论世界屋顶上青藏高原的隆升_世界屋脊论文

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青藏高原总面积约250万平方公里,约占我国面积的1/4。它是地球上面积最大、最年轻和海拔最高的高原。横亘高原南部高耸的喜马拉雅山的珠穆朗玛峰,海拔8846.27米,是世界第一高峰。因而,人们把青藏高原称为“世界屋脊”和“地球上第三极”。

距今约60~65百万年(新生代)以来,高原地壳的缩短、加厚,平均厚度达70公里,双倍于正常地壳,构成了地球上独特巨厚的地壳结构和复杂的构造演化过程,是当今地球科学前沿、大陆岩石圈动力学若干重大问题的实践和验证的典范地区。

距今约20百万年以后,高原经历急剧的隆升,其效应对亚洲乃至全球气候、环境生态变迁和地震、泥石流、滑坡等自然灾害,均有着不可忽视的重大影响。高原还是一个有待进一步开发的聚宝盆,它有丰富的能源——地热、油气和太阳能、矿产资源——铬铁矿、有色、稀有金属矿和钾盐以及水资源等。由于青藏高原在地球上所处的独特地理位置和地质条件,因而高原岩石圈的结构、构造演化、隆升过程和发生机制及其效应便成为当今科学家、特别是地学家们研究的热点和前沿课题。

80年代以来,通过国内和国际的合作,进一步掀起了对青藏高原研究的热潮,采用多种方法、多种手段对地质、地球物理和地球化学等多学科的考察,取得了大量的资料和数据。从古地磁、沉积建造、地层古生物、构造历史、岩浆活动以及蛇绿岩、高压变质带的分析研究,说明白垩纪晚期——始新世(距今约(65~50百万年)时期,那里已存在的“新特提斯洋盆”,由于印度大陆的向北推进,洋盆逐步闭合,直到南面的印度大陆与北面的欧亚大陆碰撞拼合;自此,青藏高原开始了地壳加厚、缩短和隆升的历程。根据近几年印度洋90°E一带洋脊钻探取样以及德干高原古地磁、同位素数据分析,高原地壳的加厚、缩短和不断隆升,主要是通过印度板块不断向北的挤压作用而实现的。高原隆升的过程,在时间和空间上是多因素、不均一的;不同的地质时期和不同的地段,高原隆升的高度和速率也不一致。关于近代隆升速率的数值,我们可以采用直接观测的方法获得。近年来,由于空间技术及空间对地观测技术的迅速发展,我国(或与国外合作)在青藏高原喜马拉雅地区及其东部已进行了全球定位系统(GPS)、激光卫星(SLR)测距以及高精度大地水准测量工作,业已获得了较确切数据(陈俊勇等,1994)。而对于漫长的地质年代,高原的隆升依据和隆升速率,我们只能根据古生物、沉积特征、构造事件、岩溶类型、同位素测试(裂变径迹,Ar[,40]-Ar[,39]法)、震源机制分析和活动构造观测等方法,进行推论和估算。

我们将高原隆升过程,概略分为三大阶段:

(1)以俯冲碰撞为主的隆升期,时限约在晚白垩世一始新世末(距今约60~35百万年)。上面已提到,在此时期中随着“新特提斯洋盆”的封闭,印度大陆推进与北面欧亚大陆碰撞接合。印度大陆(板块)的向北挤压、俯冲,不仅使其北面冈底斯带隆升,形成火山一岩浆弧带,而且导致雅鲁藏布江蛇绿岩的仰冲侵位出现雅鲁藏布江和冈底斯磨拉石带、河湖相山间盆地、红色岩建造以及榈、棕树古植物的产出。以上事实,说明高原南部已开始抬升,从沉积建造和古植物特征,估计隆升海拔高度不超过1000米。

(2)陆内汇聚挤压为主的隆升期,约在渐新世-上新世(距今约35~2.0百万年)。根据现有古地磁数据,自始新世之后,印度大陆北移速率虽然逐渐减低,但仍约以10cm/a速率向北推进,促使青藏高原雏形产生较强烈的陆内汇聚变形,形成大规模推覆构造、冲断及滑脱构造。地学家们熟悉的主中逆冲断裂和主边逆冲断裂即发生于此期,并继续活动。由于上述构造的逆冲叠覆,致使高原地壳发生缩短、加厚以及推挤抬升。高原的抬升伴随着剥蚀、沉积,从而形成早期(中新世)下锡伐利克群、穆里群和萝莎群磨拉石沉积和晚期(上新世)上锡伐利克群和昆仑山、祁连山山前磨拉石沉积。人们早期发现的古植物以高山栎和桦木为主,晚期除高山栎外,尚有常青型植物群和嵩、蕨类孢粉组合等。在高原南、中、北部,人们还发现了三趾面。这些古生物的出现,说明当时只能是暖、湿、温带气候,不可能是寒冻高山地带,海拔高度一般在1500~2000米,一些高地、山峰可达2000~3000米。

(3)均衡调整为主的隆升期,约在更新世-现代(距今约2.0百万年到现代)。这一时期其特点是:更新世喜马拉雅山前卡利瓦组磨拉石堆积,昆仑、祁连山前磨拉石沉积呈反旋回特征,山麓冰川、冰水沉积的发育,河流的袭夺、改道,含温带植物群沉积及古夷平面上形成的岩溶、红土层抬升(高达4000米以上),等等。这一切均标示着:更新世以来,高原出现大幅度的快速隆升,形成现代地球上高耸的喜马拉雅世界屋脊和广袤壮观的青藏高原。

青藏高原是如何形成的?这是当前地球科学领域中前沿课题之一,但目前的研究仍处于假说、推论阶段。我们的认识是:高原是多因素形成的,在时间和空间上并不均一,特别是更新世以来表现明显。从表2中的一些极初步数据可以看出,在时间上,高原隆升速率,从老到新(近期),有越来越快趋势:40~10ma(约始新世~上新世前)为低速率0.1~0.3mm/a;10~2.0ma(约于上新世~更新世)为中等速率0.4~0.5mm/a;2.0ma~近代(更新世以来)为快速率4~15mm/a。在空间上,全新世以来,高原隆升大体是自南而北越来越慢,南面喜马拉雅地区为10~15mm/a,向北拉萨、狮泉河为9~10mm/a,再北到昆仑山-喀喇昆仑及其东南为5~9mm/a。

表1

青藏高原新生代以来降升速率

表中对高原隆升速率的初步统计和估算,显然只能是平均近似值,很难得到精确数值。此外,与隆升速率有关的剥蚀、沉积速率,目前的资料和数值仍很稀少,这都直接影响到当前对高原隆升速率、过程、发生机制及其效应的深入认识。

关于青藏高原形成的机制,目前学说众多,此不一一评述。根据近10年来国内外在青藏高原及其邻区多学科、多方法的调查成果,我们作了初步分析研究,认为下面几方面是促使高原地壳缩短、加厚和隆升的主导因素:

第一,陆内汇聚的各种变形作用。这是高原地壳缩短、加厚和隆升的重要动力学条件,它包括:地壳上中部大规模冲断、逆掩和走滑断层等作用,使地壳叠覆加厚、缩短和抬升;下地壳及上地幔很可能通过塑性褶皱变形和深层塑性剪切作用,促使地壳缩短、加厚和隆升。

第二,热效应、热力作用。近10年来,各种地震法测深、地震层析法(CT)、大地电磁测深、重、磁测量和地热测量等方法提供的资料和数据说明:高原上下地壳以及上地幔的顶部,存在着上地幔物质分异一熔浆充填的低速带,壳幔过渡带乃至更深层位存在着软流层与岩石圈物相转换抑离带,这些地带和物理、化学条件,提供了热动力、热膨胀等较强烈热效应作用,促使高原地壳加厚,垂向外张隆起。

第三,后期均衡调整作用。均衡调整作用对青藏高原地壳缩短、加厚和隆升的影响,目前的认识不尽一致。从上述较多资料来看,新生代以来,青藏高原地壳缩短和加厚的事实不容置疑。然而,这一巨厚地壳形成的强大静载荷压,即令“等效弹性板厚度”相当大,势必造成岩石圈下曲。地壳下沉、岩石圈下曲,导致不均衡状态。而上新世之后,印度大陆向北挤压速率大大减低,压应力松驰,在一般情况下,凹陷部位(山根),必将回升、上隆。但值得注意的是,在这一隆升过程中,青藏高原的演化、形成在时空上是不均一的,承受不同的力源:南部喜马拉雅山出现了高重力异常的反常现象,这就是地学家们引为“高山无根”之谜,其原因很可能是,喜马拉雅处于印度大陆向北挤压、应力聚集地带,无疑这将促使该地带地壳压密。此外,不仅莫霍(Moho)面以上地壳遭受强烈冲断,逆掩叠覆,而其下的上地幔物质,也同样会发生逆冲底辟上挤,这也将导致相对比重大物质的向上移动。这样,一方面发生地壳缩短和抬升;另一方面造成高重力异常带。但是,高原的中北部,则是渐远离印度大陆挤压应力聚集、增强的地带,相对来说应力较为松驰,因而出现了较南部缓慢的、以均衡调整为主的上隆、抬升作用。

最后再需强调一点:对于青藏高原的研究,它在全球具有明显独特性,同时又具有重要的“普遍性”,这不仅是关于阐明全球构造、大陆岩石圈动力学等地学界普遍重视的重大理论问题,起到深化和立典作用,而且对人类赖以生存的若干研究领域,诸如环境及气候等问题,也有着深远指导意义。

近10年来,我国对青藏高原的考察及研究,已向纵、深、广、精方向发展,随着研究思路的不断开拓,国内外新技术、新方法的发展和引用,这方面的工作将会达到更高层次,取得较大的突破。

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