四川盆地南部地区新生代隆升剥露研究——低温热年代学证据

本文通过背斜褶皱变形与低温热年代学年龄(磷灰石和锆石(U-Th)/He、磷灰石裂变径迹)端元模型研究,约束低起伏度、低斜率地貌特征的四川盆地南部地区新生代隆升剥露过程.四川盆地南部沐川和桑木场背斜地区新生代渐新世-中新世发生了相似的快速隆升剥露过程(速率为~0.1 mm/a、现今地表剥蚀厚度1.0~2.0 km),反映出盆地克拉通基底对区域均一性快速抬升冷却过程的控制作用.川南沐川地区磷灰石(U-Th)/He年龄值为~10-28.6 Ma, 样品年龄与古深度具有明显的线性关系,揭示新生代~10-30 Ma以速率为0.12±0.02 mm/a的稳态隆升剥露过程.桑木场背斜地区磷灰石裂变径迹年龄为~36-52 Ma,古深度空间上样品AFT年龄变化不明显(~50 Ma)、且具有相似的径迹长度(~12.0 μm).磷灰石裂变径迹热演化史模拟表明桑木场地区经历三个阶段热演化过程:埋深增温阶段(~80 Ma以前)、缓慢抬升冷却阶段(80-20 Ma)和快速隆升剥露阶段(~20 Ma-现今),新生代隆升剥露速率大致分别为~0.025 mm/a和~0.1 mm/a.新生代青藏高原大规模地壳物质东向运动与四川盆地克拉通基底挤压,受板缘边界主断裂带差异性构造特征控制造就了青藏高原东缘不同的边界地貌特征.     

吕梁山隆升时限与演化过程研究

对吕梁山地区中-新生代隆升时限及其演化的认识,是恢复鄂尔多斯盆地沉积东界的基础,也是探讨华北克拉通演化和破坏等科学问题的有机组成部分.本文以盆山耦合的研究思路为指导,通过较系统的裂变径迹热年代学采样分析,认为吕梁山地区显生宙的隆升活动主要发生在早白垩世晚期以来,可进一步分为缓慢抬升(120~65 Ma)、加速抬升(65~23 Ma)及强烈抬升(23 Ma以来)3个隆升演化阶段,新生代以来是其最主要的隆升时期.抬升作用在空间上具非均衡性,中、北部抬升早,南部晚.晚新生代以来吕梁山地区的快速隆升作用,与东部相邻断陷的沉降具有成因耦合联系.吕梁山地区晚中生代-新生代以来的隆升演化,可能主要与青藏高原挤压造山作用和太平洋板块俯冲的远程效应有关.     

鄂尔多斯盆地东南缘白垩纪以来构造演化的裂变径迹证据

鄂尔多斯盆地东南缘处于渭北隆起、晋西挠褶带和东秦岭造山带的转折地带,构造位置独特,演化历史复杂.本文选取东缘韩城地区和南缘东秦岭洛南地区上三叠统延长组为研究对象,采集6件砂岩样品进行锆石、磷灰石裂变径迹分析,对关键构造-热事件提供热年代学约束,恢复盆地东南缘不同构造带的热演化史,深化对盆地东南部油气资源赋存条件的认识,以期实现油气勘探的新突破.研究表明韩城和洛南地区的抬升冷却史存在明显差异.磷灰石裂变径迹年龄表现为从南到北减小的趋势.东缘韩城剖面磷灰石裂变径迹记录51.6~66.3 Ma、33 Ma两次抬升冷却的峰值年龄.南缘洛南剖面锆石裂变径迹年龄和磷灰石裂变径迹年龄分别记录89~106 Ma和59~66 Ma的冷却抬升年龄.洛南地区抬升冷却时间较早,剥蚀速率(106m/Ma)大于韩城地区(68m/Ma),且持续时间长.磷灰石裂变径迹(Apatite Fission Track,AFT)热史模拟显示,晚中生代,受燕山运动的影响,东秦岭地区发生强烈的构造岩浆事件,洛南地区热演化程度明显高于韩城地区.洛南剖面的热演化主要受岩浆活动的控制,韩城剖面为埋藏增温型.鄂尔多斯盆地东南缘的裂变径迹年龄格局基本受控于白垩纪以来的抬升冷却事件.     

祁连山区中西段沉积物粒径和青藏高原隆升关系模型

通过对祁连山中西段河流沉积物粒径的测量统计, 探寻其与青藏高原北缘主峰和高原高度的相关关系, 建立相应的关系模型, 并将模型应用到老君庙剖面, 最后得出青藏高原北缘自8.35 Ma以来高原隆升过程曲线. 据此认为青藏高原北部自8.35MaBP隆升以来, 从平均海拔约900 m隆升到现在的约3700 m, 其中8.35~3.1 MaBP隆升较慢, 幅度较小, 总抬升了420 m, 3.1 MaBP至今, 隆升加剧, 表现为明显的后期加速过程, 共抬升了约2400 m. 0.9 Ma左右, 青藏高原北部抬升到平均海拔约3000 m, 进入冰冻圈; 主峰达到4000 m以上, 指示主峰发育冰川.     

青藏高原新生代构造隆升阶段的时空格局

青藏高原不同部位低温热年代学记录、沉积记录和构造变形记录揭示出存在60~35,25~17,12~8Ma（藏南17~12Ma）和大约5Ma以来4个主要强构造隆升剥露阶段.除了藏南地区在17~12Ma发生藏南拆离系的活动及其所控制的高喜马拉雅结晶基底岩系的快速抬升剥露这一特殊情况外,青藏高原不同地区主要强构造隆升剥露阶段具有准同时性.几个强隆升剥露阶段对应于几个强构造变形活动时期,反映隆升剥露主要受构造动力控制.新生代以砾岩为代表的粗碎屑物的分布、前陆盆地或走滑拉分盆地的分布及其沉积充填、角度不整合的发育和地层间断缺失,以及受断裂控制的盆山地貌变迁和高原扩展与青藏高原几个强构造抬升剥露阶段也具有良好的匹配关系.本文还讨论了青藏高原作为地表隆升的高原形成过程,揭示高原的形成是随时间演变不断扩展的过程.     

伊洛瓦底盆地热-沉降史模拟及构造-热演化特征

本文首先运用EASY% Ro反演法对伊洛瓦底盆地由北向南进行了热史的恢复,北部钦敦凹陷的平均古地温梯度为13.0~15.0 ℃/km,中部沙林凹陷的平均古地温梯度为18.0~22.0 ℃/km,南部三角洲凹陷的平均古地温梯度为33.0~37.0 ℃/km.从模拟结果可以看出,盆地由北向南地温梯度逐渐升高,生烃门限的深度由深变浅.然后模拟了盆地的构造沉降史.模拟结果表明,盆地具有幕式构造沉降特征,这反映了伊洛瓦底盆地可能处于弧间或弧后的构造背景.伊洛瓦底盆地北部和南部具有不同幕次的构造沉降史,北部在早始新世时期（53~51 Ma）经历了一幕拉伸过程,然后进入了热沉降期,并伴随局部的快速隆升;南部则经历了两幕拉张过程,分别是在早始新世时期（53~51 Ma）和中中新世时期（21~13 Ma）.盆地的这种南北构造沉降的差异很可能是造成盆地地温梯度北低南高的原因.     

藏南乌郁盆地晚新生代沉积序列的时代及其区域构造意义

青藏高原的古高度及其时代迄今仍是青藏高原研究的重大课题. 通过对乌郁剖面近 145 m水平地层的磁性地层学研究和下伏火山岩定年, 建立了乌郁盆地15~2.5 Ma时段的年代地层学框架和盆地发育历史. 研究表明, 15 Ma以来乌郁经历了3个重要的构造发展阶段. 15~8.1 Ma 期间, 乌郁盆地发生了强烈的火山构造作用, 其中包括至少3期强烈的火山喷发并使地层倾斜、 褶皱. 其后, 盆地进入较长的构造平静期, 发育了8~2.5 Ma湖相沉积序列. 2.5 Ma期间, 乌郁盆地经历了一次较强的东西向拉张, 产生了南北向断裂, 结束了湖泊沉积, 沿断裂发育了河流. 与吉隆盆地对比结果表明, 8 Ma以来喜马拉雅造山带和冈底斯造山带经历的构造作用有高度的一致性. 因此, 上述3个不同的构造阶段具有区域性意义. 研究结果为深入探讨中新世以来藏南地区古气候环境演化和高原隆升历史提供了重要的年代学依据.     

渭河陇西段第七级阶地年代的确定及其构造意义

昆黄运动是发生在中更新世时期青藏高原及其邻区一次重要的构造抬升事件,河流阶地及地层记录能够较好地反映这次构造事件。渭河陇西段第七级阶地沉积了104.5m厚的黄土,通过对其上覆黄土剖面的古地磁、粒度研究表明,此级阶地形成年代为距今870ka,阶地拔河高度说明自中更新世以来地面至少抬升了205m,其抬升速率约为0.2m/ka。这次构造事件在时间上与昆黄运动相一致,是对青藏高原强烈抬升的响应。     

青藏高原东南缘的新生代盆地古高度重建研究与进展

掌握青藏高原的高程演化历史对检验高原边界的变形机制和理解深部地球动力学具有重要意义.文中对青藏高原东南缘的囊谦盆地、贡觉盆地、芒康盆地、黎明-剑川-兰坪盆地、洱源盆地、怒河盆地和岔科-小龙潭盆地等不同区域的典型新生代盆地的古高度重建研究成果进行了系统梳理、总结以及部分重新计算后,恢复了青藏高原东南缘新生代隆升过程的时空...     

南海北缘东沙隆起中生代以来的埋藏史和热史重建——来自LF35-1-1井(U-Th)/He和Ro的证据

沉积盆地埋藏史和热历史重建是了解盆地成因和油气形成条件的重要依据,而目前利用古温标手段研究珠江口盆地内东沙隆起热史和埋藏史的成果寥寥无几.本研究中,我们基于磷灰石与锆石(U-Th)/He年龄的反演结果给出了更多合理的约束条件,在此基础上对同一套镜质体反射率Ro数据进行了古热流法模拟计算,获得了钻井自中生代以来的地层温度史.反演结果显示LF35-1-1井区在早始新世-早渐新世发生了一期强烈的抬升剥蚀,地层剥蚀量为2000 m左右.拟合获得的埋藏史和热流史显示该井区在早始新世(~55Ma)经历了最高井底古热流(100 mW·m~(-2)),之后热流减小,持续至现今64.3 mW·m~(-2).最高古地温与隆升剥蚀在时间上的耦合体现了抬升事件对地温冷却的影响,但不足以排除基底热流下降因素.本次研究首次将(U-Th)/He技术用于南海北缘深水区盆地的热史研究,获得的热史结果更加符合现有的构造沉积大地构造方面的认识,展示了利用多种古温标手段进行盆地精细热史研究的良好效用.     

塔里木盆地高分辨率卫星磁异常特征

本文使用美国国家地球物理数据中心(NGDC)提供的岩石圈磁场球谐模型的球谐系数,计算了塔里木盆地16~720阶、高度为0 km的垂向分量ΔZ,反映了塔里木地区高分辨率的卫星磁异常特征.盆地北部和南部的磁性特征明显不同,分界线大体在北纬40°附近,北部表现为东西向的负异常,南部表现为正异常特征,整体呈北东走向,中部被北西向异常所叠加.结合区域地质背景,对盆地内部的磁异常特征综合分析表明,盆地基底可能并非一个完整块体,而是由多个古老地块拼合而成.     

青藏高原东缘新生代隆升剥露与断裂活动的低温热年代学约束

青藏高原东缘作为高原生长的东边界,其新生代以来隆升剥露与扩展模式备受关注.高原内部平缓的地貌和边界构造带不显著的缩短变形被认为是下地壳流作用的重要证据.然而近年来,越来越多的低温热年代学研究结果表明,中-晚新生代以来跨不同断裂带存在显著的差异性隆升剥露,指示了断裂体系在青藏高原东缘构造变形与演化中的重要作用.本文系统收集区域内现有不同封闭温度体系的低温热年代学数据,综合分析结果表明青藏高原东缘隆升剥露及生长扩展与整个高原抬升具有准同步性.最为广泛和显著的剥露主要发生在~30 Ma以来,且高原东缘的最大侵蚀量区受控于断裂活动,快速侵蚀带的空间分布与鲜水河断裂带相一致.在区域尺度上,现有数据所揭示的剥露事件启动、持续时间及速率的显著差异性揭示了断层活动对青藏高原东缘地表剥露过程的控制作用.本文提出青藏高原向东扩展是多阶段、非均匀过程,新生代以来不同断裂带在青藏高原向东扩展过程中起到了至关重要的作用,不支持"下地壳流假说"强调的"东缘上地壳变形不显著"的认识.     

末次冰盛期中国西部冰川物质平衡线高度的模拟研究

文章使用9个气候模式的数值试验数据,研究了末次冰盛期中国西部冰川物质平衡线高度(ELA),以期加深理解冰期青藏高原地表环境以及ELA变化成因.相对于工业化革命前期这一参考时段,末次冰盛期青藏高原夏季普遍降温4-8℃,年降水量平均减少25%.在降温和降水减少的共同作用下,中国西部ELA降低,不同区域之间降幅存在差异.在青藏高原地区,其南缘和西北部下降1100m,中部腹地下降650-800m,东部下降550-800m且由西南向东北逐渐变小.中国境内天山上的ELA下降不超过650m,祁连山和阿尔泰山上的下降值在500~600m.另外,水平分辨率高的气候模式能模拟出青藏髙原中部ELA下降不超过500m的低值,这与古冰川遗迹记录一致;末次冰盛期青藏高原冰川物质积累区主要发生在边缘山地,其面积扩张至现代的2-5倍,但仍未覆盖到高原中部.     

合肥盆地构造热演化的裂变径迹证据

运用裂变径迹分析方法,探讨分析了合肥盆地中新生代的构造热演化特征. 上白垩统和古近系下段样品的磷灰石裂变径迹（AFT）数据主体表现为靠近部分退火带顶部温度(±65℃)有轻度退火,由此估算晚白垩世至古近纪早期合肥盆地断陷阶段的古地温梯度接近38℃/km,高于盆地现今地温梯度(275℃/km).下白垩统、侏罗系及二叠系样品的AFT年龄(975～25Ma)和锆石裂变径迹(ZFT)年龄(118～104Ma)均明显小于其相应的地层年龄,AFT年龄－深度分布呈现冷却型曲线形态,且由古部分退火带、冷却带或前完全退火带及其深部的今部分退火带组成,指示早白垩世的一次构造热事件和其随后的抬升冷却过程. 基于AFT曲线的温度分带模式和流体包裹体测温数据的综合约束,推算合肥盆地早白垩世走滑压陷阶段的古地温梯度接近67℃/km. 径迹年龄分布、AFT曲线拐点年龄和区域抬升剥蚀时间的对比分析结果表明,合肥盆地在早白垩世构造热事件之后的104Ma以来总体处于抬升冷却过程,后期快速抬升冷却事件主要发生在±55Ma.     

夏季青藏高原地区近地层水汽进入平流层的特征分析

青藏高原为亚洲季风区的典型代表区域,研究其水汽进入平流层的过程和机理对认识全球气候和大气环境变化具有一定的现实意义. 本文基于中尺度气象模式(WRF)的模拟输出结果(2006年8月20日至8月26)驱动拉格朗日大气输送模式FLEXPART,通过追踪并解析气块的三维轨迹以及温度、湿度等相关物理量的相关变化特征,初步分析了夏季青藏高原地区近地层-对流层-平流层的水汽输送特征. 研究结果表明,源于高原地区近地层的水汽在进入平流层的过程中受南亚高压影响下的大尺度环流和中小尺度对流的共同影响.首先,在对流抬升作用下,气块在短时间内(24 h)可抬升到9~12 km的高度,然后在南亚高压闭合环流影响下,相当部分气块在反气旋的东南侧穿越对流层顶进入平流层中,并继续向低纬热带平流层输送,进而参与全球对流层-平流层的水汽循环过程. 在对流抬升高度上气块位置位于高原的西北侧,然而气块拉格朗日温度最小值主要分布于高原南侧,两个位置上气块的平均位温差值可达15~35 K,这种显著的温度差异将导致气块进入平流层时"脱水". 比较而言,夏季青藏高原地区近地层水汽进入平流层的多寡主要和大尺度汽流的垂直输送有关,而深对流的作用相对较弱.     

构造和气候共同控制下的藏南热隆盆地中更新世以来的演化

热隆盆地是亚东－谷露裂谷系南部, 由宁金抗沙西麓断裂控制的断陷盆地, 根据野外地质调查、 遥感(RS)和数字高程模型(DEM)分析, 盆地内发育有三期洪积扇, 形成时代分别在中更新世中期(第一期)、 中更新世中期至晚更新世早期(第二期)、 晚更新世晚期(第三期)。 这三期洪积扇的发育分别对应于间冰期和间冰阶的高温大降水时期, 表明在第四纪以来, 由于间冰期与间冰阶期的到来, 温度升高, 降雨量增加, 地表径流作用增强, 先成洪积扇被破坏, 新洪积扇形成。 盆地内自中更新世中晚期以来剥蚀程度自北向南减弱, 表明在整体抬升的背景下, 由于宁金抗沙西麓断裂的活动, 使得盆地北部基岩抬升速率大于南部, 形成自北向南的掀斜。     

塔里木柯坪塔格地区构造抬升的新证据——来自(U-Th)/He年龄的约束

柯坪塔格地区位于西南天山与塔里木盆地之间, 是塔里木地台的一部分, 其构造隆升与天山和塔里木盆地的演化密切相关. 本文首次将(U-Th)/He热定年技术应用于该地区构造抬升的研究, 对该区震旦系露头样品的磷灰石和锆石的(U-Th)/He进行了年龄测定和热史模拟, 结果表明柯坪塔格地区主要经历了4期构造抬升事件, 导致震旦系抬升至地表, 其中磷灰石(U-Th)/He年龄揭示了晚白垩世和中新世两期的构造抬升事件. 在早石炭世, 震旦系温度达到最大, 介于133~150°C之间, 结合沉积埋藏史得到当时的最大埋深是3400~3900 m. 在渐新世-中新世, 受印度-欧亚板块碰撞远程效应的影响, 柯坪塔格地区沿柯坪塔格-沙井子断裂向巴楚隆起上逆冲, 地层快速抬升遭受剥蚀. 在15~10 Ma时, 柯坪塔格地区震旦系已抬升至地表. 自早石炭世至今, 柯坪塔格地区总剥蚀量达6170 m. 柯坪塔格地区自中生代以来的构造-热演化史与塔里木盆地北缘是一致的, 但与天山及处于塔里木盆地内部的巴楚隆起的构造抬升过程存在差异. 中新世以后, 受喜山运动远程效应影响, 柯坪塔格和天山才同处于抬升状态; 而巴楚隆起在古近纪早期仍处于抬升剥蚀状态, 与柯坪塔格地区接受沉积相反. 本文利用(U-Th)/He热定年技术成功地揭示了柯坪塔格地区自震旦纪以来的构造-热演化史, 这些结果有利于人们对这一地区构造抬升的正确认识. 同时, 本研究对塔里木盆地的油气勘探及天山地区的构造研究具有指导意义.     

现代青藏高原气候变化的几个特征

收集了1951~1998年青藏高原及其邻近地区217个地面测站的逐月气温, 最高、最低气温以及降水等要素的观测值, 探讨现代青藏高原的气候变化特征. 结果表明: (1) 青藏高原自20世纪50年代变冷至60年代, 之后又开始变暖直至90年代. 始于1935年的拉萨资料表明此站以40年代气温为最暖, 之后变冷到60年代, 60年代以后又开始增暖直到90年代, 拉萨90年代仍未达到40年代暖期气温. (2) 20世纪60年代以来青藏高原东侧和东南侧在3000 m以下存在一个变冷带, 85°~95°E间自南到北存在一个强变暖带. 变冷带和变暖带之间十分不连续, 存在着正、负交替的变化, 因而增暖不是随高度呈线性增加的. (3) 20世纪60年代以来, 高原自西南向东北以及3000 m以下东南地区存在一个降水减少带, 高原中心地区及3000 m以上西部为变暖而降水减少, 北部及南部为变暖而降水增加, 3000 m以下东南地区为变冷而降水减少.     

GPS观测研究现今青藏高原地壳形变机制——来自阿尔金断裂三维运动场及高原地壳减薄的证据

自50~55 Ma以来,印度次大陆向北与欧亚大陆碰撞后形成喜马拉雅—青藏高原造山带,碰撞导致地壳增厚致使高原大幅隆升,改变了亚洲大陆岩石圈的构造格局,也对东亚地区的气候和环境产生了巨大影响。阿尔金断裂作为青藏高原北缘的主控边界断裂,其运动学性质在20世纪70年代备受关注,不同量级的滑动速率引出了块体运动与东向逃逸和连续变形与地壳增厚两种端元模型。约10~15 Ma以来,在青藏高原南部与北部出现地堑与裂谷,为高原东西向拉张运动提供了证据,表明青藏高原开始经历地壳减薄过程。青藏高原形成以来形变场经历怎样变化,长时间尺度的地质学构造过程与现今GPS观测是否能够统一?10~15 Ma以来青藏高原地壳减薄过程造成高原高程怎样的变化?青藏高原北缘,尤其是跨阿尔金断裂具有怎样的现今三维地壳变形场,地壳应变是如何在北阿尔金断裂、祁漫塔格断裂和阿尔金断裂之间分配的?青藏高原北缘与塔里木盆地具有怎样的力学性质,对跨阿尔金断裂构造形变场造成怎样的影响?最后,GPS观测得到的现今地表形变场能够对青藏高原形变模式的争论作出何种解答?上述科学问题的解答,对于研究青藏高原隆升与变形过程具有十分重要的意义。本研究分为两部分。第一部分是青藏高原北缘三维震间运动场的观测与研究。在青藏高原北缘跨阿尔金断裂中段自建9个GPS连续台站并开展观测,根据区域研究特点设计无人值守的观测台站,具有低成本投入、高质量观测的特点。上述连续GPS台站的建立填补了青藏高原北缘,尤其是在阿尔金无人区地壳形变观测研究的空白,积累了宝贵的连续GPS数据;截止2015年7月,共有4年的连续GPS观测。数据分析结果证明,设计建站方法行之有效,GPS台站稳定、观测数据质量稳定、数据连续性稳定。结合使用中国大陆构造环境监测网络在研究区及邻域GPS连续台站数据作位置时间序列与速度场解算,获得青藏高原北缘地区跨阿尔金断裂中段现今三维形变场。使用三维线弹性后向滑移(backslip)块体运动模型,反演塔里木块体、北阿尔金块体、柴达木块体和祁漫塔格块体的三维块体运动。结果表明,北阿尔金山相对于塔里木盆地有(1.32±0.2)mm/a的抬升速率,相对于柴达木盆地具有(0.73±0.3)mm/a的抬升速率,可解释为北阿尔金块体存在显著的造山过程;阿尔金断裂有(8.21±0.60)mm/a的左旋走滑速率、(0.66±0.60)mm/a的缩短速率;祁漫塔格断裂有(0.53±0.60)mm/a的左旋走滑速率、(1.53±0.60)mm/a的缩短速率;北阿尔金断裂有(0.87±0.60)mm/a的左旋速率、(0.69±0.60)mm/a的缩短速率。同时,阿尔金断裂中、西两段滑动速率基本一致,约为8.0~10.0mm/a。定量研究结果支持连续形变与地壳增厚模型,表明相对塔里木块体,青藏高原北缘地区正在抬升、增厚,以北阿尔金山地区最为明显,抬升速率约达1.3mm/a。跨青藏高原北缘的阿尔金断裂、北阿尔金断裂和祁漫塔格断裂近200km的宽泛变形带内,南北向地壳缩短并不明显,缩短量仅约为2.9mm,且近一半缩短量发生在祁漫塔格山南侧。GPS观测阿尔金断裂车尔臣河段(~86°E)剖面表明,断裂两侧存在非对称变形特征。本文采用非对称变形模型反演GPS速度剖面数据,获得断裂两侧塔里木盆地和青藏高原北部的地壳介质剪切模量差异。结果显示,塔里木盆地地壳介质剪切模量约为青藏高原北部剪切模量1.53倍,相应S波波速比值为1.24,与Yang等人得到的地壳和上地幔三维VSV模型结果一致。地震学研究结果认为,青藏高原北部与东部地区在中地壳存在低速层,局部区域可能发生部分熔融;Hacker等进一步确认羌塘地块中地壳到深部地壳存在熔融现象。本文的研究运用了与地震学完全不同的资料,通过大地测量方法推导青藏高原北部与塔里木盆地的地壳介质力学性质差异,得到与地震学研究得到的S波波速比及其构造物理学解释相当一致的结果。成果为青藏高原力学演化模型提供新的约束。本论文第二部分内容是使用覆盖青藏高原及周边的GPS速度场,计算青藏高原内部应变率场。GPS观测速度场不仅显示了南东东-北西西向的地壳拉张过程,也揭示了青藏高原内部更加重要的地壳减薄过程。结果显示,青藏高原北部和南部的垂向应变率(减薄应变率)分别为(8.9±0.8)nanostrain/a和(7.4±1.2)nanostrain/a,青藏高原西南部的垂向应变率为(12.0±3.2)nanostrain/a,表明青藏高原内部大尺度范围应变率测量结果的一致性。并且青藏高原内部的拉张应变率观测也相当一致,青藏高原北部,沿着N114±1°E主应变方向的拉张应变率为(21.9±0.4)nanostrain/a;高原南部沿着N93±1°E主应变方向的拉张应变率为(16.9±0.2)nanostrain/a;高原西南部沿着N74±3°E主应变方向的拉张应变率为(22.2±1.8)nanostrain/a。如果地壳减薄开始于10~15 Ma,并且现今观测得到应变率适用于整个时间跨度,那么地壳累积减薄5.5~8.5km。应用Airy地壳均衡理论,青藏高原的平均高程将下降~1km。青藏高原北部、南部和西南部相似的垂向应变速率也表明,在3个区域的地壳拉张、正断裂运动和地壳减薄过程由相同的物理机制所支配。综合上述两部分研究成果,发现青藏高原现今垂向运动在高原内部和边缘地区存在很大差别。高原内部地区正在经历地壳减薄,而高原边缘地区正在经历不同程度的增厚与隆升。青藏高原北缘地区的垂向应变率约5~20nanostrain/a,如果考虑重力均衡作用,对应的垂向隆升速率在0.04~0.14mm/a左右。但是,对于局部地区如北阿尔金块体,其底部受到塔里木盆地南缘下插挠曲板块的支持,在没有重力均衡情况下,垂向隆升速率可能达到1mm/a。喜马拉雅地区呈现不同水平的垂向形变,垂向应变强烈(约10~80nanostrain/a),山脉底部受到印度下插板片的支持,无法通过重力均衡假定由垂向应变率估计隆升速率。但由GPS与水准数据约束的俯冲板片模型推测山脉隆升速率达到约7mm/a。而对于祁连山地区,GPS应变率推测得到垂向应变率约20~40nanostrain/a,应用地壳均衡理论,平均隆升速率为0.15~0.3mm/a;而由于逆冲推覆构造与褶皱变形带的存在,中下地壳有可能仍存在弹性变形,不能实现完全重力均衡,实际隆升速率有可能高于这一估计。本文研究给出青藏高原不同地区三维形变场与形变速率的定量估计,是对连续形变与地壳增厚形变模型的重要修正。结果并不支持块体运动与东向逃逸模型,并认为高原南北双向俯冲模型中的塔里木块体南向俯冲几乎不存在。     

祁连山北缘老君庙背斜晚新生代磁性地层与高原北部隆升

河西走廊新生代沉积敏感地记录了青藏高原北部的构造隆升过程. 酒泉盆地玉门老君庙剖面高分辨率磁性地层研究表明, 疏勒河组胳塘沟段和牛胳套段的年龄分别为>13~8.3 Ma和8.3~<4.9 Ma, 玉门砾岩、酒泉砾石层和戈壁砾石层的年龄分别为3.66~0.93, 0.84~0.14和0.14~0 Ma. 岩性和岩相变化表明祁连山自约8 Ma起, 6.6 Ma略有加速, 由较低的高度开始逐步隆起, 盆地沉积从细粒的湖相砂岩-泥岩逐步转变成粗粒的洪积扇沉积, 至约3.66 Ma后, 祁连山开始急剧地整体快速隆升, 并经约<2.94~2.58, <1.8~1.23, 0.93~0.84和0.14 Ma多次阶段性快速隆升, 祁连山最终被抬升到今天的高度.