al, 2018a; Gillespie et al, 2020; Wang et al, 2021, 2023）

　　（1） 厘清西准噶尔两期快速剥露阶段及其构造响应机制

　　西准噶尔关键区域样品的综合低温热年代学数据及热历史模拟揭示该地区经历了两期中-快速冷却过程。研究团队围绕西准噶尔主要断裂（如达拉布特断裂、谢米斯台断裂）及准噶尔盆地西北缘等地区，采集代表性样品并开展锆石与磷灰石 (U–Th)/He（ZHe、AHe）及磷灰石裂变径迹（AFT）分析，通过热历史模拟，重建该地区剥露演化过程（图2）。结果显示，该区经历了两期显著冷却事件：第一阶段为早二叠世至晚三叠世（~290–230 Ma），记录了古亚洲洋最终闭合后引发强烈构造抬升与剥露过程；第二阶段为早侏罗世至早白垩世（~180–140 Ma），冷却范围仅局限于主要断裂带附近，推测与中生代准噶尔地块发生逆时针旋转及其区域走滑构造再活化密切相关。

图2. QTQt模拟热历史曲线汇总

　　（2）热年代学填图与剥露速率计算揭示中亚造山带西段剥露的时空差异

　　研究建立了中亚造山带西段低温热年代学数据库，并基于克里金插值法进行空间差值分析，构建了多种低温年龄数据等值线图，为识别不同构造单元的演化阶段提供了直观依据（图3）。研究团队整合1080个AFT、302个AHe、28个ZFT与68个ZHe年龄数据，数样点基本覆盖了整个区。AFT差值图显示，天山新生代剥露主要集中于西天山、塔里木盆地北缘及大型走滑断裂带周围，而东天山则保留了部分中生代冷却记录，表现出空间上不均一性。阿尔泰地区以白垩纪冷却年龄为主，伴随较长的裂变径迹长度，指示其经历了一次快速冷却事件。西准噶尔地区记录了晚古生代及中生代的剥露过程，缺乏新生代的热年代学记录，反映其自晚中生代以来构造活动微弱、地体稳定。

图3. 低温热年代学数据等值线图：（a）AHe年龄；（B）AFT年龄；（c）ZHe年龄；（d）AFT平均裂变径迹长度

　　剥露速率结果显示中亚造山带西段时空剥露的差异性。通过计算250 Ma以来每25 Myr的剥露速率，并采用反距离权重法进行插值分析（图4），揭示了该造山带在剥露速率上的时空变化特征。中生代期间，天山的剥露中心由东西两侧向伊犁—中天山转移，新生代以来，全区呈现快速剥露的特征，近25 Ma以来剥露速率最高达0.8 mm/yr。西准噶尔主要在早中生代于盆地边缘发生局部剥露，之后构造活动趋于平静。阿尔泰地区在白垩纪期间冷却速率较高，但新生代显著减弱。总体来看，中生代三个地区剥露速率普遍较低，新生代仅天山显著加快，呈现南强北弱的构造活动格局。

图4. 天山、西准噶尔和阿尔泰造山带剥露速率图

　　（3）低温热年代学、盆地沉积与断层活动等综合揭示该造山带差异性剥露的构造机制

　　低温热年代学揭示的剥露时空特征，与盆地沉积记录及断层活动良好的耦合性。准噶尔盆地西北缘剖面资料显示（图5），该区二叠系发育厚层沉积，断层延伸到侏罗系地层，但鲜见切入白垩系，暗示主要构造格局在白垩纪前已形成。准噶尔盆地南缘新生代沉积厚度巨大，广泛发育逆冲断裂，部分切穿新生代地层，指示新生代构造活动显著增强，伴随快速的抬升与剥露。在盆地北缘白垩系以砂岩和砾岩为主，反映快速剥蚀和沉积过程。沿穿越天山-西准噶尔-阿尔泰的剖面分析发现，主要逆冲断层两侧存在冷却年龄不连续性，上盘年龄较老，下盘较新，显示断层在控制区域剥露差异方面发挥主导作用。

图5.（a）准噶尔盆地西北部地层剖面;（b）准噶尔盆地南部地层剖面;（c）准噶尔盆地东北部地层剖面

　　进一步结合样品年龄丰度分布及其与海拔、纬度的关系分析（图6），发现阿尔泰年轻样品集中于高海拔区域，表明剥蚀程度尚未赶上抬升幅度，白垩纪以来剥蚀作用有限；天山北部保留了较完整的古生代—中生代冷却记录，而南部主要记录中新世剥露，显示构造应力自南向北传递过程中的能量递减特征。

图6.天山、西准噶尔和阿尔泰造山带样品的AHe和AFT热年代学数据丰度与海拔、纬度关系图

　　综合上述分析及数值模拟结果，研究提出：新生代印度-欧亚板块的碰撞导致构造应力由南向北传递至天山、准噶尔盆地、阿尔泰。其中，天山发生了显著的构造隆升与快速剥露；准噶尔盆地作为刚性块体将应力向北传导；在传递过程中，构造能量逐步衰弱，导致阿尔泰地区未发生足以重置热年代学记录的大规模剥蚀作用。相比之下，西准噶尔之所以未受新生代印度-欧亚碰撞影响，可能因其构造走向（NE–SW）与区域主压应力方向一致，难以形成强烈剪切响应，且该区位于哈萨克斯坦山弯构造核心部位，受附近刚性地体围限，形成天然的“构造避难所”。

　　本研究从低温热年代学、沉积学、构造地质学等多个角度，系统解析天山—西准噶尔—阿尔泰中新生代差异性剥露过程，进一步明确了印度-欧亚碰撞应力在中亚地区的传播路径及其影响范围，为理解板缘碰撞对陆内造山过程的影响提供了新的视角。

　　本研究成果获得国家重点研发项目（2019YFA0708601）、国家自然科学基金（4231101056）、北京矿冶科技集团科研基金项目（JTKY202427822）和IGCP 662项目联合资助。相关成果发表在国际地学权威期刊《Earth-Science Reviews》上。

论文信息：

王雅美, 尹继元*, 肖文交, Thomson, S.N., 王涛, 王艳楠, 何智远, 陈文, 蔡克大, 谭富诚, De Grave, J. 2025. Multi-stage differential exhumation of the West Junggar and adjacent regions, NW China, revealed by regional low-temperature thermochronology. Earth-Science Reviews 267, 105154.

　　原文链接: https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2025.105154