中第卷第旧种李辑期 ! 年月青藏高原的隆起过程及其机制探讨钟大赛高原隆升是一个多阶段的’丁林“中国科学院地质研究所岩石圈构造演化开放研究实验室北京摘要一一一至今不等速的和非均变过程晚上新世以来高原整体隆起与局部快速抬升是两种以上机制联合运作的结果关键词青藏高原裂变径迹隆起过程隆升机制青藏高原是全球最年轻最高的高原之一它是印度与欧亚在大约以来的碰撞结果是研究动力学的理想的实验室但它的隆起过程及其机制仍然是一个争论的问题 高原的隆起是两碰撞后持续挤压隆升的结关于高原的隆起基本上有两种看法‘」“一〕果〔 阶段性隆起〔关于高原抬升到现今面貌的起始时限也有不同看法如 前’“一〔和一〕为了论证此问题我们选择了东喜马拉雅构造结作为研究区进行较系统的矿物的裂变径迹研究研究区位于印度板块与欧亚板块碰撞的前缘部位是碰撞变形最强烈的地段雅鲁藏布江缝合线在这里强烈变位和急剧转折从大地构造上研究区分属个构造单元北单元是冈底斯岛弧带东延部分其南部出露角闪岩相变质火山岩和沉积岩时代可能是早中元古代组成拉萨地块或岛弧的变质基底积北部主要为奥陶纪一石炭二叠纪的斜坡相砂泥质碎屑沉在基底和盖层中有一系列岛弧型花岗岩和花岗闪长岩岩基侵位其形成时代从北东向南一西变新一一中单元为雅鲁藏布江缝合带东延部分由于强烈变形和断裂的错移蛇绿混杂岩残片出露零星南单元为喜马拉雅带在南迎巴瓦峰周缘出露可能为中晚元古代的角闪岩相麻粒岩相岩石为了定量地研究隆升过程我们对北单元的代表性花岗岩基和南单元的正片麻岩和少量的高压麻粒岩较系统地采集了裂变径迹年龄测定的样品采样点的海拔高度用气压高度计测得裂变径迹测定的矿物为檐石错石和磷灰石采用外探测器法具样过程及测量方法已有大量文献描述东喜马拉雅构造结裂变径迹测定结果所有结果表示在年龄直方图上图显示出个明显的年龄阶段即一一到现在和一个数据较少的阶段 收稿 收修改稿国家自然科学基金和国家攀登计划资助项目参加野外工作的还有潘裕生黄置和刘焰等人中国科学辑第卷从图日日并瑕可看出约年龄数据都落在以来其中是磷灰石的年龄如果花岗岩侵位以来的冷却或麻粒岩相正片麻岩在地壳深部形成后的再冷却是由于垂直构造抬升和剥蚀的结果年龄记录了矿物通过它的封闭温度时相应深度的时间那么由此可计算出采样点岩石抬升到现在海拔高度的平均抬升速率矿物的裂变径迹封闭温度与抬升速率有关通常认为磷灰服鬓到石的封闭温度为℃士主公圈圈℃错石的封闭温度为檐石的封闭温度为℃地热梯度取℃℃地表年平均温度为计算结果表明图以前研究区岩石呈脉冲式东喜马拉雅构造结裂变径迹年龄直方图及青藏高原周缘盆地沉积速率变化图分阶段的抬升构造活跃期与相对静止期是交替发展抬升速率较低小于里克盆地“—莺歌海盆地卜柴达木盆地“时间—檐石—龄和错石—孟加拉湾海底扇沉积中角闪石大量出现的时间—西瓦里克盆地沉积中角闪石大量出现的—西瓦而左右开始研究区的抬升速率呈明显地加快趋势如时抬升速率为一年龄—错石磷灰石年龄——年龄系研究区走滑断裂带的糜棱岩年龄年龄黑云母角闪石年龄时抬升速率为一丁年以来抬升速率为一平面上从北单元到南单元无论是错石还是磷灰石的年龄都显示由北向南即向南迎巴瓦峰方向抬升的时限愈来愈新暗示喜围绕南迎巴瓦峰周缘除德姆拉岩体外磷灰石马拉雅抬升最新年龄大部分落在左右这表明东构造结包括北带和南带在以来发生了整体抬升从海拔以下一抬升到海拔以上一的现在高度也就是说在期间东构造结的岩石抬升了一其年平均速率为左右接近前面提到的一期间的平均抬升速率错石而南单元南逛巴瓦峰年龄的平面分布显示北单元绝大多数年龄都大于地区则落在左右这说明冈底斯岛弧花岗岩抬到地表下一时显然要比南带早以上即冈底斯地体比喜马拉雅地体抬升得早和磷灰石年龄一再对比南迎巴瓦峰的错石年龄十分相近仅差指示南迎巴瓦峰以来从地下一深处一直加速抬升到现今高度其抬升速率为总之大量一一年龄表明印度板块与欧亚板块碰撞后研究区经历次抬升事件每个地体的抬升时限和幅度是不同的最后一次加速抬升发生在左右从外侧向南迎巴瓦地区抬升的时限有变年轻的趋势喜马拉雅地体正处于加速抬升过程中巧以林畅松张燕梅李思田等拉伸盆地的沉降史深部热背景和充填过程模拟汪水进刘泽纯王健等从柴达木盆地新生代沉积探讨青藏高原隆升过程出版中—以莺琼盆地为例出版中第期钟大责等青藏高原的隆起过程及其机制探讨来它的抬升速率达到这可能是迄今知道的全球抬升最快的地区这也是在这里形成全球最深的大峡谷的原因所在青藏高原及其周缘新生代以来构造热事件上述东喜马拉雅构造结的年龄仅具局部意义还是有普遍意义下面由老至新分阶段地对青藏高原及其周缘新生代构造热事件作一对比图一厂塔里木撰一阶段是印度板块与亚洲板块碰撞高峰时期约左右特提斯海全部退出青藏高原及滇西地区转为陆内环境气候由炎热向湿热转化雅鲁藏布江缝合带北侧的冈底斯岛才八乃印度弧带内大量的钙碱性中酸性岩浆岩侵位和州口图囚因困口曰,户愁夕、,刀大量钙碱性火山岩喷出二羌塘地体北部的可可希里一金沙江一红河一线断续延展达的浅成富钾中酸性花岗斑岩侵位或碱性火山岩的喷出其年龄为鸿文一马图臀青藏高原及其周缘构造纲要图 张玉泉等雅鲁藏布江缝合带南侧出现的磨拉石砾岩代表碰撞后的前陆盆地沉积红河碱性岩浆岩带始新世一渐新世前—昆仑钙碱质钾玄质火山岩带伴随喜马拉雅地块与拉萨地块的碰撞和构造隆升班公湖怒江缝合带以北和兰坪思茅地块上发生断块抬升在断块一侧形成一系列断陷盆地如伦坡拉盆地柴达木盆地及兰坪思茅盆地这些始新世一渐新世断陷盆陆盆地沉积一喜马拉雅浅色花岗岩带一北羌塘金沙江一一沉地内充填的是紫红色河湖相碎屑沉积产亚热带阔叶植物高原北缘的塔里木盆地和南缘的恒河盆地始新世一渐新世从海相到陆相均表现连续的堆积作用因此一海底扇一积缝合线逆冲断裂走滑断裂一一——阿尔金断裂祁连山断裂昆龙门山断裂———红河断裂仑山断裂鲜水河断裂澜沧江———断裂贡日嘎布高黎贡断裂实皆断裂——阿尼桥断裂—主边界断裂断裂喀喇———昆仑断裂旺蔡断裂奠边府断裂巧三———孟加拉湾海扇塔山断裂保山地块—一一柴达木地块思茅地块印度河扇一—莺歌海盆地盆地沉积在锡瓦里克盆地中包括中新世—上新世一第四纪前陆卜一一期间是倾斜断块边缘的抬升抬升与沉积速率均很低如柴达木盆地的沉积速率为.巧‘表明这次碰撞构造变形主要集中在地块边缘是一种构造抬升.2225~17Ma阶段一印度板块持续向亚洲挤压在高原内部冈底斯岛弧快速隆起如曲水岩体在20Ma间有一次快速冷却历史抬升速率大于2mm/J5a[.一18在高原东部和横断山地区a是一系列0陆内走滑断裂活动高峰时间如红河断裂活动高峰时间为26一23M图(钟大责19Ma有一次7km的快速抬升历史(陈文寄等澜沧江断裂的活动高峰时间为20一一l)见290页脚注2)中国科学(D辑)第26卷71Ma24.鲜水河断裂的年龄为51Ma(许志琴7Ma阿尼桥断裂的活动高峰时间为26.等藏东贡日嘎布断裂的活动高峰时间为7Ma.沿着这些大型走滑断裂形成一系列走滑拉分盆地如高原西部阿里附近的狮泉河盆地高原北部的伦坡拉盆地柴达木盆地和滇西红河断裂南端的莺歌海盆地.盆地内以灰色细粒碎屑沉积为主植物和抱粉组合以阔叶落叶林优势反映当时热带亚热带气候环境沉积速率较快如柴达木盆地的沉积速率约0.占1一0.2mma‘)莺歌海在28一./61Ma的沉积速率为04mm/a)z.这些表明雅江碰撞带以北现今高原地域和横断山地区是一个低缓丘陵和由构造沉降诱发的断陷湖盆棋布的地域.在雅江碰撞带以南主断层与主边西向的西瓦里克前陆拗陷形成(约18.界断层相继活动向前陆盆地方向迁移此时近东3Ma开始)并伴随大量浅色花岗岩侵位(21一72Ma」.0[)aHris认为在20一18M。之前喜马拉雅地体的沉积变质岩有一次加拉浊积扇中”7sr/865:比值急剧增加[‘0」0钻探也表明孟加拉扇在17.构造抬升造成孟5Ma沉积速率增加.上述事件都一致说明18一20Ma期间喜马拉雅地体经历过较强的构造抬升.2.313~8Ma期间青藏高原受印度板块持续挤压喜马拉雅块体上主边界断层开始强烈活动大规模逆掩推覆造成地壳增厚和重熔壳源浅色花岗岩的侵位和聂拉木群混合岩化和叠加变质作用(卫管一等康马及告乌岩体在n一8Ma间出现一次快速抬升(刘顺生等在念青唐古拉附近北东向地堑断层岩的年龄为8一7Ma[5〕.在碰撞带南侧的西瓦里克前陆盆地中其沉积速率由以前的0.lmm/a增大到11一S.Ma的03mm/a重矿物中大量出现角闪石而一3Ma间沉积速率很低无角闪石出现[]8.8在孟加拉扇的深钻记录中也显示13一8Ma期间沉积速率加快有大量角闪石出现.喜马拉雅地体又发生了一次构造热事件.在滇川西部东缅地块东界的右旋实皆走滑断裂及其分支右旋逆冲走滑高黎贡断裂开始大规模活动导致安达曼海的拉开其走滑年龄分别为13Ma和12一11Ma(DingandZhong看一8Ma期间两大板块的陆内碰撞变形也主要限于碰撞带两侧的地体.来2到现在是青藏高原强烈隆升时期其标志是:(1)喜马拉雅东构造结的FT年龄数据显示不论是喜马拉雅地体和冈底斯岛弧地体都普遍记录到面状分布的3Ma左右的抬升记录.在西拉雅构造结(南迎巴尔帕特峰)裂变径迹年龄为2一0.喜马SMa有一次快速抬升速率为smm/a〔“」在西昆仑北西向正断层快速抬升发生在2一1.5Ma速率为1一4mm/aL‘2.]在滇西红河断裂在4.7Ma有一次快速抬钾质玄武岩带其时代为2.升(陈0一0.文寄等在昆仑山南侧断续出现约千公里的钙碱性-2Ma[’3〕.这些构造岩浆热事件年龄都落在青藏高原周缘的强变形带上都指示上新世末到第四纪整个青藏高原处于拉伸环境转为整体抬升;(2)在高原上出现南北向拉张型沉积盆地如中喜马拉雅北坡的吉隆盆地7Ma开始形成萎缩(王富葆等昆仑山娅口盆地约5Ma开始裂陷在1.7一1Ma开始封闭(葛道凯柴达木盆地3Ma左右沉积速率明显增长为0.等smm/a‘)后是柴达木盆地主要成盐期.青藏(包括柴达木)所有中新世一上新世沉积都是湖相细粒碎屑沉积三趾马动物群1)见290页脚注2)2)见290页脚注l)第4期钟大责等:青藏高原的隆起过程及其机制探讨暗示当时的高原是低缓丘陵和湖盆相间的地貌格局推测周缘山脉在1000一......2000mas1河流湖盆在<100mas1;(3)在现今高原周缘出现扇砾岩沉积如昆仑山北..a)祁连山北麓的玉门砾岩始于24麓(西域砾岩297Ma6M龙门山山前砾岩等它们与下...a伏的上新世细粒沉积岩呈不整合高原东北侧的临夏盆地34一248M盆地沉积中第一次广泛分布.高原的南侧.a南亚西瓦里克SM塔特罗组粒径变粗至21.8〕Ma出现砾岩再次出现大量角闪石〔rewas最早喜马拉雅西北段山麓前克什米尔盆地Ka....a一515Ma孟加拉扇在6Ma以前均为细粒浊积岩为主0砾岩沉积始于380M或31..aaM前沉积速率加大又一次出现大量角闪石高原西南侧阿拉伯海沉积速率34M以后也.突然加速.)(王富葆等吉隆盆地贡巴砾岩(24Ma出现砾石沉积(积石山砾石层)和不整合面结束湖相沉积历史(李吉均等0高原东缘的横断山区如滇西中新世早中期的山间盆地是含煤的湖沼相砂泥岩沉积植物茂盛属热带亚热带环境地面海拔70一80m之间而中新世晚期一早上新世地层缺失暗示已达到准平原化(何科昭等.anFi世含三趾马的红土层代表34M以前古夷平面上的古风化壳产物(Cehbnu再往东至川西滇中一带以前普遍发育早上新南a海北部陆架和莺歌海盆地自5M以后出现很厚的浊积水道粗碎屑沉积延伸百余公里(李..思田个人交流)沉积速率突然增加由5Ma以前的olmm/a到SMa以后的0smm/a其中乐东30钻孔揭示的海相第四系沉积达200m(汪品先.5Ma以来地表逐步快速抬升剥蚀速度加快表明红河流域物源区自由上可以看出晚上新世前现今青藏高原中部到川滇西部又经历了中新世以来较长时期的剥蚀充填过程达到准平原化形成了青藏高原上的另一个夷平面.崔之久等在高原中部(拉萨一安多间)古夷平面上测得石灰岩喀斯特古风化壳裂变径迹年龄为10一7Ma(崔之久..aa个人交流)因此现今高原的面貌不是在8M以前形成的而是3M以来奠定的3Ma后青藏高原的整体抬升引起东亚季风的建立在高原北部中国黄土开始形成和堆.积有意思的是塔里木地块以北的我国西北地区及中亚地区我国东部包括台东碰撞事件aa全球磁场倒转都发生在3M左右这就意味3M以来的构造事件还受到更大尺度运动的.制约这显然已超出本文所能讨论的命题3青藏高原隆升机制讨论5Ma以来当印度板块持续向北推挤已拼合的4软的拉萨羌塘昆仑地体挤压缩短首先表现为壳层的褶皱和逆冲推覆各个地块呈构造岩片相互楔入叠置使岩石圈均匀增厚和垂向隆起在碰撞早期(45一38Ma)碰撞带内岩层普遍褶皱发育区域性不整合.在碰撞带)内地震测深(如亚东格尔木剖面)显示下地壳内有一系列向北倾斜错断莫霍面的断裂(图3和出现壳慢混合层后者可能是下冲地块的地壳插入上覆地块的上地慢形成的有的可能形成..双莫霍面这样下地壳大大增厚在中上地壳内还识别出两条北倾的低速低阻带它代表各个地体内部还有以一系列构造岩片向北楔入(吴功建等当印度板块持续向北运动(25a一18M一SMa)孔祥儒等前展式的逆冲推覆构造向前陆方向迁中国科学(D辑)第26卷移主断裂和主边界断裂相继形成和抬升西瓦里克前陆盆地发生构造沉降.处在后陆的挤压缩短变形由垂直平面应变转为平面应变水平剪切断裂成为主要变形方式.物质向侧向方向逸出藏东和滇图3青藏高原隆起构造模型横断面示意图川西部的主要走滑断裂的变形年龄都落在(解释见文章)52一13Ma间就是证明.与走滑断裂有关1—点线表示壳内低速低阻层斜线表示壳慢混合层的柴达木盆地莺歌海景谷盆地充填渐新—班公湖怒江带金沙—江带.KLS昆仑带世一中新世连续的细粒沉积.推测此时的—雅江带——主边界断—层岩石圈可能不再明显的增厚整个高原厚壳厚慢的岩石圈结构已基本形成岩石抬升速率很小与沉积速率几近一准平原化方向发展.致后陆地区向在中新世初形成了青藏高原及其周缘的最早的山顶夷平面(崔之久田个人交流).潘保缓慢的构造抬升和剥蚀夷平造成了整个高原低缓丘陵和宽广湖盆相间的准平原地貌其地面高度不超过100m而湖盆周缘山系估计在200m左右为盆地的物源供给区.约5Ma开始青藏高原周围受到印度板块塔里木华北以及扬子等硬地块的围限内部垂向和平面的应变已达到一定的极限推测那时的印度板块和塔里木地块岩石圈厚板的锋面已相当接近这意味青藏高原下的岩石圈底界成了边界地表成为唯一的自由界面为了调整变形空间物质被迫向上运动.主应,.力a变为垂直大部分高原地区处于拉张环境由此青藏高原及其周缘开始整体抬升.当青藏高原南侧边界继续受到推挤岩石圈下部的物质缩短受到和浮力作用正在俯冲的密度小的岩石圈板片和已俯冲下去的密度大的大洋岩石圈板片之间发生断离(Braek导致岩石圈底部软流圈物质上涌(图3)而出现重力失稳和不均衡随之发生3Ma以来的快速抬升.从综合地球物理剖面可以看出拉萨地块及喜马拉雅地块的软流圈抬得较高(约120km)也是现今高原上热流值最高的地区(沈显杰等推测俯冲到高原下冷大洋板片发生断离引起热而轻的地慢物质上涌使碰撞带两侧地体快速抬升.而重的FT证据显示以来大致沿高喜马拉雅带是一个快速抬升的轴部那里已出露相当于中地壳的角闪岩相变质岩在它的东西构造结还出露相当于下地壳的麻粒岩相岩石以及高压麻粒岩和榴辉岩.这种快速抬升也和现代地面垂直形变测量结果一致如高喜马拉雅地体垂直变形速率为01一30mm/a表现为一个垂直运动速率梯度带拉萨地体为5一10mm/a羌塘地体为2一4m耐a(张祖胜等拉萨地块以北的青藏高原的大部分地区岩石圈厚度为710一210km地壳厚度大于70km地热梯度比相邻地体低是一个冷厚壳冷厚慢(吴功建等孔祥儒等波可有效传播具有较高的Pn速度(8.4km/S).看来这里的岩石圈下部没有发生过拆离或软流圈上拱是一个相对稳定的地块.北羌塘地体和昆仑山地体显然不同下地壳发育壳慢混合层波发生衰减(东亚格尔木剖面)(吴功建等等在高原西部(吉隆一三个湖剖面上北纬3了附近)探测深70km以下是一个相当厚低阻层(<01nm)(孔祥儒等我们推测下地壳有相当厚的壳慢混合层.在地表发育的北羌塘火山岩带和昆第4期钟大资等:青藏高原的隆起过程及其机制探讨.仑山南侧的钙碱性钾玄质火山岩带可能和此混合层有关邓万明认为这里可能存在向南陡.-‘3:倾的陆内俯冲带〔〕我们设想是类似南侧的喜马拉雅地体刚性的塔里木板片沿喀喇昆仑昆仑山断裂向南插入羌塘昆仑山地体因下冲的塔里木板片密度较小不能插入地慢中巨大的反向浮力导致俯冲板片断离使上部板片迅速回弹引起软流圈上拱等温面抬升岩石圈地慢发生部分熔融在地慢与下地壳交界处形成了相当厚的壳慢混合层(图3).动速率资料沿昆仑山一带也处在快速抬升过程之中据现代垂直运从以上分析可看出晚上新世以来的青藏高原的面貌是整体隆起与局部快速抬升相叠合.并至少有两种以上机制联合运作的结果因此青藏高原的隆升是多阶段非均匀不等速过.程是多种机制联合作用的产物参erJL.ArmiMereijoRngtheIndiai考文献因-nnierP.ChaesfoateertiarycontoQuterna卿extensionin豁utherndurompresi眼rmIT一304张青松李炳元景可等.青藏地区上新世古地理和高原隆起..::见青藏高原隆起的时代幅度和形式间题北京一29科学出版社..李吉均青藏高原隆起的时代幅度和形式探讨中国科学ShenXianJie0一616plateau.JournalofGnamiesodye.Meehanismofthether-omuonoftheuplifTeetonieevtoltiofthean一77MaHrinosTe.eenee呢TibtSi一1670Cb】anMme.EvideneerofateauupliftbeanPlfroe14yagofron,Manewminimmuoreast呀ef一52丁林钟大赛潘裕生等.东喜马拉雅构造结上新世以来快速抬升的裂变径迹证据.科学通报0一1500nNJohnsoMogy】犯sitsnearChiivillenj昭SeharerU一40啥eshearzoness可SeieneeLetter一297HarrisN.SignifieaneeofweatheringHiaml112yMiwaterduri飞earlceneGeool呀y一798.aupliftofNangaparbariZeitlerPKFissiontarekevideneeforQuaterny电on.ayanmetasedimentaryesandleucogrtopeeuonofsea-lanitesfortheSrisokroroltivstan.NaturePaki一257nelBruMJnaudN户raaut(Karakomfl邓万明.e:Petal.KourShaauleofuntainbuildiseyextensiont:Typeexpl卯nniano呢nr吃amlfmasidbom一710飞y0青藏高原新生代岩浆活动与岩石圈演化.:一298(1994)北京科学出版社.:见青藏高原形成演化环境变迁与生态系统研究学术论文年刊
