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。     

晚新生代以来青藏高原东缘的剥蚀过程:来自裂变径迹的证据

本文以青藏高原东缘的三级地貌(川西高原、龙门山和四川盆地)单元为基础,利用裂变径迹定年数据分区块研究了该地区的晚新生代以来的剥蚀速率。研究结果表明,晚白垩世以来青藏高原东缘经历了一个由平缓到突然加速的剥蚀过程,其转折点为中新世。在整个时间段内的平均剥蚀速率,川西高原为0.26mm/yr,龙门山为0.72mm/yr,四川盆地为0.20mm/yr。龙门山的剥蚀速率大约是川西高原的2.8倍,间接反映边缘山脉的隆升并不等同于高原内部的隆升,边缘山脉的隆升可能是构造隆升和剥蚀隆升相叠加的结果。     

青藏高原东缘龙门山晚新生代剥蚀厚度与弹性挠曲模拟

龙门山是青藏高原东缘边界山脉,具有青藏高原地貌、龙门山高山地貌和山前冲积平原三个一级地貌单元。利用数字高程模式图像和裂变径迹年代测定方法研究和计算龙门山晚新生代剥蚀厚度与剥蚀速率,结果表明:3.6 Ma以来龙门山的剥蚀厚度介于1.91-2.16 km之间,剥蚀速率介于0.53-0.60 mm/a之间。在此基础上,开展了该地区岩石圈的弹性挠曲模拟,结果表明龙门山的隆升机制具有以构造缩短隆升和剥蚀卸载隆升相叠合的特点。3.6 Ma之前,龙门山的隆升与逆冲推覆构造负载有关,以构造缩短驱动的构造隆升为特色;3.6 Ma之后,龙门山的隆升与剥蚀卸载驱动的抬升有关,并以剥蚀卸载隆升为特色,进而提出了龙门山晚新生代以来的隆升机制以剥蚀成山作用为主的认识。     

龙门山构造带晚新生代剥蚀作用与均衡隆升的地表过程研究

基于SRTM DEM数据,以青藏高原东缘龙门山地区为研究区域,本文通过条带状剖面分析、古地形面(残余面)恢复以及弹性挠曲模拟等研究手段,计算了青藏高原东缘龙门山地区晚新生代地壳均衡隆升与地表剥蚀之间的定量关系,探讨了龙门山地区表面剥蚀作用与均衡隆升作用之间的地表响应过程,从而为研究青藏高原东缘龙门山地区晚新生代以来的剥蚀—成山作用的隆升机制提供定量依据。研究表明:(1)晚新生代以来龙门山的地表剥蚀量为(0.74～1.14)×105km3;(2)大量的地表剥蚀作用驱动了青藏高原东缘龙门山的地壳均衡反弹,使龙门山隆升了近2 km;(3)龙门山地区地表剥蚀量和均衡隆升量具有空间匹配性,岷山断块及龙门山中、南段的均衡隆升量高于青藏高原东缘其它区域,反映了晚新生代以来龙门山地区在不同分段内差异化的构造地貌形态及与剥蚀—隆升相关的地表过程。(4)龙门山的隆升是多期、多种隆升机制叠加的产物,其隆升过程具有历史性和复合性。均衡隆升和剥蚀作用在相似的时间尺度上和空间尺度上控制着龙门山地貌的形成,约束了青藏高原东缘龙门山的隆升机制。     

黄河共和-贵德段河流阶地对青藏高原东北缘晚期隆升的指示

实测黄河共和-贵德段4个河流阶地剖面,并对采自4个剖面的20个砂样进行了电子自旋共振波谱测年(ESR)。结果显示,T3～T9的形成时代分别为:0.134Ma B.P.、 0.176Ma B.P.、 0.228.1Ma B.P.、 0.41Ma B.P.、 0.82Ma B.P.、 0.93Ma B.P.、 1.32 Ma B.P., T11～T20阶地的形成时代分别为1.71Ma B.P.、 1.75Ma B.P.、 1.88Ma B.P.、 1.94Ma B.P.、 2.01Ma B.P.、 2.12Ma B.P.、 2.23Ma B.P.、 2.31Ma B.P.、 2.36Ma B.P.、 2.47 Ma B.P.。结合各级阶地拔河,综合分析共和-贵德河流阶地下蚀速率,探讨青藏高原东北缘第四纪以来隆升过程。认为青藏高原东北缘2.47Ma以来以阶段性隆升的模式隆升至现今高度,总隆升量为647m,平均隆升速率为0.26 mm/a,其中2.47～1.71 Ma期间,隆升速率约为0.51mm/a;1.71～0.41 Ma期间,构造隆升活动减缓,速率下降至约0.09mm/a;而0.41Ma之后隆升又开始加速至0.35mm/a。推断青藏高原东北缘祁连山地区在中新世中期之前海拔较低(小于2000m),中新世中晚期以来快速隆升了2000多米。     

青藏高原东部雀儿山地区新近纪隆升速率探讨——来自雀儿山花岗岩体磷灰石裂变径迹证据

通过青藏高原东部川西地区雀儿山花岗岩体磷灰石裂变径迹分析,新获得了4个磷灰石裂变径迹年龄值,分别为4. 9±0. 3Ma、6. 2±0. 5 Ma、7. 2±0. 4 Ma和7. 3±0. 7 Ma。运用径迹年龄-地形高差法计算出雀儿山花岗岩体新近纪的隆升速率,为0. 15～2 mm/a,平均隆升速率为0. 78mm/a。隆升速率在每个阶段有所不同,但呈现出一种快速隆升→缓慢隆升的过程,为整个青藏高原东缘的隆升过程提供了约束条件。     

敦煌盆地早更新世沉积物粒度分析、36Cl定年及其构造隆升意义

青藏高原早更新世末期的快速隆升对全球气候变化、中国西部盆山地貌形成与荒漠化的发展有着重大影响。高原东北缘敦煌盆地早更新世河湖相沉积物粒度分析和红色泥岩³⁶Cl 断代法定年结果表明：早更新世晚期（1.164 ~1.087 Ma B.P.）,青藏高原北部党金山快速隆升,砾石层和粗砂层发育,沉积速率加快;1.087~ 0.809 Ma B. P.,山脉隆升速度变缓,沉积速率降低;0.809 Ma B. P.以来,受山脉隆升的影响,敦煌盆地气候逐渐变得干旱,沙漠形成。区域分析表明,沉积速率所反映的中国中西部山脉隆升最新的年代存在差别,不同时期高原的隆升产生不同的气候效应。因此,构造隆升和气候变化的细节尚待进一步研究。     

龙门山地区水系发育特征及其对青藏高原东缘隆升的指示

龙门山位于青藏高原东缘,既是青藏高原周缘山脉中陡度最大的山脉,也是构造活动和地貌景观塑造最为强烈的地区之一。因此,该区域成为研究构造-地貌-水系之间相互关系的实验场。本文基于ASTER GDEM数据,提取了青藏高原东缘地区15条基岩河道的纵剖面,采用简单数学函数拟合河流纵剖面形态,并结合基岩水力侵蚀模型,分析龙门山不同位置的地形特征。本次研究获得以下几点认识:①通过对龙门山地区河流纵剖面的分析,龙门山整体上具有较高的隆升速率,导致这一地区强烈的河流侵蚀作用;②龙门山中段和南段的河流双对数图以上凸型为主,说明该区域尚未达到均衡状态,处于前均衡期;③龙门山北段的河流双对数图呈直线形态,说明该区域达到均衡状态,处于均衡期;④龙门山不同地区的水系发育特征,表明龙门山中段和南段具有更强的构造活动性、更高的隆升速率,龙门山北段则具有较弱的构造活动性、较低的隆升速率,并反映了青藏高原东缘的隆升作用具有明显的空间差异性。     

青藏高原东缘活动构造

青藏高原东缘由岷山断块和龙门山构造带构成。以活动构造地貌学为主线,在解析该地区主干断裂晚第四纪以来活动的地质地貌表现的基础上,对一批断裂运动学和史前强震活动的定量数据进行分析研究,结果表明:在岷山断块中,虎牙断裂的平均左旋滑动速率为1.4 mm/a,垂直滑动速率为0.3 mm/a。岷江断裂的平均垂直滑动速率介于0.37 mm/a~0.53 mm/a之间,左旋位错量与垂直位错量大致相当;在龙门山构造带中,茂汶-汶川断裂、北川-映秀断裂和彭县-灌县断裂的平均垂直滑动速率均在1 mm/a左右,且几条主干断裂的右旋位错量与垂直位错量相当。结合震源机制解结果和GPS测量资料,建立晚新生代以来青藏高原东缘向南东方向逸出的构造变形模式。     

青藏高原东缘龙门山断裂带晚新生代构造地貌生长及水系响应

河流地貌对新构造活动具有非常敏感的响应,水系形态能够较好地记录构造活动方式,水系形态分析可以为研究新构造的演化过程提供有力的证据.位于青藏高原东缘的龙门山与四川盆地是青藏高原周边最陡的地形梯度带,沿高原东缘发育青农江、岷江、涪江和嘉陵汀等一系列斜交于龙门山断裂带的水系.利用卫星遥感图像和数字高程模型(DEM)数据提取构造地貌和水系特征,对龙门山构造带水系形念进行分析研究,发现龙门山南西段冲断带褶铍具有横向牛长的演化特征,逆冲褶皱带的构造演化影响青衣江和岷江水系的演化和重组,同时也控制着研究区晚新生代的沉积格局.受断裂带右旋走滑作用的影响,龙门山北东段水系表现出系统右旋错化特征,在北川县擂鼓镇至曲山镇一带涪江水系上游的重要支流一湔江出现3.8km的右旋错位,并导致湔江北川段出现河流袭夺和水系重组现象.根据涪江上游发生的5km和4km最大右旋错位及其涪江流域形成的最早沉积记录的年代大约为3Ma,估算映秀-北川断裂带和灌县-安县断裂带北东段上新世-第四纪以来的平均走滑速率分别为1.67mm/a和1.33mm/a,而龙门山断裂带北东段的长期走滑速率至少为3.0mm/a.本研究表明可以将水系形态作为研究区域构造变形的重要地貌标志,该方法同样适用于世界上其他构造活动变形地区.     

龙门山前陆盆地晚三叠世沉积通量与造山带的隆升和剥蚀

根据钻井资料、地层剖面资料,利用Surfer8.0软件编制出晚三叠世前陆盆地各组段的残留地层等厚图,得出各组段残留地层的沉积总量,并计算出各阶段沉积通量:21.4 t/(m2·Ma)、184.2 t/(m2·Ma)、278.0 t/(m2·Ma)、147.6 t/(m2·Ma)、703.5 t/(m2·Ma)、272.0 t/(m2·Ma)。然后,利用物质平衡法将沉积物回剥至龙门山造山带并进行脱压校正,计算出晚三叠世龙门山造山带剥蚀总厚度为2 514 m,各阶段造山带剥蚀速率分别为:0.009 mm/a、0.114 mm/a、0.133 mm/a、0.094 mm/a、0.423 mm/a和0.133 mm/a。最终,重塑了龙门山造山带晚三叠世的隆升历史:在距今228.0~199.6 Ma的时间内龙门山造山带地壳隆升了约4.3~4.6 km,地表隆升了1.8~2.1 km;并且隆升过程具有明显的阶段性,可划分为初始隆升(228.0~216.5 Ma)、加速隆升(216.5~211.0 Ma)、缓慢隆升(211.0~203.6 Ma)、急剧隆升(203.6~202.7 Ma)和缓慢隆升(202.7~199.6 Ma)五个阶段。     

青藏高原新生代隆升研究现状

新生代青藏高原的隆升过程倍受世界关注。国内外学者从不同角度围绕青藏高原成为统一整体(印度-欧亚碰撞)的时限、隆升阶段性和空间差异性、青藏高原作为高海拔高原形成的时间、青藏高原隆升的动力机制等重大事件进行了深入的研究。对印度板块-欧亚板块的碰撞时间存在70Ma、65Ma、55Ma、50Ma、45Ma和40～34Ma等多种观点。印度板块与欧亚板块碰撞不是在某个时间点完成的,其碰撞持续时间约10～15Ma。碰撞方式存在由西向东迁移、由东向西迁移等多种观点。青藏高原的隆升过程具有强烈的时空差异性。青藏高原新生代隆升阶段存在多种划分方案,流行的有3阶段、4阶段和5阶段强隆升过程。青藏高原作为高海拔高原形成的时间可归纳为约3.6Ma以来、13～8Ma、26～20Ma、40～35Ma和55～45Ma 5类观点。青藏高原的形成机制模型存在较大分歧,流行的模式可分为碰撞、俯冲、挤出和拆沉-板片断离4类。青藏高原多阶段隆升及构造-岩浆演化造就了高原复杂多样的大陆成矿作用。高原隆升与环境和气候演变具耦合关系。     

The Sedimentary Record in Northern Qaidam Basin and its Response to the Uplift of the South Qilian Mountain at around 30 Ma

The thick, Eocene to Pliocene, sedimentary sequence in Qaidam Basin at the northern margin of the Tibetan Plateau records the surface uplift history of the northeastern Tibetan plateau. In this study, we present detailed geochemistry, heavy mineral, and clay mineralogy data of the well preserved sedimentary record in the Dahongou section in the northeast of the Qaidam Basin. The results suggest that the sedimentary sequence recorded a 30 Ma young uplift/unroofing event in the northern edge of the Qaidam Basin, which is characterized by high ZTR index value and chlorite content, and low CIW`. The results are consistent with previous sedimentological studies of the Qaidam Basin, which indicated rapid increase of the accumulation rates around 30 Ma. Based on past thermochronological data from the mountains around the Qaidam Basin and the accumulation rates of the Cenozoic basins in the northeastern Tibetan Plateau, we infer a regional uplift and denudation event along the northeastern Tibetan Plateau during early Oligocene (～30 Ma), indicating that the Tibetan Plateau had expanded north-eastward of the study area at that time.     

青藏高原东北缘西秦岭新生代抬升-天水盆地碎屑颗粒磷灰石裂变径迹记录

天水盆地位于青藏高原东北缘六盘山与西秦岭二重要构造带交汇处,该盆地充填较完整晚新生代沉积序列记录着该区构造变形历史,因此对该盆地沉积记录的研究对探讨青藏高原东北缘晚新生代构造活动事件具有重要的意义。通过对天水盆地晚新生代砂岩和含砾砂岩地层中碎屑颗粒磷灰石裂变径迹热年代学研究,推断23.7Ma左右天水盆地北部沉积物源区西秦岭发生了一次与青藏高原隆升有关的构造—热事件,该事件可能导致天水盆地的形成,并开始接受新近系冲积相沉积。约14.1Ma左右天水盆地物源区再次发生构造活动,使西秦岭剥露速率加快和盆地进一步拗陷广泛接受河湖相沉积。通过对剥蚀速率的估算,得出天水盆地沉积记录的23.7Ma和14.1Ma西秦岭北部快速抬升事件的平均剥蚀速率分别达0.34mm/a和1.05mm/a。      

柴达木路乐河地区新生代碎屑组分变化及其对构造隆升的指示

碎屑组分变化是反映盆地物源演化历程的重要物质表现。路乐河地区作为柴达木盆地的重要组成部分,沉积地层记载着印度-欧亚板块碰撞以来青藏高原北缘造山带的构造隆升过程。高长石组分含量、物源方向及毗邻山脉岩性对比揭示,路乐河物源主要受南祁连和赛什腾山控制,其碎屑组分变化对毗邻造山带构造活动具有很好的耦合性。新生代53.5~2.9Ma期间,路乐河地区存在3次物源转换事件,发生时间依次同印度-欧亚板块碰撞及高原内部构造隆升事件相吻合。其中早期50.1~46.6Ma,南祁连山的快速抬升是对大陆初始碰撞的远程响应;44.5Ma,高原以垂向增生和推覆构造发育为特点,赛北断裂高速剥露,致使路乐河地区物源发生转变;渐新世末期(22.6Ma),青藏高原准同时整体隆升,赛什腾山和南祁连山协同为路乐河地区供给沉积物。所获认识为深入了解高原隆升演化和板块碰撞远程效应提供新的沉积依据。     

青海循化盆地新近纪磁性地层学

青藏高原东北部是研究高原隆升和东亚季风演化的重要地区.通过对青藏高原东北部循化盆地西沟剖面新近纪河湖相沉积的磁性地层学研究, 建立了西沟剖面约14.6~5.0 Ma沉积物的磁极性年代框架.沉积相的分析表明, 循化盆地在约14.6~5.0 Ma期间总体上处于充填萎缩阶段.西沟剖面巨厚层砾岩首次出现的时间约为7.3 Ma前, 应是青藏高原东北部快速隆升的沉积响应.这与青藏高原在约8.0 Ma前快速隆升的时间相近, 进一步说明约8.0 Ma前青藏高原的构造隆升具有准同时性.      

四川盆地西缘晚新生代大邑砾岩的物源及其成因：来自重矿物和孢粉的证据

新生代早期印度与欧亚板块的俯冲碰撞造就了巍峨高耸的青藏高原.然而,在其相邻的四川盆地,伴随青藏高原强烈隆升所堆积的碎屑沉积物,最老仅能追索到晚新生代的大邑砾岩.因此,解读广泛发育于四川盆地西缘的大邑砾岩成因对获取青藏高原及其周缘古环境信息及理解相关的构造演化过程具有重要意义.本文报告了对三个典型大邑砾岩剖面样品的重矿物和孢粉组合研究结果,试图从大邑砾岩的物源区和沉积环境来解读大邑砾岩的成因.大邑砾岩中重矿物种类繁多,表明相应物源区具有多种岩石类型.除极不稳定矿物外,大邑砾岩新鲜剖面样品的重矿物组合与现代岷江沉积极其相似,表明大邑砾岩是经由岷江通道输送到四川盆地的;富含石榴子石等远源矿物表明当时的古岷江已切穿龙门山,深入到松潘-甘孜褶皱带内.孢粉分析显示孢粉含量极低,为0.2粒/克,孢粉类型以高山黯针叶林成分为主,混有少量落叶阔叶林和草本植物花粉,显示了高寒的环境.结合已有的年代学结果,本文认为大邑砾岩是形成于2.0Ma的冰水沉积物,其形成反映了青藏高原第四纪早期的寒冷环境.