龙门山晚新生代均衡反弹隆升的定量研究

龙门山位于青藏高原东缘与四川盆地的交接部位,是青藏高原周边山脉中地形梯度变化最大的山脉,其隆升过程和机制一直是国际地学界关注的焦点。晚新生代经过大量的滑坡、泥石流等快速剥蚀作用,龙门山的高程却不断升高。讨论了龙门山构造隆升的3种地球动力学机制,即下地壳通道流机制、地壳挤压缩短变形机制、地壳均衡反弹机制。晚新生代龙门山的隆升与剥蚀引起的均衡反弹作用相关,剥蚀作用使得地壳岩石逐步被移去,剥蚀区重力损失,岩石圈或地壳卸载作用导致山脉顶峰的隆升。结合数字高程模型数据研究表明,巨大地震的长期同震构造变形以及滑坡、泥石流等引起的快速剥蚀所导致的地壳均衡反弹,可能是龙门山晚新生代构造隆升的地球动力学新机制。龙门山地区现今高程受构造作用与剥蚀引起的均衡反弹作用的共同影响,其中剥蚀引起的均衡反弹作用对龙门山隆升的影响贡献率约占30%。     

喜马拉雅中东部镜像均衡重力异常的形成研究

青藏高原南缘处于重力不均衡状态,由北向南可依次分为高原近重力均衡区、喜马拉雅山正均衡异常区和山前盆地负均衡异常区,正、负异常呈现壮观的镜像分布。本文选取喜马拉雅中东部的均衡重力异常数据,结合地貌高程、地壳厚度、降雨量、冰川及山前沉积等的分布状况,探讨地貌分异与均衡重力异常分布的相互关系。由上述资料获得3条跨越喜马拉雅山的综合剖面,结果显示喜马拉雅中东部正均衡重力异常的分布与冰川、河流等代表的地表剥蚀作用存在明显的空间耦合关系,而与降雨量无直接联系,山前盆地负均衡重力异常与沉积厚度的分布也存在很好的耦合。利用数值模型计算得到了喜马拉雅地区的均衡调整时间域在1 Ma左右的时间尺度内。通过与地貌响应时间域相对比,以及对地表剥蚀厚度的估计,认为山脉地区的正均衡异常主要由地壳厚度补偿不足引起(侧重Airy假说),而山前盆地的负均衡异常主要由低密度沉积层的分布引起(侧重Pratt假说),由于地貌响应时间快于均衡调整时间,在大约5～2 Ma以来,地壳的均衡调整始终延迟于山脉的持续剥蚀和山前的持续沉积,使得岩石圈朝着"反均衡"方向演变,最终形成了喜马拉雅现今壮观的镜像均衡重力异常分布。     

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。     

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。     

华南陆块均衡重力状态及其地质意义

重力均衡是一普遍的地球物理现象, 可为区域深部构造、岩石圈形变、地壳结构以及应力场状态研究提供参考信息, 是研究地壳内部结构和划分大地构造单元的重要方法之一。华南陆块是欧亚板块重要组成部分, 也是我国矿产资源“大粮仓”, 虽然对华南陆块的研究已持续近百年, 但在构造、成矿等诸多地质问题上仍存在较大争议。为了解华南陆块均衡程度及其对构造、成矿的影响, 本文尝试从均衡重力异常和均衡深度异常两个方面来探索。首先利用卫星布格重力计算得到了均衡剩余重力异常, 然后利用高程和壳幔密度差计算了均衡深度异常。结果表明华南陆块大部分区域地壳处于均衡状态, 相对正均衡异常主要位于东部沿海地区和武陵山一带, 相对负均衡异常反映了秦岭—大别造山带、江南造山带及华南陆块西缘造山活动。地震多沿正、负均衡深度异常的转换带或梯度带发生, 认为这些地带通常为深部构造转换部位, 应当成为地震活动研究关注的重点区域。均衡剩余重力异常也间接约束了不同类型金属矿床分布, 正均衡剩余重力异常区多分布地幔来源金属矿床, 而负均衡异常区则多产出壳源相关金属矿床。     

青藏高原东缘龙门山山系构造隆起的地貌表现

龙门山山系是青藏高原东缘新生代造山作用的体现,是理解青藏高原向东扩展动力学过程的窗口.龙门山隆升机制研究因而成为青藏高原地学领域的热点问题之一,并形成了地壳缩短与下地壳管道流两种截然不同的观点,进一步的讨论期待着对龙门山隆升特征作出更深入地认识.夷平面与河流地貌忠实地记录了山地隆升的过程,其形态能够客观地反映山地隆升的几何特征.文章通过数字高程资料分析了龙门山地区的第三纪夷平面,并沿横穿龙门山的大渡河流域测量了河流阶地、山麓剥蚀面及其同期宽谷地貌.夷平面、宽谷地貌与河流阶地的变形特征显示,晚新生代以来,龙门山山系一方面相对东侧四川盆地发生显著的冲断式隆升,隆起幅度达4500m左右;同时相对青藏高原腹地发生了一定的挠曲式隆升,挠曲的枢纽大致沿龙日坝断裂带展布,隆起幅度为500m至1000m,即龙门山山系的构造隆升由东翼的冲断作用与西翼的挠曲作用联合完成,龙门山山系因而构成了青藏高原与四川盆地之间的一道地形屏障.文章最后讨论了导致龙门山山系拱曲冲断作用的可能因素,包括上地壳的断弯褶皱作用、下地壳物质上涌作用和地表侵蚀导致的重力均衡效应.鉴于沿龙门山隆升带东西两翼发现了纵向逆冲断裂或逆走滑断裂,而没有发现纵向张性构造,推断断弯褶皱可能为主导因素.     

龙门山中段及邻区地壳密度结构及其地球动力学启示

龙门山是我国东西构造、地貌分界线的重要组成部分。其两侧的岩石圈结构差异,是形成龙门山造山带的主要原因之一,并对龙门山的构造演化起着持续影响。为了解龙门山两侧壳幔结构差异,本文从重力角度探讨跨龙门山地区的地壳密度结构。我们使用EGM2008模型的重力异常数据,以最新的阿坝-遂宁人工源地震剖面速度模型为基础,得到了龙门山造山带中段及其邻区的精细地壳密度结构。密度结构显示松潘-甘孜地区和四川盆地分别具有软弱和坚硬的下地壳。根据本文所得到的地壳密度结构模型,我们认为龙门山的隆升主要受印度洋板块与欧亚大陆板块的陆-陆碰撞作用影响,强烈的挤压作用使青藏高原物质向东运移,东移物质在青藏高原东缘龙门山地区受到坚硬的四川盆地的阻挡转而向上运移,造成了龙门山的隆升。     

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。     

川西地区的地壳均衡状态及其动力学机制

基于Airy地壳均衡理论,计算了川西地域(28°～32°N,99°～105°E的范围内)的理论均衡地壳厚度,并与由实际重力资料反演得到的地壳厚度进行对比,从而得到了该区的地壳均衡状态.经过分析研究发现以龙门山、鲜水河、安宁河三大断裂系所组构的"Y"形构造系为界,可将研究区的均衡状态分为东、中、西三部分,对应着3种不同类型的均衡状态:在"Y"形构造系以东的四川盆地内部,理论地壳厚度与实际地壳厚度的差异值△Ⅰ接近于零,即地壳处于较均衡稳定的状态;在"Y"形构造系以西的巴颜喀拉块体地域,△Ⅰ均可达到-8km左右.个别地域甚至最高可达-13km,说明该区地壳处于强烈的负均衡异常状态;而在研究区中部的"Y"形构造系部位,主要表现为较复杂的正负相间的均衡异常状态.在此基础上,也对该区产生现今这样复杂而特异的均衡异常格局的动力学机制进行了探讨研究,认为其主要应归结于青藏高原深部壳、幔物质在印度板块与欧亚板块的碰撞下发生的东向流展并在川西地域受到坚硬的四川盆地的阻隔而被迫转向东南,在此过程中导致地壳物质堆积,从而造成了该区复杂而特异的地壳均衡异常格局.     

中国剩余重力异常与金属矿分布关系研究

剩余重力异常反映地壳浅部岩石密度和厚度的变化,为成矿背景和找矿预测提供了丰富信息.在分析中国剩余重力异常与金属矿床分布关系的基础上,划分出兴蒙、华北、中南和新疆天山4个条带状剩余重力异常,发现金属矿床沿着这些异常条带密集分布.在辽吉黑东部、华东、华南、三江地区的剩余重力异常区里,金属矿床呈面状均匀分布,铁铜矿产一般分布...     

Study on the Gravity Field and Deep-Seated Crustal Structure at the North Margin of the Qinghai-Tibet Plateau

1.I~ductionThenorthernmarginoftheQinghai-TibetplateauincludestheAltllnMis.,theQilianMis.,KunlunMis.,theQaidambasinandthesouthernTarimbasin.ThisareaistCctonicallycharacterizedbyintensiveCenozoicdeformationwithcomplicateddeformationalmechedsm(Molnaretal.,1987;Zheng,1991;Culetal.,1994;Ding,1995andXuetal.,1996).Thedeformationalmechanismsincludethrust-napping,strike-slipping,extensionandblockrotation,aswellassimultaneousupliftingandtypicalbasin-rangetectonics(CulandXu,1996).IntermsofCenozoi…     

Crustal Uplift in the Longmen Shan Mountains Revealed by Isostatic Gravity Anomalies along the Eastern Margin of the Tibetan Plateau

This study examines the relationship between high positive isostatic gravity anomalies (IGA), steep topography and lower crustal extrusion at the eastern margin of the Tibetan Plateau. IGA data has revealed uplift and extrusion of lower crustal flow in the Longmen Shan Mountains (the LMS). Firstly, The high positive IGA zone corresponds to the LMS orogenic belt. It is shown that abrupt changes in IGA correspond to zones of abrupt change of topography, crustal thickness and rock density along the LMS. Secondly, on the basis of the Airy isostasy theory, simulations and inversions of the positive IGA were conducted using three-dimensional bodies. The results indicated that the LMS lacks a mountain root, and that the top surface of the lower crust has been elevated by 11 km, leading to positive IGA, tectonic load and density load. Thirdly, according to Watts’s flexural isostasy model, elastic deflection occurs, suggesting that the limited (i.e. narrow) tectonic and density load driven by lower crustal flow in the LMS have led to asymmetric flexural subsidence in the foreland basin and lifting of the forebulge. Finally, based on the correspondence between zones of extremely high positive IGA and the presence of the Precambrian Pengguan-Baoxing complexes in the LMS, the first appearance of erosion gravels from the complexes in the Dayi Conglomerate layer of the Chengdu Basin suggest that positive IGA and lower crustal flow in the LMS took place at 3.6 Ma or slightly earlier.     

欧亚大陆东缘存在一个巨型深断裂系统——基于卫星重力的新发现

通过对卫星重力数据的精细处理,发现欧亚大陆东缘存在一个规则分布的重力异常组合,这个异常组合与中国大陆上的已知断裂严格对应。SinoProbe探测计划实施的反射地震探测出这些断裂下方存在Moho破裂,幔源物质上涌,剩余重力异常,莫霍面破裂,高密度的幔源物质上涌和深断裂之间存在密切联系。依照这个联系规律,对已有断裂的延伸补充,显示出欧亚大陆东缘存在一个巨型深断裂系统,主断裂带南起中国广州向北延伸直至鄂霍次克海,绵延逾3000 km。沿主断裂带东侧近似等间距的平行分布着9条北东向断裂,北东向断裂向东入海至大陆边缘。采用数值方法模拟了断裂系统的形成过程,在菲律宾板块和太平洋板块近NW方向构造力的作用下,欧亚大陆东缘产生NNE向走滑断层,其东侧生成彼此平行,间距大体相等的派生断层。断层形成过程中,Moho破裂,大量地幔物质上涌,形成中国东部中生代以来的巨量火山岩浆活动,控制了内生金属矿床的分布。这个断裂系统近代还在活动,导致了郯城8.5级大地震和长白山的火山喷发。     

青藏高原布格重力异常匹配滤波分析及其构造意义

利用匹配滤波的方法处理了青藏高原布格重力异常数据。基于重力异常一阶垂直导数的径向平均对数能谱曲线,青藏高原布格重力异常场可分为三层异常场。其中龙木错—双湖构造带在中部重力异常场和深部重力异常场图中都有显现;革吉—改则—错勤—申扎隐伏断裂在浅部和中部重力异常场中都存在。另一个明显的特征是藏北都显示有巨大且平缓的低重力异常圈闭,这与藏北Pn波速较低和Sn波缺失的特征吻合;在藏南存在一系列近东西向展布的重力异常断块。     

基于重磁多尺度边缘检测的庐枞盆地基底构造研究

庐枞盆地位于怀宁-庐江“磁高重高”区域异常带的枞阳-庐江异常区,其区域重力场特征与区域磁场特征明显。本文利用上述特征异常,采用重磁多尺度边缘检测方法,对庐枞盆地重力和航磁数据进行了边缘检测,得到庐枞盆地不同深度的密度和磁性信息及重磁异常边界。结合重磁异常分布特点进行构造格架的推断、基底隆起区划分,建立了庐枞盆地构造格架。认为庐枞盆地基底断裂有四组方向,以北东走向断裂为主;盆地包含四块基底隆起区和一块基底残块隆起区。在此基础上,分析了庐枞盆地主要矿集区与构造格架的关系,提出了“S”形重力高异常带是寻找中深部隐伏矿床的有利部位的新认识。     

青藏高原重力异常与地形高程的负相关校正

针对消除青藏高原重力异常与地形高程呈负相关关系所引起的假异常,提出了均衡校正和残余负相关校正相结合的一套具有可操作性的校正方法,并对青藏高原可可西里地区重力异常数据进行了处理,效果明显,验证了方法的有效性.     

华北地区新生代岩石圈伸展减薄机制的数值模拟

新生代时期华北东部裂谷的伸展减薄机制及其周边的构造应力场,西部鄂尔多斯克拉通的抬升和周边断陷盆地的形成机制是目前研究的热点问题,但是较少有人从数值模拟的角度进行探讨。笔者采用有限元程序FEVPLIB对该地区5个剖面进行了模拟,初步取得如下认识:①在太平洋俯冲带的附近岩石圈伸展减薄较强,这与剖面经过的冲绳海槽正在拉开是吻合的,而太平洋的俯冲对较远的华北盆地的伸展减薄的影响较弱;②火山喷发时期,华北盆地有大的软流圈物质上涌造成华北裂谷的伸展减薄,符合纯剪切的机制,现今华北地区已趋于均衡,动力正趋于稳态;③六盘山逆冲在鄂尔多斯块体之上,代表着青藏高原东北缘的挤压,对华北是一个大的推挤力,可诱发鄂尔多斯块体的隆升,而鄂尔多斯向东北方向移动时提供了周边盆地的拉张的背景;④华北地区岩石圈的伸展减薄是六盘山处的挤压和东部太平洋板块俯冲两者联合的影响。模拟的结果与研究区GPS、重力异常以及岩石圈三维结构是吻合的。