青藏高原专题知识专业知识讲座课件

青藏高原青藏高原隆升过程及动力学机制青藏高原是研究地球演化过程的窗口

是解读地球动力学的一把钥匙

在古气候学上，是全球气候剧变，出现大冰期的时代，在65-45Ma从南极开始，第四纪扩展到全球

新生代的大地构造演化，最终造就了今天地球的面貌和洋陆分布的构造格局新生代(65Ma以来)，在生物学上被称作“哺乳动物兴起的时代”；在天文地质学上太阳系趋向于近银心点附近的时期，也是引力函数G值趋向变小时期青藏高原隆起的全球背景青藏高原的海拔高度平均为4500m，相当于洋底平均深度，面积260万km2，相当于全球大陆（陆坡）总面积的1％地壳厚度一般达60-70km，约占地球半径6378km的1％45Ma高原地壳形成史，仅是地球45亿年演化历史的1％全球性板块边界发生大规模的重要调整全球构造上有下列重大地质事件与青藏高原的形成同步发生：在环太平洋周边陆缘，发生造山作用与裂谷作用互相交织的壮观景象；俄罗斯远东的勘察加地堑、北美的盆岭-山脉省、南美厄瓜多尔断陷、智利纵谷在太平洋，与热点活动有关的天皇-夏威夷火山链，在由40Ma

前的北北西向转为北西西向；太平洋板块开始沿伊豆-小笠源-

马里亚纳海沟向西俯冲；亚洲东（南）部东南亚多岛弧盆系发育，菲律宾海盆、苏拉威西海、苏禄海、南海海底扩张，在中国东部裂陷盆地、边缘海形成，是重要的含油盆地大西洋、印度洋均在强烈扩张在亚洲腹地，贝加尔大陆裂谷（E3以来）长达2500km

在欧洲的莱茵裂谷系（E3以来）长达2000km，阿尔卑斯山形成

在非洲，东非大裂谷仍加剧张裂

在印度，德干高原64-59Ma玄武岩强烈喷发，面积达100万km2青藏高原在新生代，尤其是渐新世以来造就的巨厚地壳，形成高原的重大地质事件，也是在全球地球动力学状态可发生的如上述变革的大地构造背景中产生的可能受全球构造运动隐含的规律支配?5000400030002000100004036322824201612840年代(Ma)12345高度(m)1.Coleman(1995);2.Harrisonetal.(1992);3.Rea(1992);4.Xuetal.,(1973);5.李吉均等(1979)一、青藏高原隆升研究历史及现状近二十多年来国内外对高原形成、地壳缩短、加厚和隆升阶段的论著，不胜枚举。地学家们常侧重从各自学科、专业以及所掌握资料出发予以讨论，提出各自的看法，各有千秋，不无可取之处。隆升机制的研究现状90年代以前的研究成果（1）双地壳模式：Argand于1924年提出，以后Gansser．A（1966）、Holmes（1965）、Powell和Conaghan（1973，1975）等提出也提出类似观点。传统的地壳俯冲模式（ArgandE.,1924）Ni＆Barazangi等（1984）通过对喜马拉雅山及西藏高原Ph及Sn波的研究，支待了这一观点．赵文津和Nelson等（1993）随过深地震反射到面的研究，提出了喜马拉雅特提斯地区地壳之下有43公里的印度大陆地壳存在，一定程度上支持了这一模式。(赵文津等，2002)（2）推土机模式：由Dewey和Bird（1970）以及DeweyJ＆F．BurkeK．（1973）提出，认为印度大陆像推土机一样不断向北对亚洲板块发生碰撞推挤，欧亚大陆处于稳固不动状态，青藏高原地壳是两者在聚合挤压过程中水平缩短和在垂向上分别向上隆升和向下生长山根，高原内部及其边缘地区形成大规模的走滑断层等以消减和释放压入能量，疏通过剩物质。这一观点得到了Toksoz和Bird（1975）、Chen和Molnar（1981）、Vicotte等（1982、1984、1986）、England和Mckenzic（1982、1983），England和Houseman（1988）等的支持。挤压加厚三阶段模式（DeweyJ.F.etal.，1988）（3）地体俯冲、拼贴模式：常承法（1982）、Mattauer（1983）认为：两大陆碰撞后，陆内逆掩断片或地壳叠瓦状构造是造成地壳加厚与青藏高原大规模抬升的原因．常承法（1992）指出喜马拉雅地区地壳的增厚主要藉陆内俯冲造成中上部陆壳的堆叠，而拉萨的地壳加厚与大量岩浆的贯人有关．往北，青藏高原的主体地壳加厚应归因于上地壳的均匀缩短．拉萨陆块的加厚在印度与欧亚碰撞之前已完成，碰撞后的地壳加厚作用以冈底斯为轴而分别向南北推进。(常承发，1973)（4）地壳侧向向东挤出模式：Tapponnier和Molnar（1975、1977、1982）以青藏高原及东亚地区构造形貌特点，运用塑性材料实验模拟的滑移线场论，认为青藏高原四周被印度地块、塔里木地块、中朝地块及扬子地块等刚性块体所包围，类似于一个热的“包容流体”，当印度块体向北推移时，青藏块体受到挤压，地壳急剧缩短，势必引起这个“包容流体”的“液面”上运移，产生了以青藏块体为中心顺巨型的平移断层如昆仑、阿尔金断层等向东侧逸出。(Tapponnieretal.1982)90年代以来的研究成果（1）“三分三重”形成模式潘桂棠（1990）认为，青藏高原周边的陆块相向陆内汇聚是导致青藏高原形成最重要的地动力条件。而陆内汇聚作用又导致了青藏高原周边及内部陆壳各块体间大规模的冲断作用，地壳中上层叠覆加厚。在地壳中层上下界面，下部地壳和上地幔之间的莫霍面上发生局部垂向引张虚脱，而虚脱的空间填充上地幔分异物质，或产生壳内物质部分重熔和岩石矿物的相转换。导致新生代的火山岩浆活动和共生的变质作用。在下部地壳不存在虚脱空间的部位，则可能通过塑性褶皱变形或深位韧性剪切作用，进一步促进地壳的缩短和加厚。地壳上、中、下三层在陆内汇聚作用下通过不同的运动型式实现了高原地壳向上自由空间拱升仰冲和莫霍面的下降沉陷，拱起产生山链和高原，沉陷产生山链山根和宽而深的高原山根。上述青藏高原周边三大刚性地块相对汇聚作用，导致高原构造系统分布在三个构造层次上，以三种不同的水平运动形式（即冲断作用、叠置作用和韧性剪切作用）与三种垂直运动形式（即上地幔物质分异热动力作用、壳幔边界物相转换热膨胀作用和重力均衡调节作用）的相互制约、相互转化，实现高原地壳表面隆升、地壳内部缩短增厚和莫霍面下凹的高原巨厚地壳形成称为“三分三重”形成模式。（2）“多向陆内俯冲和地幔底辟”模式由许志琴等（1996）提出，通过天然地震岩石圈探测提出在高原深部很可能存在地幔热柱即地幔底辟。认为青藏高原北部的隆升是由边部多向陆内俯冲和地幔底辟共同作用的结果。2006年修改为“南部印度岩石圈板片的陆内超深俯冲，北缘克拉通的陆内浅俯冲，腹地深地幔热结构以及超岩石圈范围的“右旋隆升”及物质向东挤出”。许志琴等（1996）许志琴等（2006）（3）两分双重模式理论，由Owens（1997）提出，即藏南的构造垫托作用和藏北的下地壳部分熔融及侧向流动模式。这主要是依据近年来通过地球物理研究获得的成果：一是以班公湖-怒江缝合带为界的南北高原岩石圈结构存在明显的差异，高原北部较南部地壳减薄10～20km；二是高原北部较南部地壳的泊松比值(0.25～0.27）异常增高，达到0.29以上，其中羌塘北侧的松潘-甘孜地区更是高达0.29～0.35，被解释为下地壳大规模部分熔融的结果。（5）亚洲岩石圈以缓倾长距离向高原俯冲模式，Willett&Beaumont等（1994）提出，根据近年来的地球物理资料及青藏高原的地貌特征，认为是印度与亚洲碰撞后，印度岩石圈向青藏高原下俯冲，接着被亚洲地幔排除。然后，印度岩石圈持续消减，但是地壳挤入青藏高原下的下地壳，在较强的印度岩石圈楔入时，亚洲岩石圈加厚，以后加厚的岩石圈地幔通过对流除去，因此青藏高原北部下面缺乏岩石圈地幔。Willett称他的模式得到地壳变形与加厚的大量计算支持，也与已有的地质和地球物理数据一致。Arnaudetal(1992），Jinetal(1996）也提出这种类似的塔里木在新生代向西藏下面俯冲的模式。a.青藏高原之下印度岩石圈的消减，紧接着被亚洲地幔移除；b.俯冲模式发生变化：印度岩石圈向北持续消减，但印度地壳却注入到青藏高原之下的下地壳中；c.由于强度更大的印度岩石圈的楔入，亚洲岩石圈发生分散缩短；d.加厚岩石圈地幔发生对流移除，导致青藏高原北部之下缺乏岩石圈地幔；e.本文提出的亚洲岩石圈地幔俯冲模式，注意俯冲地幔的后退导致青藏高原北部之下的地幔上涌。（Willett&Beaumont，1994）

新生代（65Ma）青藏高原的隆升是全球最为显著的构造事件之一。高原隆升不仅通过动力、热力和重力作用改变了高原内部及其周边地区的环境效应，而且制约了中国西部盆－山格局的形成。二、青藏高原隆升过程的重大地质事件(一).印度-欧亚大陆碰撞阶段的地质记录（65-23Ma)(二).中新世（23.8-5.3Ma)青藏高原雏形奠基期1.青藏高原中新世构造变形格架喜马拉雅-冈底斯汇聚挤压构造体制横断山转换走滑对冲构造体制秦祁昆走滑逆冲构造体制缩短量：500-700km缩短量：~200km缩短量：~80km缩短量：~188km走滑量：~80km走滑量：~200km走滑量：~75-80km走滑量：200-300km(Q:60km)走滑量：280-400km(Q:120km)(1).青藏高原周边山链的逆冲推覆和周边古老陆块相对的陆内汇聚主中央断裂（MCT）大体形成于23-20Ma，并持续到10Ma。藏南拆离系主拆离面形成年龄也为23-13，滑移位移量20-200km。由此作为管道流模型或挤出模型的重要依据。喜马拉雅造山带形成龙门山逆冲推覆带定型阿尔金山左旋走滑(22-15Ma)----反冲正花状构造、构造抬升期10-8Ma阿尔金断裂走滑过程制约了高原北部盆----山构造地貌的生长和隆升。喀拉昆仑断裂形成时代27-12Ma、12Ma以来印度河/雅鲁藏布江位移量：~120km什约克/狮泉河位移量：~280km阿克拜塔尔/班怒带位移量：>400km(据李海兵等，2006)西昆仑北向逆推带不同地质体差异性逆冲抬升剥露最集中的是26-18Ma(王国灿等，2009)，而5Ma集中在(1)帕米尔—公格尔—塔什库尔干(王军，1998)，(2)西昆仑—阿尔金交接部位。红河-哀牢山断裂在20—17Ma从左旋走滑转为右旋走滑(Leloup等,1993)。(2)高原内部走滑转换高黎贡—德母拉：13—9Ma甘孜—理瑭：20—16Ma，~5Ma横断山走滑转换型及昌都—兰坪盆地为中轴的走滑—斜向对冲鲜水河断裂在中新世中期开始从挤压兼右旋走滑转变为左旋走滑，晚更新世以来左旋走滑速率5—15mm/a嘉黎走滑断裂在23—20Ma从左旋走滑转为右旋走滑。渐新世－中新世青藏高原构造、沉积、岩浆活动等组合规律看，并不能仅仅归结为南北向裂谷形成和东西向扩展。2.青藏高原上地壳拉张事件青藏高原及邻区中新世沉积与隆升剥蚀区略图(据张克信等，2007)(1)高原腹地羌塘—冈底斯东西向断陷盆地(据张克信等，2007)冈底斯带(拉萨—羊八井)21-15Ma快速冷却构造抬升(邓万明等，2001)，正是雅鲁藏布江带的大竹卡粗碎屑砂砾岩盆地形成期。吉隆盆地南缘同生断层、砾岩同生断层倾角42°走向东西。南木林乌郁盆地措勤扎日南木错盆地革吉—雄巴盆地(火山盆地)五道梁组沉积盆地23-16Ma，保留为水平层(2)南北向裂谷盆地自20世纪70年代通过卫星图象识别出一系列南北向裂谷，用来表明高原东西向伸展的构造变形模式，并归因于高原达到其最大高度之后的重力扩张。90年代多数学者提出到达最大高度年龄为8Ma(Harrison等1992,1995;Molnar等,1993)，而尼泊尔木斯塘盆地云母39Ar/40Ar冷却年龄为14Ma.藏南地区的裂陷盆地形成主要被认为开始于大约14Ma-8Ma间，中部地区主要开始于4Ma以前，而北部地区主要出现于4Ma以后（Yin等，1999），显示出明显的空间迁移性。10-7Ma年龄峰值指示南北向裂谷形成(王国灿等，2009)(3)北东向断陷盆地羊八井—当雄—那曲北东向断陷盆地念青唐古拉山麓韧性剪切带形成于8Ma(Harrison等，1992).3.受控于岩石圈折沉和幔源岩浆底侵作用的中新世岩浆事件根据区域地质调查与专题和综合研究资料、青藏高原岩浆活动，除了未见5Ma以来的侵入岩浆以外，新生代各个时段都有岩浆侵入和火山喷溢活动，其中尤以20-10Ma年间的岩浆活动最为强烈，遍及全区，中新世(23.8-5.32Ma)是整体高原岩浆活动的高峰期，中新世火山岩的统计值在18、13和7Ma处存在3个峰值。但年龄峰值不代表高原构造抬升阶段划分的开始或终结点。冈底斯岩浆岩主要形成于两个时期：65-45Ma和25-10Ma。前者为碰撞期，与岩浆混合作用有关的花岗岩质岩石；后者可能与下地壳榴辉岩相镁铁质岩石的部分熔融有关，是冈底斯斑岩铜矿的寄主岩石。念青唐古拉山花岗岩边部年龄为：20-18Ma，中间年龄新：8-6Ma。表明山体是最近20Ma才隆起成山，山体是由深部岩浆不断上涌形成的。随着主中央逆冲推覆和藏南拆离系的大规模活动，地壳加厚下地壳部分熔融形成著名的喜马拉雅带淡色花岗岩，锆石U-Pb主要21—10Ma，希夏邦马-聂拉木地区17—16Ma，东部亚东-洛扎(不丹的KhulaHangri和MasangKang14—12Ma(SearleandGodin,2003)。17-12Ma变是藏南拆离系，低分水岭穹隆构造及其花岗岩主要形成期。鲜水河断裂具左旋走滑性质，并有同步发生折多山－贡嘎山的同构造花岗岩侵位，年龄为15-10Ma驱龙孔雀河4.中新世大规模成矿南冈底斯斑岩型、矽卡岩型Cu矿藏北美多锑矿Ar-Ar年龄为19.42-17.96Ma康定地区大渡河沿线金矿第二个成矿期23.02-21.41Ma，第三个成矿期10.56-9.48农戈山铅锌矿年龄为12.64-12.12Ma牦牛坪稀土矿年龄为12.2Ma冈底斯斑岩型Cu矿时代为中新世（18-12Ma）藏南马扎拉式锑金矿时代为中新世（18-10Ma）在22Ma前后是亚洲地区和我国受季风控制的古环境格局重大调整时期（据郑度，姚檀栋等，2004）临夏盆地的孢粉记录显示该区21.8Ma以前主要以草本植被占优势，之后阔叶林和针叶林大量出现。植被变化可解释为南亚夏季季风环流形成的标志兰州附近24.1-21.8Ma的地层中，动物化石主要为草原动物群，而在临夏盆地中新世下部21.8-19.2Ma的地层中出现了大量森林草原动物在柴达木盆地，碎屑沉积由先前的红色转变为灰色、绿色、黄绿色，膏盐沉积结束，孢粉结果显示了针叶林和阔叶林成分的增多5.中新世气候环境重大变化中新世（23.8-5.3Ma)形成的黄土-古土壤序列，下界年龄达22Ma(Guoetal.,2002)，表明我国北方至少在22Ma就开始发育风尘堆积，黄土高原开始发育。由于大规模黄土堆积以大面积干旱区的存在为前提，中新世黄土的发现表明当时亚洲内陆的干旱区已经达到相当规模，能够为黄土堆积的形成提供必要的物质条件。同时也指示了亚洲冬季风系统至少起源于22Ma以前，是黄土搬运的主要动力。从我国中新世（23.8-5.3Ma)黄土堆积中很发育的淋溶土看来，南亚季风在中新世初期开始就相当强盛。Guoetal.,2002,Nature6.上新世-更新世强烈隆升期上新世中期(约3.6Ma)是全球环境的一个重大变革时期，最突出表现就是全球冰量的大规模扩张，进入北半球大冰期对高原南北两侧的古生物研究表明，大约在上新世，巨犀、古象、长颈鹿和三趾马动物群等为代表的低地-森林草原动物大量发现，而此后呈现显著差异。高原北缘巨厚的玉门砾岩和西域砾岩也大致形成于此时(据赵越，2008)(据赵越，2008)青藏高原北部边缘早更新世末发生冲断褶皱变形W和田市策勒县恰哈乡WKNFWKMFWKSF陡坡带裂变径迹样品采集位置通过对新藏公路沿线及高原与盆地结合的地貌陡坡带系统的磷灰石裂变径迹测年，青藏高原西北缘以地貌陡坡带为主的断片最上部约3km的去顶作用主要发生于1～3Ma以来。2.0±0.6Ma2.2±0.8Ma2.1±0.9Ma1.6±0.3Ma1.0±0.3Ma0.9±0.3Ma1.6±0.4Ma6.2±1.4Ma2.9±0.6Ma(据赵越，2008)柴达木盆地早更新世末发生冲断褶皱变形南迦巴瓦的碎屑锆石裂变径迹峰值年龄为0.7-1.1Ma，揭示南迦巴瓦在不到1Ma内有大约7km的剥露，年剥蚀速率达10mm/a。鉴于南迦巴瓦依然保持高的海拔，因此推断其岩石抬升的速率也不会低于10mm/a.(据王国灿，2008)对青藏高原东部地区活动构造应用GPS监测结果：整个东部活动断裂在第四纪以来表现出顺时针涡旋构造制约(Burchfiel，陈智梁等，2002)。同样，在阿尔金、柴达木、祁连山地区的现代地壳运动受甘青逆时针涡旋构造的控制，内圈速度为12mm/年，外圈速度为6.5mm／年。早更新世末与中更新世初，大致距今120-150万年左右，在青藏高原发生了一次突变事件，使得青藏高原最终定型为现在的构造地貌格局1.围限青藏高原的周边冲断带强烈活动

2.受活动构造系统控制中更新世以来的走滑拉裂盆地的发育

西昆仑阿什库勒火山，1952年喷发3.在藏北中更新世以来有强烈的碱性火山岩喷发(据李海兵)4.上新世-早更新世原始高原面结束了形成历史，中更新世以来发生改造作用，被外动力作用侵蚀、下切和分割5.中更新世初以斑公湖-东巧-丁青为中轴带的高原盐湖的发育史1982年9月2003年8月6.中更新世发生的冰期，在高原区分布最广，发育普遍规模最大7.中更新世以来是高原冻土层的主要发育时期8.三趾马动物群灭绝于早更新世，中更新世以来高原植被面貌也出现了很大变化，以高山松林、寒带灌木草甸为主9.现代高原上诸大河流水系在早更新世末、中更新世初期开始强烈下切侵蚀作用，河流袭夺现象普遍发生10.中更新世以来，大致以斑公湖-怒江断裂带为中轴，其北侧唐古拉山、昆仑山脉分水岭向南迁移；而南侧冈底斯-念青唐古拉山和喜马拉雅山脉之分水岭则北向迁移①扎达-邛多江古水系

②伦坡拉-下秋卡古水系

③沱沱河-共和古河湖水系

④东南缘的古无量河水系①②③④三、青藏高原隆升机制－形成模式新设想中国大陆地表格局、气候、生态环境变化起源于青藏高原隆升青藏高原隆升起源于特提斯洋的形成演化特提斯洋的形成演化?（一）高原隆升研究思路的转化－新视角1.高原地壳组成单元和演化的历时性、差异性、不均一性和高原地壳结构同一性？2.高原隆升分步式扩展、其扩展是核心部位向外扩展？还是自北向南扩展？还是自南向北扩展？还是存在整体隆升？3.高原隆升的绝对隆升与相对隆升。绝对隆升高原地壳块体相对周边稳定陆的构造抬升，与之相对的高差为绝对隆升量；相对隆升，高原地壳块体相对于自身在古地理调和的变迁，如古气候环境、古生物等相关地表主程。裂变径迹同位素年代法分析得出剥蚀深度也是一种相对隆升量。4.高原隆升的时间坐标---高原隆升阶段划分青藏高原构造抬升阶段的时间坐标的划分应综合岩浆活动、高原内外沉积响应及变质事件、成矿事件，以及构造变形事件等综合因素。5000400030002000100004036322824201612840年代(Ma)12345高度(m)1.Coleman(1995);2.Harrisonetal.(1992);3.Rea(1992);4.Xuetal.,(1973);5.李吉均等(1979)5.高原隆升整体形成模式和分阶段的形成模式（二）高原形成的动力学机制及制约因素1.动力学机制（1）.

印度与欧亚大陆碰撞还是特提斯大洋消亡的大陆碰撞，周边陆块的陆内汇聚（2）.岩石圈折沉与软流圈上涌荷兰：Schott,B.,etal.,2000（3）.重力均衡调节作用观察思考认识中新世高原隆升、造山行为的成功的模式，应主要考虑到这个过程的同步性或准同时性及从多地质事件基本过程之间多层次结构的相互作用。周边逆冲系上地壳各向伸展走滑系岩浆侵入事件深源火山活动高原内部不同大地构造部位的构造盆地高原外缘的沉积