环青藏高原构造形变场的数值模拟研究

本文综合论述了环青藏高原地区主要断裂活动性及其内部构造块体运动状况两方面的构造形变场特征，并将其置于 青藏高原这个完整的地球动力学环境体系中，在建立青藏高原构造动力学模型式的基础上，用离散元法模拟分析了环青藏高原地区上述两方面的构造形变场特征。     

青藏高原构造演化及隆升的简要评述

根据近年古生物区系、岩相古地理、地质构造以及古地磁等的研究,特别是晚古生代－白垩纪古生物区系、分异度指数特征以及古地磁数据等,笔者认为,从晚古生代－白垩纪印度板块和青藏高原之间不存在至今还流传引用的浩瀚深邃宽达６０００－７０００ｋｍ、     

青藏高原的隆升：青藏高原的岩石圈结构和构造地貌

笔者回顾青藏高原隆升研究的历史，剖析各种隆升动力学模式，依据着青藏高原岩石圈组成的构的强烈不均一性和、三分性”，“对称性”构造地貌格局，提出了青藏高原隆升是印度地块和塔里木一可拉善地块双向不均一俯冲和青藏腹地深层热隆扩展联合作用的结果，俯冲是高原隆升的重要机制，而热隆扩展是高原隆升的直接原因。     

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。     

青藏高原的形成与隆升

青藏高原的形成与隆升问题是个十分复杂、倍受地球科学家关注的问题。它被认为是冈瓦纳大陆与欧亚大陆长期相互作用的结果。青藏高原是由6个地体相继增生到亚洲大陆上的一个组合,这些地体之间的边界被5条缝合带所限定。造山作用自北向南相继变年轻。青藏高原是特提斯的主要范畴,它可以分成3个区域,分别代表了3个阶段主洋盆位置。特提斯北区位于昆仑山和祁连山,它的遗迹是第五缝合带,在大陆基底上于震旦纪形成裂谷,奥陶纪闭合。特提斯中区位于可可西里-巴颜喀喇,古生代晚期以来在弧后盆地基础上继续破裂、扩张,典型的洋壳形成于石炭-二叠纪,这个时期的洋称古特提斯,它的遗迹为第三和第四缝合带。特提斯南区位于青藏高原南部,雅鲁藏布江缝合带代表了它的主洋盆遗迹,班公-怒江缝合带代表了它的弧后盆地。青藏高原的隆升以多阶段、非均匀、不等速为特征,大体上可分成4个阶段,即45～38,25～17,13～8和3～0Ma。虽然到目前为止已经提出了多种模式来解释高原的形成与隆升,但是这一问题迄今仍然没有解决。文中笔者根据多年来地质。地球物理和地球化学研究成果和近年来新的实验研究结果,提出了叠加压扁热动力模式来解释青藏高原的形成与隆升机制。     

青藏高原多向碰撞─揳入隆升地球动力学模式

论证了青藏高原形成与隆升过程中的变形构造格局。岩石圈结构、青藏高原隆升与周边前陆沉积盆地耦合关系、高原隆升的地球动力学模式等。提出青藏高原碰撞-隆升过程中,高原边缘以走滑-挤压构造为主,高原内部以伸展构造为主;高原隆升过程中,岩石圈变形总体是：上部以伸展变形为主,中部以挤压变形为主,下部以伸展变形为主。通过青藏高原及周边岩石圈结构及隆升过程变形作用时-空耦合关系的对比研究,建立起青藏高原隆升机制的多向碰撞-入隆升地球动力学模式。     

青藏高原多向碰撞─揳入隆升地球动力学模式

论证了青藏高原形成与隆升过程中的变形构造格局。岩石圈结构、青藏高原隆升与周边前陆沉积盆地耦合关系、高原隆升的地球动力学模式等。提出青藏高原碰撞-隆升过程中,高原边缘以走滑-挤压构造为主,高原内部以伸展构造为主;高原隆升过程中,岩石圈变形总体是：上部以伸展变形为主,中部以挤压变形为主,下部以伸展变形为主。通过青藏高原及周边岩石圈结构及隆升过程变形作用时-空耦合关系的对比研究,建立起青藏高原隆升机制的多向碰撞-入隆升地球动力学模式。     

青藏高原巴颜喀拉地块构造形变特征的数值模拟

1997年以来发生在青藏高原主体的一系列强震均围绕巴颜喀拉地块周缘断裂带分布。在现今GPS观测的约束下,利用弹塑性平面应力有限元模型,模拟分析了巴颜喀拉地块在周缘断裂带控制下的构造形变特征。结果表明,弹性模型不能解释现今利用GPS观测到的巴颜喀拉地块的构造形变特征,当昆仑山断裂带中段和玉树—鲜水河断裂带处于塑性屈服状态（有较大相对滑动）时,计算得到的速度场与GPS的观测值吻合较好,表明该区现今的地壳运动主要被这2条断裂的变形所吸收。进一步的模拟分析发现,如果依据断裂带上强震的复发周期给定各个断裂带的相对塑性屈服强度,则在玉树—鲜水河断裂带和东昆仑断裂带中段进入塑性屈服之后,玛尔盖茶卡—若拉岗日断裂带玛尼段和黑石北湖断裂带会先后进入破裂滑动状态,东昆仑断裂带东段和龙门山断裂带南段最后进入屈服状态,指示巴颜喀拉地块的整体运动在周缘断裂带控制下具有分段性和分期性。     

旋扭构造的粘弹性力学分析

本文根据弹性体与粘弹性体中瞬时应力分布的对应关系,通过旋扭构造力学分析的弹性解,然后以三元件Ross粘弹性模型模拟岩石力学性质,求出粘弹性体中的瞬时应力、应变的解析解,再代入岩石的粘弹性常数,算出精确数字解答,最后作出应力应变的时间演化图。     

青藏高原的递进式隆升机制

根据青藏高原现代构造变形的GPS速度场、高原区喜马拉雅山等五大山脉之间的几何关系，及其在地貌构造上的褶皱结构特点、岩石圈的分层特征，作者提出在印度板块的推挤作用下，青藏高原具有递进式隆升的特征的观点。利用FLAC有限差分法数值模拟软件，近似采用平面应变条件，模拟了在水平推力作用下，地壳层递进式挤压弯曲隆升的过程。根据数值模拟结果认为，青藏高原隆升的主要动力源是印度板块NNE方向的推挤力，地壳层依照自南而北的次序逐步产生一系列褶皱隆起，从平面、剖面上均具有密切的时序因果关系；高原隆升与活动构造的发育、分布具有密切关系，断裂活动强度自南向北递进式扩展，因此，祁连山脉是高原最年轻的新生活动山链。     

ACTIVE DEFORMATION STYLE IN SOUTH-EASTERN AND NORTH MARGINS OF TIBETAN PLATEAU

ACTIVE DEFORMATION STYLE IN SOUTH-EASTERN AND NORTH MARGINS OF TIBETAN PLATEAU     

青藏高原隆升对云南高原环境的影响

讨论了云南高原环境从上新世至早更新世对青藏高原隆升的响应。在上新世 ,云南高原普遍发育一套粘土岩、亚粘土岩、粉砂岩及褐煤的湖相、湖沼相沉积 ,大致以红河断裂为界 ,西厚东薄 ,说明在上新世云南高原内部总体构造环境较稳定 ,但西部盆地下沉的速度大于东部盆地。在早更新世 ,云南高原的沉积相和厚度都发生了较大的变化。红河断裂以西为洪冲积相的砾石层 ,厚度薄 ;滇西北主要为河流相的砾石层和砂层 ,略较滇西的厚 ;滇中地区为河湖相和河流相的砂质粘土层、粘土层、砂层和砾石层 ,厚度较大。说明进入早更新世 ,云南高原隆升强度明显加强 ,而且从西部向东部逐渐推进。在早更新世晚期 ,在青藏高原的昆黄运动的影响下 ,全区发生了一次显著的构造运动———元谋运动 ,造成下更新统的褶皱、断裂变形和金沙江的全线贯通。     

FORMATION AND EUOLUTION OF TETHYS IN THE TIBETAN PLATEAU

FORMATION AND EUOLUTION OF TETHYS IN THE TIBETAN PLATEAU     

青藏高原及其周边地区大地震震源过程成像

青藏高原是世界上地震多发区之一。仅 1990年以来就有 4次强烈地震发生在青藏高原及其周边地区。发生于 1990年 4月 2 6日的青海省共和县MW 6 .4 (MS6 .9)地震位于青藏高原的东北缘 ,发生于 1997年 11月 8日的西藏自治区玛尼县MW 7.5 (MS7.9)地震和 2 0 0 1年 11月 14日的昆仑山口西MW7.8地震位于青藏高原的北部 ,发生于 1996年 2月 3日的云南省丽江县MW 6 .6 (MS7.0 )地震位于青藏高原的东缘。通过中国数字地震台网 (CDSN)和全球数字地震台网 (GDSN)记录的数字波形成像 ,分析研究了这些大地震的震源运动学和几何学特征。研究表明 ,这些地震的震源性质因震源所处位置的不同而不同 ,它们的发生与印度板块与欧亚板块的碰撞、青藏高原的运动与变形有着密切的关系。反过来 ,从地震波形资料中获得的关于这些地震的震源机制、震源运动学和几何学特征的进一步认识为青藏高原目前的运动状态提供了证据。     

青藏高原东南部第四纪右旋剪切运动

通过对藏东南嘉黎断裂和滇西北断裂实地考察研究，表明青藏高原南部不存在统一的边界走滑断裂。嘉黎断裂的西段位于青藏高原南部，是一个南北挤压作用下的东西向伸展构造区，发育近南北向的地堑系，嘉黎断裂西段是这些地堑之间的转换断层，具有较高的右旋走滑速率。滇西北断裂与红河断裂构成川滇菱形块体的西南边界，该块体具有向东南逃逸和顺时针旋转运动。     

青藏高原的剥蚀与构造抬升*

利用宇宙成因核素¹⁰ Be和²⁶ Al对西昆仑和可可西里北部地表基岩的剥蚀速率进行了测定,得到的结果是:西昆仑的平均剥蚀速率为12m/Ma, 可可西里北部的平均剥蚀速率为15m/Ma。裂变径迹和宇宙成因核素这两种手段所得到的平均剥蚀速率的时间尺度是不同的,前者得到的是几个至数十百万年的平均剥蚀速率,而后者得到的是十几至几十万年的平均剥蚀速率。比较通过这两种手段得到的青藏高原北部和中部的平均剥蚀速率可以发现其平均剥蚀速率从20Ma以来的100m/Ma以上减少到了最近几十万年以来的10m/Ma,我们认为这一剥蚀速率下降的趋势反映了青藏高原从中新世到第四纪晚期构造活动的减弱,据此推断青藏高原北部和中部的隆升应该主要发生在第四纪晚期之前,而不是在最近的几十万年。     

青藏地区面波高分辨率层析成像

通过搜集1986~2001年间亚洲、部分欧洲及西太平洋地区台网44个数字地震台记录的187个地震事件,约1 500条三分量长周期数字化地震记录.从中挑选出390条很好地覆盖了青藏高原及邻区大圆传播路径,采用面波频散反演方法,对70°E~110°E,10°S~45°N范围地壳上地幔不同深度(8~430 km)进行1°×1°高分辨率三维S波速度成像.根据成像结果对青藏高原的地壳厚度进行了推断,讨论了青藏高原的构造演化及其动力学特征.     

CENOZOIC ALTYN TRANSFORM FAULT OF THE NORTHERN PART OF THE TIBETAN PLATEAU

CENOZOIC ALTYN TRANSFORM FAULT OF THE NORTHERN PART OF THE TIBETAN PLATEAUtheNationalNaturalScienceFoundationofChina (No .4 980 2 0 19)     

柴达木盆地第四纪环境演变、构造变形与青藏高原隆升的关系

青藏高原北部柴达木盆地发育了巨厚的第四纪河湖相沉积。盆内沉积地层强烈的构造变形以及湖盆环境突变进一步证实了青藏高原经历了多期挤压隆升运动。沉积环境、介形虫和植物孢粉化石及磁性地层研究表明,自距今 2.5Ma以来,青藏高原共经历了距今2.52～2.28Ma,1.94～1.66Ma,1.38～1.1Ma,0.71～0.5Ma和 0.24～0.09Ma 5次强烈的隆升阶段,分别对应于青藏运动B幕和C幕、昆黄运动A幕和B幕以及共和运动。高原内、外 9个盆地的构造—沉积记录对比研究也进一步揭示了青藏高原隆起的整体性和阶段性。     

青藏高原东缘地区隆升作用特征－低温年代学证据

通过对比研究青藏高原东缘若尔盖－泸定地区低温年代学样品(ZFT样31件、AFT样56件和 A(U­Th)/He 样37件)各参数(隆升年龄和隆升速率)特征表明,该地区中生代以来的抬升冷却过程具由北向南的递进隆升特征,南部丹巴弧形带与北部茂县弧形带产生了显著的隆升剥露“翘掀式”调整,北部弧形带隆升剥露较早、速率先快后慢,南部弧形带隆升剥露较晚、速率先慢后快; 且在早中新世研究区处于平静期,抬升剥露作用显著减缓。年龄及抬升冷却速率等值线垂向上浅部(70℃等温面)较深部(110℃等温面)弧形展布特征显著; 平面上总体向南具连续弧形变化趋势(年龄变新、隆升速率增大)。抬升冷却(剥露)特征显示出中央造山带和青藏高原的形成对该地区隆升过程的强烈影响,以及弧形构造格架对浅部地表抬升剥露的显著控制作用。