喜马拉雅—青藏高原造山带地质演化—显生宙亚洲大陆生长

喜马拉雅-青藏高原造山带的地质历史显示出，自从约70Ma印度板块-亚洲板块开始碰撞支来，至少有1360km的SN向缩短量被喜马拉雅-青藏高原造山带所吸收，导致新生代青藏高原最终构造格局明显的地壳缩短作用，大约开始在始新世（50-40Ma)。这一事件几乎同时发生在高原南部的特提斯喜马拉雅和高原北部的昆仑山及祁连山，喜马拉雅-青藏高原造山带的古生代和中生代构造历史强烈地控制着新生代变形历史相应变分布，松潘-甘孜-可可西里地体和羌塘地体三叠系复理石杂岩的广泛出现，在空间上可能和青藏高原中部的新生代逆冲作用和火山作用有关，青藏高原南部和中部的地壳和上地幔之间地震特性的显著差异是中生代和新生代2种构造的表现形式，而前者对第三纪局部缩短的收缩变形起到了决定性的作用，并导致自由水释放进入青藏高原中部的上地幔和下地壳，并引起岩石圈地幔和地壳中物质的部分熔融。     

青藏高原东南部寒武纪花岗岩类:岩石学和锆石Hf同位素研究

青藏高原南部广泛分布的冈底斯岩基,记录了其强烈的中、新生代造山作用;而古生代以前岩浆作用的报道却屈指可数,限制了我们对青藏高原起源及构造演化的研究。本文研究报道了位于青藏高原东南部南拉萨地体和高喜马拉雅带的寒武纪花岗质岩石,岩石类型包括闪长岩、花岗闪长岩和花岗岩。锆石U-Pb年代学表明其结晶年龄为503~490Ma。南拉萨地体中的寒武纪花岗岩具有高的铝饱和指数和刚玉分子数,矿物化学成分区别出岩浆成因的过铝质矿物白云母和石榴石,结合岩石中锆石的内部结构和微量元素特征表明其为S型花岗岩。岩石中锆石的Hf同位素具有近一致的负εHf(t)值,地壳Hf模式年龄集中在1.8~1.6Ga,说明寒武纪花岗岩可能来源于元古代物质的部分熔融。因此,南拉萨地体存在古老的结晶基底,而并不是一个年轻的岛弧地体。高喜马拉雅带中近同期的花岗质片麻岩具有较负的εHf(t)值和老的地壳Hf模式年龄(2.3~1.5Ga),说明其可能为元古代的地壳物质部分熔融的产物。结合同期的火山和变质作用以及区域性的不整合,本文认为青藏高原南部经历了广泛的古生代早期原特提斯洋俯冲导致的安第斯型造山作用。     

青藏高原中段现今构造应力场的数值模拟

将地壳岩石看成粘性流体,对青藏高原中段进行了构造应力场和速度场的有限元模拟。模拟结果表明:青藏高原总体向北和向东位移,向北的位移速度是南部最大,由南向北逐渐减小;向东的位移速度以唐古拉断裂附近最大,南北两侧逐渐减小,形成"挤出"现象。最大主应力方向在南部以NNW向为主,北部以NNE向为主,总体为近SN向。将模拟结果与构造勘察、地震活动和GPS测量结果进行了对比,它们具有很好的一致性,良好地揭示了青藏高原构造活动规律、断层活动强度和东向位移的驱动机理,青藏高原现今活动是印度板块向北推挤和深部物质东流共同作用的结果。      

青藏高原及周边地区下地壳地球物理异常及成因

青藏高原及周边地区下地壳普遍发育电性高导层、波速低速层和热流密度值异常区.下地壳电性结构和速度结构明显具有纵向分层和横向分块的特点,其热流密度值具有明显的南北条带性和东西分块性.下地壳高导层、低速层和热流密度值异常区与青藏高原及周边地区各构造单元有一定的匹配性,异常区的形成与青藏高原和周边盆地耦合过程中下地壳岩石的热软化以及韧性流动有关.下地壳层流是下地壳岩石热软化和韧性流动的结果,青藏高原的隆升是层流作用的表现,目前层流作用的动力来源于恒河盆地下地壳,层流方向由恒河盆地流入青藏高原.     

青藏高原地震层析成像的研究进展

为研究青藏高原地壳上地幔深部结构构造特征,近年来开展了大量的宽频地震探测工作。笔者收集了最近十几年来在青藏高原内部及其周缘布设的宽频带临时台网和固定台站情况,综合论述了宽频地震层析成像方法在青藏高原深部结构探测,如地壳低速层、印度岩石圈地幔俯冲、青藏高原北部构造研究中所取得的成果。     

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被证实

正青藏高原具有巨厚的大陆地壳,是地球上最大、最高的新生代高原。目前有3种主要的机制被用于解释其地壳增厚过程和高海拔地形的形成:增厚地幔岩石圈的减薄、陆内俯冲和地壳流动(或通道流)。产生上述争论的主要原因是目前青藏高原深部地壳、岩石圈地幔热演化资料的缺少,以及地壳物理观测到青藏高原地壳15-50km深处的低速层和高导层的多解     

武汉地质学院优秀科研成果奖励项目

一等奖(7项)1．一批矿物的晶体结构测定2．中国中晚元古代地壳发展及构造古地理研究3．中国碎屑岩系中盐类矿床的形成条件源问题的讨论20．河南嵩山区登封群区域变质作用21．长江下游中生代火山岩岩石化学特征及成因分析22．青藏高原南部地壳演化的特点23．广西合川海相碳酸盐岩型煤系沉积环境     

青藏高原隆升机制新模式

作为创建大陆动力学理论体系的最佳野外实验室的青藏高原, 涉及当代固体地球科学前沿和热点的许多重大科学问题.迄今为止, 包括板块构造在内的众多模式不能合理地解释青藏高原重要的地质和地球物理现象.本文从下地壳与中上地壳、造山带与沉积盆地的耦合作用出发, 对青藏高原及邻区进行分尺度、分层块、分阶段的构造解析, 提出青藏高原隆升的下地壳层流构造模式, 认为青藏高原地壳增厚和构造隆升是晚新生代由于锡瓦利克盆地、塔里木盆地和四川盆地下地壳的热软化岩石大量流向青藏高原造成的.      

青藏高原地壳地震纵波速度的层析成像

本次研究利用地方地震台站的数据开展青藏高原地壳地震波速度的三维层析成像研究,得到分辨率达到1°×1°×20 km的地壳纵波三维速度结构,揭示了青藏高原地壳内部地壳波速结构特征。结果表明,青藏高原P波波速随深度产生巨大变化,说明地壳内部发生了大规模的层间拆离和水平剪切,用传统的地块运动不能准确地描述地壳物质运动。从P波波速扰动图上看到,青藏高原上地壳和上地幔的P波波速扰动为大范围正异常区,可以认为青藏高原在同碰撞和后碰撞期频繁的岩浆活动和结晶作用,造成了现今相对比较坚固的上地壳和岩石圈地幔,使青藏高原保持一个整体。分布在可可西里和羌塘北部的高钾质和钾质火山岩带,反映为青藏高原地壳的P波波速扰动负异常带,从上地壳到下地壳都有分布。说明由于大陆碰撞使三叠纪的东昆仑缝合带重新破裂,造成大量地幔流体物质上涌和火山爆发,对高原的形成和隆升都有一定的贡献。通过地震层析成像取得的三维地壳波速图像,进一步证实了由密度扰动三维成像指出的存在青藏高原下地壳流和新生代裂谷深部到达了中地壳底部的结论。     

青藏高原构造动力及变形机制的弹性有限元分析

利用现今青藏高原地质和地球物理研究成果,本文建立了垂直高原总体构造走向的南北向直立剖面的有限元模型,其根据实际资料,划分成分层和有限单元。在此模型基础上进行弹性材料的计算模拟和分析。 印度板块向北运动挤压、高原北部岩石圈阻碍及软流圈拖曳是青藏高原北移变形、隆升和地壳增厚的动力机制;重力及其均衡调整作用是地体间相对运动和地体内差异运动的主要动力,另外青藏高原还受地壳和上地幔结构构造的影响。计算模拟还得到了一些有实际意义的结果,如活动的地质构造和地球物理现象的分带集中、主边界和雅鲁藏布江等地体边界断裂的逆冲性质、各地体南部地表的南倾正断层及喜马拉雅山南坡向南的重力推覆等。     

下地壳流变层对青藏高原及其周边大尺度地貌的制约

以下地壳流变层的变形为切入点,结合青藏高原的构造演化、区域走滑断裂的发育性质和高原南部地区的地球物理资料,介绍了下地壳流变层物质向东和北东流动的特性,探讨了青藏高原及其周边地区地貌形态形成的深部地质过程和下地壳流变层在这一过程中的制约作用,并对塔里木地块、鄂尔多斯地块、四川地块的旋转和柴达木盆地自新生代以来迅速抬升的现象做出了新的解释.     

Adakitic火成岩对大陆地壳增厚过程的指示:以青藏北部火山岩为例

Adakitic火成岩可以通过几种不同的岩浆作用方式产生,其中下地壳镁铁质岩石的直接部分熔融和拆沉下地壳的部分熔融可能是两种重要的adakitic火成岩形成方式。在一个大陆厚地壳背景,adakitic火成岩的产生指示了它们的岩浆源区位于大于40 km的下地壳之中,因此,暗示该大陆地壳的最小厚度超过40 km。青藏高原腹地的羌塘地区分布有40 Ma左右的“低镁”和“高镁”adakitic安山岩-英安岩-流纹岩,它们应分别是青藏高原厚大陆地壳下部镁铁质岩石直接部分熔融和拆沉的下地壳脱水熔融的产物。这套adakitic火山岩的厘定指示出在40 Ma左右时,青藏羌塘地区或更大范围的大陆地壳已经加厚到超过40 km,其地表在当时或稍后可能已经开始了隆升。     

西昆仑及邻区岩石圈结构构造演化——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-sidedsubduction)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中,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期地壳加厚、隆升的重要动力因素     

青藏高原整体隆升与地壳短缩增厚的物理－力学机制研究（上）

本文综合研究了青藏高原大地构造格局、地壳与地幔结构、地球物理场特征,对青藏高原整体隆升的物理一力学机制,进行了总结,并提出了隆升、地壳短缩和增厚的动力学模式。论文对以下五个问题进行了研究和讨论：第一,青藏高原巨厚的地壳、薄的岩石图结构、不同产状深大断裂以及推覆、切割和碰撞造山带的基本模式;第二,地震活动、断层面解与区域应力场;第三,板块运移与地体拼贴和大陆增生;第四,青藏高原隆升的物理一力学机制分析;第五,青藏高原隆升的地球动力学模式。研究结果表明,南部印度板块向北运移并与欧亚大陆板块碰撞,北部则受古亚洲板块阻隔并向南推移。在长期的碰撞与挤压作用下,造成了高原地区异常的地震活动和应力场,Ｌｇ波能量向南快速衰减和Ｑ值向南递增,水热活动强烈和地壳“南热”、“北冷”及岩石围中“壳热”、“慢冷”的格局。喜马拉雅南、北麓重力未达均衡,高山仍在上升,沿雅鲁藏布江由深部上涌的蛇绿岩套长达１７００ｋｍ,一系列走滑断层的形成和强烈的形变,形成了南界恒河平原北缘、北抵雅鲁藏布江的宽约３００～５００ｋｍ的碰撞挤压过渡带。基于此,青藏高原的隆升和地壳短缩增厚的物理一力学机制为软流圈的拖曳作用,促使印度板块与欧亚板块的碰撞和长期的挤     

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。     

中国大陆造山带地壳密度结构特征

本文探讨中国大陆造山带地壳介质密度的变化特征和不同类型,并用大陆动力学机制解释这些特征产生的原因。根据重力场小波变换的尺度—源深度转换律,进行地面重力异常场多尺度分解,取得了反映中国地壳不同埋藏深度的小波细节,揭示了造山带地壳的密度结构。和克拉通地体不同,中国大陆的造山带下地壳密度都偏低,只有古生代块体弱碰撞形成的摺皱山脉是例外。这些造山带大都与古大洋封闭和俯冲碰撞作用有关。古大洋封闭后在地壳中留下的裂隙和海水,会造成地壳密度降低。中国大陆造山带地壳密度结构大致可以分四类。上中下地壳密度都偏低的属于第一类造山带。第二类造山带上中地壳密度偏低,而下地壳密度偏高。第三类造山带上中地壳密度偏高,而下地壳密度偏低。第四类造山带上中下地壳密度都偏高。通过板块构造原理和岩石物理规律对青藏高原造山带地壳密度结构分类的解释可见,青藏高原南部,中部和北部地壳密度结构分属三类不同的造山带,体现印度次大陆和欧亚板块碰撞不同阶段作用造成的结果。根据地壳密度变低和厚度是否加大,还可以识别板沿和板内造山带。     

青藏高原下地壳热变形和管道流研究

本文应用地球三维成像方法和现代物理学的理论,来说明青藏高原下地壳管道流形成的原因和条件。根据区域重力资料提取的地壳三维密度成像的信息,进一步探讨了青藏高原地壳低密度扰动带反映的地质构造。应用地壳三维密度图像,分析了青藏高原下地壳为什么会形成管道流的原因,圈定了下地壳管道流所在位置。通过连续介质物理学的理论分析了热变形带如何引起下地壳管道流的机制,给出通过密度扰动计算了下地壳热应变率的方程式。结果表明,青藏高原下地壳管道流的热应变幅度大约为15.5mm~3/a。按照方程式和下地壳的密度扰动数据计算了青藏高原下地壳热应变幅度分布图。图中正热应变幅度代表热膨胀,负热应变幅度代表冷收缩;下地壳管道流随应变率从高向低流动。下地壳岩石热应变率最高处指示下地壳管道流的源头,位于喀拉昆仑断裂东侧与雅鲁藏布至班公—怒江缝合带的连接区段,和雅鲁藏布缝合带北侧的拉孜—林芝段。从喀拉昆仑断裂东侧源头的下地壳管道流主要流向北东和北西两个方向。从雅鲁藏布缝合带北侧源头的下地壳管道流主要流向北东到理塘—雅江和滇北地区,然后又分为南北两个方向分流。下地壳管道流位置或可向上挤出到中地壳,引起青藏高原重力不均衡和山脉隆升。同时,三维密度成像的结果支持下地壳流牙膏式向上挤出的蠕动模式。     

中国西部布格重力异常特征和地壳密度结构

本文是以地学断面、反射／折射地震和宽频地震资料为地壳密度模型初始约束条件,沿西藏噶尔—新疆布尔津、西藏亚东—内蒙古额济纳旗、新疆阿尔泰—四川成都等3条剖面做布格重力异常反演计算,模拟出中国西部地壳密度结构。中国西部地壳密度结构特征在南北方向存在巨大差异。以西昆仑一阿尔金一祁连山近EW向重力梯度带为界,地壳密度结构可分为南北两个大的密度结构单元,南部地壳密度结构特征为低密度、厚地壳;北部地壳密度结构特征为高密度、薄地壳;中国西部地壳处于地壳均衡状态。地壳上地幔密度不均匀性特征在纵向和横向上都是很明显的。青藏高原内部软流圈具有低密度特征,低密度软流圈产生向上的浮力是青藏高原重要的隆升机制之一。     

冈底斯朱诺地区中新世板内热隆伸展成矿

位于冈底斯构造成矿带中段西侧的朱诺地区具有良好的成矿前景,已发现有朱诺大型斑岩铜矿床和铁雅铁铜矿点。野外基础地质和矿床地质调查、构造分析和岩石化学的研究表明,朱诺斑岩铜矿床在构造上受近EW向和近SN向伸展断裂控制,时间上属于中新世青藏高原南部板内构造过程,含矿斑岩具有典型的埃达克质岩特征。朱诺及其所在的冈底斯构造成矿带在中新世处于板内构造环境,板内伸展构造—埃达克质岩—斑岩铜矿系统叠加在早期的俯冲—碰撞构造岩石组合之上。与埃达克质岩形成直接相关的下地壳流动导致冈底斯上地壳及下地壳显著加厚,发生部分熔融作用,下地壳物质可能源于地壳减薄的锡瓦利克盆地,流经喜马拉雅,穿过并改造了雅鲁藏布江缝合带中挤入地壳的洋壳地幔岩石,造成被混入洋壳地幔成分的冈底斯下地壳发生部分熔融,形成埃达克质岩浆,上升并顶托冈底斯上地壳,致使冈底斯上地壳先后发生近EW向和近SN向的伸展,在上地壳伸展扩容空间中含矿埃达克质岩浆沿伸展断裂上升、侵位,并富集成矿。     

岩浆作用与青藏高原演化

        青藏高原是我国岩浆岩最发育的地区之一,出露着从元古宇到新生代各个地质时期多种类型的火山岩与侵入岩,面 积达30万km2左右,占全区面积的10％以上。这些岩浆岩在青藏大陆动力学研究中有着重要的作用,既是探测深部的“探 针”和“窗口”,又是构造演化的记录,并形成重要的构造-岩浆-成矿带。本文拟通过岩浆作用和岩浆岩来研究青藏高原 演化的一些科学问题。（1）印度-亚洲大陆碰撞时限：印度-亚洲大陆碰撞时限是青藏高原形成演化中一个非常重要的基础 问题,也是国际上争论的一个热点,到目前为止,分歧仍然很大,从主张早于70 Ma 到34 Ma都有。本文根据来自我国西藏 南部延伸1500 km以上的主碰撞带的综合证据提出,印度-亚洲大陆碰撞开始的时间为70/65 Ma,完成的时间在40 Ma左右, 这个时期称为同碰撞期,40 Ma之后转入后碰撞期。（2）同碰撞阶段的壳-幔交换-底侵与岩浆混合作用: 南冈底斯带同碰撞 花岗岩中有着丰富的岩浆底侵作用与岩浆混合作用证据。这两种作用,是通过岩浆作用实现壳－幔间物质和能量的交换, 是两种不同而又密切相关的大陆地壳生长方式。（3） 青藏巨厚地壳的成因: 双倍于正常厚度的巨厚地壳,是青藏高原最显著 的特点之一,世界瞩目。通过对同碰撞与后碰撞火成岩的研究提出“两类地壳、两种机制”的认识,即新生地壳与再循环 地壳;构造挤压增厚机制与地幔物质注入增厚机制。（4）青藏岩石圈的组成、结构与演化：高原岩石圈地幔存在三种地球 化学端元,存在三种岩石圈结构类型,已在青藏高原多处发现地幔与下地壳岩石的地表露头及火成岩所携带的深源岩石包 体。（5）青藏高原深部物质的可能流动：青藏高原新生代碰撞-后碰撞火成活动有规律的时空迁移,以及深部地球物理探 测,都暗示碰撞引起壳幔深部物质的横向流动