青藏高原新生代构造岩相古地理演化及其对构造隆升的响应

在系统分析青藏高原新生代98个残留盆地类型、形成构造背景、岩石地层序列的基础上, 对青藏高原古新世—始新世、渐新世、中新世及上新世构造岩相古地理演化特征进行了讨论: (1)古新世—始新世: 松潘—甘孜和冈底斯带为大面积构造隆起蚀源区.塔里木东部、柴达木、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.高原西部和南部为新特提斯海.(2)渐新世: 冈底斯—喜马拉雅和喀喇昆仑大范围沉积缺失, 指示上述地区大面积隆升.沿雅江自东向西古河形成(大竹卡砾岩).西昆仑和松潘—甘孜地区仍为隆起蚀源区.塔里木、柴达木、羌塘、可可西里地区主体表现为大面积构造压陷湖盆沉积.塔里木西南部为压陷盆地滨浅海沉积.渐新世末塔里木海相沉积结束.(3)中新世: 约23 Ma时高原及周边不整合面广布, 标志高原整体隆升.塔里木、柴达木及西宁—兰州、羌塘、可可西里等地区主体表现为大面积的构造压陷湖盆沉积; 约18~13 Ma高原及周边出现中新世最大湖泊扩张期.约13~10 Ma期间, 藏南南北向断陷盆地形成, 是高原隆升到足够高度开始垮塌的标志.(4)上新世: 除可可西里—羌塘、塔里木、柴达木等少数大型湖盆外, 大部分地区为隆起剥蚀区.由于上新世的持续隆升和强烈的断裂活动, 使大型盆地的基底抬升被分割为小盆地, 湖相沉积显著萎缩, 进入巨砾岩堆积期, 是高原整体隆升的响应.高原从古近纪的东高西低格局, 经历了新近纪全区的不均衡隆升和坳陷, 最终铸就了西高东低的地貌格局, 青藏作为一个统一的高原发生了重大的地貌反转事件.      

青藏高原古新世构造岩相古地理

在系统分析青藏高原及邻区古新世残留盆地类型、形成构造背景、岩石地层序列的基础上,对青藏高原古新世构造岩相古地理演化特征进行讨论:青藏高原西北部的西昆仑,北部的阿尔金、祁连、西秦岭,东北部的松潘-甘孜和南部的冈底斯陆缘弧带,以及北部的阿拉善古陆和南部的上扬子古陆和印度古陆为隆起剥蚀区。西宁-兰州、成都和班戈地区零星分布个别构造压陷湖盆。高原西部和南部为新特提斯海。南部的特提斯-喜马拉雅海区的古地理格局为萨嘎以西为残余洋盆,以东为前陆盆地。由此提出,白垩纪晚期—古新世印度板块与欧亚板块的碰撞起始于东部构造结,新特提斯洋的闭合是自东向西进行的。     

青藏高原中段古近纪早期古构造演化

青藏高原古近纪早期发育大量区域逆冲推覆构造系统, 典型实例如冈底斯逆冲断裂系、纳木错西逆冲推覆构造、伦坡拉逆冲推覆构造、唐古拉山北逆冲推覆构造、东昆仑南部左旋斜冲断裂系。古近纪逆冲推覆构造对古新世—始新世沉积盆地具有重要控制和改造作用。冈底斯古新世—始新世早期发育大量中酸性岩浆侵入和多期中酸性火山喷发, 岩石Sr/Y-Y地球化学显示为岛弧岩浆岩, 推断与古近纪早期新特提斯残留古大洋板块俯冲存在成因联系。古近纪早期新特提斯残留大洋板块俯冲向印度大陆板块俯冲的转换时代约为46-45 Ma, 转换期前逆冲推覆构造运动与新特提斯残留古大洋板块俯冲存在密切关系; 转换期后印度大陆板块俯冲导致更为强烈的逆冲推覆构造运动和挤压缩短变形, 不仅使早期很多逆冲推覆构造继续发生构造运动, 还在喜马拉雅、冈底斯、风火山、东昆仑南部形成大量新的逆冲推覆构造系统。     

藏南江孜盆地构造演化的石英ESR测年证据

江孜盆地是特提斯喜马拉雅构造带北部典型的中新生代沉积盆地。对该盆地东段构造剖面(哲古错-措美南)的石英脉进行ESR测年,获得的年龄分布区间为63.8～4.3Ma,对应于古新世早期-上新世早期。测年结果对于江孜盆地断裂活动的多期性及盆地新生代的构造演化具有重要约束意义,表明江孜盆地的构造演化可划分为盆地主体构造形成(古新世初期)、构造定型(始新世晚期—中新世晚期)和构造改造(上新世及之后)3个主要阶段。     

伸展型复合盆山体系下江汉盆地中、新生代幕式沉降与迁移

江汉盆地与周缘山系构成伸展型复合盆山体系,周缘山系的差异隆升可能与江汉盆地沉降、迁移和构造变形具有协同演化关系.通过沉降史模拟,表明江汉盆地裂陷期具有幕式特征,可分为3个裂陷幕:裂陷Ⅰ幕发生在晚白垩世,裂陷Ⅱ幕发生在古新世沙市组-早始新世新沟咀组沉积时期,而裂陷Ⅲ幕则发生在早始新世荆沙组-渐新世荆河镇组沉积时期.沉降中心发生有规律的迁移,裂陷Ⅱ幕沉降中心由裂陷Ⅰ幕条带状、多方向、多中心向西迁移到江陵凹陷,裂陷Ⅲ幕沉降中心向东迁移到潜江凹陷.伸展型复合盆山体系下盆地沉降中心有规律的迁移可能受多种因素的影响,其盆地周缘山系的差异隆升与盆地沉降中心的迁移显示出此消彼长的响应关系.晚白垩世末至始新世初盆地东缘山系（大别造山带、幕阜山和鄂东冲断带）剥蚀隆升,盆地沉降中心向西迁移.始新世末至渐新世盆地西缘山系（黄陵隆起、湘鄂西冲断带）抬升,盆地沉降中心向东迁移,沉降中心呈现出远离隆起端的"背离式"迁移.地幔底辟作用的差异性变化控制着盆地沉降中心的迁移.      

西宁和贵德盆地新生代沉积物重矿物变化对构造活动的响应

位于青藏高原东北缘的西宁、贵德盆地的新生代沉积序列较完整的记录了盆地周围物源区构造变形过程。重矿物是碎屑物质的重要组成部分,是最直观、有效揭示源区母岩、构造-沉积过程的重要手段。通过重矿物的系统分析,结合沉积-构造变形,揭示出始新世-上新世末西宁-贵得盆地及其源区经历了几个构造活动阶段:古新世-始新世早期的隆升阶段、始新世中期-渐新世晚期的构造稳定阶段、渐新世末-中新世初的构造隆升阶段、中中新世构造稳定阶段和晚中新世以来的强烈隆升阶段。并结合特征矿物（绿泥石）及古水流分析,推断古近纪西宁-贵德盆地是东昆仑山前一个统一盆地。中新世早期青藏高原的扩张导致了拉脊山开始隆起,使原型盆地解体;约8.5 Ma以来拉脊山强烈隆升,两侧盆地逐渐转变为山间盆地。这为正确理解青藏高原东北缘盆山格局的形成和演化提供了重要依据。     

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。     

东海盆地形成的区域地质背景与构造演化特征

东海盆地处于西太平洋俯冲带前缘,是发育在华南克拉通基底之上的,以晚白垩世-新生代沉积为主的新生代盆地.东海盆地性质是在活动大陆边缘减薄陆壳之上的,由于洋-陆俯冲消减所引起的张裂、拉伸作用而形成的弧后裂谷型盆地,是西太平洋众多“沟-弧-盆”体系的一部分.东海盆地陆架外缘隆起控制着东海盆地的演化过程,该地质单元形成于晚白垩世,是陆缘隆起和增生楔的复合体,中新世后由于菲律宾海板块的活动而解体为现今的钓鱼岛隆褶带和琉球隆起.结合对陆架外缘隆起的研究后认为,东海盆地晚白垩世以来的演化历程具有3大构造阶段,即:第一阶段,古新世-中始新世西部坳陷形成发展期;第二阶段,中始新世-渐新世东部坳陷形成发展期,其中,中晚始新世太平洋板块的转向是东、西部坳陷构造迁移的分界点;第三阶段,中新世-全新世,东海盆地进入到菲律宾板块影响时期,原先的构造格局开始分解.      

东昆仑山小南川岩体裂变径迹年代与中新世晚期以来的构造地貌演化

对昆仑垭口地区小南川岩体7件样品进行磷灰石裂变径迹年代学测试, 分析了岩体的冷却过程及岩体的剥露与构造地貌演化的关系.结果表明东昆仑山区中新世晚期视剥蚀速率极为缓慢, 为0.020~0.035mm/a, 反映的是构造隆升作用微弱、地貌缓和的地质环境, 因而构造隆升速率与低的视剥蚀速率相当.上新世以来小南川岩体突发性快速隆升冷却, 造成超过3km的物质揭顶, 这不是由单纯的剥蚀过程导致, 而是反映了昆仑山上新世以来的强烈构造隆升驱动下的成山作用过程.岩体上新世的裂变径迹年龄与近东西向的昆仑河-野牛沟谷地断裂断陷、昆仑垭口盆地断陷以及后期西大滩谷地断陷的综合构造地貌演化有密切的成因联系.此外裂变径迹年龄的空间分布格局反映了区域性的差异隆升作用, 由南向北、由西向东, 隆升和剥蚀作用逐渐衰减, 这与东昆仑山南北向以及东、西昆仑山之间地貌发育的差异性以及新生代火山作用分布是吻合的.      

塔里木盆地古近纪岩相古地理

古近纪是塔里木盆地由海向陆转化的时期。当时该区的海侵来自研究区西侧的古地中海分支，物源则主要是盆地北部的南天山以及南部的昆仑山，沉积中心在库车坳陷西部以及塔西南坳陷带的西部。古新世-始新世早期（库姆格列木群沉积期）在盆地北部库车坳陷发育砾岩、砂岩、碳酸盐岩及膏盐岩，沉积环境有滨岸、漏湖、潮坪及扇三角洲等，塔西南坳陷以碳酸盐岩和膏岩为特征，从东到西发育开阔台地、近岸局限台地、蒸发盐台地、辫状河三角洲环境等，二者之间即在塔北隆起及北部坳陷带位置为宽阔的古隆起区。始新世晚期-渐新世（苏维依组沉积期）整个盆地以滨浅湖为主，发育粉砂岩与泥岩互层沉积，塔西南坳陷虽然仍发育多个海相层，但海水的影响明显比始新世早期弱，当时主要古地理单元有海湾渴湖、滨浅湖、扇三角洲和辫状河三角洲。总体上，塔里木盆地在古近纪经历了早期以扇三角洲为主的浅水环境到晚期的滨浅湖及海湾溻湖环境，古近纪研究区的古气候以热带-亚热带的干旱气候为主。     

青藏高原的构造分区及其边界的变形构造特征

宏观构造特征的确立对青藏高原隆升和“动力学建模”具有重要意义。青藏高原是由来自塔里木-中朝板块的北昆仑-阿尔金-祁连地体,华南-东南亚板块的南昆仑地体、可可西里-巴颜喀拉地体和冈瓦纳古陆的羌塘地体、冈底斯地体及喜马拉雅地体等3大板块(或古陆)的6个地体经多次裂解、会聚和陆内俯冲作用拼合而成的巨型“会聚-陆内俯冲型”岩石圈块体,它以青藏高原南缘结合带、青藏高原北缘结合带和青藏高原东缘结合带依次与印度岩石圈块体、塔里木-阿拉善-鄂尔多斯岩石圈块体和扬子岩石圈块体相隔。按现今动力学特征,这一巨型岩石圈块体(一级构造单元)又可进一步划分为喜马拉雅、藏北、青南和昆仑-阿尔金-祁连等4个二级构造单元(地块),它们依次以雅鲁藏布江结合带、西金乌拉-金沙江结合带、中昆仑结合带为界。4个地块又可进一步划分为若干以断裂为界的三级构造单元(地体)。组成青藏岩石圈块体的各构造单元处于统一的地球动力学系统,它总的表现为:在印度板块向欧亚板块持续、强烈俯冲和热的、具柔性流变学特征的青藏块体整体向北北东方向移动的区域构造背景上,其南、北两侧的喜马拉雅地块、昆仑-阿尔金-祁连地块分别向冷的、刚性的印度岩石圈块体和塔里木- 阿拉善-鄂尔多斯岩石圈块体不对称逆冲叠覆。位于青藏高原腹部的藏北地块和青南地块,在深部存在大量低速体向上涌动和整体自西向东扩展的区域构造背景上,前者叠置近南北向挤压,形成以南北向断陷带及北西和北东向共轭走滑为主的构造格局,而青南地块除松潘-甘孜地体显示自北而南的逆冲叠覆外,可可西里-巴颜喀拉地体以逐一向东挤出的左行走滑作用为主,以致整个青南地块呈现向扬子岩石圈块体逆冲扩展和向三江构造带平移扩展。因此,就现今动力学而言,青藏高原在随着时间推移、隆升速度不断加快的同时,还逐渐向外缘的刚性地块扩展,即高原面积在不断增大。因此青藏高原的边界具有扩展性质,按扩展机制可区分两类扩展型动力边界:走滑型扩展边界和逆冲型扩展边界。典型的走滑型扩展边界位于青藏高原北缘的阿尔金山和青藏高原东缘的三江地区,青藏高原南缘的动力边界属典型的逆冲型扩展边界,而位于祁连山和龙门山的动力边界兼有逆冲和走滑双重扩展性质。     

青藏高原始新世构造岩相古地理

在前人研究成果的基础上,分析青藏高原始新世残留盆地的构造背景、岩石地层序列和青藏高原始新世期间的构造岩相古地理特征。松潘-甘孜和冈底斯带为大面积构造隆起蚀源区,塔里木东部、柴达木、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,高原西部和南部为新特提斯海。从构造岩相古地理演化的角度揭示青藏高原始新世构造隆升与沉积响应的耦合关系,划分出2个强隆升期,分别是强隆升期Ⅰ(55-51Ma)和强隆升期Ⅱ(45-34Ma)。     

青藏高原隆升机制新模式

作为创建大陆动力学理论体系的最佳野外实验室的青藏高原, 涉及当代固体地球科学前沿和热点的许多重大科学问题.迄今为止, 包括板块构造在内的众多模式不能合理地解释青藏高原重要的地质和地球物理现象.本文从下地壳与中上地壳、造山带与沉积盆地的耦合作用出发, 对青藏高原及邻区进行分尺度、分层块、分阶段的构造解析, 提出青藏高原隆升的下地壳层流构造模式, 认为青藏高原地壳增厚和构造隆升是晚新生代由于锡瓦利克盆地、塔里木盆地和四川盆地下地壳的热软化岩石大量流向青藏高原造成的.      

Sedimentary Evolution of the Qinghai–Tibet Plateau in Cenozoic and its Response to the Uplift of the Plateau

We have studied the evolution of the tectonic lithofacies paleogeography of Paleocene–Eocene, Oligocene, Miocene, and Pliocene of the Qinghai–Tibet Plateau by compiling data regarding the type, tectonic setting, and lithostratigraphic sequence of 98 remnant basins in the plateau area. Our results can be summarized as follows. (1) The Paleocene to Eocene is characterized by uplift and erosion in the Songpan–Garzê and Gangdisê belts, depression (lakes and pluvial plains) in eastern Tarim, Qaidam, Qiangtang, and Hoh Xil, and the Neo-Tethys Sea in the western and southern Qinghai–Tibet Plateau. (2) The Oligocene is characterized by uplift in the Gangdisê–Himalaya and Karakorum regions (marked by the absence of sedimentation), fluvial transport (originating eastward and flowing westward) in the Brahmaputra region (marked by the deposition of Dazhuka conglomerate), uplift and erosion in western Kunlun and Songpan–Garzê, and depression (lakes) in the Tarim, Qaidam, Qiangtang, and Hoh Xil. The Oligocene is further characterized by depressional littoral and neritic basins in southwestern Tarim, with marine facies deposition ceasing at the end of the Oligocene. (3) For the Miocene, a widespread regional unconformity (ca. 23 Ma) in and adjacent to the plateau indicates comprehensive uplift of the plateau. This period is characterized by depressions (lakes) in the Tarim, Qaidam, Xining–Nanzhou, Qiangtang, and Hoh Xil. Lacustrine facies deposition expanded to peak in and adjacent to the plateau ca. 18–13 Ma, and north–south fault basins formed in southern Tibet ca. 13–10 Ma. All of these features indicate that the plateau uplifted to its peak and began to collapse. (4) Uplift and erosion occurred during the Pliocene in most parts of the plateau, except in the Hoh Xil–Qiangtang, Tarim, and Qaidam.     

对青藏高原隆升研究的几点思考

青藏高原的隆升机制和隆升历史,需多学科参与.其研究思想和研究方法有几点值得思考:①磨拉石与高原(地面)隆升有没有必然的关系;②生物尤其是古植物对青藏高原隆升最具灵敏性,能够指示青藏高原多阶段隆升的一系列信息,应该是今后研究的重点;③不可忽视加大对高原腹地的沉积盆地研究;④多学科的相互交叉、相互渗透已成为研究青藏高原隆升的必然趋势,并以青藏高原北缘新生代生物、沉积学、岩石学成果为例.这些研究不仅可以极大丰富青藏高原隆升的内容,而且可以相互验证,提供更多相关联的直接证据.     

西藏冈底斯带石炭纪—二叠纪岛弧造山作用：火山岩及地球化学证据

系统研究了西藏冈底斯带石炭纪—二叠纪火山岩的时空分布、岩相学、元素及Sr、Nd、Pb 同位素地球化学和构造环境、源区性质,并与喜马拉雅带二叠纪火山岩进行了对比研究。冈底斯带石炭纪—二叠纪火山岩近东西向集中分布在冈底斯构造带中北部地带,空间上从东至西火山活动的强度和规模渐次减小,时间上从早至晚火山活动的强度和规模总体由弱到强。冈底斯带石炭纪—二叠纪火山岩形成于活动大陆边缘的岛弧构造环境,从早到晚岛弧造山作用经历了初始岛弧→早期岛弧→成熟岛弧的发展演变过程,火山岩浆来源于富集型地幔部分熔融作用,原始岩浆在形成和演化的过程中有俯冲洋壳及随带的深海沉积物和再循环进人地慢的地壳物质组分的强烈混染,明显不同于受地壳物质组分强烈混染的喜马拉雅带二叠纪陆缘裂陷型火山岩。综合研究冈底斯带及其邻区近年来的最新调查与研究成果,从北向南拟建了石炭纪—二叠纪冈底斯岛弧→雅鲁藏布江弧后裂谷盆地→喜马拉雅陆缘裂陷盆地的弧盆系时空结构演化模式,探讨了冈瓦纳大陆北缘石炭纪—二叠纪活动大陆边缘的岛弧造山作用与青藏高原古特提斯演化的耦合关系及其动力学机制,讨论了冈底斯带松多乡榴辉岩的形成过程。     

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。