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青藏高原地球科学研究的两大进展

已有 8101 次阅读 2014-7-18 18:19 |个人分类:大陆漂移|系统分类:科普集锦| 青藏高原

青藏高原地球科学研究的两大进展

The two big progress in the study of earth science about Qinghai-tibet plateau

(本文是2014年第三届地球系统科学大会邀请报告部分内容)

梁光河

2014-7-18

近几十年,地学领域在青藏高原的理论研究上有著名的两大进展(大量论文刊登在NatureScience上),使我们对青藏高原的成因及中国的大陆构造特征有了新的认识。这两大进展(或者构造模式新发现)简单地说就是:

(1)      碰撞挤出构造(或逃逸构造)模式。

(2)      下地壳流模式。

 第一大进展:碰撞挤出构造

著名地质学家Tapponnier(19821986) 认为印度板块向欧亚板块碰撞和碰撞后的楔入,在导致青藏高原的隆升的同时,同时引起了印支地块和华南地块的大规模挤出(图12)(嵇少丞等,2008)。印支板块向SE向长距离滑移,促使加里曼丹地块南移,引起南海的扩张。Tapponnie利用塑性黏土来模拟印度板块和青藏高原碰撞,进行了平面变形。实验结果表明,在将东部边界设为自由边界时,碰撞引起的地体走滑在很大程度上平衡了这种碰撞引起的总体物质汇聚(吴焕然,2013其依据是:

1)       塑性物理模型实验可以产生大规模走滑断裂;

2)       哀牢山-红河断裂32~16 Ma发生大规模左旋走滑;

3)       王朝断裂、三塔断裂在30.5~23Ma发生左旋走滑;

对其争议主要是:

1)       将欧亚板块视为塑性板块与实际差别较大;

2)       对哀牢山-红河断裂带运动机制仍存在很多争议;

3)       加里曼丹地块并不确定是亚洲逃逸的块体;

4)       最近的GPS资料分析和研究(Shen等,2000)表明,红河地区和南海西北部向东南逃逸的成分,最多只能占喜马拉雅碰撞挤出的25%,因此导致南海700 km扩张的可能性不大。

对前面三项争议容易理解,任何一个类比试验都是对实际的简化,局部的不吻合并不影响全局。争议的最大一点其实是第4项,那就是这种向东南逃逸的成分,最多只能占喜马拉雅碰撞挤出的25%。这一点其实完全可以通过下地壳流来解释和完善。

 

1Paul Tapponnier的模拟实验及印度地块向北挤压过程中逃逸构造示意图

IndiaChina-动画.gif

2印度地块向北挤压过程动画图(据University of Wisconsin    

第二大进展:下地壳流模式

简单地理解就是下地壳由于温压条件的升高具有热塑性发生流变,这种下地壳流就像挤牙膏一样,当一个块体受到另外一个块体的挤压时,下地壳(甚至中地壳)都会发生塑性形变,在地质年龄尺度,表现为流动特征(图3)。

3下地壳流模式(据孙娅,2013

这种下地壳流模式是否能在现今地形地貌和构造特征上得到体现?回答是肯定的。但这个模式一定要结合作者提出的新的大陆漂移模式(图4)才能说明全球构造和地形地貌特征。

4 新大陆漂移模型(据梁光河,2013

 该新大陆漂移模型,简单地说就是大陆板块运移划开洋壳引起岩浆上涌,在陆块后面冒泡,巨大的岩浆热动力推着板块往前跑。逻辑很简单:大陆板块运动中其前面处于挤压环境,地下深处的岩浆无法外泄。而大陆板块滑过洋壳并切割洋壳,其后面处于开放环境,地下深处的岩浆上涌,推动大陆板块向前运动。有如下特征:

1)       大陆板块的最前方因受到挤压产生下地壳流(图4中灰白色部分),使洋壳隆起(类似挤牙膏);

2)       大陆板块前部会产生逆冲断层、造山带、火山带、地震带;

3)       大陆板块后部正断层,存在巨厚沉积物;

4)       大陆板块尾部会有拖尾隆起,可能留下火山岛链(根据切割深度不同)、刮蹭堆积、遗撒物。

我们从当前的全球地形地貌图上可以观察到这种产生于较大陆块前方的洋壳隆起(下地壳流)(图5)。欧亚板块整体向北漂移引起北极圈区域的整体隆升。华南地块和印支地块的大规模挤出造成了中国东部沿海和南海区域的下地壳流,表现为洋壳的隆升(海水变浅),日本和朝鲜半岛的裂解漂移动力机制应该与该因素有关。澳大利亚大陆板块向北漂移引起了澳大利亚北部海域的整体隆升,甚至新西兰两个岛屿的陆块漂移也表现出明显的下地壳挤出特征。非洲大陆板块向北东漂移产生的下地壳流,现在只保留了残余,如马达加斯加南部及毛里求斯部分地区,因大部分被印度大陆板块漂移后给消减了。

5 从地形地貌图上识别的下地壳流(据美国NOAA

美洲板块南北方向横贯全球,由于北美洲大陆板块当前的运动方向主要是北西向,因此在北冰洋和北极地区引起了大面积的下地壳流。南美洲向西漂移中也引起了巨量的下地壳流(图6),表现在地形地貌图上就是相对浅海地区(相当于洋壳隆起)。对比图6中太平洋西北部的深海地区就可以很容易看出区别了。特别注意的是智利北部以西(南回归线附近)太平洋海域出现一大片较深海域,推测是由于安第斯山脉在该地区隆升太高,使得该区域地壳厚度加大(相当于在下地壳部分插了一个板子),造成下地壳流受阻所致。而对于在此区域出现的多个线性岛弧,解释为下地壳流受压的挤出物应该更合理。为什么这些挤出具有线性特征,推测是由于之前这些地方洋壳被其他板块漂移后留下了刮痕,形成了洋壳薄弱带,如果这些不是由于大陆漂移引起的下地壳流,那怎么解释其成因呢?

6 太平洋地区地形地貌图和下地壳流及挤出物(据美国NOAA

耀龄教授对发生在东南太平洋的一系列火山岛弧,用地幔羽和虹吸现象进行了解释(图7)。但发生地幔羽的动力机制是什么,为什么会在这里产生地幔羽?用下地壳流结合南美洲的向西漂移挤压是不是也算一个合乎逻辑的解释?

7 东南太平洋地幔羽特征及成因(据牛耀龄,2011

这种下地壳流是否得到了人工地震勘探的认证?我们这里给一个南海的例子来说明。在南海曾经实施过两条很长的地震勘探(剖面AB),它们都处于南海大海中,其剖面位置如图8所示。南中国海的构造变形历史可归结为近南北向右行拉分作用和左行转换挤压作用的交替,表现了具有转换性质的“开”与“合”的更迭(许浚远等,2004)。当前处于挤压环境即“合”的过程中。在图9的地震反射剖面上表现也很明显,具有明显的下地壳流特征(从两端向中间挤压)。当然对整个南海的成因机制还需要综合考虑下地壳流、挤出构造和澳大利亚陆块运动的综合影响才行。


8 南海地震勘探剖面位置平面分布图(据雷超,2012修编)

9 南海北部陆缘地震大剖面构造-地层格架图(据雷超,2012修编)

特别注意的是另外一个剖面C处于加里曼丹地块的西北缘,众多的证据表明加里曼丹地块在向东南漂移的同时伴随着左旋,该剖面应表现为挤压环境(处于板块运动的前端),因此在地震反射剖面C上表现为一系列向北西逆冲的断层(图9右上角),这与新大陆漂移模式一致。

结论是:挤出模式下地壳流模式结合新大陆漂移模式可以解释很多过去让我们疑惑的大地构造现象和地形地貌特征,包括过去需要用地幔羽来解释的那些岛弧也可以用该模式得到合乎逻辑的解释。

阅读下面链接中的文章也许会改变您很多看法:

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