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地質地球所研究揭示峨眉山古地幔柱改造岩石圈對青藏高原東南向深部弱物質流的阻擋作用

  

    作为物质向外逃逸的主要出口,夹持于四川盆地和东喜马拉雅构造结之间的青藏高原东南缘地区既是检验和理解陆内岩石圈变形机制的理想窗口,也是探索高原側向生長過程、研究高原與鄰區相互作用的關鍵地區(圖1)。GPS和地質研究均表明藏東淺部物質正圍繞東構造結作順時針旋轉運動,但人們對高原深部物質的變形和運移機制的認識仍然有限。在諸多動力學模型中,強調中下地殼塑性流變的地殼流模型(crustal flow)由于能夠在不引起上地殼顯著縮短情形下産生高原邊緣的兩類端元地形,近年來獲得了人們的廣泛關注。然而,雖然大量地球物理觀測已證實在青藏高原中下地殼廣泛發育含流體的弱物質層,但對它們是否大範圍連續分布,以及是否能夠在地質年代尺度發生流動仍缺乏定量約束。 

  1 a)研究區內地形、主要地質構造及MT测点位置圖。白色和红色圆圈分别为宽频带和长周期大地电磁测点位置。蓝色虚线所示范围为峨眉山大火成岩省内带。黑色实线为主要断裂:丽江-小金河斷裂(LXF),金河-菁河斷裂(JQF),楚雄斷裂(CXF,紅河斷裂(RRF),怒江斷裂(NJF),瀾滄江斷裂(LCF),鮮水河斷裂(XSF),小江斷裂(XJF),龍門山斷裂(LMF)。(b)青藏高原東部及鄰區。黃色粗線所示爲前期研究所觀測到的低阻異常位置,橘色箭頭所示爲據低阻異常所推測的兩條中下地殼弱物質流(Bai et al., 2010 

  中國科學院地质与地球物理研究所李鑫博士后和合作导师白登海研究员等采用大地电磁测深方法获得了青藏东南缘南北向的岩石圈精细电性结构圖像(圖2b、圖2c),並結合岩石高溫高壓實驗數據對中下地殼的流變性進行了定量約束。研究結果表明:(1)青藏高原東南部中下地殼內存在由高溫部分熔融引起的高電導率異常(C1),可能代表了來源于高原中央的弱物質流;(2)楚雄盆地殼內存在的顯著高導異常(C2)無法完全由殼內部分熔融解釋,而需要額外含鹽水流體的加入;(3)位于峨眉山大火成岩省(ELIP)內帶下方的高電阻率異常(R1)反映了晚二疊紀峨眉山地幔柱活動的遺迹。他們據此推測認爲,青藏高原東南緣的地殼弱物質流沒有如預期那樣直接進入滇西地區,而是沿麗江—小金河(LXF)和金河—菁河(JQF)逆沖斷裂一帶被ELIP內帶下方的堅硬岩石圈所阻擋。 

  2 a)沿剖面地形起伏變化;(b)沿剖面電阻率縱向成像結果;白色圓圈爲測線附近3級以上天然地震震中分布,黑色實線爲上地幔地震剪切波速度結構(Bao et al., 2015),白色虛線爲moho面深度(Liu et al., 2014);(c)中下地殼電導分布;(d)布格重力異常(WGM2012)和大地熱流(Hu et al., 2000)分布;(e)地表最大剪切應變率分布(Kreemer et al., 2014 

  结合其他相关资料,该研究提出了青藏高原东南缘及邻区地壳生长演化的一种新的可能过程(圖3):(1)二疊紀末期峨眉山地幔柱活動過程中,大量幔源基性—超基性物質通過底侵作用進入上覆岩石圈。該過程不僅顯著加強了岩石圈的強度,同時造成了地殼的增厚和永久性擡升;在隨後的構造-熱活動中,ELIP外圍岩石圈被逐步肢解破壞,僅有位于地幔柱頭正上方核心區域內最堅硬的岩石圈得以保存;(2)新生代晚期以來,青藏高原地殼深部的熱、弱物質在重力作用下持續向東南邊緣流動,並被ELIP內帶下方的堅硬岩石圈所阻擋;被阻擋的弱物質流部分在高原內部積累彙聚,導致了地殼的垂向生長;部分在改變方向後可能沿ELIP內帶東西兩側強度較弱的韌性剪切帶進入滇西地區。 

  該研究爲新生代青藏高原構造演化與早期構造事件之間相互關聯、相互作用的內在關系提供了觀測證據,並對理解區域地震活動分布規律、深部成礦背景具有實際意義。 

 

  3 青藏高原东南缘及邻区地壳生长演化模式卡通示意圖 

  研究成果發表于國際權威學術期刊EPSL。(Li X, Ma X B, Chen Y, Xue S, Varentsov I M, Bai D H*. A plume-modified lithospheric barrier to the southeastward flow of partially molten Tibetan crust inferred from magnetotelluric data[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2020, 548: 116493. DOI: 10.1016/j.epsl.2020.116493)(原文鏈接 

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