青藏高原东北缘何时卷入现今青藏高原构造系统?——来自西秦岭北缘漳县盆地新生代沉积记录的约束

新生代以来印度-欧亚板块持续碰撞汇聚形成号称世界第三极的青藏高原。青藏高原的扩展生长和构造变形系统形成的动力学过程是地球科学研究的重大科学问题。青藏高原东北缘新生代以来构造演化过程及其与印度-欧亚板块碰撞汇聚的动力学耦合关系研究对于揭示青藏高原扩展生长过程具有重要地质意义。尽管前人已经开展了大量研究探索,提出各种构造-隆升模型,但青藏高原东北缘何时卷入印度-欧亚碰撞汇聚的青藏高原构造系统尚未达成共识。作为青藏高原东北缘组成部分的西秦岭北缘构造带漳县地区不仅新生代地层记录齐全,而且断裂构造发育,构造变形现象丰富,是研究青藏高原东北缘新生代构造演化及印度-欧亚碰撞汇聚远程构造响应的良好区域。通过对西秦岭北缘构造带漳县地区新生代沉积盆地地层构造格架、沉积地层序列和沉积旋回等详细野外观测研究,结合区域断裂带几何学-运动学及变形历史分析,取得如下认识:(1)西秦岭北缘漳县地区新生代沉积地层主要由为不整合分隔的两套构造性质完全不同的构造地层单元组成,即渐新世—中新世伸展断陷盆地沉积和上新世再生前陆磨拉石盆地沉积;(2)渐新世—中新世时期的地壳伸展拉张构造环境与印度-欧亚碰撞汇聚的挤压环境相悖,指示了西秦岭北缘在渐新世—中新世尚未卷入现今的印度-欧亚碰撞汇聚构造系统;(3)上新世磨拉石盆地的发育标志着西秦岭北缘构造带从伸展到挤压的构造体制转换,可能指示了印度-欧亚碰撞汇聚的挤压构造作用这时才波及西秦岭北缘;(4)上新世粗砾岩、西秦岭造山带地层和中生代沉积地层共同经历了抬升剥蚀作用,形成了西秦岭北缘广泛发育的夷平面。第四纪以来夷平面的抬升和解体、现代河流侵蚀系统和多级河流阶地的出现,指示了青藏高原东北缘整体的不均匀大规模抬升而进入现今青藏高原构造系统。     

青藏高原东北缘西秦岭新生代抬升-天水盆地碎屑颗粒磷灰石裂变径迹记录

天水盆地位于青藏高原东北缘六盘山与西秦岭二重要构造带交汇处,该盆地充填较完整晚新生代沉积序列记录着该区构造变形历史,因此对该盆地沉积记录的研究对探讨青藏高原东北缘晚新生代构造活动事件具有重要的意义。通过对天水盆地晚新生代砂岩和含砾砂岩地层中碎屑颗粒磷灰石裂变径迹热年代学研究,推断23.7Ma左右天水盆地北部沉积物源区西秦岭发生了一次与青藏高原隆升有关的构造—热事件,该事件可能导致天水盆地的形成,并开始接受新近系冲积相沉积。约14.1Ma左右天水盆地物源区再次发生构造活动,使西秦岭剥露速率加快和盆地进一步拗陷广泛接受河湖相沉积。通过对剥蚀速率的估算,得出天水盆地沉积记录的23.7Ma和14.1Ma西秦岭北部快速抬升事件的平均剥蚀速率分别达0.34mm/a和1.05mm/a。      

青藏高原东北缘牛首山-罗山断裂带新生代构造变形与演化

牛首山-罗山断裂带分隔了青藏高原东北缘和鄂尔多斯地块两大构造单元,是青藏高原东北缘最外缘的一条断裂带。通过断裂带内详细的构造变形测量,结合区域构造分析与筛分,获得新生代4期构造应力场。通过年代学的初步研究,提出牛首山-罗山断裂带新生代构造演化序列,即：始新世末-渐新世近N S向挤压逆冲变形、中新世晚期-上新世NWSE向挤压与左行走滑活动、上新世末-中更新世NNESSW向挤压与右行走滑活动、晚更新世以来近E W向挤压与伸展构造。其中强烈的构造变形起始于中新世晚期,表明青藏高原东北缘的边界扩展在中新世晚期已经到达该断裂带。研究结果表明,牛首山-罗山断裂带在不同阶段的构造演化过程与印度欧亚大陆碰撞及青藏高原隆升过程密切相关,同时记录了青藏高原东北缘向外侧扩展和鄂尔多斯地块新生代构造转换的构造过程。     

青藏高原东北缘柴达木盆地路乐河地区新生代构造变形的古地磁证据

青藏高原东北缘是高原由西南向东北方向扩展的前缘位置，其新生代构造变形对揭示青藏高原隆升、扩展的过程与动力学机制具有重要的意义。柴达木盆地是青藏高原东北缘最大的新生代沉积盆地，发育巨厚的新生代地层，这些地层所记录的古地磁极旋转信息是定量约束柴达木盆地新生代以来构造变形发生的时间、方式与幅度的载体。本文以柴达木盆地北缘新生代地层出露良好、具有精确地层年代控制的路乐河剖面为研究对象，开展了古地磁极旋转研究，统计分析路乐河剖面24. 6~5. 2 Ma之间1477个可靠古地磁样品的特征剩磁方向(ChRM)，发现柴达木盆地北缘路乐河地区在24. 6~16. 4 Ma发生小幅度(不显著)的逆时针旋转，旋转角度约为8. 4°±6. 1°；16. 4~13. 9 Ma路乐河地区发生显著的顺时针旋转，旋转角度可达36. 1°±6. 0°；13. 9~5. 2 Ma 该地区未发生明显的构造旋转；5. 2 Ma以后路乐河地区逆时针旋转了~6°。结合柴达木盆地北缘区域构造变形的分析，我们提出柴达木盆地北缘路乐河地区在16. 4~13. 9 Ma 之间发生强烈的顺时针旋转构造变形(~36°)可能代表了盆地北缘中中新世遭受强烈的地壳差异缩短变形，从而成为高原最新形成的部分。     

西秦岭北缘构造带的新生代构造活动——兼论对青藏高原东北缘形成过程的指示意义

西秦岭北缘构造带是青藏高原东北部一条重要的北西西向构造带,它由一组近于平行的断裂组成,中部发育活动的左旋走滑断裂,两侧发育向外扩展的多条逆冲断裂,剖面上呈向北偏心的花状构造。自古近纪中晚期以来西秦岭北缘构造带成为青藏高原早期的北东边界,其新生代构造活动控制了两侧的新生代盆地沉积演化和构造变形。在构造带南侧滩歌盆地自古近纪中晚期堆积了一套厚度较大的砾岩和砂岩地层,但未见新近纪地层;沿西秦岭北缘构造带中部在中新世形成具有剪切拉张性质的武山—漳县盆地,沉积了厚度超过千米的砾岩、砂岩和泥岩序列;在构造带北侧陇西盆地从古近纪中晚期至中新世晚期一直处于前陆盆地发育阶段,沉积了连续的新生代地层序列。在中新世晚期以后,整个构造带遭受挤压变形,逆冲活动强烈,中部的武山—漳县盆地和北侧的陇西盆地相继消亡,新生代地层发生强烈构造变形,位于构造带南侧的滩歌盆地也同时发生轻微缩短变形。第四纪晚期以来西秦岭北缘构造带断裂活动主要表现为左旋走滑运动方式,而逆冲断裂活动则迁移到了北东方向的海原断裂和香山—天景山断裂(又称中卫—同心断裂)等构造带之上,实现了大区域范围内的应变分配。     

青藏高原东北缘海原断裂带晚新生代构造变形

海原断裂带是青藏高原东北缘的边界断裂带,其新生代以来丰富的构造变形样式是研究高原向北东方向扩展的天然实验室。采自断裂带上盘南华山的磷灰石裂变径迹热年代学结果、横跨海原断裂带的地震反射剖面分析揭示了海原断裂带晚新生代以来经历了先逆冲、后走滑的两阶段变形过程。海原断裂第一阶段强烈的北东方向逆冲推覆变形始于(12±3)Ma,造成了断裂上盘山体的快速隆升与断裂下盘的挠曲变形,同时,破坏了高原东北缘新生代巨型沉积盆地。海原断裂这种挤压变形代表了青藏高原在约12Ma扩展至现今高原东北部,使其成为高原东北缘的最新组成部分。约5.4Ma,海原断裂第二阶段变形以不断增加的左旋走滑分量为特征,沿断裂带所产生的左旋走滑位移被其尾端的六盘山、马东山以东西向的地壳缩短调节吸收。海原断裂上新世左旋走滑运动,可能主要是青藏高原东北缘北东向挤压变形作用后期高原东北部物质沿其主要边界断裂向东有限挤出的结果。     

青藏高原东北缘共和-茶卡盆地晚新生代构造变形与地貌演化

青藏高原东北缘作为现今高原向北东方向最新扩展生长的前缘部分,包括了南部高海拔、低起伏的东昆仑高原以及北部盆山相间的祁连山高原及其邻近地区。有关该区晚新生代构造变形及地貌演化研究,有助于揭示青藏高原生长过程的动力学机制。文章选择青藏高原东北缘共和羊曲、茶卡大水桥等新近纪沉积剖面,通过总结磁性地层学、沉积学资料,综合厘定了共和-茶卡盆地及邻区约20 Ma以来的盆地消亡及地貌演化过程;在现有盆地沉积、构造热年代学以及夷平面变形等研究结果基础上,获得青海南山和共和南山及其前陆的构造缩短量分别为0.8~2.2 km和5.1~6.9 km;并以约6~10 Ma和约7~10 Ma的生成地层记录的变形时间为约束,得到晚中新世以来的缩短速率分为0.1~0.2 mm/a和0.8~1.0 mm/a,这与断裂陡坎揭示的断裂逆冲速率及现今GPS观测相符合,表明10 Ma以来构造变形速率的相对稳定性和连续性;共和-茶卡盆地及祁连山南缘广泛发育低起伏地貌面,后期被不断抬升至现今高度塑造高原地貌形态。上述认识为理解晚新生代以来青藏高原东北缘的形成过程提供了基础资料。

     

青藏高原东北缘高原盆地地壳结构与增厚机制探测研究

通过人工地震宽角折射方法对青藏高原东北缘松潘-甘孜、柴达木、陇中等高原盆地与外围鄂尔多斯、四川稳定盆地地壳结构的对比分析,探测研究高原盆地地壳结构、岩性变化及地壳隆升增厚机制。结果显示：相对于外围稳定盆地,东北缘高原盆地结晶地壳增厚10-15km,介质速度相对差值降低5%;壳内介质结构的非均匀性显示了脆性形变的上地壳、低速塑性化的下地壳和脆-塑性转化过渡性质的中地壳构造特征,下地壳的大幅增厚(约10km)和介质低速（相对降低达0.7%）塑性流变性揭示了地壳增厚改造主要发生在下地壳,东北缘地壳显示为整体性的块体运动以及块体间相互作用.以地壳缩短为主要变形增厚机制;GPS 结果显示青藏高原地壳增厚与外围构造应力场-印度板块的运动方向密切相关,高原内部各块体运动方式不同与相应块体的地壳增厚差异揭示了沿羌塘块体与巴颜喀拉块体接触边缘玛尼-玉树-鲜水河褶皱带划分了高原中西部、东北缘以及东南侧等不同构造环境和增厚机制。     

青藏高原东北缘活动构造与共和盆地高温热异常形成机制

构造作用是影响地球深部内热向地表传输和热能再分配过程的关键因素之一。青藏高原东北缘共和盆地发现高温地热资源,其热源成因机制一直是研究焦点。为理解构造作用对地热资源分布的控制过程,本文选取共和盆地高温地热异常区,分析边界断裂构造性质、活动期次、演化历程,结合钻井、大地电磁和背景噪声成像地球物理异常特征,提出新生代构造演化和地热异常形成的耦合关系。认为:1)青藏高原东北缘共和盆地及周缘变形区形成于昆仑断裂和海源断裂大型活动左旋走滑作用的滑动消减带;2)共和盆地新生代以来经历中新世(12–6 Ma)旋转泛湖盆凹陷、上新世—第四纪(6–3 Ma)盆内张扭变形两期主要演化阶段;3)共和盆地上地壳发育的与高温相关的地球物理低速-高导异常层(Vs<3.2km/s,R<10Ω·m)是主导热源;4)上新世持续左旋走滑变形导致的岩石圈隆起变形是深部热能向浅层传输的主要动力学机制,浅部热能聚集成热过程至少延续到了3Ma;5)预测青藏高原东北缘与共和盆地具有类似构造演化性质的次生盆地具有高温地热资源发育的条件。     

青藏高原东北缘现今构造变动与地震活动特征

笔者利用青藏高原东北缘20世纪70年代以来的精密水准网和跨断层流动形变网监测资料和近10a来高精度GPS观测结果,结合地质构造和地震活动,研究和探讨了该区现今构造变动和强震活动的一些特征和初步机理。结果表明：①研究区现今构造变动具有空间分布的不均一性和随时间演化的非平稳性,其总体趋势呈现为新构造时期以来的继承性;②构造变动过程中的快速隆升异常区和与之相伴生的高梯度变形带、以及显著地断层活动异常,是较强地震孕育的标志,地震往往发生在具有较高应变积累的区域附近;③印度板块对青藏高原的强烈挤压是该区构造变动与地震活动的主动力环境;构造变动和地震与块体活动及区域构造应力场变化密切相关。     

藏南古近纪前陆盆地演化过程及其沉积响应

藏南地区从三叠纪至古近纪经历了从洋盆(喜马拉雅特提斯)的形成、扩张、衰减、关闭,直至转换成前陆盆地的过程。被动大陆边缘阶段(T-K),在印度陆块北缘形成了从碎屑岩陆架到碳酸盐台地的沉积序列。从古近纪初开始,西藏特提斯关闭,形成周缘前陆盆地体系(由褶冲带、前渊带、前隆带和隆后盆地等单元构成)。随着褶冲带的上叠式逆冲,形成前渊盆地。当前陆推覆体进一步向印度克拉通推进时,前陆隆起亦随之逐渐向克拉通方向迁移。该带表现出一个海平面相对上升的过程,形成碳酸盐缓坡。随着前陆推覆体进一步逆冲,前陆隆起继续隆升并最终露出水面,导致其后的隆后盆地转变为半局限环境。始新世晚期,前陆盆地回返,海水从东向西逐渐退出西藏地区。生物相和沉积相是盆地沉积环境演化的物质表现,在藏南古近纪沉积中可识别出13种生物相和14类沉积相。藏南古近系的超层序,是在印度板块与亚洲板块碰撞背景下形成的,其沉积环境是一个构造活动极为强烈的前陆盆地。前陆盆地在剖面上具明显的不对称性,靠近褶皱山系一侧为陡坡地形,靠近地台一侧为缓坡。每个大型的三级层序都是非对称的,以发育具有独特的岩性和古生物特征的低水位体系域、海进体系域和高水位体系域为标志。藏南前陆盆地的演化符合通行.     

西藏羌塘盆地依仓玛地区中上侏罗统碳酸盐岩特征及其环境意义

在野外详细测量剖面基础上,对碳酸盐岩宏观特征、矿物和碎屑组分、结构、碳氧稳定同位素、生物古生态等特征进行系统研究。研究显示碳酸盐岩主要为泥晶灰岩、颗粒泥晶灰岩和泥晶颗粒灰岩等岩类,δ13C和δ18O值呈现低→高→低→高→低(雀莫错组→布曲组→夏里组→索瓦组→雪山组)的规律性变化。雀莫错组和雪山组以河控三角洲相沉积为主,布曲组为碳酸盐缓坡相沉积为主,夏里组主要为潮坪-三角洲相沉积,索瓦组主要为潮坪-泻湖相沉积,中晚侏罗世羌塘盆地古水深在下降的总趋势中呈现浅→深→浅→深→浅的升降旋回,盆地沉积中心由东向西迁移,区域构造演化和全球海平面变化共同控制了沉积面貌。     

西藏阿里札达盆地的“翘板式”形成机制

西藏阿里札达地区基本构造格架是由-系列褶皱、断裂、岩浆岩带和动力变质带组成的一套北西向构造系统，起源于晚侏罗世以来印度-欧亚板块俯冲-碰撞和陆内会聚作用。按照板块运动时间顺序，可区分出早、晚两阶段构造组合。早阶段构造组合与板块俯冲-碰撞有关，形成缝合带-陆缘弧系统；晚阶段构造组合与陆内会聚有关，形成基底断块系统。札达盆地与高喜马拉雅断块隆起存在盆-山耦合关系，藏南谷地基底断块的翘板式运动是形成盆地的主要控制因素。     

藏北羌塘盆地早侏罗世-中侏罗世早期沉积构造特征

侏罗纪早期是研究羌塘盆地形成过程、判别盆地性质的重要时期.通过开展早侏罗世-中侏罗世早期的沉积相、古流向、沉积厚度统计等分析,恢复了该时期羌塘盆地的古地理面貌,提出了侏罗纪早期羌塘盆地并非前陆盆地,而是伸展构造背景下形成的裂陷型盆地.该时期盆地以中央隆起带为界,南部为陆缘开阔海盆地,形成滨岸-浅海陆棚相碎屑岩沉积;北部为陆缘近海湖盆,成盆初期(托尔期)发生强烈的裂陷活动,形成一套火山碎屑岩沉积体系,可识别出三个北西向分布的裂陷槽,巴柔期快速下沉,沉积一套厚达2 000 m以上的冲积扇-湖泊三角洲-湖盆相碎屑岩夹少量灰岩和石膏沉积,沉降中心位于湖盆南部,表现出明显的继承性,随后逐步向北东迁移,海水自中央隆起带中段频繁向湖盆浸漫.巴通期中央隆起带进一步下沉,南、北羌塘连成一个统一的拗陷盆地,从此沉积作用进入稳定发展阶段,形成稳定的碳酸盐岩台地沉积体系.     

库车盆地古近纪和新近纪构造环境与蒸发岩沉积

库车盆地分布有沉积广厚、层数众多的古近纪和新近纪石盐岩,是我国最有找钾希望的内陆成盐盆地之一。盆地自形成以来一直处于稳定的沉降状态,在古近纪和新近纪成盐期,盆地经历了强-弱-强3个构造演化阶段,其沉降中心由北而南逐渐迁移,沉积中心由北西逐渐向东、南东方向迁移,盆地内的构造分异渐趋明显,形成了一系列次级凹陷。古近纪和新近纪成盐卤水的迁移和聚集、成盐作用的强弱以及整个含盐系的沉积发育明显受到上述构造活动的控制:含盐系的厚度随时间由北西向东、向南逐渐增厚,且厚度分布逐渐趋于复杂化;石盐岩的沉积规模和范围也逐渐向东扩大;古近纪早期和新近纪强烈的构造活动对于成盐作用而言是一种干扰因素,而古近纪中、晚期相对较弱、导致盆地缓慢持续沉降的构造活动对成盐,尤其对成钾作用则极为有利。从盆地的构造分异结果及其控制的含盐系和其中石盐岩的发育特征来看,古近纪和新近纪库车盆地已具备钾盐蒸发岩形成的构造条件。     

西秦岭熊山沟岩体地球化学及构造环境分析

在区域地质调查及综合研究的基础上,对位于西秦岭天水东南部地区的原百花岩体进行了详细的岩石学、岩石地球化学、岩体接触关系、同位素年龄研究,从中解体出熊山沟岩体,并初步了解了该岩体的岩浆活动规律。熊山沟岩体早期岩石类型为斜长花岗岩,岩石化学成分K2O含量较低,K2O∕Na2O比值为0.33～0.42;晚期岩石类型为二长花岗岩,岩石相对富集K2O,K2O∕Na2O比值为1.01～1.43,岩石属拉斑-钙碱性系列;微量元素富集Th、Hf、Nb、Zr等元素;稀土元素以富集轻稀土,无铕负异常或铕负异常不明显为主要特征;氧同位素值较低（δ^18O为＋3.32‰）,岩石具Ⅰ型花岗岩的特征,岩浆来源于下地壳物质,形成于大陆弧构造环境。     

西秦岭北部蛇绿混杂岩带成矿作用与区域构造演化的关系

文章依据西秦岭北部区域构造演化过程、蛇绿混杂岩带成矿作用及其主要矿床类型特征，认为西秦岭北部矿床的形成表现出多种成矿作用的复合、叠加和改造特征，不同类型矿床的形成均受到地质作用类型、物质来源和构造环境的严格控制。客观地总结了西秦岭北部蛇绿混杂岩带的成矿规律：不同矿种、不同类型和不同时期的矿床集中分布，空间相伴，大致可分为关子铁、硫矿集区，李子园金铜、银铅矿集区和太阳寺金、金银铅矿集区。早古生代在商丹洋壳俯冲作用下，主要形成海相火山-沉积铁、硫矿床；加里东期俯冲-碰撞造山作用下，主要形成热液充填-交代型银铅矿床、变质岩改造型矿床；印支期在构造-岩浆作用下，主要形成石英脉型金（铜）矿床、斑岩型钼（铜、铋）矿床、构造蚀变岩型金矿床。海相火山-沉积作用、区域变质作用、岩浆及其岩浆热液作用对成矿有较大影响，主要成矿作用与区域构造演化过程中的主要地质事件在时间和空间上相对应。     

西藏扎雪地区始新世钾玄岩特征及其构造环境

西藏扎雪地区钾玄岩包括浅成侵入的石英二长斑岩和帕那组的火山岩, 分布于冈底斯岩浆弧带中段。石英二长斑岩侵入于前奥陶纪松多岩群和石炭-二叠系来姑组中, 并被帕那组火山岩呈火山沉积不整合覆盖。钾玄岩中的石英二长斑岩K-Ar年龄为54.42 Ma, 帕那组火山岩中的粗安岩K-Ar年龄为41.46～45.14 Ma, 时代为始新世。岩石学和岩石化学特征显示典型的钾玄岩特征。在稀土配分曲线上, 显示轻稀土富集, 重稀土亏损, 存在弱至中等的负铕异常。微量元素在原始地幔标准化图解上, 出现Rb、Th、Hf明显的峰和Ba、Sr明显的谷, 类似于“岛弧”环境的岩石特征; 而大离子亲石元素Ba、K和高场强元素Hf、Zr的相对富集则反映了板内钾玄岩的特点。扎雪地区钾玄岩具有岛弧和板内火成岩的双重地球化学特点, 与青藏高原上广泛发育的后碰撞火成岩极其相似。微量元素和稀土元素特征显示该套钾玄岩形成于陆壳加厚、部分熔融环境, 是印度板块和欧亚板块后碰撞阶段的产物。