摘要
青藏高原东北缘位于高原向外扩展的前缘部位,是亚洲大陆内部显著的地形过渡带。同时,青藏高原东北缘还是东亚季风区和亚洲内陆干旱区的过渡带。于是,研究青藏高原东北缘新生代扩展过程对检验高原生长动力学模型、理解高原生长过程、探索高原隆升与亚洲大陆内部气候、环境演化之间关系都具有重要的科学意义。然而,青藏高原东北缘新生代生长过程却备受争议。本文选择青藏高原东北缘内最主要的两条山系-东昆仑山和祁连山作为研究对象。通过磷灰石(U-Th)/He低温热年代学方法和综合物源分析方法,研究了东昆仑山新生代构造变形时间和样式、祁连山地形生长历史及其环境效应,重建了青藏高原东北缘新生代扩展过程,为探讨青藏高原生长动力学机制提供了重要的约束。1.东昆仑山(诺木洪地区)构造变形时间的重新厘定已发表的东昆仑山北缘磷灰石(U-Th)/He年龄-高程剖面数据是始新世构造变形的重要证据。然而,前人观察到的始新世山体剥露速率的急剧增加很有可能是由特殊数据组织方式造成的。为了重新厘定东昆仑山北部构造变形时间,本研究在东昆仑山中段(诺木洪地区)沿着高程采集了7个磷灰石(U-Th)/He样品。以研究区内山顶残留的地貌侵蚀面作为水平参考面,把磷灰石(U-Th)/He样品(包括本文样品和已发表样品)与地貌侵蚀面之间的垂直距离作为古深度,建立了年龄-古深度剖面。新的年龄-古深度剖面显示东昆仑山剥露速率在~25Ma急剧的增加,由~0.03 km/Myr增加到0.4-0.5 km/Myr。结合研究区内地貌侵蚀面向南低角度倾斜的特征,我们把东昆仑山中段晚渐新世(~25 Ma)的快速剥露解释为山体北缘逆冲作用的启动时间。2.东昆仑山(香日德地区)构造变形时间和样式前人观察到东昆仑山内存在多种形式构造变形(向北和向南逆冲作用、左旋剪切变形)和相邻盆地(柴达木盆地和可可西里盆地)新生代地层向东昆仑山减薄的特征。为了协调上述地质现象,本研究以东昆仑走滑断裂为核部的花状构造几何模型作为工作模型。基于该模型,在香日德地区,沿垂直于东昆仑山走向的方向采集磷灰石(U-Th)/He样品。新的磷灰石(U-Th)/He数据限定了香日德地区南北向的等时面。该等时面与东昆仑山山顶识别出来的向北低角度(~4°)倾斜的地貌侵蚀面基本平行,指示了区域性由南向北的“掀斜”变形。横跨山体的年龄-水平距离剖面图显示由北向南剥露程度逐渐增加,并且剥露程度最大的部位在东昆仑走滑断裂附近。多个年龄-高程图揭示东昆仑山快速剥露始于晚渐新世(~26 Ma),东昆仑走滑断裂的局部斜压区(布青山)快速剥露早于~23Ma。综合以上结果,我们推测沿东昆仑断裂的左旋剪切变形始于晚渐新世,与压扭性作用伴生的区域“掀斜”变形同时发生。基于本文获得的晚渐新世区域“掀斜”变形、沿东昆仑断裂的左旋剪切变形、东昆仑山北缘向北逆冲作用,并且综合前人在东昆仑山南侧获得的晚渐新世向南逆冲作用、相邻盆地沉积样式、东昆仑山地貌和岩石圈深部结构特征,我们提出了新的构造几何模型:上地壳以东昆仑走滑断裂为核部的正花状构造叠加下地壳构造楔模型。新的构造几何模型很好地协调了东昆仑山及相邻地区观察到的众多相互矛盾的地质现象。3.东昆仑山(格尔木地区)构造变形时间和样式本研究仍以东昆仑走滑断裂为核部的花状构造作为工作模型,在格尔木地区,沿垂直于东昆仑山走向的方向采集磷灰石(U-Th)/He样品。横跨山体的年龄-水平距离剖面图显示由北向南剥露程度逐渐增加,并且剥露程度最大的部位在东昆仑走滑断裂附近。东昆仑山中部和南部的4个高程剖面记录了晚渐新世-早中新世(26-18 Ma)快速剥露过程,北部1个高程剖面显示出·~27 Ma可能的“拐点”,意味着快速剥露开始时间为26-27 Ma。格尔木地区快速剥露开始时间和空间剥露特征与香日德地区一致,进一步验证了上地壳以东昆仑走滑断裂为核部的花状构造叠加下地壳构造楔模型的合理性。4.祁连山中中新世以来地形演化历史柴达木盆地北部出露了连续的、巨厚的新生代沉积物。这些沉积物与祁连山的构造隆升过程密切相关。本文选择柴达木盆地中古地磁年龄框架最可靠的怀头他拉剖面作为研究对象,开展了综合的物源分析研究。物源分析结果显示,在13-8 Ma期间,怀头他拉剖面碳酸质岩屑含量显著增加(由20%),Al_2/O_3比值逐步上升(由20%上升到29%),显著的ε_(Nd)值下降(由-9.9下降到-12.4),前寒武纪(>550 Ma)碎屑锆石颗粒的比例显著增加(由24%增加到60%)。通过对比周缘潜在物源区(祁连山、都兰高地和东昆仑山)的岩石组合类型和时代、基岩主量元素和Nd同位素组成特征,新的数据指示柴达木盆地东北部的物源区在13-8 Ma期间由东昆仑山转变为祁连山。于是,我们推断祁连山南部在中-晚中新世经历了显著的地形生长。综合遍布祁连山的中-晚中新世构造变形记录和同时期周缘盆地的沉积环境、物源区和气候指标的转变,本研究认为祁连山经历了中-晚中新世广泛的构造变形后形成了较高起伏的地形,并造成同时期山体东、西两侧完全相反的气候变化趋势,塑造了青藏高原东北缘现今东侧湿润、西侧干旱的气候格局。综上所述,本研究对青藏高原东北缘生长过程取得了几点新的认识:(1)将东昆仑山北缘逆冲作用的时间修订为晚渐新世(~25 Ma);(2)识别出东昆仑山晚渐新世(26-27 Ma)区域“掀斜”变形,并且与东昆仑断裂走滑运动同步;(3)提出了上地壳以东昆仑走滑断裂为核部的花状构造叠加下地壳构造楔的几何模型,合理的解释了东昆仑山及相邻地区观察到的地质和地貌现象;(4)中-晚中新世广泛的构造变形塑造了祁连山现今高海拔地形,并且形成了青藏高原东北缘东、西两侧的气候格局;(5)祁连山大范围的构造隆升始于中中新世,明显晚于东昆仑山构造隆升时间,意味着晚渐新世以来青藏高原东北部高海拔地形边界从东昆仑山扩展到北祁连山。