藏南高喜马拉雅新近纪冷却剥露的裂变径迹年代学研究--《中国地质大学》2013年硕士论文
藏南高喜马拉雅新近纪冷却剥露的裂变径迹年代学研究
【摘要】：以探索地球表层气候与构造系统动态相互作用下的地表地质过程成为当前地球科学新兴的挑战性研究领域。气候-构造响应过程主要体现在造山带地区气候与构造演化、地貌形成之间的相互影响制约,构造作用通过地表隆升和地势增加影响局部气候特征甚至全球气候,反之,气候因素(主要为降雨和冰川作用)通过地表剥蚀,在剥蚀区产生应力集中和均衡作用进而诱发并维持构造抬升。高喜马拉雅介于北侧的藏南拆离系(STDS)以及南侧主中央逆冲断层(MCT)之间,其剥露过程是构造因素控制还是气候控制,抑或受二者共同作用控制等问题依然存在诸多争议。
本论文尝试以吉隆-聂拉木一带磷灰石裂变径迹年代学为出发点,结合MCT的逆冲作用和已有资料进行地温场构造热模拟分析,对喜马拉雅造山带的冷却剥露时空过程进行三维定量约束；同时,结合STDS、MCT的演化过程及现今地貌和降雨条件,对比岩石剥露速率、地貌特征在空间分布上的特征及耦合关系,分析和揭示高喜马拉雅冷却剥露作用及控制因素,对宏观造山带的构造和地表过程进行分析评价,深入探讨喜马拉雅造山带冷却剥露时空过程及其与构造作用、气候作用之间的耦合关系。
对西藏南部高喜马拉雅区域内吉隆、聂拉木两条采样剖面基岩磷灰石裂变径迹测试,获得吉隆剖面磷灰石裂变径迹年龄介于0.7±0.3Ma～1.5±0.4Ma之间；聂拉木剖面获得裂变径迹年龄显示明显的台阶状分布特征,进一步可划分为两个阶段：1.2±0.6Ma～4.9±0.8Ma和7.3±2.0Ma～11±1.8Mao上述高喜马拉雅剖面年龄及其空间分布表明高喜马拉雅经历了中新世中-晚期和上新世以来两期强烈的岩石冷却剥露阶段。对比已有锆石裂变径迹年龄(吉隆剖面：13.1+2.2-2.4±0.5Ma；聂拉木剖面：16.14-1.0-3.0±0.5Ma)发现,二者差值呈现自北向南显著降低的特点,表明聂拉木高喜马拉雅岩石冷却剥露自北向南的迁移发展过程。进一步分析发现,中新世中-晚期(11.0±1.8Ma～7.3±2.0Ma)的年龄和STDS中新世大规模伸展作用有关。
基于以上磷灰石裂变径迹年龄在空间上的特殊分布格局,本论文对研究区域的降水高程关系的拟合分析表明,总体上降水具随着高程的增加而减少以及局部集中的特点。在地形地貌达到或接近稳态条件的基础上,河道切蚀速率模型(DL模型)模拟结果表明以降雨(流域面积和流量)为主的气候因素与河道切蚀作用在空间性并不具有显著一致性；将河道切蚀速率与磷灰石裂变径迹年龄的空间分布对比发现并不完全耦合。上述特征表明了研究区域河流的切蚀作用并不是影响着岩石冷却过程的主导因素,而在塑造了喜马拉雅造山带特有的地形地貌过方面起到了重要作用。与此同时,根据野外实地调查以及已有的40Ar/39Ar年龄数据排除了断层是造成上述年龄格局的可能性。
基于磷灰石裂变径迹年龄在空间上的特殊分布格局及其与主边界断层(MCT)逆冲作用的关系以及是否体现高喜马拉雅地区可能存在的气候-构造响应作用,本论文以聂拉木剖面为构造模型,开展了相关的三维构造热模拟研究,模拟结果显示,模拟年龄可以高质量拟合本次测试所得磷灰石裂变径迹年龄以及已有磷灰石、锆石裂变径迹年龄数据；MCT的逆冲作用使得靠近MCT的高喜马拉雅等温面显著向上迁移的特征,进而控制着主中央逆冲断层(MCT)上盘高喜马拉雅岩石冷却年龄空间格局,因此高喜马拉雅特有的台阶式年龄结构并不需要气候剥蚀条件下形成响应构造来解释。同时模拟表明MCT至少6Ma以来以平均1.7-2,7mm/a的逆冲速率持续活动,这为MCT在中新世晚期以来活动的提供了新的证据；MCT中新世晚期以来的构造活动表明,MCT可能长期与MBT及MFT共同调节和塑造喜马拉雅现代造山作用过程,并非简单从MCT向主边界逆冲断层(MBT)及主前锋逆冲断层(MFT)前展式迁移。
气候-构造综合分析表明,高喜马拉雅内部并不存在明显的气候构造响应机制下的东西向断层构造,因此,在小尺度上以降雨为主的气候作用在塑造了喜马拉雅造山带特有的地形地貌方面起到了重要作用,但并不是高喜马拉雅岩石的冷却剥露的根本驱动因素。高喜马拉雅岩石冷却剥露主要受MCT逆冲的构造作用控制。但是在整个造山带尺度,MCT的持续逆冲,是否也部分受到高喜马拉雅强烈物质剥蚀而带来的部分驱动也并非不可能。
【关键词】：
【学位授予单位】：中国地质大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：P597.3【目录】：
作者简介6-7摘要7-9ABSTRACT9-14第一章 引言14-23 §1.1 选题依据、来源及研究意义14-15 §1.2 国内外研究现状和进展15-19
1.2.1 喜马拉雅造山带隆升15-16
1.2.2 低温热年代学研究16-17
1.2.3 STDS、MCT的演化过程17-18
1.2.4 高喜马拉雅地区气候-构造相互作用研究18-19 §1.3 选题研究目标、研究内容和拟解决的关键问题19-21
1.3.1 研究目标19-20
1.3.2 研究内容20-21
1.3.3 拟解决的关键问题21 §1.4 研究方法21
1.4.1 样品采集21
1.4.2 室内研究21 §1.5 论文工作安排21-23第二章 区域地质概况23-31 §2.1 构造单元划分23-26
2.1.1 北喜马拉雅23
2.1.2 高喜马拉雅23-26
2.1.3 低喜马拉雅26 §2.2 边界构造26-29
2.2.1 藏南拆离断层(STDS)28-29
2.2.2 主中央逆冲断层(MCT)29 §2.3 岩浆岩29-30 §2.4 气候环境30-31第三章 裂变径迹年代学研究方法31-36 §3.1 裂变径迹年代学原理31-33 §3.2 裂变径迹年代学方法33-34
3.2.1 造山带隆升、剥露和冷却历史及其速率研究33-34
3.2.2 盆山的耦合过程研究34 §3.3 样品制备与测试过程34-36第四章 高喜马拉雅裂变径迹年代学36-43 §4.1 研究区地质背景36-37 §4.2 样品采集37-38 §4.3 实验结果38-41 §4.4 高喜马拉雅岩石剥露分析41-43
4.4.1 中新世41
4.4.2 上新世以来41-43第五章 流域构造地貌分析模拟43-47 §5.1 数学模型与方法43 §5.2 数据基础43-44 §5.3 模拟结果44-47第六章 构造热模拟研究47-54 §6.1 研究方法47-50
6.1.1 数学模型47-48
6.1.2 几何模型48-49
6.1.3 NA反演模拟49-50 §6.2 模拟结果50-54
6.2.1 MCT逆冲速率对高喜马拉雅年龄格局的影响50-51
6.2.2 MCT活动持续时间对高喜马拉雅年龄格局的影响51-53
6.2.3 NA综合模拟53-54第七章 讨论54-59 §7.1 构造地貌分析54-56 §7.2 构造热模拟分析56-57 §7.3 气候—构造响应综合分析57-59第八章 结论59-60致谢60-61参考文献61-72
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