青藏高原东北部天然地震探测与岩石圈深部特征

为了研究青藏高源东北部块体构造变形的深部驱动机制，笔者对青藏高原东北部的天然地震观测数据进行地震层析反演，并结合同一剖面的接收函数及各向异性结果进行讨论。介绍了ACH方法的基本原理，论述了由于印度板块向北俯冲的强大的持续作用力，造就了NE向俯冲到柴达木盆地之下的昆仑造山带，并发现在巴颜喀拉地体下方壳幔内的仰冲活动。壳幔内的低速体十分显著地出现在阿尼玛卿缝合线以北，深度可达300km。推断该低速体可能与昆仑断裂的深层的剪切作用有关。深部资料显示该区莫霍界面由北向南逐渐加深，这与青藏高原东北部的岩石圈减薄现象一致，而且与印度板块向北运动的远程效应有关。另外，地震层析结果及各向异性分析也支持青藏高原东北部主应力方向转为NE向的观点。     

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。     

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。     

青藏高原地震层析成像的研究进展

为研究青藏高原地壳上地幔深部结构构造特征,近年来开展了大量的宽频地震探测工作。笔者收集了最近十几年来在青藏高原内部及其周缘布设的宽频带临时台网和固定台站情况,综合论述了宽频地震层析成像方法在青藏高原深部结构探测,如地壳低速层、印度岩石圈地幔俯冲、青藏高原北部构造研究中所取得的成果。     

论中国西部岩石圈三维结构及其对寻找油气资源的启示

利用卫星重力异常研究中国西部岩石圈构造，发现中国西部壳内存在规律、清晰的平行线状排列盆山构造。自北而南是：额尔齐斯盆地带、北准噶尔隆升带、天山北盆地带(或天北盆地带)、天山隆升带、淖毛湖一乌力吉盆地带、天山南盆地带(或天南盆地带)、库鲁克塔克一北山隆升带、阿尔金山一祁连山北盆地带(或塔南盆地带)、西昆仑一阿尔金一祁连山隆升带以及柴达木盆地带和藏南盆地带。壳内盆地带主要形成于印支一燕山期强烈的挤压褶皱带内。喜马拉雅期，在印度板块自南西向北东的俯冲作用下，使婆罗科努山一察布查尔山一阿拉沟山一额尔宾山一霍拉山等山系横向隆升，和天山山脉一起，将新疆地区分割成伊宁盆地、准噶尔盆地、吐哈盆地和塔里木盆地，形成当今新疆地貌。研究表明，上述横向隆升山脉和其他北西一南东向新构造，在岩石圈地幔中均有相应的卫星重力异常，推测新构造运动的动力来自岩石圈地幔。对青藏高原的研究表明，青藏高原以雅鲁藏布江断裂、班公湖一怒江断裂、澜沧江和金沙江断裂等一系列相互平行的断层和其夹持的条形地块为特征，表层构造与壳内构造不符。这些条形构造和青藏高原地壳向东南的逃逸构造仅发生在上地壳。研究还表明印度板块俯冲到地幔仅发生在西藏西南部。在JJI西一藏东存在南北向的稳定地块，阻挡了印度板块向青藏高原俯冲的进程。从这项研究中得到启示，西部寻找油气资源应考虑：①不要局限于新生代盆地；②研究盆地的构造背景要考虑深部构造的控制；③基础研究对寻找油气资源能发挥重要的预测作用，可以为寻找古生代、中生代油气田提供线索，为部署工作提供参考。尤其应对天北盆地带、天南盆地带、塔南盆地带、柴达木盆地带，以及藏南盆地带的深部整体面貌及它们对地表构造的控制作系统的调查研究。     

藏北低速体存在的地震学证据——INDEPTH4宽频地震结果

位于青藏高原东北部的INDEPTH-IV地震探测剖面,始于柴达木盆地南缘,穿越东昆仑造山带、金沙江缝合线,终止于羌塘地体.本文作者利用天然地震体波完成了该区的三维走时残差反演,勾划出了青藏高原东北部的深部构造格局.研究区最显著的现象则是分布在昆仑地体、可可西里地体、羌塘地体北部下地壳、上地幔中的低速体.对其成因,有可能...     

东昆仑大地震的深部构造背景

本文以深地震测深剖面资料揭示的地壳结构形态为切入点 ,探讨东昆仑 8.1级大地震的深部构造背景。沱沱河—小柴旦长 5 0 0km的剖面范围内发现两处大的莫霍面错断 ,分别位于东昆仑 柴达木结合带之下和金沙江断裂之下。青藏高原北部的地壳厚度 6 1～ 75km :莫霍面具有一致南倾 ,逐步加深的产状及弱反射性特征 ;下地壳明显增厚 ,但速度未见明显降低 ;上地壳发育逆冲、走滑断裂 ;地壳中部存在低速层。北邻的柴达木盆地地壳相对刚性 ,厚 5 2± 2km。东昆仑及邻区的壳幔结构有利于强地震孕育。在印度板块向北推挤和柴达木地块的向南插入的区域挤压应力场中 ,青藏高原北部较弱的下地壳缩短增厚 ,变形过程中的蠕滑引起地壳浅部的应力放大。但NE向主压应力的作用不是大地震形成的唯一要素 ,与青藏高原北部各地体侧向运动有关。侧向运动速率和幅度的差异使应力在各地体的边界断裂积累并使其复活。而低速层对形成孕育大地震需要的“立交桥式”的局部应力环境是必不可少的条件。     

汶川8.0级特大地震震源断裂特征及其动力学分析

笔者根据地壳表层地质构造和地震地质研究与地震测深和大地电磁测深成果,运用现代构造解析理论与方法,论证了汶川8.0级特大地震的深部构造环境,探讨了汶川8.0级特大地震震源区的地震断裂和震源断裂基本特征与相互关系,及其形成的地球动力学问题。笔者认为龙门山碰撞造山带深处隐伏壳幔韧性剪切带可能是汶川8.0级特大地震主震区的震源断裂,而地壳表层发育的映秀断裂带、北川断裂带和彭县—灌县断裂带等可能是汶川8.0级特大地震主震区的地震断裂,该区震源断裂与地震断裂既有显著区别,又有密切联系。研究表明,在印度板块与太平洋板块和菲律宾海板块对欧亚板块俯冲碰撞的动力学作用下,形成上扬子地块向青藏高原东缘碰撞—楔入以及青藏高原东缘向东仰冲,深部向东俯冲的动力学态势,造成龙门山碰撞造山带切割莫霍界面的壳幔韧性剪切带向中上地壳扩展,应力高度集中与能量快速释放破裂,从而引起汶川8.0级特大地震的发生,以及大型同震地表破裂带的形成。探索震源断裂与地震断裂区别与联系,对进一步研究地震机制与发震动力学以及防震减灾有重要意义。     

青藏高原各地体的地壳-上地幔结构及其东西向的变化特征

青藏高原是由多个地体拼合而成的,在印度板块向北俯冲的长期作用下,各地体被挤压,地壳缩短,高原隆升。尽管在北北东向挤压作用下发生了高原的近南北向的断裂活动,但各地体本身的结构整体上保持相对稳定,不仅地壳浅部的地层、岩石、古生物保持着各自的特征,而且深部Moho面的变化和岩石圈的特征也是相似的。青藏高原的相距500km以上的2条宽频地震探测剖面的接收函数结果证实:高喜马拉雅地体、特提斯喜马拉雅地体、冈底斯地体、羌塘地体和巴颜喀拉地体在东西方向上保持着相近的速度特征。这充分说明,印度板块向北俯冲与青藏高原碰撞,引发各地体碰撞造山与高原隆升是地壳和岩石圈的整体构造运动,高原各地体,至少高原腹地仍然保持着大致相同的深部结构,Moho面、岩石圈底界面的深度和产状变化不大。     

由地震探测揭示的青藏高原莫霍面深度

全球最新、规模最大的青藏高原造山带是研究陆陆汇聚、板块俯冲和高原隆升等大陆动力学问题的天然实验室。自20世纪50年代至今, 已经积累大量被动源地震观测和主动源地震探测资料用于揭示青藏高原的地壳与上地幔结构, 勾勒出青藏高原的壳幔结构的基本特征。本文在汇总前人工作基础上, 通过对深地震测深、深地震反射剖面和宽频地震观测三种地震方法资料的梳理, 探讨青藏高原的莫霍面深度及其分布特征。结果表明, 青藏高原莫霍面形态复杂, 深度变化很大, 分布总体特征呈现出中间浅, 南部较深, 北部较浅, 西部较深, 东部较浅的趋势, 最深的和最浅的莫霍面可以相差40 km。这种变化趋势记录了印度板块和欧亚板块的相互作用使高原地壳增厚、减薄过程, 并驱使地壳物质由西向东流动。     

青藏高原上新世构造岩相古地理

在前人研究成果的基础上,划分出青藏高原及邻区上新世残留盆地共95个,探讨了青藏高原及邻区上新世构造岩相古地理演化。青藏高原上新世总体构造地貌格局主要受控于印度板块与欧亚板块沿雅鲁藏布江缝合带的碰撞及持续挤压,影响着青藏高原广大范围内的构造抬升。东北部昆仑山、祁连山地区是两大构造隆起蚀源区,两大山系夹持的柴达木盆地是高原东北部最大的陆内盆地,祁连山以北和以东地区则以盆山相间的格局接受周围山系的剥蚀物质,直到晚上新世(青藏运动"A"幕)高原东北部进一步强烈隆升,山间盆地抬升成为剥蚀区。新疆塔里木和青藏高原东部羌塘、可可西里地区主体表现为大面积的构造压陷湖盆-冲泛平原沉积区。高原东南部为一系列走滑拉分断裂运动形成的拉分盆地,上新世早期堆积洪冲积相砾岩,中期为湖泊、三角洲沉积,晚期随着山体的进一步抬升,盆地又接受冲洪积扇相砾岩堆积,并被河流侵蚀剥露。高原南部上新世多分布一些近南北向盆地,是响应高原隆升到一定程度垮塌而成的断陷盆地,同东南部拉分盆地类似,上新世沉积相也由早至晚分为3个阶段。恒河地区上新世由于喜马拉雅山的快速抬升,沉积以粗碎屑为主,形成狭长的西瓦利克群堆积。上新世青藏高原总体地势继承了中新世西高东低、南高北低的地貌特征,但地势高差明显较中新世增大。     

榆木山构造带深部结构及隆升成因

新生代以来,欧亚与印度两大板块间的碰撞拼合及后续的汇聚挤压塑造了现今青藏高原的高海拔地形地貌和巨厚地壳。位于青藏高原最北缘的榆木山构造带,其内部构造变形的几何学和运动学特征记录了地球最新演化历史过程中,构造、剥蚀和气候变化之间的复杂关系。长期以来,其构造成因和属性一直存在争议。本文通过对最近完成的深地震反射剖面的初步处理,其反射剖面初步揭示了榆木山构造带的深部地壳结构:榆木山构造带之下莫霍面深度为45～48 km,整体由北向南加深;同时,深部反射和地表层析速度成像结果显示榆木山下方存在明显的反射透明区、高速异常体,结合地表地质调查,推测其可能为花岗岩体,同早古生代祁连洋的闭合有关;在榆木山构造带之下存在明显的壳内滑脱面,推测其隆升受控于两条背向逆冲断裂带的控制。本文同时结合其他地质地球物理资料,初步提出了青藏高原北缘的演化模型,为青藏高原北缘的向北扩展、盆山耦合及块体间关系提供了新的思路。     

新生代柴达木盆地与周缘造山带的构造耦合

新生代以来,中国西部的一系列古老造山带和盆地在印-亚板块汇聚作用下重新复活,在青藏高原外围形成了现今全球最大的陆内挤压构造域,被称为环青藏高原盆山体系,其形成过程与机制对深入认识陆-陆碰撞如何影响大陆内部变形有重要意义。柴达木盆地是中国西部重要的新生代沉积盆地,四周均被巨型造山带所围限,共同构成了环青藏高原盆山体系北东段的主体。本文利用最新的石油地震勘探数据、地表地质和已发表的深反射地震数据,将上地壳变形与岩石圈深部变形有机结合,系统刻画了柴达木盆地与周缘三大造山带之间岩石圈尺度的构造耦合关系,在此基础上探讨环青藏高原盆山体系北东段的盆山汇聚过程与机制。柴达木盆地与南侧祁曼塔格—东昆仑山、北东侧南祁连山之间在上地壳尺度发育一系列倾向造山带的基底卷入高角度逆断裂体系,自新生代早期就开始活动,以垂直的基底抬升为主,水平缩短量有限;在下地壳和岩石圈地幔深度则发育倾向盆地一侧的深大断裂,使得柴达木盆地与周缘造山带之间发生截然的莫霍面错断。这些变形特征揭示柴达木盆地与南侧祁曼塔格—东昆仑山、北东侧南祁连山之间发育岩石圈尺度的构造楔,即盆地的岩石圈楔入至增厚的造山带下地壳,其发育主要受盆地与造山带...     

昆仑山垭口地区"望昆冰期"冰碛宇宙成因核素10Be测年

昆仑山垭口地区是东昆仑山现代冰川作用中心之一,在第四纪冰期间冰期旋回中保留了多套较为完整的冰川沉积.位于垭口盆地西侧山脊上的望昆冰碛,是本区已知最老的冰川沉积.应用宇宙成因核素10Be暴露年龄方法对望昆冰碛进行年代测定,5个样品中有4个介于(56.9±5.6)～(38.2±3.5)ka BP之间,相当于MIS3阶段,明显年轻于前人所测ESR和古地磁年代,且与地貌系列不符.这一结果不能代表望昆冰碛的实际年代,而应为所测漂砾后期暴露的年代,反映了MIS3阶段昆仑山垭口地区曾遭受过强烈地表剥蚀过程.望昆冰碛10Be暴露年龄显著地年轻,表明应用宇宙核素暴露年代测定冰碛物形成时代具有复杂性,应充分考虑后期剥蚀等地表过程,并应使用其他测年方法进行相互验证.     

青藏高原区域重磁异常的东西向分区及其构造地质特征

自从大陆整合以来作为一个整体的青藏高原继续受着印度板块向北俯冲的影响,也必定不断地改造着原各地体的结构构造,形成了高原整体意义上东西向的差异。这种差异与原本各地体的组成、结构和东西向延伸不一致。这不仅表现在南北向断裂构造跨各单个地体范围的出现,而且,逐步形成了东西的分区。这种分区突出地表现在区域重力与磁场的特征上,这不仅是局部的岩石磁性与密度变化的结果,而且是由于印度板块向北俯冲过程中,在其前缘的不同部位上经受的压力不同,以及地块的隆升与扩张作用的差异造成了高原东西各区段的地壳组分与厚度的变化。青藏高原的南北向断裂构造并非地壳上层的局部断裂,它具有深层的原因。由于印度板块向北推进的过程中不是均匀地齐头并进,而是在帕米尔高原以东的青藏高原范围内存在着推进速度和俯冲深度的差异,随着高原隆升的加剧高原本身出现断裂,自中新生代以来就存在着一定差异,所以南北向的断裂构造比目前地表见到的多些,而且具有较大的深度,Moho面的深度和地壳厚度都受南北向断裂的控制,并形成了区域重磁场的变化。同时,高原的东西向拉张作用也使南北断裂带发育加剧。