青藏高原古高程重建研究现状

青藏高原古高程定量是研究地表抬升、地球深部动力学以及气候之间关系的纽带,对于探讨高原隆升历史和隆升机制具有重要作用。尽管近20年来国内外有关青藏高原古高程定量研究较多、涉及广泛,包括脊椎动物、植物、孢粉化石以及氧、碳、氢同位素等,缺乏对不同研究方法、应用范围及应用时应注意问题进行系统的总结和讨论,导致同一地区应用不同古高程指标得出不同的海拔高度。笔者通过总结有关青藏高原古高程研究,对其研究方法进行归纳,结合其研究中存在的问题进行讨论,并重点分析了拉萨地块古高程研究结果,认为拉萨地块古高程在晚渐新世--早中新世,具有较大地形起伏。     

气孔玄武岩古高程计：原理、方法及应用

古高程可以重建高山地区(尤其是高原)的隆升历史,可以更好地约束造山带的地球动力学过程。气孔玄武岩古高程计是通过熔岩流顶部和底部标准气孔体积比计算出古大气压,进而计算古高程的方法。该方法的研究对象是厚度为1~5m的且具有简单侵位历史的玄武质熔岩。高原隆升之前、期间和后期喷发的熔岩均可应用该方法。尽管该方法已经趋于成熟,但是国内还没有任何报道。对其基本原理、研究方法与应用做了详细的综述,并探讨了该方法在青藏高原和中国东部高原应用的潜力。     

气孔玄武岩古高程计:原理、方法及应用

古高程可以重建高山地区(尤其是高原)的隆升历史,可以更好地约束造山带的地球动力学过程.气孔玄武岩古高程计是通过熔岩流顶部和底部标准气孔体积比计算出古大气压,进而计算古高程的方法.该方法的研究对象是厚度为1～5m的且具有简单侵住历史的玄武质熔岩.高原隆升之前、期间和后期喷发的熔岩均可应用该方法.尽管该方法已经趋于成熟,但是国内还没有任何报道.对其基本原理、研究方法与应用做了详细的综述,并探讨了该方法在青藏高原和中国东部高原应用的潜力.     

古高程计：氢氧同位素的新应用

定量恢复高大地形的古高程是地质学家一直以来追求的目标，将自生矿物中氢氧同位素用作古高程计的历史不长，这种方法还有很大的应用潜力，可用到比新生代更古老的时期。根据与气团上升和水汽凝结的热动力学性质相关的瑞利平衡分馏原理，建立了这种古高程计的热动力模型，这个模型应用简便，适用于纬度小于35°的地区。区域性经验关系的方法误差较小，但也有计算繁琐、适用区域有限的不足。以上两种方法的计算精度均有待于提高。研究中使用方解石作为样品最普遍，在方解石、高岭石、蒙脱石和针铁石等矿物中,究竟使用哪种推算古高程产生的误差更小，还需进一步研究。     

青藏高原东缘数字高程剖面及其对晚新生代河流 下切深度和下切速率的约束*

文章利用数字高程剖面将青藏高原东缘分为4个大尺度地貌单元,即青藏高原地貌区、龙门山高山地貌区、山前冲积平原区(成都盆地)和四川盆地东部隆起区。根据数字高程剖面中的最高海拔高程点剖面与最低海拔高程点剖面之间的高差,定量计算了该地区河流下切深度;结合成都盆地岷江最古老冲积扇沉积物提供的青藏高原东缘河流形成的时间(3.6MaB.P.),定量计算了河流下切速率为1.29mm/a;在约束局部侵蚀基准面和气候变化对河流下切速率控制作用的基础上,建立了青藏高原东缘河流下切速率与表面隆升速率之间的定量关系,结果表明河流下切速率约为表面隆升速率的4倍。基于龙门山在表面隆升速率和下切速率等方面均大于青藏高原内部,认为青藏高原东缘的边缘山脉是剥蚀隆升和构造隆升两者叠加的产物。     

青藏高原隆升过程的磷灰石裂变径迹分析方法

由于青藏高原新生代以来地表高程持续强烈抬升,在利用磷灰石FT年龄进行高原绝对隆升速率计算时应引入古地表高程参数,而通常使用的“径迹年龄-地形高差法”却没有考虑到不同时期的古地表高程问题。为此,笔者试提出高原隆升速率计算的“径迹年龄-海拔高程法”,即以同一参考质点(样品点)在不同时期的海拔高程差作为绝对抬升量,以绝对抬升量除以时间得出隆升速率。本文讨论了改进后方法与传统方法计算结果的差异及合理性。鉴于青藏高原的隆升具有明显的脉动性与幕式作用特征,多数情况下FT年龄可能大致代表构造抬升与剥露事件的年代。     

青藏高原不同载体中微生物类脂物GDGTs的研究进展及展望

甘油二烷基链甘油四醚是一类结构稳定、来源广泛、对气候环境响应敏感的微生物标志物,也是古气候与古环境重建的重要工具。相对于其他地区,青藏高原极端微生物对环境因子的响应机理复杂,不同载体中甘油二烷基链甘油四醚的分布特征不同,这给青藏高原古气候和古环境定量重建研究带来了不确定性,限制了甘油二烷基链甘油四醚在青藏高原研究中的充分应用。首先,总结了青藏高原不同载体中甘油二烷基链甘油四醚的分布特征、来源及影响因素;其次,概述了甘油二烷基链甘油四醚指标在青藏高原古气候环境重建中的应用,重点阐述了甘油二烷基链甘油四醚在青藏高原应用中的不确定性来源及其成因解释;最后,结合青藏高原多圈层相互作用对甘油二烷基链甘油四醚的影响机理,对青藏高原各载体中甘油二烷基链甘油四醚的研究进行了讨论和展望。     

叶缘—年均温中国模型在定量重建中国新生代植物群古年均温中的应用

叶缘分析法是一种利用现代植被木本双子叶植物全缘叶物种百分比与年均温的函数关系,定量重建化石植物群古年均温的方法。该方法在新生代植物群的古年均温定量重建研究中得到了广泛的应用。目前基于世界不同地区现代植被的研究表明,尽管全缘叶物种百分比与年均温存在很好的相关性,但其相关性具有地区差异性。本文旨在总结叶缘分析法的研究进展,并介绍基于中国植被建立的叶缘—年均温中国模型;同时,采用该模型重建了中国新生代不同时期植物群的古年均温,且与前人采用其它模型得到的年均温重建值相比较。结果表明,叶缘—年均温中国模型能够有效地重建中国新生代植物群的古年均温值。     

火山"熔岩流气泡古高度计"及其在云南腾冲火山区的应用

通过对火山熔岩流及其气泡特征的研究能够确定熔岩流喷发时的古高度,本文将这一方法称为火山“熔岩流气泡古高度计”.“熔岩流气泡古高度计”是在实地测量熔岩流厚度和实验室对熔岩流顶底气泡体积精确测定的基础上,利用流体力学原理和气体状态方程,通过计算古大气压强,最终获得火山喷发时的古高度.由于火山岩是开展同位素测年的理想材料,并且利用熔岩流计算古高度所需的参数(熔岩流厚度和气泡体积)不受古气候等因素(温度、降雨量等)影响,因此,这一方法以其可靠的年龄和独立的计算参数明显区别于其它古高度计.“熔岩流气泡古高度计”核心技术包括:(1)熔岩流的挑选与厚度测量;(2)熔岩流底部和顶部气泡体积的计算.中等规模、具简单冷凝历史,并且厚度稳定的偏基性熔岩流,是开展古高度计算的理想对象.熔岩流气泡体积的测试手段包括注胶、岩石抛光-扫描、体视学转换和三维CT扫描4种方法.“熔岩流气泡古高度计”最终计算结果误差为400m左右.本文利用“熔岩流气泡古高度计”计算了腾冲火山区熔岩流的古高度,研究结果显示:“熔岩流气泡古高度计”计算的黑空山熔岩流高程与目前的实际高程相吻合.开展“熔岩流气泡古高度计”研究的前提是研究区必须出露保存完好的熔岩流.我国青藏高原的隆升历史一直是国际学术界争论的热点课题,那里出露大面积熔岩流.可以预见,“熔岩流气泡古高度计”将会逐渐成为研究青藏高原隆升历史的有效手段之一.     

青藏高原中部色林错区域古湖滨线 地貌特征、空间分布及高原湖泊演化

结合新近获得的高精度遥感影像和详细的野外调查,首次对青藏高原内部大型单个湖泊古湖滨线进行了系统的调查测量。综合色林错周边古湖滨线的地貌、沉积及地形特征,本文首次提出色林错周边区域古湖滨线从地貌上可以分为3类: 1)处于高位,保存完好且非常连续的单级"高位古湖滨线"; 2)高于高位古湖滨线、严重退化、只有零散保存的多级"退化古湖滨线"; 3)低于高位古湖滨线、保存最好而非常连续的"低位古湖滨线"。野外系统测量表明,高位古湖滨线高程约4 593 m,最高退化古湖滨线高程为4 640 m。高位古湖滨线一致的高程分布表明: 1)晚更新世高位古湖滨线形成时期存在一个更大的色林错古湖; 2)自晚更新世以来,在色林错周边200 km范围内,不存在构造差异抬升。结合前人对西藏内部大型湖泊古湖滨线的年代学研究及本文的高程测量分析,指出关于晚更新世西藏中东部统一的古大湖--"古羌塘东湖"的提法值得商榷,晚更新世高原内部各大型湖泊更可能是通过河道串联。     

利用三维CT扫描技术定量计算熔岩流气泡体积的研究与实现

气泡体积算法及其计算机实现是火山熔岩流气泡古高度计应用研究中的难点之一,直接制约着古高度计算结果的精确度。本文提出了一种新的基于计算机断层成像技术的熔岩流气泡众数统计方法,即通过计算机断层成像技术对气孔状玄武岩样品进行三维重构,利用不同物质对射线吸收衰减系数的不一致性,标记重构数据中的岩石、气泡与无效部分,进而提取气泡连通区域的骨架,确定独立气泡之间的分割面,最终统计出气泡的数量与体积。考虑到玄武岩中气泡截面轮廓不规则的特点,采用逐点法有效地计算了截面面积,排除了连通区域轮廓对面积计算结果的影响。采用基于区域划分的阈值计算方法统计玄武岩样品的气泡数量与体积,解决了传统的单一阈值计算方法导致的小连通区域过度分割的问题。在上述新方法的基础上,本文设计并构建了新的气泡数量与体积的统计软件,计算程序的初步运算结果证实了研究方法的有效性与可行性。该方法有望提高熔岩流气泡数量、体积以及火山熔岩流气泡古高度计的计算精度,成为重建高原隆升历史的快速分析工具。     

How does the elevation changing response to crustal thickening process in the central Tibetan Plateau since 120 Ma?

When and how the Tibetan Plateau formed and maintained its thick crust and high elevation on Earth is continuing debated. Specifically, the coupling relationship between crustal thickening and corresponding paleoelevation changing has not been well studied. The dominant factors in crustal thickness changing are crustal shortening, magmatic input and surface erosion rates. Crustal thickness change and corresponding paleoelevation variation with time were further linked by an isostatic equation in this study. Since 120 Ma crustal shortening, magmatic input and surface erosion rates data from the central Tibetan Plateau are took as input parameters. By using a one-dimensional isostasy model, the authors captured the first-order relationship between crustal thickening and historical elevation responses over the central Tibetan Plateau, including the Qiangtang and Lhasa terranes. Based on the modeling results, the authors primarily concluded that the Qiangtang terrane crust gradually thickened to ca. 63 km at ca. 40 Ma, mainly due to tectonic shortening and minor magmatic input combined with a slow erosion rate. However, the Lhasa terrane crust thickened by a combination of tectonic shortening, extensive magmatic input and probably Indian plate underthrusting, which thickened the Lhasa crust over 75 km since 25 Ma. Moreover, a long-standing elevation >4000 m was strongly coupled with a thickened crust since about 35 Ma in the central Tibetan Plateau.©2021 China Geology Editorial Office.     

大陆岩石圈挠曲背景下盆山耦合研究进展与展望

盆山耦合研究在大地构造和地球动力学研究中占有重要地位。地貌负载引起的大陆岩石圈挠曲与沉积盆地沉降是盆山耦合的一种重要体现方式。本论文聚焦于挤压背景下大陆岩石圈挠曲盆地与造山带的耦合过程,系统梳理了单个或者多个地貌负载的几何形态、挠曲盆地几何形态以及岩石圈有效弹性厚度(T_e)三者之间的数学关系。在此基础上,论文介绍了岩石圈挠曲模拟方法在恢复岩石圈刚性程度、造山带演化过程以及盆地沉积沉降方面的具体应用。结合古环境分析与岩石圈挠曲模拟实验,本文提出了一种定量恢复造山带古海拔的新方法。有别于基于温度、压力以及动植物分布与海拔之间关系所建立的传统古高度计,该方法强调在海侵时期地貌负载与沉积盆地间的高度差即为造山带的古海拔。该方法的提出为重建中亚以及其他曾受海侵影响并与岩石圈挠曲相关造山带的古海拔提供了新的思路。论文最后介绍了岩石圈挠曲模拟在定量分析造山带与盆地演化的研究过程中存在的问题与不足,并提出了在探究沉积盆地基底属性、重建岩石圈挠曲相关造山带古海拔以及有关挠曲模拟软件开发方面的新展望。     

祁连山新生代古海拔变化的碳氧同位素记录

祁连山构成青藏高原的北东边界,是研究青藏高原的隆升与向内陆扩展的关键区域,利用新生代湖相沉积的碳氧同位素组成估算祁连山古海拔对认识青藏高原的隆升有重要意义。在中祁连陆块不同地点出露的始新统、渐新统、中新统和中晚更新统分别取样并进行碳氧同位素分析,估算相应地质时期的古年均温和古海拔高度。结果表明,祁连山地区古近纪的海拔约为2711 m,中新世早期的海拔为2848 m左右,中新世中晚期祁连山海拔达到约3586 m,中晚更新世祁连山的古海拔约为3790~3890 m。古近纪祁连山的海拔较低,但已经构成了青藏高原的东北边界;中新世中晚期祁连山强烈隆升,形成了盆-山构造地貌格局;第四纪祁连山地壳重新活跃并呈阶段性快速隆升,河流堆积和侵蚀交替进行。根据碳氧同位素估算的祁连山古海拔高度变化为认识青藏高原隆升的过程提供参考。     

Endorheic or exorheic: differential isostatic effects of Cenozoic sediments on the elevations of the cratonic basins around the Tibetan Plateau

Based on isostasy, this paper elegantly explains the differential modern elevations of the large‐scale cratonic basins around the Tibetan Plateau. The Qaidam and Tarim basins are endorheic regions with thick Cenozoic deposits, and they uplifted dramatically during the Cenozoic. In contrast, the Sichuan basin is exorheic and most Cenozoic sediments flowed out of the basin; no visible Cenozoic uplift is observed. We suggest that whether a basin is endorheic or exorheic significantly influences its modern elevation, illustrating how exogenic geological processes impact endogenic geological processes. In addition, a new method of estimating paleoelevation is proposed, which predicts successively accelerating uplift of the Qaidam basin during the Cenozoic and provides good constraints on the geological evolution of the northern Tibetan Plateau.     

西藏扎布耶湖晚更新世沉积物230 年代学研究

本文应用全溶样品的等时线模式,较成功地测定了藏北高原西南部扎布耶盐湖SZK01孔岩芯中含不等量碳酸盐粘土的230Th/238U年龄,建立了青藏高原腹地海拔4000 m以上湖泊120 ka以来连续的同位素年龄标尺,从而为扎布耶盐湖及其周缘地区古环境古气候演化研究奠定了时间坐标。根据230Th/238U年龄数据,SZK01孔的平均沉积速率约为68 cm/ka。然而不同层段的沉积速率差异较大,变化在20.8~128.8 cm/ka,其快慢变化反映了该湖从短命深湖、动荡浅湖、滨湖到盐湖的环境变化,与高分辨率SZK02孔的研究结果相一致。讨论了测年模式的适应性﹑样品的U封闭性和应用的优越性,提出开展湖区及周边各类型水体的U、Th同位素化学行为研究和检验沉积物中多源Th对定年的影响将是今后年代学研究的重要内容。     

Research Status and Prospect of the Interaction Between Tibetan Plateau Shear Line and Tibetan Plateau Vortex

The Tibetan Plateau Shear Line (TPSL) is usually accompanied by the Tibetan Plateau Vortex (TPV) and this phenomenon is one of the assembled weather systems over the Tibetan Plateau (TP) and its surrounding areas. This assembled system plays a very important role in the high impact weather process in the TP and East China. We reviewed the research history and progress of TPVs and TPSLs, and mainly discussed the relationship and interaction mechanism of them. According to the latest research achievement of TPSLs and its relationship with TPVs, the development and application trends of related theory and methods, we proposed several notable new research directions in the field of this study. It is not clear for the relationship and the physical mechanism of the interaction between TPSLs and TPVs as well as some high impact weather initiated by them currently. Therefore, this research work is really quite important for theoretical development of weather dynamics of the TP, and is expected to provide a theoretical guide for severe weather analysis and forecast over the TP and its neighborhood.     

A Late-Eocene palynological record from the Hoh Xil Basin,northern Tibetan Plateau,and its implications for stratigraphic age,paleoclimate and paleoelevation

The Hoh Xil Basin, lying in the central Tibetan Plateau, is key to understanding the Cenozoic tectonics, paleoelevation and paleoclimate changes that have occurred in the Tibetan Plateau since the collision of the Indian and Asian tectonic plates. However, the stratigraphic age and paleoelevation indicated by the sediments of the Hoh Xil Basin remain hotly debated. Here we report on one palynological record from the TTH-C section, extracted from the Yaxicuo Group (the stratigraphic unit between the Fenghuoshan and Wudaoliang groups), and analyze its implications for stratigraphic age, paleoclimate and paleoelevation in the Hoh Xil Basin. The record shows that palynological taxa are mainly dominated by xerophytic Ephedripites, Nitrariadites (Nitrariapollis) and Chenopodipollis, with few ferns and conifers. Rich morphologies correspond well with those in the Xia Ganchaigou Formation (Fm) of the Qaidam Basin to the north. Palynological percentages are well correlated with the middle member of the Xia Ganchaigou Fm in the Qaidam Basin as well as the lower member of the Mahalagou Fm in the Xining Basin to the northeast. The ages of the middle member of the Xia Ganchaigou and lower member of the Mahalagou Fms from these two basins are both identical to the Bartonian Stage (~ 40–37 Ma) of the Late Eocene, according to their respective high-resolution magnetostratigraphic dating. This means that the age of the Yaxicuo Group at least covers the Bartonian Stage. Besides the Qaidam and Xining basins, the palynological assemblages of the TTH-C section are also similar to those of three other sites (the Jiuquan, Tu-ha and Hetao basins), indicating similarly arid climates dominated by a northwestern Chinese subtropical high, and a relatively low paleoelevation in the Hoh Xil Basin (mostly < 2000 m a.s.l.) in the Late Eocene.     

青藏高原河流氧同位素区域变化特征与高度预测模型建立

利用氧同位素作为古高度计重建造山带的古高度是近年发展起来的应用比较广泛的方法。本文通过对青藏高原河水δ¹⁸O_w(SMOW)的空间分布特征分析,表明高原南北δ¹⁸O_w(SMOW)由于水汽来源和水汽循环方式不同存在显著差异。以中央分水岭山脉为界,南部δ¹⁸O_w(SMOW)平均值为-15.6‰左右,北部为-8.6%左右;   南部氧同位素值随高度的平均变化率为-0.24‰/100m,北部为-0.15‰/100m。分别建立了藏北地区和藏南地区河水氧同位素和高度的关系,同时应用可可西里及昆仑山口现代食草动物牙齿釉质、尼玛盆地现代土壤碳酸盐的氧同位素值对所建立的经验模型进行了检验,表明这两个模型分别应用于藏北和藏南地区古高度的恢复是可行的,为今后青藏高原古高度研究工作的开展提供了定量的计算方法。