青藏高原岩石圈结构与地球动力学的30个为什么

本文依据亚东－格尔木及格尔木额济纳旗两条地学断面积累的丰富资料及近年来新的地球物理探测数据，分为高原的组成，结构与变形，物质流动，隆起的历史及动力学等５个方面，提出了青藏高原岩石圈结构与动力不须深化研究的３０个问题。其中一些问题涉及到青藏高原目前的科学前沿。笔者希望通过这些问题的提出把青藏高原的地球动力推向更加深入。     

青藏高原的隆升：青藏高原的岩石圈结构和构造地貌

笔者回顾青藏高原隆升研究的历史，剖析各种隆升动力学模式，依据着青藏高原岩石圈组成的构的强烈不均一性和、三分性”，“对称性”构造地貌格局，提出了青藏高原隆升是印度地块和塔里木一可拉善地块双向不均一俯冲和青藏腹地深层热隆扩展联合作用的结果，俯冲是高原隆升的重要机制，而热隆扩展是高原隆升的直接原因。     

中国东部中生代岩浆作用与岩石圈减薄

对中国东部新生代玄武岩及其包体的Ｓｒ Ｎｄ 同位素资料的总结表明,中国东部现今岩石圈地幔具有强烈亏损性质,现今岩石圈地幔是新生的。岩石圈减薄主要发生在中生代晚期,并与中国东部大面积、强烈的中生代岩浆活动在时间上相对应,且具有自西向东岩石圈减薄逐渐增强的趋势。分析表明,中生代期间印度洋型软流圈地幔的侵入与中国东部的岩石圈减薄密切相关。     

《南岭地区晚中生代花岗岩成因与岩石圈动力学演化》书评

周新民主编的《南岭地区晚中生代花岗岩成因与岩石圈动力学演化》一书由科学出版社2007年出版,分"总论"和"各论"两大部分,共691页。     

论胶东地区中生代岩石圈减薄的证据及其动力学机制

胶东地区可划分为两个大地构造单元：胶北断块和胶南造山带。前者为华北板块组成部 分，后者为华北和扬子板块的碰撞拼合带。五莲－青岛－海阳－牟平深断裂构成上述两个构造单 元的边界。本文从地质（陆壳隆升、构造岩浆活动与断陷盆地形成）和地球物理（重、磁异常与地震 测深）两个方面论述了胶东地区中生代经历了两个不同构造演化时期：前期（Ｔ３－Ｊ２）陆壳隆升和后 期（Ｊ－Ｋ）陆壳拉伸。我们认为，岩石圈减薄的动力学条件是与库拉－太平洋板块以不同边界类型 向欧亚大陆俯冲以及郯庐断裂以不同方式的强烈活动密切相关。在综合分析基础上建立了胶东地 区岩石圈减薄的动力学模式。     

辽西地区中生代岩石圈结构与演化的有限元模拟

利用大型通用有限元分析软件ANSYS简单模拟辽西地区中生代末期岩石圈动力学演化过程。为了与现今实际地质观测一致,我们分两步模拟了辽西中生代岩石圈的动力学演化。第一阶段,中国东部显著的地幔上升热柱导致本研究区壳-幔边界上升,岩石圈减薄,同时伴有少量断层发育;第二阶段,地幔热柱上涌活动逐渐减弱,地表产生沉降。这一地质模型可重塑与现代观测一致的裂谷沉降、裂谷侧翼地形、壳-幔边界隆升。研究结果表明：ANSYS软件及有限元方法在岩石圈动力学数值模拟领域是一个非常有效的分析工具,具有非常广阔的应用前景。今后将建立与实际情况更吻合的岩石圈结构模型,真正动态地实现辽西中生代盆地区岩石圈结构的演化过程模拟。     

青藏高原岩石圈演化与地球动力学过程——亚东—格尔木—额济纳旗地学断面的启示

笔者等完成的亚东—格尔木和格尔木—额济纳旗地学大断面揭示出青藏高原岩石圈的基本结构、组成、演化和地球动力学过程,发现了印度板块在南缘向喜马拉雅山下俯冲、阿拉善地块在北缘向高原下楔入的证据,它们构成了使高原隆升的主要驱动力。多学科研究表明,青藏高原是一个由8个地体拼合的大陆。高原内部地壳20～30km深度附近普遍发育低速高导层,它是构造应力去偶层,其上地壳脆性变形,逆冲叠覆,缩短增厚;其下地壳结构横向变化大,韧性变形。藏南下地壳(50～70km)速度发生逆转;而藏北下地壳速度增高并呈梯度变化,具有双莫霍面特征。高原莫霍面起伏变化大,南北边缘山脉山根特征明显,在高原内部缝合带两侧莫霍面多有断错。虽然高原地壳巨厚,但是岩石圈地幔并没有增厚。高原隆升经历了俯冲碰撞(K_2—E_2)、会聚挤压(E_3—N_1)、及均衡凋整(N_2—Q)3个阶段。青藏高原岩石圈现今处于双向挤压的动力学环境,莫霍面的不稳定变化,岩石圈地幔下沉等因素引起的壳幔之间和岩石圈与软流圈之间的相互作用,地壳的走滑与拉伸作用,是维持高原现今高度和范围的主要动力学因素。     

松辽盆地形成、发展与岩石圈动力学

根据区域构造环境、深部构造机制、火山活动的时间序列以及盆地几何学、运动学特征,分析了松辽盆地形成与发展的岩石圈动力学问题。提出古太平洋板块向欧亚大陆下俯冲引起热流上升,由此导致裂谷期前火山作用和岩石圈热与机械减薄,裂谷期上地壳伸展发育成裂谷盆地,火山活动减弱。随着陆缘陆块拼贴,俯冲带长距离后退,处于热异常的岩石圈开始向热平衡转化,盆地由伸展转化为坳陷。     

欧洲大陆岩石圈动力学研究现状与进展

通过对ＥＵＲＯＰＲＯＢＥ计划中５个关键项目的主要研究目标和主要成果的介绍,简述了欧洲大陆岩石圈动力学研究现状及进展。通过研究,人们已以轾芬诺斯堪的亚地盾古元古代、太古代岩石圈演化特征有明显不同;横跨欧洲的缝合带既是前寒武纪地壳显一宙重新活动的结果,也是加里东和华力西地体增生作用的结果,乌拉尔造山带是古生代微大陆碎块进一步裂解、崩解、增生到东欧在陆边缘的结果;侏罗纪到现代的非洲－－阿拉伯板块及其间的     

兴都库什山及伊朗高原抬升对南亚季风-中亚干旱气候演化影响的模拟研究

新生代以来青藏高原大地形及其周围边缘地形的构造抬升对亚洲气候演化有着深远而复杂的影响。目前的气候代用指标表明南亚季风的开始可以追溯到始新世, 随后在早中新世和晚中新世经历了显著的加强过程。同时, 构造地质证据表明兴都库什山脉和伊朗高原的隆升可能开始于10~12 Ma。兴都库什山脉和伊朗高原作为南亚季风和中亚干旱区之间的天然地理屏障, 其对南亚季风和中亚干旱区气候演化和分异是否有一定的影响, 目前尚未可知。本研究利用高分辨率的大气环流模式系统性评估了兴都库什山脉和伊朗高原对南亚和中亚气候的影响。结果表明, 兴都库什和伊朗高原对南亚季风的加强和中亚干旱区降水的抑制均有贡献。相较而言, 兴都库什山脉对南亚季风的加强和向北扩张起主导作用。兴都库什山脉引起的南亚夏季降水增量达到兴都库什和伊朗高原共同作用的65.6 %。兴都库什山脉抬升后, 南亚地区15° N以北, 尤其是印度半岛中部和西北部夏季降水均显著增加, 阿拉伯海对流层低层的西南风和印度西北部偏南风显著加强。伊朗高原对中亚干旱区的干旱化作用更强, 并以冬季变化为主导。伊朗高原引起的中亚地区冬季降水减少量占兴都库什和伊朗高原共同作用的71.4 %。伊朗高原抬升后, 中亚地区冬季的盛行西风显著减弱, 从而导致降水显著减少。本研究的数值模拟试验表明, 地质记录揭示的南亚季风在晚中新世的加强可能与兴都库什山脉和伊朗高原在该阶段的抬升密切相关。

     

末次间冰期以来源自中亚的粉尘记录的对比

中亚干旱区是全球重要的粉尘源区, 粉尘经过不同的大气环流系统的搬运和具体的沉积条件, 在其传输路径上沉积于不同的介质中, 如冰芯、黄土、湖泊和深海. 在前人所做工作的基础上, 以古里雅冰芯、宝鸡黄土剖面、琵琶湖风尘沉积、北太平洋风尘沉积和格陵兰冰芯等记录进行对比, 初步讨论近130 ka BP以来上述记录所反映的中亚粉尘的产生、搬运和沉积. 这些记录既表现出一致性, 也存在某些差异, 显示了搬运过程、沉积过程以及区域性因素对粉尘记录的影响.     

欧亚大陆及边缘海岩石圈的结构特性

从地球层块结构的研究思路出发,运用构造解析的理论和方法,对东亚及西太平洋地区人工地震测深和天然地震面波层析成像进行构造解析,发现岩石圈中下部存在形态各异、大小不等的高速块体,结合地质学、地球化学及其他地球物理学标志的综合研究将其称为幔块构造,高速块体或幔块构造是控制东亚西太平洋岩石圈构造格局和岩石圈表层构造变形最基本条件之一。在系统研究该区岩石圈高速块体或幔块构造三维几何结构基础上,建立起东亚西太平洋岩石圈八种三维几何结构型式:克拉通陆根状结构、高原陆根状结构、造山带楔状结构、碎块状结构、香肠状结构、哑铃状结构、藕节状结构和板状结构,以及岩石圈形成与构造演化四种构造类型:克拉通型岩石圈、增厚型岩石圈、减薄型岩石圈和大洋型岩石圈。文章在详细论述岩石圈各结构构造类基本特征的基础上,认为全球最大的青藏高原具有增厚型岩石圈特性,存在大陆根,并且大陆根正在增厚过程中;地震层析成像显示,研究区存在全球最大的东亚大陆巨型裂谷体系,具有减薄型岩石圈特性,新生代晚期东亚大陆巨型裂谷体系被西太平洋沟弧盆体系叠加与改造。根据岩石圈三维结构型式,探讨了岩石圈形成机制与演化模式,东亚大陆边缘岩石圈大规模伸展拆沉减薄作用以及软流圈和地幔物质上涌加热作用与青藏高原岩石圈大规模俯冲碰撞?入增厚作用是东亚大陆及边缘海晚中生代以来地幔动力学最基本的表现型式,从而形成全球最大的青藏高原和全球最大的东亚大陆巨型裂谷体系。     

北部湾东南部末次冰期以来环境演化与驱动机制

应用单道浅层地震、等离子体质谱仪（ICP-MS）和X射线衍射（XRD）等测试技术对地层结构及主微量元素地球化学、黏土矿物组成和结晶学特征等气候代用指标进行分析,高精度刻画了北部湾东南部末次间冰期以来的气候演化及驱动机制。指标变化显示南海西北部75千年（75 ka）以来物源供给受气候及海平面变化的协同控制。晚更新世受海因里希（Heinrich）全球气候变冷事件及青藏高原巨大高度和纬度效应的调控导致56 ka、41 ka和28 ka东亚季风的冬季风较夏季风阶段性增强,步入全新世以来,北部湾东南部历经多次干湿交替性升温过程,逐步演化到现今气候阶段。

     

青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究进展

青藏高原地区特殊的大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈等多圈层相互作用过程及其变化,不仅对青藏高原及其周边地区的气候格局和变化有重要影响,而且对东亚、北半球乃至全球的环流形势和异常产生深远影响。为此,全球变化研究重大科学研究计划于2010年9月启动了"青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究"项目,旨在开展青藏高原环境、地表过程、生态系统对全球变化的响应及其对周边地区人类生存环境影响的综合交叉研究,以揭示青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响机制,提出前瞻性的应对气候变化与异常的策略,减少其导致的区域自然灾害的损失。项目实施近3年来,开展了青藏高原首次"星—机—地"综合立体协同观测试验和大规模地气相互作用综合观测试验。在遥感结合地面观测估算青藏高原地表特征参数和能量通量方法,高原地区上对流层和下平流层结构,高原季风与东亚季风和南亚季风之间的内在联系,中国及青藏高原地区太阳辐射和风速的年代际变化趋势,青藏高原春季感热源减弱及其对亚洲夏季风和中国东部降水的影响,以及极高海拔地区土地覆被格局等方面取得了一些突出进展。     

Late early Oligocene East Asian summer monsoon in the NE Tibetan Plateau: Evidence from a palynological record from the Lanzhou Basin,China

The latest Early Oligocene record from the Lanzhou Basin, northeast Tibetan Plateau, presents an opportunity to investigate early stage of the Asian monsoon patterns due to its special location. The record provides insights into the global zonal climate and the development of the non-zonal monsoon system. The study identifies possible links between factors governing the monsoonal patters and paleoaltimetry of the Tibetan Plateau. Sporomorphs results indicate the dominance of arboreal plants (both coniferous and broad-leaved) corresponding to a wetter environment, while xerophytes were rare. Based on the Coexistence Approach (CA), the climate of the Lanzhou Basin is likely to have been similar to that of present-day sites in Southeast China, i.e., characterized by relatively high precipitation and a warm climate. Both qualitative analysis of the sporomorph assemblages and quantitative calculations indicate that monsoons similar to those of the present daywere formed in East Asia and reached the Lanzhou region in inner Asia. High percentages of Picea, generally associated with the relatively high topography of the NE Tibetan Plateau, correlate well with the high paleoaltimetry of the main Tibetan Plateau during the Oligocene. Thus, the East Asian monsoon during this time can be closely linked to an uplifted Tibetan Plateau, following modeled relationships between the Tibetan Plateau and monsoon patterns. However, we believe such high precipitation may have mainly resulted from the orographic barrier, rather than being driven by zonal climate factors. Further investigation into the extent of, and controls on, the region of high precipitation should help clarify the role of these processes.     

The Combined Effect of Tibetan Plateau Uplift and Glacial-Interglacial Cycles on the Quaternary Evolution of the East Asian Monsoon: Evidence from South China Sea Sediments

The siliciclastic sediments of the uppermost section of 185 mcd(meters composite depth) from ODP Site 1146 on the northern continental slope of the South China Sea(SCS) were partitioned according to their sources using end-member modeling on grain-size data. The goal was to evaluate the evolution of the East Asian monsoon over the past 2 million years. The siliciclastic sediments were described as hybrids of four end-members, EM1, EM2, EM3, and EM4, with modal grain sizes of 8–22 μm, 2–8 μm, 31–125 μm, and 4–11 μm, respectively. EM1 and EM3 are interpreted as eolian dust and EM2 and EM4 as fluvial mud. The ratio of eolian dust to fluvial mud((EM1+EM3)/(EM2+EM4)) is regarded as an indicator of the East Asian monsoon. The variation in this ratio not only shows periodical oscillations consistent with oxygen isotope stages, but also exhibits a phased increasing trend corresponding with the phased uplifts of the Tibetan Plateau, indicating that the evolution of the East Asian Monsoon was controlled not only by glacial-interglacial cycles, but also by the phased uplifts of the Tibetan Plateau during the Quaternary.     

黄土记录的中亚干旱区东部全新世气候与环境演化

选取位于中亚干旱区东部新疆天山地区的两个典型黄土沉积剖面,通过磁学参数(XARM/SIRM)、亮度(L*)、有机碳/氮同位素(δ13Corg和δ15N)等记录,对研究区内全新世以来的气候环境进行重建.结果表明:早全新世,XARM/SIRM、L*指示黄土成壤较弱、有机质含量低,δ13Corg记录表明区域降水较少,共同反映...     

Gravity signals from the lithosphere in the Central European Basin System

We study the gravity signals from different depth levels in the lithosphere of the Central European Basin System (CEBS). The major elements of the CEBS are the Northern and Southern Permian Basins which include the Norwegian–Danish Basin (NDB), the North-German Basin (NGB) and the Polish Trough (PT). An up to 10 km thick sedimentary cover of Mesozoic–Cenozoic sediments, hides the gravity signal from below the basin and masks the heterogeneous structure of the consolidated crust, which is assumed to be composed of domains that were accreted during the Paleozoic amalgamation of Europe. We performed a three-dimensional (3D) gravity backstripping to investigate the structure of the lithosphere below the CEBS.Residual anomalies are derived by removing the effect of sediments down to the base of Permian from the observed field. In order to correct for the influence of large salt structures, lateral density variations are incorporated. These sediment-free anomalies are interpreted to reflect Moho relief and density heterogeneities in the crystalline crust and uppermost mantle. The gravity effect of the Moho relief compensates to a large extent the effect of the sediments in the CEBS and in the North Sea. Removal of the effects of large-scale crustal inhomogeneities shows a clear expression of the Variscan arc system at the southern part of the study area and the old crust of Baltica further north–east. The remaining residual anomalies (after stripping off the effects of sediments, Moho topography and large-scale crustal heterogeneities) reveal long wavelength anomalies, which are caused mainly by density variations in the upper mantle, though gravity influence from the lower crust cannot be ruled out. They indicate that the three main subbasins of the CEBS originated on different lithospheric domains. The PT originated on a thick, strong and dense lithosphere of the Baltica type. The NDB was formed on a weakened Baltica low-density lithosphere formed during the Sveco-Norwegian orogeny. The major part of the NGB is characterized by high-density lithosphere, which includes a high-velocity lower crust (relict of Baltica passive margin) overthrusted by the Avalonian terrane. The short wavelength pattern of the final residuals shows several north–west trending gravity highs between the Tornquist Zone and the Elbe Fault System. The NDB is separated by a gravity low at the Ringkøbing–Fyn high from a chain of positive anomalies in the NGB and the PT. In the NGB these anomalies correspond to the Prignitz (Rheinsberg anomaly), the Glueckstadt and Horn Graben, and they continue further west into the Central Graben, to join with the gravity high of the Central North Sea.