西藏高原南北向裂谷研究意义

强烈遭受南北向挤压下的西藏高原上却发育了大量的正在活动着的东西向伸展构造 ,即裂谷系 .特别是在挤压力最为集中的喜马拉雅碰撞弧的前方 ,拉萨地体内发育了大规模、有规律排列的近南北向裂谷系 .目前 ,在拉萨地体内 ,开展了大量的地球物理探测和地质研究工作 ,如亚东—格尔木地学断面 ,INDETPH ,中法合作项目等 .鉴于当时的认识和科学研究目标 ,这些成果并没有把所有的裂谷系所发育的环境作为一个整体去研究 .因此 ,裂谷系的深部过程及其原由还是知之甚少 .本文在总结前人研究成果的基础上认为 ,从整个岩石圈流变学结构去研究藏南近南北向裂谷系将有助于去认识其产生这些裂谷系的深部动力学过程 ,进而能够更好地去认识西藏高原隆升的地球动力学过程 .

喜马拉雅造山带南北向裂谷的冷缩成因模型

长期以来,学者们普遍认为垂直于喜马拉雅造山带的南北向裂谷是东西向伸展的构造形迹。现代GPS观测数据却显示,喜马拉雅造山带东西位移(分)量很小,甚至为零。综合前人资料,喜马拉雅造山过程可划分为热造山(25~13Ma)及造山后(<13Ma)冷却两个时期,热造山期具有受热膨胀,物质向外运移的特点,高喜马拉雅热隆挤出并触发各主要断裂(MCT、STD、GCT)活动,印度板块向北汇聚速率下降。造山后则表现为冷却收缩,前期构造-热活动停止或减弱,印度板块向北汇聚加速。研究认为,南北向裂谷与高喜马拉雅等冷却过程的东西向收缩。且被局限于东、西两个构造结之间有关。并据此建立了裂谷的冷缩成因模型,模型估值与地质事实很吻合。

青藏高原近南北向裂谷的时空分布特征及动力学机制

青藏高原南部发育的一系列近南北向裂谷是印度-欧亚大陆持续挤压作用下的大型伸展构造,也是揭示高原后碰撞构造演化过程的重要对象。目前,关于南北向裂谷的形成机制存在多种假说模型,并对裂谷时空分布特征做出了不同的预测,这成为约束裂谷成因机制的关键条件。综合关于裂谷启动时间的已有研究成果,进一步梳理了南北向裂谷的时空分布特征,结果表明近南北向裂谷的启动时间似乎具有自西向东逐步减小的趋势,这与拉萨地体广泛出露的后碰撞岩浆作用演化过程一致。在此基础上,结合地球物理观测,推断近南北向裂谷的动力学机制与印度板片向东拆离假说最为契合。印度板片自西向东的拆离建立了向东传播的重力势能梯度,从而驱动岩石圈向东流动,最终导致南北向裂谷依次向东发育。

青藏高原拉萨地块新生代超钾质岩与南北向地堑成因关系

青藏高原拉萨地块广泛分布有新生代超钾质岩，岩石地球化学和Sr-Nd—Pb同位素特征表明这些超钾质岩来源于与古俯冲环境有着密切联系的含金云母的富集地幔源区，它们主要喷发于25～10Ma。同时在拉萨地块分布有多条南北向地堑（裂谷），且它们的切割深度可能到达下地壳的深部甚至岩石圈地幔，它们主要形成于23～8Ma。拉萨地块大多数超钾质岩沿着新生代的南北向地堑（裂谷）分布，并且它们在形成时代和空间分布上存在着明显的耦合性，结合沿着印度-雅鲁藏布江缝合带分布的中新世埃达克质岩，笔者认为这些超钾质岩很可能与中新世早期北向俯冲的印度岩石圈沿着印度-雅鲁藏布江缝合带附近发生断离，以及由此而引起拉萨地块东西向伸展构造活动产生的南北向地堑（裂谷）系统有关。

西藏狮泉河地区渐新世钾质火山岩成因及其地质意义

新生代钾质-超钾质火山岩与南北向裂谷关系密切,是认识青藏高原隆升过程的重要途径。本次工作在中拉萨地块狮泉河左左区识别出一套钾质粗面岩,为探讨其成因及构造背景指示,本文对其进行了年代学、岩石地球化学以及Lu-Hf同位素研究。锆石U-Pb年龄确定该套火山岩形成于24.2Ma和22.3Ma,从而将原属于则弄群朗久组的火山岩重新厘定为渐新世。地球化学分析表明其具有高硅(64.6%<SiO_(2)<67.0%)、高钾(6.22%<K_(2)O<6.53%,1.8<K_(2)O/Na_(2)O<2.2)特征,与拉萨地块西部地区南北向裂谷出露的钾质岩具有相似的构造背景,以及类似埃达克质岩的地球化学特征,如富集LREEs和LILEs,亏损HFSEs,高Sr低Y和高La低Yb等特征。较低的ε_(Hf)(t)值(-11.3~-9.48),指示其可能起源于后碰撞环境下拉萨地块增厚下地壳富钾物质的部分熔融。狮泉河左左区24~22Ma钾质岩的发现,为亚热裂谷西部的狮泉河地区是否还存在一条“狮泉河南北向裂谷”提供了依据,且有待进一步深入研究。

青藏高原冈底斯岩浆岩带西段新近纪达若-壮拉火山构造的地层序列及活动时序重塑

青藏高原的新生代火山岩地层、岩相(岩石)与构造是高原演化过程的重要记录。针对青藏高原南部冈底斯岩浆岩带西段近南北向展布的达若-壮拉火山构造洼地内新近纪火山作用过程,在1∶5万遥感解译和地质调查基础上,结合1∶2000岩石地层剖面测制、锆石U-Pb同位素定年等方法开展了火山地层序列及活动时序重塑研究。结果发现,该新近纪火山活动包含了锆石U-Pb年龄分别为11 Ma、10 Ma的早、晚2期喷发沉积序列,其中早期火山活动以单纯中心式喷溢为主,伴有小规模的爆发作用,形成了盾状熔岩穹隆或熔岩台地,火山喷发物主要为粗面安山岩、粗安质熔结凝灰岩和粗安质凝灰熔岩等;而晚期火山活动以侵出、侵入活动和小规模爆发作用为主,形成了熔岩和火山渣组成的火山锥,火山喷发物主要为粗安质熔结凝灰岩、粗安质凝灰熔岩、粗安质火山碎屑岩、玻基粗面斑岩等。该套新近纪火山序列的爆发指数整体较低,喷发方式属于斯特朗博利型或夏威夷型,空间上与区内的早期古近纪火山机构呈切割式、叠套式组合,反映新近纪与古近纪火山活动中心存在空间迁移特征。同时发现,该区火山作用时代与区域伸展构造的发育时间基本重叠,表明该区新近纪火山活动应形成于青藏高原碰撞后的陆内拉张环境,发育过程可能受到青藏高原晚新生代近东西向伸展作用控制,从而与区域上的近南北向裂谷系伴生。

西藏错那-拿日雍错地堑的第四纪正断层作用及其形成机制探讨

青藏高原内部的近东西向伸展变形在藏南地区形成了一系列近南北向裂谷带，对其中最东端的错那-沃卡裂谷带南段错那-拿日雍错地堑调查结果表明，它是第四纪活动明显的半地堑式断陷盆地。控制该盆地发育的主边界断裂带是近南北走向、倾向东侧和长80—110km左右的盆地西缘正断层，是区域内N90°-92°E方向伸展变形的产物。断裂活动速率的多种估算结果表明，该断裂带百万年时间尺度的平均垂直活动速率介于0．2—0．9mm／a之间；MIS 8和MIS 6以来的断裂平均活动速率的合理估计值是0．6±0．2mm／a；但末次冰期盛冰阶以来的断裂平均活动速率明显增加，介于1．0—2．1mm／a之间，合理的估计值为1．3±0．3mm／a，末次冰盛期以来断裂垂直活动速率的增加极可能是该断裂带进入地震丛集期的反映。该地堑近于严格的南北走向及其与当雄-羊八井地堑相似的活动强度，指示了下地壳物质侧向流动所产生的纵向拉张作用最有利于该区近南北向裂谷带的形成。

藏南聂拉木-措勤裂谷南段第四纪正断层作用的时空特征

全面认识藏南裂谷近南北向正断层活动的时空特征及其差异性是深入理解其成因机制的关键.通过遥感解译、构造地貌分析、地表调查和无人机测量等方法,结合已有的年代学资料,对藏南聂拉木-措勤裂谷南段主要近南北向地堑及其边界正断层的第四纪活动和时空差异性进行了研究.结果表明,研究区第四纪正断层活动存在明显的时空差异性.在时间上,主要近南北向正断层的活动性存在前第四纪、早-中更新世和晚第四纪3个不同的期次.在空间上,近南北向地堑断陷范围自中新世晚期以来发生了明显萎缩,其活动范围自聂拉木一带逐渐萎缩至佩枯错和穆林错-错戳龙一带.另外,分析藏南裂谷的成因机制需考虑各裂谷近南北向正断层作用的时空差异性和特征.

争议

目前,学术界对青藏高原晚新生代东西向伸展构造作用的深部动力学机制存在很大争议,很大程度上是由于缺乏对壳幔不同深部变形特征的直接约束。针对这一科学问题,浙江大学地球科学学院相关团队应用和发展基于多震相的剪切波分裂技术方法,获得了青藏高原中西部地区不同深度地震各向异性特征,为南北向裂谷作用的深部动力学机制提供了重要的地震学约束。

西藏东部地区层析成像及东南部裂谷成因讨论

利用西藏东部南迦巴瓦地区的51个临时地震台站所记录的169个远震事件,从中提取出4767条P波射线,通过反演计算得到了西藏东部地壳和上地幔的P波速度结构.水平剖面显示,在西藏东南部裂谷附近从近地表到250km的深度范围均表现为低速异常;从纵剖面结果看,这个低速异常非垂直地向下延伸到约400km深度.综合分析认为,此低速异常可能意味着地幔高温物质上涌,从而为该区裂谷成因的探讨提供了地震学的证据;在此低速异常的东侧出现明显的高速异常,深度从40km延伸到200km,该高速异常可能是大陆闭合遗留的产物,并非俯冲的印度板块;在250～400km的深度范围内,嘉黎断裂以北为低速异常区,以南为高速异常区.该高速异常可能反映了印度板块的北部边界,并在此发生了拆沉.同时表明,在西藏东部印度板块的俯冲未超过嘉黎断裂.

中新世中期喜马拉雅造山带构造体制的转换

喜马拉雅造山过程中存在多期构造体制转换,理清各期构造转换的时代和地球动力学成因对研究喜马拉雅造山带的构造演化具有重要意义.藏南吉隆地区大喜马拉雅发育一复杂变形的淡色花岗岩脉,其现今形态呈轴面北倾的不对称褶皱分布于围岩黑云斜长片麻岩中,构造恢复显示其记录了两期不同构造体制下的变形作用——早期上盘向北的伸展和后期向南的逆冲缩短,暗示了喜马拉雅造山带由南北向伸展向南北向挤压的构造体制转换.锆石La-ICP-MS测年结果显示,淡色花岗岩侵位于21.03～18.7Ma,结合构造分析,吉隆地区喜马拉雅造山带的构造转换发生于18.7Ma之后.吉隆及其他地区藏南拆离系(STDS)和南北向裂谷(NSTR)的测年数据表明,喜马拉雅造山带在19～13Ma处于构造体制转换时期,其构造体制由南北向伸展转换为南北向挤压;该构造体制转换可能受印度-欧亚板块的汇聚速率控制,汇聚速率较快时,发生南北向挤压,表现为逆冲、褶皱和NSTR的发育;汇聚速率较慢时,发生南北向伸展,表现为STDS的伸展滑脱.