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金沙全球赢家信心之选4066|首页(欢迎您)!地球科学与工程9570官方金沙入口张培震院士团队在PNAS发表青藏高原构造变形研究新成果:柴达木盆地沉积—构造演化

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中大新闻网讯(通讯员王伟涛)新生代以来,印度与欧亚板块的碰撞及持续汇聚作用导致了青藏高原的快速隆升,形成“世界屋脊”。揭示青藏高原的抬升历史及其向周缘扩展的过程与动力学机制一直是地球科学研究的核心问题。青藏高原东北缘是高原由南向北扩展的前缘和最新组成部分(图1A),高原东北缘新生代以来遭受强烈构造变形,形成了一系列北西西走向的山脉与夹持其间的沉积盆地,构成了亚洲大陆内部独特的盆-山构造地貌格局(图1B)。

柴达木盆地是青藏高原东北缘最大的山间沉积盆地,其范围西起阿尔金山,东达鄂拉山,南临东昆仑山,北接祁连山,东西长约 850 km,南北宽约300 km,面积达121 000 km2(图1B),堆积了厚达10000 m的沉积地层。这些地层完整地记录了柴达木盆地沉积演化、盆地周缘造山带崛起成山、风化剥蚀的地质过程,是厘定青藏高原东北部构造变形发生的时代、方式与幅度,探索高原隆升与扩展机制的关键。

图1(A)青藏高原构造-地貌简图,显示了柴达木盆地的构造位置;(B)柴达木盆地及其邻区构造地貌图;(C)柴达木盆地北缘红山地区构造地质简图,图中显示了红山东、红山西磁性地层剖面的位置。

张培震院士团队选择柴达木盆地北缘红山地区(图1C)出露连续、完整的新生代沉积剖面,利用磁性地层学与碎屑磷灰石裂变径迹热年代学相结合的方法,建立了柴达木盆地高精度的地层年代框架。研究结果揭示柴达木盆地自大约30 Ma 开始接受沉积,并持续至约4.8 Ma (图2)。

图2 柴达木盆地红山剖面磁极性序列与标准极性年表(GPTS2012)对比图

碎屑锆石U-Pb年龄分布、古流向恢复等物源示踪分析揭示柴达木盆地及其北缘祁连山在约30 Ma和10 Ma发生了两期显著的挤压变形或构造抬升。这两期构造变形的证据均广泛存在青藏高原及其周缘地区(图3A),表明30 Ma和10 Ma发生的构造变形事件具有大范围、准同期的性质。跨越上千公里范围内的区域性、准同期构造变形意味着高原尺度的地质作用决定了青藏高原30 Ma和10 Ma 两期快速隆升与侧向扩展。

众多的变形模型已被用于解释青藏高原新生代快速隆升与扩展背后的地球动力学机制,但是大多数模型均未能合理解释高原抬升与扩展在时间上的同步性和在空间上的广布性。多阶段的岩石圈对流剥离模型(图3B,C)合理的解释了青藏高原抬升与扩展的众多特征。印度与欧亚板块的会聚使青藏高原岩石圈增厚,这将诱发高原岩石圈瑞利-泰勒不稳定性,使加厚的地幔岩石圈遭受侵蚀,甚至最终拆离加厚的岩石圈,使其沉入高温软流圈地幔。与地幔岩石圈拆离相关的浮力加速地表抬升,增加势能,从而施加对高原周缘地区的挤压应力导致高原侧向扩展(图3B,C)。

图3 (A)青藏高原约30 Ma 和10 Ma构造变形/隆升的主要证据分布;(B)30 Ma青藏高原中部岩石圈地幔的拆沉作用驱动高原快速抬升并向周缘扩展;(C)青藏高原北部10 Ma的岩石圈地幔拆沉作用再次引发高原快速抬升并向北扩展至现今的东北边界。

上述研究成果发表于Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

论文链接:https://www.pnas.org/content/119/8/e2120364119

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