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    基金资助成果“大地电磁测量揭示青藏高原东部两条地壳物质流”入选2010年度中国科学十大进展

    日期 2011-02-21   来源:地球科学部   作者:姚玉鹏  【 】   【打印】   【关闭

      岩石圈的变形机制是青藏高原动力学研究中的关键问题之一。在印度板块和欧亚板块碰撞以来的约5千万年间,青藏高原岩石圈发生了强烈变形,在南北方向上缩短了约750-1500公里, 垂直方向平均隆升了约4500米。由此估算,高原隆升所消耗的物质量占不到高原缩短所产生的物质量的一半,那么其余的物质到哪儿去了?是以什么方式消失的?青藏高原动力学研究中的一个关键问题就是要为这些剩余物质寻找一种或几种合理的出路。为此, 科学家们提出了诸如“块体挤出”、“连续流变”、“下地壳流”等多种假设。其中多数观点认为物质的东移是青藏高原在隆升过程中能够保持基本均衡的主要原因,但在物质移动的方式上存在不同看法。换句话说,青藏高原隆升机制研究中存在争议的一个焦点问题就是关于岩石圈的变形方式。但无论那种假说都缺少深部地球物理观测证据的支持,解决这一问题的根本出路在于对岩石圈的结构和物质状态的认知。

      在国家自然科学基金大陆动力学领域重点项目等的持续支持下,中国科学院地质与地球物理研究所白登海研究员的研究组与合作者在东喜马拉雅构造结及周围地区实施了连续六年的大地电磁(MT)观测,获得了青藏高原东部岩石圈电性结构的初步知识。结果发现,在所有观测剖面上,都存在两个壳内低阻异常体,如果把这些低阻体放置在平面上,将可以连成环绕东构造结的两条巨大的中下地壳低阻异常带。理论分析认为,这是两条中下地壳的弱物质流:一条从拉萨地块沿雅鲁藏布缝合带向东延伸,环绕东喜马拉雅构造结向南转折,最后通过腾冲火山;另一条从羌塘地体沿金沙江断裂带、鲜水河断裂带向东延伸,在四川盆地西缘向南转折,最后通过小江断裂和红河断裂之间的川滇菱形块体。结合地面地质构造以及GPS观测结果,他们提出了青藏高原岩石圈“双地壳流+边界剪切” 变形的新模式。该模型认为,青藏高原深部以两个中下地壳弱物质流的快速塑性变形为主,上地壳则以块体沿南北两个边界断层(即雅鲁藏布缝合带和金沙江-鲜水河断裂带)的走滑变形为主。相关研究论文发表在2010年5月Nature Geoscience [3(5):358—362]上。

      在科技部1月18日召开的新闻发布会上,白登海研究员的这项成果入选2010年度中国科学十大进展。其科学意义在于:(1)在理论上有助于青藏高原动力学的定量研究。例如,根据地壳流的空间形态和物性状态(电阻率)可计算出从地表到上地幔的横向形变速率,从而把浅层的刚性块体滑移与深层的塑性流变两种变形机制有机的统一起来。GPS观测和地面活断层研究表明,青藏高原东缘的地面向东的位移量非常有限(<5mm/y),块体沿断层的走滑作用不足以消耗高原缩短所产生的剩余物质,因而不支持块体挤出的结论。但如果深部变形是以弱物质的塑性流动的方式进行,那么上述GPS观测所提出的问题将可得到比较合理的解答。换句话说,地壳流消耗了大部分高原缩短所产生的剩余物质,从而保证了高原隆升过程中物质分配的基本均衡。(2)青藏高原地壳流主要集中在南北两条带内,而不是以前所认为的普遍存在于高原中部。这一点对解释为什么青藏高原东部及川滇西部地区的构造活动(如地震活动和成矿作用等)具有明显的条带性提供了一条新的思路。(3)为今后三维理论模型的研究奠定了基础。

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