穿越冈底斯地体的宽频地震探测研究

青藏高原是大约60 Ma以来印度次大陆与欧亚大陆直接碰撞形成的,是研究大陆碰撞过程和发展板块构造理论的最佳场所。冈底斯构造带位于印度次大陆与欧亚大陆碰撞的前沿地带,对冈底斯构造带的探测结果将直接影响到对大陆碰撞过程和整个青藏高原地壳变形过程的认识。2011年9月至2012年9月一条穿越冈底斯(GDS)地体的地震深部探测剖面始于班公怒江断裂带北缘,向南穿越了崩错—嘉黎断裂带、冈底斯地体、雅鲁藏布缝合线并跨过藏南拆离断层系(STD),终止于喜马拉雅山南坡。本文作者利用天然地震体波完成了该条剖面的二维走时残差反演,展现出了该地段深部构造格局。首先验证了冈底斯地体浅部存在大面积部分熔融层的研究结论;支持甲玛大型斑岩铜矿为大陆碰撞挤压条件下岩浆上侵的成矿模式;PKP曲线描绘出了本次研究区间内Moho界面的形态,确定地壳最厚处在雅江缝合线南北两侧约50 km区间。这些推论和发现为青藏高原深部的结构研究提供了重要信息。     

从青藏高原探讨挤压板块的热历史

青藏高原位于欧亚与印度板块之间的会聚板块边界。两个大陆碰撞以后使地壳发生增厚,从而改变了地表下放射能的分布状态。而这种能量的再分配又使板块的存在状态发生改变。因此,它明显不同于正常的大陆板块和海洋板块。青藏高原具有厚地壳(63—74公里)、薄板块(Lg波明显减弱)和高热流等特征。而正常大陆板块具有中等地壳厚     

大陆动力学研究提出新认识青藏高原隆升: 印度/亚洲板块五阶段碰撞推进

在2010年9月召开的中法青藏高原动力学国际研讨会上,中国地质科学院地质研究所研究员、中国科学院院士许志琴等展示了青藏高原大陆动力学研究最新成果:印度/亚洲板块碰撞大地构造格架及碰撞五阶段论,引起国内外青藏科学家的关注和反响。     

青藏高原的地幔动力学研究

青藏高原的形成是印度板块与欧亚大陆碰撞、挤压的结果，但简单的碰撞模型及南西—北东向的挤压无法解释高原现今所有的构造。因此，其他地球动力学因素，尤其是地幔动力学过程逐渐引起人们的关注。简要回顾青藏高原隆升的地幔动力学机制研究历史；较详细地介绍了青藏高原下深部结构的地幔动力学含义；并重点评述在青藏高原隆升的地幔动力学机制研究领域所取得的主要结果。说明在全球构造格局中，青藏高原不仅仅是印度和欧亚大陆会聚、碰撞以及大陆形变的结果，它也是青藏高原大陆岩石层和下伏地幔物质运动的相互耦合、相互作用的产物。     

印度板块和亚洲大陆在何时何地碰撞

印度板块和亚洲大陆的初始碰撞时间是所有相关的喜马拉雅-西藏造山体系演化模式的主控条件,并严重影响到对众多与青藏高原隆升和东亚大陆挤出相关的地质过程速率的解释,以及对新生代全球气候变化的理解。尽管印度板块和亚洲大陆汇聚的速率在55Ma突然减缓被广泛地认为是初始碰撞的标志,但这次碰撞所造成的主要构造效应直到20多个百万年以后才显现出来。对印度板块和亚洲大陆相对位置的重新估算,表明它们在55Ma时并没有达到可以彼此发生碰撞的距离。基于来自西藏新的野外证据和对已有数据的重新评估,认为初始碰撞发生在始新世—渐新世之交（约34Ma）,并对55Ma时发生的地质事件提出了另一种解释     

印度大陆和欧亚大陆的碰撞时代

确定印度大陆和欧亚大陆的碰撞时代是青藏高原地质研究中非常重要的构造问题,目前要准确界定两大陆的碰撞时代还存在不少困难。从碰撞定义出发,将发生于印度大陆与欧亚大陆之间的弧—陆、陆—陆碰撞行为划分为初始碰撞、主碰撞和后碰撞3个阶段,每一阶段都具有一个作用过程,可以持续很长一段时间。在综合分析最近古地磁、地层学、古生物学以及岩石学资料后,对两大陆的初始碰撞时限进行了讨论,指出印度和欧亚大陆之间的初始碰撞可能开始于白垩纪晚期,大约在70～65 Ma BP;然后主要从与碰撞事件有关的岩石学和构造变形响应事件出发,初步分析了两大陆的主碰撞和后碰撞时限,提出主碰撞期出现在55～50 Ma BP前后,印度大陆和欧亚大陆之间的陆—陆碰撞行为结束于45～35 Ma BP,随后两大陆转为强烈的陆内汇聚时期。     

青藏高原层状地貌特征及其成因初探

青藏高原是全球海拔最高、形成时代最新和面积最广阔的高原,作为青藏高原典型的地貌特征,层状地貌成因研究对高原隆升、环境气候演化过程的认识具有非常重要的作用,通过野外调查和已有观测数据分析,对层状地貌形成进行探讨,重点从高原现今地貌特征分析的角度,提出主平面和山顶面形成于高原隆升过程中。青藏高原是在印度大陆与欧亚大陆俯冲-碰撞的强烈挤压环境下,内外动力地质作用共同作用的结果,其内动力地质作用具有差异性整体隆升的特征。希望能对青藏高原隆升过程的深入研究提供新的思路和依据。     

中国东部中生代岩石圈演化与太平洋板块俯冲消减关系的讨论

国内外不少学者认为中国东部中生代岩石圈演化与太平洋板块向欧亚大陆俯冲、消减有关,近年来作者从岩石圈-软流层深部地质过程审视中国东部岩石圈演化问题发现,中国东部中生代早期(三叠纪至侏罗纪)岩石圈演化与太平洋板块向欧亚大陆俯冲消减没有直接的关系,它们可能是一种源自中国东部周边东亚洋盆系的一些洋盆向中国东部大陆俯冲消减碰撞造山以及由它们引发的中国东部大陆内的软流层上涌的深部地质作用联合作用的结果。软流层上涌作用自始至终控制着中国东部大陆岩石圈与软流层之间以及壳幔之间的层圈拆离,底侵作用以及岩石圈变形缩短、伸展和岩浆活动。     

深地震反射剖面揭露青藏高原陆-陆碰撞与地壳生长的深部过程

印度板块与亚洲板块的碰撞使喜马拉雅-青藏高原隆升,地壳增厚和生长扩展。探测青藏高原深部结构,揭露两个大陆如何碰撞,碰撞如何使大陆变形的过程,是全球关切的科学奥秘。深地震反射剖面探测是打开这个科学奥秘的最有效途径之一。20多年来,运用这项高技术探测到青藏高原巨厚地壳的精细结构,攻克了难以得到下地壳和Moho清晰结构的技术瓶颈,揭露了陆陆碰撞过程。本文在探测研究成果基础上,从青藏高原南北-东西对比,再到高原腹地,系统地综述了青藏高原之下印度板块与亚洲板块碰撞-俯冲的深部行为。印度地壳在高原南缘俯冲在喜马拉雅造山带之下,亚洲板块的阿拉善地块岩石圈在北缘向祁连山下俯冲,祁连山地壳向外扩展,塔里木地块与高原西缘的西昆仑发生面对面的碰撞,在高原东缘发现龙日坝断裂而不是龙门山断裂是扬子板块的西缘边界,高原腹地Moho 薄而平坦,岩石圈伸展垮塌。多条深反射剖面揭露了在雅鲁藏布江缝合带下印度板块与亚洲板块碰撞的行为,印度地壳不仅沿雅鲁藏布江缝合带存在由西向东的俯冲角度变化,而且其向北行进到拉萨地体内部的位置也不同。在缝合带中部,显示印度地壳上地壳与下地壳拆离,上地壳向北仰冲,下地壳向北俯冲,并在俯冲过程发生物质的回返与构造叠置,使印度地壳减薄,喜马拉雅地壳加厚。俯冲印度地壳前缘与亚洲地壳碰撞后沉入地幔,处于亚洲板块前缘的冈底斯岩基与特提斯喜马拉雅近于直立碰撞,冈底斯下地壳呈部分熔融状态,近乎透明的弱反射和局部出现的亮点反射,以及近于平的Moho都反映出亚洲板块南缘的伸展构造环境。     

青藏高原壳幔结构构造的基本特征

青藏高原是新生代以来由于印度板块与欧亚板块碰撞而迅速隆起,平均海拔超过4000 m的高原,是研究碰撞过程和形成演化的理想窗口。有关青藏高原的碰撞过程及印度板块岩石圈北缘界线,至今仍然存在较大争议,这可能主要是由于不同研究方法获得认识的差异性和局限性所导致。基于此,本文利用前人深部结构资料,讨论了高原岩石圈的壳幔构造及物质组成等,并从新的地质视角讨论了班怒带的大地构造属性。通过梳理前人的深部结构资料,认为青藏高原的壳幔岩石圈结构较为复杂,如高原内部岩石圈厚度显著大于周缘地区,中下地壳及上地幔广泛分布着低速高导层,这些特殊的地质地球物理结构是印亚板块碰撞的结果。此外,本文进一步对比分析了班怒带的地质与地球物理结构,揭示该构造带两侧存在显著的差异,认为其是印度岩石圈的北缘,这对于认识青藏高原的形成演化具有重要的意义。     

印度陆块新生代两次仰冲事件及其构造驱动机制:论印度洋、特提斯和欧亚板块相互作用

印度陆块与欧亚大陆的碰撞是印度洋扩张和特提斯洋闭合综合作用的结果。本文通过综合分析和研究提出这3个板块的相互作用致使印度陆块发生过2次向北的仰冲:早期(古新世末-始新世初,~57Ma)仰冲受其超高速运动(140mm/yr)的驱动,与特提斯之间产生的速度差致使两者间的边界发生破裂,密度小的印度陆块沿印度洋东经90°海岭和马尔代夫岛链向北仰冲到特提斯洋壳之上,两者的叠加导致印度陆块北缘——特提斯喜马拉雅地壳增厚(~70km)并且沉积了一套造山磨拉石——柳曲砾岩;晚期(渐新世-中新世之交,~25Ma)仰冲发生在碰撞后,由于高喜马拉雅结晶岩系沿主中央冲断带和藏南拆离断裂发生的垂向挤出,位于上盘的特提斯喜马拉雅沉积盖层同时发生重力垮塌,沿大喜马拉雅反冲断裂仰冲到冈底斯岩浆岩带之上并且造成后者的隆升和前陆下陷,其北缘充填了一套造山磨拉石沉积——大竹卡砾岩。这两次构造事件均受印度陆块的快速运动驱动。此外,在印度陆块超高速运动的挤压下,特提斯洋可能在早白垩世之后就停止了扩张,而老的洋壳不是俯冲消减了就是被仰冲的印度陆块掩盖了,这解释了为什么雅鲁藏布江缝合带只存早白垩世蛇绿岩。印度洋内东经90°海岭和马尔代夫岛链构成印度陆块的南东和南西边界,前者呈右行走滑,后者呈左行走滑,两者勾画出印度陆块向北漂移的轨迹。     

The Yadong-Golmud Geoscience Transect in the Qinghai-Tibet Plateau1

Abstract On the basis of abundant geological and geophysical data, 6 terranes have been distinguished on the Qinghai-Tibet Plateau. The plateau is a single integrated lithospheric unit although it is divided into blocks. With Amdo as a boundary, the crust may be divided into two parts with different crustal structures. The struc-ture in the southern part is complex, while that in the northern part is simple, The current study has revealed that 8 factors such as slab subduction, overthrust and superimposition are responsible for crustal shortening and thickening in the region. The uplift of this region is possibly due to northward compression of the Indian plate and southward compression of the Eurasian plate with the former predominating. The compression led to the asthenospheric movements which were also influenced by thermal activity caused by doming at the boundary between the core and mantle.     

拉萨地块中段查孜地区典中组火山岩锆石U-Pb年龄及地质意义

林子宗群火山岩是在青藏高原南部广泛发育的新生代火山岩,形成于新特斯洋闭合向印度-亚洲大陆碰撞过渡的背景下,其底部典中组火山岩的年龄对限定印度-亚洲大陆的碰撞时限具有重要意义.然而林子宗群火山岩的研究主要集中在拉萨地块东部林周盆地及其附近,其中部和西部的火山岩研究较少,系统的年代学研究则更少.对拉萨地块中段查孜地区的一条林子宗群典中组火山岩剖面进行了系统的锆石U-Pb年代学研究,获得了火山岩锆石U-Pb年龄分别为70.7±1.4 Ma、69.9±1.5 Ma、68.3±1.2 Ma.结合前人资料,对拉萨地块林子宗群火山岩年代学进行了区域对比,结果显示其底部火山岩的年龄沿东西走向存在一定的差别,中段年龄略早于东段和西段,表明印度-亚洲大陆碰撞中段略早于东部和西部.      

依据恐龙化石恢复印度板块的运行轨迹

越来越多的事实表明,印度板块曾经连续两次撞击了欧亚板块。第一次发生在近200Ma前,通过印度板块将冈 瓦纳大陆上的恐龙动物群带到了亚洲,使中国首次出现了早侏罗世恐龙。确切地说,中国恐龙起源于印度板块的第一 次撞击。侏罗纪之后,印度板块又被引发起顺时针转动,在其东部出现了与泰国之间的断裂,并最终孕育着孟加拉湾 的形成,为第二次撞击拉开了序幕。55Ma前印度板块再次撞向欧亚板块的西藏地区,造就了喜马拉雅山。     

Seismological Evidences for the Multiple Incomplete Crustal Subductions in Himalaya and Southern Tibet

SEISMOLOGICAL EVIDENCES FOR THE MULTIPLE INCOMPLETE CRUSTAL SUBDUCTIONS IN HIMALAYA AND SOUTHERN TIBET     

大南海地区新生代板块构造活动

在新生代澳大利亚板块和欧亚板块之间的大洋中，存在一些地块(微板块)；同时，澳大利亚板块北部边缘的一些地块先后和澳大利亚板块分离，向北运动，与一些和欧亚板块分离出来的地块先后发生碰撞缝合。在此期间，由于地块分离而发生海底扩张，产生许多小洋盆，如南海、苏录海、苏拉威西海、安达曼海等，最后形成了东南亚地区今日的构造景观。笔者从大南海地区新生代的构造演化史之框架来研究南海地区新生代的构造演化历史，认为南海地区新生代的构造活动既与印度板块和欧亚板块的碰撞有关，也与太平洋板块向欧亚板块的俯冲活动有联系；同时，还受到澳大利亚板块向北运动之影响。南海地区在新生代发生过两次海底扩张，第一次海底扩张发生在42～35Ma前．是受印度板块和欧亚板块碰撞而引起欧亚大陆之下向东南方向之地幔流的影响而发生的，其海底扩张方向为NWSE，产生了南海西南海盆；第二次海底扩张发生于32～17Ma前。由于太平洋板块向欧亚板块俯冲，俯冲的大洋岩石圈已达700km深处，阻挡了欧亚大陆的上地幔向东南方向之流动，从而转向南流动。引起南海地区南北向海底扩张，即新生代第二次海底扩张，产生了南海中央海盆。南海新生代洋盆诞生之后，由于大南海地区继续有地块碰撞和边缘海海底扩张，对南海南部地区产生挤压，从而使这里的沉积发生变形，这就引起万安运动(南海南部)。     

Miocene post-collisional shoshonites and their crustal xenoliths,Yarlung Zangbo Suture Zone southern Tibet: Geodynamic implications

The convergence between the Indian plate and the southern margin of the Eurasian continent created an active continental margin from Late Jurassic until about 40 Ma ago, which then evolved to form the Himalaya and the Tibetan Plateau during the continental collision stage. Post-collisional magmatism in southern Tibet, north of the Yarlung Zangbo Suture Zone (YZSZ) has been active since 45 Ma and is related to normal faulting and extensional tectonism. To date no such magmatism was reported within the YZSZ itself. This paper reports on the discovery of Miocene shoshonites within the YZSZ. They are significant because the magma traveled, at least in part, through oceanic crust, thus limiting interaction with the continental crust to the mid-crustal level and which affected the post-collisional magmatic rocks occurring in the northern part of the subduction system. In addition, xenoliths and xenocrysts of crustal origin in these rocks constrain the nature of metamorphic rocks underlying the YZSZ at mid-crustal level. The geochemical signatures of the shoshonitic rocks, including Nd and Sr isotope systematics, indicate derivation from a garnet-bearing middle continental crustal source. Crustal imprint complicates modeling of the petrogenetic processes which occurred prior to mid-crustal ponding of the magma which took place between 11 and 17 Ma at depths of 40 to 50 km. The significant role of crustal contamination raises serious concerns about models proposed for similar magmatic activity elsewhere in the Himalaya and the Tibetan Plateau.     

中—新生代有孔虫古地理对西藏特提斯演变的动态响应

有孔虫化石资料是地质历史的真实记录,对不同地质时期古地理格局和生态环境的变迁具有动态响应。西藏特提斯构造带的演化、板块相对地理位置变迁等诸多问题一直是地学界关注的热点。研究西藏特提斯沉积盆地内有孔虫动物群的古生态特征和古地理分布,能够识别生物地理区系,进而恢复不同时期的大地构造演化格局。西藏地区中、新生代古生物地理区系的分化是西藏特提斯地质演变的具体反映。西藏南部早侏罗世产底栖大有孔虫Orbitopsella喜暖动物群,晚侏罗世出现双壳类Buchia喜冷动物群。由此推测,侏罗纪新特提斯洋扩张尤其是中大西洋的开张,将位于印度大陆北缘的特提斯喜马拉雅带,从早侏罗世较低纬度的温暖位置向南推移至较高纬度的低温地区。白垩纪中期Orbitolina有孔虫类群繁盛于特提斯北侧亚洲大陆的拉萨地块和羌塘盆地,但没有出现在印度大陆。这说明当时印度大陆已脱离冈瓦纳大陆向北漂移,受四周深水环境的阻隔,Orbitolina动物群未能向印度大陆扩散。此时深水环境中生活着浮游有孔虫Ticinella-Rotalipora动物群。Turonian晚期开始形成海退,拉萨地块的海洋环境基本消失。Coniacian-Campanian早期印度大陆北缘浮游有孔虫继续占优势,繁盛Marginotruncana-Globotruncana动物群。直至白垩纪末,印度和欧亚大陆之间的深海阻隔仍然存在,雅鲁藏布江缝合带两侧动物群一直存在根本性差异。印度大陆北缘发育着Orbitoides-Omphaloceclus 动物群,冈底斯南缘则以Lepidorbitoides-Pseudorbitoides动物群为特征。古新世Danian期生态环境发生变化,显示大印度与亚洲大陆发生初始碰撞(66~61 Ma)。Selandian期之后,缝合带两侧才出现相同的Miscellanea-Daviesina有孔虫类群,生物区系的分异基本结束。始新世早期缝合带两侧为完全相同的生物区系,共同发育底栖大有孔虫Nummulites-Discocyclina动物群。有孔虫古地理证据表明,大印度与欧亚大陆的初始碰撞在古新世早期发生,时间大致在Danian期,沿雅鲁藏布缝合带的深海演变为残留海环境。小个体货币虫Nummulites willcoxi和浮游有孔虫Globigerina ouachitaensis的存在,代表特提斯喜马拉雅最高海相沉积,时代属于始新世Priabonian晚期(35~34 Ma)。随后,特提斯喜马拉雅海封闭,海水完全退出西藏境内。     

深地震反射剖面揭露青藏高原陆-陆碰撞与地壳生长的深部过程

印度板块与亚洲板块的碰撞使喜马拉雅-青藏高原隆升,地壳增厚并生长扩展。探测青藏高原深部结构,揭露两个大陆如何碰撞以及碰撞如何使大陆变形的过程,是对全球关切的科学奥秘的探索。深地震反射剖面探测是打开这个科学奥秘的最有效途径之一。二十多年来,运用这项高技术探测到青藏高原巨厚地壳的精细结构,攻克了难以得到下地壳和Moho面信息的技术瓶颈,揭露了陆-陆碰撞过程。本文在探测研究成果的基础上,从青藏高原南北-东西对比,再到高原腹地,系统地综述了青藏高原之下印度板块与亚洲板块碰撞-俯冲的深部行为。印度地壳在高原南缘俯冲在喜马拉雅造山带之下,亚洲板块的阿拉善地块岩石圈在北缘向祁连山下俯冲,祁连山地壳向外扩展,塔里木地块与高原西缘的西昆仑发生面对面的碰撞,在高原东缘发现龙日坝断裂(而不是龙门山断裂)是扬子板块的西缘边界,高原腹地Moho面厚度薄而平坦,岩石圈伸展垮塌。多条深反射剖面揭露了在雅鲁藏布江缝合带下印度板块与亚洲板块碰撞的行为,不仅沿雅鲁藏布江缝合带走向印度地壳俯冲行为存在东西变化,而且印度地壳向北行进到拉萨地体内部的位置也不同。在缝合带中部,研究显示印度地壳上地壳与下地壳拆离,上地壳向北仰冲,下地壳向北俯冲,并在俯冲过程中发生物质的回返与构造叠置,这导致印度地壳减薄,喜马拉雅地壳加厚。俯冲印度地壳前缘与亚洲地壳碰撞后沉入地幔,处于亚洲板块前缘的冈底斯岩基与特提斯喜马拉雅近于直立碰撞,冈底斯下地壳呈部分熔融状态,近乎透明的弱反射和局部出现的亮点反射以及近于平的Moho面都反映出亚洲板块南缘处于伸展构造环境。