阿尔金断裂带对青藏高原北部生长、隆升的制约

大量的同位素年代学证据表明（古）阿尔金断裂带可能形成于三叠纪，后又经历了侏罗纪、白垩纪的强烈左旋走滑活动，自印度板块与欧亚大陆碰撞后阿尔金断裂再次活动。主要的走滑活动发生在：（1）245～220Ma；（2）180～140Ma；（3）120～100Ma；（4）90～80Ma；（5）60～45Ma（6）渐新世至中新世；（7）上新世至更新世以及（8）全新世。沿阿尔金断裂带，伴随左旋走滑活动形成一系列的逆冲断裂和正断裂，反映走滑过程中伴随隆升作用的存在，并且形成自北向南包括祁连山、大雪山、党河南山、柴北缘山、祁漫塔格山和昆仑山，表明阿尔金断裂带制约着青藏高原北部的生长和隆升。阿尔金断裂带东、西两端的白垩纪和新生代火山活动是断裂走滑活动的响应。

GPS观测及断裂晚第四纪滑动速率所反映的青藏高原北部变形

断裂晚第四纪滑动速率及现今GPS观测揭示了青藏高原向北扩展与高原边缘隆升的运动特征.主要断裂晚第四纪滑动速率及跨断裂GPS应变速率的结果表明,青藏高原北部边缘的断裂以低滑动速率(<10 mm/a)为主,特别是两条边界断裂:阿尔金断裂和海原—祁连山断裂.两条主要边界断裂上的滑动速率分布显示了断裂间滑动速率转换及调整特征.阿尔金断裂自95°E以西的8-12 mm/a稳定滑动速率,向东逐渐降低到最东端的约I-2 mm/a,而海原断裂自哈拉湖一带开始发育后滑动速率为1-2 mm/a,到祁连一带(101°E以东)增大到相对稳定的4-5 mm/a,直到过海原后转向六盘山一带,滑动速率降低到1-3 mm/a,甚至更低.滑动速率的变化及分布特征显示,阿尔金断裂滑动主要是通过祁连山内部隆起及两侧新生代盆地变形引起的缩短来吸收的,海原—祁连山断裂的低滑动速率及沿断裂运动学特征表明断裂尾端的陇西盆地变形及六盘山的隆起是断裂左旋走滑速率的主要吸收方式.这一变形特征表明,青藏高原北部边缘的变形模式是一种分布式的连续变形,变形发生自高原内部,边界断裂的走滑被高原内部变形所吸收.

可可西里库赛湖揭示的青藏高原北部近4000年来的干湿变化

通过青藏高原北部可可西里库赛湖KS-2006孔(深637cm)沉积岩芯总有机碳、总氮含量及沉积物粒度变化的研究,恢复了该地区近4000年来的干湿变化历史.结果表明,该地区近4000年来经历了显著的干湿变化,干旱时段出现在3900-3590cal aBP、3320-2630cal aBP、1720-1420cal aBP及1100-840cal aBP期间;湿润时段出现在3590-3320cal aBP、2630-1720cal aBP、1420-1100cal aBP以及840cal aBP之后小冰期有效降水升高的相对湿润时期.区域对比分析表明库赛湖地区近4000年来的干湿变化受亚洲季风影响;同时,该地区存在明显的中世纪暖期及小冰期的三次降温事件记录.

青藏高原北部查保马组火山岩的锆石SHRIMP U-Pb定年和地球化学特点及其成因意义

查保马组火山岩位于青藏高原北缘、可可西里东部,为一钾质C型埃达克岩,形成于新近纪中新世(N_1)时期,锆石SHRIMP U-Pb谐和年龄为13.2±0.6～18.3±1.1Ma。火山岩具有SiO_2为59.48%～64.63%,富碱(Na_2O+k_2O=7.52%～8.30%),高K_2O(4.21%～4.62%),高MgO(0.76%～2.48%)和高Mg~#值(0.26～0.51),以及钾玄岩系列的岩石地球化学特征。稀土总量非常高(∑REE=482.26×10^(-6)～592.11×10^(-6)),轻稀土强烈富集(LREE=466.47×10^(-6)～571.69×10^(-6)),重稀土显著亏损(HREE=14.00×10^(-6)～20.43×10^(-6)),Y含量(13.29×10^(-6)～19.87×10^(-6),平均16.27×10^(-6))和Yb含量(1.11×10^(-6)～1.66×10^(-6),平均1.37×10^(-6))普遍偏低。稀土元素配分模式呈轻稀土强烈富集的右倾斜型,(La/Yb)_N值为61.02～91.67。负铕异常不明显(Eu/Eu*=0.74～0.86)。Sr含量及Sr/Y比值高,分别为949×10^(-6)～1497×10^(-6)和54～108,微量元素比值蛛网图上强烈地表现出Nb、Ta、P、Ti、Y的负异常。查保马组(N_1c)钾质C型埃达克岩是青藏高原北部在中新世时期因大陆地壳巨量增厚(75～80km)引起榴辉岩相的下地壳物质发生部分熔融的岩浆产物。

青藏高原北部可可西里库赛湖年纹层微区分析及形成机理

湖泊年纹层是进行高分辨率古气候环境研究的重要载体之一,其形成机理的研究能够为高分辨率古气候环境信息的提取提供重要的依据。本文以青藏高原北部可可西里库赛湖沉积的年纹层为研究对象,通过纹层薄片显微镜观察,以及纹层的扫描电镜、X衍射和同步辐射X射线荧光等微区分析,对库赛湖沉积年纹层的形态、沉积和成分特征进行了研究,以探讨库赛湖年纹层形成过程和机理。结果表明:年纹层层偶由深浅相间的微层组成,深色层主要由灰褐色—黑褐色的粗颗粒物质组成,磨圆中等、分选性差,矿物以石英、长石、白云母、黏土矿物等为主,其中石英含量占73%左右,且具有明显的风力搬运特征;浅色层呈灰白色,矿物颗粒较细,除石英、长石、白云母、黏土外,还有自生的文石,同时浅色层中含有大量的枝角类碎片和半月形介形类生物壳体。研究认为,库赛湖冬季温度低、风力强劲,风的机械搬运作用使大量的陆源物质在冰面堆积,等到春季湖泊开封,冰面上粗颗粒物质沉积到湖底形成库赛湖年纹层的深色层(粗颗粒层);夏季温度升高,冰雪融化,降水增加,河流搬运的陆源粗颗粒物质由于重力作用先在湖泊边缘沉积,而黏土矿物等细颗粒物质则在湖泊中心沉积,同时夏季湖水温度升高,蒸发作用加强,生物活动增强,湖泊自身的生物、化学作用加强,从而形成以细碎屑矿物、生物残体、自生碳酸盐沉积为主的浅色层(细颗粒层)。因此,库赛湖的年纹层层偶是由冬季冰面风成物质形成的粗颗粒深色层(冰融化后,风成物质沉降至湖底堆积)和夏季沉积的细颗粒浅色层两者交替而形成的。

青藏高原北部新生代走构油茶错、纳丁错火山岩年代学、地球化学特征及其构造意义

本文对分布于藏北南羌塘地区的走构油茶错和纳丁错新生代火山岩进行了岩石学、同位素年代学和地球化学研究。两个地区火山岩主要由粗面玄武岩、橄榄粗安岩、安粗岩及粗面岩组成,具有从碱性系列火山岩到高钾钙碱性火山岩连续演化的特征。锆石U-Pb定年表明两个地区火山岩形成时代分别为34.64±0.55Ma和35.03±0.54Ma,另外在走构油茶错安粗岩和粗面岩中发现了大量的捕获锆石。地球化学分析显示,岩石ε_(Hf)(t)均为正值,但随SiO_2含量的增高,ε_(Hf)(t)有减小的趋势。稀土元素配分曲线上轻重稀土分馏明显,无或轻微Eu负异常,尤其是重稀土出现分馏,大多数样品(Sm/Yb)_N值介于6.30～8.25之间,表明原生岩浆起源于含有石榴石的弱亏损型软流圈地幔,中酸性岩浆所具有的类似埃达克岩的地球化学特征是原生幔源岩浆经AFC作用形成的。始新世末期南羌塘地区的火山活动可能与向北俯冲的拉萨地块的岩石圈地幔断离造成的软流圈上涌有关。

青藏高原北部孢粉记录的全新世以来环境变化

根据青藏高原北部同纬度地区,同一个垂直自然带内的西藏羊湖的湖相沉积、青海昆仑河河流相沉积、青海豆错(苦海)湖的湖相沉积记录的全新世以来孢粉(spore-pollen)资料的对比分析,表明:①极度干旱荒漠区的代表植被麻黄属(Ephedra)花粉平均百分含量,三个地区分别为:7.7%,4.2%,7.5%,总体上,羊湖地区的数值高于昆仑河地区与苦海地区。②代表气候湿润的禾本科(Gram ineae)花粉平均百分含量,三个地区分别为:1.2%、4.9%、12.0%,从西向东数值逐渐升高。③代表气候湿润的蒿属(Artem isia)花粉平均百分含量,三个地区分别为:22.2%,43.6%,48.8%,从西向东数值逐渐升高。④代表气候干旱的藜科(Chenopod iaceae)花粉平均百分含量,三个地区分别为:52.1%,42.4%,11.5%,从西向东数值逐渐降低。⑤依据蒿属、藜科花粉百分含量,计算出环境变化指标,蒿属/藜科(A/C)值,三个地区的平均值分别为:0.45,1.23,5.59,从西向东比值逐渐升高,⑥麻黄属/蒿属值,在全新世晚期,三个地区都呈上升趋势,但幅度存在差异,分别为:0.45,0.34,0.28,从西向东数值逐渐降低。综观上述6个方面的变化规律,青藏高原北部全新世以来,干旱的程度从西向东逐渐降低;对青藏高原北部东西方向现今植被和环境的实际考察并结合上述变化规律,未来高原北部干旱变化的趋势将继续由西向东推移。

青藏高原北部可可西里地区近4000年来尘暴事件初探——来自库赛湖沉积物粒度的证据

通过分析库赛湖近4000年来湖相沉积物粒度组成特征,对比人工俘获风成物粒度特征,表明库赛湖沉积物中粗颗粒组分(>64μm)主要由风力搬运作用进入湖泊沉积,记录了该地区尘暴事件历史。重建的尘暴事件序列表明:2500～800cal aBP时段为该地区近4000年来尘暴事件高频发生的阶段,4000～2500cal aBP和800cal aBP以来的时段尘暴事件发生频率较低;近千年来的尘暴事件主要发生于小冰期内的3次降温时段。与贵州董歌洞石笋氧同位素对比分析表明,库赛湖地区近4000年来气候变化受亚洲季风的影响,尘暴事件多发生于夏季风较弱的气候干冷时段。

青藏高原北部地区构造变形特征及与强震关系

通过对1993～1999、1999～2001年青藏高原北部地区GPS水平运动资料的非震负位错模型反演和形变应变场时空演化分析,结合地质构造和有资料积累以来的强震活动,研究块体及边界带的构造变形特征,以及与强震孕育的关系.结果表明:(1)5级以上,特别是6级左右及6级以上地震多发生在区域应变场剪切应变率或面膨胀率高值区、边缘或其附近,尤其是与区域主干断裂构造运动一致的剪切应变率高值区;形变差异显著的块体边界附近;沿块体边界断裂带的高应变积累的闭锁区段及其附近.(2)1999～2001年较1993～1999年大范围的水平运动速率明显减弱,但应变率的减弱幅度不大,可能揭示昆仑山口西8.1大震孕育对北东向的构造应力传递起了某种"阻隔和调制作用"及太平洋板块的西进作用加强.(3)目前应变场分布高值区、块体间差异运动显著的边界带及高应变积累闭锁段有阿尼玛卿断裂中东段与鄂拉山断裂交汇区、祁连山构造带中东段及与海原断裂西段交汇区、日月山—拉脊山断裂与西秦岭北缘断裂交汇区、庄浪河断裂与西秦岭北缘断裂交汇区、六盘山断裂附近.

青藏高原北部风火山花岗斑岩锆石U-Pb同位素测年及其地质意义

青藏高原北部风火山花岗斑岩与逆冲推覆构造存在密切关系,岩浆侵位发生在区域地质构造演化的重要历史时期。对风火山北麓花岗斑岩及暗色包体,在显微观测和矿物鉴定的基础上,通过单颗粒锆石离子探针U-Pb同位素测年,获得高精度的测年资料。测得早期岩浆锆石结晶平均年龄为(34.5±1.4)Ma,对应于岩浆源区地壳局部熔融时代;晚期岩浆锆石结晶平均年龄为(27.6±0.5)M a,对应于岩浆向上侵入雅西错群的岩浆侵位时代。风火山北麓花岗斑岩属青藏高原北部出露的最年轻花岗岩,岩体内部不同类型锆石的U-Pb同位素测年为区域地层、区域构造和高原隆升的研究提供了重要的年代学约束。

可可西里库赛湖KS-2006孔矿物组成揭示的青藏高原北部晚全新世气候变迁

通过对可可西里库赛湖KS-2006孔矿物组合的分析表明:库赛湖沉积的碳酸盐为以文石为主的自生碳酸盐,其含量的高低能够指示温度的变化;盐类矿物只是在2150 cal aBP以来才出现,表明湖水盐度增高,与此同时,石英含量的持续增高可能同冷干气候条件下该区风成活动的加强有关.青藏高原北部晚全新世的气候环境演化过程为:3770-2550 cal aBP期间气候条件整体较为温暖;2550-2150 cal aBP期间,气温缓慢下降有变冷的趋势;约2150 cal aBP至今,气候迅速转冷,湖区湿度降低,湖水盐度增高,风成活动加强,但900-700 cal aBP期间,为明显的温暖时期.

青藏高原北部巴颜喀拉与东昆仑地区新近纪以来火山岩的地球化学特征及其成因

青藏高原北部巴颜喀拉构造区和东昆仑构造区,新生代火山岩形成于中新世、上新世和更新世,岩性为碱玄岩、玄武粗安岩、粗面安山岩(或安粗岩)、粗面岩、粗面英安岩、流纹斑岩和流纹岩。火山岩的分布与区域深大断裂的位置关系密切,与下伏地层之间均为角度不整合接触。火山岩为钙碱性、高钾钙碱性系列和钾玄岩系列。根据最新的火山岩年代资料和分布特征,研究区火山岩可划分为三个大的区域:①可可西里-鲸鱼湖地区,以可可西里湖北为中心向"四周"时代逐渐变新;②木孜塔格-银石山地区,以银石山西南为中心向"四周"时代逐渐变新;③黑石北湖地区。三个区域相比较,其火山岩的范围与规模从东向西变小,时代从东向西变新。微量元素的K、Rb、Ba、Th活动性元素及La、Ce轻稀土元素富集明显,高场强元素Nb、Ta、Ti亏损。流纹斑岩和流纹岩具强的负Eu异常,δEu的变化范围为0.04～0.39,其他岩石具有弱的负Eu异常,δEu值为0.61～0.95,经球粒陨石标准化,稀土分布曲线均为右倾负斜率轻稀土强烈富集型,从微量元素特征和稀土元素特征判断具有岛弧火山岩的成分特征。研究区从东向西火山岩从酸性到中基性演化,伴随这一规律各类岩石Na2O和K2O的平均值总体呈减小的趋势,TiO2、Al2O3、TFe、MnO、MgO、CaO、P2O5、δSr、Sr/Y、∑REE、δEu、La/Yb平均值呈增加趋势,对于同一类火山岩,MgO随时代变新含量降低。部分火山岩的Sr、Nd同位素反映出富集Ⅱ型地幔(EMⅡ)的地球化学特征。包体特征显示,具有少量浅源包体,又具有深源包体。研究区火山岩形成于大陆内部,可能是在青藏高原自中新世以来的隆升过程中形成的,可能与青藏高原岩石圈减薄或大陆内部的俯冲过程有关。

青藏高原北部成煤地质背景及煤系矿产资源特征

为摸清青藏高原北部煤系矿产资源的种类和分布状况,开展了青藏高原北部成煤地质背景和煤系矿产资源特征研究。通过实地调查、典型样品测试及资料综合分析,总结出青藏高原北部主要成煤时代为早石炭世、晚石炭世、晚二叠世、晚三叠世及早中侏罗世,煤系可划分为昆仑山、积石山、唐古拉山、土门—巴青、昌都—芒康等5个赋煤带;主要的煤系矿产有煤炭、煤系气、天然气水合物、煤中锗镓以及煤系石膏、高岭土、优质灰岩等。在成煤环境、煤化作用、构造演化等的共同作用下,尕马羊曲地区形成煤-煤中锗共生矿床;开心岭—乌丽地区形成煤-煤系气-天然气水合物共生能源矿床;唐古拉山地区的巴贡组(T3bg)、那益雄组(P3n)、杂多群(C1zd)、加卖弄群(C2j)均具有形成煤-煤层气-煤系页岩气共生能源矿床的资源潜力。

青藏高原北部新生代火山岩区深部结构特征及其成因探讨

青藏高原北部发育的大量新生代钾质、高钾质火山岩体的成因一直是个谜。利用布置在青藏高原内部及其周缘的305个临时宽频地震台站和固定地震台站记录到的9649个远震事件,共139021条P波初至到时资料对青藏高原深部结构特征进行了层析成像反演研究。结果显示,印度岩石圈地幔俯冲前缘已经到达了羌塘地体中部之下,在俯冲前缘存在一个从地幔深处延伸至地表的大规模低速体。该低速体可能是由于印度岩石圈地幔前缘俯冲进入软流圈深处而引起地幔热扰动,造成深部软流圈地幔的热物质向上扩散而形成的深部地幔物质上涌通道;该通道为青藏高原北部的新生代钾质、高钾质火山岩体的形成提供了条件。因此,青藏高原北部新生代火山岩可能是印度岩石圈地幔持续北向俯冲的结果。

青藏高原北部黑石北湖新生代钾质火山岩的成因

昆仑岩带新生代钾质火山活动是青藏高原北缘深部动力学过程的重要记录。有关岩浆源区的性质和岩浆产生的机制一直存在较大的认识分歧。阐述了昆仑岩带黑石北湖钾质火山岩的岩石学和地球化学特征,并与西昆仑康西瓦和泉水沟新生代火山岩进行了成因对比分析。研究表明,昆仑火山岩带玄武质岩石的K2O和Na2O含量变化较大,从钠质过渡到钾质,硅碱图显示玄武质初始岩浆向钾质安粗岩方向演化。黑石北湖火山岩的高场强元素和Sr、Nd同位素组成显示岩浆源区具有EMⅡ的性质。岩石LREE的强烈富集和HREE的强烈分馏指示岩浆来自富集型含石榴子石地幔源区。不相容元素K/Nb、Ba/La等比值具有岛弧火山岩与OIB型玄武岩的过渡特征,指示源区为曾遭受软流圈流(熔)体交代的古俯冲地幔楔。

青藏高原北部成矿带划分

青藏高原北部地质构造复杂,成矿条件优越,金属矿产资源成群成带分布特征明显,研究程度相对较低。通过对1999年以来,在青藏高原北部空白区相继完成的1∶25万区域地质调查、1∶5万区域地质调查和一批1∶50万、1∶20万区域化探成果资料的综合研究,根据青藏高原北部金属矿产资源的时、空分布特征,结合区域物、化探资料和区域成矿地质背景,将青藏高原北部地区初步划分为3个级成矿带(域),5个级成矿带,9个级成矿带,对以后青藏高原北部地区地质矿产勘查评价工作具有十分重要的意义。

青藏高原北部发现印支运动的新证据——来自同构造花岗细晶岩脉的响应

在青藏高原北部昆仑山口-甘德断裂与巴颜喀拉山中央断裂之间发育延伸超过100 km的呈雁列排列的花岗细晶岩脉带,这些花岗细晶岩脉走向多为北西向(118°),少量呈南北向(2°)。通过对其宏、微观特征分析研究,并结合在这两组花岗细晶岩脉中分别采获的224.7±0.64 Ma(南北向)与220.5±1.1 Ma(北西向)的锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素年龄数据,指出这些花岗细晶岩脉是印支运动的产物,是早印支期可可西里-巴颜喀拉地块向东昆仑地块斜向俯冲过程中,岩浆沿着昆仑山口-甘德北西向冲掩断层下盘(南盘)形成的北西向与南北向两组"X"型共轭剪节理贯入形成的同构造花岗细晶岩脉。两组"X"型共轭剪节理的展布方向揭示了印支运动的主压应力方向,即NNW-SSE向;北西向雁列排列的节理反映其受右行走滑作用控制的特点;花岗细晶岩脉形成的最早时间(224.7±0.64 Ma)代表了这次俯冲走滑事件的时间,也即昆仑山口-甘德断裂的形成时间。

青藏高原北部移动冰丘破坏桥墩的数值模拟

青藏高原北部常年冻土区断裂破碎带发育的移动冰丘对桥梁、涵洞、输油管道等工程设施具有不同形式的破坏作用。考虑移动冰丘与工程设施的相互作用,根据野外观测和实验资料设计模型,应用三维有限元数值模拟方法,计算移动冰丘冻胀产生的位移场、应力场和桥墩弯曲应力,分析桥墩破裂机理。结果表明,移动冰丘能够产生11^-21MPa的轴向应力和15^-31 MPa的主应力,在桥墩周围形成不同规模的应力集中区,导致桥墩发生显著偏移。桥墩的偏移和弯曲能够在桥墩内部产生高达61.9~64.6 MPa的张应力和-45.0^-49.0 MPa的压应力,超过桥墩的强度极限。在粗细桥墩连接部位,外侧形成张应力集中区,最大张应力达26~30 MPa;内侧形成压应力集中区,最大压应力达-25^-28.8 MPa。粗细桥墩连接部位外侧的张应力超过了钢筋混凝土的抗张强度,产生与野外观测资料基本吻合的桥墩破裂和结构破坏。移动冰丘导致桥墩变形破坏的三维有限元数值模拟能够为常年冻土区桥梁工程设计和地质灾害防治提供力学参数和科学依据。

青藏高原北部地区地震窗口特征及其预报意义

利用青藏高原北部地区弱震活动资料筛选出3个具有中短期预报效能的地震窗口,分析了MS≥5.0地震前各个窗口的异常特征,提取出半定量的中短期预报指标.即:在中强地震前80%的异常出现在地震前1～6个月,以中心异常出现时间向后推1～6个月作为预测的发震时间;异常幅度与未来震级之间没有明显的对应关系.对于7级以上大地震,古浪窗的显著异常主要对应边界水平剪切走滑活动断裂上发生的地震;舟曲窗和乌海窗的显著异常主要对应活动块体内部挤压逆冲断裂上发生的地震.而5～6级的中等地震没有明显的对应规律.

青藏高原北部地区地震空区初步研究

研究了青藏高原北部地区地震空区的时空演化特征,结果表明大部分MS≥5地震在孕育发展过程中会形成空区,从孕震空区形成到发震,最短时间1个月,最长时间2a,优势发震时段为4～15个月。孕震空区可作为青藏高原北部地区MS≥5地震1年尺度的中期预报指标;逼近地震的出现可作为孕震空区形成之后半年内发震的短期指标。