青藏高原现今隆升扩展速率及构造形变模式的GPS观测研究

国家重大科学工程"中国地壳运动观测网络"（I、II期）在青藏高原及邻区已建成1200余个GPS观测站并积累了十多年（1999～2011）的观测资料。本项目将通过精细、严密的数据处理，定量获取青藏高原及邻区现今地壳运动的"三维"GPS速度场,在此基础上，针对青藏高原隆升扩展的运动学模式和构造形变机制等科学问题，开展以下几方面的具体研究：①定量获取青藏高原不同构造区域现今地壳垂向隆升的运动速率和形变方式,揭示各构造区域隆升形变的相互差异和空间变化规律；②对比分析青藏高原各构造区域现今垂向运动方式与长期隆升演化过程的继承性和差异性；③研究青藏高原各构造区域垂向隆升与水平缩短的相互关系；④以"三维"GPS速度场为约束，结合地球物理、活动构造和传统水准测量等方面的资料成果，建立青藏高原隆升扩展的"三维"运动学模式，并以此为约束，采用三维有限元数值模拟方法，检核完善有关青藏高原隆升扩展的构造形变机制。

青藏高原隆升扩展的演化历史和动力学机制一直是地球科学的关注热点，在过去的几十年里，先后有十余种模型被提出，但孰是孰非一直充满争议。近年来随着GPS大地测量技术的广泛应用和青藏高原GPS观测资料的不断积累，使我们有可能从“三维”的角度对青藏高原的现今地壳运动和构造变形进行全面、直观和定量的认识，为我们验证和改进更加符合实际的模式提供重要的约束。本项目汇集了“中国地壳运动观测网络”、美国加州理工学院、中科院青藏高原研究所等机构在青藏高原及其周边740余个GPS站10余年的观测资料，通过精细严密的数据处理和合理有效的非构造干扰剔除方法，首次在国际上获得了青藏高原现今地壳运动的“三维”GPS速度场。其中，“水平”速度场以更加密集的站点和更长时间的观测资料，比以往更加精细地展示了印度-欧亚大陆碰撞带的俯冲挤压、侧向逃逸和顺时针旋转等地壳运动与构造形变特征；“垂向”速度场揭示出青藏高原相对其外围的北部稳定地块，整体上仍在持续隆升，但并非所有的区域。局部区域不再隆升甚至表现为下降的状态：①青藏高原南部的喜马拉雅山脉，尽管平均海拔超过6000m，现今仍是整个高原最强烈的隆升区域，最大隆升速率超过2mm/yr，和喜马拉雅山南麓的差异隆升达6mm/yr以上；②青藏高原中、东部区域整体隆升，速率为1～2mm/yr，但该区域的一些高山地带，如龙门山和贡嘎山地区，隆升速率高达2–3mm/yr；③青藏高原中南部有一个纵、横范围约500km×1500km的区域呈现明显的下降，下降速率介于0～ -2mm/yr之间。该下降区域既是喜马拉雅山北麓一系列NE向正断裂广泛发育的横向拉张区，亦是上千个湖泊密集的内流区，因而吻合地质上的沉降推测；④青藏高原东南角是喜马拉雅东构造结顺时针“流滑带”的前缘部分，与异常突出的水平地壳形变相对应，该区域垂向运动也较为显著，从高原内部到外缘，随着地形高度的逐渐降低，垂向速率表现出由隆升（0.8 ～ 2.3mm/a）向下降(-0.5～-1.6mm/a)逐渐变化的趋势；⑤青藏高原现今的沉降或隆升区域与高原的新生代构造地貌的盆岭区域有较好的对应性，反映出高原现今仍处在新生代构造运动的持续过程中。将青藏高原现今"三维"地壳隆升与扩展的运动学特征与前人提出的各种模式相对照，我们认为颇具理论地球物理特色的“地幔岩石圈对流剥离模型”能够对观测所得的运动学特征给出较为满意的解释。