龙门山冲断隆升及其走向差异的裂变径迹证据

大量的低温年代学研究用来讨论龙门山晚新生代的隆升,但很少涉及其走向差异和中生代隆升。本文分别沿龙门山北、中、南段3条剖面进行了锆石和磷灰石裂变径迹测试,结合已有的热年代学数据,以期揭示整个中-新生代期间龙门山隆升历史及其时空变化。中生代以来,龙门山主要有印支期(约200 Ma)、早白垩世末(约100 Ma)、早新生代(65～30 Ma)以及晚中新世(15～9 Ma)等或快或慢的冷却事件,总体上经历了中生代至早新生代的缓慢冷却和晚新生代快速冷却2个阶段,快速剥露开始于15～9 Ma,剥蚀速率由早期的0.1 mm/a增加到0.15～0.3 mm/a左右,局部可达0.9 mm/a左右。走向上,龙门山北段相对偏小的锆石裂变径迹年龄和相对偏大的磷灰石裂变径迹年龄反映其在中生代较中、南段隆升更快,而裂变径迹年龄总体上从北段向中、南段减小,表明中、南段在新生代发生了更快的隆升。倾向上,多种热年代学数据显示新生代期间在北川断裂和彭灌断裂两侧存在明显的差异剥露,这种差异在中、南段表现比北段更为突出。龙门山晚新生代快速隆升和剥露是青藏高原区域隆升背景上叠加的冲断活动所致,而非下地壳流动驱动。     

龙门山冲断隆升及其走向差异的裂变径迹证据

大量的低温年代学研究用来讨论龙门山晚新生代的隆升,但很少涉及其走向差异和中生代隆升。本文分别沿龙门山北、中、南段3条剖面进行了锆石和磷灰石裂变径迹测试,结合已有的热年代学数据,以期揭示整个中 新生代期间龙门山隆升历史及其时空变化。中生代以来,龙门山主要有印支期（约200 Ma）、早白垩世末（约100 Ma）、早新生代（65～30 Ma）以及晚中新世（15～9 Ma）等或快或慢的冷却事件,总体上经历了中生代至早新生代的缓慢冷却和晚新生代快速冷却2个阶段,快速剥露开始于15～9 Ma,剥蚀速率由早期的<0.1mm/a增加到0.15～0.3mm/a左右,局部可达0.9mm/a左右。走向上,龙门山北段相对偏小的锆石裂变径迹年龄和相对偏大的磷灰石裂变径迹年龄反映其在中生代较中、南段隆升更快,而裂变径迹年龄总体上从北段向中、南段减小,表明中、南段在新生代发生了更快的隆升。倾向上,多种热年代学数据显示新生代期间在北川断裂和彭灌断裂两侧存在明显的差异剥露,这种差异在中、南段表现比北段更为突出。龙门山晚新生代快速隆升和剥露是青藏高原区域隆升背景上叠加的冲断活动所致,而非下地壳流动驱动。     

天山山脉中新生代差异隆升及其机制探讨

为了揭示长约2500 km的天山山脉中新生代隆升特征,本文系统梳理分析了已发表的磷灰石裂变径迹数据和本次野外采样测得磷灰石裂变径迹数据约460个,岩性以花岗岩和砂岩为主。结果显示整个天山山脉隆升具有明显的时空差异性。白垩纪以前记录的径迹数据约占14%,白垩纪以来的数据约占86%,晚古生代末天山已有径迹年龄记录,到晚侏罗世天山部分地区发生隆升,整体隆升不明显,早白垩世以来整个天山普遍隆升,且存在多期隆升事件,但隆升剥蚀速率存在明显差异。南北方向上,自南向北径迹年龄有减小的趋势,揭示山脉隆升自南天山向北天山扩展;东西方向上,西天山隆升时限较东天山隆升早,但白垩纪以来东、西天山均有隆升记录。天山山脉差异性隆升是不同陆块对亚洲板块南缘碰撞增生作用的共同结果,其内部块体的结构特征和力学性质是差异隆升的基础和前提。     

新生代阿尔金山脉隆升历史的裂变径迹证据

10个片麻岩和花岗岩的磷灰石裂变径迹年龄值位于35.6~13.6 Ma之间,表明了阿尔金山脉的隆升开始于渐新世,并一直延续至中新世.山脉早期的隆升速率较低,后期可能存在一个快速的隆升时期;阿尔金山脉并非整体的均匀隆升,其内分布的NEE走向的断裂也局部控制了山体的隆升;如果山脉的隆升是阿尔金断裂左行走滑的结果,那么可推测阿尔金断裂大型左行走滑的起始时间应为渐新世.区域资料分析表明,青藏高原北缘在渐新世至中新世期间发生了大规模的、区域性的抬升.     

青藏高原东部中新生代差异隆升的热年代学证据

为定量分析青藏高原东北部中新生代以来构造隆升时序及特征,笔者开展了磷灰石和锆石裂变径迹年龄测试。结果表明：研究区磷灰石裂变径迹年龄为(66±9)～(4.3±1) Ma,锆石裂变径迹年龄为(187±11)～(69±4) Ma,东北部及东部裂变径迹年龄值较大;研究区西北缘构造隆升较早(200～160 Ma),东南部隆升相对较晚(140～30 Ma),西(南)部构造隆升最晚(90～10 Ma),新近纪之后则整体进入构造隆升;岩石冷却速率和剥蚀速率广元—江油一带西侧较高,红原—文县一带南侧更高,理县附近最大,分别为23.26℃/Ma和0.78 mm/a,这种分区差异性主要受多条区域性大型断裂带制约。     

龙门山中、南段中-新生代隆升史:来自裂变径迹的证据

运用裂变径迹年代学方法对龙门山中、南段中生代地层内的磷灰石、锆石进行分析,并进行了热历史模拟,结果表明:①龙门山中、南段天全、怀远一带中生代地层最主要的强烈隆升阶段为喜山晚期,与该区的强烈构造运动时期相一致;②怀远镇西南侧及西侧剖面,喜山晚期强烈隆升阶段的时间自西侧的20Ma左右开始至东侧的7～5Ma开始并延续至今,开始强烈隆升的时间自西向东逐步变新;与龙门山造山带逆冲推覆作用在时空上具向东前展式渐进推覆的特点相对应;③部分地区存在163～155Ma、140～77 Ma、55～22Ma的隆升事件.     

四川盆地东南缘中新生代构造隆升的裂变径迹证据

通过对四川盆地东南缘8件不同层位的磷灰石样品裂变径迹的分析,获得了该区中新生代构造隆升的时限,并分析了其构造和油气地质意义。磷灰石裂变径迹分布形态总体具有单峰特征,部分具有双峰特征,平均径迹长度在10～13μm,标准偏差在1.5～2.5μm,反映了磷灰石在地质历史时期经历过较缓慢的冷却退火过程。样品的热史模拟结果显示,所有样品在进入部分退火带(PAZ)以后没有再经历明显的沉降埋藏,均表现为持续的隆升,但不同地区进入隆升期的先后次序不同。盆地东南缘的隆升起始时间在95～60Ma左右,即晚白垩世—古近纪,向北到达盆地边缘的时间为40～35Ma,为古近纪晚期。几乎所有的样品都具有晚期快速抬升的特点,抬升时限均在10Ma以内,多数小于5Ma,部分小于2Ma。从油气地质的角度看,川东南地区喜山期的强烈隆升一方面可能造成已有的气藏破坏,另一方面也可能有利于形成新的具裂缝性储层的岩性气藏或者水溶气气藏。     

青藏高原东缘中新生代隆升及构造扩展方式转换

为研究青藏高原向东构造挤压过程中，构造变形扩展方式的变化，文章选取青藏高原东缘为研究对象，开展了磷灰石和锆石裂变径迹测定及分析工作。结果表明，若尔盖盆地和龙门山块体具有诸多低温热年代学及构造隆升差异：若尔盖盆地样品冷却速率较为集中，介于1.257～1.285℃/Myr，而龙门山块体样品冷却速率变化较大，介于1.243～2.875℃/Myr；若尔盖盆地在100 Ma以来共经历了2次明显的构造热事件，第一次为100～80 Ma（冷却速率为4.40±0.395℃/Myr），第二次为21～12 Ma（冷却速率为2.89±0.597℃/Myr），龙门山块体东缘地区在70 Ma以来，总体上表现为构造隆升程度的逐渐增强，且在8 Ma以来构造隆升持续增强，冷却速率达到了5.75±0.238℃/Myr；若尔盖盆地的构造变形属于前展式构造扩展，而龙门山块体则为后展式（自8 Ma以来），文章将该过程总结为“构造变形扩展的反射和折射”现象，“反射部分”在第四纪（4.48 Ma）达到龙日坝断裂附近，形成兼具逆冲与右旋走滑的龙日坝断裂带。     

藏北唐古拉山木乃花岗岩地壳隆升的裂变径迹证据

应用磷灰石裂变径迹定年,对出露于青藏高原腹地羌塘地体唐古拉山中央隆起带北坡不同高程的木乃花岗岩进行了系统的裂变径迹测年,分别获得（66．9&#177;10．9）Ma,（66．7&#177;16．1）Ma,（65．2&#177;9．9）Ma,（55．8&#177;5．4）Ma和（55．6&#177;7．5）Ma等中值年龄;部分磷灰石裂变径迹年龄与花岗岩体的形成年龄（67．1&#177;2．0）Ma相当,这从另一角度证明了唐古拉山木乃花岗岩形成于白垩纪末期的事实。根据青藏高原羌塘地体的古地温梯度为2．45℃／100m～2．68℃／100m,磷灰石冷却温度为110℃,求得的木乃花岗岩浆成岩深度为4100m～4500m,木乃花岗岩的平均剥蚀速率为0．061mm／a～0．081mm／a,据此推算出藏北唐古拉山木乃地区的在中生代末以来的地壳隆升幅度至少在9550m～9950117．以上．     

大青山晚白垩世以来的隆升历史

根据以裂变径迹年龄为主的热年代学方法和大青山地形剖面和盆地沉积资料分析，认为大青山地区侏保罗世发生大型板内挤压变形之后在晚白垩世进入伸展构造控制的构造活动阶段。在伸展背景下，大青山主要经历了晚白垩世整体隆升—剥蚀和始新世以来的造山带伸展裂解引发的差异升降—剥蚀过程。造成大青山约6km的剥蚀量。在大青山伸展、塌陷、裂解过程中由于山—盆间的阶段性差异升降运动形成了大青山中的四期夷平面和其下的山前侵蚀台地以及邻区盆地沉积体系中的相对应的多期沉积间断。最终形成大青山地区现今盆—山构造—地貌格局。控制山脉隆升的大青山山前正断层始新世以来的平均活动速率为0．2—0．3mm／a。     

西天山山脉多期次隆升-剥露的裂变径迹证据

磷灰石的裂变径迹法已经广泛地应用于限定山脉的隆升剥露历史研究。天山山脉的隆升历史一直存在争议,西天山山脉的构造隆升研究则相对更为缺乏。野外系统采集三个横穿西天山察汗乌苏山剖面的花岗岩、火山岩等样品,挑选磷灰石开展了裂变径迹测试分析工作。测试结果表明,西天山可能存在多期次的构造隆升事件;进一步利用实测的磷灰石裂变径迹年龄数据和径迹长度,开展了磷灰石的温度时间反演模拟研究。模拟结果结合区域性的地质资料分析推断,西天山山脉自中生代以来存在4个阶段构造隆升剥露事件,分别为:三叠纪末—早侏罗纪(220～180Ma)、侏罗纪中期(170～140Ma)、白垩纪中期(110～80Ma)和晚新生代(24Ma以来)。     

燕山及邻区晚白垩世以来山脉隆升历史的低温热年代学证据

本文根据以裂变径迹测年为主的低温热年代学方法，认为燕山及邻区在晚白垩世进入区域性伸展构造环境以来经历了造山带伸展裂解引发的6次强烈差异升降运动，分别发生在120～105Ma、95～85Ma、60～50Ma、38Ma左右、25～20Ma和10～5Ma，造成燕山及邻区约7～8km的剥蚀量。而在相邻两次强烈差异升降运动期之间的相对构造稳定期，则形成了燕山—太行山地5期夷平面以及周缘盆地多期沉积间断。燕山与邻区盆地之间晚中新世以来的快速差异升降运动导致燕山及邻区现今盆—山构造—地貌格局。     

阿尔金山北段晚新生代山体抬升的裂变径迹证据

对阿尔金山北段阿克塞 当金山口剖面的裂变径迹研究结果表明 ,该区晚新生代 8Ma左右曾发生较快速抬升。抬升年龄的展布与阿尔金左行走滑断裂带晚期活动在该区所呈现的正花状构造相吻合。     

Differential Tectonic Deformation of the Longmen Mountain Thrust Belt,Western Sichuan Basin,China

Field investigation and seismic section explanation showed that the Longmen Mountain Thrust Belt has obvious differential deformation: zonation, segmentation and stratification. Zonation means that, from NW to NE, the Longmen Mountain Thrust Belt can be divided into the Songpan-Garzê Tectonic Belt, ductile deformation belt, base involved thrust belt, frontal fold-thrust belt, and foreland depression. Segmentation means that it can be divided into five segments from north to south: the northern segment, the Anxian Transfer Zone, the center segment, the Guanxian Transfer Zone and the southern segment. Stratification means that the detachment layers partition the structural styles in profile. The detachment layers in the Longmen Mountain Thrust Belt can be classified into three categories: the deep-level detachment layers, including the crust-mantle system detachment layer, intracrustal detachment layer, and Presinian system basal detachment layer; the middle-level detachment layers, including Cambrian-Ordovician detachment layer, Silurian detachment layer, etc.; and shallow-level detachment layers, including Upper Triassic Xujiahe Formation detachment layer and the Jurassic detachment layers. The multi-level detachment layers have a very important effect on the shaping and evolution of Longmen Mountain Thrust Belt.     

Uplift of the Longmen Shan area in the eastern Tibetan Plateau: an integrated geophysical and geodynamic analysis

Abstract

The mechanism for uplift of the eastern Tibetan Plateau is still a matter of debate. There are two main models: extrusion and crustal flow. These models have been tested by surface observations, but questions about the uplift remain. In addition, the devastating 2008 M_w 7.9 Wenchuan earthquake along the Longmen Shan fault zone (LMSFZ) reminds us that the tectonic activity within eastern Tibet is complex and poses a major natural hazard. This activity is accompanied by dramatic uplift along the LMSFZ, but only minor convergence (<4 mm year^–1) against the Sichuan basin is observed. In order to investigate the mechanism for uplift of Longmen Shan (LMS) area, we explored the lithospheric structure across the Songpan–Ganzi terrane (SGT), LMS, and western Sichuan basin by undertaking an integrated analysis of a variety of data including new, logistically challenging controlled-source seismic profiling (reflection and refraction) results, receiver function estimates of crustal thickness, gravity and magnetic data, GPS data, and geologic constraints. Our analysis of crustal structure indicates that the crust is not thick enough to support its current elevation and that the crust is essentially composed of three layers of similar thickness. Thus, based on our crustal structure model, 2D numerical modelling was conducted to investigate uplift mechanisms. The modelling results indicate that the middle crust beneath the SGT is the most ductile layer, which is the key factor responsible for the crustal-scale faulting, earthquake behaviour, and periods of uplift. In addition, the modelling results indicate that the strong Sichuan block acts as a backstop for the thrusting along the LMS and crustal thickening to the west.     

高喜马拉雅地区聂拉木花岗岩快速抬升的裂变径迹证据

笔者对西藏高喜马拉雅地区聂拉木花岗岩样品进行了磷灰石裂变径迹分析。聂拉木淡色花岗岩4个不同高程(395～4200m)的裂变径迹年龄范围为3.79±0.34～8.17±0.47Ma,混合花岗岩4个不同高程(3260～3720m)的裂变径迹年龄范围为0.85±0.09～1.71±0.34Ma。结合已有的热年代学资料,提出整个高喜马拉雅造山带在上新世—第四纪时为快速抬升期。     

新疆博格达山晚中生代以来的差异剥露史

博格达山山前不同构造带内9个砂岩样品的裂变径迹分析与热史模拟表明,博格达山浅部造山过程以前展式(盖层滑脱带内)与后展式(基底卷入带内)同时发育的逆冲构造扩展模式为特征;博格达山晚中生代以来的多期构造抬升作用主要发生在155~135Ma、90~70Ma、约40Ma和约10Ma等4期,其隆升剥蚀史主要经历了燕山早期的初始整体隆升(剥蚀量为0.83~1.2km)、燕山晚期的缓慢抬升(剥蚀量为0.68~0.83km)和喜马拉雅晚期的急剧差异隆升-剥露(逆冲推覆带的剥蚀量约为5.0km、基底卷入带的剥蚀量为1.82~3.18km、盖层滑脱带的剥蚀量为~2.73km)等3个阶段,其中盖层滑脱带因剥露作用启动的时间较晚而表现为冷却速率快、剥蚀速率高。博格达山晚中生代以来的变形作用与亚洲南缘多期地体的碰撞增生有关。