2016年04月08日 星期五

研究亮点

赵中宝、李超、李海兵等-Tectonophysics,Gondwana Research等:
青藏高原中部羌塘地体的地壳增厚与多阶段隆升过程

来源:地调局地质所 作者:赵中宝,李超,李海兵,科技处 发布时间:2022-09-06

  青藏高原是现今世界上规模最大的造山高原,其形成演化历史一直备受诸多地质学家的关注。羌塘地体,作为青藏高原中部的重要组成部分,拥有巨厚的大陆地壳(>50km)和高海拔(4~5 km)、低起伏(高差<1km)的独特地貌特征(图1)。羌塘地体巨厚地壳是何时何种方式形成的?其高海拔、低起伏的地貌特征又是如何形成并保持的?地壳增厚过程往往伴随着海拔变化,羌塘地体的地壳厚度变化是否与其历史海拔高度变化相耦合?这些科学问题是揭示青藏高原构造(地貌)演化的关键。

  针对上述重要的基础科学问题,研究团队通过开展长期野外地质填图构造剖面测制结合平衡剖面恢复和系统的锆石年代学低温热年代学等研究手段,获得了羌塘地体中南的地壳增厚和地形地貌演化过程,进一步结合多类型地质证据,尝试建立地壳厚度变化古海拔高度演变之间的耦合关系初步研究结论如下:


1羌塘地体的构造位置图。虚线框为主要研究区的范围,不同颜色圆点为目前发表的低温热年代学数据分布图(Zhao et al., 2022)。

  结论一:羌塘地体的主要地壳缩短结束于~40Ma,并伴随着低起伏地貌的形成。研究结果显示南羌塘地体地壳增厚过程始于~150 Ma,结束于~40 Ma,基于逆冲褶皱的剖面恢复,得出其地壳缩短/增厚量>34%。班公-怒江洋的闭合及随后的拉萨-羌塘地体之间的陆陆碰撞,以及印度亚洲碰撞导致的拉萨-羌塘地体的持续汇聚挤压是羌塘地体地壳增厚的主因。综合区域低温热年代学数据发现,遍布羌塘地体及周缘最年轻的AHe年龄集中于~35 Ma,因此我们认为羌塘地体的低起伏地貌形成应早于~35 Ma。

  结论二:羌塘地体经历了两阶段快速的隆升。尽管羌塘地体的地壳厚度在~40 Ma就已厚到现今厚度,但是定量古海拔研究认为羌塘地体及周缘在~29-26 Ma 才达到现今的高度,与此同时,羌塘地体发生了~37-26 Ma的岩石圈地幔拆沉事件。通过一维地壳均衡模拟,我们认为羌塘地体的地壳增厚控制其早期的隆升过程,岩石圈地幔的拆沉导致其再次发生>2 km的快速隆升。此外,岩石圈地幔的拆沉及软流圈的上涌使得羌塘地壳发生热膨胀,热膨胀效应可以导致羌塘地体发生~0.4 km的海拔升高。

  综上所述,羌塘地体在新生代经历了两阶段快速隆升过程,第一阶段隆升的主因是早于~40 Ma的地壳增厚导致的地壳均衡,第二阶段为~37-26 Ma石圈地幔拆沉所导致的。羌塘地体低温热年代学记录的快速冷却阶段与区域构造事件,及拉萨地体记录的新特提斯洋俯冲相关岩浆期相吻合,代表了这些快速的冷却阶段受控于构造活动,也即板块汇聚导致的远程效应(图2)。


2班公-怒江缝合带两侧的低温热年代学数据指示的快速冷却阶段,及其与区域其它地质事件的对比图。详细的内容见Li et al. , 2022.

  本系列研究不仅重建了青藏高原中部羌塘地体中-新生代的构造演化历史,约束了羌塘地体地壳缩短变形时代和规模,为青藏高原新生代演化研究提供了宝贵数据,同时揭示青藏高原中部隆升与地壳缩短加厚、岩石圈地幔拆沉及软流圈上涌内在关联,强调深部构造过程隆升的控制作用,青藏高原构造地貌研究具有重要的启示。

  上述研究得到德国图宾根大学Paul D.Bons教授、中国地质大学(北京)王根厚教授等专家学者的指导与帮助。主要资助项目包括第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0901)、南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项(GML2019ZD0201)及中国地质调查局地质调查项目(DD20190059)。相关文章发表如下:

Zhao, Z., Lu, H., Wang, S., Li, H., Li, C., Liu, D., Pan, J., Zheng, Y., and Bai, M., 2022, The Cenozoic Multiple-Stage Uplift of the Qiangtang Terrane, Tibetan Plateau: Frontiers in Earth Science, v. 10.https://doi.org/10.3389/feart.2022.818079

Li, C., Zhao, Z., Lu, H., and Li, H., 2022, Late Mesozoic-Cenozoic multistage exhumation of the central Bangong-Nujiang Suture, Central Tibet: Tectonophysics, v. 827, p. 229268.https://doi.org/10.1016/j.tecto.2022.229268

Zhao, Z.-b., Li, C., and Ma, X.-x., 2021, How does the elevation changing response to crustal thickening process in the central Tibetan Plateau since 120 Ma?: China Geology, v. 4, no. 1, p. 32-43.https://doi.org/10.31035/cg2021013

Li, C., Wang, G. H., Zhao, Z. B., Du, J. X., Ma, X. X., and Zheng, Y. L., 2020, Late Mesozoic tectonic evolution of the central Bangong–Nujiang Suture Zone, central Tibetan Plateau: International Geology Review, v. 62, no. 18, p. 2300-2323.https://doi.org/10.1080/00206814.2019.1697859

Zhao, Z. B., Bons, P. D., Li, C., Wang, G. H., Ma, X. X., and Li, G. W., 2020, The Cretaceous crustal shortening and thickening of the South Qiangtang Terrane and implications for proto-Tibetan Plateau formation: Gondwana Research, v. 78, p. 141-155.(https://doi.org/10.1016/j.gr.2019.09.003)