Denudation history of the Eastern Nepalese Himalaya constrained by thermochronological methods

熱年代学的手法による東ネパールヒマラヤの削剥史の制約

中嶋 徹   ; 河上 哲生*; 岩野 英樹*; 檀原 徹*; 酒井 治孝*

Nakajima, Toru; Kawakami, Tetsuo*; Iwano, Hideki*; Danhara, Toru*; Sakai, Harutaka*

本研究では大陸衝突帯の上部地殻の削剥過程を明らかにするために、東ネパールに分布する変成岩に熱年代学的手法を適用した。初めに、ジルコン,アパタイトのフィッション・トラック(FT)年代測定及びそれらを組み合わせた熱史逆解析により、60-350Cの温度領域における温度-時間履歴(t-Tパス)を復元した。その結果、東ネパールの横断側線上から8つのt-T pathが得られ、上部地殻の冷却過程が以下の特徴を持つことが明らかになった。(1)徐冷-急冷-徐冷という3つの冷却ステージを持つ(GRG冷却)、(2)急冷の時期が北の試料ほど遅い時期になる傾向がある。次に先行研究により提唱された中央-東ヒマラヤの削剥モデル(下記1-4)を検証する目的で、FT年代とt-Tパスの実測値と3次元の熱運動モデルにより再現された削剥モデルより得られた理論計算値の比較を行った。(1)平坦な形状のプレート境界断層(MHT)の活動に伴い山脈が削剥される(Flat MHTモデル)、(2)flat-ramp-flat構造を持つプレート境界断層の活動に伴い山脈が削剥される(Flat-Ramp-Flat MHTモデル)、(3)デュープレックス構造の発達に伴い山脈が削剥される(Duplex 01-03モデル)、(4)MHTの分岐断層の活動に伴い山脈が削剥される(Splay Faultモデル)。その結果、Flat-Ramp-Flat MHTモデルのみが東ネパールのFT年代とt-Tパスの実測値を説明できることが明らかになった。これは、東ネパールのFT年代分布とt-Tパスが、flat-ramp-flat構造を示すMHTの活動に伴う上部地殻の削剥過程を反映していることを示唆している。GRG冷却や急冷の北方若年化は約9Maに始まっており、それ以降はMHTの形状が大きく変化していないことが示唆される。また、熱運動モデルを用いた削剥史の逆解析の結果、削剥速度とその空間分布も同様に、9Ma以降大きく変化していないことが示唆された。

The thermochronological method was applied to metamorphic rocks distributed to eastern Nepal to elucidate the denudation process of the upper-crust of the continental collision zone. New results of systematic fission-track (FT) age dating of zircon and apatite were utilized in the thermochronological inverse analysis to reconstruct the time-temperature (t-T) paths in the temperature range of 60-350 degree. Eight t-T paths obtained along the across-strike section showed that the cooling process of the upper-crust are characterized by (1) gradual cooling (30 deg./Myr) followed by rapid cooling (150 deg./Myr) and subsequent gradual cooling (gradual-rapid-gradual cooling: GRG cooling), (2) northward-younging of the timing of the rapid cooling since ca. 9 Ma. The observed FT ages and t-T paths were then compared with the FT ages and t-T paths obtained by forward calculations using 3-D thermokinematic models to test the following four tectono-thermal models: (1) The denudation of the upper-crust is associated with the movement of the plate boundary fault (Main Himalayan Thrust: MHT) showing flat geometry (the Flat MHT model) and (2) flat-ramp-flat geometry (the Flat-Ramp-Flat MHT model), (3) the denudation of the upper-crust is mainly controlled by the focused uplift associated with the growth of the Lesser Himalayan Duplex (the Duplex 01-03 model) or (4) slip of the splay fault of the MHT (the Splay Fault model). Only the Flat-Ramp-Flat MHT model could have reconstructed similar t-T paths and age distribution patterns obtained from eastern Nepal. This suggests that the observed FT ages and t-T paths reflect a denudation process driven by the movement of the MHT showing a flat-ramp-flat geometry. The result of the thermokinematic inverse analysis also indicates that the denudation rate and its spatial distribution have been stable since ca. 9 Ma.