大陆碰撞和高原隆升过程和效应——以喜马拉雅山和西藏青藏高原为例

如题所述

王成善

由印度和欧亚大陆碰撞所造成的喜马拉雅山和青藏高原号称地球“第三极”和世界屋脊,它是特提斯构造带各种地质现象发育最全、出露最好的地段,也是全球陆陆碰撞的典型地区,是研究板块构造运动及其过程、全球岩石圈结构构造、全球气候变化和新生代变冷等当代前沿课题的阵地。它也是揭开当代许多地球科学之谜,检验当前固体地球科学中有关学说、理论的关键地区。其中青藏高原的新生代隆升是显生宙以来地球一次最重大的事件,影响着整个亚洲乃至全球许多相关地区人类生存环境和资源分配。正是由于这些独特的地学条件和特殊的地理位置,为建立新的地学理论,为修改、发展、充实当代地学理论提供了得天独厚的条件。所以,喜马拉雅与青藏高原从20世纪70年代被国际地学界称之为“打开板块构造登陆的金钥匙”,受到众多科学家的青睐。经过多年的研究,它在地学界的地位逐步提升,至今天它已成为地学界公认的“大陆动力学野外实验室”、“全球变化研究的天然实验室”、“亚洲季风的启动区”、“全球独特生态系统类型分布区”、“生物物种基因库”。同时它是现今人文、艺术、宗教、历史等学术界最为向往的“圣地”。

以往的地学理论多源于西欧阿尔卑斯山,因此,从18~20世纪的300年期间,各国的地学研究都以阿尔卑斯山为样板,所谓言必称阿尔卑斯。近20年来,随着“青藏高原热”的兴起和经久不衰,青藏高原正在成为地学界新理论、新认识和新发现的源区,在全球变化、东亚季风的形成和变化、更新世以来的全球性变冷气候变化,甚至包括臭氧层问题,都与青藏高原研究有着间接或直接的关系。因此,“青藏高原”正在取代“阿尔卑斯”的地位,在国际地学界研究中“言必称青藏高原”的时代正在到来。

由陆-陆碰撞形成的造山带或许是地球表面最显著的地质特征。北美的阿巴拉契亚山造山带,欧亚大陆中部的乌拉尔山脉和东-中亚的秦岭-大别造山带就是一些最好的例子,每一个都沿走向延绵上千公里。但是,喜马拉雅-青藏造山带及其在东亚的邻区是研究陆陆碰撞的理想地方。第一,造山带是活动的,便于使用新构造研究方法直接论证许多地质关系;第二,板块边界的历史是已知的,因此,陆内变形的原因可以作为与时间相关的边值问题来定量确定;第三,碰撞过程产生了各种地质特征,例如,大规模逆冲断层、走滑断层和正断层系统;淡色花岗岩岩浆作用,广泛的火山作用,区域变质作用,陆内和大陆边缘海盆地的形成。

自20世纪90年代初国际上发表关于地幔动力学、青藏高原隆起与印度季风的文章后,喜马拉雅-青藏高原隆升、地球动力学过程与气候变化的关系就逐渐成为国际喜马拉雅-青藏高原研究热点,甚至在过去的十五年里已成为地球动力学广泛讨论的主题。一些证据表明高原在5~10Ma之间迅速抬升,与之响应的是6~8Ma印度季风的明显加强,5~10Ma开始的大气中二氧化碳的明显减少,而喜马拉雅山上风化的岩石却加强了对大气中二氧化碳的吸收,全球气候变暖既可能是青藏高原隆起(地形演变)的原因又可能是其作用的结果。这种影响及相互作用实质就是地球圈层的相互作用。地球表面抬升与气候历史间的本质联系已引起了地质学家长达一个世纪的兴趣,构造-地表过程-侵蚀的核心是抬升和气候间的关系,它是错综复杂的。当地球表面抬升至更高海拔时,可通过一系列物理和化学机理来改变大气和海洋循环,从而改变区域或全球气候。相应地,气候变化(无论是抬升引发的,还是其他因素的原因)可以通过改变高山的侵蚀速率和侵蚀方式来影响大气和海洋的循环。侵蚀作用的增加使岩层从高海拔地区剥蚀走,由于上覆重压的消失,下伏岩层产生回弹,这种回弹作用被称为“均衡”抬升。

地处特提斯-喜马拉雅构造域东段的青藏高原及其邻区,是冈瓦纳大陆与欧亚大陆的接合部位和印度板块与欧亚板块碰撞对接的部位。板块的多次离散敛合、拼贴碰撞,尤其是喜马拉雅碰撞造山作用所产生的壳幔交换过程,为青藏高原提供了优越的成矿地质环境,形成了中国唯一的一块具有世界规模级的成矿富集区。据预测,仅西藏自治区矿产资源潜在价值就高达6500亿元以上,人均占有资源价值居全国首位。中国支柱性固体矿产资源中的急缺矿种铬、有色金属(铜、铅、锌)、贵金属(金、银)及盐类等,恰恰是青藏高原地区具明显优势和特色的富有矿种。未来的研究将会围绕喜马拉雅碰撞造山运动控制下的深部过程与成矿作用,喜马拉雅碰撞造山过程中的流体作用动力学-地球化学循环与成矿,喜马拉雅碰撞造山过程控制下的超大型矿床成矿机制、分布规律和战略预测等重大科学问题展开。

地处全球特提斯巨型油气构造域东段的青藏高原是我国现今陆上面积最大、油气调查和研究程度最低的地区,也是我国陆上最后一个未开展大规模油气勘探的地域。尽管近些年来对青藏高原油气地质研究取得了大量成果,对该区油气地质条件有了新的认识,但是仍有诸多尚未解决的基础地质和石油地质问题,影响并制约了对该区油气资源潜力分析和远景评价。其中,后期构造保存条件和正向高海拔生油是我国石油地质学所面临的世界性科学问题。

所以,对青藏高原隆升过程、动力学机制及其效应的研究,在科学上对解决当今地球科学研究的前缘和热点的大陆动力学和全球变化具有重大科学意义。在实践上对于解决我国在本世纪初的社会和经济发展的固体矿产资源、水资源和减轻地质灾害及改善环境方面的支撑和保障能力方面也具有重要意义。

参考文献

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王成善,丁学林.1998.青藏高原隆升研究新进展综述.地球科学进展,13(6)

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