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Nature Communications:新近纪青藏高原向东北缘的扩展过程

2017-07-05

青藏高原的隆升与扩展不仅导致了亚洲大陆内部强烈的构造变形、地貌抬升,奠定了我国西部山川水系格局(图1a),还对东亚大气环流的重构产生了深远的影响,加剧了我国北方沙漠化和干旱化(An et al., 2001,2005; Guo et al.,2002;Sun et al., 2009, 2010; Zheng et al., 2015)。近年来,大陆动力学研究领域的一个热点问题是限定青藏高原隆升及其向周边扩展的时代,讨论青藏高原隆升与扩展的动力学机制。目前,国际上关于青藏高原如何扩展至东北缘地区存在两种截然不同的观点:一种观点认为高原东北缘地区变形与印度-欧亚板块~50 Ma开始的碰撞同时发生,反映了青藏高原岩石圈自印度-欧亚板块碰撞以来恒定的体应变率(Clark, 2012)。另一种关点则认为高原由南部或中部逐渐向北东方向扩展(England et al., 1986; Tapponier et al., 2001)。青藏高原东北缘究竟是何时开始变形的?什么样的地质构造和动力作用控制着变形的发生和地貌的形成?

针对以上科学问题,中国地震局地质研究所王伟涛副研究员、郑文俊研究员、张培震研究员及其他合作者以柴达木盆地北缘红沟新生代沉积地层剖面为研究对象(图1b, c),开展了详细的磁性地层学、生物地层学、碎屑低温热年代学和碎屑锆石U-Pb年龄测定分析。磁性地层学与生物地层学研究表明柴达木盆地自晚渐新世(~25.5 Ma)开始接受沉积,并持续至上新世 (~4.8 Ma, 图2)。在地层绝对年代控制下,碎屑磷灰石裂变径迹、碎屑锆石U-Pb年龄物源示踪以及古流向分析揭示柴达木盆地25.5-12 Ma的沉积物主要来源于盆地南侧的东昆仑山脉(图2,图3)。盆地物源区在~12 Ma 发生显著变化,沉积物主要来源于盆地北侧的祁连山(图3),表明祁连山~12Ma开始在柴达木盆地北缘断裂控制下强烈变形、隆升,成为高原东北缘的构造与地貌边界。自7.5 Ma以来,柴达木盆地北缘沉积地层被侵蚀,再次搬运并沉积至盆地内部(图3),反映祁连山造山带向盆地方向进一步的扩展。

这些结果表明,柴达木盆地南侧东昆仑断裂带以及东昆仑山脉自渐新世(30-25 Ma)开始变形、隆升,构成了青藏高原北部的古边界。高原东北缘祁连山在~12 Ma 开始加速隆升,揭示了印度与欧亚板块碰撞的应力可能在晚中新世才大规模传递至高原东北缘地区,引发准同期、异幅度构造变形,使高原东北缘地区广泛发育的晚渐新世-中中新世盆地系统遭受破坏、山脉快速隆升,形成现今高原东北缘独特盆-山构造地貌格局的雏形。青藏高原东北缘晚中新世大范围、准同期的盆地变形与山脉隆升可能与印度板块与欧亚板块持续汇聚作用下,高原北部岩石圈地幔的增厚和拆沉作用紧密相关。伴随着高原北部岩石圈地幔的拆沉,均衡作用导致高原北部快速隆升,并在重力作用下向外扩展,使高原强烈变形,成为高原最新的组成部分。

上述成果发表在国际期刊Nature Communications (Wang, W., Zheng, W., Zhang, P., Li, Q., Eric, K., Yuan, D., Zheng, D., Liu, C., Wang, Z., Zhang, H., Pang, J., 2017. Expansion of the Tibetan Plateau during the Neogene. Nature Communications, 8, 15887:1-12).

原文链接:http://rdcu.be/tA7i

图1 (a)青藏高原东北缘柴达木盆地及邻区构造与地貌图;(b)柴达木盆地北缘红沟剖面构造地质图;(c)红沟剖面Google Earth影像

图2 柴达木盆地北缘红沟剖面实测磁极性与标准极性(GPTS)对比图   图3碎屑AFT与碎屑锆石年龄分布