青藏高原地貌/地质构造基本研究成果
四、青藏高原隆升及其资源环境效应研究成果：
1、首次建立起该地区系统的新生代地层高分辨率、高精度年代序列，厘定和更新了早期的新生代地层序列
在青藏高原东北部的关键部位临夏盆地、共和－贵德－西宁盆地、河西走廊和柴达木盆地，通过累积*4万米地层剖面*均0.5～2米等间隔采样和超导磁力仪系统测量，并结合古生物地层学和裂变径迹等热年代学分析，首次建立起该地区系统的新生代地层高分辨率、高精度年代序列，厘定和更新了早期的新生代地层序列。
2、提出青藏高原东北部的强烈隆起和地貌格架的形成是从距今约8Ma开始，并经过其后的一系列阶段性差异隆升而最终完成
通过详细的地貌地层、黄河阶地发育和盆地分析，提出青藏高原东北部的强烈隆起和地貌格架的形成是从距今约8Ma开始，并经过其后的一系列阶段性差异性隆升而最终完成，主要的构造变形隆升事件为约8、6.5、3.6、2.6、1.8-1.7、1.2～0.8和0.15Ma，其中约8Ma初始隆升主要表现为山地的逐步隆升和山前冲断褶皱和砾石层向盆地逐步快速扩展，盆地快速挤压缩短和旋转，沉积速率明显增加；3.6～1.7Ma构造隆升事件被李吉均院士命名为青藏运动，分A（3.6Ma）、B（2.6Ma）、C（1.8～1.7Ma）三幕，表现为山地的急剧隆升和山前冲断褶皱急剧向盆地扩展，盆地急剧挤压缩短和旋转，山前巨砾岩首次出现，沉积速率成倍急剧增加，高原东北部高度可能由此前的*均低于1000m隆升到此后的2000～2500m，黄河水系格局形成；1.2～0.8 Ma和0.15Ma被分别命名为昆黄运动和共和运动，分别产生了重要的环境效应。
3、提出新的高原东北部形成演化的多旋回同步异幅变形隆升模式
对青藏高原东北部整个形成演化过程形成了不同于以往观点的重要认识和进展，重新解释了以往发现的重要地貌现象，提出了新的隆升和地貌形成的概念模式，即高原东北部形成演化的多旋回同步异幅变形隆升模式，表现为：
时间演化上，首次揭示和建立了青藏高原东北部新生代重大的构造变形隆升事件序列，它们主要发生在距今约55～53Ma、43～40Ma、33～30Ma、23～21Ma、15Ma、8Ma以来。盆山耦合关系表现为：1）山地地貌经历了三大期显著的阶段性隆升和二期夷*，三期隆升为始新世－渐新世的早期隆升（约45～30Ma）、早－中中新世的中期隆升（约23～15Ma）和晚中新世以来的晚期急剧隆升（约8～0Ma），二期夷*面推测分别形成于强烈隆升的间歇期，即约30～23Ma和15-8Ma，前者可能对应于青藏高原上的第一期夷*面，即目前仅残留在山地顶部的、所谓的山顶面（summit surface），后者对应高原上的第二期夷*面，即通称的主夷*面（main surface），因此，早期隆升瓦解了主要在白垩纪时期形成的古夷*面，并在隆升后的长期剥蚀中形成了高原第一期夷*面，中期隆升瓦解了第一期夷*面，其后的长期剥蚀形成了第二期夷*面，晚期隆升瓦解了第二期夷*面，并持续隆升至今，且在强烈隆升的高原周边形成了一系列新的古水系发育和下切留下的剥蚀面（山前宽谷面和台地面）以及现代水系留下的系列阶地面。2）盆地发育表现为一个完整的陆内再生前陆（或弯折）盆地的形成、扩展和消亡，并最终转化为山间盆地的过程，即55～43Ma为盆地张－压过渡期（从早期白垩纪以来的张性下陷向挤压下陷转变），43～8Ma为再生前陆盆地形成和扩展期（43～15Ma为欠补偿盆地，15～8Ma为正常和/或略过补偿盆地），8Ma以来为再生前陆盆地消亡和山间盆地形成期（超过补偿盆地），它们分别是对印度板块早期碰撞（约65～55Ma）、主碰撞（约45Ma）和碰撞后三大阶段变形在高原北部的响应。
空间演化上，认为高原东北部主要盆山耦合过程和山地隆升是基本同步的，但变形隆升的幅度不同，总体上由西向东减弱。
形成机制和模式上，认为高原东北部总体受到SW-NE向、西强东弱的差异挤压，华北岩石圈向昆仑山下俯冲，NE向阿尔金断裂和*NWW向昆仑山、祁连山等主要早先深大边界断层同步激活和左旋走滑逆冲，并由此诱发次级的同步NW或*S-N向右旋走滑逆冲断裂，从而分别从不同的层次和方向控制了高原东北部地块和盆山的边界、分布及旋转，以及盆地内部的次级隆起与凹陷，而构造活动强度则是大型左旋走滑断裂为西强东弱，次级右旋走滑断裂为北强南弱，这种差异区域应力驱动和构造框架下同步异幅变形隆升过程是形成青藏高原东北部当今北西向盆山分布和西高东低地貌特征的机制，是高原东北部对印度板块斜向碰撞所产生的SW-NE向区域挤压应力的整体构造动力学响应。它既不支持当前流行的高原斜向逐步增长的刚性大陆逃逸模型，也不支持高原岩石圈连续变形隆升模型。
4、率先获取了中国西北*30Ma以来新生代多种气候代用指标的生态环境变化记录
通过上述部分新生代剖面和青藏高原及其邻区粉尘堆积系统的环境代用指标的研究，率先获取了中国西北*30Ma以来新生代多种气候代用指标的生态环境变化记录，揭示出中国西北环境新生代以来在约21Ma的中新世早期开始变湿，8Ma开始变干，3.6Ma、1.8Ma和 1.2～0.8Ma季风和干旱明显加强；证明青藏高原黄土主要来源于高原本身并形成于约1.2～0.8Ma以来，时间上吻合于青藏高原此时强烈的构造抬升及其产生的巨大环境效应，提出它可能反映了高原进入冰冻圈，西风发生重大改变和显著的绕流分叉，高原和亚洲内地严重干旱化，高原荒漠化成为新的重要的粉尘源地，亚洲内地主要大型沙漠雏形形成，导致青藏高原及周边黄土形成的观点；推测青藏高原东北部在约8Ma开始的晚期最强烈的阶段性隆升和大地貌形成是导致我国西北内陆此时开始强烈阶段性干旱化和季风增强的重要驱动力。
（三）、高原北缘壳幔结构与动力学过程研究成果
1.首次将小波变换理论与方法引进地震宽角反射/折射资料处理与解释中，将地震信号的分辨率由传统的1/2～1/4波长提高到优于1/6波长，并由此发现了天山造山带壳幔间多薄层过渡现象，提出了不同构造环境下幔壳渡带的结构特点;
2.建立了天山造山带地球动力学“层间插入消减”模型及天山的构造分段模式；
3.提出了准噶尔盆地基底结构与属性的新认识；
4.发现了塔里木盆地特殊的地壳结构，提出了塔里木盆地东西分块的追赶模式，获得了相应的深部构造依据；
5.建立了塔里木、阿尔金造山带和柴达木盆地的盆山接触关系以及中国西北部地球动力学模型。
（四）、高原中西部壳幔结构与动力学过程研究成果
1.完成了樟木-双湖剖面宽频带流动台站观测，观测时间为13个月，获得高质量的观测数据约600GB；
2. ANTILOPE-I 和ANTILOPE-II S波接收函数分别给出了青藏高原西部和中部岩石圈底界面的分布形态（Zhao et al., 2009），清楚地展现了印度岩石圈地幔向青藏高原之下俯冲的图像，但两条剖面所反映的俯冲深度、角度不同。沿两条剖面的莫霍面是很清楚的，在高原之下，深度都在～50和～80 km之间变化，由南向北加深。在穿过青藏高原与塔里木的边界时莫霍面突然变浅，深度减小了～20 km。类似的莫霍面错断在高原北缘和东缘也被观测到（Wittlinger et al., 2004; Zhu and Helmberger, 1998; Zhang et al., 2008）。高原和相邻盆地地壳厚度的明显不同清楚地定义了青藏高原和欧亚构造块体的边界，表明碰撞期后这些盆地在高原地壳变形中起着挤入作用。
莫霍面之下的负震相定义了岩石圈和软流圈之间的界面（LAB）。在西线（ANTILOPE-I），印度岩石圈地幔已经抵达塔里木（～N37°），LAB在剖面南部*于*直，深度约100 km。向北变深，在接*高原北部边界（35°N）附*深度约200 km。再向北，另一支LAB震相被观测到，在塔里木盆地之下其深度约130 km，是盆地岩石圈的底。在中线（ANTILOPE-II），印度岩石圈地幔的前锋抵达班公-怒江（～N33°）附*。LAB由南部的～100 km向北逐渐变深，到高原中部其深度可达～ 200 km，并保持*直直到～34°N。再向北，它似乎下沉到更大的深度。跟西线类似，在该剖面的北部观测到了LAB的较浅的另一分支，深度约110 km。它是西藏岩石圈的底。
以往在穿过青藏高原主要部分的数条剖面上观测到了俯冲的印度和亚洲的岩石圈（Kumar et al., 2005; 2007; Zhang et al., 2008）。从这些剖面的S波接收函数中我们可以给出青藏高原之下印度和亚洲岩石圈地幔的图像。我们将观测到的LAB解释成为印度的、西藏的和亚洲的岩石圈地幔的底。在青藏高原的东南部以及高原西部的绝大部分地区，正在俯冲的印度岩石圈地幔已经被观测到。结合INDEPTH的研究结果，我们给出了印度大陆岩石圈地幔向欧亚大陆俯冲的位置。印度和西藏岩石圈地幔之间的边界与地表的主要缝合线的位置不完全一致，表明这些缝合线应当是地壳尺度的。从地表看，西藏和欧亚块体之间的边界由塔里木、柴达木和四川盆地限定，也得到了在这些边界处所观测到的莫霍面的错断的证据。
Kind 等（2002）观测到了欧亚岩石圈地幔向南俯冲，厚的西藏岩石圈地幔（150km）结束在龙门山断裂之下，在四川盆地之下突然从150km减薄为100km（Zhang et al., 2008）。印度岩石圈地幔向北俯冲于青藏高原的主要部分，而在西构造结地区，欧亚板块的俯冲占据了主导地位（Kumar et al., 2005）。
3. ANTILOPE-I 、ANTILOPE-II 和INDEOTH 剖面P波接收函数（Zhao et al., 2009）分别给出了沿三条剖面P波接收函数的地幔部分。红色表示正的振幅，蓝色表示负的振幅，细的实线分别表示410和660km间断面的深度。虚线表示观察到的来自410和660km间断面的震相。
标志着地幔过渡带的顶和底的410-和660-km间断面通常被普遍认为是矿物的相变面，它们的深度变化反映了地幔温度的反向变化（Helffrich, 2000）。在不考虑其它因素的情况下，在过渡带内横向温度的增加会导致410 km间断面的下降和660 km间断面的抬升，反之亦然。因此，地幔过渡带的厚度是一个敏感的地幔温度计。
三条剖面中410和660km间断面似乎保持*行。对于ANTILOPE-I来说，410和660km间断面*于水*展布；但对于ANTILOPE-II和INDEPTH剖面，在高原的北部之下它们明显地下降了约20km；再向北，ANTILOPE-II的410和660km间断面有变浅的趋势。
不同的观测结果表明，在青藏高原之下的地幔过渡带并不存在明显的温度变化，构造变形限制在上地幔范围内。地幔间断面的明显下沉可能起因于较慢的上地幔。我们发现，印度和西藏岩石圈地幔在空间上的分离与地幔间断面的行为方式之间存在很好的关系。地幔间断面的下沉与西藏岩石圈地幔的位置有关，意味着西藏岩石圈地幔的速度比印度岩石圈地幔明显偏低，因此较热。根据Karato（1993）的理论，即在岩石圈地幔，一定的温度变化将产生速度的变化（dlnVs/dlnVp～1.5），我们可以大致估计如下：410 km间断下沉～20 km，岩石圈的P波速度应当减少～3%，S波速度应减少～4%。这意味着西藏的岩石圈比印度岩石圈热～300 K。
在青藏高原的东北部，暖的西藏岩石圈相对软弱，因而，在印度-亚洲大陆碰撞的背景下趋向于变形。这部分岩石圈起源于印度和亚洲大陆接触之前众多的增生带或岛弧型的构造块体（Allegrè et al., 1984）。
4. ANTILOPE-I和ANTILOPE-II 地震各向异性研究得到了高原中、西部各向异性的大小和方向，再结合Sino-French、Hi-Climb、 INDEPTH、MIT-China+Namche-Barwa等研究结果综合分析发现，各向异性的大小具有由南向北、由西向东逐渐增大的趋势（Zhao et al., 2009），与高原北部Sn波的缺失区域相对应。剪切波分裂揭示了地幔中地震各向异性的程度（McNamara et al., 1994; Sandvol et al., 1997; Huang et al., 2000; Wang et al., 2008; Fu et al., 2008）。向北的地面运动主导了高原的西部和南部，而高原北部则强烈地变形、挤压，并向东部逃逸（Gan et al., 2007）。
5.印度和西藏岩石圈地幔不同的地震特性也可以解释不同的成像结果之间的差异性。这些差异可能取决于解释方法对地球结构的敏感程度（Li et al., 2008）。面波具有较高的径向分辨率，但速度异常可能遭受地震波长距离传播而带来的污染；体波具有较高的横向分辨率，但得到的结果可能被研究区外的异常所偏离。由于西藏岩石圈地幔具有较低的地震波速度，某些成像研究难以发现它；走时成像通常被高速的印度岩石圈淹没。在高原北部，低速的西藏岩石圈在一定程度上被忽视了。结果，高原北部岩石圈地幔的对流逃逸模型被提了出来，并成为支持青藏高原最流行的动力学机制之一（Houseman et al., 1981, Molnar et al., 1993）。
（五）、高原活动构造及地貌演化研究成果
1.首次提出“正地形”和“负地形”的概念来描述高原不同地区的地貌形态，概括了与高原生长和消减过程相对应的地形特征演化模式；
2.对高原腹地*坦的地势提出新的解释：在高原抬升和构造活动向外围扩展过程中，高原腹地地形起伏由于削高填低的剥蚀作用而降低，不是下地壳流动等内营力的结果；*坦的地势起伏形成于抬升之后，高海拔浅表过程的产物，不代表抬升前的类“夷*面”。
3.对国际上流行的下地壳流动模式提出质疑。该模式用中下地壳物质从高原中部向边缘部位重力蠕变流动的拱抬而发生向南东方向的倾斜式抬升，来解释高原东缘缓降的高原边界。由于建立该模式的中心假设之一是在抬升之前存在一个区域上从高原内外流分界线到南中国海，延伸数千公里的低海拔残留面。我们的研究详细地分析和论证了高原东缘不存在这一残留面，从而在基本假设上挑战其合理性。
1.青藏高原大型走滑断裂的滑动速率
通过对青藏高原上发育的大型走滑断裂不同强度（强度分别为0.02、0.04、0.06、0.08、0.1、0.2、0.4和0.6）进行模拟，把模拟结果和第四纪地质走滑速率对比，提出青藏高原大型走滑断裂的强度较小，大型走滑断裂强度为0.02时的走滑速率和第四纪地质走滑速率最合适。
2.提出新的动力学模型
根据研究的结果，提出新的动力学模型，上地壳为薄弹塑性模型，薄弹塑性模型下面为粘性模型；提出自上世纪70年代来普遍使用的断裂位错模型可能不适合描述青藏高原大型走滑断裂的变形行为，在运动学上短期和长期的表现方式因岩石圈的流变可以不一致。
3.裂谷伸展机制
通过研究提出了不同于前人的裂谷模型，即它的伸展不需要长期认为的块体旋转，而与下岩石圈横向非均一流变作用有关。
4.汶川地震震源过程
利用远场体波波形记录结合*场同震位移数据，根据地质资料和地震形成的地表破裂轨迹，构造了一个双“铲状”有限地震断层模型,利用反演技术重建地震的破裂过程。结果显示汶川大地震主要是沿龙门山构造带的映秀—北川断裂和灌县—江油断裂发生的逆冲兼右旋走滑破裂事件。断层面上的滑动分布显示两个高滑动区先后发生在地震破坏最为严重的映秀和北川地区，最大滑动量高达1200~1250cm，且破裂过程也显示一定的复杂性。地震破裂的*均走滑量略大于*均倾滑量，与多种观测资料获得的震前龙门山断裂带构造变形相一致,推断是由于长期区域应力场作用和龙门山地区特殊的物质组成和结构孕育了这次千年尺度的强烈地震。
