“多地体”结构对青藏高原构造演化影响的数值模拟研究

Most continental collisional orogens on Earth consist of the collided major continents and the sandwiched accreted terranes, which constitute a “multi-terrane” lithospheric structure. The sutures among the continents and terranes, generally regarded as physically weak zones, are liable to deformation and can exert a significant influence on the tectonic evolution of the collisional orogens. Taking the Himalayan-Tibetan orogen as an example and considering the previous terrane accretion history in this project, we will carry out a series of numerical experiments on thermal-mechanical evolution of the Tibet Plateau. Using the present crust-mantle structure of the Tibetan plateau as a reference condition, the crustal rheological strength and geometric shape of the three main terranes of the Tibetan lithosphere (namely, Lhasa, Qiangtang, and Songpan-Ganzi terranes) will be quantified during the initial India-Asia collision. Combining our numerical results with the geological observations including the Cenozoic magmatism, deformation and uplifting in the Tibetan plateau, we will provide further insights into the relationship between the India-Asia collision and lithospheric deformation of each terrane, and its constraints on the tectonic evolution of the Tibetan plateau as well. The results of this project will have important implications for the geological evolution and uplifting history of the Tibetan plateau and even for the analogous orogens in our globe.

大部分大陆碰撞造山带是由俯冲碰撞的大陆板块和夹杂其中的地体组成，构成了“多地体”岩石圈结构。这些地体之间的缝合带作为构造软弱带、变形易发地，显著影响着造山带的构造演化和隆升过程。本项目拟以青藏高原碰撞造山带为例，在考虑该区前期多地体拼贴的前提下，以印藏碰撞之初的青藏岩石圈“多地体”结构为考察因素，以现今岩石圈壳幔结构为约束条件，通过系统的数值模型实验，量化该初始“多地体”结构的流变强度和几何形状。基于模型结果所展示的大陆碰撞动力学过程，并结合新生代青藏高原构造、岩浆活动历史，进一步具体揭示碰撞过程中各地体之间的构造变形及其对青藏高原构造演化的制约效应。项目研究成果将为揭示青藏高原乃至全球造山带的地质演化及隆升过程具有重要的理论参考价值。

青藏高原是其由一系列具有截然不同的构造属性和演化历史地体拼贴而成。这些地体表现出不同的流变结构特征。同时，近几十年来的地球物理观测显示出喜马拉雅–青藏高原造山带的深部壳幔结构在其走向方向上（东–西向）存在显著差异。青藏岩石圈的“多地体”结构强度特征及其对青藏高原壳幔结构变形、隆升过程的制约，是本项目的研究重点。为此，我们首先根据地体地层结构和构造演化历史，提出这些地体单元总体表现为以金沙江缝合带为界的“南强北弱”的多地体强度结构，即南部的拉萨-羌塘地体相比北部的松潘甘孜、昆仑-柴达木和祁连地体具较大的流变强度。在此基础上，我们通过构建包含青藏岩石圈“多块体”结构的大尺度、高分辨率数值模型，并以青藏高原新生代构造变形、岩浆活动历史、地球物理观测、古高程等观测数据为约束，创新性地揭示了多地体几何形状对大陆碰撞过程中地体变形行为的制约作用，并在国际上首次提出拉萨-羌塘地体南北向宽度沿东西向的变化控制着青藏高原东西部显著不同的岩石圈壳幔结构演化。具体地，在青藏西部，由于拉萨-羌塘地体的宽度较小，表现为地体岩石圈地幔的完全拆离；而在青藏东部，由于拉萨-羌塘地体宽度较大，则表现为地体岩石圈地幔的不完全拆离。最终形成青藏高原现今的壳幔结构格局。作为大陆动力学的普适性研究，我们又以“两地体”结构为代表，通过系统的动力学模型试验，探讨多地体流变结构及其几何参数对大陆碰撞动力学过程的影响，并总结了不同地体强度组合情况下可能表现出的地体变形模式。项目研究成果不仅对喜马拉雅-青藏高原造山带中地体变形演化给予重要的动力学启示，也对含有多地体结构的碰撞造山带的动力学演化研究提供一定的理论支撑。