Abstract

How and when the Tibetan plateau developed has long been a puzzling question with implications for the current understanding of the behaviour of the continental lithosphere in convergent zones. We present and discuss recent data acquired in geology and geophysics and through igneous and metamorphic petrology and palaeo-altitude estimates. It appears from this research that Tibet initially resulted from the accretion of the Gondwana continental blocks to the southern Asian margin during the Palaeozoic and Mesozoic eras. These successive accretions have potentially favoured the creation of local landforms, particularly in southern Tibet, but no evidence exists in favour of the existence of a proto-Tibetan plateau prior to the Cenozoic. Moreover, before the India-Asia collision, the Tibetan crust had to be sufficiently cold and rigid to transfer the horizontal forces from India to northern Tibet and localize the deformation along the major strike-slip faults. However, these successive accretions associated with subductions have metasomatized the Tibetan lithospheric mantle and largely explain the potassium- and sodium-rich Cenozoic magmatism. Another consequence of this contamination by fluids is the softening of the Tibetan lithosphere, which favoured intra-continental subductions. The timing and the geochemical signatures of the magmatism and the palaeo-altitudes suggest the early growth of the Tibetan plateau. By the Eocene, the southern plateau and the northern portion of Himalaya would be at an altitude of approximately 4000 meters, while the central and northern Tibetan plateau was at altitudes of approximately 2000 to 3000 meters at the Eocene-Oligocene transition. From all of these data, we propose a model of the formation of the Tibetan plateau coupled with the formation of Himalaya, which accounts for more than 2500 km of convergence accommodated by the deformation of the continental lithospheres. During the early Eocene (55-45 Ma), the continental subduction of the high-strength Indian continental lithosphere dominates, ending with the detachment of the Indian slab. Between 45 and 35 Ma, the continental collision is established, resulting in the thickening of the internal Himalayan region and southern Tibet and the initiation of intra-tibetan subductions. By 35 Ma, the southward subduction of the intra-tibetan Songpan-Ganze terrane ends in slab break-off and is relayed by the oblique subduction of the Tarim the Athyn Tagh propagated northeastward beneath the Qilina Shan. Southward, the dextral Red River fault accommodated the southeastward extrusion of the Indochina block. During the Miocene, specifically, between 25 and 15 Ma, the Indian slab undergoes a second break-off, while the central part of Tibet is extruded eastward. Northward, the continental subduction beneath the Qilian Shan continues. Discontinuous periods of magmatic activity associated with slab detachments play a fundamental role in the convergence process. These periods lead locally to a softening of the mid-crust by magma heat transfer and to the granulitisation of the lower crust, which becomes more resistant. We propose that due to these alternating periods of softening and hardening of the Tibetan crust, the rheological behaviour of the convergence system evolves in space and time, promoting homogeneous thickening periods alternating with periods of localised crustal or lithospheric deformations.

Abstract

La formation du plateau du Tibet est une question scientifique importante qui reste débattue et qui a des implications pour la compréhension du comportement de la lithosphère continentale dans les zones de convergence. Dans cet article, nous présentons et discutons les données récentes acquises en géologie, géophysique, pétrologie magmatique et métamorphique ainsi que les estimations de paléo-altitudes. Le Tibet résulte dans un premier temps de l’accrétion de blocs continentaux d’origine gondwanienne, à la marge sud de l’Eurasie durant le Paléozoïque et le Mésozoïque. Ces accrétions ont favorisé la création de reliefs locaux, en particulier dans le sud Tibet, mais aucune évidence majeure ne permet de proposer l’existence d’un proto-plateau tibétain avant le Cénozoïque. La croûte tibétaine, anté-collision Inde-Asie devait être suffisamment froide et rigide pour transmettre les forces horizontales depuis l’Inde jusqu’au nord du Tibet et localiser la déformation le long de grands décrochements.

Cependant, ces accrétions successives associées à des subductions continues ont contaminé le manteau lithosphérique tibétain, expliquant en grande partie les signatures ultrapotassique et ultrasodique du magmatisme Cénozoïque. Une autre conséquence de cette contamination, par des fluides, est un affaiblissement rhéologique de la lithosphère tibétaine qui va favoriser les subductions aux limites du système lors de la convergence Inde-Asie. Les données sur le magmatisme et sur les paléo-altitudes suggèrent une croissance précoce du plateau du Tibet au Cénozoïque. Dès l’Eocène, la partie sud du plateau ainsi que la partie nord de l’Himalaya devaient être à une altitude de l’ordre de 4000 mètres tan-dis que le Tibet central et nord était à des altitudes de l’ordre de 2000 à 3000 mètres à la transition Eocène-Oligocène. Nous proposons un modèle de formation du Plateau tibétain qui rend compte de plus de 2500 km de convergence accommodé par la déformation des lithosphères continentales. Durant le début de l’Eocène (55-45 Ma), la subduction continentale de la plaque indienne domine et se termine par le détachement du slab Indien. Entre 45 et 35 Ma, la collision continentale proprement dite se met en place avec épaississement de la zone interne himalayenne et du sud Tibet et initiation des subductions intra-tibétaines. Vers 35 Ma, la subduction continentale vers le sud du bloc du Songpan-Ganze se termine par la rupture du slab et est relayée par la subduction oblique du Tarim le long de la faille de l’Athyn Tagh avec propagation vers le NE sous les Qilian Shan. Au SE l’activation de la faille du Fleuve Rouge initie l’extrusion du Bloc indochinois. Au cours du Miocène, entre 25 et 15 Ma, le slab indien subit un second détachement alors que la partie centrale du Tibet est expulsée vers l’est. Au nord, la subduction continentale sous les Qilian Shan se poursuit. Les périodes d’activités magmatiques associées aux détachements de slab jouent un rôle fondamental dans le processus de convergence. Ces périodes conduisent localement à un affaiblissement de la plaque supérieure par transfert de chaleur mais conduisent aussi à la granulitisation de la croûte inférieure qui devient alors plus résistante après extraction des magmas. De part cette concurrence entre périodes d’affaiblissement et de durcissement de la croûte tibétaine, le comportement rhéologique du système de convergence évolue dans le temps et dans l’espace favorisant ainsi localement des périodes d’épaississement homogène alternant avec des périodes de localisation de la déformation crustale, voire lithosphérique.

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