Seismic and GPS evidence for the kinematics and the state of stress of active structures in south and south-central Tibetan Plateau

Since the middle Miocene, widely distributed N-S striking rifts or rift-depressions and NE-NW-striking strike-slip faults have developed as major structures in southern and south-central Tibet. Active structures, seismic mechanisms and directions and rates of movement determined from GPS data are different in south and south-central Tibetan Plateau. In southern Tibet, N-S striking normal faults and a few transtensional/transpressional faults are the main structures, but none of the GPS measurements show eastward movement. In south-central Tibet, NE- and NW-striking transpressional/transtensional faults and several large-scale E-W and WNW-striking dextral and sinistral strike-slip faults are the main structures, and are consistent with the movement direction indicated by the GPS data. On the other hand, the pattern of earthquake data from the south-central Tibetan Plateau, and especially from the eastern and western syntaxes, are very complicated. These structures may be produced by N-S contraction which has resulted in the N-S striking linear structures, parallel to the direction of maximum compressive stress, and conjugate NE- and NW-striking transpressional/transtensional faults on the southern side of the Qiangtang Block, and in the eastern and western syntaxes, but the deformation is not continuous from the south to the south-central Tibetan Plateau. Underthrusting of the Indian Plate under the southern Tibetan Plateau after the Middle Miocene may be the main cause of these structural features.     

青藏高原错那—沃卡裂谷中部电性结构及其动力学意义

藏南裂谷作为青藏高原最显著的伸展构造样式之一,是研究高原生长过程的重要窗口,但目前其深部成因机制仍存在较大争议。本文利用沿错那—沃卡裂谷中部的大地电磁数据,分析裂谷区域的大地电磁测深曲线特征和相位张量,并通过三维大地电磁反演获得邛多江地堑和沃卡地堑深部电性结构。三维大地电磁反演结果显示,沃卡地堑和邛多江地堑深部存在一条连续的显著高导异常,并呈现“俯冲”形态,且上覆高阻结构体,而在邛多江地堑两侧浅部则分布低阻异常。结合早期的研究结果,本文支持错那—沃卡裂谷深部的高导异常为地壳部分熔融,可能与南向地壳流相关,并研究认为在南北向持续挤压作用下,裂谷下方的弱地壳层,通过解耦上地壳和下部地壳,促进了藏南裂谷系的发育。     

青藏高原新生代地堑构造研究中几个问题的讨论

青藏高原新生代近南北走向地堑构造是高原现今最为显著的构造现象,对探讨青藏高原构造演化具有重要意义,也是现今高原研究的热点构造问题之一。针对目前地堑构造研究中存在的分布范围、形成时代和形成机制等关键问题,根据笔者新的研究和对以往研究资料综合分析认为,地堑构造广泛发育于喜马拉雅地体、冈底斯地体和羌塘地体,地堑构造形成于14～7Ma。地堑构造是高原地壳南北向强烈挤压短缩隆升之后,构造体制发生转变并在深部热动力学机制作用下快速隆升的结果,地堑构造标志着高原隆升作用由早期挤压短缩机制向晚期深部热动力机制的转变,并非高原隆升达到最大高度重力塌陷的标志。     

青藏高原新生代火山活动的深部力学背景

为了研究火山形成基本要素——岩浆运移通道的形成, 基于重力异常反演的青藏高原下地壳底部的地幔对流应力场, 结合地壳破裂形成机理和对流应力场与青藏高原新生代火山分布的关系, 以及青藏高原下地幔对流演化的数值模拟结果, 分析了高原火山岩浆运移通道产生的深部力学机制.研究表明, 高原下地幔对流应力场存在两个大的拉张区, 高原中部和北部的火山岩均分布于拉张应力区.南部的林子宗火山区对应了印度板块与欧亚大陆碰撞前或碰撞早期高原下的地幔上升流.对流应力的量级为~100Ma, 这与导致地壳破裂的应力量级相当.所有这些证据表明, 青藏高原下地幔对流应力场可能是导致高原地壳破裂, 并发展为岩浆物质通道的主要力学机制之一.      

青藏高原近南北向裂谷的时空分布特征及动力学机制

青藏高原南部发育的一系列近南北向裂谷是印度-欧亚大陆持续挤压作用下的大型伸展构造,也是揭示高原后碰撞构造演化过程的重要对象。目前,关于南北向裂谷的形成机制存在多种假说模型,并对裂谷时空分布特征做出了不同的预测,这成为约束裂谷成因机制的关键条件。综合关于裂谷启动时间的已有研究成果,进一步梳理了南北向裂谷的时空分布特征,结果表明近南北向裂谷的启动时间似乎具有自西向东逐步减小的趋势,这与拉萨地体广泛出露的后碰撞岩浆作用演化过程一致。在此基础上,结合地球物理观测,推断近南北向裂谷的动力学机制与印度板片向东拆离假说最为契合。印度板片自西向东的拆离建立了向东传播的重力势能梯度,从而驱动岩石圈向东流动,最终导致南北向裂谷依次向东发育。      

青藏高原高寒区生物地理学研究进展

近年来,随着DNA测序技术的发展,青藏高原及周边地区的生物地理学研究取得重大成果,从生物演化方面着手探讨了青藏高原隆升历史及其气候效应.综合近年来地质学、古生物学与生物地理学研究进展,我们发现高原及周边地区高寒生物类群的起源和分化时间以及多样性演化过程表明早在渐新世青藏高原部分地区就已经存在高寒生态系统,晚中新世以来青...     

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。     

青藏高原壳幔形变数值模拟研究

现有数值模拟研究已在很大程度上较合理地给出青藏高原演化运动学和动力学过程的图像。利用连续介质快速拉格朗日分析方法,笔者进行了青藏高原壳幔形变数值模拟研究。据此得到的青藏高原三维壳幔形变特征反映纬向上主碰撞带远、近程效应的差异和经向上地壳物质“逃逸”的存在,印证了青藏高原形成过程中南北双向挤压、而且南部作用大于北部作用的可能应力场特征。青藏高原壳幔形变不仅强烈依赖于随深度变化的岩石力学性质及其距离挤压作用前锋带的远近,而且存在强烈的横向不均一性。同时,强应变(剪切)带的存在对高原岩石圈形变具有重要影响,高原形变过程中地壳尺度的耦合流及壳-幔解耦共存。但是,常规数值模拟研究尚存在很大局限性:(1)物理-力学模型单一;(2)几何模型简单;(3)边界形态与条件理想化;(4)模型内部块体划分粗糙;(5)不连续体介质处理困难。借助具有可处理大形变能力的4-D数值模拟方法,将观测资料与数值模拟相互补充是深入研究青藏高原壳幔形变的关键。     

青藏高原新生代隆升研究现状

新生代青藏高原的隆升过程倍受世界关注。国内外学者从不同角度围绕青藏高原成为统一整体(印度-欧亚碰撞)的时限、隆升阶段性和空间差异性、青藏高原作为高海拔高原形成的时间、青藏高原隆升的动力机制等重大事件进行了深入的研究。对印度板块-欧亚板块的碰撞时间存在70Ma、65Ma、55Ma、50Ma、45Ma和40～34Ma等多种观点。印度板块与欧亚板块碰撞不是在某个时间点完成的,其碰撞持续时间约10～15Ma。碰撞方式存在由西向东迁移、由东向西迁移等多种观点。青藏高原的隆升过程具有强烈的时空差异性。青藏高原新生代隆升阶段存在多种划分方案,流行的有3阶段、4阶段和5阶段强隆升过程。青藏高原作为高海拔高原形成的时间可归纳为约3.6Ma以来、13～8Ma、26～20Ma、40～35Ma和55～45Ma 5类观点。青藏高原的形成机制模型存在较大分歧,流行的模式可分为碰撞、俯冲、挤出和拆沉-板片断离4类。青藏高原多阶段隆升及构造-岩浆演化造就了高原复杂多样的大陆成矿作用。高原隆升与环境和气候演变具耦合关系。     

On the Geodynamic Mechanism of Episodic Uplift of the Tibetan Plateau during the Cenozoic Era

Multi-stage uplift of the Tibetan Plateau during the Cenozoic implies a complex geodynamic process.In this paper,we review main geodynamic models for the uplift of the plateau,and,in particular,analyze the spatio-temporal framework of the Cenozoic deformation structures,which are closely related to the deep geodynamic mechanism for the plateau uplift.From this perspective,significant change of the deformation regime over the Tibetan Plateau occurred by the middle-late Miocene,while thrust and thrust-folding system under NS compression was succeded by extension or stress-relaxation.Meanwhile,a series of large-scale strike-slip faults commenced or was kinemtically reversed.Based on a systematic synthesis of the structure deformation,magmatism,geomorphological process and geophysical exploration,we propose a periodical model of alternating crustal compression and extension for episodic uplift of the Tibetan Plateau.     

Deep Mechanical Background for the Cenozoic Volcanism in the Tibetan Plateau

INTRODUCTION Volcanoesaremostlyobservedinoceanicridges,hotspotsandcontinentalriftzones(Hongetal.,2003),andarerarelyobservedincontinentalinteri ors.However,sincethevolcanoeswithintheconti nentinteriorscannotbeattributedtotheplate/block marginprocess,theydr…     

Deep Mechanical Cenozoic Volcanism Background for the in the Tibetan Plateau

The principle prerequisite for the formation of a volcano is the generation of a channel for magma transportation. There is little research on the deep mechanical mechanism for the formation of a magma transportation channel in the Tibetan plateau. Based on the subcrustal mantle convectiongenerated stress field inversed by gravity anomalies, together with its relationship to the Cenozoic volcanism in the plateau, and the mechanism of crustal fracture formation, as well as the numerical results of the evolution of mantle convection beneath the plateau, this paper investigates the deep mechanical mechanism for the formation of a magma transportation channel in the Tibetan plateau. There are two significant extensional convection-generated stress zones beneath the plateau, in which the volcanic rocks in the central and northern parts of the plateau are distributed. The Linzizong volcanism in southern Tibet correlates the upwelling mantle flow prior to the India-Asia collision or during the early stage of the collision. The magnitude of the stress is - 100 MPa, which is the same order of force that causes crustal fractures. The evidence implies that the mantle convection-generated stress is one of the principle causes of crustal fractures, and furthermore, the formation of the magma transportation channel in the Tibetan plateau.     

地带性与非地带性夷平面*

夷平面是指由剥蚀和夷平作用所产生的,以截面形式横切所有在年龄上先于它的地层和构造的一种平缓地形。前人普遍认为,夷平面是在构造相对稳定条件下经过长期外营力作用形成的一个接近基准面的平坦地形,是地貌长期演化的终极产物。 流水侵蚀是夷平面形成的动力学基础。"夷平面"一直是解释新生代以来大的构造格局和地貌演化的重要理论依据,如我国青藏高原隆升的研究。 基于气候地貌学原理,文章提出了寒冻夷平面和干旱夷平面的概念;从坡地演化过程理论模型入手,探讨了寒冻、干旱夷平面和流水夷平面的形成机理;提出有别于传统"构造侵蚀旋迴"理论的"构造隆升和地面剥夷动态平衡"的气候夷平地貌假说;此外,还简要分析了这三类夷平面的全球分布规律。     

Zircon U-Pb-Hf constraints from Gongga Shan granites on young crustal melting in eastern Tibet

The Gongga Shan batholith is a complex granitoid batholith on the eastern margin of the Tibetan Plateau with a long history of magmatism spanning from the Triassic to the Pliocene. Late Miocene-Pliocene units are the youngest exposed crustal melts within the entire Asian plate of the Tibetan Plateau.Here, we present in-situ zircon Hf isotope constraints on their magmatic source, to aid the understanding of how these young melts were formed and how they were exhumed to the surface. Hf isotope signatures of Eocene to Pliocene zircon rims(ε_Hf(t)=-4 to +4), interpreted to have grown during localised crustal melting, are indicative of melting of a Neoproterozoic source region, equivalent to the nearby exposed Kangding Complex. Therefore, we suggest that Neoproterozoic crust underlies this region of the Songpan-Ganze terrane, and sourced the intrusive granites that form the Gongga Shan batholith. Localised young melting of Neoproterozoic lower or middle crust requires localised melt-fertile lithologies. We suggest that such melts may be equivalent to seismic and magnetotelluric low-velocity and high-conductivity zones or "bright spots" imaged across much of the Tibetan Plateau. The lack of widespread exposed melts this age is due either to the lack of melt-fertile rocks in the middle crust, the very low erosion level of the Tibetan plateau, or to a lack of mechanism for exhuming such melts. For Gongga Shan, where some melting is younger than nearby thermochronological ages of low temperature cooling, the exact process and timing of exhumation remains enigmatic, but their location away from the Xianshuihe fault precludes the fault acting as a conduit for the young melts. We suggest that underthrusting of dry granulites of the lower Indian crust(Archaean shield) this far northeast is a plausible mechanism to explain the uplift and exhumation of the eastern Tibetan Plateau.     

青藏高原形成,演化及动力学研究现状

青藏高原是当今世界上最高、最大和最年轻的高原。它独特的岩石圈结构和构造演化、强烈的新构造运动和环境变迁,对我国乃至亚洲大陆的自然环境和人文地理产生巨大的影响,是打开全球地球动力学的一把金钥匙,近年来在国际上持续地掀起了研究青藏高原热,青藏高原是我国具有特色和优势的研究领域,本文简要地介绍青藏高原研究进展及主要成就,并对其地球动力学问题进行了讨论。     

四川龙门山地区反转构造样式分析及其成因机制探讨

反转构造是当今构造地质学研究的新兴热点领域,本文尝试以反转构造和断层相关褶皱理论来探讨龙门山褶皱冲断带及川西前陆盆地中的反转构造样式及其成因。著者在综合前人研究成果的基础上,通过野外地质调查,室内构造分析与建模系统研究了龙门山地区典型的反转构造样式,讨论了龙门山带的反转性质,主干断裂的成因以及反转动力学机制。研究表明,龙门山的发育机制为一斜向正反转过程,区内发育有反转断层转折褶皱、被动陆缘型反转滑脱褶皱、反转断层传播褶皱以及受古生代裂谷控制的反转构造等反转构造类型;反转时期主要为印支期,本区在印支运动之前同时属被动陆缘和裂谷的构造背景;进入印支期后,受扬子陆块、华北陆块、羌塘陆块之间相互碰撞的影响而造山。该过程在本区不同地段表现存在差异,这种差异受控于前期的构造格局以及后期不同方向挤压应力的叠加。四川前陆盆地的发育和该过程有密切的联系,盆地内部具有裂谷构造反转的证据。     

青藏高原隆升气候效应的数值模拟研究进展概述

青藏高原隆升作为新生代的重大地质事件对亚洲乃至全球气候环境变化产生了深远的影响,因而高原隆升的气候环境效应一直是备受关注的重要科学问题。在过去近半个世纪中,国内外学者利用气候数值模式开展了大量高原地形气候效应的数值模拟研究,这些研究结果极大地提升了对地形抬升影响气候的物理机制以及高原隆升对古气候演化驱动作用的认识。本文简要回顾了过去有关青藏高原隆升气候效应数值模拟研究的进展,并按照高原隆升模拟研究发展的3个阶段总结了目前取得的主要研究成果。从数值模拟结果看,新生代以来青藏高原在隆升、生长和北移过程中其动力和热力作用对东亚季风的形成、南亚季风的演化、内陆干旱化的发展以及亚洲季风-干旱环境格局的变迁都具有深远的影响。青藏高原及其周边不同区域地形隆升的气候效应不同,青藏高原隆升的气候效应与大陆漂移背景下海陆分布和古地理格局的变化密切相关。南亚热带季风的建立是由大陆漂移的位置和热带辐合带季节性移动共同决定的,而东亚季风的建立则主要取决于青藏高原的隆升和北移。亚洲副热带干旱区的存在取决于大陆的位置和行星尺度副热带高压的控制,而亚洲内陆中纬度干旱区的形成则是青藏高原隆升的结果。本文最后简要梳理了高原隆升气候效应数值模拟研究目前存在的问题和未来可能的改进。     

柴达木路乐河地区新生代碎屑组分变化及其对构造隆升的指示

碎屑组分变化是反映盆地物源演化历程的重要物质表现。路乐河地区作为柴达木盆地的重要组成部分,沉积地层记载着印度-欧亚板块碰撞以来青藏高原北缘造山带的构造隆升过程。高长石组分含量、物源方向及毗邻山脉岩性对比揭示,路乐河物源主要受南祁连和赛什腾山控制,其碎屑组分变化对毗邻造山带构造活动具有很好的耦合性。新生代53.5~2.9Ma期间,路乐河地区存在3次物源转换事件,发生时间依次同印度-欧亚板块碰撞及高原内部构造隆升事件相吻合。其中早期50.1~46.6Ma,南祁连山的快速抬升是对大陆初始碰撞的远程响应;44.5Ma,高原以垂向增生和推覆构造发育为特点,赛北断裂高速剥露,致使路乐河地区物源发生转变;渐新世末期(22.6Ma),青藏高原准同时整体隆升,赛什腾山和南祁连山协同为路乐河地区供给沉积物。所获认识为深入了解高原隆升演化和板块碰撞远程效应提供新的沉积依据。     

青藏高原大地构造演化——主要构造-热事件的制约及其成因探讨

尽管青藏高原具有至少5 000万年漫长的演化历史,但是我们对它的认识多是基于一些持续时间很短的构造、沉积、热和气候等事件。在前人的研究基础上,本文对发生在高原内的主要构造-热事件进行梳理,并在时空上进行对比,试图确定相对合理的动力学控制因素。在新生代早期(～50 Ma)和中新世中晚期(～10 Ma),印度板块运动速率发生两次大幅度衰减,前一事件被认为与印度与欧亚大陆碰撞有关,后一事件被认为与高原向外扩展有关,成因是高原的底部岩石圈的剥离和由此引发的均衡反弹。除此以外,在高原内还发生过两次事件,虽然它们没有反应在印度板块运动速率的变化,但是留下的痕迹遍布高原。一次是高原内部区域性挤压缩短的停止,平坦的高原面得以发育,另一次是高原周边山脉的隆升,这两次事件都发生在新生代中期(～25 Ma)。这两次构造事件呈现的"此消彼长"关系反映出高原向外的扩展,成因是否是高原岩石圈底部的剥离还是个未知数。由此可以得出结论,即:中央高原现今的构造与地貌格架定型于早期事件(～25 Ma),而高原周边造山带现今的构造和地貌格架定型于晚期事件(～10 Ma)。即使是新生代中期的扩展事件,在时间上也远远滞后于印度与欧亚大陆的碰撞时间,青藏高原新生代早期(50～35 Ma)在很大程度上仍是一段哑历史,该时期到底发生了什么？这是一个值得探索的科学问题。     

西昆仑及邻区岩石圈结构构造演化——塔里木南—西昆仑多学科地学断面简要报道

通过深地震反射剖面,宽频天然深地震探测,广角折射、反射剖面,结合地表地质观察、岩石矿物和地球化学研究,以及弹性模拟计算等,对当前国际上流行的所谓高原北缘向南呈A型俯冲,南缘向北俯冲构成的青藏高原地壳加厚、隆升的“双俯冲”(two-sidedsubduction)模式提出质疑,认为高原北缘至少在西昆仑与塔里木(欧亚板块)之间不存在长距离的俯冲,在新生代以来的强劲挤压中,塔里木起到了一定的阻挡作用,在这里呈现南北向挤压应力场,因而青藏高原西北缘陆-陆碰撞造山、盆山的形成受到“南北双向挤压模式”所控制,也是造成青藏高原西北缘新生代期地壳加厚、隆升的重要动力因素