青藏高原东南缘岩石圈变形特征及各向异性成因分析

正新生代印度大陆和欧亚大陆的碰撞引起了青藏高原强烈的变形和隆升,青藏高原东南缘作为在板块碰撞作用下高原物质向东南扩展的重要场所,其结构和动力学过程对于了解青藏高原的构造演化至关重要。地震波各向异性是了解地球内部物质变形方式的重要手段,近年来在青藏高原东南缘开展了大量的地震波各向异性测量,包括Pms震相、SKS震相等,并针对相应的地球物理测量结果提出了构造模型,但这些构造模型缺乏来自深部岩石学方面的约束来确定地球物理测量结果解释的合理性和可靠性。已有研究表明地震波各向异性主要受岩石     

第八届青藏高原东部构造与地球物理研讨会（WTGTP2020）反映的新进展

印度板块与欧亚板块的碰撞是新生代全球最重要的地质事件,由此青藏高原快速隆升,成为了世界第三极,并不断向外扩展,其内部大型断裂体系发育、地质构造复杂、地震及火山活动性强烈。青藏高原东部及其周边地区作为研究高原隆升、深部变形的动力学机制的天然试验场,也是国际地学领域、地球物理与大陆动力学领域的一个重要焦点。本文根据第八届青藏高原东部构造与地球物理研讨会（WTGTP2020）的学术报告,对高原深部结构与动力学研究的一些新进展进行阐述。本次研讨会对青藏高原及其周边地区岩石圈结构、变形机制及物质运移动力学模式等关键问题进行了较为系统的讨论,围绕青藏高原的形成演化历史,从深部构造与岩浆变质响应,到浅部地表过程以及其对资源气候的影响进行探讨研究,将地球深部动力学、地表过程和气候变化等不同圈层的相互作用有机地联系在一起。      

青藏高原东部深部构造与动力学机制研究进展——来自第9届与第10届WTGTP研讨会的启示

青藏高原深部构造与动力学机制一直是深部地球物理与大陆动力学的重点研究领域.青藏高原东部地形起伏剧烈，地震活动频繁，金属与油气矿床丰富，揭示出青藏高原东部极为复杂的壳幔结构与深部变形及非常强烈的深部物质运动.近年来，随着地球物理综合观测技术、深部结构成像方法、地球动力学模拟等研究的快速发展，围绕青藏高原东部的深部构造、块体运动、深部动力模式、强震活动与深部蕴震机制及成矿深部构造等方面进展显著.青藏高原东部构造与地球物理研讨会（WTGTP）是围绕青藏高原东部深部结构与动力学机制、资源开发、地质灾害等相关地球科学问题按年度召开的学术交流研讨会.本文基于2021年和2022年召开的第九届和第十届WTGTP的会议报告，结合近年来的相关研究成果，围绕印度—欧亚板块碰撞、构造变形特征与动力学机制以及强震活动与深部蕴震机制等主要内容，介绍了青藏高原东部的地球物理结构及深部构造变形与动力学机制的研究进展.初步展望了青藏高原深部构造与地球物理研究前景，期望能给相关科研人员提供一点有益的参考.     

青藏高原深部地球物理探测70年

青藏高原是全球海拔最高、规模最大、时代最新的陆-陆碰撞造山带.几十个百万年以来高原隆升、喜马拉雅山系崛起是地球演化史上最为壮观的构造事件之一.青藏高原壳幔结构和深部过程备受国内外地球科学家关注.近七十年来的地球物理研究与探索表明:(1)青藏高原地壳巨厚,岩石圈较薄;(2)壳内存在软弱层,但厚度和联通性有限;(3)高原下地壳及Moho面广泛发育叠瓦状反射特征,存在明显的脆性变形;(4)喜马拉雅和拉萨块体南部存在双Moho现象/迹象;(5)印度大陆岩石圈向高原下方俯冲的形态存在显著的东西向差异;(6)高原主体上地幔各向异性以NEE向为主;(7)青藏高原布格重力异常四周高、中间低,异常场边界与地形梯度变化密切相关;(8)高原内部磁异常较弱,周边地区较强,其分界与区域构造边界基本一致;(9)青藏高原水热活动强烈,大地热流值高,主要来自加厚地壳的贡献.但是,有关青藏高原深部过程,诸如是否存在中/下地壳流、印度与欧亚大陆岩石圈的俯冲模式等重大科学问题目前仍存在争议.青藏高原地球物理和动力学研究是一个复杂的系统工程,以科学问题为导向,结合国家重大需求,在关键区域组织实施综合地球物理探测,可望在地学领域取得创新与突破.     

多种地震方法探测青藏高原东北缘地壳上地幔结构的研究进展

青藏高原东北缘地区在地形上处于青藏高原隆起区的东北边缘,青藏高原块体、鄂尔多斯块体和阿拉善块体交汇于此,是整个高原向大陆内部扩展的前缘部位,也是其最新的和正在形成的高原重要组成部分.区域内新生代构造变形和地震活动强烈,是研究青藏高原隆升、构造变形,探讨强地震发生的深部环境的最佳场所.为研究青藏高原东北缘地壳上地幔深部结构构造特征,近些年来开展了大量的地球物理探测工作.笔者收集了近三十年来在青藏高原东北缘展开的人工地震和天然地震观测工作,综合论述了人工源地震探测方法和天然地震成像方法(主要包括接收函数方法、地震层析成像方法、SKS剪切波分裂分析等)的发展和不同地震探测方法所取得的关于青藏高原东北缘壳幔速度结构、莫霍面形态、地壳上地幔各向异性研究等所取得的成果,总结分析了青藏高原东北缘地壳上地幔结构特征方面已达成的的一致观点以及有待进步一研究之处,并对比分析了不同方法之间的差异之处.     

青藏高原东缘深部地球物理与大陆动力学研究进展

经过数十年的努力,我国青藏高原深部地球物理与大陆动力学领域的研究呈现蓬勃的发展态势,取得了一系列研究成果.《地球物理学报》以青藏高原为专辑,集中在2017年6期刊发36篇文章,涵盖了青藏高原深部地球物理与大陆动力学方面的一批最新研究成果.这些工作涉及地震特性与大陆动力学、壳幔结构与地震各向异性、深部电性结构及密度结构等研究方向.本文将从这几个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,分享青藏高原深部地球物理与大陆动力学的研究成果.     

探索深部地球物理奥秘,揭示青藏高原动力机制

<正>印度一欧亚大陆碰撞和青藏高原的形成是中生代以来全球最重要的地质事件之一.围绕青藏高原深部结构与大陆动力学问题的探索,一直是全球地球科学领域的研究热点.随着地球物理探测技术的进步,青藏高原深部结构的研究也已逐步细化和深入,形成了一些针对特定区域如东西构造结、川滇接触带、南北地震带、青藏高原东缘和针对特定目标任务如地震发生机     

青藏高原东北缘祁连山中部精细地壳结构研究

现今的青藏高原东北缘祁连山地区是在早古生代构造格架的基础之上,于新生代在欧亚大陆与印度大陆碰撞拼合的远程影响下,重新活化进而隆起成为高原的组成部分.因此,该区域地壳结构的揭示不仅可以获得高原地壳变形方式的关键信息,而且也能对该区域早古生代晚期北祁连洋闭合时的相关构造演化提供重要证据.本文以一条穿过青藏高原东北缘祁连山中部地区的深地震反射剖面为基础,结合前人地质、地球物理资料,通过细致的地质构造解译,获得了青藏高原东北缘祁连山中部地区的精细地壳结构.反射剖面图像揭示了海原断裂西段的深部延伸形态、中地壳的双重构造、以及中下地壳的祁连逆冲断裂系等精细的深部构造.结合前人的地质以及地球物理资料,我们提出早古生代晚期北祁连闭合时的南向俯冲以及新生代以来祁连山地区两次陆内俯冲作用可能造就了现今的祁连山.     

青藏高原深部结构与构造地球物理研究的回顾和展望

基于我国多年在青藏高原地区的深部地球物理探测研究及其所揭示的岩石层结构、构造和地球物理场特征，讨论了高原地壳短缩、增厚与隆升的深层过程和动力机制，提出了对青藏高原深化研究必须重视的几个问题．     

中国青藏高原地球物理研究的第一批重大成果其发展导向与核心科学问题的认识和思考

青藏高原的地球物理研究是深化认识高原本体和东亚壳、幔结构、隆升机制与大陆动力学响应的基础,故为中、外地球科学家们所瞩目.为此本文主要讨论以下4个方面问题:(1)问题的提出与背景;(2)率先进行青藏高原深部地球物理研究取得的第一批重要成果与进程;(3)青藏高原地球物理研究中的开创性研究成果和得到的启迪与国际影响;(4)当今青藏高原地球物理研究中的核心科学问题与当前青藏高原地球物理学要做些什么与思考.研究结果表明:(1)在青藏高原地球物理研究中只有在清晰思路指导下,取得高分辨率的数据才能反演,并刻画其壳、幔介质的精细结构;(2)青藏高原地壳巨厚、岩石圈相对较薄的层块结构与壳、幔结构分区特征,特别是存在地壳低速层和地幔低速层及其不均匀展布;(3)在多维力系作用下、深部物质重新分展、调整、运移和在多要素约束下的物理-数学模拟及陆-陆碰撞动力学响应;(4)当今在青藏高原地球物理研究的核心问题是地球内部物质和能量的交换、圈层耦合及其深层动力过程.中国地球科学家们应当清晰地认识到,青藏高原地球物理研究乃是中国地球科学家摘取"桂冠"的一个契机,故必须走自主创新之路,以建立起具有特色中国地球科学的理论和和运动学与与学模型.     

青藏高原腹地东西分区和界带的地球物理场特征与动力学响应

青藏高原是东亚大陆一个特殊的块体,无论是介质属性,还是构造格局在深部与浅部都是不均匀的和各向异性的,其演化进程也是非线性的.基于综合地球物理场研究发现:青藏高原在NS向挤压和EW向扩张错综力系作用下,形成了东、西分区的构造格局,它们的界带位于90o±2oE的范围内,即表明青藏高原基本上为由三块(西、中、东)组成.在此界...     

岩石圈根拖曳作用在青藏高原西部和东部造山中的比较研究

根据地球物理探测资料,基于二维模型,利用黏弹性有限元方法,研究青藏高原西、东剖面的地壳均衡和岩石圈根拖曳的构造应力机制.数值模拟结果表明,青藏高原西部（B B′剖面）的造山水平挤压力主要来源于岩石圈根的向下拖曳,印度板块向北挤压为次要因素,形成“山隆盆降”的地表形态;而青藏高原东部（A A’剖面）岩石圈根向下拖曳还不足以形成硬上地壳中挤压造山的主要力源.对比结果认为,青藏高原的深部层圈结构和应力体系在西、东部存在明显的差异,反映了高原内部造山演化的西、东分异特征.     

羌塘地块中部南北向断裂的构造特征及其动力学意义

青藏高原内部除大规模的东西向走滑断裂以外,另一个显著的地质特征就是在藏南及高原腹地广泛发育东西向的伸展构造,形成走向近南北的断裂构造,如亚东一谷露裂谷带及双湖断裂.伸展构造已经成为青藏高原地质研究的一个焦点问题.在羌塘地块89°E附近存在明显的低重力、负磁、深度达300 km的低速异常及连通壳幔的高导异常,且地表伴生大规模的新生代火山岩,这些特殊的地质及地球物理场特征的发生位置与地表双湖断裂的位置基本对应.本文通过卫星重力数据的多尺度小波分析结果发现,双湖断裂之下,存在一明显由上地壳一直向下延伸至地幔深部的低重力异常,说明双湖断裂向下延伸深度大,且上下连通性好.结合已有的地质和地球物理资料,认为由于双湖断裂的存在,使得深部幔源岩浆沿断裂构造薄弱带上涌,从而导致羌塘地块之下壳幔温度的升高及大规模部分熔融的发生.     

中国地壳、上地幔精细结构和大陆动力学研究的序幕——从1958年柴达木沉积盆地深部地震反射探测看半个世纪来该科学领域的发展导向和启迪

喜马拉雅山系的崛起、青藏高原的隆升以及与成山、成岩、成盆、成矿和成灾相关的深层过程是东亚乃至全球地球动力学研究中最为重要的科学事件.1958年始在柴达木盆地的地震反射探测与地壳、上地幔精细结构和大陆动力学研究开启了青藏高原地球内部研究的先河,半个世纪以来它影响并引导着我国这一科学领域的发展和前进.本文为纪念地壳与上地幔精细结构和大陆动力学在中国的诞生而作.柴达木盆地壳、幔精细结构地震反射探测结果表明:柴达木盆地的沉积层巨厚可达15~19 km,且存在着迴折波和不同类型与路径的多次波.地壳厚达50~52 km,且存在着高速梯度夹层和低速层.Moho界带为由高、低速相间的薄层束组构,且上地幔顶部纵波速度为8.1 km/s.从这一基点出发,对包括柴达木盆地在内的青藏高原地球深部与地球动力学研究中的几个科学问题进行了思考!为今后青藏高原地球物理深化研究的内涵和布局提出了初步的见解.     

青藏高原地球物理与大陆动力学研究的新进展

岩石圈地球物理探测、深部结构成像与各向异性等研究是青藏高原大陆动力学研究的基础.近年来,随着深部地球物理探测技术和反演成像技术的进步,信息提取与细节分辨能力不断提升,青藏高原壳幔结构、碰撞和隆升动力学、资源与地质灾害的深部机制等研究进展显著.本专辑收录33篇论文,主要分布在深部结构与地球物理探测、地震各向异性与变形、断裂性质与地震活动等三个主要研究领域.本文重点围绕这些论文,对近年来青藏高原地球物理研究进展进行综述.     

青藏高原东北缘深部构造研究

1.引言在鄂尔多斯块体西侧,甘肃、宁夏境内存在一系列弧顶北东向的逆冲走滑弧形断裂,历史上这一区域内曾多次发生6级以上的中强地震,其内的断裂分布和地震活动显示出具有青藏高原东北缘特色的深部构造环境。本文利用区域地球物理场资料分析研究其深部构造,探讨了该区域深部构造与地震活动空间分布规律的关系。 2.区域地球物理场特征     

青藏高原及邻区的地壳磁异常特征与区域构造

研究青藏高原及邻近地区地壳磁异常场分布特征,对认识该区岩石圈结构和演化以及区域地球动力学过程有重要意义.本文根据地面、航空、海洋和卫星磁测资料构建的最新一代高阶地磁场模型NGDC-EMM-720-V3,分析青藏高原及邻区地壳磁异常及其垂直梯度的展布规律、磁异常衰减特征、不同波长带对磁异常的贡献和磁异常与岩石圈区域构造的关系.结果显示,青藏高原正负磁异常都较弱,周边地区磁异常强,其分界与高原区域构造的边界基本吻合.磁异常在青藏高原中西部呈近东西走向,西南部和东部形成弧形状,东南部为近南北走向,与构造走向基本一致.东、西构造结地区形成强的负异常焦点.青藏高原内部各新生代地块的磁异常无明显差异,磁异常与地壳厚度没有直接对应关系.在青藏高原弱磁异常背景上,拉萨地块、祁连地块、柴达木地块和川滇菱形地块叠加有相对较强的地壳浅部的短波长磁场.喜马拉雅分布着东西向强负磁异常带,主要由地壳深部和中部的中长波长带产生.四川盆地和塔里木盆地的磁性构造层稳定.高原南部不同高度处的磁异常变化较大,揭示出从地壳深部到浅层地表的磁性构造发生过剧烈变化.     

青藏高原东北缘扩展变形范围与深部结构

青藏高原东北缘的隆升和扩展一直是地学界长期关注的重要科学问题,对于研究整个青藏高原的形成演化过程具有非常重要的意义.青藏高原东北缘是高原向北东方向扩展变形的结果,其进一步向北东方向扩展变形的边界范围长期存在较大争议.本文主要收集了近年来前人在青藏高原东北缘及其邻区开展的浅表地质、地壳-上地幔三维结构以及壳-幔变形的相关研究并进行综合分析.前人通过构造热年代学、构造解析等方法的研究,揭示出中-晚新生代以来,海原弧形构造区以及更北端的贺兰构造带—银川地堑发生的强烈构造活动均与高原的隆升、扩展有关,认为高原东北缘向北东方向扩展变形的浅表范围已经越过海原弧形构造区,到达贺兰构造带—银川地堑.深部地球物理探测显示,海原弧形构造区深部结构构造改造过程与青藏高原向北东方向扩展有关.但是其更北端的(贺兰构造带—银川地堑)深部结构构造改造过程是否与青藏高原的扩展有关,目前尚存在一定的争议:重力异常及其大地电磁、部分层析成像、接受函数、地震波各向异性等方法的研究结果揭示,贺兰构造带—银川地堑下方存在大规模代表青藏高原东北缘软流圈的低速异常体、低电阻体,以及其下地壳-上地幔存在NW-SE向的各向异性方向与青藏高原东北缘的快波方向一致,这可能反映其主要是受到青藏高原向北东方向扩展、变形的影响;但是也有研究显示贺兰构造带—银川地堑存在的低速异常体较南部弱,或者规模较小、以及推测贺兰构造带—银川地堑存在中-下地壳NW-SE向的各向异性方向主要是由于存在形变各向异性导致的,认为青藏高原东北缘的边界位于海原断裂带.     

喜马拉雅西构造结区深部地球物理场特征剖析

本文基于喜马拉雅西构造结地带区的重力场、电磁波场和地震波场特征,从不同学科的角度对喜马拉雅西构造结区深部地球物理场做了分析.不同学科的研究成果表明,西构造结区不仅存在着令人瞩目的中、深源地震,而且其重力场、电磁波场和壳、幔地震速度结构存在着高度的非均匀性.这不仅表明其在不同演化阶段和不同物质组成先后参与了岛弧与大陆、大陆与大陆碰撞的造山过程及其导致的横向结构特征的显著差异上,同时也反映出这种复杂过程在对深层演化进程所带来的影响,故导致了西构造结区的形成和长期演化的复杂过程.显然西构造区的介质属性、构造格局和深层过程均制约着、并强烈影响着高原西北缘及其西部的深、浅构造组构和运动学与动力学响应.故在青藏高原的动力学模型构建中占有着重要地位.由于西构造结区深部结构和动力学研究工作尚少,而又因自然条件和政治环境的制约,故该区深部物质与能量的交换和其物理-力学过程等核心问题尚有待于加强研究和探索.     

青藏高原的隆升过程与地球动力学模型研究进展

综合对比、分析了现有青藏高原隆升过程和地球动力学模型相关成果，认为：（1）高原岩石圈以多圈层为特征，其内部层圈相互作用复杂，从而导致隆升过程和机制的复杂性以及构造演化的阶段性，高原的隆升是多种机制联合作用的产物，具有多阶段、非均一、不等速的特征；（2）现有地球动力学模式多力求用一种动力学体制对高原整体构造格架和成因演化进行解释，然而，高原的隆升过程、状态和动力学机制具有非线性、非周期性和无序性等特征，其隆升作用存在非线性效应；（3）以数值模拟为手段，开展物理与数学的定量模拟研究，建立组合动力学模型，是青藏高原隆升过程和地球动力学研究中有待深化的重要课题。