Geomorphology|Journal of Asian Earth Sciences|Geodesy and Geodynamics:喜马拉雅东构造结撕裂与顺时针旋转的现今地壳形变与构造地貌特征指示

我们往往认为印度板块是一个完整的刚性块体。然而,起始于1977年印度东北部的现今地壳形变研究以及后续不断丰富的观测数据均指出,印度板块东北角正在从印度板块主体上“撕裂”下来,并且围绕其进行着顺时针旋转(图1)。这次临近现今的板块级别的构造运动,深刻地影响了喜马拉雅东构造结及其周缘地区的构造变形和地貌演化。喜马拉雅东构造结地处板块碰撞边缘,又是新生代印度-欧亚板块碰撞过程中构造应力、变质和深熔作用最强、地壳隆升和地表剥蚀最快的区域。因此,这一地区是研究“撕裂和顺时针旋转”运动最直观的窗口。

甘卫军研究员研究团队的张玲副研究员等人利用GPS地壳形变观测数据和构造地貌学参数对与“撕裂与顺时针旋转”运动密切相关的三个问题进行了深入研究:(1)根据环绕南迦巴瓦构造结的U型断裂带将喜马拉雅东构造结前缘划分为三个次级研究区。通过对其中流域盆地面积高度积分的研究(图2),回溯了喜马拉雅东构造结前缘的地壳变形中心由南迦巴瓦构造结向东南方向迁移至了察隅地块的过程。其中,南迦巴瓦构造结具有两座海拔超过7km的山峰(南迦巴瓦峰(7756m)-加拉白垒峰(7281m))、超过2km的地形高差和高达5~10mm/yr的下切侵蚀和地壳剥露速率,是喜马拉雅东构造结在地质历史上的构造变形中心。而位于其东南侧的察隅地块现今具有极其剧烈的地震活动性,局部最大挤压应变率超过160nanostrain/yr,是喜马拉雅东构造结现今的变形中心;(2)由于处于印度-欧亚板块边界的大型走滑断裂在板块斜向汇聚的变形分解中扮演着十分重要的角色,构造变形中心的迁移必然会引起这些大型走滑断裂几何学和运动学发生变化。基于最新的GPS观测数据,计算了嘉黎断裂带西段、中段、东段西侧的右旋走滑速率,分别为5.0±0.5mm/yr、2.4±0.8mm/yr和3.8±0.9mm/yr。而断裂位错模型反演结果显示其东段现今几乎不承担任何走滑运动分量,已经被其南部新生的弥散活动断层带所承担,其现今走滑速率大致小于5mm/yr。总的来说,嘉黎断裂带具有围绕南迦巴瓦构造结顺时针旋转式地向前扩展的特征(图3);(3)结合合理的构造地貌学标志,估算了喜马拉雅东构造结东北前缘的构造变形中心迁移的总距离为120km。如若假设印度板块东北角的“撕裂和顺时针旋转”是速率恒定的运动,那么这次构造变形迁移事件的起始时间被约束为距今~7.7Ma(图1)。

以上成果已发表于《Geomorphology》、《Journal of Asian Earth Sciences》和《Geodesy and Geodynamics》期刊杂志。

Zhang Ling, Liang Shiming, Yang Xiaoping, Gan Weijun, 2020. Landscape evolution of the Eastern Himalayan Syntaxis based on basin hypsometry and modern crustal deformation, Geomorphology, 355, 107085.(https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2020.107085 )

Zhang Ling, Liang Shiming, Yang Xiaoping, Gan Weijun, Dai Chenglong, 2021. Geometric and kinematic evolution of the Jiali fault, eastern Himalayan Syntaxis, Journal of Asian Earth Sciences,212,104722.(https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2021.104722)  

Zhang Ling, Liang Shiming, Yang Xiaoping, Dai Chenglong, 2021. The migration of the crustal deformation peak area in the eastern Himalayan Syntaxis inferred from present-day crustal deformation and morpho-tectonic markers. Geodesy and Geodynamics, 12(3):165-174. (https://doi.org/10.1016/j.geog.2021.02.002 )

图1 喜马拉雅东构造结及其周缘地区相对于稳定印度框架的GPS速度场。红色箭头是西隆高原(Shillong Plateau)和阿萨姆谷地(Assam Valley)中的速度矢量,灰色箭头是其他区域的速度矢量。左上角配图展示了红色速度矢量的标准残差,它们在N-S和E-W方向上均表现出正态分布且均值为零。因此,可以合理地推测出印度板块东北角正在作为一个独立的刚性块体围绕着印度板块主体进行着顺时针旋转。黄色三角形最西端顶点是印度板块东北角进行顺时针旋转的旋转中心,其他两个端点分别指示了东构造结地质历史时期和现今的地壳变形中心。黄色三角形覆盖的地区代表了东构造结地壳变形中心迁移横扫过的区域。基于计算得到的印度板块东北角的旋转中心,我们模拟计算了过去和现在构造变形中心位置的速度矢量,均利用蓝色箭头进行了标注。

图2 喜马拉雅东构造结东北前缘(南迦巴瓦构造结和察隅地块)的面积高度积分值(HI)空间分布图。所采用的插值方法为基于反距离权重方法(the inverse distance weighted technique)。

图 3 (A)简化的嘉黎断裂带东段中新世至今的构造演化模式;(B)喜马拉雅东构造结周缘活动断层与周围块体间的构造关系简图(改自Avouac and Tapponnier (1993)和Zhang et al. (2004))。