正确合作可以拯救生命和移动“大山”──美国科学杂志介绍INDEPTH项目情况

正确合作可以拯救生命和移动“大山”──美国科学杂志介绍ＩＮＤＥＰＴＨ项目情况１９９５年１１月１７日发刊的美国《科学杂志》２７０卷，第１１４４—１１４７页上刊登了科学杂志副主编ＪｅｆｆｒｅｙＭｅｒｖｉｓ撰文，介绍了中美合作“喜马拉雅和西藏高原深剖面”（…     

国际合作INDEPTH项目横穿青藏高原的深部探测与综合研究

国际合作青藏高原与喜马拉雅深部剖面探测(INDEPTH)计划自1992年开展以来,圆满完成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、3个阶段研究任务,揭示了喜马拉雅山和青藏高原腹地的地壳结构和深部构造,在同际核心期刊公开发表10多篇有重要影响的学术论文,受到国际地球科学界的高度评价.第四阶段计划是研究高原北部边缘,即东昆仑造山带和柴达木盆地的结构构造及其形成演化,并与南部喜马拉雅造山带加以对比.经过多次野外地质踏勘,选定剖面的工作路线,2007年各方正式签订协议,并共同开展了野外调查,圆满完成了横穿东昆仑造山带和柴达木盆地的100km垂直深反射地震、300 km广角地震反射以及59个宽频带天然地震台站的野外观测施工任务.中方项目组还在东昆仑南部厘定出渐新世晚期-中新世早期大型逆冲推覆构造系统,发现青藏高原渐新世晚期-中新世早期整体隆升的重要证据.2008年将继续天然地震观测,还将开展大地屯磁测深、重力、地质构造剖面观测和反射地震数据处理;2009～2010年将利用各类深部探测资料,综合研究青藏高原北部的地壳结构、岩石圈构造和深部过程.     

喜马拉雅地区深反射地震──揭示印度大陆北缘岩石圈的复杂结构

喜马拉雅山的崛起和青藏高原的隆升被认作是印度板块和亚洲板块中、新生代以来汇聚、碰撞、挤压的结果，是典型的陆－陆碰撞地带。此文介绍了在喜马拉雅山区进行的第一次深反射地震试验的结果。试验剖面布置在北喜马拉雅地区内，从喜马拉雅山山脊南的帕里到康马南的萨马达共中１５点（ＣＭＰ）叠加剖面上表现出如下特点：①显示了在地壳中部有一强反射带，向北缓倾斜下去，延长达１００ｋｍ以上。它可能代表了一个活动的道冲断裂或是一条巨大的拆离带，印度地壳整体或下地壳沿此拆离层俯冲到藏南之下；②上部地壳的反射，显示了上地壳存在着大规模的叠瓦状结构；③下地壳的反射显示了塑性流变特征；④在测线南部莫霍反射明显，深度达７２─７５ｋｍ，发现了南部有双莫霍层的存在；⑤试验中还取得莫霍层下面３２ｓ、３８ｓ、４８ｓ等双程走时的多条反射，均向北倾斜，反射同相轴延续较长，信息丰富，反映了上地幔的成层结构。这些结果对印度大陆地壳整体或其下地壳俯冲到藏南特提斯喜马拉雅地壳之下并导致西藏南端地壳增厚的观点给予了实质性的支持。     

INDEPTH 与 INDEPTH-MT 项目简介

摘　 要　 介绍了 “国际喜马拉雅和西藏高原深剖面及综合研究” （简称 INDEPTH） 项目概况、 科学目标和已取得的主要科学成果。着重阐述了作为该项目组成部分的由中国地质大学 （北 京）、美国华盛顿大学 （西雅图）、加拿大地质调查局合作进行的 “国际喜马拉雅和西藏高原 深剖面探测的大地电磁研究” （简称 INDEPTH-MT） 的任务、科学目标和主要成果以及采用 的仪器设备、野外数据采集的方法和技术以及数据处理与反演方法所具有的特色和先进性。     

喜马拉雅西部雅鲁藏布江缝合带地壳尺度的构造叠置

陆陆碰撞过程是板块构造缺失的链条。印度板块与亚洲板块的碰撞造就了喜马拉雅造山带和青藏高原的主体。然而,人们对印度板块在大陆碰撞过程中的行为尚不了解。如大陆碰撞及其碰撞后的大陆俯冲是如何进行的、印度板块是俯冲在青藏高原之下还是回转至板块上部(喜马拉雅造山带内)以及两者比例如何,这些仍是亟待解决的问题。印度板块低角度沿喜马拉雅主逆冲断裂(MHT)俯冲在低喜马拉雅和高喜马拉雅之下已经被反射地震图像很好地揭示。然而,关于MHT如何向北延伸,前人的研究仅获得了分辨率较低的接收函数图像。因而,MHT和雅鲁藏布江缝合带之间印度板块的俯冲行为仍是一个谜。喜马拉雅造山楔增生机制,也就是印度地壳前缘的变形机制,反映出物质被临界锥形逆冲断层作用转移到板块上部,或是以韧性管道流的样式向南溢出。在本次研究中,我们给出在喜马拉雅造山带西部地区横过雅鲁藏布江缝合带的沿东经81.5°展布的高分辨率深地震反射剖面,精细揭示了地壳尺度结构构造。剖面显示,MHT以大约20°的倾斜角度延伸至大约60 km深度,接近埋深为70~75 km的Moho面。越过雅鲁藏布江缝合带运移到北面的印度地壳厚度已经不足15 km。深地震反射剖面还显示中地壳逆冲构造反射发育。我们认为,伴随着印度板块俯冲,地壳尺度的多重构造叠置作用使物质自MHT下部的板块向其上部板块转移,这一过程使印度地壳厚度减薄了,同时加厚了喜马拉雅地壳。     

碰撞构造:喜马拉雅-青藏高原隆起的时间与过程--第19届喜马拉雅-喀喇昆仑-西藏国际讨论会一瞥

一年一届的喜马拉雅-喀喇昆仑-西藏国际讨论会(Himalaya-Karakoram-Tibet Workshop，简写HKT)到今年已举办了19届。这个研究喜马拉雅-青藏高原地质演化的国际舞台，每年都有许多新“角色”和老“演员”出演新的“节目”，报告新的发现，交流新的思想。由于喜马拉雅-青藏高原是研究全球大陆巨型造山带形成过程与动力学的野外实验室，故这个讨论会每年的进展备受各国地学界学者关注。     

深地震反射剖面揭露青藏高原陆-陆碰撞与地壳生长的深部过程

印度板块与亚洲板块的碰撞使喜马拉雅-青藏高原隆升,地壳增厚和生长扩展。探测青藏高原深部结构,揭露两个大陆如何碰撞,碰撞如何使大陆变形的过程,是全球关切的科学奥秘。深地震反射剖面探测是打开这个科学奥秘的最有效途径之一。20多年来,运用这项高技术探测到青藏高原巨厚地壳的精细结构,攻克了难以得到下地壳和Moho清晰结构的技术瓶颈,揭露了陆陆碰撞过程。本文在探测研究成果基础上,从青藏高原南北-东西对比,再到高原腹地,系统地综述了青藏高原之下印度板块与亚洲板块碰撞-俯冲的深部行为。印度地壳在高原南缘俯冲在喜马拉雅造山带之下,亚洲板块的阿拉善地块岩石圈在北缘向祁连山下俯冲,祁连山地壳向外扩展,塔里木地块与高原西缘的西昆仑发生面对面的碰撞,在高原东缘发现龙日坝断裂而不是龙门山断裂是扬子板块的西缘边界,高原腹地Moho 薄而平坦,岩石圈伸展垮塌。多条深反射剖面揭露了在雅鲁藏布江缝合带下印度板块与亚洲板块碰撞的行为,印度地壳不仅沿雅鲁藏布江缝合带存在由西向东的俯冲角度变化,而且其向北行进到拉萨地体内部的位置也不同。在缝合带中部,显示印度地壳上地壳与下地壳拆离,上地壳向北仰冲,下地壳向北俯冲,并在俯冲过程发生物质的回返与构造叠置,使印度地壳减薄,喜马拉雅地壳加厚。俯冲印度地壳前缘与亚洲地壳碰撞后沉入地幔,处于亚洲板块前缘的冈底斯岩基与特提斯喜马拉雅近于直立碰撞,冈底斯下地壳呈部分熔融状态,近乎透明的弱反射和局部出现的亮点反射,以及近于平的Moho都反映出亚洲板块南缘的伸展构造环境。     

从宽角地震数据得出的特提斯喜马拉雅南部的速度结构

作为ＩＮＤＥＰＴＨ计划的第一阶段，完成了一条跨过特提斯喜马拉雅南缘的深地震共中点（ＣＭＰ）剖面，它绘制出俯冲到喜马拉雅之下的印度大陆地壳的顶部（主喜马拉雅道冲或ＭＨＴ）和底部（莫霍层）轮廓。我们用移动式地震仪记录了ＣＭＰ剖面的爆炸，偏移距最大达１５５ｋｍ。短偏移距数据证实了ＣＭＰ剖面的数据，而我们的大偏移距数据则以强反射带为主。我们将这一反射带的强的初始相位解释为藏南滑脱系（ＳＴＤ），而其最后一个相位则为ＭＨＴ的反映。我们用ＣＭＰ剖面的初动数据去详细地模拟最上部２ｋｍ的结构。亚东裂谷系中年青的伸展盆地的深度约束在２ｋｍ，给出了裂谷东侧的断距为４．６ｋｍ，在特提斯喜马拉雅内的正断层，Ｅ－Ｗ向伸展１．５％。宽角数据用于建立地表到ＭＨＴ的地震波速度模型。ＳＴＤ反射体北倾１３°，从约６ｋｍ深（在ＣＭＰ剖面南端之下）到２２ｋｍ深，然后变平，倾角减至５°。这样，我们的观测提出ＳＴＤ是一个深的基底断裂，对ＭＨＴ，我们观测到倾角为７５°，ＮＮＥ倾，从高喜马拉雅山脊下的－２０ｋｍ海拔到雅鲁藏布江缝合带南约７０ｋｍ处的－３６ｋｍ海拔（地表下４０ｋｍ）。我们提出印度地壳可能俯冲到缝合带地表之下，却不可能是整体俯冲。     

西昆仑及邻区岩石圈结构构造演——塔里木南——西昆仑多学科地学断面简要报道

通过深地震反射剖面，宽频天然深地震探测，广角折射、反射剖面，结合地表地质观察、岩石矿物和地球化学研究，以及弹性模拟计算等，对当前国际上流行的所谓高原北缘向南呈A型俯冲，南缘向北俯冲构成的青藏高原地壳加厚、隆升的“双俯冲”（two-sided subduction）模式提出质疑，认为高原北缘至少在西昆仑与塔里木（欧亚板块）之间不存在长距离的俯冲，在新生代以来的强劲挤压下，塔里木起到了一定的阻挡作用，在这里呈现南北向挤压应力场，因而青藏高原西北缘陆-陆碰撞造山、盆山的形成受到“南北双向挤压模式”所控制，也是造成青藏高原西北缘新生代后期地壳加厚、隆升的重要动力因素。     

喜马拉雅造山带亚东地区晚新生代剥露历史及其构造意义：来自磷灰石和锆石(U- Th)/He数据的约束

喜马拉雅造山带中部亚东地区位于藏南拆离系与南北向裂谷交汇处，是研究青藏高原南北向伸展和东西向伸展构造体制转换的关键地区，该地区新生代构造变形与冷却剥蚀过程对理解青藏高原的隆升历史和深部- 浅部动力学机制具有重要意义。本文对亚东地区开展两个剖面的磷灰石和锆石(U- Th)/He低温热年代学以及QTQt热史模拟分析，结果显示亚东地区大喜马拉雅结晶岩系剖面的10个磷灰石(U- Th)/He年龄分布范围为11.23~4.87 Ma，亚东- 谷露裂谷剖面的锆石和磷灰石(U- Th)/He年龄分别介于9.02~6.48 Ma和8.63~6.13 Ma。综合区域热年代学资料提出亚东地区大喜马拉雅结晶岩系自中新世以来经历了两期快速冷却事件：第一期为中新世中期(16~11 Ma)，由藏南拆离系（哲古拉拆离断层）伸展拆离作用控制的快速冷却，11 Ma前后冷却速率的明显转折变化指示了剥蚀驱动机制的转变，高原伸展体制开始向东西向伸展转换；第二期为中新世晚期到上新世(10~5 Ma)，期间存在由于亚东- 谷露裂谷伸展活动而导致的构造剥露，产生了9~6 Ma极快速冷却，平均冷却速率为290 ℃/Ma，约束了亚东- 谷露裂谷的启动时间为10 Ma左右。沿亚东藏南拆离系向南剖面上，磷灰石(U- Th)/He年龄数据总体呈现“老—新—老”的变化趋势，暗示了经历过部分熔融的大喜马拉雅结晶岩系通过中下地壳渠道流侧向挤出。综合已有的大喜马拉雅结晶岩系的结晶、冷却年代数据，提出大喜马拉雅结晶岩系的剥蚀冷却过程呈现多阶段和不等速特征，即存在25~11 Ma、10~5 Ma以及约3 Ma以来三个主要快速冷却阶段，受控于区域构造活动或者气候剧烈变化。