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1、深部构造考试题一 总结青藏高原隆升过程与机制青藏高原是世界上最高最大的高原，被称为“世界屋脊”，地球的“第三极”，其隆升机理和过程以及对周边乃至全球环境的影响，是当今地球科学研究的热点和关键，涉及到大气圈、水圈、生物圈和岩石圈的变化及多层圈之间的相互作用，牵涉到地球科学的方方面面，凝炼着地球科学的许多重大问题，其中青藏高原的隆升机制和过程就是众多问题的基础。青藏高原抬升是印度板块与欧亚板块强烈碰撞的结果。印度洋海底扩张研究揭示，大约于 70Ma 的白垩纪末，印度板块开始快速北进，最高速度达 17cm/a。早期，印度大陆板块前端的大洋板块与欧亚大陆板块碰撞（简称“海-陆碰撞”），大洋板块厚度小、
2、密度大，俯冲于欧亚大陆板块之下（图 7-15 左）；晚期，大约在 43Ma 的中始新世，印度大洋板块俯冲殆尽，使印度大陆板块与欧亚大陆板块接触和碰撞（简称“陆-陆碰撞”（图 7-15 右），大陆板块厚度大、密度小，很难俯冲。有学者把“海-陆碰撞”称为“软碰撞”（soft collision），“陆-陆碰撞”称为“硬碰撞”（hard collision）。从“软碰撞”到“硬碰撞”，印度板块北进阻力加大，速度明显降低（下降至 5cm/a），但传递的力量更大，影响更深远，最终导致青藏高原大规模隆升。图 7-15 印度板块与欧亚板块的软碰撞（左）和硬碰撞（右）关于青藏高原的隆升过程，有许多不同的认识，
3、例如：青藏高原从40Ma 前后的始新世开始隆升，至 14Ma 的中中新世左右达到 5000m 多的最大值，此后逐渐下降到现在的高度(Coleman 等，1980)。青藏高原在中新世晚期已经接近现今的高度，此后高原抬升缓慢(Harrison 等，1992)。青藏高原从 40Ma 开始缓慢抬升，至 4Ma 前后加速上升（徐仁等，1973）。青藏高原在 40Ma、20Ma 分别有过 1000m 多的隆升，后又经准平原化作用使地面降低，最后于 4Ma 以后才急剧隆升到 4000m 的海拔高度（李吉均等，1979，1998）关于青藏高原的隆升机制，也有多种不同的假说，较有影响的有以下几种：假说一：“双层
4、地壳说”。代表人物是 Powell（1986-1987），他认为，青藏高原地壳之所以厚度很大和强烈隆升，是因为青藏高原有着双层地壳（或双层岩石圈），上层是青藏高原地壳，下层是俯冲下插的印度大陆地壳，并从流变学的角度论证了这种长距离俯冲的可能性。他把印度板块与欧亚板块的碰撞分为 5 个阶段：约 10050Ma，洋壳俯冲阶段；5020Ma，陆-陆碰撞阶段；205Ma 大陆俯冲阶段，此时印度大陆的俯冲角度约为 30；约 52Ma，已俯冲在青藏高原大陆岩石圈之下的印度大陆岩石圈在浮力作用下抬升，引起软流圈的对流，并在表层出现地堑；约 2Ma现今，抬升的印度大陆岩石圈最终与青藏高原大陆岩石圈合并，使青藏
5、高原地区大幅度抬升。后来，Beghoul 等人（1993）利用地震波的测量结果，支持双地壳模型。假说二：“侧向挤压和垂直拉伸说”（“手风琴模型”）。最早由Dewey（1973）提出，认为印度大陆岩石圈与青藏高原岩石圈在水平方向上的碰撞缩短导致在垂直方向上拉长增厚，类似于手风琴。岩石圈以这种形变方式接纳了印度板块的北进。因增厚而下沉的下地壳温度升高，发生部分熔融，产生了辉石麻粒岩和斜长岩；而上地壳的硅铝质岩石则熔化成花岗岩。England 和 Mckenzie（1982）以及 Vilotte（1982）等学者进一步讨论了这种作用的可能性，认为上部缩短增厚是通过岩层的褶皱达到的，印度板块并没有下插
6、到青藏地块之下。假说三：“大陆贯入说”（“千斤顶模型”）。Zhao（1987）等认为，印度板块以每年 50mm 的速度插入到青藏高温粘性的（牛顿体）下地壳中，产生的抬升力作用于脆性的上地壳底部，使青藏隆升。这一过程类似于液压千斤顶，印度板块相当于插入欧亚板块的活塞，把力传递到整个青藏地区使其上升。假说四：“侧向挤出说”。由 Tapponier 等人 1986 提出，他们认为印度板块作为一个刚性体，在向北作长距离推移时，把原先位于印度板块和欧亚大陆之间的桑德兰陆地（Sunderland）推向东南，并发生了2025的顺时针旋转而成了现在的东南亚半岛，华南山块也被推往南东东方向，并顺时针旋转了约 4
7、0。分割东南亚半岛和华南地块的红河大断裂则发生了巨大的左旋平移运动，并在其南段拉开成南海海盆。Tapponier 等人所提出地块的水平滑移距离非常大，达到了上千公里的量级。上述四种假说究竟谁是谁非？随着近年来青藏高原地球物理探测的进展，特别是地震层析成象技术的运用，越来越多的证据表明，青藏高原之下确实存在着双层地壳（吴功建等，1991，朱露培等，1992，陈俊勇等，1996，钟大赉等，1996，曾融生等，1998，滕吉文等，1999）。目前的研究成果基本上支持假说一，双层地壳是青藏高原地壳厚度巨大和强烈隆升的原因。而且，大规模的俯冲作用还可以解释青藏高原南部晚第三纪花岗岩的成因（石耀霖等，19
8、92，1997）。然而，与假说一最大的不同是，大陆块体并非俯冲于青藏地壳底部或上地幔软流层内，而是插入到了青藏下地壳中（曾融生等，1992），俯冲地壳之下的刚性地幔（即岩石圈下部）则很可能与俯冲地壳发生折离（钟大赉等，1996）。这样，假说三又有了合理的成份。然而，通过俯冲作用，青藏地区并没有接纳印度板块的全部北移量。青藏高原南部近南北向的裂谷系的扩张速率为 10.5cm/a，推算出近南北向的俯冲速率为 2cm/a，这一数值远小于印度板块与欧亚板块 4.56.4cm/a的会聚速率,意味着印度板块的北进有相当一部分转化为其他方式的运动(Tapponier，1986)。拉萨附近的古地磁资料表明，青
9、藏地块与欧亚大陆北部稳定区之间在始新世以后发生过显著的相对运动，平均位移量达2000600km、甚至 2500km。新近研究表明，从南向北挤入青藏高原之下的印度地壳总长度约为 510km(曾融生等，1998)，扣除这一俯冲量之后，青藏块体向北的位移量仍可达到 1490600km。然而，古地磁资料也显示，古近纪以来，塔里木盆地没有发生过显著的运动，其位置是比较稳定的（郑剑东等，1991）。塔里木盆地深部存在着高速的“地幔根”，在200300km 的深度也没有发现软流圈的存在（国家地震局阿尔金活动断裂带课题组，1992，朱介寿等，1997），所以要使塔里木盆地发生水平位移是十分困难的，塔里木盆地仿
10、佛是一个钉子，牢牢地固定在原地，鄂尔多斯地块的情况也与塔里木盆地类似。古地磁数据一方面反映青藏块体巨大的北移量；另一方面又反映塔里木地块基本原地不动，两者的矛盾无疑暗示，青藏地块有相当一部分北移已转化为其他方式或方向的运动，假说四有一定的合理性。二 总结中国东部岩石圈减薄的证据、时间、地质表现与可能的机制从新生代玄武岩岩浆成分演化的特点来看, 该区晚白垩纪 新生代早期以拉斑玄武岩为主, 晚第三纪 第四纪为碱性 强碱性岩浆活动时期,表明新生代期间等温面下降、岩浆活动源区有逐渐加深的特点。 一般认为这些岩浆来源于软流圈与岩石圈的交界部位, 从这个意义上看, 中国东部新生代应是岩石圈地幔的生长时期, 而岩石圈减薄的主要时期应在前新生代。但对华北地台地质演化历史的分析发现, 该区从古生代至早中生代, 具有较为稳定的特点, 由于岩石圈的的减薄多与岩浆作用密切伴生, 因而可以认为, 中国东部的岩石圈减薄发生在中生代晚期。三 阐述渤海湾盆地形成的深部动力学机制四 总结大型伸展构造模式与两类裂谷成因机制
