高锐院士领衔：青藏高原北部岩石圈精细结构与地球动力学 ‖ 青藏高原二次科考丛书|地壳|断裂带|盆地|青藏高原北部岩石圈精细结构与地球动力学

本书系我国“第二次青藏高原综合科学考察”之任务七“高原生长与演化”所属专题一“关键地区岩石圈精细结构与浅部响应”自2019年起在青藏高原北部开展地球物理科学考察的总结性专著。由中国地质科学院地质研究所牵头，中国科学院青藏高原研究所、中国科学院地质与地球物理研究所、中山大学、吉林大学等多家单位工作在青藏高原一线的科研人员合作完成。全书共6章，内容包括青藏高原北部科学考察的意义、目标及内容;青藏高原北部地质概况;青藏高原北部地壳结构探测;青藏高原北部岩石圈地幔结构观测:塔里木-阿尔金盆山耦合与深部变形机制:青藏高原北部深部结构与资源、环境效应等。本书展示了通过科考获得的宝贵第一手探测数据与综合研究主要成果，为研究青藏高原北部生长机制和资源能源开发提供了重要的科学支撑。

本书所述的青藏高原北部典型地区主要包括松潘–甘孜–可可西里地体、昆仑–柴达木地体、金沙江缝合带、阿尼玛卿–昆仑缝合带、阿尔金断裂带等重要的构造单元和边界缝合带。青藏高原北部典型地区不仅是打开特提斯构造演化的钥匙，也是研究高原北部隆升与扩展及其资源环境效应的关键地区。以深地震反射剖面为先锋的高分辨率地震学技术是探测深部结构最精细和有效的方法之一。由于恶劣的自然条件，以往没有完成对可可西里关键区深部岩石圈的精细探测，故留下一个青藏高原深地震反射剖面探测的空白区，严重制约了人们对高原北部岩石圈精细结构的了解和认识，难以形成揭露深部地质作用如何制约和影响浅表构造活动的重要成果，从而影响了对重大地震、地质灾害、大陆碰撞成矿等资源环境紧密相关科学问题的解决，延缓了人们对破解青藏高原如何影响人类生存环境与变化这一世人关注的重大科学问题的突破。开展青藏高原北部地球物理科学考察，采用最先进的技术手段获取岩石圈精细结构，对研究高原北部的隆升与扩展的动力学机制，探寻支撑青藏高原资源潜力的深部奥秘，探究壳幔过程制约浅表构造、如何影响地质灾害与地震活动，以及气候环境的变迁等系列科学发展问题，将起到积极的作用。

2019年启动的第二次青藏高原综合科学考察研究之任务七“高原生长与演化”的专题一“关键地区岩石圈精细结构与浅部响应”选择青藏高原北部典型的可可西里关键区和阿尔金关键区，采用一流的探测技术，如高分辨率深地震反射剖面、宽频带地震观测、大地电磁测深剖面、短周期密集地震台阵等技术方法，探测岩石圈精细结构与深部构造，使用构造平衡剖面技术，编制高分辨率的岩石圈尺度深部构造断面，结合数值模拟，构建动力学模型，综合周边地区以往探测研究成果，揭露深部地质作用如何制约和影响浅表构造活动。

本书系统总结了青藏高原北部关键地区地质概况、深地震反射剖面、短周期密集台阵、宽频带地震台阵、大地电磁剖面等地球物理科学考察的数据采集和处理情况，对青藏高原北部地壳结构、岩石圈地幔结构、电性结构、盆山耦合特征和变形机制、库木库里盆地油气勘探远景等提出新认识，科学考察成果为探索青藏高原北部高原生长机制和资源能源开发提供了重要科学支撑。

青藏高原北部地貌特征

塔里木下地壳底冲至青藏高原下方模型图

本书是第二次青藏高原综合科学考察研究重要成果之一，系统介绍了在青藏高原北部关键区采用一流的探测技术开展地球物理科学考察的成果。利用多学科交叉融合的方法，揭露了岩石圈深部精细结构，探索了多圈层相互作用及其对资源环境的响应。获得的新发现主要认识如下。

（1）利用高分辨率深地震反射剖面清晰显示出青藏高原北部可可西里关键区中下地壳(双程时间6s以下)的结构特征。在羌塘地体北部唐古拉逆冲断裂系下向北倾斜的下地壳，与可可西里地体南缘向南倾斜的下地壳相向汇聚。这种下地壳相向倾斜的反射模式，刻画出北羌塘地体下地壳与可可西里下地壳发生面对面汇聚行为，并且在汇聚区形成了漏斗形的莫霍面，反映印度板块与欧亚板块岩石圈前缘相向汇聚（握手）的深部过程。

（2）宽频带地震观测发现不同构造块体岩石圈下部速度结构表现出强烈的横向不均匀性，且呈现明显的分块特征。阿尔金断裂带西北侧的塔里木盆地下方50~200km深度范围都呈现明显的高速异常，且从北向南呈条带状分布，可能反映相对冷的刚性岩石圈向青藏高原北部俯冲。东南侧的库木库里盆地表现为显著的低速异常，可能反映了软流圈热物质的上涌和侵蚀作用。昆仑断裂带北侧的祁曼塔格断裂下方50~200km深度范围整体表现为明显的低速异常，而南侧的松潘–甘孜–可可西里块体下方50~400km深度范围表现为明显的高速异常。羌塘地体呈现高、低速异常交替分布的特征，且由北向南呈条带状分布，高速异常从50km深处一直向下延伸至400km左右，低速异常区主要分布于金沙江缝合带附近，深度范围50~200km。

（3）建立了青藏高原北部关键区三维反演电阻率模型，刻画了100km以浅岩石圈尺度的电性特征。其中羌塘地体北部发育有向南倾斜的高导体，在金沙江缝合带下方发育有大规模的高导体并延伸到地幔。可可西里地体下方的高导体具有向北倾斜的特征。过阿尼玛卿缝合带，昆仑–柴达木地体南部存在从可可西里地体向北渗透的高导体，北昆仑–柴达木地体地壳具有高阻的特征。阿尔金断裂带下方存在向南倾斜的高导体，而塔里木盆地中下地壳整体具有较高的电阻率，浅部上地壳具有低阻的特征。金沙江缝合带的下方向深部延伸的高导体说明金沙江缝合带下方可能正发生着印度与亚洲板块岩石圈的汇聚，这可能是古缝合带活化的驱动机制，而中下地壳大规模部分熔融的高导体为岩石圈汇聚在深部的物质响应。

（4）利用短周期密集台阵方法在羌塘地体下方观测到连续的莫霍面，深度约为65km，几何形态较为平坦；在金沙江缝合带北部的可可西里地体内部，莫霍面逐渐变浅，约为60km。可可西里地体下方的莫霍面弱振幅可能指示该区域壳幔物质差异性比羌塘地体小，暗示可可西里地体下方地壳与地幔物质发生了强烈交换。

（5）利用短周期密集台阵数据，通过接收函数方法，获取了阿尔金断裂带东段精细地壳结构。塔里木下地壳俯冲到青藏高原下方约75km深层，同时发生部分榴辉化。在阿尔金山脉下方两个南倾界面代表了逆冲的北阿尔金断裂带及其分支断裂。斜向汇聚导致上地壳物质沿逆冲断裂挤出，形成阿尔金山脉，并得到低波速比的印证。莫霍平衡剖面表明自晚中新世以来，阿尔金山脉发生了显著的陆内变形。

（6）通过对库木库里盆地纵波（P波）速度和反射地震成像结果，综合地表地质等资料对库木库里盆地的地层层序和构造变形进行解析，认为库木库里盆地呈“两拗夹一隆”形态，是以渐新–上新统沉积为主体的陆相走滑–压陷盆地，保留少量古生界沉积，盆地结晶基底最深处约为9000m；盆地两翼保留了较连贯的沉积序列，中部沉积层剧烈变形，形成复杂反射波组。库木库里盆地沉积地层、烃源岩、储集、盖层条件与北部紧邻的柴西缘油田十分相似，建议相关部门可进一步开展勘探工作，如能获得突破，有望在较小成本投入下扩大现有油田产能。

（7）发现了印度大陆沿喜马拉雅造山带呈现东西向的差异性俯冲形态和巨型碰撞区的发育。阐明了塔里木盆地顺时针旋转的运动学特征和动力学机制，探讨了盆山原构造变形对西部水汽通道关闭和中国西北部干旱沙漠化超前进程的制约。