构造、气候与砾岩* ——以积石山和临夏盆地为例

探讨构造、气候与砾岩的关系对于研究青藏高原隆升的时间和方式具有重要意义。裂变径迹热年代学表明积石山地区于8MaB.P.开始构造变形,与碎屑颗粒裂变径迹结果和生长地层结果一致,而明显早于积石砾岩出现的时间(3.6MaB.P.)。通过区分岩体隆升与地面隆升之间的差别,文章提出一种新的模型,以解释隆升、气候和砾岩之间的关系。积石山岩体于8MaB.P.开始隆升,隆升初期,尽管岩体隆升1500~2000m,但是由于积石山上覆的新生代地层易于剥蚀,在花岗岩基底被剥露到地表之前,地表只有少量隆升或没有隆升。随着沉积地层被剥蚀殆尽,基岩暴露于地表,地面隆升速率加快。约3.6MaB.P.,积石山隆升约200~900m,造成了地形雨和发源于积石山的横向河流的出现,这些横向河流把积石山的花岗岩搬运到盆地中沉积下来,形成积石砾岩。     

河流铀同位素的控制机理及其对风化限制理论的启示意义

经典风化限制理论认为,当剥蚀速度较低时,岩石在风化带的存留时间长,表现为一致性完全风化,化学风化通量受新鲜岩石的供应限制,与剥蚀速度成正比,即为"供应限制";当剥蚀速度较高时,岩石充分暴露,风化强度低,化学风化通量受温度、降水量等动力学因子限制,即为"动力学限制"。供应限制是构造抬升影响硅酸盐风化吸收大气CO_2进而改变气候的关键。动力学限制形成了化学风化通量与大气CO_2含量之间的负反馈,是维持构造时间尺度地球宜居性和碳循环平衡的关键。但是,风化限制理论模型并未得到充分实证。本文将介绍利用流域溶解态铀同位素证明风化限制理论的原理与研究进展。全球数据总结发现,流域铀同位素与物理剥蚀速率之间在整体上呈现U形函数关系,可用经典风化限制理论解释。但河流的铀同位素还受岩性、气候、地貌等其他因素的影响。利用已知风化年代的单一岩性流域是河流铀同位素验证风化限制理论的重要途径。     

全球硅酸盐岩化学风化—二氧化碳消耗定量模型研究进展

硅酸盐岩通过与二氧化碳的化学反应,去除大气二氧化碳并将其封存在风化产物或海洋碳酸盐岩中,是影响全球碳循环以及气候变化的要素之一。定量计算全球硅酸盐岩通过风化作用消耗的二氧化碳总量是了解地球现今与过去气候变化的关键。作者系统调研了5个硅酸盐岩化学风化—二氧化碳消耗定量模型的数据来源、研究方法、计算公式以及各模型的主要影响因素,并且以最新的Celine模型所计算得出的二氧化碳消耗量为参考标准,对比了各模型的优缺点与适用范围。现有模型估计全球硅酸盐岩化学风化的二氧化碳消耗量为69～169 Tg/yr,其中各模型的主要参数包括气候(温度、径流)与岩性,次要参数包括构造隆升、火山与植物作用等。在未来探索硅酸盐岩化学风化所消耗二氧化碳的定量计算中,应考虑更多控制作用的影响以及各因素之间的相互联系。此外,利用大数据分析方法将这些定量模型推广应用于深时地球古气候重建可能是未来的研究趋势。     

新疆博格达地区中二叠世—早三叠世构造-气候-沉积演化及耦合机制

博格达地区的盆山关系演化、博格达山初始隆升时间、构造-气候-沉积耦合机制等前沿科学问题一直是国内外研究的热点,也一直困扰和制约准噶尔盆地东南缘的油气勘探开发进程。基于博格达山北缘野外露头和阜康凹陷、吉木萨尔凹陷的岩心、地震及钻测井资料,综合运用沉积学、地球化学等多种方法,阐明了博格达地区中二叠统—下三叠统展布及沉积相特征,恢复了相应的古气候变化,结合区域研究成果重建了中二叠世至早三叠世构造-气候-沉积演化过程。认为博格达地区中二叠世为裂谷—坳陷盆地构造背景,在干旱—半干旱气候条件下,发育以博格达地区为湖泊中心的辫状河三角洲—湖泊沉积体系;晚二叠世博格达山发生初始隆升,早期湖盆消亡并在博格达北坡山前发育冲积扇,古气候由半干旱变化为半湿润;早三叠世博格达地区构造环境相对稳定,但是逐渐趋于温暖湿润的古气候对区域风化程度和沉积条件起主要控制作用,博格达山体遭受强烈风化剥蚀,北侧形成扇三角洲—湖泊沉积体系。     

新生代构造抬升对地表化学风化和全球气候变化的影响

全球新生代构造抬升 ,特别是南亚喜马拉雅青藏高原和南美安底斯山脉和Altiplano高原在新生代的抬升对地表化学风化和全球气候变化产生了重要影响。它对地表化学风化的影响主要表现为引起造山带地区化学风化能力的提高 ;而它对全球气候变化的影响则主要表现在两个方面 ,一是直接的物理影响 ,即通过对大气和海洋循环的影响来对大气变化产生作用 ;一是通过对地表硅酸盐岩石的化学风化造成大气CO2 变化和全球温度的改变 ,从而对气候变化产生间接的生物化学效应。目前看来 ,新生代构造抬升造成的大气CO2 浓度减少是造成全球新生代气候变冷的重要原因。这已得到了近 10年来计算机大气环流模型 (GCMs)数值模拟和野外实验研究的支持 ,但在关于地表化学风化的主要控制因素 ,以及海洋Sr同位素是否可作为反映地表化学风化速率变化的替代性标志和气候变化反馈机制等方面 ,还需要作进一步研究。     

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。     

地表剥蚀、下地壳流变与造山作用研究进展

岩石圈的流变特性研究已经成为固体地球科学研究中的重要领域，是地球科学新理论、新观点的重要渊源。最近的研究表明，下地壳普遍存在的韧性流是造山作用的重要制约因素。在下地壳物质层流变作用机制的调节下，地表剥蚀作用并不仅仅是传统意义上地表夷平的因素，它还能打破地壳动力学和热力学平衡，引起地壳内物质和结构的重置，进而促成山脉的加剧隆升；地表剥蚀作用的强度既受控于造山带的抬升，也受制于地球外圈层(大气圈、水圈、生物圈)。以天山山脉和喜马拉雅山山脉的隆起、喜马拉雅山山脉的变质作用以及相关的构造活动为例，说明在造山过程中，尽管传统意义上的造山作用与地球内部动力过程，即构造作用有密切联系，但是与构造运动的时空尺度不同，地表剥蚀作用也能够在相对较小的时空尺度内，通过影响和控制造山带下地壳的韧性流动，成为地壳抬升和造山带构造演化的重要动力因素。对地壳的流变特性和变质变形研究是当前地球系统科学研究的一个重要切入点。     

祁连山北缘酒西盆地新生代沉积通量变化对周缘山体构造隆升-风化剥蚀历史的响应

酒西盆地是青藏高原东北缘的一个内陆沉积盆地,发育了巨厚且连续的中-新生代地层,详细记录了盆地及周缘山地的构造、环境演变历史。本文在利用平衡剖面法恢复不同时期酒西盆地原始盆地边界基础上,通过盆地天然露头控制剖面和钻井资料的地层厚度,恢复了酒西盆地新生代各组沉积等厚图。根据不同时期盆地大小和沉积等厚图的计算,获得了酒西盆地新生代不同时期的沉积通量。结合前人对该区构造与古气候研究成果,认为古近纪持续干旱的气候条件下从火烧沟组(40.2~33.4 Ma)到白杨河组(30.9~23.8 Ma)盆地沉积通量增加主要由青藏高原持续挤压使祁连山快速构造隆升导致风化剥蚀量增加所致;中新世早期(疏勒河组弓形山段,23~14 Ma)虽然气候相对温暖,但此时祁连山构造带相对稳定,控制了物源区祁连山风化剥蚀量相对前期减小,使盆地沉积通量相对减小;中新世中期(疏勒河组胳塘沟段,14~8.3 Ma)盆地沉积通量增大可能是气候和构造共同作用的结果;中新世晚期以来(<8.3 Ma,疏勒河组牛胳套段-玉门组)盆地沉积通量呈阶段性大幅陡增,主要由祁连山晚新生代以来阶段性急剧构造隆升导致风化剥蚀量猛增所致。     

新疆博格达地区中二叠世—早三叠世构造-气候-沉积演化及耦合机制*

博格达地区的盆山关系演化、博格达山初始隆升时间、构造-气候-沉积耦合机制等前沿科学问题一直是国内外研究的热点,也一直困扰和制约准噶尔盆地东南缘的油气勘探开发进程。基于博格达山北缘野外露头和阜康凹陷、吉木萨尔凹陷的岩心、地震及钻测井资料,综合运用沉积学、地球化学等多种方法,阐明了博格达地区中二叠统—下三叠统展布及沉积相特征,恢复了相应的古气候变化,结合区域研究成果重建了中二叠世至早三叠世构造-气候-沉积演化过程。认为博格达地区中二叠世为裂谷—坳陷盆地构造背景,在干旱—半干旱气候条件下,发育以博格达地区为湖泊中心的辫状河三角洲—湖泊沉积体系;晚二叠世博格达山发生初始隆升,早期湖盆消亡并在博格达北坡山前发育冲积扇,古气候由半干旱变化为半湿润;早三叠世博格达地区构造环境相对稳定,但是逐渐趋于温暖湿润的古气候对区域风化程度和沉积条件起主要控制作用,博格达山体遭受强烈风化剥蚀,北侧形成扇三角洲—湖泊沉积体系。     

硅酸盐化学风化强度评估的沉积物指标与方法研究进展*

风化作用是源-汇沉积体系中的重要环节,气候、构造、地形、植被和岩性在不同程度上控制着地表硅酸盐化学风化,量化硅酸盐化学风化强度有助于开展全球性的实例研究对比。本研究归纳总结了基于碎屑沉积物的化学风化强度指标,包括岩石学和矿物学指标、元素地球化学指标和非传统稳定同位素指标,并指出了指标在应用中存在的问题。这些指标中:砂质沉积物骨架颗粒组成、粉砂级碎屑的矿物组成和矿物表面结构特征从矿物组成和结构上直观地反映了化学风化强度,运用不多但值得关注;黏土矿物组合和主微量元素指标如CIA、Rb/Sr、α^AlE等在实例研究中运用广泛,同时也显现出易受物源和水动力分选影响等弊端;新近开发的利用锂、硼、钾、镁、硅等同位素示踪化学风化强度的方法具有广阔的应用前景,同位素的分馏机理有待完善。源-汇体系中的其他过程如物源供给、水动力分选、成岩作用、再旋回作用、成土作用、物理淋滤和生物利用等会影响化学风化指标的使用效果,通过多指标的综合运用和相互验证,可以有效提升化学风化强度评估的准确性。     

碎屑沉积物的锂同位素组成示踪风化作用

<正>化学风化作用是地球表面演化的重要过程之一,是地表物质循环的关键环节。然而,对于长时间尺度上硅酸盐风化的强度以及控制风化作用的因素,目前还存在争议。由于在水岩反应中会发生显著同位素分异,锂同位素被认为可以示踪硅酸盐风化。英国Durham大学的Dellinger和他的合作者汇总了全球几大水系(如亚马逊河、刚果河、长江等)的河流沉积物数据,     

塔里木孔雀河斜坡构造演化与油气成藏的关系

构造演化与油气成藏相结合的研究方法,对于塔里木孔雀河斜坡的油气勘探具有重要的指导意义.经研究认为研究区的构造运动,主要分为震旦纪到早奥陶世的拉张阶段、中晚奥陶世到侏罗纪的挤压隆升剥蚀阶段以及白垩纪到新生代的前陆盆地斜坡稳定沉降阶段.构造是研究区油气成藏的主控因素,构造控制了生储盖发育与油气运移通道等成藏要素组合.最后通过仔细对比分析,认为该区维马克-开屏构造带以及龙口构造带具有良好的勘探潜力.     

磷灰石裂变径迹在确定造山带隆升速率中的应用

矿物裂变径迹技术是一种低温热史及年代学测定技术,广泛应用于含油气盆地热史分析、沉积物来源、造山带隆升剥蚀、地质年代学测定等方面的研究。近年来,磷灰石裂变径迹在研究造山带构造隆升速率方面取得了大量成果。笔者在结合前人研究成果基础上,分别介绍了利用裂变径迹反演热史、裂变年龄和矿物对-封闭温度法确定构造隆升速率的原理、方法和应用,并分析其优缺点,指出应用磷灰石裂变径迹研究构造隆升速率时应该注意的问题。     

湖泊沉积物记录的藏中地区2.8Ma以来的环境演变历史

对青藏高原中部错鄂钻孔岩芯湖泊沉积物δ13C、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、C/N和Rb/Sr比值等进行了分析,并结合岩性、孢粉组合特征等,建立了2.8Ma以来藏中地区的环境演化序列、区域构造活动和湖盆演化过程.研究显示,大约在2.8Ma,错鄂构造成盆,2.6Ma的构造运动之后,湖泊扩张,夏季风降水增加,湖泊沉积物以青灰色泥为主,藏中地区总体上处于温湿或凉湿的环境下;约0.78Ma后,沉积岩性明显变粗,湖盆快速充填,反映了强烈的构造隆升运动,并使高原中部整体隆升到4000m以上,δ13C和TOC反映藏中地区环境具明显的高寒特点;高原剧烈隆升时期,化学风化较弱,而在高原相对稳定的剥蚀夷平阶段,化学风化较强,说明藏中地区的化学风化在受气候强烈影响的同时,又受高原阶段性的构造隆升所控制.     

青藏高原中-南部新生代构造演化的热年代学制约

青藏高原新生代以来的隆升过程及特征长期以来广存争议.岩体中不同单矿物所记录的中低温热年代学信息适用于揭示较新年代地质体的隆升过程,可以为之提供有效制约.在青藏高原部分岩浆岩与变质岩露头区原位采集15块样品,利用锆石与磷灰石裂变径迹等热年代学结果为青藏高原中生代末期以来的隆升过程提供约束.其中,所获10块样品的锆石裂变径迹数据年龄范围为182~33 Ma,分别记录了渐新世之前青藏高原内不同块体间相互碰撞及高原内不同地区的构造热事件.特别是沿雅鲁藏布江缝合带分布的3个样品,锆石裂变径迹年龄结果一致显示始新世末期-渐新世早期该带存在一期显著的构造热事件.该构造热事件暗示在约36~33 Ma沿雅江缝合带发生过强烈的陆-陆硬碰撞.所获14块样品的磷灰石裂变径迹年龄范围为70.4~5.0 Ma,综合热史反演结果显示青藏高原南部中新世中晚期以来存在整体性隆升,特别是从上新世开始隆升速率显著加快.磷灰石裂变径迹年龄在空间分布上具有向高原东南部变年轻的趋势,表明青藏高原东南部在上新世以来的构造隆升较其他地区要强烈,暗示印度-亚洲板块碰撞驱动机制对该时期的高原隆升具有控制作用.此外,青藏高原中部在白垩纪末期-始新世可能即已隆升至相当高度,此后至今保持了相当低的剥蚀速率.      

南海北缘早-中更新世之交新构造活动 及其区域对比*

文章根据一系列野外调查和年代测定以及地球化学与地球物理测试分析,阐述了南海北部早更新世湛江组和中更新世北海组的沉积相、化学组分、磁化率等特征,并描述了该区构造变形、褶皱、断裂和火山活动特点。研究结果表明,本区在0.9~0.7MaB.P.的早-中更新世转换期间(中国第三大构造-地貌阶梯主隆起期)发生了一系列构造活动,导致了沉积相由海陆交互相向陆相的转变、大陆风化和剥蚀作用的增强、海平面急剧下降、火山强烈喷发以及褶皱、断裂和不整合面的形成。这种事件群发性所指示的构造活化与中国大陆其他地区的记录相似,例如,黄土高原、青藏高原、华北、华东和西部;同时指示,青藏高原的阶段性隆升不仅导致其自身构造-地貌-气候的剧变,而且引起了周边地区乃至中国和东亚大陆环境的剧变。这种构造运动可能是在气候-构造旋回的规律下,受气候-构造耦合系统的控制,即受内外动力系统的控制,或全球构造系统和全球气候系统的控制。     

大陆风化与全球气候变化

:“构造隆升驱动气候变化”的假说是当前解释新生代以来全球气候变冷的主流观点。该假说把新生代以来发生的几个主要现象 ,即全球气候总体上趋冷 ,大气 CO2 浓度下降 ,海洋 87Sr/ 86Sr比值上升 ,以及构造作用引起的大面积隆升等加以有机的联系 ,给以了合理的解释。近几年围绕大陆风化和全球气候变化问题取得了一些新的进展 ,主要是对发源于喜马拉雅山的河流进行研究 ,探讨青藏高原隆起对于大陆风化速率的影响。这些争论主要是有关硅酸盐风化还是碳酸盐风化 ,有机碳的风化与埋藏 ,大陆风化与大气温度 ,大气 CO2 浓度与大气温度等问题。最后介绍了我国研究人员在黄土高原的黄土沉积地层所作的研究工作和取得的成果。     

东喜马拉雅构造结气候构造作用下热史演化的40Ar/39 Ar年代学记录

以喜马拉雅山系为典型实例,究竟是气候作用还是构造作用引起山体隆升的问题已经成为地球系统科学研究中的重要前沿问题.无论是气候因素还是构造因素引起山体隆升,二者都与一个共同的地表过程--剥蚀作用相关,剥蚀作用对山体中地质体的影响可以用岩石矿物经历的热史演化来描述,所以,在造山作用研究中,山体或山脉的热史演化是揭开地质体经历地质过程、山体隆升研究的重要途径.利用河砂组成矿物来研究流域的地质过程和构造演化已经成为现代地质科学的重要手段.本文采集了雅鲁藏布江下游墨脱县以南约50 km处地东河段内的现代河砂,对其中的角闪石、白云母、黑云母及钾长石等四种矿物进行了高精度单颗粒激光40Ar/39Ar年代学测试,并进行了概率统计.地东河段河砂中富钾矿物40Ar/39Ar年代学统计结果显示,大峡谷流域的热史演化可以确定有多个阶段,分别可以识别出70～69、61～60、43～42、35～34、26～25、25～23、22～20、20～18、17～14、12～11、8～6、5～4及＜2Ma等13个热史演化阶段.通过将上述热史信息与印度大陆与欧亚大陆碰撞角度和碰撞速率变化曲线的对比,可以确定70～69、61～60、43～42、35～34、22～20和12～11Ma等6个阶段的年代学信息是两大陆碰撞角度和碰撞速率变化事件在东喜马拉雅构造结热史上的记录;通过与全球深海氧、碳同位素记录曲线的对比,可以认为26～25、25～23、17～14、8～6、5～4和＜2Ma等6个阶段的年代学信息是气候变化在东喜马拉雅构造结热史上的记录.东喜马拉雅构造结地质体热史演化是构造与气候相互作用的结果.     

风化壳研究的现状与展望

风化壳是岩石圈、大气圈以及水圈、生物圈之间相互作用的界面,能够直接记录地球多圈层演化的信息。利用风化壳的地带性规律重建古环境是地貌学研究的传统内容之一。近年来,单晶矿物激光^40Ar/^39Ar测年技术、“双面”模式以及古地磁法等在风化壳研究中的成功应用,在理论和技术上为恢复大陆剥蚀区高分辨率的环境演变历史创造了条件。利用风化年代学、风化地层学、古地磁学和地球化学等方法对风化壳进行综合研究,不仅可以建立剥蚀区的环境演变序列,为风化期次（事件）与其他全球性构造－气候事件的对比提供了广阔的前景;而且可以用于化学风化（强度和速度）的准确量化,有利于深入理解构造－剥蚀－风化－气候之间相互作用的反馈机制和正确评估人类活动对未来气候的影响能力。     

晚新生代天山北缘构造变形定量研究

晚新生代以来,由于印藏板块陆—陆碰撞,天山山脉重新活动并隆升剥蚀。确定天山隆升变形时间和规模对研究大陆岩石圈变形以及构造活动、气候和剥蚀关系具有重要意义。本文通过生长地层和磁性地层研究,结合天山北缘地震剖面的构造解析,确定了天山北缘三排平行于天山山脉的褶皱带形成时间,并对三排褶皱带的变形量进行平衡恢复,其中三排褶皱中第一排的构造缩短量约为2.9 km(缩短率为15.1％),构造形成时间约为6 Ma,其缩短速率为0.4 mm/a;第二排构造缩短量约为5.9km(缩短率为23.7％),构造形成时间约为2 Ma,缩短速率为2.9mm/a;第三排构造缩短量约为4.3 km(缩短率为15.7％),构造形成时间约为1Ma,缩短速率为4.3mm/a;结果表明晚新生代以来天山构造活动强度可能在加大。