科研动态 | 张培震院士团队揭示青藏高原的现今构造变形与地球动力过程
近日，我院张培震院士团队在《地质学报（创刊100周年）》特辑上发表文章，全面解释青藏高原的现今构造变形与地球动力过程。综合全球卫星导航系统(GNSS)观测的地壳运动定量资料、历史记载和仪器记录获得的地震资料以及活动构造运动特征调查和定量研究结果，发现青藏高原晚第四纪以来的运动状态受控于统一的应变场，地表与深部一致，现今与长期一致。
青藏高原的现今地表变形和深部动力学过程对中国大陆的强震活动有着重要影响，有关青藏高原晚新生代形成与演化的理论不仅是国际大陆动力学研究的核心和前缘，也是研究中国大陆陆内构造变形、强震发生机理和地震预测探索的重要内容。然而，研究青藏高原的地球动力学过程并不容易，张培震院士团队重点利用青藏高原及邻区近20年的GNSS观测数据、历史地震活动、活动构造资料和晚新生代构造变形的研究内容，在现今青藏高原构造变形几何学和运动学特征的约束下，揭示了驱动地表构造变形的深部地球动力过程。
一、全球卫星导航系统(GNSS)揭示的青藏高原十年时间尺度现今构造变形
GNSS观测资料揭示了青藏高原正在遭受着全高原尺度的连续变形，受控于统一的应变场，最大剪切应变主要分布在高原周边的巨型构造带和高原内部的巨大活动断裂带，收缩应变和地壳缩短主要发生在周边山系及其伴随的前陆盆地，膨胀应变和地壳拉张发生在高海拔的青藏高原内部，青藏高原的所谓“向东挤出”，不是刚性岩石圈地块在走滑断裂夹持下的向东滑移，而是高原内部岩石圈物质的向东流动和绕喜马拉雅东构造结的顺时针旋转。
图1：青藏高原GNSS观测的地壳运动速度场
二、地震活动揭示的百年时间尺度构造变形
GNSS揭示的构造变形状态在时间尺度上只能达到10-20a左右，而青藏高原的历史强震和现代微震活动则反映了百年尺度的构造变形。研究揭示，发生在青藏高原及其周边的地震具有明显的规律性，逆冲型地震主要发生在高原周边的相对低海拔地区，正断层型地震主要发生在高原内部的高海拔地区，走滑型强震主要发生在切割整个高原的巨大走滑断裂带上，与海拔无关，但高原北部表现为左旋走滑，而高原南部为右旋走滑。这种有规律的构造变形一定受控于一种全高原尺度的地球动力作用。
图2：青藏高原历史强震（彩色实心圆）与微震震中分布（灰色空心点）（黑色线条是主要活动断裂）
三、青藏高原活动断裂揭示的万年时间尺度构造变形
活动断裂能够反映千年到万年时间尺度的构造变形，而控制强震发生的活动断裂在青藏高原广泛分布，但其分布也显示出与海拔高度相关的规律性：逆冲断裂及其伴随的水平缩短变形主要发生在高原周边的低海拔区，高海拔区的青藏高原内部则以南北向正断裂和共轭剪切为主。通过对青藏高原主要活动断裂开展研究，团队发现万年（甚至百万年）时间尺度的构造变形同样具有周边挤压缩短、内部拉张伸展、走滑运动不受海拔影响的特点，同样受控于同一种全高原空间尺度的地球动力作用。
图3：青藏高原主要活动断裂图
四、关于青藏高原地球动力过程的讨论
青藏高原的地球动力过程是理解强震活动和机理的关键，而研究青藏高原动力学的有效途径是在查明高原结构的基础上，利用构造变形几何图像、运动特征和演化历史去制约驱动变形和运动的动力学过程，不同时间尺度的构造变形运动学特征更是研究动力过程的关键约束条件。现今主要有三种有关青藏高原变形与隆升的动力学模型：第一种是内陆斜向深俯冲消减、第二种是岩石圈地幔的对流剥离、第三种是下地壳运动。
从十年时间尺度 ＧＮＳＳ观测给出的现今构造变形速度场，到百年时间尺度历史地震给出的现代构造变形运动特征，再到万年时间尺度活动断裂研究给出的晚第四纪构造变形运动图像，都清晰地揭示了青藏高原构造变形的运动状态。最基本、第一级的特征是：第一，高原周边以逆冲缩短为主，形成一系列向外逆冲的推覆断裂和逆冲型地震；第二，高原内部以近南北向的伸展扩张为主，发生在高原内部的地震也是以正断裂和走滑断裂型为主；第三，高原内部具有上千千米长的巨大走滑断裂。
相对而言，岩石圈地幔的对流剥离模型能够较好地揭示观测到的构造变形的运动学现象。仅使得青藏高原发生整体性的隆升，还对周边施加水平挤压应力，从而导致高原周边准同期地向外逆冲扩展，形成巨大的逆冲推覆带和高耸的山脉；与此同时在高原内部产生拉张剪切环境，形成正断裂、地堑和共轭走滑断裂系统。这一地球动力过程还控制了地壳深部地震的有序发生，逆断裂型地震发生在低海拔的青藏高原周边，正断裂型地震发生在高海拔的青藏高原内部，走滑型地震发生在高原的各个部位。
图4：青藏高原的对流剥离模型
文章：张培震，王伟涛，甘卫军，张竹琪，张会平，郑德文，郑文俊，王洋，王岳军，许斌斌，张逸鹏．2022. 青藏高原的现今构造变形与地球动力过程．地质学报，96(10).DOI:10.19762/j.cnki.dizhixuebao.2022295.
初审：黄荣
审核：张照
审核发布：何晓钟
