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构造带晚第四纪构造隆升作用的河流地貌响应

基于ASTER GDEM数据,提取了青藏高原东缘龙门山地区12条基岩河道纵剖面,通过河流纵剖面形态的数学函数拟合、坡度-面积双对数函数关系以及基岩水力侵蚀模型的分析,探讨了龙门山北、中、南段不同河流水系地貌对其晚第四纪构造隆升运动的响应过程。研究表明：1）龙门山地区的河流纵剖面拟合形态中段多为对数型、指数型,南段多为指数型、直线型,北段均为对数型,表明了龙门山中段和南段的河流受构造运动的控制作用强烈,隆升较快,而北段隆升相对较慢。2）河流水力侵蚀模型中段多呈直线型和上凸型,南段均为上凸型,北段则呈直线型,表明了龙门山地区的河流水系地貌具有由SW向NE逐渐从前均衡状态向均衡状态转换的特征,指示了其构造隆升速率也由SW向NE逐渐递减。3）河流地貌的参数值表明了龙门山北段的河流地貌处于均衡状态,而龙门山中、南段的河流地貌则受构造隆升运动的影响较强;反映了青藏高原东缘向东扩展的时空格局。

     

循化-贵德地区黄河水系河流纵剖面形态特征及其构造意义

青藏高原东北缘循化-贵德地区晚新生代构造活动强烈,同时晚新生代黄河的发育和演化也提供了研究高原构造隆升扩展以及黄河侵蚀下切过程的理想场所。黄河水系通过调整河流纵剖面的形态在垂向上响应不同的构造隆升以及河床岩性的变化。利用数字高程模型数据,提取黄河水系河流纵剖面形态,利用基岩河道河流水力侵蚀模型（stream-power incision model）为依托,尝试揭示晚新生代以来强烈构造活动在黄河水系河流纵剖面形态特征上的表现。分析发现,在循化-贵德地区岩性分布均匀的新生代盆地内部,黄河水系纵剖面在河流水力侵蚀模型坡度-面积双对数图解中大部分表现为上凸特征,即基岩河道的河床随时间的变化为正值,指示了基岩的隆升速率大于河流的下切侵蚀速率。在河流流经盆地内部不同岩性地区,特别是前新生界地层区,河流纵剖面也表现为一定的上凸特征,表明了新生界与前新生界地层岩性差异对河流纵剖面的控制作用。综合来看,青藏高原东北缘循化-贵德地区黄河水系河流纵剖面形态特征是晚新生代强烈构造活动和岩性差异共同控制的结果,揭示了循化-贵德地区造山系统地形发育仍然处于前均衡或接近均衡状态,同时也从侧面表明青藏高原东北缘地区是整个高原隆升扩展的最新和最前缘部位的时空格局特征。     

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。     

青藏高原东缘新构造及其对汶川地震的控制作用

基于卫星遥感图像解译、地形起伏度分析和地面调查资料,论述了青藏高原东缘构造地貌格局、新构造演化阶段和活动断裂特征,提出青藏高原东缘不同地块在晚新生代时期有序的向东挤出过程,并划分为4个阶段：中新世早期川滇地块向北东挤出、中新世晚期川滇地块的再次强烈向东挤出、上新世至早中更新世时期川青地块的向东挤出、晚更新世以来最新构造变动阶段,青藏高原东缘地貌边界带也经历了由西向东、由南向北的有规律的迁移过程。基于活动构造的最新研究成果和现今GPS测量成果,阐述了东昆仑岷山龙门山走滑逆冲断裂系统的运动学特征。根据地震破裂构造的实地调查,分析了汶川地震的地表破裂行为,提出了汶川地震的发震构造模型。研究认为,青藏高原东部地区NW向楔状条块向东运动速度的一半被鲜水河断裂及其北西延伸的构造带所吸收,而龙门山构造带向东运动受阻于四川盆地之下扬子刚性地块,使得龙门山断裂带处在低应变、高应力环境下,因长期应力应变累积而导致向西陡倾的断裂带突然向东逆冲运动而释放能量。汶川强震发生的深部机理值得深入研究。     

青藏高原东缘龙门-锦屏造山带的崛起——大型拆离断层和挤出机制

龙门-锦屏山的东缘发育一系列逆冲断裂和飞来峰构造,逆冲作用使山体向东叠置在四川盆地之上。新的野外调查、显微构造分析和糜棱岩石英组构的EBSD测量表明,在龙门-锦屏山的前震旦纪变质杂岩体西缘(即青藏高原东缘)发育一条近NS向的大型韧性拆离断裂,被20Ma以来形成的NW—SE向鲜水河韧性走滑剪切带[1]左行错位80km。青藏高原东缘韧性拆离断裂中黑云母40Ar-39Ar测年获得112～120Ma的年龄,表明龙门-锦屏山的崛起可能与白垩纪开始的垂向挤出机制密切关联。结合四川前陆盆地的沉积及演化特征,认为晚三叠世时期羌塘/东昆仑/扬子陆块的碰撞形成松潘-甘孜造山带,晚三叠世—侏罗纪在其东南缘形成四川前陆盆地沉积;早白垩世龙门-锦屏山开始抬升,晚白垩世快速崛起,在四川前陆盆地沉积之上叠置白垩纪—第四纪再生前陆盆地的沉积。龙门-锦屏山的崛起与白垩纪以来扬子板块岩石圈对于松潘-甘孜地体的陆内俯冲作用有关,使位于中下地壳的变质基底岩石在挤出机制下隆起。     

基于ALOS-PALSAR卫星数据对青藏高原东缘龙日坝断裂带地表构造伸展的研究及其大地构造指示意义

龙日坝断裂带位于青藏高原最东缘,呈北东-南西向延伸,平行于其东侧的龙门山断裂带,二者大约相距150 km。与龙门山断裂带不同的是,龙日坝断裂带在青藏高原东缘相关GPS测量中表现为一明显的速度梯度带,说明龙日坝断裂带可能具有很重要的构造属性。然而有关龙日坝断裂带的地表结构构造延伸问题一直悬而未决,目前还存在许多的争议,这在一定程度上也阻碍了我们对青藏高原东缘相对于印度-欧亚板块碰撞地球动力学响应的了解。在本次研究中,我们将首次采用ALOS-PALSAR卫星数据,并结合地表地质和前人的地球物理学研究成果,来监测与龙日坝断裂带的构造活动相关的细微地表形变,并由此控制龙日坝断裂带的延伸范围。研究结果表明,龙日坝断裂带与其西南侧的抚边河断裂带相交且近乎垂直,而非前人研究所认为的龙日坝断裂带延伸至其西缘的鲜水河断裂带。综合研究结果也为了解龙日坝断裂带的大地构造属性提供了数据支持。     

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。     

榆木山地区玉门砾岩磁性地层及其对青藏高原东北部变形隆升意义

青藏高原新生代变形隆升过程是青藏高原新生代构造演化研究的热点问题,地处于高原东北部祁连山东北缘的榆木山是研究高原变形隆升时空过程的关键研究区之一。榆木山地区发育了一套粗砾相磨拉石——玉门砾岩,磁性地层研究表明其底部地质年代约为3.58Ma。经古水流、磁化率、野外考察等推断玉门砾岩可能主要为构造隆升的产物,同时在榆木山地区还发育3个与玉门砾岩有关的不整合面,其跨越年龄分别约为:5.23～3.58Ma、2.88～2.58Ma和<1.77～0.8Ma。综合分析认为该地区变形隆升不晚于3.58Ma,之后至少经历两期构造变形隆升,该结果比北东向分步生长变形隆升模式推测的变形隆升时间明显早约1Ma,应该是对高原东北部青藏-昆黄运动的响应结果。     

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.     

晚新生代岷江下蚀速率及其对青藏高原东缘山脉隆升机制和形成时限的定量约束

青藏高原东缘具有青藏高原地貌、龙门山高山地貌和山前冲积平原三个一级地貌单元 ,本文以岷江作为切入点 ,研究了该地区河流下蚀速率与山脉的隆升作用之间的相互关系。在建立岷江阶地序列的基础上 ,利用阶地高程和热释光年代学测年资料分别定量计算了岷江在川西高原、龙门山和成都盆地的下蚀速率 ,结果表明岷江各河段的下蚀速率明显不同 ,分别为 1.0 7～ 1.6 1mm / a、1.81m m/ a和 0 .5 9mm / a;在龙门山地区岷江的下蚀速率最高 ,约为川西高原地区的 1.5倍 ,约为成都平原地区的 3倍 ;而同一河段不同时期岷江的下蚀速率基本是连续的 ,具有很好的线性关系 ,可作为该河段整个河谷的下蚀速率。基于龙门山的表面隆升速率 (0 .3～ 0 .4 mm / a) ,在约束局部侵蚀基准面和气候变化对阶地形成的控制作用的基础上 ,本文建立了青藏高原东缘岷江下蚀速率与龙门山表面隆升速率之间的线性关系 ,结果表明河流下蚀速率约为山脉表面隆升速率的 5倍。根据龙门山表面在隆升速率和下切速率等方面均大于川西高原 ,并结合龙门山活动构造以走滑作用为主 ,笔者认为青藏高原东缘的边缘山脉以剥蚀隆升为主 ,兼有构造隆升作用。最后 ,根据岷江最大切割深度所需的时间 (3.4 8Ma)和成都盆地最古老的岷江冲积扇大邑砾岩的时间 (3.6 Ma     

Application of the Material Balance Method in Paleoelevation Recovery: A Case Study of the Longmen Mountains Foreland Basin on the Eastern Margin of the Tibetan Plateau

We applied the material balance principle of the denudation volume and sedimentary flux to study the denudation-accumulation system between the Longmen Mountains(Mts.) and the foreland basin. The amount of sediment in each sedimentation stage of the basin was estimated to obtain the denudation volume,erosion thickness and deposit thickness since the Late Triassic Epoch,to enable us to recover the paleoelevation of the provenance and the sedimentary area. The results show the following:(1) Since the Late Triassic Epoch,the elevation of the surface of the Longmen Mts. has uplifted from 0 m to 2751 m,and the crust of the Longmen Mts. has uplifted by 9.8 km. Approximately 72% of the materials introduced have been denuded from the mountains.(2) It is difficult to recover the paleoelevation of each stage of the Longmen Mts. foreland basin quantitatively by the present-day techniques and data.(3) The formation of the Longmen Mts. foreland basin consisted of three stages of thrust belt tectonic load and three stages of thrust belt erosional unload. During tectonic loading stages(Late Triassic Epoch,Late Jurassic–Early Cretaceous,Late Cretaceous–Miocene),the average elevation of Longmen Mts. was lower(approximately 700–1700 m). During erosional unloading stages(Early and Middle Jurassic,Middle Cretaceous and Jiaguan,Late Cenozoic),the average elevation of Longmen Mts. was high at approximately 2000–2800m.     

青藏高原东缘中更新世伸展作用及其新构造意义

基于区域TM遥感影像资料解译和野外构造地貌调查以及晚第四纪沉积物光释光测年分析,论述了青藏高原东缘复杂地貌边界带晚第四纪伸展构造及其构造地貌特征。结果显示,伸展构造主要见于下列几个构造带:沿南北走向的安宁河谷地、大凉山构造带、若尔盖盆地、岷江断裂带等。其典型的地貌特征表现为充填晚第四纪沉积物的狭窄河谷。根据盆地沉积物的地层时代和年龄推断,正断作用主要发生在中更新世时期,大约起始于早更新世末期(1.2～0.9Ma),结束于中更新世晚期(100～200ka)。晚更新世以来,构造体制转化为走滑—逆冲机制。青藏东缘中更新世伸展构造作用可能与该地貌边界带晚新生代造山后的高原垮塌有关。     

Irregular western margin of the Yangtze block as a cause of variation in tectonic activity along the Longmen Shan fault zone,eastern Tibet

On 12 May 2008 and 20 April 2013, respectively, the devastating magnitude 7.9 (Wenchuan) and magnitude 7.0 (Ya’an) earthquakes struck the southwestern Longmen Shan fault zone (LMSFZ), the eastern margin of the Tibetan Plateau. These events were notable because they occurred in a heavily populated area and resulted in severe damage and loss of life. Here we present an integrated analysis of potential field anomalies and a crustal-scale seismic reflection image to investigate the crustal structure and some tectonic relationships associated with these devastating events. Our results show that the western margin of the Yangtze crustal block possesses an irregular margin that extends westward beyond the LMSFZ to the northeast and merges gradually with the LMSFZ to the southwest. We interpret this variation in deep structure to create a lateral heterogeneity in the local stress regime that explains the observed variations in fault geometry and slip distribution, as well as seismicity, of the LMSFZ. This structural complexity results in a differential build-up of stress as the Tibetan Plateau is being extruded eastward. Thus, the results of this research can help identify potential natural hazard zones and focus efforts on hazard mitigation.     

Crustal Motion Characteristics in the Eastern Margin of the Tibetan Plateau and Adjacent Regions after the Wenchuan Earthquake

The Wenchuan earthquake has altered the crustal motion characteristics in the eastern margin of the Tibetan Plateau and adjacent regions.Using discontinuous GPS survey data for 2008–2012, the velocity field for the Eurasia reference framework has been obtained, and the general trend of contemporary crustal motion after the occurrence of the Wenchuan earthquake has been studied.In addition, using the velocity field, the block movement velocity has been estimated by least-squares fitting.Furthermore, the properties and displacement rates of main faults have been obtained from the differences in velocity vectors of the blocks on both sides of the faults.The results reveal that there are no obvious changes in the general characteristics of crustal motion in this area after the Wenchuan earthquake.The earthquake mainly changed the rate of the movement of the Chuan-Qing block and caused variation in the movement direction of the South China block.The effect of the earthquake on faults is mainly reflected in variations in fault displacement velocity; there is no fundamental change in the properties of fault activity.The displacement rates of the Xianshuihe fault decreased by 3–4 mm/a, the Longmenshan fault increased by 9–10 mm/a, and the northern segment of the Anninghe fault increased by approximately 9 mm/a.Furthermore, the displacement rates of the Minjiang, Xueshan, Huya, Longquanshan, and Xinjin faults increased by 2–3 mm/a.This implies that the effects of the Wenchuan earthquake on crustal movement can mainly be observed in the Chuan-Qing, South China, and N-Chuan-Dian blocks and their internal faults, as well as the Xianshuihe and Longmenshan faults and the northern section of the Anninghe fault.The reason for this is that the Wenchuan earthquake disturbed the kinematic and dynamic balance in the region.     

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。