青藏高原东南缘大凉山新生代隆升建造过程——多封闭系统低温热年代学与热模型限制

长波长、低起伏度大凉山构造带新生代隆升剥露与建造过程是解译青藏高原东向扩展过程的关键核心地区之一.本文基于大凉山构造带喜德剖面和沐川剖面9件样品的多封闭系统低温热年代学年龄(即磷灰石(U-Th)/He(AHe)、磷灰石裂变径迹(AFT)和锆石(U-Th)/He(ZHe))定年,揭示出多封闭系统热年代学年龄与古岩性柱深度具有明显的正相关性,即伴随古岩性柱深度增大,多封闭系统热年代学年龄明显减小.喜徳剖面多封闭系统低温热年代学AHe、AFT和ZHe年龄值分别为7—9Ma、14—22Ma和25—38Ma;沐川剖面多封闭系统低温热年代学AHe和AFT年龄值分别为10—26Ma、23—85Ma,ZHe年龄值为未完全退火年龄.多封闭系统热年代学和QTQt热史模拟揭示,大凉山构造带喜徳和沐川剖面岩性柱所有样品都经历大致相似的三阶段热演化过程,尤其是晚新生代快速隆升剥露阶段(30—20 Ma以来),其平均剥露速率分别为~0.15mm·a-1和~0.20mm·a-1,抬升剥露量分别为~3.0km和~1.5km.结合区域低温热年代学特征的大凉山构造带地表隆升动力学模型,揭示出重力均衡作用下地壳缩短与剥露作用(即构造隆升剥露机制)控制形成了现今大凉山造山带长波长、低起伏和高海拔地貌建造过程.     

青藏高原新生代构造隆升阶段的时空格局

青藏高原不同部位低温热年代学记录、沉积记录和构造变形记录揭示出存在60~35,25~17,12~8Ma（藏南17~12Ma）和大约5Ma以来4个主要强构造隆升剥露阶段.除了藏南地区在17~12Ma发生藏南拆离系的活动及其所控制的高喜马拉雅结晶基底岩系的快速抬升剥露这一特殊情况外,青藏高原不同地区主要强构造隆升剥露阶段具有准同时性.几个强隆升剥露阶段对应于几个强构造变形活动时期,反映隆升剥露主要受构造动力控制.新生代以砾岩为代表的粗碎屑物的分布、前陆盆地或走滑拉分盆地的分布及其沉积充填、角度不整合的发育和地层间断缺失,以及受断裂控制的盆山地貌变迁和高原扩展与青藏高原几个强构造抬升剥露阶段也具有良好的匹配关系.本文还讨论了青藏高原作为地表隆升的高原形成过程,揭示高原的形成是随时间演变不断扩展的过程.     

天山中新世早期快速剥露：磷灰石裂变径迹与（U-Th）／He低温热年代学证据

天山造山带新生代剥露过程与构造演化历史一直是国内外地学界关注的热点．本文联合运用磷灰石裂变径迹（AFT）和（u—Th）／He（AHe）低温热年代学技术,重建了新疆天山巴仑台剖面基岩山体的热演化历史,分析了剥露速率的变化特征,结合前人研究成果进一步探讨了新生代天山地区剥露作用过程的基本特点．结果表明,巴仑台剖面磷灰石样品的裂变径迹年龄集中在40～60Ma,（U—Th）／He年龄为10～40Ma;裂变径迹时间一温度史模拟结果表明巴仑台地区中新世早期以来剥露作用明显增速,剥露速率由之前的〈30mMa-1增大为〉1001TIMa-1;基于AFT与AHe年龄,利用年龄～封闭温度法以及矿物对法计算得到的剥露速率也表明该地区新生代剥露作用自中新世早期开始加速,并且在晚中新世剥露作用进一步增强．本文所揭示的快速剥露过程也存在于天山造山带其他地区．从整个天山造山带来看,开始于中新世早期的快速剥露是新生代天山地区一次重要的剥露作用过程．     

江汉和洞庭盆地与周缘造山带盆山耦合研究进展

沉积盆地与造山带是大陆构造的2个重要的组成单元,具内在成因联系。对其耦合关系进行研究,可以恢复和重建岩石圈深部运动过程,了解近地表构造与气候之间的相互作用。江汉和洞庭盆地位于长江中游,与周缘造山带具有清晰的盆山边界,盆内河流水系十分发育,是一个多物源沉积盆地,是探讨从山(源)到盆(汇)沉积过程的天然实验室。文中对江汉盆地盆山耦合的研究结果进行了总结和梳理,介绍了造山带基岩、盆地和河流沉积物低温热年代学的应用方法,提出了新的研究切入点,建议今后在江汉和洞庭盆地开展盆山耦合研究时,将造山带基岩和河流碎屑矿物低温热年代学结果相结合,同时开展同一目标矿物的物源示踪研究,综合分析造山带隆升信息与物源信息,并与周缘构造和沉积学研究结果相互检验,可得到详细的盆山耦合演化过程。     

哈山冲断带构造变形数值模拟

岩石圈流变结构是控制大陆碰撞造山的重要因素.哈山冲断带的构造变形、地表地形与青藏高原周缘冲断带差异较大,指示需要开展地壳流变学研究.本研究采用二维数值模拟,设计了盆山上地壳强度横向差异的单因素实验,模拟结果分析表明：若上地壳强度“山弱盆强”,构造变形集中于造山带,断块垂向叠置造成造山带隆升,使地表地形的构造高点位于造山带;若上地壳强度“山强盆弱”,构造变形集中于冲断带和盆地,盆山相互作用造成地表地形的构造高点位于冲断带,而非后陆.本文基于此单因素实验,模拟了哈山冲断带构造演化,发现哈山冲断带晚二叠世发育推覆构造后,构造变形逐渐减弱,扩展方式由前展式变为后展式,基底倾向由向后陆变为向前陆.结合哈山及龙门山的多学科观测资料,本文认为哈山和龙门山冲断带的构造变形、地表地形分别符合地壳强度“山强盆弱”模式和“山弱盆强”模式.研究成果可以为中西部冲断带的地球动力学模型和实验模型的搭建提供一定启示,同时对研究区内构造控藏分析和油气勘探具有指导意义.     

环青藏高原盆山体系构造与中国中西部天然气大气区

新生代特提斯洋向北消减导致欧亚板块与印度板块碰撞,大陆会聚控制青藏高原下地壳增厚、上地壳逆冲叠置和隆升,形成高原地貌．随着青藏高原隆升和向北、向东推挤,挤压构造变形不断向外扩展,形成现今全球最大弥散型陆内构造变形域和板内变形最为活跃的巨型盆山体系,即环青藏高原盆山体系．由于不均一的小克拉通拼贴,地壳发生分异,造山带回春上升,小克拉通沉降,古板块边缘形成继承性前陆盆地群或前陆冲断带群．由这些复活的古造山带、前陆冲断带和小型克拉通盆地三个构造单元共同构成环青藏高原盆山体系．环青藏高原盆山体系是一个巨型的构造体系和特殊性质的喜马拉雅运动期构造域,是中国中西部喜马拉雅运动的主要特征,也是可以与青藏高原相提并论的巨型大地构造单元．挤压冲断构造变形带沿昆仑山．阿尔金山．祁连山．龙门山呈弧形带向北、向东扩展;随着晚新生代印藏持续碰撞,欧亚大陆强烈变形,构造变形带向外围进一步扩展,传递到阿尔泰山．阴山．吕梁山．华蓥山弧形带．冲断构造不断向环青藏高原外围扩展的同时,在盆山体系内部发生强烈陆内变形,古造山带复活,在造山带与盆地边缘形成了新的前陆盆地,冲断构造变形依次从造山带向克拉通盆地内扩展．在欧亚大陆与印度板块的碰撞及其远程效应的控制下,环青藏高原巨型盆山体系从内向外的构造变形强度、盆山耦合程度依次降低;克拉通边缘的单个盆山组合也具有从山前向克拉通方向构造变形强度依次降低,构造变形样式逐渐变得简单、构造变形时间依次变新的规律．在整个环青藏高原巨型盆山体系中,整体表现为三个构造分段：西段构造变形传播、中段高原增生．推覆、东段走滑一抬升．在环青藏高原盆山体系中,古生界克拉通盆地和中新生界前陆冲断带是具有重要天然气勘探价值的两个基本构造单元,它决定了中国中西部天然气分布主要受古生界克拉通古隆起和中新生界前陆冲断带的控制,具有多期成烃与晚期成藏的特点．     

青藏高原东缘峨眉山新生代加速抬升剥蚀作用

本文通过峨眉山基底卷入构造带低温热年代学(磷灰石和锆石裂变径迹、锆石(U-Th)/He)研究,结合典型构造-热结构特征诠释峨眉山晚中-新生代冲断扩展变形与热年代学耦合性.峨眉山磷灰石裂变径迹(AFT)和锆石(U-Th)/He(ZHe)年龄值分别为4~30Ma和16~118Ma.ZHe年龄与海拔高程关系揭示出ZHe系统抬升剥蚀残存的部分滞留带(PRZ).低温热年代学年龄与峨眉山构造分带性具有明显相关性特征:万年寺逆断层上盘基底卷入构造带AFT年龄普遍小于10Ma,万年寺逆断层下盘扩展变形带AFT年龄普遍大于10 Ma;且空间上AFT年龄与断裂带具有明显相关性,它揭示出峨眉山扩展变形带中新世晚期以来断层冲断缩短构造活动.低温热年代学热史模拟揭示峨眉山构造带晚白垩世以来的多阶段性加速抬升剥蚀过程,基底卷入构造带岩石隆升幅度大约达到7~8km,渐新世以来抬升剥蚀速率达0.2~0.4mm·a-1,其新生代多阶段性构造隆升动力学与青藏高原多板块间碰撞过程及其始新世大规模物质东向扩展过程密切相关.     

日喀则弧前盆地的埋藏和剥蚀历史——来自低温热年代学的约束

日喀则弧前盆地紧邻印度板块与欧亚大陆碰撞带,研究其剥蚀历史对理解印度板块与欧亚大陆碰撞对造山带剥蚀的影响具有重要意义。文中利用磷灰石裂变径迹(AFT)及锆石和磷灰石的(U-Th)/He(ZHe和AHe)年龄数据,结合已发表的低温热年代数据探讨日喀则弧前盆地的热演化和剥露历史。日喀则弧前盆地磷灰石裂变径迹年龄存在明显的南北差异,南部磷灰石裂变径迹年龄为74～44Ma,对应的剥蚀速率为0. 03～0. 1km/Ma,剥蚀量≤2km;北部磷灰石裂变径迹年龄为27～15Ma,剥蚀速率为0. 09～0. 29km/Ma,但缺失早新生代的热演化历史。而磷灰石的(U-Th)/He年龄表明15Ma BP之后日喀则弧前盆地整体呈现一致的剥露历史。低温热年代数据表明日喀则弧前盆地南部自新生代以来尽管受到印度板块与欧亚大陆碰撞及后期断层活动的影响,海拔由海平面抬升至4. 2km,但一直保持缓慢的剥蚀,表明高原隆升并未直接促使该地区的岩石剥蚀速率加快,这与快速剥蚀即代表造山带开始隆升的假设不相符。此外,日喀则弧前盆地北部的低温热年代学研究表明晚渐新世—早中新世Kailas盆地仅发育于日喀则弧前盆地与冈底斯造山带之间的狭长地带,并在短期内经历了快速的埋藏和剥露。     

四川盆地南部地区新生代隆升剥露研究——低温热年代学证据

本文通过背斜褶皱变形与低温热年代学年龄(磷灰石和锆石(U-Th)/He、磷灰石裂变径迹)端元模型研究,约束低起伏度、低斜率地貌特征的四川盆地南部地区新生代隆升剥露过程.四川盆地南部沐川和桑木场背斜地区新生代渐新世-中新世发生了相似的快速隆升剥露过程(速率为~0.1 mm/a、现今地表剥蚀厚度1.0~2.0 km),反映出盆地克拉通基底对区域均一性快速抬升冷却过程的控制作用.川南沐川地区磷灰石(U-Th)/He年龄值为~10-28.6 Ma, 样品年龄与古深度具有明显的线性关系,揭示新生代~10-30 Ma以速率为0.12±0.02 mm/a的稳态隆升剥露过程.桑木场背斜地区磷灰石裂变径迹年龄为~36-52 Ma,古深度空间上样品AFT年龄变化不明显(~50 Ma)、且具有相似的径迹长度(~12.0 μm).磷灰石裂变径迹热演化史模拟表明桑木场地区经历三个阶段热演化过程:埋深增温阶段(~80 Ma以前)、缓慢抬升冷却阶段(80-20 Ma)和快速隆升剥露阶段(~20 Ma-现今),新生代隆升剥露速率大致分别为~0.025 mm/a和~0.1 mm/a.新生代青藏高原大规模地壳物质东向运动与四川盆地克拉通基底挤压,受板缘边界主断裂带差异性构造特征控制造就了青藏高原东缘不同的边界地貌特征.     

青藏高原东缘新生代隆升剥露与断裂活动的低温热年代学约束

青藏高原东缘作为高原生长的东边界,其新生代以来隆升剥露与扩展模式备受关注.高原内部平缓的地貌和边界构造带不显著的缩短变形被认为是下地壳流作用的重要证据.然而近年来,越来越多的低温热年代学研究结果表明,中-晚新生代以来跨不同断裂带存在显著的差异性隆升剥露,指示了断裂体系在青藏高原东缘构造变形与演化中的重要作用.本文系统收集区域内现有不同封闭温度体系的低温热年代学数据,综合分析结果表明青藏高原东缘隆升剥露及生长扩展与整个高原抬升具有准同步性.最为广泛和显著的剥露主要发生在~30 Ma以来,且高原东缘的最大侵蚀量区受控于断裂活动,快速侵蚀带的空间分布与鲜水河断裂带相一致.在区域尺度上,现有数据所揭示的剥露事件启动、持续时间及速率的显著差异性揭示了断层活动对青藏高原东缘地表剥露过程的控制作用.本文提出青藏高原向东扩展是多阶段、非均匀过程,新生代以来不同断裂带在青藏高原向东扩展过程中起到了至关重要的作用,不支持"下地壳流假说"强调的"东缘上地壳变形不显著"的认识.     

中天山科克苏河地区隆升剥蚀历史——来自(U-Th)/He年龄的制约

天山是中亚造山带重要组成部分,其中-新生代构造热演化及隆升剥露史研究是认识中亚造山带构造变形过程与机制的关键.本文应用磷灰石(U-Th)/He技术重建中天山南缘科克苏河地区中-新生代构造热演化及隆升剥蚀过程.磷灰石(U-Th)/He数据综合解释及热演化史模拟表明该地区至少存在晚白垩世、早中新世、晚中新世3期快速隆升剥蚀事件,起始时间分别为~90Ma、~13Ma及~5Ma,且这3期隆升剥蚀事件在整个天山地区具有广泛的可对比性.相对于磷灰石裂变径迹,磷灰石(U-Th)/He年龄记录了中天山南缘地质演化史中更新和更近的热信息,即中天山在晚中新世(~5 Ma)快速隆升剥蚀,其剥蚀速率为~0.47mm·a~(-1),剥蚀厚度为~2300m.总体上,中天山科克苏地区隆升剥蚀起始时间从天山造山带向昭苏盆地(由南向北)逐渐变老,表明了中天山南缘隆升剥蚀存在不均一性,并发生了多期揭顶剥蚀事件.     

江南隆起带幕阜山岩体新生代剥蚀冷却的低温热年代学证据

江南隆起位于扬子与华夏地块的碰撞汇聚带,是研究华南大地构造演化的关键地质单元.本文采用磷灰石裂变径迹及(U-Th-Sm)/He年龄分布特征定性分析与径迹长度分布数据定量模拟相结合,主要研究了幕阜山岩体新生代的隆升与剥蚀过程,并在此基础上结合区域构造背景, 对其构造-热演化之间的关系进行了探讨.自晚白垩世持续隆升以来,幕阜山岩体经历的平均剥蚀厚度约4800 m.在不同岩体间,隆升过程及幅度存在差异,空间上具有非均匀性.热史结果显示幕阜山岩体经历了3期剥蚀, 其中两期快速剥蚀分别发生在晚白垩世-古近纪(80~50 Ma)和10 Ma以来,而这之间为一期缓慢剥蚀过程.研究区古近纪的快速剥蚀反映了中-下扬子喜山期大规模伸展断陷作用造成的肩部块体快速剥蚀事件; 约10 Ma以来的快速剥蚀是对太平洋板块向西运动的响应.幕阜山岩体自燕山晚期以来的隆升剥蚀作用具有良好的盆地沉积响应, 三期隆升剥蚀事件与研究区构造演化的动力学背景相吻合.     

Deciphering topographic signals of glaciation and rock uplift in an active orogen: a case study from the Olympic Mountains,USA

Estimating recent patterns of erosion and rock uplift within Cenozoic orogens has proven difficult as signals of these processes have been obfuscated by Plio‐Pleistocene glaciation. The topography of many mountain ranges integrates the effects of long‐lived rock uplift, Late‐Cenozoic climate variation, and post‐glacial landscape adjustment. In this study, we employ a suite of topographic analyses to study the relief of an active mountain range on a sub‐catchment scale in an effort to the separate the long‐term signal of rock uplift from perturbations due to shorter‐lived climate signals. We focus on the Olympic Mountains, USA, where patterns of exhumation and glaciation have been previously estimated; however, our methods and results are broadly applicable to other orogens. Our analysis shows that Plio‐Pleistocene alpine glaciers and the Cordilleran Ice Sheet have reduced the elevations of channel profiles and created anomalously low channel relief in the Olympic Mountains. Large low‐gradient areas formed at lower elevations where ice sheets were present and alpine glaciers widened and deepened valleys. In the more rugged core of the range, near‐threshold hillslopes along the margins of the oversteepened glacially‐carved valleys, dominate the range. This implies a strong Plio‐Pleistocene glacial climate control on the topography over the more recent evolution of the Olympic Mountains. However, the broad relief structure of the range appears to still record the regional rock uplift pattern and is suggestive of an east‐plunging antiform, consistent with folding of the subducting plate or underplating of accreted rocks. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

白云深水区新生代沉降及岩石圈伸展变形

为认识白云深水区新生代构造沉降和岩石圈伸展变形特征,本文对过研究区的两条测线进行了回剥分析和伸展系数计算,结果表明:白云深水区新生代构造沉降具有幕式特点,由快到慢共分4幕:①65～24.4 Ma;②24.4～18.5 Ma;③18.5～13.8 Ma;④13.8～0 Ma,在裂后存在3期快速沉降(24.4～21Ma,1...     

The thermal history and uplift process of the Ouxidaban pluton in the South Tianshan orogen: Evidence from Ar-Ar and (U-Th)/He

The uplift and exhumation process in the Tianshan orogen since the late Paleozoic were likely related to the preservation of ore deposits. This study involved reconstructing the whole tectonic thermal history of the Ouxidaban pluton in central South Tianshan Mountains based on hornblende/plagioclase Ar-Ar and zircon/apatite(U-Th)/He methods. The thermal history and uplift process of central South Tianshan Mountains since the late Paleozoic were analyzed according to the results of previous works and cooling/exhumation rate features. The hornblende yields a plateau age of 382.6±3.6 Ma, and the plagioclase yields a weighted mean age of 265.8±4.9 Ma. The Ouxidaban pluton yields weighted mean zircon(U-Th)/He age of 185.8±4.3 Ma and apatite(U-Th)/He age of 31.1±2.9 Ma, respectively. Five stages of tectonic thermal history of South Tianshan Mountains since the late Paleozoic could be discriminated by the cooling curve and modeling simulation:(1) from the latest Silurian to Late Devonian, the average cooling rate of the Ouxidaban pluton was 7.84°C/Ma;(2) from the Late Devonian to the latest Middle Permian, the average cooling rate was about 2.07°C/Ma;(3) from the latest Middle Permian to the middle Eocene, the cooling rate decreased to about 0.68°C/Ma, suggesting that the tectonic activity was gentle at this time;(4) a sudden increase of the cooling rate(5.00°C/Ma) and the exhumation rate(0.17 mm/a), and crustal exhumation of ~1.83 km indicated that the Ouxidaban pluton would suffer a rapid uplift event during the Eocene(~46?35 Ma);(5) since the middle Eocene, the rapid uplift was sustained, and the average cooling rate since then has been 1.14°C/Ma with an exhumation rate of about 0.04 mm/a and an exhumation thickness of 1.33 km. The strong uplift since the Cenozoic would be related to a far-field effect from the Indian and Eurasian plates' collision. However, it was hysteretic that the remote effect was observed in the Tianshan orogenic belt.     

利用热运动学方法恢复构造隆升过程的探索

构造隆升过程研究对矿产资源勘查及评价具有重要意义,是地质学家长期探索的关键科学问题之一.现有构造隆升过程的研究方法均具有一定的适用性和局限性,正反演方法之间难以建立定量关系.本文利用热运动学方法,通过离散元数值模拟,提取变形过程中离散单元的运动路径作为热年代学样品热史恢复的地质约束,实现了构造变形模拟和热年代学分析的定量耦合,在构造隆升研究中展现出巨大潜力.本文以川东地区多层滑脱褶皱作用作为研究对象,重点恢复了方斗山—齐岳山背斜在距今170～70 Ma内的隆升变形过程.热运动学分析表明:先存的齐岳山断裂串联了深部拆离面和浅部滑脱层,湘鄂西褶皱带在170～110 Ma开始形成;140～110 Ma间齐岳山断层由断展褶皱作用向断弯褶皱作用转化,齐岳山背斜开始发育,略早于东部的利川复向斜;约110～90 Ma,方斗山背斜发育,隔挡式褶皱带开始形成;约90～70Ma,隔挡式褶皱规模逐渐增大,利川复向斜逐渐紧闭.正演模型建立、地温梯度计算、三维建模技术和应力演化分析是制约热运动学方法发展和完善的关键性因素.     

秦岭太白山新生代隆升冷却历史的磷灰石裂变径迹分析

伸展正断层下盘的冷却历史记录了主要伸展变形的时间及幅度.太白山位于秦岭北缘,作为伸展正断层的下盘,其新生代伸展隆升冷却历史有助于我们更好地理解渭河盆地的伸展变形时间及其幅度.本文利用磷灰石裂变径迹分析方法对太白山的冷却历史进行了研究.来自太白山总计17个样品的磷灰石裂变径迹数据及热历史模拟揭示出山体经历了始于约48 Ma的小幅度快速抬升冷却阶段,和始于约9.6 Ma的大幅度快速抬升冷却阶段;分别对应平行于秦岭北缘山脉的两阶段伸展变形.始于约48 Ma的伸展变形可能是印度板块与欧亚板块碰撞作用在大陆内部的远场响应,而始于约9.6 Ma的快速伸展变形可能与青藏高原在该时期快速隆升和对外扩展有关.