先存岩石圈薄弱带对阿尔金断裂系新生代运动学过程的控制作用研究

The left-slip Altyn Tagh fault system defines the northern edge of the Tibetan Plateau, and is one of the largest and most important strike-slip and boundary faults on earth. Its complicated kinematic process in the Cenozoic is not only a research hotspot but also a bone of contention in geoscience world. A complete synthesis of previous study shows that the Altyn Tagh fault system was developed upon a series of complicated pre-existing lithospheric weaknesses that may influence largely its Cenozoic kinematics. This proposal, based on physical analogue modeling and field investigation, attempts to unravel how the different geometries of these weaknesses control the Cenozoic kinematics of the Altyn Tagh fault system. Subsequently, the integrate Cenozoic evolution of the fault system will be quantitatively reconstructed, which may help understand the northward growth and related mechanism of the Tibetan Plateau.

阿尔金左旋走滑断裂系构成了青藏高原的北界，是世界上规模最大、最重要的走滑和边界断裂之一，其复杂的新生代运动学过程一直以来都是地质学界研究的热点和争论的焦点。详细总结前人研究成果后发现，阿尔金断裂系本身就是在一系列非常复杂的岩石圈薄弱带基础上发育起来的，其新生代的运动学过程可能与这些先存岩石圈薄弱带形态密切相关。本申请拟从这一点入手，试图通过构造物理模拟的方法，结合野外地质工作，研究先存岩石圈薄弱带对阿尔金断裂系新生代运动学过程的控制作用，进而定量重建阿尔金断裂系的新生代活动过程，探讨青藏高原向北的生长过程和机制。

长达1600km以上的阿尔金左旋走滑断裂系是青藏高原的北部边界，也是研究高原扩展过程与机制的重要边界条件。已有研究表明，阿尔金断裂系本身就是在一系列非常复杂的岩石圈薄弱带基础上发育起来的，其新生代的运动学过程可能与这些先存岩石圈薄弱带形态密切相关。在本项目的资助下，我们主要从地质分析和构造物理模拟两方面开展先存岩石圈薄弱带对阿尔金断裂系新生代运动学过程的控制作用研究。通过对阿尔金断裂系两侧盆地的变形和沉积记录研究，发现阿尔金断裂系在中新世中期发生构造调整：(1) 阿尔金断裂系在始新世时就开始发育，以北阿尔金断裂及其东段的金雁山断裂活动为主，共同构成一个大型受阻弯曲；(2) 阿尔金断裂系在中新世中期发生构造重组，形成现今构造活跃的南阿尔金断裂，并成为高原北部主走滑断裂，与此同时北阿尔金断裂由早期的左旋走滑为主变为压扭为主。我们提出阿尔金断裂系的演化受早古生代块体拼合时形成的不规则岩石圈薄弱带形态的影响，并通过系统的构造物理模拟实验对其进行了验证。实验时利用石英砂和硅胶的混合、纯石英砂来分别模拟青藏高原的下、上地壳，而利用坚硬的亚克力板来模拟塔里木盆地，变量主要围绕阿尔金断裂带附近先存薄弱带的几何学形态因素开展。结果表明，Z字形（沿北阿尔金断裂、金雁山断裂和阿尔金断裂东段）的先存薄弱带形态能够很好的再现阿尔金断裂系内部复杂的构造变形，包括两条主要断裂的发育、三角形的阿尔金山、阿尔金断裂带沿线的弧形构造以及上述地质分析解释的构造调整事件。本项目成果表明复杂的先存构造对后续变形有强烈的控制作用，也揭示了阿尔金断裂系的几何学与运动学是不断变化的，其现今形态在中新世中期之后才形成，为高原向北生长的地质模型及相关模拟提供了精细的边界条件。