青藏高原演化及隆升机制(谭克彬).ppt

青藏高原演化及隆升机制,谭克彬2015.1,提纲,一、地球演化及构造运动假说二、中国及邻区大地构造单元分区三、青藏高原构造分区四、青藏高原及邻区三阶段演化五、印度板块向亚欧板块碰撞、隆升机制六、特提斯与古亚洲构造带演化的关系七、青藏高原地质科学研究新进展,一、地球演化及构造运动假说,1、地球形成时代从来自太阳系的陨石年龄在46-47亿年，认为根据太阳系起源同一性，地球的年龄为46亿年。根据同位素测年，在澳大利亚西部获得锆石年龄为42亿年；我国科学家在普兰县的岩浆成因碎屑锆石获得41亿年；表明在此时地壳开始形成。,2、地球的内部结构3、地球的运动方式：自转、公转宇宙中的天体、星云、星际物质都是一直在处于不停得运动中，旋转是天体运动的基本属性。,4、地球演化及构造运动假说（1）地球收缩说：源于苹果皱缩与地球冷却的直观对比。（2）地球膨胀说：认为地球最初比现在小得多，由于地球的膨胀，地表硅铝层破裂，并逐渐分裂成大陆，拉张的地方形成海洋。（3）地球脉动说：综合地球收缩学说及膨胀说，较好的解释了构造运动的周期性。（4）软流构造学说：地球的收缩引起岩石圈坍塌，岩石圈块段坍塌到软流圈，下部密度增大，浮力增大而上涌，形成涌流通道，驱动岩石圈的运动。,（5）大陆漂移学说（魏格纳）：大陆较轻的刚性硅铝层漂浮在黏性硅镁层之上。中生代以前，地球上所有的大陆形成一个泛大陆（联合古陆）。两极向赤道运动（在南极的岗瓦纳大陆向北漂）及因地球自转、潮汐等导致西漂（美洲大陆向西漂形成安第斯山。（6）海底扩张学说：地幔物质在大洋中脊随地幔上升流上涌形成新的大洋岩石圈，新的岩石圈随着软流圈的侧向流动推动原有的岩石圈从洋中脊向两侧扩张，在海沟处大洋岩石圈随着地幔下降流而俯冲消亡，不断更新。洋中脊是大洋岩石圈的生长带，海沟是岩石圈的消亡带。（7）槽台学说（地槽说、地台说），后来产生了大陆扩张学说。,（8）板块构造学说是大陆漂移学说及海底扩张学说的自然延伸，根据岩石圈被活动带（板块边界：离散型、汇聚型、剪切型）分割成大小不一的球面板块，分大洋板块、大陆板块。岩石圈在软流圈上作相对运动；各自板块是刚性、相对稳定的不断改变彼此的位置；板块边界；离散处增长，汇聚处消减，地球体积不变。,12大板块划分方案6大板块划分方案,板块构造学说的主要依据：（1）地震学的证据地震活动性及分布在洋中脊、海沟、造山带；地震层析；双层地震带；（2）古地磁学证据古地磁强度及方向的变化；古地磁极的移动；地磁场的反转；A.磁条带平行于洋中脊B.正异常、负异常交替分开C.相对于大洋中脊对称分布（3）地热学证据,大西洋中脊的地磁条带,板块运动的驱动机制地幔对流驱动运动论（霍姆斯）,（9）热点-地幔柱说,热点是威尔逊为解释火山岛链年龄递增而提出，是地幔中相对固定和长期热物质活动的中心，并伴随火山的移动而移动，形成现状热点。地幔柱是摩根为解释热点而提出，在地幔深处，甚至是核幔边界产生的圆柱状上升的物质流，在岩石圈及软流圈运动，驱动板块运动。,（10）冰川的地质作用,南极冰川的造海、造山作用：冰川分为山岳冰川、极地冰川。北极占9%，南极占90%，山岳冰川1%。,冰川形成的造海过程,冰川消融的造山过程,二、中国及邻区大地构造,青藏高原是由3个构造结调整的，受控于古亚洲洋及西伯利亚、西太平洋和特提斯三大构造域的内外巨型盆山耦合体系。,帕米尔构造结,秦岭构造结,昆仑山-巴颜喀拉山,喜马拉雅山,唐古拉山,古北湖（昌都地块）,古南湖（拉萨地块）,在青藏高原内部构成“三山夹两湖”,三、青藏高原及邻区大地构造划分,基于多岛弧盆系造山理论，以南昆仑俯冲碰撞结合带和班公湖-丁青-碧土-昌宁-孟连结合带为界，划分出：泛华夏大陆早古生带秦祁昆构造区、泛华夏大陆晚古生代中生代羌塘-三江构造区、冈瓦纳北缘中新生代冈瓦纳-喜马拉雅构造区。,早古生带秦祁昆构造区,晚古生代中生代羌塘-三江构造区,冈瓦纳北缘中新生代冈瓦纳-喜马拉雅构造区,一、泛华夏大陆早古生代秦祁昆构造区1.华北陆块：阿拉善地块华北陆块南缘早古生代中晚期弧后盆地（褶皱）带肃南景泰早古生代中晚期（）岩浆弧带2.北祁连早古生代结合带3.中祁连山陆块白银厂早古生代中晚期（）岩浆弧带4.野马山木里拉脊山早古生代结合带5.南祁连微陆块党河南山岩浆弧及南祁连南缘褶冲带6.宗务隆山晚古生代早中生代（）裂陷槽7.全吉微陆块及南缘滩间山早古生代中晚期（）岩浆弧8.赛什腾山锡铁山瓦洪山（柴北缘）早古生代结合带9.柴达木陆块：柴达木前陆盆地北祁曼塔格早古生代岩浆弧带10.祁曼塔格早古生代结合带（裂陷槽？）,11.塔里木陆块：塔里木中新生代断陷盆地或后造山前陆盆地塔里木盆地南缘铁克里克断隆带（逆推带）12.阿北敦煌陆块13.红柳沟拉配泉结合带（相当于北祁连结合带）14.阿中（米兰河金雁山）陆块15.苏吾什杰结合带（相当于柴北缘结合带，有高压麻粒岩）16.阿南陆块（可与铁克里克带对比）17.昆仑陆块：北昆仑岩浆弧带（）阿雅克库湖新生代断陷盆地吐拉晚古生代断陷盆地或布仑台晚古生代褶皱带18.南昆仑俯冲碰撞杂岩带：奥依塔格库地苏巴什东昆中结合带（或晚古生代裂谷带）南昆仑残余弧（含前寒武纪岩块、海山和洋岛残块）麻扎康西瓦木孜塔格西大滩晚古生代结合带,二、泛华夏大陆晚古生代羌塘三江构造区1.扬子陆块：西倾山（秦岭）地块勉县略阳结合带（西延可能接玛多玛沁带）康滇断隆龙门山逆冲带盐源丽江中生代边缘拗陷带楚雄中生代前陆盆地2.玉龙塔格巴颜喀拉双向早期边缘前陆盆地褶皱带3.歇武甘孜理塘结合带（简称甘孜理塘结合带）4.德格中甸陆块：雀儿山晚三叠世岛弧带结古义敦中生代弧后盆地带中咱中甸地块5.可可西里（郭扎错西金乌兰湖）金沙江哀牢山结合带,6.芒康思茅陆块：治多江达维西晚古生代早中生代（）弧火山岩带昌都兰坪中生代双向弧后前陆盆地开心岭杂多维登晚古生代早中生代（）弧火山岩带7.乌兰乌拉湖北澜沧江结合带8.塔什库尔干甜水海北羌塘陆块9.桥尔天山红山湖双湖结合带10.喀喇昆仑南羌塘左贡陆块,三、冈瓦纳北缘晚古生代中生代冈底斯喜马拉雅构造区1.班公湖怒江结合带（含嘉玉桥、聂荣残余弧）2.拉达克冈底斯拉萨腾冲陆块：昂龙冈日班戈腾冲燕山期岩浆弧带狮泉河申扎嘉黎结合带革吉措勤晚中生代复合弧后盆地带隆格尔工布江达断隆带冈底斯下察隅晚燕山喜马拉雅期岩浆弧带冈底斯南缘弧前盆地带（）3.印度河雅鲁藏布江结合带（内含扎达、甘高、库门岭微陆块）4.印度陆块：北喜马拉雅特提斯沉积褶冲带：北喜马拉雅特提斯北带（浅水深水沉积带或拉轨冈日断隆带）北喜马拉雅特提斯南带（浅水沉积带）高喜马拉雅结晶岩带或基底逆冲带低喜马拉雅褶冲带锡伐利克后造山前陆盆地带,布格重力异常与构造单元划分对比图,四、青藏高原及邻区三阶段演化,根据大陆动力学、系统地球动力学的思路，青藏高原的构造演化从宏观上讲分为三阶段：前寒武纪超大洋-超大陆耦合加里东期-印支期-燕山期喜马拉雅早期自北而南的洋陆耦合板内盆山耦合,（一）前寒武纪超大洋-超大陆耦合,即前寒武基底的形成：以古元古代哥伦比亚超大陆和中新元古代Rodinia的裂解与聚合为主旋律。（1）哥伦比亚超大陆演化阶段（结晶基底的形成）:新太古-古元古代的中深变质杂岩,由英云闪长质、奥长花岗质、花岗闪长质片麻岩组成的TTG岩石。出现2.32.5Ga及1.71.8Ga年龄峰值，与吕梁运动-中条运动相当。（2）Rodinia（罗迪尼亚）超大陆演化阶段（裂解与聚合）：由新远古变质沉积岩组成。古元古代末哥伦比亚超大陆聚合形成Rodinia超大陆，之后又经历裂解（1777Ma）与分异，在十亿年聚合。华北与柴达木在800-1000Ma聚合塔里木与柴达木在913MA斜接,（二）、加里东期-印支期-燕山期喜马拉雅早期自北而南的洋陆耦合（板块体制洋陆转换阶段）,青藏高原的演化，为自北向南迁移的4个洋陆转换期。原特提斯消减与古特提斯同步扩张期古特提斯消减与中特提斯同步扩张期中特提斯消减与新特提斯同步扩张期新特提斯消减与现代印度洋特提斯扩张期这是一系列碰撞造陆过程，而不是碰撞造山过程原特提斯古特提斯中特提斯新特提斯注意：特提斯并不是宽阔的大洋而是有限洋（肖序常和李廷栋）,北,南,1、原特提斯消减与古特提斯同步扩张期,原特提斯分布在青藏高原的最北部，其范围包括喀喇昆仑、西昆仑、阿尔金、祁连山东昆仑等地区。岩石圈伸展裂陷开始于寒武纪，于奥陶纪达到峰期，伸展裂陷作用北强南弱，扩张中心也有从北向南迁移的迹象。于志留纪消减和萎缩，洋陆转换主要发生在志留纪末的加里东运动晚期，也有从北向南迁移的趋势。西昆仑库地北花岗闪长岩的结晶年龄为4715Ma，指示原特提斯向北消减。,2、古特提斯消减与中特提斯同步扩张期,古特提斯分布在青藏高原的北部和东部地区，受中、新生代上叠断陷盆地的叠加和改造。断续出露4条蛇绿混杂岩带从北向南：（1）阿尼玛卿蛇绿岩混杂带（2）甘孜-理塘蛇绿岩混杂带（3）拉竹龙-西金乌兰-玉树-金沙江-哀牢山蛇绿岩混杂带（4）龙木错-双湖-吉塘-澜沧江蛇绿岩混杂带代表了古特提斯的多岛小洋盆系.(1)泥盆纪至石炭纪岩石圈伸展造成晚古生代冈瓦纳大陆北缘地壳减薄和裂陷(2)晚石炭-早二叠世强烈扩张形成洋壳(3)早-中三叠世洋盆萎缩充填巨量的复理石浊积岩(4)中三叠世末古特提斯洋闭合(5)晚三叠世古特提斯洋盆消亡大部分地区已经完成洋陆转换,3、中特提斯消减与新特提斯同步扩张期,以班公湖-怒江蛇绿混杂岩带为代表,主洋盆沿着班公湖、洞错、东巧、丁青、嘉玉桥、八宿一带分布，内部有分支复合,构成多岛小洋盆。中特提斯自东而西封闭，时差不大，四个演化阶段：（1）晚三叠世裂解（2）早侏罗世扩张（3）中-晚侏罗世萎缩（4）早白垩世消亡的,4、古特提斯消减与中特提斯同步扩张期,新特提斯沿着雅鲁藏布江缝合带分布，洋盆内部结构相对简单。（1）早侏罗世裂解，大陆边缘沉积（2）中侏罗-早白垩世差异扩张（罗布莎蛇绿岩128Ma）（3）晚侏罗-晚白垩纪向北差异俯冲（岛弧型火山花岗岩）（4）古新世-始新世先后碰撞（碰撞型花岗岩）东西两段裂解较早，关闭较早；中段裂解较晚，关闭也较晚。冈底斯东段南部晚侏罗-早白垩世桑日群弧火山岩是板块俯冲标志，其火山岩40Ar/39Ar年龄为64.43Ma,推测是印度板块与亚洲板块开始碰撞的年龄;上新统罗布莎群砾岩标志洋陆转换已经结束。新特提斯东、西段于40Ma完成洋陆转换,而中段于30Ma最终完成洋陆转换.,（三）板内盆山耦合,碰撞带及其两侧区域性分布的磨拉石建造标志着洋陆转换已经结束，进入陆内构造演化过程。（1）板内造山期，以应力作用和水平运动为主导A、青藏高原北部和东部板内造山（180-120Ma）B、青藏高原中部板内造山（65-30Ma）C、青藏高原南部板内造山（23-7Ma）在青藏高原内部构成三山（昆仑山、唐古拉山、喜马拉雅山）夹两湖（古北湖：昌都地块、古南湖:拉萨地块）地貌构造格局。,（2）板内成山期:以重力均衡作用和垂直运动为主导7-3.6Ma的夷平作用3.6Ma以来，青藏运动开始进入以重力均衡驱动的整体、快速、脉动隆升成山过程,9）第三纪：由于欧亚板块激烈碰撞，促使大规模的火山和地震的活动，使青藏高原的抬升急剧加剧。8）白垩纪到早第三纪：新特提斯全部闭合，欧亚大陆基本成型；7）侏罗纪到白垩纪：新特提斯收缩，拉轨岗日首先隆起，南面形成小面积的海域；6）侏罗纪：中特提斯海已抬升为陆地，海洋向西部和北部扩张，形成新特提斯；5）二叠纪到三叠纪：原祁连海中部和东部一带再次上升为大陆，西部则下沉为深海，冈瓦纳古陆的浅海与其相连；4）泥盆纪到二叠纪：出现冈瓦纳古陆和中特提斯海洋及欧亚大陆，青藏高原中部再次下沉为海洋；3）奥陶纪到志留纪时期：古冈瓦纳大陆进一步下沉，祁连海逐渐消失、抬升；2）寒武纪到奥陶纪时期：古冈瓦纳大陆下沉，祁连海向其扩展，原特提斯洋范围缩；1）震旦纪时期：青藏高原分为古冈瓦纳大陆与祁连海两个主体,五、印度板块向亚欧板块碰撞机制,1、洋壳俯冲消亡后，紧随其后的大陆壳究竟是怎样运动的?2、缝合带两侧的陆壳在碰撞前后又是怎样响应的?,青藏高原及邻区断裂分布示意图,主要碰撞模型及机制,观点一：青藏高原的地壳是一个塑性体。认为板块碰撞后的强烈挤压导致地壳水平方向的皱缩和垂直方向的增厚，甚至导致了岩石圈地幔的负重脱落(拆沉)，主要包括薄粘滞体模式、挤压模式等。观点二：欧亚大陆地壳被设定为纯刚性俯冲地壳。下插垫托于上覆地壳的底部，导致地壳增厚，主要包括双地壳模式、注入模式等。,冈底斯地块上广泛发育130Ma的40Ar/39Ar年龄,是地壳加厚过程中中下地壳部分熔融的产物。故冈底斯地壳在碰撞前就已经开始加厚（a）。随着特提斯洋的不断消减，洋壳下插于冈底斯陆壳之下（b）。新特提斯闭合，洋中脊与与欧亚大陆发生碰撞。但由于洋脊绝对高程大，俯冲困难，导致大陆地壳因强烈褶皱、逆冲、叠覆等而增厚。（c）印度大陆和欧亚大陆终于碰撞，由于古印度大陆地壳密度低浮力大，加上俯冲洋壳的不断加长，向下的拖曳力也逐步加强，发生壳一幔拆离，印度地壳遂沿薄弱层注入欧亚大陆地壳底部（d、e）,青藏南缘急速变化带：该带为北西走向的梯级带,深度变化剧烈。南部莫霍面深度约50km;进入青藏腹地迅速加深至70km以上。青藏主体平稳变化区：莫霍面有一定变化,最深达到75km,最浅接近69km,最大起伏约10km青藏北缘急速变化带：该带呈向南突出的弧形梯级带,由南向北深度急速减小,从青藏高原内部70km左右的莫霍面深度迅速减小到47km左右。,六、特提斯与古亚洲构造带演化及成矿的关系以西昆仑、东天山为例,东天山构造演化示意图,七、青藏高原地质科学研究新进展,1、西昆仑的变质基底及构造变形（1）变质基地以库地-其曼于特蛇绿岩带为界，存在两种变质基底。以北：长城系更老的厚逾万米火山变质岩夹碳酸盐（古元古界埃连卡特岩群、长城系塞拉加兹塔格岩群），变质程度达到角闪岩相。以南至康西瓦（南昆仑）蛇绿岩带：与北部比年代稍新，受构造挤压强烈，被侵入岩穿插，层序较乱，顶底界限不清。如长城系赛图拉岩群。,（2）构造变形：前寒武构造变形：主要分布在西昆仑北坡前蓟县系地层（古元古界埃连卡特岩群