青藏高原能量与水循环国际合作研究的进展与展望

青藏高原能量与水循环过程对我国、东亚乃至全球的天气和气候系统都有着非常重要的作用.1996年以来,在国家自然科学基金委员会、中国科学院、中国气象局等相关部门和日本政府的大力支持下,我们针对青藏高原能量和水循环过程的重要性,成功地开展了青藏高原尺度和藏北地区中尺度的"全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验研究"(GAME/Tibet)项目和"全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验研究"(CAMP/Tibet)项目近10余年的连续观测,取得了以往高原试验从未有过的大量极其珍贵的综合观测资料.而且在利用试验资料分析、卫星遥感及数值模拟等手段研究青藏高原能量与水循环方面取得大量的阶段性成果.介绍了青藏高原能量与水循环的研究进展及国际合作在项目执行过程中所起到的作用,同时介绍国际合作在吸纳境外研究资源及培养青年科技人才中所起的作用.最后提出了国际合作中存在的问题,并给出了相关的建议.     

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.     

青藏高原形成演化研究回顾、进展与展望

青藏高原形成演化涵盖了前身的东特提斯地质构造演化、新生代地质构造演化和高原隆升对气候环境演变的制约,它不仅包含有关全球构造的空间格局、运动状态的历史记录,而且也留下了青藏特提斯洋陆转换、盆山转换构造体制的时空结构、运动形式和发展变化的地质遗迹。所以青藏高原是研究全球构造的窗口,被自然科学工作者誉为解决地球动力学的一把钥匙。自20世纪60年代以来,特别是1979年以来我们先后开展了青藏高原地质构造演化、系列编图及综合集成等研究工作。本文以认识现今青藏高原地质历史各阶段重大地质构造事件的结构组成和演化为主线,回顾了40年来历次重大青藏高原基础地质研究过程,系统总结了青藏高原新生代隆升过程、碰撞构造效应,以及东特提斯地质调查研究中一系列重要新发现、新进展、新成果,并对相关研究成果和新发现进行了简要的归纳梳理。在此基础上,就青藏高原形成演化模式、科学理论与学术争论观念层次上的问题,以及关键的基础地质问题等方面进行了讨论与展望。     

兰州地区新近纪地层的沉积相与古环境记录

兰州地区位于黄土和青藏高原的过渡带,其第三纪地层对研究风尘沉积发育和青藏高原隆升都有着特殊的意义。本研究以0.25 m为间距对厚度210 m的兰州皋兰山剖面的新近纪地层采集样品901个,在实验室对试验样品进行前处理后对其进行了粒度、磁化率和色度测试。用粒度分布函数的方法分离了沉积物的各成因组分,确定了风成组分和水成组分在全剖面沉积物中所占的百分比。结合色度和磁化率的实验结果分析表明,皋兰山剖面地层以风尘沉积为主,其间夹有河流相沉积的约15层砂岩。古环境的恢复表明,兰州地区从至少约7 Ma开始,沉积地层经历了由河湖相向风尘沉积转变,气候干旱化开始,与黄土高原风尘序列堆积底界8～7 Ma基本一致。6～5.2 Ma构造稳定,是比较开阔的平原环境,并且气候条件比较湿热;5.2～3.5 Ma间构造波动比较频繁,形成了间隔性的河流相砂岩沉积,而在气候表现为干冷;自3.5 Ma开始,兰州地区发生相对构造沉陷,五泉砾岩层的发育是对青藏运动A幕的具体响应。     

近10年西藏高原土地沙漠化动态变化与发展态势

依据生态基准面的理论制定了西藏高原沙漠化土地分类分级体系。运用遥感、野外调查与 GIS等方法,对20世纪90年代沙漠化动态变化进行了研究,研究结果表明：西藏高原沙漠化扩大 2151．68km 2,升级率达 2．3％,动态度为 0．154％,沙漠化程度明显加重,形成沙漠化发展、稳定及逆转三种类型区。高原沙漠化发展演化的内在驱动力是以气候为主的自然因素,外在驱动力则是人为的"三滥"活动。预测到2005年、2010年沙漠化仍将缓慢发展。西藏高原是我国沙漠化正在发展-强烈发展的区域,发展态势严峻。高原沙漠化防治的基本策略应是全面保护、综合治理、适度开发、协调发展。     

青藏高原高寒区生物地理学研究进展

近年来,随着DNA测序技术的发展,青藏高原及周边地区的生物地理学研究取得重大成果,从生物演化方面着手探讨了青藏高原隆升历史及其气候效应。综合近年来地质学、古生物学与生物地理学研究进展,我们发现高原及周边地区高寒生物类群的起源和分化时间以及多样性演化过程表明早在渐新世青藏高原部分地区就已经存在高寒生态系统,晚中新世以来青藏高原不同组成部分的地貌与气候格局发生重大改变,高寒生物的祖先类群不断迁入正在生长的高原或在高原上就地演化出适应高寒生境的新物种。晚上新世高寒区物种分化速率快速升高,多样性增加,可能是高原巨大山系和水系以及冰川作用造成地理隔离的结果。同时,生物地理学研究发现青藏高原及周边地区的高寒区与北半球高纬度地区存在密切联系,在第四纪冰期期间并未形成覆盖整个青藏高原的大冰盖,高原面上仍存在很多生物避难所。地质学、古生物学与生物地理学等进行的多学科交叉研究对全方位理解青藏高原隆升历史及其气候效应具有重要意义。     

寒区桩基热稳定性研究进展

桩基础锚固长度大、埋置深,对地温场的扰动小、回冻快,在青藏高原多年冻土区被广泛使用。寒区桩基热稳定性研究是一个交叉面广、综合性较强的问题,它涉及到传热学、冻土学、桩基础的设计、桩-土相互作用等多方面的内容。在大量文献基础上,从现场试验、模型试验、理论计算等角度,对寒区桩基热稳定研究现状进行了总结和分析,文献研究表明：土体回冻过程受众多因素影响,而影响程度最大的是混凝土浇筑时的水化热释放;在全球变暖的情形下,未来50年青藏高原冻土退化严重,对桩基热稳定性构成威胁,需要采取相应的保护措施。     

青藏高原东北缘隆德观音店剖面碎屑锆石年龄序列及地质意义

青藏高原东北缘古近纪—新近纪地层的精确时代和高原隆升扩展何时影响到东北缘地区一直是地质学家争论的焦点。此次以青藏高原东北缘隆德观音店剖面为研究对象,采用碎屑锆石U-Pb测年方法,结合区域古生物化石鉴定、古地磁测年结果,针对上述两个问题提出了新的认识。测试分析发现,青藏高原东北缘古近系清水营组上部碎屑锆石年龄序列中最年轻的峰值为17.8 Ma,研究得出如下两个认识:清水营组的沉积时代应归属于晚渐新世—早中新世,区域上具有穿时性;青藏高原隆升向东北方向的扩展推挤作用在早中新世时期就开始影响到了海原-六盘山断裂带以西地区,区域上构造-沉积-气候之间具有协同演化的耦合关系。这一研究成果为青藏高原隆升向东推挤扩展影响到东北缘地区的起始时限提供了新的时间标尺。      

中亚地区中生代以来的地貌巨变与岩石圈动力学

中亚地区的地貌自中生代以来发生过两次巨变：一次是青藏高原的隆起,另一次是中生代中国东部高原及其西侧共存的中亚准平原的兴衰。青藏高原的隆起引起了全球气候和中亚环境的巨变。对此,自80年代以来开展的国际合作已经在地质学和地球物理学等研究领域取得了丰硕的成果。不过,在解释高原隆升-气候变化-剥蚀作用的相互关系方面仍存歧见。相比之下,中亚地区中生代的地貌巨变尚属新的研究课题。人们认识到,中亚地区在中侏罗世至新近纪曾存在一个准平原,而在中国东部则存在一个中生代高原。这一中生代地貌巨变引发出许多新的思考,如：为什么这一中生代准平原能保存长达150 Ma？中国东部高原是怎样形成的,又是怎样消失的？这两次地貌巨变及其相关的岩石圈动力学将是“TOPO?CENTRAL?ASIA”这一国际岩石圈计划项目的研究主题。     

青藏高原新生代火山活动的深部力学背景

为了研究火山形成基本要素——岩浆运移通道的形成, 基于重力异常反演的青藏高原下地壳底部的地幔对流应力场, 结合地壳破裂形成机理和对流应力场与青藏高原新生代火山分布的关系, 以及青藏高原下地幔对流演化的数值模拟结果, 分析了高原火山岩浆运移通道产生的深部力学机制.研究表明, 高原下地幔对流应力场存在两个大的拉张区, 高原中部和北部的火山岩均分布于拉张应力区.南部的林子宗火山区对应了印度板块与欧亚大陆碰撞前或碰撞早期高原下的地幔上升流.对流应力的量级为~100Ma, 这与导致地壳破裂的应力量级相当.所有这些证据表明, 青藏高原下地幔对流应力场可能是导致高原地壳破裂, 并发展为岩浆物质通道的主要力学机制之一.      

测绘遥感信息工程国家重点实验室十年建设与创新

回顾了测绘遥感信息工程国家重点实验室自1989年建室以来10年的历程,重点展示了10年来的研究成果,成果产品化、人才培养与对外开放方面所做的工作。在总结经验的基础上提出了国家重点实验室的发展必须抓好5个方面的工作,对同类实验室建设具有一定的借鉴价值。     

Late early Oligocene East Asian summer monsoon in the NE Tibetan Plateau: Evidence from a palynological record from the Lanzhou Basin,China

The latest Early Oligocene record from the Lanzhou Basin, northeast Tibetan Plateau, presents an opportunity to investigate early stage of the Asian monsoon patterns due to its special location. The record provides insights into the global zonal climate and the development of the non-zonal monsoon system. The study identifies possible links between factors governing the monsoonal patters and paleoaltimetry of the Tibetan Plateau. Sporomorphs results indicate the dominance of arboreal plants (both coniferous and broad-leaved) corresponding to a wetter environment, while xerophytes were rare. Based on the Coexistence Approach (CA), the climate of the Lanzhou Basin is likely to have been similar to that of present-day sites in Southeast China, i.e., characterized by relatively high precipitation and a warm climate. Both qualitative analysis of the sporomorph assemblages and quantitative calculations indicate that monsoons similar to those of the present daywere formed in East Asia and reached the Lanzhou region in inner Asia. High percentages of Picea, generally associated with the relatively high topography of the NE Tibetan Plateau, correlate well with the high paleoaltimetry of the main Tibetan Plateau during the Oligocene. Thus, the East Asian monsoon during this time can be closely linked to an uplifted Tibetan Plateau, following modeled relationships between the Tibetan Plateau and monsoon patterns. However, we believe such high precipitation may have mainly resulted from the orographic barrier, rather than being driven by zonal climate factors. Further investigation into the extent of, and controls on, the region of high precipitation should help clarify the role of these processes.     

Cenozoic tectonics and landform evolution in the Qilian Mountains and adjacent areas

ABSTRACT

The formation of the Qilian mountains and the evolution of adjacent basins were controlled by the uplift and northeastward growth of the Tibetan Plateau. In a field survey conducted on the main Cenozoic basin sediments in the Qilian Mountains and adjacent areas, fission track age data of apatite obtained previously were analyzed. Cenozoic tectonics and landform evolution in the area where the Qilian Mountains now stand and its response to the uplift of the Tibetan Plateau were studied. In the Oligocene Epoch, the Tibetan Plateau was initially uplifted and extended northeastward, forming the Guide-Xining-Lanzhou-Linxia foreland basin on the northern margin of the western Qinling Mountains, and the foreland basin in the area where the Qilian Mountains now stand received widespread sediments. In the Miocene, influenced by the enhanced uplift and northeastward thrust of the Tibetan Plateau, a stage of intracontinental squeezing orogeny and foreland basin splitting began in the area where the Qilian Mountains now stand. In the Pliocene Epoch, the Qilian Mountains were continuously uplifted, the basins shrank, large lake basins disappeared gradually, and large-area red-clay-type aeolian sediments appeared. During the Quaternary Period, the uplift of the Tibetan Plateau accelerated, causing a rapid rise in the altitude of the Qilian Mountains. Global climate change occurred and mountain glaciers began to develop. Quaternary moraine deposits appeared for the first time in the area, and very thick loess sediments appeared in the Longzhong area, east of the area where the Qilian Mountains now stand, forming the famous Loess Plateau.     

青藏高原东北缘深部地质构造与地热资源分布关系研究

青藏高原内部及边缘分布大量地热田,主要有青海共和—贵德地热田、甘肃张掖盆地地热田、甘肃天水地热田、云南腾冲地热田等,所有地热田系统整体围绕青藏高原边缘呈带状展布,主要受控于青藏高原构造活动。对该区域多个地热田进行分析,均具有深部热源垂直传导供热、深大断裂和其发育的次级断裂为有利通道等特性。青藏高原深部分布多个通道流,在地震层析成像观测结果、远震P波走时层析成像等地球物理资料上均有显著反映,青藏高原中北部地壳低速-高导层是部分熔融层的岩石学证据亦被证实。主要地热田均分布在通道流沿线,根据地热田的研究成果,认为下地壳的通道流不仅为地热田提供热源,形成明显的大地热流异常区带,通道流区域的地壳厚度减薄、构造活动增强,热流易于向上传导运移。文章综合分析后初步建立了地热分布与通道流关系模型、与通道流相关的地热田地热模型,认为青藏高原东北缘地区分布的多个地热田均受控于其深部的通道流;通过对该区域地热资源前景进行分析,认为甘肃天水地区位于通道流的交汇部位,地热资源前景巨大。     

"构造研究进展与趋势"专辑特邀主编寄语

构造研究是地球系统科学研究中最具有交叉学科性质的领域,是长期经久不衰的学科,尤其涉及到解决对人类社会至关重要的问题时凸显它的重要性,如青藏高原形成演化过程对资源能源、地表作用及其环境气候与灾害的影响,以及地震活动对人类社会的冲击等等。地质学家们经过长期的持续研究,在地质学、地球物理学方面,包括岩石圈流变学、实验岩石学和青藏高原构造变形等方面取得了一系列重大成果与重要认识。《地球学报》集中在2019年第1期刊发16篇文章作为"构造研究进展与趋势"专辑,专辑涵盖了四个方向的研究成果:(1)大陆岩石圈流变学;(2)青藏高原形成与构造过程;(3)断裂作用与地震活动;(4)地区构造样式与效应等。这些工作主要涉及目前大陆岩石圈流变学的发展现状与前景、青藏高原形成演化和帕米尔及喀喇昆仑断裂带等重要构造带的研究进展,以及目前人们关注的与地震活动相关的断裂活动、岩石记录和物理化学性质变化等方面的研究,包括8篇综述性文章和8篇研究性成果。本文将从这4个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,呈现构造研究成果与趋势,为深入研究和认识地球系统科学提供重要的基础。     

青藏高原持久性有机污染物的研究进展

由于青藏高原特殊的地理条件,对研究持久性有机污染物 (POPs) 的迁移与转化等地球化学过程有着独特的意义。平均海拔高于4 000 m,高山冷凝效应在高原上得到集中体现。大面积的人迹罕至的环境,POPs的分布很少受到人为二次影响。高原地区特有的多冰川的存在,完整地记录了POPs的沉降历史。随着近年来对青藏高原POPs的监测和研究工作的开展,研究者逐渐认识到对高原POPs研究的重要性和认识的不足之处。本研究就目前为止对高原地区POPs的研究现状进行综述,着重介绍对青藏高原不同环境介质中POPs的监测及研究成果,同时总结了高原POPs的物质来源与迁移等研究成果,并根据研究现状提出了展望。     

Evolution of an Ancient Large Lake in the Southeast of the Northern Tibetan Plateau

Nam Co is the largest (1920 km2 in area) and highest (4718 m above sea level) lake in Tibet. According to the discovery of lake terraces and highstand lacustrine deposits at several places in Nam Co and its adjacent areas, the authors confirm the existence of an ancient large lake in the southeastern part of the northern Tibetan Plateau. On the basis of the U-series, 14C and ESR dating, coupled with the levelling survey of lake deposits and geomorphology, the evolutionary process of the ancient large lake in the southeastern part of the northern Tibetan Plateau may fall into three stages: (1) the ancient large lake stage at 115-40 ka BP, when the ancient lake level was 140-26 m above the level of present Nam Co; (2) the outflow lake stage at 40-30 ka BP, when the ancient level was 26-19 m above the present lake level; and (3) the Nam Co stage since 30 ka BP, when the ancient lake level was < 19 m above the present lake level. During the ancient large lake stage, a large number of modern large, medium-siz     

地球系统的碳循环和资源环境效应

地球系统的碳循环,制约着一系列资源环境问题的形成和发展.掌握其运行规律和机制,将为可持续发展提供重要的知识支撑.本文回顾了数百年来人类对碳循环认识的历史,概述了20世纪最后年代,通过IGBP,IGCP等国际计划,以及一些国家计划对全球碳循环所作的观测、试验和模型分析所获得的重要成果.同时也指出了当前国际碳循环研究中在学术思路、观测试验工作布署,以及对碳循环有关的资源环境问题研究等方面不足之处,特别是一些重大国际计划存在着忽视地质作用对全球碳循环影响的问题.在此基础上,对21世纪初全球碳循环研究可能出现的热点作了分析,并建议我国的碳循环研究,除了要继续积极参与各种多边国际合作计划,作出我们应有的贡献外,还应根据我国的地域优势,选碳酸盐岩地区的碳循环,和碳循环的资源环境问题两个突破口,作重点深入研究.     

青藏高原新近纪重大气候事件演化序列

综合分析青藏高原新近纪古气候研究的不同替代性指标,建立了高原新近纪重大气候事件的演变序列,探讨青藏高原隆升和全球重大气候事件的关系。青藏高原新近纪不同构造-地层区重大气候事件发生的时间与高原隆升事件基本吻合,说明高原隆升是青藏高原气候变化的主要因素,与全球气候变化事件既存在一致性,又存在差异性。早—中中新世青藏高原气候变化频繁,气候变冷期开始的年代早于全球约15Ma以来的降温期,说明早—中中新世高原隆升对全球变冷的贡献较大。晚中新世以来的气候事件与全球重要气候事件相吻合,说明青藏高原可能在晚中新世已经隆升到了一定高度,其对全球气候变化的影响较之前有所减弱。青藏高原气候变化除受到高原隆升影响外,亦受到全球气候变化的影响。     

亚洲主要河流的沉积地球化学示踪研究进展

发源于喜马拉雅—青藏高原的亚洲几条大河的河流地球化学研究揭示了高原隆升、流域风化剥蚀、大气CO2消耗和亚洲季风气候变化之间的耦合关系。研究认为南亚主要河流流域的化学风化对全球大气CO2消耗和海洋化学通量变化贡献较大,河流沉积地球化学研究反映的高原阶段性隆升过程、流域剥蚀速率以及亚洲季风演化信息也明显比东亚主要河流的记录清晰;尤其是最近几年运用河流碎屑单矿物化学和年代学方法来示踪流域构造演化、沉积物从源到汇过程以及河流演化历史等,取得了许多重要的研究成果。比较而言,我国的河流在元素地球化学和水化学组成方面虽然开展了大量基础研究工作,但目前急需进一步提炼科学目标,与国际性的研究计划结合,综合多学科的研究力量,在研究思路和关键方法上需要突破和深入,加强研究的广度和深度。长江更可以作为一个突破口和研究平台,来开展深入的沉积地球化学示踪研究。