GSA Bulletin:青藏高原东南缘地壳物质顺时针旋转逃逸的起始时间—基于断裂弯曲和GPS形变观测的推测

大量证据表明,尽管在印度-欧亚板块碰撞之前乃至碰撞之后很长一段时期(晚白垩纪至新生代中期),“地壳增厚和挤压隆升”是青藏高原构造变形的主要方式,但是中新世中期约15 - 8 Ma之后,高原内部广泛分布的“东西向拉张/南北向地堑”和东南缘围绕喜马拉雅东构造结的大规模“东向逃逸和顺时针流滑”成为更加显然的主要变形特征。现今GPS速度场(图1)直观而定量地展示了这一特征。那么,在青藏高原的演化过程中,这一构造变形式样的“显著转变”究竟发生在何时?厘定东南缘顺时针旋转逃逸的起始时间,无疑将对此提供强有力的约束。

 

图1青藏高原GPS地壳运动速度场。左下子图速度场相对“稳定欧亚参考框架”。主图速度场去除了青藏高原整体刚性运动,

更加直观地展示出高原现今的突出变形特征:内部广泛的“东-西向拉张”和东南缘大规模的“东向逃逸和顺时针流滑”。深灰色虫状线示意拉张地堑。

    

为此,实验室甘卫军研究团队,在Peter Molnar 和张培震两位著名地质学家的合作指导下,以原创性的独特途径—将红河断裂带和雅砻-玉龙-龙门山逆冲带的长期弯转变形与区域GPS地壳运动速度场相结合(图2),推测出青藏高原东南缘地壳物质的流滑逃逸起始于距今10.1±1.5 Ma(图3)。同时,还提出了以下几点认识:青藏高原东南缘大规模流滑逃逸与高原内部及其周缘、乃至更大范围的一系列“新”构造变形事件的起始(如甘孜-玉树-鲜水河断裂的起始、红河断裂带滑动方式的反转、高原中南部近南北向地堑/裂谷系的出现、高原东北缘的挤压方向显著偏转、天山地区的快速隆升等)大致同步。而高原东南缘的物质东向逃逸和顺时针流滑,只是同一重大地球动力学事件/机制的不同局域表现。前人所提出的青藏高原局域/全域范围的地幔岩石圈拆离模型(Convective Removal of Mantle Lithosphere model),能够为印度-欧亚碰撞变形带“大范围、准同步”的一系列构造形变的“显著转变”提供最简明的全局解释。

 

 图2.(A)在GPS速度场背景下,可以清楚地看到红河断裂带、雅砻-玉龙-龙门山逆冲带迹线在地壳顺时针流滑逃逸的作用下发生了显然的弯转变形。

图中GPS地壳运动速度场相对于“稳定华南块体”参考框架。(B、C)弯曲的断裂迹线通过GPS速度场赋以长期形变速率后,可通过“回退返直”的策略,反演出变形累积的总年代。

 

   

图3. 弯曲的红河断裂带和雅砻-玉龙-龙门山逆冲断裂带迹线(黑色串珠线)通过GPS速度场的 “回退返直”的策略,

反演出变形起始年代距今分别为9.6±1.3 Ma和10.7±1.2 Ma,粗红线为推测的断裂带初始形态。

 

图5青藏高原内部及周围距今10-15 Ma起始发生的一系列构造变形事件,它们与高原东南角大规模流滑逃逸的起始时间大致同步。

    

以上成果已发表于著名国际地学杂志GEOLOGICAL SOCIETY OF AMERICA BULLETIN (GSA Bulletin ):Weijun Gan, Peter Molnar, Peizhen Zhang, Genru Xiao, Shiming Liang, Keliang Zhang, Zhangjun Li, Keke Xu, Ling Zhang; Initiation of Clockwise Rotation and Eastward Transport of Southeastern Tibet Inferred from Deflected Fault Traces and GPS Observations. GSA Bulletin 2021; doi: https://doi.org/10.1130/B36069.1 。

在此之前,甘卫军研究团队还完成过另一项工作:Gan Weijun, Zhang Peizhen, Shen Zheng-Kang, W.H. Prescott and J. L. Svarc,  Initiation of Deformation of the Eastern California Shear Zone:Constraints from Garlock Fault Geometry and GPS Observations, Geophys. Res. Lett., 2003;https://doi.org/10.1029/2003GL017090 。

这两部分研究成果原创性地提出和应用了一种“让现今GPS诉说久远构造变形起始”的新方法,拓展了利用GPS数据进行构造变形研究的思路和策略。