青藏高原东北缘及邻区三维岩石圈热结构重建

Northeast Tibet and adjacent regions are an ideal area for studying the remote (ca. 1000 km) response of the lithosphere deformation in the Indo-European collision. Such a strong far-field effect of continental collision here can be attributed to the special lithospheric rheology of this region, which is mainly controlled by its thermal lithosphere structure. However, because data of the surface heat flux and the compositions of the lithosphere-derived xenoliths are rarely available, the traditional method for reconstructing of the thermal lithosphere structure here is hard to implement. Instead, our new method of thermal isostasy here can be an alternative for reconstructing the thermal lithosphere structure. As being based on analysis of topography deviations from the expected correlation between the lithosphere thickness (crustal and lithospheric mantle) and topography, this new method can constrain the thermal lithosphere of regions even without the surface heat flux and xenolith mineralogy. This project will focus on improving and using the thermal isostasy method to calculate the thermal structure of the northeast Tibet and adjacent regions. Our results can be instructive for 1) constraining the relationship and interaction between northeast Tibet and adjacent regions, and 2) predicting the possible Tibet uplift mechanism.

青藏高原东北缘，距离印度、欧亚板块碰撞的前缘近千公里，然而，自中新世以来，远程的陆陆碰撞过程却在此处引发了强烈的地壳变形，是什么样的岩石圈流变结构才能允许如此强烈的远程效应？考虑到岩石圈的流变性与变形机制很大程度上取决于其热结构，较好的厘定岩石圈热结构，对了解该处大规模陆内变形的成因具有重大的意义。然而，由于本研究区壳、幔捕虏体出露极少，地表热流的测量数据极为有限，因此，传统的岩石圈热结构计算工作很难开展。但是，依据重力均衡原理，热岩石圈底界面同时是重力均衡界面，岩石圈的热结构似乎也可以得到较好的约束。基于该思路，本项申请拟立足于重力均衡，结合地表地形起伏及地壳厚度约束岩石圈地幔厚度，构建青藏高原东北缘地区地壳、岩石圈地幔的热结构，厘定各参数在各地块间异同。该工作将1）有利于揭示青藏高原东北缘与周边稳定地块间相互作用；2）为青藏高原岩石圈形变及隆升机制提供有效制约。

针对青藏高原隆升机制，至今存在巨大争议，多参数联合约束岩石圈物理化学结构，对比不同地块间岩石圈结构异同，对于揭示青藏高原与周边稳定地块间相互作用，探究青藏高原隆升机制是至关重要的。青藏高原及其东北缘与华北地块、扬子地块及塔里木地块相毗邻，是整个高原侧向增生的前缘地带 ，是研究高原的隆升机制深部动力学作用的理想位置。针对青藏高原及周边块体深部岩石圈结构，本项目在不断发掘分析方法的基础上，约束了华北及青藏高原岩石圈热结构模型。得到了如下关键结果，与其他典型克拉通相比，华北陆块现今地表热流值整体较高, 平均值>60 mW m−2(除中部过渡区南缘偏低外)； Moho面温度总体变化为500~850℃ (除西部地区南缘局部高于900℃外), 热岩石圈厚度为100~170km(大部分地区<140km)。岩石圈地幔标准温压状态下，密度整体变化于3.34~3.37g cm−3，未显示典型的太古宙岩石圈地幔特征。2）.针对青藏高原内部，受基础地球物理数据限制，利用新开发的方法开展热岩石圈工作的研究，结果显示，与前人认识不同，青藏高原内部热岩石圈结构复杂，其中拉萨地块显示了厚且冷的岩石圈，岩石圈厚度超过200km，地表热流值<45 mW m−2，西藏南部和东部的厚热岩石圈可能代表印度岩石圈的持续下推；其北端可能标志着俯冲印度板块到北纬33-36度的纵向变化范围。另外，在西藏东部，在班公-怒江和金沙江缝隙下观察到的厚岩石圈，可能与古特提斯板片有关。