青藏高原隆升研究進(jìn)展

1、青藏高原隆升研究進(jìn)展 青藏高原是世界上最高最大的高原，被稱為“世界屋脊”，地球的“第三極”，其隆升機(jī)理和過程以及對周邊乃至全球環(huán)境的影響，是當(dāng)今地球科學(xué)研究的熱點和關(guān)鍵，涉及到大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈的變化及多層圈之間的相互作用，牽涉到地球科學(xué)的方方面面，凝煉著地球科學(xué)的許多重大問題，其中青藏高原的隆升機(jī)制和過程就是眾多問題的基礎(chǔ)。青藏高原抬升是印度板塊與歐亞板塊強(qiáng)烈碰撞的結(jié)果。印度洋海底擴(kuò)張研究揭示，大約于70Ma的白堊紀(jì)末，印度板塊開始快速北進(jìn)，最高速度達(dá)17cm/a。早期，印度大陸板塊前端的大洋板塊與歐亞大陸板塊碰撞（簡稱“海-陸碰撞”），大洋板塊厚度小、密度大，俯沖于歐亞大陸板塊之

2、下（圖7-15左）；晚期，大約在43Ma的中始新世，印度大洋板塊俯沖殆盡，使印度大陸板塊與歐亞大陸板塊接觸和碰撞（簡稱“陸-陸碰撞”（圖7-15右），大陸板塊厚度大、密度小，很難俯沖。有學(xué)者把“海-陸碰撞”稱為“軟碰撞”（soft collision），“陸-陸碰撞”稱為“硬碰撞”（hard collision）。從“軟碰撞”到“硬碰撞”，印度板塊北進(jìn)阻力加大，速度明顯降低（下降至5cm/a），但傳遞的力量更大，影響更深遠(yuǎn)，最終導(dǎo)致青藏高原大規(guī)模隆升。圖7-15 印度板塊與歐亞板塊的軟碰撞（左）和硬碰撞（右）關(guān)于青藏高原的隆升過程，有許多不同的認(rèn)識，例如：青藏高原從40Ma前后的始新世開始隆升

3、，至14Ma的中中新世左右達(dá)到5000m多的最大值，此后逐漸下降到現(xiàn)在的高度(Coleman等，1980)。青藏高原在中新世晚期已經(jīng)接近現(xiàn)今的高度，此后高原抬升緩慢(Harrison等，1992)。青藏高原從40Ma開始緩慢抬升，至4Ma前后加速上升（徐仁等，1973）。青藏高原在40Ma、20Ma分別有過1000m多的隆升，后又經(jīng)準(zhǔn)平原化作用使地面降低，最后于4Ma以后才急劇隆升到4000m的海拔高度（李吉均等，1979，1998）。關(guān)于青藏高原的隆升機(jī)制，也有多種不同的假說，較有影響的有以下幾種：假說一：“雙層地殼說”。代表人物是Powell（1986-1987），他認(rèn)為，青藏高原地殼之所

4、以厚度很大和強(qiáng)烈隆升，是因為青藏高原有著雙層地殼（或雙層巖石圈），上層是青藏高原地殼，下層是俯沖下插的印度大陸地殼，并從流變學(xué)的角度論證了這種長距離俯沖的可能性。他把印度板塊與歐亞板塊的碰撞分為5個階段：約10050Ma，洋殼俯沖階段；5020Ma，陸-陸碰撞階段；205Ma大陸俯沖階段，此時印度大陸的俯沖角度約為30°；約52Ma，已俯沖在青藏高原大陸巖石圈之下的印度大陸巖石圈在浮力作用下抬升，引起軟流圈的對流，并在表層出現(xiàn)地塹；約2Ma現(xiàn)今，抬升的印度大陸巖石圈最終與青藏高原大陸巖石圈合并，使青藏高原地區(qū)大幅度抬升。后來，Beghoul等人（1993）利用地震波的測量結(jié)果，支持雙

5、地殼模型。假說二：“側(cè)向擠壓和垂直拉伸說”（“手風(fēng)琴模型”）。最早由Dewey（1973）提出，認(rèn)為印度大陸巖石圈與青藏高原巖石圈在水平方向上的碰撞縮短導(dǎo)致在垂直方向上拉長增厚，類似于手風(fēng)琴。巖石圈以這種形變方式接納了印度板塊的北進(jìn)。因增厚而下沉的下地殼溫度升高，發(fā)生部分熔融，產(chǎn)生了輝石麻粒巖和斜長巖；而上地殼的硅鋁質(zhì)巖石則熔化成花崗巖。England和Mckenzie（1982）以及Vilotte（1982）等學(xué)者進(jìn)一步討論了這種作用的可能性，認(rèn)為上部縮短增厚是通過巖層的褶皺達(dá)到的，印度板塊并沒有下插到青藏地塊之下。假說三：“大陸貫入說”（“千斤頂模型”）。Zhao（1987）等認(rèn)為，印度板

6、塊以每年50mm的速度插入到青藏高溫粘性的（牛頓體）下地殼中，產(chǎn)生的抬升力作用于脆性的上地殼底部，使青藏隆升。這一過程類似于液壓千斤頂，印度板塊相當(dāng)于插入歐亞板塊的活塞，把力傳遞到整個青藏地區(qū)使其上升。假說四：“側(cè)向擠出說”。由Tapponier等人1986提出，他們認(rèn)為印度板塊作為一個剛性體，在向北作長距離推移時，把原先位于印度板塊和歐亞大陸之間的桑德蘭陸地（Sunderland）推向東南，并發(fā)生了20°25°的順時針旋轉(zhuǎn)而成了現(xiàn)在的東南亞半島，華南山塊也被推往南東東方向，并順時針旋轉(zhuǎn)了約40°。分割東南亞半島和華南地塊的紅河大斷裂則發(fā)生了巨大的左旋平移運動，并

7、在其南段拉開成南海海盆。Tapponier等人所提出地塊的水平滑移距離非常大，達(dá)到了上千公里的量級。上述四種假說究竟誰是誰非？隨著近年來青藏高原地球物理探測的進(jìn)展，特別是地震層析成象技術(shù)的運用，越來越多的證據(jù)表明，青藏高原之下確實存在著雙層地殼（吳功建等，1991，朱露培等，1992，陳俊勇等，1996，鐘大賚等，1996，曾融生等，1998，滕吉文等，1999）。目前的研究成果基本上支持假說一，雙層地殼是青藏高原地殼厚度巨大和強(qiáng)烈隆升的原因。而且，大規(guī)模的俯沖作用還可以解釋青藏高原南部晚第三紀(jì)花崗巖的成因（石耀霖等，1992，1997）。然而，與假說一最大的不同是，大陸塊體并非俯沖于青藏地殼

8、底部或上地幔軟流層內(nèi)，而是插入到了青藏下地殼中（曾融生等，1992），俯沖地殼之下的剛性地幔（即巖石圈下部）則很可能與俯沖地殼發(fā)生折離（鐘大賚等，1996）。這樣，假說三又有了合理的成份。然而，通過俯沖作用，青藏地區(qū)并沒有接納印度板塊的全部北移量。青藏高原南部近南北向的裂谷系的擴(kuò)張速率為1±0.5cm/a，推算出近南北向的俯沖速率為2cm/a，這一數(shù)值遠(yuǎn)小于印度板塊與歐亞板塊4.56.4cm/a的會聚速率,意味著印度板塊的北進(jìn)有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化為其他方式的運動(Tapponier，1986)。拉薩附近的古地磁資料表明，青藏地塊與歐亞大陸北部穩(wěn)定區(qū)之間在始新世以后發(fā)生過顯著的相對運動，平

9、均位移量達(dá)2000±600km、甚至2500km。新近研究表明，從南向北擠入青藏高原之下的印度地殼總長度約為510km(曾融生等，1998)，扣除這一俯沖量之后，青藏塊體向北的位移量仍可達(dá)到1490±600km。然而，古地磁資料也顯示，古近紀(jì)以來，塔里木盆地沒有發(fā)生過顯著的運動，其位置是比較穩(wěn)定的（鄭劍東等，1991）。塔里木盆地深部存在著高速的“地幔根”，在200300km的深度也沒有發(fā)現(xiàn)軟流圈的存在（國家地震局阿爾金活動斷裂帶課題組，1992，朱介壽等，1997），所以要使塔里木盆地發(fā)生水平位移是十分困難的，塔里木盆地仿佛是一個釘子，牢牢地固定在原地，鄂爾多斯地塊的情況也與塔里木盆地類似。古地磁數(shù)據(jù)一方