气候与青藏高原隆升的耦合关系

通过搜集大量剖面记录中反映第三纪气候特征的沉积物,分析其分布规律及所反映的气象特征,结合已有的相关文献,度图演绎等第三纪青藏高原地块的隆升情况。     

青藏高原新生代火山活动与高原隆升关系

青藏高原新生代火山岩分布广泛,在时代上几乎贯穿了整个第三纪和早第四纪。火山活动与高原岩石圈的构造演化和隆升过程有良好的耦合关系。高原隆起前、后火山岩在地球化学性质及源区的差异,反映了岩石圈深部地质过程的不同特征。火山活动和高原的隆升都表现了多阶段性和非均匀的特点。推测在上新世末高原面已抬升到4000～4500 m,更新世以来的强烈隆起主要表现为高原周边造山带的构造活化,青藏高原的隆升是多因素综合作用的结果。     

藏北新生代火山作用的时空演化与高原隆升

本文通过对藏北新生代火山岩的岩石化学和同位素年龄资料的综合分析,系统确定了火山岩的岩石系列组合及其生成时序。根据岩石系列的时空演化规律将藏北新生代火山活动划分为3个构造—岩浆亚旋回,火山活动自南向北依次形成羌塘(44～24 Ma)、中昆仑—可可西里(19～7 Ma)、西昆仑—玉门(约5 Ma以来)3条火山岩亚带。各岩带分别以高钾钙碱性或钾玄岩系列构成火山活动的主体, 以碱性钾质火山活动而结束。构造—火山旋回与高原脉动隆升具有明显的耦合性,旋回间歇期与高原夷平期相对应。笔者认为这一火山作用规律是高原每次脉动隆升过程中,构造性质由挤压、增厚,向伸展滑移转化的结果,火山作用旋回受岩石圈水平挤压、增厚和深部地幔热物质沿构造薄弱带挤压上升两种作用的相互消长所制约。     

青藏高原东北缘黄土粒度组成及物质来源分析

对青藏高原东北缘的民和黄土进行粒度分析发现，民和黄土粒度组成与兰州、洛川和西安等地差别较大，其黄土粒度明显大于上述地区。传统地把民和黄土划分为黄土带的南部过于简单化，它忽略了因青藏高原隆升而激发产生的高原物源区作用，应将民和黄土归属于黄土与砂黄土的过渡带。青藏高原因冰川反复消融和磨蚀产生的砂尘为民和黄土提供了可观的粗物质补给。事实表明，青藏高原第四纪冰川－冰融作用所产生的大量砂粉尘，不仅是高原腹地黄土区的主要物源，也是青藏高原边缘黄土的主要物源之一。     

甘孜黄土与青藏高原冰冻圈演化

逐样系统交变退磁磁性测量表明，８６ｍ的甘孜黄土剖面形成于约８１．８４×１０＾４ａ ＢＰ前。剖面中黄土石英砂类型分析揭示出至少约８１．８４×１０＾４ａ ＢＰ以前，高原已进入冰冻圈，并且很快于约７６×１０＾４ ａＢＰ前冰川规模达到最大，并持续至约５３×１０＾４ｑａ ＢＰ前，倒数第二次冰川规模次之，然后冰川规模明显减少。     

青藏高原东北缘岷县—武都地区构造地貌演化与高原隆升

西秦岭武都-岷县地区位于青藏高原东北缘,是中国两大构造地貌单元的转换过渡带。构造地貌研究表明,该地区发育四级夷平面,分别是Ⅰ级夷平面(山顶面)、Ⅱ级夷平面(主夷平面)和Ⅲ、Ⅳ级夷平面(剥蚀面),分别形成于 K2-E3之前、3．6Ma、2．5Ma、1．8Ma。主要河流发育4-7级基座阶地,并且四级及其以下低级阶地的特征具有相似性。夷平面和阶地的高程变化,指示了该地区地壳的隆升具有多阶段性和不均匀性,3．6Ma以来平均隆升速率在0．42- 0．57mm/a,3.6-1.8Ma是地壳快速隆升期,1．8Ma以来隆升速度减缓,但晚更新世(0．15Ma)以来,隆升明显加速,显示出青藏高原目前正处于新的加速隆升期。     

西藏纳木错盆地116ka以来沉积演化与青藏高原隆升

根据湖相或湖滨相沉积的铀系等时线年龄测定结果,116kaB.P.以来,在西藏纳木错沿岸,发育了拔湖48m以下的6级湖岸阶地和拔湖48m以上,最高至139.2m的高位湖相沉积.可划分出3个沉积相组合,其演化可划分为4个阶段:①116~72kaB.P.,为深湖环境,古湖面拔湖高于现今纳木错140~48m;②72~37kaB.P.,为半深湖环境,拔湖为48~26m;③37~30kaB.P.,为浅湖环境,拔湖26~19m;④30kaB.P.以来,湖水逐渐变浅,拔湖<19m.纳木错盆地沉积与青藏高原隆升响应关系,揭示出高原自116kaB.P.以来先后经历了稳定期、持续逐步较快隆升期(116~37kaB.P.)、急剧强烈阶段性隆升期(37~30kaB.P.)和较稳定期(30kaB.P.以来).青藏高原的隆升是一个多阶段、不等速和非均变的复杂过程.     

青藏高原岩石圈三维结构及高原隆升的液压机模型

青藏地区可以昆仑断裂和雅鲁藏布缝合线为界分为3个岩石圈地球物理特征各不相同的区域:青海高原、藏北高原和藏南高原。青海高原位于昆仑山脉以北,是重力高和重力低毗连出现的盆山结构。藏南高原位于雅鲁藏布江以南,是印度板块分布的地区,其上是印度板块的陆缘沉积。它的地壳结构是一个向南运动的逆冲推覆系统。INDEPTH反射剖面在藏南发现的主喜马拉雅逆冲断层(MHT)与宽角反射地震扇形剖面得到的T4震相反射面完全吻合。两种地震测深方法得到的结果之间不存在矛盾。T4震相在高喜马拉雅地区没有显示,MHT向南延伸到高喜马拉雅只是一个推论,因而MHT是否为印度板块的俯冲带仍有待于获取新的证据。在昆仑山脉以南到雅鲁藏布缝合带为藏北高原,是广泛发生局部熔融的强流变岩石圈。局部熔融地区呈漏斗状。在藏北广泛存在的深度为15～20km的上部地壳内的低速层是一个最富于流变性能的局部熔融层,它的埋藏深度平坦稳定,可能含大量水质流体。紧挨着上述上部壳内局部熔融层,在藏北岩石圈大范围出现分布不均匀的网状局部熔融。局部熔融体的底部从雅鲁藏布江地区的80km向北逐步加深到200km。漏斗的漏管处位于羌塘—可可西里。藏北局部熔融体的形成是由于印度板块向北运移,受到亚洲板块的阻挡,沿雅鲁藏布缝合带向青藏高原高角度俯冲,在弧后羌塘—可可西里地区产生高热流上升地幔所致。根据卫星重力异常、航空磁测、地震接收函数研究、地球化学资料以及地表地质均揭示,印度板块沿雅鲁藏布缝合带的俯冲仅发生在亚东—唐古拉一线以西的西藏西部。在亚东—唐古拉一线以东,印度板块与西藏块体间仅仅发生碰撞,但没有发生俯冲。高原的整体隆升是由液压效应所造成。青藏高原的隆升像一台液压机。印度板块对青藏俯冲过程中产生的各种应力,通过局部熔融体,传递到地壳深15～20km处的熔融层,在其下形成一个等压面。在这个等压面的驱使下,在低速层以上未被局部熔融的地壳的底部均匀受力,将它们同步向上抬升。高原隆升期后的跨塌,使上部地壳向四周流动。在青海高原,造成毗连阿尔金断裂的一系列由西南向北东方向推动的叠瓦构造。在雅鲁藏布江以南地区,形成一系列向南凸出的弧形逆冲断层。在昆仑山脉与雅鲁藏布缝合带之间,向东的流动便形成上部地壳的滑脱构造。虽然青藏高原的形成是由于印度板块的俯冲,但它的隆升机制不单纯是一个刚体力学问题,更重要的要考虑到流体的作用,简单的用以刚体假设为前提的板块学说去解释高原的隆升机制是青藏高原研究中的误区。西藏高原的深部是一个大热库,西藏热储的开发利用是一个重大的研究课题。     

青藏高原东北缘若尔盖盆地黄土的成因

通过对盆地黄土的粒度组分、石英砂的表面结构以及其它地质现象的综合研究,对若尔盖盆地黄土成因进行了探讨.在黄土的概率累计曲线上,跃进组分和悬移组分反映明显,以悬移组分为主,并采用矩阵法计算了黄土的粒度参数.对黄土扫描电镜观察和石英颗粒表面特征的统计分析,反映出气流搬运的特点,以发育碟形坑为其主要标志,具有风成环境的表面特征组合.黄土中孢粉稀少,并在邻区黄土层中发现有冰楔构造.根据上述特征分析出,若尔盖盆地黄土应为冰缘风成黄土.以测年资料为依据,黄土形成年代主要为马兰期茶镇梁子黄土和离石期索克藏寺黄土.      

青藏高原东北缘寺口子盆地新生代沉积演化及其构造意义

宁夏固原寺口子盆地发育巨厚的新生代地层,这些地层记录了青藏高原东北部的沉积演化特征和构造演变历史。根据剖面沉积物粒度特征、沉积结构和构造、沉积层序,识别出20种岩相、5种沉积相类型。结合前人对寺口子剖面的古地磁测年,分析研究盆地的沉积演化特征以及对构造的响应表明：>20.1 Ma盆地以缓慢的坳陷沉降开始演化,直至1.2 Ma遭受破坏。在此期间青藏高原东北部经历了6.4 Ma、4.6 Ma和1.2 Ma这3次明显的构造挤压隆升运动,其中约6.4 Ma的构造运动是青藏高原向东北部扩展首次影响到海原—六盘山断裂以东地区。从盆地的形成和沉积演化过程来看,马东山山前断裂的逆冲推覆,导致了寺口子盆地的强烈变形和构造隆升,并且最终成为青藏高原的最新组成部分。     

青藏高原东北缘龙首山晚新生代多阶段构造隆升的盆地记录

龙首山地区位于青藏高原与阿拉善地块的结合部位,其盆山演化过程和断裂带扩展模式的恢复对揭示青藏高原新生代北东向生长具有重要意义。本文基于龙首山南北两麓3个新近系沉积剖面的构造特征和5个砂岩样品的碎屑锆石U-Pb同位素LA-ICP-MS年龄结果,重建了青藏高原东北缘龙首山地区晚新生代的盆山演化过程。研究结果显示,龙首山地区晚新生代沉积-构造演化经历了3个主要阶段：（1）~14Ma,龙首山南缘断裂带活化,阿拉善地块南缘沿此断裂逆冲于张掖盆地之上,张掖盆地开始接收阿拉善地块的物源;（2）~5Ma,龙首山南缘断裂带的次级断裂开始发育,使龙首山南侧山麓白垩系开始剥露并为张掖盆地提供物源,同时,龙首山北缘断裂带活化并导致潮水盆地发生挠曲沉降,接收龙首山的物源;（3）5~2.5Ma,龙首山北缘断裂带的次级断裂开始发育,导致龙首山北麓白垩系开始剥露并为潮水盆地提供物源。通过对龙首山周缘盆地沉积相和物源开展分析,本研究反演了龙首山地区中新世以来的断裂带活动和山体隆升过程,表明在14~2.5Ma,随着龙首山南缘断裂、北缘断裂的活化和次级断裂的发育,龙首山经历了3次强烈的隆升,这对揭示青藏高原北东向的扩展过程具有重要的指示意义。

     

青藏高原东北缘寺口子盆地新生代沉积演化及其构造意义

宁夏固原寺口子盆地发育巨厚的新生代地层,这些地层记录了青藏高原东北部的沉积演化特征和构造演变历史。根据剖面沉积物粒度特征、沉积结构和构造、沉积层序,识别出20种岩相、5种沉积相类型。结合前人对寺口子剖面的古地磁测年,分析研究盆地的沉积演化特征以及对构造的响应表明:20.1 Ma盆地以缓慢的坳陷沉降开始演化,直至1.2 Ma遭受破坏。在此期间青藏高原东北部经历了6.4 Ma、4.6 Ma和1.2 Ma这3次明显的构造挤压隆升运动,其中约6.4 Ma的构造运动是青藏高原向东北部扩展首次影响到海原—六盘山断裂以东地区。从盆地的形成和沉积演化过程来看,马东山山前断裂的逆冲推覆,导致了寺口子盆地的强烈变形和构造降升,并且最终成为青藏高原的最新组成部分。     

甘肃西峰红粘土~4.5Ma孢粉记录的植被转变及其与青藏高原隆升的关系

甘肃西峰红粘土剖面蕴涵了大量古环境和古气候变化信息,是重建黄土高原生态环境和气候演化的重要地质记录。通过对红粘土地层孢粉学研究,发现孢粉组合特征在~4.5Ma发生了明显转变,乔木植物花粉明显减少,草本植物花粉大量增加,尤其是藜科花粉百分含量显著增加,麻黄出现频率明显增高;孢粉类型C/A(Chenopodiaceae/Artemisia)和B/A(Betula/Artemisia)的比值发生显著变化,反映研究区从~4.5Ma开始植被类型由稀疏森林草原逐步转变为典型草原,甚至荒漠草原,揭示了亚洲内陆生态环境的一次显著变干事件。这一信息与前人研究红粘土中其他替代性指标指示的气候变干过程具有很好的一致性。孢粉组合中藜科植物含量在此时迅速递增,反映黄土高原气候的季节性反差明显加强。青藏高原在~4.5Ma发生的隆升可能是导致这次亚洲内陆干旱化的主要驱动因素,高原对暖湿气流的屏障和加强季节性反差可能是导致干旱化的重要途径。     

青藏高原东北缘囊谦古近纪盆地沉积特征及盆地演化研究

野外露头岩石学与地层学研究表明,青藏高原东北缘囊谦古近纪盆地贡觉组自下而上可分为5个岩性段,它们构成两套由粗变细的沉积序列,主要形成于冲积扇-河流-湖泊-三角洲沉积环境。不同的岩性段具有不同的岩石组合,反映其形成于不同的沉积环境:第一岩性段分布局限,为滨浅湖相沉积;第二岩性段、第四岩性段和第五岩性段形成于近源、快速堆积环境;第三岩性段为面积分布广泛的干旱-炎热气候条件下的河流-湖泊沉积环境产物。由于盆地沉积的不对称性及所处沉积环境的不同,各岩性段在盆地内的出露也不相同,总体反映盆地经历了早期挤压推覆前陆盆地、中期走滑拉分盆地、晚期走滑挤压推覆前陆盆地的演化历史。     

青藏高原西北缘中新世晚期A型花岗岩的特征及意义

在阿克萨依湖幅1∶25万区域地质调查中,于青藏高原西北缘的西昆仑山南坡巴颜喀拉盆地发现了多个小型黑云母二长花岗岩体。对其中规模较大的一个岩体的岩石地球化学研究结果显示,该岩体富集大离子亲石元素和轻稀土元素,亏损高场强元素和重稀土元素,δEu负异常,无Nb的亏损,属壳幔混合的偏铝质A2(PA)型花岗岩。TIMS法单颗粒锆石U-Pb年龄测定获得10.0Ma±0.1Ma的年龄值(MSWD=0.66),表明该岩体为中新世晚期岩浆活动的产物。该岩体可能是中新世晚期青藏高原后造山阶段岩石圈发生拆沉作用形成的,就位于阿尔金巨型走滑断裂系的拉张区域,是阿尔金巨型走滑断裂系强烈活动阶段的反映,对青藏高原地质构造演化和高原隆升的研究可能具有重要意义。     

青藏高原东北缘六盘山盆地烃源岩的地球化学特征

在前人认识的基础上,依据近年来的勘探成果,对六盘山烃源岩进行了评价分析,发现目前较明确的3套主要烃源岩中,白垩系下统的乃家河组、马东山组和李洼峡组源岩在盆地内分布较广,除北部埋藏较浅的区域未成熟外,大部分已趋于成熟。石炭系也是重要的源岩,由于埋藏较深,后期改造作用大,应以找气为勘查目标。三叠系烃源岩成熟度较好,但分布范围局限,勘探潜力受到影响。盆地的诸多油气显示及地面油气异常响应特征,充分证实了该盆地具有烃类的生成、运移和聚集的过程。整个盆地的油气地球化学异常响应特征明显,油气苗显示丰富,分布广泛。地球化学勘探测量发现了盆地内有3个近东西向展布的油气地球化学异常区带。根据三维荧光光谱图,对油气属性进行了判别,均表现为轻质油的地球化学特性。     

西秦岭北缘漳县韩家沟砾岩对青藏高原东北缘地壳隆升的约束

对西秦岭北缘漳县地区上新统韩家沟砾岩的地貌特征、高程分布、沉积特征、构造变形等研究表明：1）该套砾岩分布受西秦岭北缘断层系F₂逆冲断层控制,主要由巨砾-中砾砾岩组成,有近源快速磨拉石沉积的特征,代表了上新世以来西秦岭地块沿北缘断层向北逆冲挤出形成的再生前陆磨拉石盆地,指示了西秦岭地块上新世以来的一次强烈的构造隆升。2）这套砾岩出露高程及宏观地貌特征指示了其形成之后又与西秦岭地块一起经历了侵蚀夷平,形成了现今海拔2 600 m 左右统一的夷平面。该夷平面的整体隆升和解体、韩家沟砾岩雅丹地貌形成和发育六级侵蚀阶地或基座阶地的漳河水系形成才真正标志着西秦岭及北缘区域的整体隆升。现今海拔1 800 m 漳河河床与2 600 m 山顶夷平面之间的高差反映了西秦岭及其北缘第四纪以来至少相对隆升了800 m。3）西秦岭北缘漳县韩家沟砾岩下伏的渐新统-中新统红层盆地沉积序列具有伸展断陷盆地充填特征,指示了这个时期西秦岭北缘处于拉张伸展构造状态,也就是说以构造挤压缩短为动力学背景下的青藏高原隆升和构造变形在渐新世-中新世时期尚未扩展至西秦岭北缘区域。尽管该断陷盆地最上部河流相-洪泛相粗碎屑沉积增多和之后地层掀斜及褶皱缩短有可能反映了中新世末或上新世初西秦岭北缘由伸展到挤压的构造转换和构造隆升,但这并不是西秦岭及北缘区域的一次强烈隆升。综上所述,我们认为西秦岭北缘上新统韩家沟砾岩出现标志着西秦岭地块向北强烈逆冲和构造隆升,但西秦岭的这次强烈隆升仅持续到上新统韩家沟砾岩沉积结束,之后西秦岭地块和北部的再生前陆磨拉石盆地一起经历了整体隆升和侵蚀夷平,形成了上新世末或第四纪初的统一夷平面。该山顶夷平面是西秦岭及其北缘区域最后整体强烈隆升的起点。韩家沟砾岩雅丹地貌形成、发育六级侵蚀阶地或基座阶地的漳河水系形成真正指示了西秦岭及北缘区域的整体隆升过程。如果西秦岭及其北缘新生代以来隆升过程在青藏高原东北缘具有代表性,那么就说明青藏高原东北缘真正隆升成为现今青藏高原系统组成部分只是上新世末期或第四纪以来地质事件。