青藏高原隆升研究进展

青藏高原隆升研究进展

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、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，例如：①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)。②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)。③青藏高原从40Ma开始缓慢抬升，至4Ma前后加速上升（徐仁等，1973）。④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：①约100～50Ma，洋壳俯冲阶段；②50～20Ma，陆-陆碰撞阶段；③20～5Ma大陆俯冲阶段，此时印度大陆的俯冲角度约为30°；④约5～2Ma，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；⑤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20°～25°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40°。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，1992，

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1±0.5cm/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4.5～6.4cm/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2000±600km、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1490±600km。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200～300km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。

总之，青藏高原的隆升过程和机制，是当今地球科学中尚未解决的重大问题，也是非常活跃前缘问题。

文章录入：吴志伟责任编辑：吴维坤