印度-亚洲大陆碰撞及随后持续的陆内汇聚作用，形成了一个面积大于250万平方公里、平均海拔大于4000m的青藏高原和雄伟的喜马拉雅山脉，重塑了亚洲的海陆分布和地形格局，并使北半球大气环流发生重组，造就了亚洲季风-干旱环境。精细解析印度-亚洲碰撞过程，还可为研究大陆动力学、大陆碰撞成矿，乃至发展板块构造及地球多圈层相互作用等科学理论提供关键证据支撑。

　　然而，对于印度-亚洲碰撞如何发生，学界还存在众多不同看法。印度-亚洲碰撞模型可分为两类：单阶段碰撞模型和两阶段碰撞模型。单阶段碰撞模型以大印度大陆模型为代表，即古新世(约60Ma)印度-亚洲大陆发生碰撞。然而，该模型尚未解决大规模(约2000km)印度陆壳俯冲的机制，亦缺乏相应的证据。后来，学界相继提出弧陆碰撞模型、大印度洋盆模型以及日喀则弧后盆地模型等两阶段碰撞模型，但这些碰撞模型仍不能充分解释与印度-亚洲碰撞相关的地质学、地球物理学、地球化学和古生物学等多学科的系列相关证据。因此，需要准确厘定印度-亚洲碰撞的精细过程，发展更全面描述碰撞过程、合理协调多学科证据的碰撞模型。

　　在国家自然科学基金、中科院国际合作伙伴计划项目和中国博士后科学基金的共同支持下，中国科学院地质与地球物理研究所袁杰博士及其国内外合作者，对藏南特提斯喜马拉雅地块萨嘎地区古新统桑单林组深水红色硅质岩、硅质页岩和江孜地区上白垩统床得组大洋红层开展了详细的古地磁学研究(Yuan et al., 2021, 2022)，并结合前人研究结果，厘定了印度-亚洲碰撞的精细过程，并构建了新的碰撞模型。

　　研究人员之前对藏南特提斯喜马拉雅地块的上白垩统大洋红层和古新统深水红色硅质岩、硅质页岩开展构造磁学、岩石磁学、磁性地层学和岩相学等综合研究(Yuan et al., 2021)，获得了可靠的古地磁数据，揭示了特提斯喜马拉雅和高喜马拉雅地块在白垩纪晚期~古近纪初期快速向北漂移的特征，提出“北印度海”(North India Sea)假说，揭示了两阶段陆-陆碰撞过程：约75Ma特提斯喜马拉雅地块仍位于19.4°S, 之后特提斯喜马拉雅和高喜马拉雅裂解并离开印度大陆，并张开一个洋盆，即北印度海，特提斯喜马拉雅和高喜马拉雅地块继续快速向北漂移，在约61Ma与亚洲大陆发生第一阶段陆陆碰撞，碰撞位置位于约14°N；在约53~48Ma印度大陆与特提斯喜马拉雅高喜马拉雅发生第二阶段陆陆碰撞，该碰撞自西向东穿时性发生，导致北印度海自西向东逐渐关闭，缝合线为主中央逆冲断裂(MCT)。此外，还提出弧陆碰撞须发生在61Ma之前。

　　为深入探究印度-亚洲碰撞的精细过程，研究人员进一步对藏南特提斯喜马拉雅地块萨嘎地区桑单林剖面古新统桑单林组深水红色硅质岩、硅质页岩开展构造磁学、岩石磁学、磁性地层学和岩相学等综合研究(Yuan et al., 2022)，并结合他们自己(Yuan et al., 2021)和前人研究结果，确证了“西藏喜马拉雅”(Tibetan Himalaya, 包括特提斯喜马拉雅和高喜马拉雅) 晚白垩世~早古新世快速北向漂移的特征，构建了三阶段的印度-亚洲碰撞模型(Yuan et al., 2022)。

　　研究人员获得的高质量古地磁结果，更为精确地限定约61Ma时的特提斯喜马拉特地块位于14.1° ± 1.9°N，并将北印度海中部和西部最大尺寸分别限定为2200 ±  500 km和1300 ± 500 km。结合之前在特提斯喜马拉雅地块获得约75Ma的古地磁结果(Yuan et al., 2021)，将75~61Ma期间西藏喜马拉雅地块的北向漂移速率小幅修订为263 mm/year。而通过印度大陆的视极移曲线计算得到印度克拉通在80~60Ma期间的北向漂移速率仅约为100 mm/year，二者之间存在明显的漂移速率差异，因此进一步确定，在约75Ma后西藏喜马拉雅地块必须裂解并离开印度大陆，形成北印度海。 

　　Yuan et al. (2021)的研究结果于2020年7月在线发表，稍后MIT课题组发表了印度拉达克地区科西斯坦-拉达克弧古新统Khardung火山岩的年代学和古地磁学结果(Martin et al., 2020)，高精度的CA-ID-TIMS U-Pb年代学结果表明这套火山岩形成于约61.6~66.1Ma，古地磁学结果精确限定约64Ma科希斯坦-拉达克岛弧位于8.1 ± 5.6 °N。

　　研究人员结合他们自己在特提斯喜马拉雅地块获得的古地磁数据(Yuan et al., 2021, 2022)以及Martin et al. (2020)在拉达克获得的年代学和古地磁数据，构建了一个三阶段的印度-亚洲碰撞新模型，该新模型包含了弧陆碰撞和随后的两阶段陆陆碰撞(图1、2)，即：在约64Ma西藏喜马拉雅地块和Trans-Tethyan subduction zone (TTSZ)发生弧陆碰撞，碰撞位置位于约8°N；在约61Ma西藏喜马拉雅地块和增生的岛弧组合体共同与亚洲大陆发生第一阶段陆陆碰撞，碰撞位置位于约14°N；然后在约53~47Ma印度大陆与西藏喜马拉雅地块发生第二阶段陆陆碰撞，该碰撞自西向东穿时性发生，导致北印度海自西向东逐渐关闭。

图1 约75~47Ma期间印度-亚洲大陆汇聚/碰撞过程中的古地理重建。在约75Ma后西藏喜马拉雅地块裂解并离开印度大陆，形成北印度海，并在约64Ma西藏喜马拉雅地块与TTSZ发生弧陆碰撞。在约61Ma西藏喜马拉雅和增生的岛弧组合体与亚洲大陆之间发生第一阶段陆陆碰撞。在约53~47Ma印度大陆与西藏喜马拉雅地块发生第二阶段穿时性陆陆碰撞。TTSZ，白垩纪期间在赤道附近存在的一条洋内俯冲带，由Jagoutz et al. (2015)提出。Tibetan Himalaya，本文称作“西藏喜马拉雅”，包含特提斯喜马拉雅和高喜马拉雅，由van Hinsbergen et al. (2012)提出。

　　青藏高原及其周边深部地幔层析成像结果(Van der Voo et al., 1999)揭示了三个P波速度相对较高的区域(图2B)，与研究者提出的三阶段印度-亚洲碰撞过程(图1、2)完美匹配。首先，在约64Ma西藏喜马拉雅地块与TTSZ碰撞之后，洋内俯冲板片断离形成的洋壳残留体，由最南端的深部地幔异常III所代表(图2B)；其次，在约61Ma西藏喜马拉地块和增生的岛弧组合体与亚洲大陆碰撞后，新特提斯洋俯冲板片断离形成的洋壳残留体，由位于约20~25°N的深部地幔异常II所代表(图2B)；最后，在53~47Ma期间印度大陆与西藏喜马拉地块穿时性碰撞后，北印度海俯冲板片断离形成的洋壳残留体，由最北部的浅部地幔异常I所代表(图2B)。

图2 (a) 晚白垩世以来印度-亚洲三阶段碰撞过程。(b) 深部地幔层析成像记录了三个P波速度相对较高的区域，对应于印度-亚洲三阶段碰撞所形成三个洋壳残留体。图b基于Van der Voo et al. (1999)一文中Figure 4绘制。

　　研究者进一步探讨了西藏喜马拉雅地块的裂解机制：首先，Reunion地幔柱导致印度被动大陆边缘岩石圈的弱化，对西藏喜马拉雅地块的裂解起了关键作用；其次，长时间俯冲的新特提斯洋壳岩石圈和洋内长期俯冲的洋壳岩石圈，产生了双倍的拖拽力，对西藏喜马拉雅地块裂解起了决定作用。

　　研究者提出的北印度海假说及三阶段印度-亚洲碰撞模型与印度-亚洲的汇聚速率变化历史(Cande & Stegman, 2011)可以完美匹配(图3)。例如，在80Ma，TTSZ俯冲带的长度从10000 km减少到3000 km (Jagoutz et al., 2015)，导致汇聚速率从约60 mm/year快速增加到约100 mm/year；从66Ma到63Ma，汇聚速率从约100 mm/year快速增加到约180 mm/year，与印度洋中洋脊的扩张速率增加和Reunion地幔柱的作用有关；在63~61Ma期间汇聚速率从约180 mm/year急剧下降到约120 mm/year，西藏喜马拉雅地块和亚洲大陆南缘在61Ma发生的碰撞可很好地解释该汇聚速率变化；在61~53Ma期间汇聚速率由约120 mm/year缓慢上升到约140 mm/year，对应于北印度海的逐步收缩；在53~47Ma期间汇聚速率显著降低，则与印度大陆和西藏喜马拉雅地块在此期间发生穿时性碰撞，并导致北印度海自西向东逐步关闭的过程相符。

图3 晚白垩世以来印度-亚洲大陆碰撞/汇聚过程中的构造事件与印度-亚洲大陆汇聚速率变化历史的对应关系。汇聚速率数据来自Cande & Stegman (2011)。从左到右的灰色条带所代表的构造事件依次为：约80Ma西段和东段的洋内俯冲带停止；约75Ma北印度海开始张开；约64Ma西藏喜马拉雅地块与TTSZ发生弧陆碰撞；约61Ma西藏喜马拉雅地块和增生的TTSZ组合体与亚洲大陆发生第一阶段陆陆碰撞；约53~47Ma印度大陆与西藏喜马拉雅地块发生第二阶段陆陆碰撞。

　　上述假说和模型还协调了一系列地质证据。例如，西藏喜马拉雅地块与TTSZ在约64Ma发生的弧陆碰撞，碰撞位置约为8°N，该碰撞的地质证据有晚白垩世~早始新世西喜马拉雅蛇绿岩仰冲事件。西藏喜马拉雅地块与亚洲大陆南缘在约61Ma发生第一阶段陆陆碰撞，碰撞位置约为14°N，该碰撞的地质证据有亚洲碎屑物质在约60Ma首次到达特提斯喜马拉雅。此外，对于第二阶段的陆陆碰撞，即53~47Ma期间印度大陆与西藏喜马拉雅地块之间的穿时性陆陆碰撞得到大量地质证据的支持，例如，该时段青藏高原周缘盆地构造旋转和沉积速率的急剧变化；印度、巴基斯坦、尼泊尔、东喜马拉雅等地沿低喜马拉雅广泛分布的古新世~始新世浅海相地层以及约55~45Ma的物源变化；特提斯喜马拉雅海相地层在约52~35Ma期间自西向东穿时性消失；孟加拉扇沉积中出现来自喜马拉雅始新世中期碎屑物质；约53~50Ma亚洲属性的动物最早到达印度次大陆；约53~47Ma西喜马拉雅的超高压变质作用。这些地质证据支持第二阶段的印度-亚洲陆陆碰撞。

　　研究者提出的北印度海假说及三阶段印度-亚洲碰撞模型为亚洲古地理、陆地生物群交换和辐射以及青藏高原隆升和变形等都提供了重要制约，还为印度-亚洲碰撞与全球气候变化关联的构造-气候关系研究提供了重要边界条件和关键启示。

　　在约75~50Ma期间亚洲大陆和印度大陆之间长期存在跨赤道的洋盆(即新特提斯洋和北印度海)，对持续向南北两半球较高纬度地区输送水汽和热量可能起着重要作用，从而维持了晚白垩世~早始新世气候适宜期(EECO)的温暖气候环境。接着早始新世~中始新世期间，印度大陆与西藏喜马拉雅地体之间的陆陆碰撞标志着印度大陆与亚洲大陆的最终拼合，形成欧亚大陆，亚洲陆海分布格局因此发生了重大变化。随后的印度-亚洲持续汇聚过程中，副特提斯海退缩，青藏高原隆升，喜马拉雅崛起。上述因素很可能导致了古近纪晚期亚洲环境发生转型，即由行星风系控制下的亚热带干旱环境向内陆型干旱环境转换。此外，在北印度海逐步关闭的同时，约50Ma德干大火成岩省向北漂移到达赤道湿热带，从而消耗了大量二氧化碳，对全球变冷起到了重要作用。总之，上述构造-气候因素的综合作用很可能导致了古近纪晚期亚洲古环境格局的重大重组，最终于渐新世晚期至中新世早期形成了亚洲现代季风-干旱环境格局(Guo et al., 2002, 2008; 郭正堂, 2017)。