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1、青藏高原形成演化及其环境、资源效应研究进展 * 郑 度 中国青藏高原研究会，中国科学院地理科学与 资源研究所 本项目自实施以来，根据各课题、专题的年度计划安排，进行了多次野外 考察，全面完成了设计的剖面布设、试验观测和地球物理数据采集、野外地质 地貌考察和采样工作，冰芯、湖岩芯、树轮、古生态等钻探取样（部分内容超 额完成） ；对地面气候、大气辐射、冰冻圈过程以及生态系统类型碳循环等进行 定位、半定位的系统观测研究；室内样品分析、测试、整理工作如期进行，获 得了大量测试数据、完成了许多图件的整理、图像解译等工作，取得了预期研 究成果，实现了阶段目标。研究工作的主要进展可概述如下： 一、大陆岩石圈
2、碰撞过程及其成矿效应 阿尔金断裂活动时代的新认识 初步确定了阿尔金断裂带的几何学、运 动学特征及其形成与演化的序次，提出了阿尔金断裂活动时间早于新生代的全 新认识。阿尔金断裂带至少在印支期发生了强烈的走滑运动，自印支期以来在 140160Ma、100120 Ma、80 Ma左右以及上新世和全新世时期间断性地发生 了强烈的走滑运动。在阿尔金断裂带中段发育走滑变形过程中形成的长条状谷 地，它是转换挤压作用和隆升作用的共同结果。阿尔金断裂带走滑变形过程中 伴随有强烈的隆升作用，抬升形式总体以逆冲构造+走滑构造为主。阿尔金断裂 最大走滑位移量（累计位移量）为400 km。东昆仑断裂带为典型的巨型转换挤
3、 压构造带，其最大走滑位移量至少110 km。全新世以来东昆仑走滑断裂带中段 的走滑速率为1016 mm/yr, 走滑过程中伴随强烈的隆升作用，隆升速率为5 mm/yr。 高原中部新生代南北向裂谷的热历史及其意义 裂谷研究在西藏境内的 研究较弱，此次对申扎及文部裂谷的多学科综合考察研究，初步揭示了裂谷初 始活动的年龄为22 Ma，到13 Ma开始了快速伸展阶段，其后冈底斯地壳不再 有构造逆冲增厚。高原南北向裂谷的形成与印度板块的挤压、俯冲岩石圈的拆 沉、断离等深部过程有关，伸展是南北向挤压和深部岩石圈结构调整的产物。 *国家重点基础研究发展规划资助项目（批准号：G1998040800）成果它的
4、出现表示高原开始新一轮的快速抬升，垮塌时间可能为第四纪以来。 高原北缘边界发生大陆岩石圈的深俯冲 首次获得了塔里木岩石圈与青 藏高原岩石圈碰撞的深地震反射证据，表明大陆的俯冲可以达到岩石圈/软流圈 边界深度. 塔里木盆地西南部上地幔顶部具有似层状速度结构的复杂性。塔里 木岩石圈向南俯冲插入西昆仑山下的距离不会超过100km。西昆仑山北坡之下 一些北倾界面阻挡了塔里木岩石圈继续向南和向下插入。发现青藏高原西北缘 岩石圈向北俯冲，并与向南俯冲的塔里木岩石圈在西昆仑山下相碰撞的证据.确 定了西昆仑山与塔里木盆地在岩石圈尺度的耦合关系，反映出陆内岩石圈深俯 冲作用和陆-陆碰撞过程。 藏东地区深部结构呈
5、条块分布 藏东南冈底斯地体壳内高导层向北倾； 羌塘地体和北部巴颜喀喇地体壳内高导层基本呈水平状，只是在断裂带边部有 倾斜。各断裂带结构和物性有明显差异，金沙江断裂带岩性是高阻、高密度、 高磁性，而怒江带则是由低阻、低密度和低磁性岩石组成；澜沧江带岩石物性 与金沙江带相同，但呈直立状态。实验表明，高原上地壳内低速高导层成因主 要是矿物脱水和部分熔融。当温度达到某一临界值时（约相当于2030 km深 度） ，岩石波速开始明显降低，最大降幅达10 %；同时电导率也增大两个数量 级左右。 高原岩石圈结构类型 初步厘定了青藏高原新生代岩浆活动时空分布特 征、识别出了两类不同性质的高钾岩系，揭示了青藏高原
6、岩石圈的不均一性， 已识别出三种岩石圈结构类型，分别以帕米尔、冈底斯、羌塘的岩石圈为代表。 这三类岩石圈可能代表造山带岩石圈发育的三个阶段：帕米尔型岩石圈厚达 250km以上，代表岩石圈成根（增厚）阶段；冈底斯型岩石圈只有120km厚， 代表岩石圈去根（减薄）阶段；羌塘型岩石圈厚200km，代表薄岩石圈再加厚 阶段（由于软流圈的冷却） 。在高原的发展过程中，可能经历了反复的挤压增 厚、拉张减薄过程。这是目前国际上在青藏高原岩石圈结构和演化领域较先 进的成果。 羌塘盆地古油藏带 发现了扎辖罗马、昂达而错等一系列新的古油藏点， 古油藏点呈带状展布，延长大于100 km，构成一规模巨大的古油藏带；在
7、加塞 扫莎的油页岩地层中首次发现了下侏罗统菊石化石群，解决了该油页岩长期悬 而未决的时代问题；在双湖新生代地堑构造活动断层中首次发现了油苗点，说 明新生代构造对油气有明显的控制作用，新生代盆地可能成为新的储集层。二、高原隆升过程与气候环境变化 高原隆升过程及其时代 初步确认青藏高原存在两级夷平面。主夷平面 上所覆盖的火山熔岩K-Ar年龄、被切削的最新火山岩K-Ar年龄和相关沉积的 古地磁年代表明,主夷平面抬升开始于大约7Ma前，解体主要在3.6Ma前；抬升 开始前青藏北部主夷平面的高度当在1000m以下；青藏南部岩溶夷平面形成时 的高度大致在海拔200m左右。祁连山北麓晚新生代沉积和河流阶地、
8、横断山的 层状地貌和西昆仑山火山岩研究揭示高原北部从约7Ma开始隆升，但急剧大规 模的隆升仍发生在约3.6Ma，再次确认了原来提出的青藏高原第四纪多次强烈 上升事件的年代，并进一步发现3.6Ma 、1.8Ma、1.1Ma、0.8Ma、0.14Ma的构 造事件对高原形成有重要意义，它们不仅导致高原高度增加，而且造成祁连山 向北扩展。 重大环境事件及其与高原隆升的关系 酒泉盆地老君庙剖面揭示了发生 于过去 7 Ma以来的四次隆升事件。而老君庙剖面和高原及其邻区黄土、古土壤、 红粘土中环境指标的研究发现，高原的旱化也正是从距今7 Ma或至晚在距今6 Ma时开始。3.6 Ma时强烈隆升，导致现代形式的
9、季风出现，标志着高原环境的 重大转折。在约1.100.8Ma间，青藏高原进入冰冻圈并荒漠化成为新的粉尘 源地。这一环境事件波及整个中国及周边地区。西北地区干旱化及主要沙漠的 扩张、青藏高原及周边地区新的黄土体系的形成、南京-上海下蜀土及日本的黄 土都出现于这次事件之后。 冰芯记录揭示人类活动的深刻影响 冰芯研究发现，青藏高原南北地区 的降水中均已受到人类活动所造成的重金属污染。高原南部达索普冰芯中的重 金属Pb记录表明，其浓度近期内呈增加趋势，研究表明其污染物来源于印度和 中东地区。对于高原北部古里雅冰芯中Cd的测定，发现本世纪Cd浓度呈增加 趋势，这反映了人类活动对于环境的污染程度在增加。对
10、于达索普冰芯气泡中 包裹气体的提取分析，发现自工业革命以来该地区CH 4 浓度呈快速增长之势， 目前的 CH 4 浓度大约是工业化之前的2倍多。与两极冰芯记录对比，发现达索 普冰芯记录中的CH 4 浓度要高出极区15%20%，并具有很大的波动性，这种波 动灵敏地记录了气温的变化。距今4025 ka时的特别暖湿事件 发现青藏高原最新的一次大湖期时 代在4025 ka，其面积比现代大几倍至十多倍。反映高原当时气候很湿润。 据古里雅冰芯氧同位素记录和高原古植被变化研究，推测4030 ka期间高原温度比现代高24，降水比现在增加4成至1倍以上，代表着一次特强的夏 季风事件。对这一特别暖湿事件形成的背景
11、进行的综合研究，发现此时正值中 低纬度地区20 ka左右（岁差周期）的太阳高辐射阶段和澳洲冬季越赤道气流 增强时期，这些作用加大了高原与印度洋中南部的热力对比。重大气候突变事件 青藏高原气候变化幅度大于周围地区，指出青藏高 原是气候敏感区。对于古里雅冰芯研究发现，距今1835 ka时气候变化表现 出200 a左右的循环，温度变化在3以内的升、降温事件多达100多次，其 中温度超过7的升温事件22次，超过7的降温事件20次。与格陵兰冰芯记 录对比表明，在冰阶-间冰阶尺度上虽然两地冰芯记录的气候变化具有很好的一 致性，但是古里雅冰芯中气候由暖变冷的速率及气候变化幅度要大于格陵兰冰 芯记录。 中低纬
12、不同区域气候变化的比较 古里雅冰芯记录与中国东部文献记录 的对比，发现近2ka以来许多重大气候事件是同时以至同年代出现的，反映中 低纬度带相距很远的不同区域间气候变化的共同特征，但也存在显著的差别， 主要在“中世纪暖期”东部有相当表现而西部不显著。1200AD以来，东部呈降 温趋势，而西部呈升温之势。近代气候变化也显示青藏高原气候变化幅度大于 周围地区。这说明，青藏高原作为气候敏感区是由其气候变化幅度控制的。 三、高原现代表生过程及相互作用机理 主要生态系统类型的碳循环 不同海拔地带三种亚高山森林类型均为 C 的汇，系统每年每公顷固定C量为67吨，而森林砍伐后土壤排放CO 2 变强， 地面成为
13、C的源（每年每公顷净排放C量约19.3吨） ，因此林地的存在对减少 温室气体排放具有重要作用。高寒矮嵩草草甸生态系统碳的积累略大于释放， 系统每年每公顷净吸收C量约0.61吨，目前生态系统仍然处于碳积累的过程； 而过度放牧会显著降低生态系统的净初级生产力，导致该系统转变成为碳源， 每年每公顷净排放C量约0.87吨。高原农田生态系统（冬小麦）全年C净吸收 量为22.5吨（即碳汇） ，其中小麦收割后到次年拔节期间，土壤C排放大于 植被吸收，在拔节-成熟阶段植被C吸收远高于土壤C排放。 增强UV-B辐射及增温对植物种特性的影响 增强 UV-B辐射对高寒矮嵩 草草甸大多数植物的光合放氧速率的影响不大，
14、即高原植物对UV-B辐射有很强 的适应性；增强UV-B辐射会加速大多数植物的衰老死亡过程，并影响某些物种 的开花期和开花数。增温11.5 可使植物种群生长期延长4.95天，即各物候期的始期提前，而末期推迟，并导致组成植物群落的主要种群在高度、盖度、 重要值、生物量等方面均有显著变化，即禾本科牧草的比例增加，莎草和杂草 减少，物种的丰富度显著降低，总生物量减少20%左右。 土地利用/土地覆被变化研究 拉萨市城区拓展迅速：19511999年城 区扩大 10.31倍, 19711999年间耕地面积减少了23.66。拉鲁湿地湿地被 侵占现象突出，湿地面积从50年代1000hm 2 以上锐减至2000年
15、的548.7hm 2 。 拉鲁湿地近30年来生态与环境受到较严重的干扰，呈现快速退化趋势。主要表 现为：湿地水位下降，旱化显著；生物多样性变化明显，如野生动物多样性变 化为：自60年代以来，多数野生物种逐渐减少，黑颈鹤、洄游鱼类和野生脊椎 动物几乎绝迹；植物群落类型与结构变化显著；草场退化严重等。 森林区采伐迹地退化过程及恢复途径 对大渡河上游林区退化及其恢复 重建现状的调查研究发现，1999年森林退化面积已占该区林地面积的65.5%，退 化最为严重的地段发生于高峡区上段阳坡和高原（丘）区30003400m以上，其 根本原因是长期的森林采伐。目前恢复重建效率低的主要是对迹地退化过程缺 乏深入研
16、究和监测，对迹地环境变化认识不足，造林技术措施缺乏针对性。对 系列迹地地表微环境（土壤、微气候、植被）动态的定位观测表明，采伐改变 了林地环境状况，导致迹地地表微气候环境大气温湿度变幅增大，迹地风力加 大，直射光增多，地表光照增强，微环境“干旱化”及土壤环境的退化明显， 大量阳性喜光草本植物的侵入和发展，引起迹地地表植被向草甸自然演替。环 境恶劣、苗木质量差与栽培技术方法不当是成功率低的根本原因。 四、高原圈层相互作用及生态与环境演化趋势 高原东南部“热点”问题研究 制约中国月季降水分布的热涡主要有 4 条，其中最主要的两条刚好与高原下的两个热点相联（中印缅热点和中阿巴热 点） 。热点区的热脉冲是地热涡列的扰动源，它与我国旱涝的分布关系紧密。百 年来高原热点区6级地震的频次可作为热点热脉冲强度的指标。它具有明显 的年代际变化：凡SCL短的好天时段（如20世纪8090年代）热点活跃，我 国大范围高温多雨；SCL长的坏天时段
