青藏高原东缘数字高程剖面及其对晚新生代河流 下切深度和下切速率的约束*

文章利用数字高程剖面将青藏高原东缘分为4个大尺度地貌单元,即青藏高原地貌区、龙门山高山地貌区、山前冲积平原区(成都盆地)和四川盆地东部隆起区。根据数字高程剖面中的最高海拔高程点剖面与最低海拔高程点剖面之间的高差,定量计算了该地区河流下切深度;结合成都盆地岷江最古老冲积扇沉积物提供的青藏高原东缘河流形成的时间(3.6MaB.P.),定量计算了河流下切速率为1.29mm/a;在约束局部侵蚀基准面和气候变化对河流下切速率控制作用的基础上,建立了青藏高原东缘河流下切速率与表面隆升速率之间的定量关系,结果表明河流下切速率约为表面隆升速率的4倍。基于龙门山在表面隆升速率和下切速率等方面均大于青藏高原内部,认为青藏高原东缘的边缘山脉是剥蚀隆升和构造隆升两者叠加的产物。     

晚新生代以来青藏高原东缘的剥蚀过程:来自裂变径迹的证据

本文以青藏高原东缘的三级地貌(川西高原、龙门山和四川盆地)单元为基础,利用裂变径迹定年数据分区块研究了该地区的晚新生代以来的剥蚀速率。研究结果表明,晚白垩世以来青藏高原东缘经历了一个由平缓到突然加速的剥蚀过程,其转折点为中新世。在整个时间段内的平均剥蚀速率,川西高原为0.26mm/yr,龙门山为0.72mm/yr,四川盆地为0.20mm/yr。龙门山的剥蚀速率大约是川西高原的2.8倍,间接反映边缘山脉的隆升并不等同于高原内部的隆升,边缘山脉的隆升可能是构造隆升和剥蚀隆升相叠加的结果。     

青藏高原的形成和隆升机制综述

青藏高原的形成和降升问题是十分复杂的热点问题,受到了全球地质学者的普遍关注。高原的形成是印度板块和欧亚板块碰撞挤压导致地壳增厚、挤压抬升、地面剥蚀均衡和深部热作用的共同结果。目前青藏高原隆升过程是多阶段、非均一、隆升速率由慢到快、更新世（约3Ma）以来进入快速隆升期的认识日趋达成共识,但在隆升机制方面存在着多种模式（三阶段模式、叠加压扁热动力模式、拆沉模式、陆内俯冲模式和人隆升模式等）。随着来自地质、地球物理和地球化学等方面的资料积累、测量仪器精度的提高以及数学模拟方法的改进,以高原的形成和隆升机制将会有更为合理的解释。     

龙门山均衡重力异常及其对青藏高原东缘山脉地壳隆升的约束

青藏高原东缘处于不均衡状态,自西而东可分为青藏高原弱负均衡重力异常区、龙门山正均衡重力异常区和四川盆地负均衡重力异常区,表明该区的不均衡状态并未导致Airy均衡运动的产生,即龙门山没有均衡下降,而处于不断的隆升状态,显示该地区反均衡运动的构造抬升是导致龙门山隆升的主因。本次采用似三度体重力异常计算方法对该区的正均衡重力异常进行模拟和反],研究了大尺度地貌分异与均衡重力异常分区之间的相互关系,结果表明,龙门山的下地壳顶面抬升了11.2～12.6km,造成了龙门山的正均衡异常,揭示了构造抬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,龙门山的表面隆升是构造隆升和剥蚀作用相叠加的产物。     

青藏高原东缘龙门山晚新生代走滑挤压作用的沉积响应

成都盆地位于青藏高原东缘,夹于龙门山与龙泉山之间,盆地的长轴方向平行于龙门山,呈现为北东—南西向展布的线性盆地。盆地中充填了3.6Ma以来的半固结—松散堆积物,最大厚度为541 m,在垂向上由下部的大邑砾岩、中部的雅安砾石层和上部的上更新统至全新统砾石层组成,其与下覆地层均为不整合接触,显示该盆地是一个单独的成盆期,并非是在中生代前陆盆地基础上形成的继承性盆地。在垂直于龙门山造山带方向上,成都盆地具不对称的楔形结构,沉积基底面整体向西呈阶梯状倾斜,盆地中充填的碎屑物质均来源于盆地西侧的龙门山,具横向水系和单向充填的特征;而且盆地的沉降中心具有逐渐向远离造山带方向迁移的特征,显示盆地的挤压方向垂直于龙门山主断裂,造成了成都盆地在垂直于造山带方向上的构造缩短。在平行于龙门山造山带方向上,成都盆地具有一系列的北东向延伸的次级凸起和凹陷,凹陷和凸起相间分布,且在空间上呈斜列形式展布于盆地的底部,其中次级凹陷（沉降中心）和冲积扇具有向平行龙门山造山带方向迁移的特征,表明成都盆地西缘的龙门山断裂具有右旋走滑的特征。鉴于以上特征,认为成都盆地是在龙门山造山带晚新生代走滑与逆冲的联合作用下形成的走滑挤压盆地。     

青藏高原东缘龙门山晚新生代剥蚀厚度与弹性挠曲模拟

龙门山是青藏高原东缘边界山脉,具有青藏高原地貌、龙门山高山地貌和山前冲积平原三个一级地貌单元。利用数字高程模式图像和裂变径迹年代测定方法研究和计算龙门山晚新生代剥蚀厚度与剥蚀速率,结果表明:3.6 Ma以来龙门山的剥蚀厚度介于1.91-2.16 km之间,剥蚀速率介于0.53-0.60 mm/a之间。在此基础上,开展了该地区岩石圈的弹性挠曲模拟,结果表明龙门山的隆升机制具有以构造缩短隆升和剥蚀卸载隆升相叠合的特点。3.6 Ma之前,龙门山的隆升与逆冲推覆构造负载有关,以构造缩短驱动的构造隆升为特色;3.6 Ma之后,龙门山的隆升与剥蚀卸载驱动的抬升有关,并以剥蚀卸载隆升为特色,进而提出了龙门山晚新生代以来的隆升机制以剥蚀成山作用为主的认识。     

青藏高原隆升速率对冻土层形成影响的数值模拟

青藏高原隆升速率是研究者们关注的问题。由于海拔升高引起地表温度降低,形成了现今的青藏高原冻土层。抬升速率不同,冻土层的形成历史和现今状态也会不同,因此,冻土层内可能包含了高原抬升的有关信息。本文用有限元方法计算了同一地点分别用2Ma时间和5Ma时间由1000m抬升到5000m的两种抬升速率下的情景。计算表明快速抬升和慢速抬升形成的冻土层厚度会有一定的差别,慢速抬升时有更长的热传导时间,形成的冻土层略厚,冻土层年龄较老。所以存在通过现今冻土层厚度、温度随深度变化、以及冻土年龄等资料,并在测得冻土准确参数的条件下,有助于估测青藏高原隆升的时间和过程。     

有关青藏高原东北缘晚新生代扩展与隆升的讨论*

青藏高原晚新生代的扩展和隆升对周边环境演变产生重大影响,确定扩展和隆升的起始年代是一个重要的科学问题。近年来在六盘山、积石山和祁连山及其相邻盆地的研究表明,青藏高原东北缘晚新生代(5~10MaB.P. 或约8MaB.P. )发生了准同期、影响深远的构造变形,导致了沉积盆地的消亡和山脉的隆起。青藏高原北缘的阿尔金山和东缘的岷山、龙门山及川滇高原也在该时段发生了构造活动的加速和构造隆升。所有这些准同期的事件反映了约8MaB.P. 前后青藏高原向周边的扩展,扩展的方式是通过一系列逆冲断裂、褶皱变形、左旋走滑及其伴随的山脉隆起和盆地消亡而实现的。该时期青藏高原的扩展导致了周边的环境变化,奠定了今日环境的格局。     

青藏高原东缘古近纪沙漠及其对季风起源的启示

沙漠沉积是地质历史演化过程中的一种特殊沉积,是特殊气候条件下的产物,对研究全球气候变化、大气环流样式具有独特的作用。沙漠沉积在地质历史中普遍存在但极少保存,它的发现和研究对恢复地质历史具有重要意义。研究表明,现代东亚季风系统建立前,尤其是古近纪早、中期,青藏高原东缘仍然处于行星环流所控制的干旱带内,发育了大量代表干旱炎热气候的石膏与盐类沉积,但至今尚未找到沙漠存在的确切记录。近年来,笔者采用沉积学、古气候学、古地理学等手段,并结合前人研究资料,对青藏高原东缘沉积盆地的古近纪早、中期红色地层进行了综合研究。结果表明,青藏高原东缘存在一个厚度稳定的古近纪早、中期风成沙丘富集带。在此基础上,通过古地理、沉积模式及古气候替代指标等分析,论证了青藏高原东缘存在古近纪盆山型沙漠沉积体系的可能性。沉积相、古流向分析揭示,青藏高原东缘存在一个由干旱向潮湿、由行星风系向季风风系转换的界面,可能暗示了东亚季风建立事件的发生。本研究相关成果可为新生代中国干旱带演化与全球气候变化研究提供可贵的沉积学资料,也可为青藏高原隆升与东亚季风起源研究提供重要的大气环流证据。     

青藏高原东缘新生代金矿成矿集中期的40Ar-39Ar法年代学研究及其动力学意义

青藏高原东缘金矿床在哀牢山、滇中北部大理—姚安—宁蒗、大渡河沿线康定一带构成以金为主的矿集区。对大渡河沿线三碉、白金台子、若吉金矿、水白秧、菩萨岗等金矿的研究发现有两期金矿化 :早期成矿发生在 65 .12 Ma(水白秧 )和 5 8.95 Ma(若吉 ) ;后期发生在2 5 .3 5 Ma(白金台子 )、2 4.70 Ma(三碉 )和 2 6.67Ma(菩萨岗 )。对云南北衙、脂肪沟、萝卜地矿区含金斑岩中斜长石和金厂箐钾长石同位素定年研究也表明存在两期矿化 :早期在金厂箐 (5 5 .49Ma)和脂肪沟(5 8.82 Ma)均有记录 ,但这几个矿区同时还存在后期金矿化 (金厂箐2 3 .18…     

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。     

Crustal Uplift in the Longmen Shan Mountains Revealed by Isostatic Gravity Anomalies along the Eastern Margin of the Tibetan Plateau

This study examines the relationship between high positive isostatic gravity anomalies (IGA), steep topography and lower crustal extrusion at the eastern margin of the Tibetan Plateau. IGA data has revealed uplift and extrusion of lower crustal flow in the Longmen Shan Mountains (the LMS). Firstly, The high positive IGA zone corresponds to the LMS orogenic belt. It is shown that abrupt changes in IGA correspond to zones of abrupt change of topography, crustal thickness and rock density along the LMS. Secondly, on the basis of the Airy isostasy theory, simulations and inversions of the positive IGA were conducted using three-dimensional bodies. The results indicated that the LMS lacks a mountain root, and that the top surface of the lower crust has been elevated by 11 km, leading to positive IGA, tectonic load and density load. Thirdly, according to Watts’s flexural isostasy model, elastic deflection occurs, suggesting that the limited (i.e. narrow) tectonic and density load driven by lower crustal flow in the LMS have led to asymmetric flexural subsidence in the foreland basin and lifting of the forebulge. Finally, based on the correspondence between zones of extremely high positive IGA and the presence of the Precambrian Pengguan-Baoxing complexes in the LMS, the first appearance of erosion gravels from the complexes in the Dayi Conglomerate layer of the Chengdu Basin suggest that positive IGA and lower crustal flow in the LMS took place at 3.6 Ma or slightly earlier.     

Formation of the Yalong Downstream Terraces in the SE Tibetan Plateau and Its Implication for the Uplift of the Plateau

The Yalong River is an important river that runs across the abruptly changing terrain of the SE Tibetan Plateau. The terraces and Quaternary sediments in its valleys preserve the information of tectonic uplift,climate changes,and landform evolution since the Middle Pleistocene. Based on geomorphological,sedimentological,and chronological investigations,6–8 terraces are identified in the lower reaches of Yalong catchment and its tributary—the Anning River. The electron spin resonance(ESR) or optically stimulated luminescence(OSL) data on the alluvial sediments in the upper portion of terraces indicate that they formed in 1.10,0.90,0.72,0.06–0.04,0.03–0.02,and 0.01 Ma. Tectonic uplift and the climatic cycle controlled the formation of the Yalong River terraces. The former dominated the dissection depths and incision rates,whereas the latter controlled the transformation between accumulation,which developed during the glacial period,and incision,which developed during the glacial-interglacial transition. The Yalong downstream incised rapidly from 1.10 to 0.72 Ma and rapidly from 0.06 Ma until the present; the terraces developed during these two periods. The incision rates in space during the two periods indicate the uplifting extent of the Jinpingshan area,which decreases toward the east and the south. The results reveal two rapidly uplifting stages in the SE Tibetan Plateau,including an accelerated uplifting since 0.06 Ma. Since the Middle Pleistocene,the tectonic uplift of the SE and NE parts of the Tibetan Plateau is synchronous,according to the same development stages of the river terraces of the Yalong downstream and the Yellow River in the Lanzhou area of the NE Tibetan Plateau. The difference in the horizontal displacement between the Xianshuihe Fault and the Anninghe Fault bend resulted in the rapid uplift of the Jinpingshan area. The incision rate for the spatial distribution of the Yalong downstream is the geomorphological response of crustal shortening and uplift differences in the SE margin block of the Tibetan Plateau. The southeastward diffusion process of the Tibetan Plateau was recorded.     

青藏高原东缘甘孜地区新生代隆升过程之磷灰石裂变径迹证据

通过青藏高原东缘甘孜地区7件砂岩磷灰石样品裂变径迹分析,取得了测试样品的表观年龄,运用模拟退火法对所有样品进行了热史模拟,获得了样品的热演化史;分析出甘孜地区在新生代古近纪以来经历了相似的构造演化过程,强构造隆升阶段分别发生在古近纪46~30 Ma间和新近记9 Ma以来,平均抬升速率和平均抬升量分别为1261 m/Ma、2634 m和388 m/Ma、1043 m;甘孜地区构造隆升具有不平衡性、阶段性、地区性差异,冷却速率、抬升速率和抬升幅度也存在偏差。     

酒西盆地晚新生代沉积物重矿物分析与高原北部隆升

沉积物的形成是地壳差异升降运动的物质记录.位于青藏高原北缘的酒西盆地晚新生代沉积比较敏感和全面记录了高原北部的构造运动和隆升过程.老君庙剖面晚新生代沉积物重矿物分析表明13 MaBP以来酒西盆地南部沉积物中重矿物具规律性变化;依据重矿物具规律性变化和沉积特征,揭示了青藏高原北缘晚新生代以来地壳运动经历了稳定期(13～8.26 Ma)、逐步阶段性隆升期(8.26～<4.9 Ma)和急剧强烈整体阶段性隆升期(>3.66～0 Ma)三个重大构造演化过程。     

龙门山地区水系发育特征及其对青藏高原东缘隆升的指示

龙门山位于青藏高原东缘,既是青藏高原周缘山脉中陡度最大的山脉,也是构造活动和地貌景观塑造最为强烈的地区之一。因此,该区域成为研究构造-地貌-水系之间相互关系的实验场。本文基于ASTER GDEM数据,提取了青藏高原东缘地区15条基岩河道的纵剖面,采用简单数学函数拟合河流纵剖面形态,并结合基岩水力侵蚀模型,分析龙门山不同位置的地形特征。本次研究获得以下几点认识:①通过对龙门山地区河流纵剖面的分析,龙门山整体上具有较高的隆升速率,导致这一地区强烈的河流侵蚀作用;②龙门山中段和南段的河流双对数图以上凸型为主,说明该区域尚未达到均衡状态,处于前均衡期;③龙门山北段的河流双对数图呈直线形态,说明该区域达到均衡状态,处于均衡期;④龙门山不同地区的水系发育特征,表明龙门山中段和南段具有更强的构造活动性、更高的隆升速率,龙门山北段则具有较弱的构造活动性、较低的隆升速率,并反映了青藏高原东缘的隆升作用具有明显的空间差异性。     

Neotectonics of the Eastern Margin of the Tibetan Plateau: New Geological Evidence for the Change from Early Pleistocene Transpression to Late Pleistocene-Holocene Strike-slip Faulting

We present in this paper some new evidence for the change during the Quaternary in kinematics of faults cutting the eastern margin of the Tibetan Plateau. It shows that significant shortening deformation occurred during the Early Pleistocene, evidenced by eastward thrusting of Mesozoic carbonates on the Pliocene lacustrine deposits along the Minjiang upstream fault zone and by development of the transpressional ridges of basement rocks along the Anninghe river valley. The Middle Pleistocene seems to be a relaxant stage with local development of the intra-mountain basins particularly prominent along the Minjiang Upstream and along the southern segment of the Anninghe River Valley. This relaxation may have been duo to a local collapse of the thickened crust attained during the late Neogene to early Pleistocene across this marginal zone. Fault kinematics has been changed since the late Pleistocene, and was predominated by reverse sinistral strike-slip along the Minshan Uplift, reverse dextral strike-slip on the Longmenshan fault zone and pure sinistral strike-slip on the Anninghe fault. This change in fault kinematics during the Quaternary allows a better understanding of the mechanism by which the marginal ranges of the plateau has been built through episodic activities.     

岷江源地区新构造运动特征

为了深入了解岷江断裂带晚新生代以来的构造活动,以岷江源地区河谷地貌、新生代盆地、夷平面为主要研究内容,研究区内新构造运动的特征。结果表明该区河谷地貌以宽谷和窄谷的交替出现为特点,源区发育三级夷平面,新构造运动强烈,地貌差异显著。该区新近纪以来主要经历了早期(5.3 Ma)伸展断陷和中期(1.8 Ma)逆冲推覆兼左行走滑及晚期(0.13 Ma)掀斜抬升演化过程。岷江源区河谷地貌的演化严格受新构造运动的影响,构造运动控制了河谷以及第四纪断陷盆地的形态,影响了河岸两侧阶地的分布、形态与结构。本区新构造运动具有南北分带型和东西向掀斜运动的不对称性等特征。本研究为进一步研究青藏高原东缘的活动构造提供了重要的地貌证据。