青藏高原東部發現兩條中下地殼物質流 _青藏高原

在印度板塊和歐亞板塊碰撞以來的50百萬年間，青藏高原南北向縮短了約750千米，垂向平均隆升了約4500米，高原隆升所消耗的物質量占不到高原縮短所產生的物質量的一半，那么其余的物質到哪兒去了？是以什么方式消失的？青藏高原隆升機制研究中的一個關鍵問題就是要為這些剩余物質尋找一種或幾種合理的出路。為此，人們提出了諸如“塊體擠出”、“重力均衡擴散”、“連續流變”等多種假設。其中多數模型認為物質的東移是高原能夠保持基本均衡的主要原因，但在物質移動的方式上存在不同看法。換句話說，青藏高原隆升機制研究中存在爭議的一個焦點問題就是巖石圈的變形方式。任何一種假設要變成學說，都必須得到觀測證據的支持，解決這一問題的根本出路在于對巖石圈的結構和物質狀態的認知。

中科院地質與地球物理研究所青藏高原研究室深部物理場與動力學學科組研究員白登海等人，在東喜馬拉雅構造結及周圍地區實施了連續6年的大地電磁觀測，獲得了青藏高原東部巖石圈電性結構的初步認識。

觀測結果發現，在青藏高原存在兩條巨大的中下地殼低阻異常帶，通過理論計算認為是兩條中下地殼的弱物質流：一條從拉薩地塊沿雅魯藏布縫合帶向東延伸，環繞東喜馬拉雅構造結向南轉折，最后通過騰沖火山；另一條從羌塘地體沿金沙江斷裂帶、鮮水河斷裂帶向東延伸，在四川盆地西緣轉向南，最后通過小江斷裂和紅河斷裂之間的川滇菱形塊體。結合地面地質構造以及GPS觀測成果，他們提出了該區巖石圈“雙地殼流+邊界剪切”變形的新模式。該模型認為，青藏高原深部以兩個中下地殼弱物質流的快速塑性變形為主，上地殼則以南北兩個邊界斷層（異常體的邊界，即雅魯藏布縫合帶和金沙江—鮮水河斷裂帶）的塊體走滑變形為主。該研究成果4月11日在線發表在Nature的子刊物Nature Geoscience 。

據介紹，該項成果的意義在于：首先，把淺層剛性塊體的滑移與深層的塑性流變兩種變形機制有機統一起來，二者分別反映了不同深度的變形方式的主導性。這種統一以觀測資料為基礎，既承認地面地質觀測的斷層走滑的作用，同時以深部物質流動的方式回答了GPS觀測所提出的問題，即青藏高原東部地面向東的位移有限，不足以消耗高原縮短所產生的剩余物質。其次，青藏高原中下地殼流主要集中在南北兩條帶內，而不是以前所認為的普遍存在于高原中部。這一點對解釋為什么青藏高原及中國西南地區的構造活動（如地震活動和成礦作用等）具有明顯的條帶性提供了新思路。同時，為今后理論模型的研究提供了一種空間構造形態和物性狀態的依據。

本項研究所提出的地殼流模型（crustal flow）與前人的管流模型（channel flow）（Royden, 1996；Beaumont et al., 2001）具有相同之處，也有不同的地方。相同之處在于，這幾種模型都認為青藏高原中下地殼存在低黏性的弱物質。不同之處在于：Royden模型和Beaumont模型均證明高原中下地殼存在弱物質層的情況下，上下地殼將發生解耦現象，通過擠壓褶皺等過程，可以形成青藏高原現今的地面構造形態。

特別是Royden模型并不承認高原物質的向東移動。Beaumont模型證明高原在側向擠壓縮短的情況下，地殼內的弱物質將沿邊界斷層發生塑性擠出，從而引起高原周圍的造山和剝蝕，形成高原現今的構造格局。

這兩個模型都沒有涉及到青藏高原中下地殼弱物質在有限空間呈條帶狀分布的情況，也沒有闡述管流的橫向東流以及對高原剩余物質的消耗作用。

如果把channel flow和crustal flow進行客觀評論的話，可以認為channel flow是在當時有限觀測資料的基礎上，以簡化的概念性模型論證了青藏高原殼內弱物質的存在及其在高原隆升過程中的作用，為青藏高原隆升機制的研究開辟了一條新的途徑。白登海等人的論文提出的crustal flow，則是在channel flow概念的啟發下，以實際觀測資料為依據，具體刻畫了殼內弱物質的空間分布形態、位置及大小，指出了弱物質分布的不均勻性以及在局部空間的快速流動和對高原剩余物質的消耗作用，是對channel flow模型的發展和深化，在解釋已經發生的構造現象和預測未來的構造活動（如地震活動、深部成礦等）等方面具有實際意義。
【青藏高原東部發現兩條中下地殼物質流】
柯訊科學時報