青藏高原岩石圈三维结构及高原隆升的液压机模型

青藏地区可以昆仑断裂和雅鲁藏布缝合线为界分为3个岩石圈地球物理特征各不相同的区域:青海高原、藏北高原和藏南高原。青海高原位于昆仑山脉以北,是重力高和重力低毗连出现的盆山结构。藏南高原位于雅鲁藏布江以南,是印度板块分布的地区,其上是印度板块的陆缘沉积。它的地壳结构是一个向南运动的逆冲推覆系统。INDEPTH反射剖面在藏南发现的主喜马拉雅逆冲断层(MHT)与宽角反射地震扇形剖面得到的T4震相反射面完全吻合。两种地震测深方法得到的结果之间不存在矛盾。T4震相在高喜马拉雅地区没有显示,MHT向南延伸到高喜马拉雅只是一个推论,因而MHT是否为印度板块的俯冲带仍有待于获取新的证据。在昆仑山脉以南到雅鲁藏布缝合带为藏北高原,是广泛发生局部熔融的强流变岩石圈。局部熔融地区呈漏斗状。在藏北广泛存在的深度为15～20km的上部地壳内的低速层是一个最富于流变性能的局部熔融层,它的埋藏深度平坦稳定,可能含大量水质流体。紧挨着上述上部壳内局部熔融层,在藏北岩石圈大范围出现分布不均匀的网状局部熔融。局部熔融体的底部从雅鲁藏布江地区的80km向北逐步加深到200km。漏斗的漏管处位于羌塘—可可西里。藏北局部熔融体的形成是由于印度板块向北运移,受到亚洲板块的阻挡,沿雅鲁藏布缝合带向青藏高原高角度俯冲,在弧后羌塘—可可西里地区产生高热流上升地幔所致。根据卫星重力异常、航空磁测、地震接收函数研究、地球化学资料以及地表地质均揭示,印度板块沿雅鲁藏布缝合带的俯冲仅发生在亚东—唐古拉一线以西的西藏西部。在亚东—唐古拉一线以东,印度板块与西藏块体间仅仅发生碰撞,但没有发生俯冲。高原的整体隆升是由液压效应所造成。青藏高原的隆升像一台液压机。印度板块对青藏俯冲过程中产生的各种应力,通过局部熔融体,传递到地壳深15～20km处的熔融层,在其下形成一个等压面。在这个等压面的驱使下,在低速层以上未被局部熔融的地壳的底部均匀受力,将它们同步向上抬升。高原隆升期后的跨塌,使上部地壳向四周流动。在青海高原,造成毗连阿尔金断裂的一系列由西南向北东方向推动的叠瓦构造。在雅鲁藏布江以南地区,形成一系列向南凸出的弧形逆冲断层。在昆仑山脉与雅鲁藏布缝合带之间,向东的流动便形成上部地壳的滑脱构造。虽然青藏高原的形成是由于印度板块的俯冲,但它的隆升机制不单纯是一个刚体力学问题,更重要的要考虑到流体的作用,简单的用以刚体假设为前提的板块学说去解释高原的隆升机制是青藏高原研究中的误区。西藏高原的深部是一个大热库,西藏热储的开发利用是一个重大的研究课题。

中国岩石圈三维结构雏型

根据岩石圈的流变习性,可以将中国岩石圈分成3层,即:弹性上地壳、塑性下地壳和岩石圈地幔。它们的构造各不相同,并且各层间呈现复杂的关系。在新疆地区,上地壳推覆叠置形成以三山四盆为特点的盆山构造,驮伏在一系列东西走向的条带状背型构造与向型构造的下地壳之上。在强烈隆升中的西藏地区,它的周边是差异隆升,但它的腹部地区的弹性上地壳完整未遭破坏。这是因为它的腹部的下地壳和岩石圈地幔发生局部熔融,上地壳被局部熔融的下地壳和岩石圈地幔顶托,以液压的方式整体抬升。华北地区,则是软流圈上升破坏了岩石圈地幔,形成新生地幔与残留地幔并存的蘑菇云岩石圈地幔构造。并由于软流圈的上升,使地壳拉张减薄形成裂谷盆地。中国大陆下除了东北吉辽地区太平洋板块向大陆俯冲外,东部其他地区都没有发现太平洋板块俯冲的证据。中生代以来中国东部发生的岩石圈巨变不是太平洋板块向中国大陆的俯冲而造成的,而是软流圈物质上涌的结果。因此,中国大陆当今的构造动力,是西部由印度板块俯冲推挤和东部东亚-西太平洋软流圈上升构成的二元系统。这两个动力系统的分界是南北地震带。在南北地震带以西整体处在压缩环境中;南北地震带以东,则处在拉张环境中。正是由于应力场由压缩转变成拉张产生的剪应力造成了南北地震带。华北地区所以成为地震活动地区是因为它的岩石圈地幔已被强烈的改造成为蘑菇云构造,热流上升,弹性层急剧减薄,弹性极限下降所致。

高海拔地区台阶式溢洪道的时均压强特性研究

通过模型试验,研究了青藏高原地区某水库台阶式溢洪道台阶处的时均压强特性。研究表明：在台阶的水平面,从台阶的内缘向外缘压强逐渐减小,最小值出现在距离台阶内缘大约0.35~0.5倍的步长,最大值出现在距离台阶内缘大约0.7~0.8倍的步长;在台阶的铅直面,受到水平台阶的影响,距离台阶内缘大约0.2~0.4倍的步高时,开始出现负压,负压的最大值出现在大约0.5~0.6倍的步高范围内。台阶水平断面处的时均压强沿程分布,呈现出明显的波浪式变化,负压所在范围与低海拔地区差别不大,但负压最大值所占台阶高度减小。