青藏高原東緣中生代若爾蓋古高原的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義

劉樹根, 李智武, Peter J.J. Kamp, 冉 波, 李金璽, 鄧 賓,王國(guó)芝, Ganqing XU, Martin Dani?ík, 楊 迪,王自劍, 李祥輝, 劉順, 李巨初

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059;2.School of Science, University of Waikato, Hamilton 3240, New Zealand;3.John de Laeter Centre, The Institute for Geoscience Research, Department of Applied Geology and Applied Physics, Curtin University, Perth, Western Australia 6102, Australia;4.南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210046)

青藏高原以其復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、豐富的地質(zhì)作用、獨(dú)特的地貌景觀及其對(duì)亞洲乃至全球氣候的影響而成為地學(xué)研究經(jīng)久不衰的熱點(diǎn)地區(qū)[1-7]。在有關(guān)青藏高原的眾多科學(xué)問題中，高原隆升和生長(zhǎng)的歷史、方式與機(jī)制無疑是最引人關(guān)注的領(lǐng)域[2,4,8-11]。早期關(guān)于高原隆升歷史的研究和認(rèn)識(shí)主要集中在晚新生代，特別是中新世以來[8,12-15]，而對(duì)早期高原隆升歷史的研究重視不夠[4,16-17]。其主要原因是絕大多數(shù)構(gòu)造模式都基于這一基本假設(shè)前提[11]——青藏高原的隆升是歐亞大陸與印度大陸碰撞的直接結(jié)果：在印-亞大陸碰撞之前，青藏高原主體的高度都位于海平面附近，大約自55 Ma B.P.以來隨著印-亞大陸的碰撞和持續(xù)匯聚，青藏高原從印度河-雅魯藏布江縫合帶逐漸向北、向東生長(zhǎng)[15,18]。近十多年來，隨著Kapp等[19-22]對(duì)晚白堊世至新生代早期地殼縮短作用的重新評(píng)估，提出在白堊紀(jì)末期羌塘和拉薩地體就已形成相當(dāng)規(guī)模的高原，并得到拉薩地體北緣倫坡拉盆地氧同位素古高程計(jì)研究[9]的支持；特別是Wang等[10]在此基礎(chǔ)上提出的“原青藏高原”(Proto-Tibetan Plateau)的觀點(diǎn)，極大地改變了人們對(duì)于青藏高原隆升歷史的已有認(rèn)識(shí)，使早期高原隆升成為關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。為此，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者開展了大量的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)和古高程計(jì)研究工作(圖1)來限定高原面的抬升和剝蝕歷史。大量的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)表明青藏高原的抬升剝蝕在時(shí)空上存在著顯著差異(圖1)：從高原中部響應(yīng)于拉薩-羌塘地體碰撞在晚白堊世期間(100～85 Ma B.P.)的初始隆升[11]，到高原內(nèi)部響應(yīng)于新特提斯洋巖石圈持續(xù)向北俯沖和印-亞大陸碰撞在始新世期間(45～40 Ma B.P.)的主體隆升[10-11]，再到高原外部及邊緣響應(yīng)于印-亞大陸碰撞后持續(xù)匯聚分別在晚始新世-早漸新世期間(35～22 Ma B.P.)的向南、向北和向東擴(kuò)展[23-25]，及在中-晚中新世期間(15～10 Ma B.P.)向北、向東的快速生長(zhǎng)[24,26-38]。同時(shí)，這些研究結(jié)果還進(jìn)一步揭示了青藏高原是由內(nèi)向外逐漸生長(zhǎng)的[7,11,39-40]，有力地支持了原青藏高原[10,20]的觀點(diǎn)。上述演化趨勢(shì)也得到古高程計(jì)研究結(jié)果的驗(yàn)證(圖1)，包括拉薩和羌塘地體在內(nèi)的高原主體最晚在始新世末可能就隆升到了接近現(xiàn)今的海拔高度[9,41-42]，而高原邊緣則主要在中新世以來才逐漸隆升到現(xiàn)今高度[31,43-44]。此外，原青藏高原的認(rèn)識(shí)也得到巖漿記錄[45]、碎屑記錄[46]和構(gòu)造變形[47]等方面研究的支持?？梢姡絹碓蕉嗟馁Y料共同指示青藏高原主體(羌塘和拉薩地體)在印-亞碰撞(約55 Ma B.P.)前就已形成了相當(dāng)規(guī)模和相當(dāng)高度的古高原——羌塘-拉薩古高原；但該古高原向東的延伸情況仍不清楚[11]，這構(gòu)成了本文研究工作的出發(fā)點(diǎn)之一。

以龍門山?jīng)_斷帶為標(biāo)志的青藏高原東緣(圖1)，由于具有整個(gè)高原周緣乃至世界上最大的地形梯度[27,96]而又缺乏明顯的新生代地殼縮短[97-98]，同時(shí)表現(xiàn)出快速的晚新生代隆升[24,27, 32,38]和強(qiáng)烈的新構(gòu)造活動(dòng)[99-100]，而成為揭示高原隆升和生長(zhǎng)及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制的理想位置，且因其所處的特殊構(gòu)造部位——印-亞板塊匯聚方向的側(cè)翼而顯得尤為重要。兩種端元模式被廣泛用來解釋青藏高原東緣的隆升和巖石圈變形：沖斷模型[101]和下地殼通道流模型[96]。下地殼通道流模型雖然很好地解釋了青藏高原東緣和北緣的地貌形成，并得到部分地球物理和低溫?zé)崮甏鷮W(xué)研究的支持[27,102-103]，但由于無法合理解釋2008 年汶川“5·12”Ms 8.0 級(jí)地震的發(fā)生而受到廣泛質(zhì)疑[36,62,80,104-107]。與此相對(duì)，沖斷模型雖然能夠合理解釋汶川地震的發(fā)生并得到越來越多地球物理和低溫?zé)崮陮W(xué)研究的支持[32,36-38,70,108]，但卻無法合理解釋青藏高原東緣晚新生代的大面積隆升。由此可見，無論是沖斷模式還是下地殼流動(dòng)模式，都難以合理解釋青藏高原東緣的地質(zhì)現(xiàn)象，同時(shí)也暗示青藏高原東緣的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)過程遠(yuǎn)較目前認(rèn)為的復(fù)雜。不僅如此，由于缺乏良好的地質(zhì)記錄，對(duì)青藏高原東緣晚中生代構(gòu)造演化(包括前述的原青藏高原向東延伸情況)的論述鮮有涉及，甚至是空白，這構(gòu)成了本文研究工作的另一個(gè)出發(fā)點(diǎn)。

自西向東穿過青藏高原東緣，在地貌上依次出現(xiàn)地勢(shì)起伏較小的高海拔區(qū)(若爾蓋高原，海拔高度約3.5 km)、地勢(shì)起伏巨大的地形陡變帶(龍門山，海拔高度0.5～5 km)和地勢(shì)起伏小的低海拔區(qū)(成都平原，海拔高度約500 m)3級(jí)地貌特征(圖2)。它們分別代表了高原內(nèi)部、高原邊緣和相鄰盆地3種不同的構(gòu)造-地貌單元類型, 在構(gòu)造上相應(yīng)依次出現(xiàn)強(qiáng)烈變形-變質(zhì)(松潘-甘孜褶皺帶)、褶皺-沖斷變形(龍門山?jīng)_斷帶)和弱-未變形(四川盆地)的完整變形序列。它們是3個(gè)相互獨(dú)立而又密切聯(lián)系的構(gòu)造-地貌單元，受控于統(tǒng)一的地球動(dòng)力學(xué)背景，有機(jī)地構(gòu)建了一個(gè)完整的原-山-盆體系——青藏高原東緣原-山-盆系統(tǒng)，是探討青藏高原東緣構(gòu)造動(dòng)力學(xué)的最佳場(chǎng)所。而分別位于上述3個(gè)不同構(gòu)造-地貌單元的3口深井(井深>7 km)——位于若爾蓋高原內(nèi)部的紅參1井、位于龍門山?jīng)_斷帶前緣的龍深1井和位于川西前陸盆地西緣的川科1井(圖2)——更是為探索青藏高原東緣構(gòu)造動(dòng)力學(xué)機(jī)制提供了寶貴素材。從2005年開始，我們先后在中國(guó)石化和國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助下，對(duì)青藏高原東緣中生代-新生代構(gòu)造演化及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了探索。近年來，我們利用上述3口井的素材開展了多重低溫?zé)崮甏鷮W(xué)[鋯石裂變徑跡、鋯石(U-Th)/He、磷灰石裂變徑跡和磷灰石(U-Th)/He]研究工作，其中的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是首次揭示了青藏高原東緣若爾蓋高原在白堊紀(jì)中期存在約115 Ma B.P.和約80 Ma B.P.兩次重要的剝蝕事件，暗示青藏高原東緣早在印-亞碰撞之前就可能形成了一定高度的古高原。本文即是對(duì)這一研究發(fā)現(xiàn)的初步報(bào)道。

圖1說明：

地貌底圖據(jù)SRTM 90 m數(shù)據(jù)成圖。主要斷裂據(jù)Tapponnier等[15]、Taylor等[48]、王立全等[49]。斷裂名稱縮寫：MBT.喜馬拉雅南緣主邊界沖斷層; KKF.喀喇昆侖斷裂; ATF.阿爾金斷裂; HYF.海原斷裂; KLF.東昆侖斷裂; XSF.鮮水河斷裂; XJF.小江斷裂; JLF.嘉黎斷裂; RRF.紅河斷裂?？p合帶據(jù)Pan等[50]、王立全等[49]?？p合帶名稱縮寫: IYS.印度河-雅魯藏布江縫合帶; BNS.班公湖-怒江縫合帶; SHS.龍木措-雙湖縫合帶; JSS.金沙江-哀牢山縫合帶; GLS.甘孜-理塘縫合帶; AMS.康西瓦-木孜塔格-瑪沁-勉略縫合帶。低溫?zé)崮甏鷮W(xué)年齡據(jù)Zeitler等[51]、Copeland等[52]、劉樹根等[53]、Arne等[54]、Xu等[55]、Jolivet等[26]、Kirby等[27]、Schlup等[56]、Clark等[28]、Reid等[57]、Enkelmann等[29]、Yuan等[30]、施小斌等[58]、Lai等[59]、Kumar等[60]、Wang等[10]、Kirstein等[61]、van der Beek等[23]、Godard等[32]、李智武等[62]、Clark等[62]、Ouimet等[34]、Wilson等[64]、Hetzel等[65]、Wang等[24]、Rohrmann等[11]、Tian等[36]、Dai等[39]、Haider等[66]、Duvall等[35]、Cook等[67]、Tian等[68-69]、Tan等[70]、Carrapa等[71]、Zeitler[72]、Tian等[73]、Li等[74]、Zhang等[75]、Zhang等[76]、Li等[40]、Yang等[77]、Tan等[38,78]、Yang等[79]、Ge等[25]、Ansberque等[80]、Liu-Zeng等[81]、Tian等[37]、Tang等[82]、Nie等[83]、Wang等[84]。低溫?zé)崮甏鷮W(xué)測(cè)齡方法縮寫: AHe.磷灰石(U-Th)/He; AFT.磷灰石裂變徑跡; ZHe.鋯石(U-Th)/He; ZFT.鋯石裂變徑跡。古高程計(jì)研究點(diǎn)位縮寫和數(shù)據(jù)分別來自: Zd.札達(dá)(Saylor等[85]); Lq.柳曲(Ding等[43]); Nl.楠木林(Spicer等[86]、Currie等[87]); Lz.林周(Ding等[41]); Nm.尼瑪(De Celles等[88]); Lp.倫坡拉(Rowley等[9]、Polissar等[89]); Qt.羌塘(Xu等[90]); Hx.可可西里(Cyr等[91]、Polissar等[89]); Sp.松潘(Xu等[92]); Gj.貢覺(Tang等[93]); Mk.芒康(Li等[94]); Lm.黎明(Hoke等[95]); Jc.劍川(Li等[94]、Hoke等[42]); Lh.呂合(Hoke等[42,95]); Xlt.小龍?zhí)?Li等[94])。古高程計(jì)年齡代表了研究點(diǎn)位置獲得的海拔高度或者接近現(xiàn)今海拔高度的最晚年齡。主要構(gòu)造單元名稱縮寫: IP.印度板塊; HM.喜馬拉雅地體; LS.拉薩地體; SQ.南羌塘地體; NQ.北羌塘地體; SG.可可西里-松潘-甘孜地體(或褶皺帶); YD.義敦島弧; KQQ.昆侖-祁連-秦嶺造山復(fù)合體; NCB.華北地塊; SCB.華南地塊; TB.塔里木盆地; QB.柴達(dá)木盆地; OB.鄂爾多斯盆地; SB.四川盆地; LMS.龍門山?jīng)_斷帶; ZB.若爾蓋地塊。以若爾蓋地塊(ZB)為主體的若爾蓋高原(即松潘-甘孜褶皺帶)；龍門山?jīng)_斷帶(LMS)和四川盆地(SB)構(gòu)成了青藏高原東緣完整的原-山-盆地貌-構(gòu)造系統(tǒng)。紅參1井(HC1)位于若爾蓋地塊之上

圖2 青藏高原東緣構(gòu)造地貌圖Fig.2 Tectonic and geomorphological map of the eastern Tibetan Plateau關(guān)鍵深井: HC1.紅參1井; LS1.龍深1井; CK1.川科1井。主要斷裂帶名稱縮寫: EKLF.東昆侖斷裂; TZF.塔藏?cái)嗔? MLF.勉略斷裂; ABF.阿壩斷裂; LRF.龍日壩斷裂; MJF.岷江斷裂; QCF.青川斷裂; MWF.茂縣-汶川斷裂; BYF.北川-映秀斷裂; AGF.安縣-灌縣斷裂; XSHF.鮮水河斷裂

前文已述，越來越多的資料表明羌塘和拉薩地體在印-亞碰撞之前就已形成了相當(dāng)規(guī)模的古高原，但其向東的延伸情況并不清楚[11]。盡管隨后有學(xué)者針對(duì)性地開展了低溫?zé)崮甏鷮W(xué)工作[39]，但對(duì)這一問題并沒有給出明確回答。Liu-Zeng等[105]曾通過青藏高原地形分析并基于Tapponnier等[15]的模式構(gòu)建了始新世高原的形成和可能的空間范圍，這與Wang等[10]提出的原青藏高原具有類似之處，但遺憾的是沒有涉及印-亞碰撞之前高原的形成。近年來，青藏高原東南緣的許多古高程研究[42,93-95]揭示了其在始新世就已達(dá)到了接近現(xiàn)今的高度，但主要也是針對(duì)Liu-Zeng等[105]構(gòu)建的始新世古高原，同樣沒有涉及前碰撞高原的形成。盡管如此，一個(gè)不可忽視的事實(shí)是無論早期[27-29,55,57,59,63-64]還是新近[37,39,68-69,75,79-82]的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)研究均揭示青藏高原東部在白堊紀(jì)中期(約100 Ma B.P.)存在明顯的冷卻事件(圖1)，至少表明青藏高原東部在白堊紀(jì)就已具有明顯的地形高度。我們通過紅參1井多重低溫?zé)崮甏鷮W(xué)研究進(jìn)一步確證了青藏高原東緣白堊紀(jì)中期的快速剝蝕事件。更為重要的是，紅參1井多重低溫?zé)崮甏鷮W(xué)研究結(jié)果揭示青藏高原東部若爾蓋高原自70 Ma B.P.以來進(jìn)入極其緩慢的冷卻階段，整個(gè)新生代期間都處于近乎“零”剝蝕的狀態(tài)，表明其在印-亞大陸碰撞之前就進(jìn)入高原化階段，我們稱之為若爾蓋古高原。結(jié)合青藏高原東緣的地質(zhì)特征(如構(gòu)造變形、巖漿活動(dòng)、盆地演化等)，以及上述前人的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)和古高程研究結(jié)果，我們建議將若爾蓋古高原向西與羌塘-拉薩古高原相聯(lián)，統(tǒng)稱為羌塘-若爾蓋古高原，主要形成于白堊紀(jì)中期(圖1)。這與許志琴等[109]提出“青藏高原的初始高原在白堊紀(jì)形成”的觀點(diǎn)不謀而合。

高原隆升是大范圍地殼加厚的直接表現(xiàn)。青藏高原主要是中生代以來多個(gè)地體拼合的結(jié)果(圖1)[5,50]，多期次的俯沖-碰撞勢(shì)必造成地殼不同程度地加厚，不論這種加厚是否留下明顯的地表巖石變形記錄，都必然對(duì)青藏高原的隆升有所貢獻(xiàn)。典型的實(shí)例如拉薩古高原，拉薩地體在印-亞碰撞前就已發(fā)生實(shí)質(zhì)性的地殼加厚和隆升而形成安第斯型高原[16-17,20-22, 110]，其與北側(cè)的羌塘古高原之間可能為一海道[4,17,40-41]。因此，羌塘-拉薩古高原應(yīng)是羌塘古高原與拉薩古高原拼合的產(chǎn)物。按照這種推理，青藏高原可能是多個(gè)類似現(xiàn)代安第斯高原的窄高原拼合而成，在新生代期間隨著印-亞大陸的持續(xù)匯聚而逐漸整一化。松潘-甘孜-可可西里地體是最早(印支期)拼接到歐亞大陸南緣的地體，經(jīng)歷的俯沖-碰撞-擠壓事件最多，因而具備形成早期高原的地質(zhì)背景和地質(zhì)條件。本文在回顧若爾蓋古高原提出過程的基礎(chǔ)上，通過若爾蓋地塊的構(gòu)造屬性、構(gòu)造變形特征、隆升-剝蝕特征、盆地沉積記錄等方面的分析，論證若爾蓋古高原存在的可能性；同時(shí)指出這一發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)意義并對(duì)仍需進(jìn)一步研究的問題進(jìn)行展望，旨在拋磚引玉，希望能促進(jìn)和加深對(duì)青藏高原形成演化的理解。

1 若爾蓋古高原的提出

現(xiàn)今的若爾蓋高原或川西高原位于青藏高原東緣，海拔高度3.3～3.6 km，四周被山系環(huán)抱，也具有內(nèi)部平坦、邊緣陡峭的典型高原地形地貌特征(圖2)。由于缺乏良好的地質(zhì)記錄(如缺乏侏羅紀(jì)以來廣泛的沉積記錄和顯著的構(gòu)造變形)，且平緩的地形地貌又無法獲得理想的熱年代學(xué)年齡-高程剖面[111-112]，從而難以有效約束其隆升剝蝕歷史；因此對(duì)若爾蓋地區(qū)自侏羅紀(jì)以來的構(gòu)造演化長(zhǎng)期認(rèn)識(shí)不清，對(duì)其隆升歷史及其與青藏高原主體隆升之間的關(guān)系也鮮有論述。

2007年，許志琴等[113]根據(jù)龍門山-錦屏山斷裂火山質(zhì)糜棱巖黑云母40Ar-39Ar法獲得的變形變質(zhì)年齡(112～100 Ma)，并結(jié)合川西前陸盆地沉積構(gòu)造演化，認(rèn)為龍門山-錦屏山自白堊紀(jì)開始以擠出巖片的樣式抬升，進(jìn)而推論青藏高原北緣和東緣在白堊紀(jì)開始隆升，但未涉及若爾蓋高原隆升過程。2016年，許志琴等[109]在論述“造山的高原”時(shí)，基于松潘-甘孜南部丹巴地區(qū)變質(zhì)巖Ar-Ar測(cè)齡結(jié)果并綜合了青藏高原熱年代學(xué)和深部資料，提出“青藏高原的初始高原形成于印度-亞洲碰撞之前，在青藏高原東部的松潘-甘孜地區(qū)以及中部和南部的羌塘和拉薩地區(qū)，都出現(xiàn)白堊紀(jì)初始高原的記錄，認(rèn)為與班公湖-怒江新特提斯洋盆的閉合(120～140 Ma B.P.)有關(guān)”。

近十年來，我們?cè)谥袊?guó)石化及國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)的大力支持下，詳細(xì)開展了青藏高原東緣的構(gòu)造地質(zhì)研究。2012年，我們綜合已有的年代學(xué)數(shù)據(jù)(U/Pb、40Ar-39Ar、87Rb/86Sr、FT和U-Th/He)恢復(fù)了松潘-甘孜地區(qū)花崗巖的侵位和冷卻過程，發(fā)現(xiàn)其自晚三疊世以來經(jīng)歷了長(zhǎng)期緩慢的冷卻之后，于100 Ma B.P.出現(xiàn)了又一次快速的巖漿侵位和冷卻事件[114]。同年，我們?cè)谡撌銮嗖馗咴瓥|緣剝露歷史及其構(gòu)造驅(qū)動(dòng)機(jī)制時(shí)，明確提出松潘-甘孜地區(qū)在新生代之前就已經(jīng)發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的地殼加厚[115]。2013年，我們通過若爾蓋高原紅參1井的詳細(xì)構(gòu)造恢復(fù)，正式提出“青藏高原東北部松潘-甘孜地區(qū)在晚三疊世末期就發(fā)生了地殼的加厚和縮短，導(dǎo)致初始高原的形成”[116]。在2013年6月成都“第一屆中·美地質(zhì)學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)議”上，我們對(duì)紅參1井低溫?zé)崮甏鷮W(xué)的初步研究成果進(jìn)行了報(bào)道，首次以詳細(xì)的多重?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)揭示了若爾蓋高原白堊紀(jì)時(shí)期(80～120 Ma B.P.)曾存在重要的冷卻(剝蝕)事件[117]。在2017年10月北京“中國(guó)地球科學(xué)聯(lián)合學(xué)術(shù)年會(huì)”上，我們通過若爾蓋高原地表構(gòu)造特征、紅參1井構(gòu)造恢復(fù)以及熱年代學(xué)研究，并結(jié)合四川盆地、西昌盆地以及若爾蓋地塊北緣郎木寺盆地白堊系沉積記錄研究，提出若爾蓋地塊可能在白堊紀(jì)就隆升至一定高度并遭受剝蝕，為周邊的盆地提供碎屑物質(zhì)；并根據(jù)四川盆地白堊紀(jì)沉積環(huán)境，認(rèn)為盆地內(nèi)普遍發(fā)育的沙漠沉積指示極度干旱的氣候條件，是若爾蓋地區(qū)強(qiáng)烈構(gòu)造隆升的結(jié)果。同年，在南京大學(xué)“中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)大陸地殼與地幔研究分會(huì)年會(huì)”上，我們進(jìn)一步闡述了青藏高原東部存在晚三疊世末期至白堊紀(jì)若爾蓋古高原，并推測(cè)青藏高原的隆升首先發(fā)生于其東部若爾蓋地區(qū)，從晚三疊世末期以來的若爾蓋地區(qū)高海拔山地，到白堊紀(jì)時(shí)期(120～80 Ma B.P.)的羌塘-若爾蓋古高原，再到現(xiàn)今的青藏高原。2018年1月，我們?cè)诒本暗?3屆青藏高原地球科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)”上綜合構(gòu)造解析、低溫年代學(xué)和沉積學(xué)等研究，較系統(tǒng)地提出了若爾蓋地區(qū)在晚三疊世末期-白堊紀(jì)可能逐漸形成古高原，分別于約120 Ma B.P.和約80 Ma B.P.經(jīng)歷了2次重要的冷卻事件。

我們提出的若爾蓋古高原(圖3)是指青藏高原東部松潘-甘孜地區(qū)(以若爾蓋地塊為代表)早在新生代印-亞大陸碰撞之前、最晚在白堊紀(jì)末期(約70 Ma B.P.)就已形成的古高原，其范圍可能包括青藏高原東部已發(fā)生強(qiáng)烈褶皺變形的三疊紀(jì)復(fù)理石所覆蓋的絕大部分區(qū)域，并可能向西與羌塘古高原相連(圖1)。它的形成是基于晚三疊世中國(guó)大陸主體拼合過程中的構(gòu)造縮短和地殼加厚，隨著白堊紀(jì)中期拉薩-羌塘碰撞而發(fā)生強(qiáng)烈隆升且基本定型，并在新生代印-亞大陸碰撞和持續(xù)匯聚過程中得到進(jìn)一步發(fā)展而被整合成為青藏高原的一部分。因此，從這個(gè)意義上講，青藏高原并不是從南向北、向東逐漸生長(zhǎng)而形成的，相反，是由東向西、從內(nèi)向外逐漸擴(kuò)展而成。

2 若爾蓋古高原的論證

2.1 基底構(gòu)造屬性

山脈和地塊隆升具有截然不同的構(gòu)造含義：山脈的快速隆升和剝蝕司空見慣，也容易理解；而地塊的快速剝蝕則意味著一定區(qū)域的地表發(fā)生大范圍整體抬升。故若爾蓋高原的基底具有相對(duì)剛性的地塊屬性對(duì)于理解若爾蓋古高原的形成就顯得尤為重要，我們稱其為若爾蓋地塊。

圖3 青藏高原東緣中生代構(gòu)造模式及若爾蓋古高原形成機(jī)制示意圖Fig.3 Mesozoic tectonic model of the eastern Tibetan Plateau and the formation of the Zoige Paleo-plateau地形高度為假想高度，剖面位置見圖2

若爾蓋地塊最初由四川省地質(zhì)局于1960年提出，認(rèn)為是一個(gè)小型的中間地塊并命名為“松潘地塊”，系指阿壩縣以東、龍日壩以北、郎木寺以南的以若爾蓋為中心的區(qū)域[118](圖2)。中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院認(rèn)同其觀點(diǎn)，并進(jìn)一步闡述地塊依據(jù)，但更名為“阿壩地塊”[119]。任紀(jì)舜等[120]認(rèn)為阿壩-松潘一帶存在一個(gè)中間地塊，稱其為“松潘地塊”或“阿壩地塊”，并推測(cè)這個(gè)地塊的基底為一個(gè)古老的結(jié)晶基底。20世紀(jì)80年代初期，四川省地質(zhì)局進(jìn)一步確認(rèn)該“地塊”的存在，但認(rèn)為“若爾蓋中間地塊”的稱謂更確切，并指出它是摩天嶺地塊向西延伸，在志留-泥盆紀(jì)期間，從揚(yáng)子地臺(tái)基底裂解漂移出去[121]。若爾蓋、紅原、阿壩和龍日壩等1∶20萬區(qū)調(diào)報(bào)告確認(rèn)該地區(qū)存在穩(wěn)定“地塊”，是在印支褶皺帶基礎(chǔ)上發(fā)育的新生代斷陷盆地；但前印支期構(gòu)造屬性因缺乏研究不可知[121]。

本文所稱的若爾蓋地塊系指東昆侖斷裂以南、阿壩斷裂以北和龍日壩斷裂以西所圍限的三角形平緩地區(qū)，也稱若爾蓋盆地(圖2)。從現(xiàn)今地貌特征來看，若爾蓋盆地內(nèi)部地形極為平緩，周邊被山脈環(huán)繞(圖2)，也十分符合基底構(gòu)造屬性為地塊的典型地貌特征。若爾蓋地塊大部分被第四系覆蓋，主要出露巨厚三疊系復(fù)理石，周緣發(fā)育一些古生界淺變質(zhì)巖系，中生代巖漿活動(dòng)零星分布。目前，對(duì)若爾蓋地塊深部結(jié)構(gòu)的認(rèn)知主要是通過地球物理和巖漿巖地球化學(xué)資料獲得。

2.1.1 重磁特征

若爾蓋地塊位于青藏高原東緣的重力異常梯度帶，其布格重力異常值為-500～-300 mGal(1 Gal=1 cm/s2)，由南向北、由西向東逐漸遞增[122-123]。若爾蓋地區(qū)重力異常相對(duì)變化平緩，其北部和東部被劇烈變化的重力異常帶所圍限。若爾蓋地塊重力水平梯度值較小，反映其重力異常變化很小[122]，物質(zhì)相對(duì)均勻，即若爾蓋地塊相對(duì)穩(wěn)定、完整。

航磁資料顯示整個(gè)松潘-甘孜褶皺帶具有低緩磁異常(圖4)，主要為-50～15 nT，呈不規(guī)則多邊形，其周緣被強(qiáng)度及形態(tài)迥異的正磁異常所包圍，可能在整個(gè)松潘-甘孜褶皺帶均存在弱磁性的元古代變質(zhì)基底[124]。而若爾蓋地區(qū)更是具有近似均值(-60～-40 nT)、 極其平緩的磁異常，表明若爾蓋地區(qū)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的塊體(圖4)。

2.1.2 電性結(jié)構(gòu)

大地電磁揭示了若爾蓋地塊除了較薄的地表低阻層外，主要表現(xiàn)為厚度從10～40 km變化明顯的高阻體, 中下地殼存在一個(gè)較厚、電阻率<10 Ω·m的殼內(nèi)低阻層[125]。龍日壩斷裂構(gòu)成若爾蓋地塊和松潘構(gòu)造帶的邊界斷層，該斷裂可能向下延伸至中下地殼，且兩側(cè)的電性結(jié)構(gòu)存在一定差異?？傮w而言，若爾蓋地塊電阻率比松潘構(gòu)造帶略高，可能指示若爾蓋地塊相對(duì)完整。

圖4 青藏高原東緣化極向上延拓5 km航磁異常圖Fig.4 Reduced-to-pole aeromagnetic anomalies in the eastern Tibetan Plateau after extending upward by 5 km(航磁底圖據(jù)文獻(xiàn)[124])斷裂代號(hào): HYF.海原斷裂帶; QHF.青海南山斷裂帶; TBF.天水-寶雞斷裂帶; EKLF.東昆侖斷裂帶; MLF.勉略斷裂帶; MJF.岷江斷裂; LRF.龍日壩斷裂; ABF.阿壩斷裂; LMSF.龍門山斷裂帶; XSHF.鮮水河斷裂; GLF.甘孜-理塘斷裂帶; JSJF.金沙江斷裂帶

2.1.3 深部地震反射特征

若爾蓋地塊及南北兩側(cè)斷裂帶基底以下速度剖面結(jié)構(gòu)顯示了地塊中央為穩(wěn)定的速度梯度帶，兩側(cè)介質(zhì)低速下陷，形成上部地殼頂部“W”形的速度構(gòu)造[126]，反映若爾蓋地塊被兩側(cè)區(qū)域斷裂切穿基底，成為相對(duì)穩(wěn)定地塊。在上地殼與中下地殼之間存在一個(gè)上沖拆離斷層(雙程時(shí)間約6～7 s)，導(dǎo)致上地殼與中下地殼構(gòu)造變形解耦。該界面之上發(fā)育緊閉褶皺，其下發(fā)育寬緩褶皺或輕微隆起，下地殼發(fā)育多組近水平的強(qiáng)反射層，反映中下地殼變形較弱，保持剛性地塊特征[127]。若爾蓋地塊北側(cè)中下地殼存在北傾的強(qiáng)反射層，形成疊瓦構(gòu)造和雙重構(gòu)造，暗示若爾蓋地塊已俯沖至西秦嶺之下。若爾蓋地塊東南側(cè)地殼內(nèi)部則存在南-南東傾斜的疊瓦狀強(qiáng)反射層，與其北側(cè)形成近似對(duì)稱的反射結(jié)構(gòu)，可能是若爾蓋地塊在南東-北西向擠壓作用下由北西向南東俯沖下插的結(jié)果，因而形成向南東傾斜的疊瓦狀逆沖構(gòu)造，并被東南側(cè)的龍日壩斷裂所截切[128]。因此，若爾蓋地塊雖持續(xù)受到印-亞板塊匯聚影響，但中下地殼僅發(fā)生輕微變形，整體上相對(duì)完整并向北和向南東俯沖下插，具剛性地塊特征。

若爾蓋地塊結(jié)晶基底地震波速度界面上下速度分別為5.2 km/s和5.4～5.8 km/s[126]，中下地殼速度為6.4～6.9 km/s[129-132]。若爾蓋地塊地殼地震波速度指示了具有大陸地殼基底特征[133]，與西秦嶺造山帶中下地殼地震波速度和反射特征具有較高的相似性，均具有屬于揚(yáng)子地塊的構(gòu)造屬性[122]。深地震反射剖面揭示區(qū)域莫霍面深度在16～17 s(雙程時(shí)間)之間，若爾蓋莫霍面較為完整、均勻，該地塊及其南北兩側(cè)造山帶地殼厚度在48～51 km，兩側(cè)略微增厚，不存在“山根”[124,126]。

2.1.4 基底時(shí)代

若爾蓋地塊及鄰區(qū)花崗巖類模式年齡揭示了基底年齡為0.76～2.0 Ga，屬于元古代，其地化特征與西部相鄰的羌塘地塊基底具有較大差異性，與揚(yáng)子基底在同位素特征和基底年齡方面均相似，顯示親揚(yáng)子地塊[124,134-138]。

綜上所述，若爾蓋地塊的基底組成親揚(yáng)子地塊，上地殼與中下地殼構(gòu)造解耦，可能發(fā)育多層次滑脫，中下地殼保持較強(qiáng)的剛性特征，其北部和東部邊界存在明顯的地球物理異常，而內(nèi)部異常相對(duì)較小，屬于相對(duì)穩(wěn)定和完整的地塊(圖5)。GPS和地震分布進(jìn)一步揭示了若爾蓋地塊可能是一個(gè)穩(wěn)定的、具有均勻位移的地塊[48,98,139-140]，且與周圍構(gòu)造帶存在明顯差異(表1)。

2.2 構(gòu)造變形與地殼加厚

2.2.1 三疊系復(fù)理石層系區(qū)域變形

圖5 青藏高原東緣巖石圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.5 Simplified lithospheric structural profile across the eastern margin of Tibetan Plateau(據(jù)朱介壽等[141]、嘉世旭等[126]、Zhang等[142]、Guo等[128]、Li等[143]、Gao等[127]、Wang等[144])剖面位置見圖2

構(gòu)造單元阿尼瑪卿縫合帶若爾蓋地塊阿壩-黑水弧形構(gòu)造帶龍門山?jīng)_斷帶四川盆地沉積蓋層古生界第四系、三疊系三疊系古生界侏羅系、白堊系表層地震波速度5.0 km/s1.8 km/s,3.2～4.2 km/s4.0～4.2 km/s5.0～5.2 km/s4.2～4.4 km/s蓋層變形斷裂、褶皺第四系未或弱變形,三疊系褶皺斷裂、褶皺斷裂、褶皺弱變形基底埋深1～2 km2～4 km1～2 km除基底雜巖出露,大多埋深超過5 km3.6～11 km基底變形斷裂、破碎弱變形、穩(wěn)定斷裂、褶皺斷裂、褶皺弱變形基底屬性秦嶺親揚(yáng)子親揚(yáng)子親揚(yáng)子揚(yáng)子巖漿活動(dòng)較多(海西-印支期)較少較多(印支期)少量侵入巖脈(印支期)無重力異常負(fù)重力異常梯級(jí)帶,水平梯度大重力高(負(fù)),內(nèi)部變化平緩,水平梯度小局部重力高(負(fù)),東西方向具有一定水平梯度重力異常帶急劇變化,水平梯度大重力高(小負(fù)值)航磁異常正異常弱正異常,呈倒三角帶負(fù)異常零散帶狀正異常呈北東向正負(fù)異常交替電性結(jié)構(gòu)中上地殼高阻、下地殼內(nèi)低阻層、殼幔高阻中上地殼高阻、下地殼內(nèi)低阻、殼幔低阻帶中上地殼高阻、下地殼內(nèi)低阻、殼幔低阻帶上地殼高阻、中下地殼低阻、殼幔高阻中上地殼低阻、下地殼高阻、殼幔高阻地殼厚度50 km51 km50 km42～45 km41～43 km巖石圈厚度125～135 km120～130 km120～130 km169 km160～185 km地震活動(dòng)極強(qiáng)烈弱-中等較強(qiáng)烈強(qiáng)烈弱

圖6 青藏高原東部地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig.6 Simplified geological and structural map of the eastern Tibetan Plateau前寒武紀(jì)基底雜巖代號(hào): KD.康滇; BX.寶興; PG.彭灌; XLB.雪隆包; JZD.轎子頂; MCS.米倉(cāng)山; HN.漢南。縫合帶代號(hào): SDS.商丹; AMS.阿尼瑪卿; MLS.勉略; GLS.甘孜-理塘; JSJS.金沙江; BNS.班公湖-怒江。斷裂帶代號(hào): NQLF.北秦嶺; LPSF.六盤山; TBF.天水-寶雞; WQLF.西秦嶺; HMF.合作-岷縣; DZF.迭山-舟曲; EKLF.東昆侖; MJF.岷江; LRF.龍日壩; QCF.青川; WMF.汶川-茂縣; YBF.映秀-北川; GAF.灌縣-安縣; XSHF.鮮水河; ANHF.安寧河; DLSF.大涼山; ZMHF.則木河; XJF.小江。構(gòu)造單元代號(hào): LMSTB.龍門山?jīng)_斷帶; KQQ.昆侖-祁連-秦嶺復(fù)合造山帶; HX-SG.可可西里-松潘-甘孜地體; YD.義敦島弧; NQT.北羌塘地體; SQT.南羌塘地體; LS.拉薩地體; HM.喜馬拉雅地體

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)和前人研究結(jié)果，我們能夠明確限定若爾蓋地區(qū)三疊系復(fù)理石層系發(fā)生構(gòu)造變形的主體時(shí)間為晚三疊世-早侏羅世，主要證據(jù)有：①區(qū)域上強(qiáng)烈的晚三疊世構(gòu)造變形與變質(zhì)作用[135,146-147]；②基于地質(zhì)年代學(xué)所揭示的龍門山地區(qū)早中生代強(qiáng)烈的上地殼變形[148-149]；③區(qū)域上大量出露的晚三疊世-早侏羅世花崗巖類巖石[134-138,150]明顯切割變形的三疊系復(fù)理石層系(圖6)；④若爾蓋地塊北緣郎木寺盆地可見強(qiáng)變形的三疊系復(fù)理石層系被上覆弱變形的下侏羅統(tǒng)甲秀組煤系地層和白堊系紅層不整合覆蓋(圖8)，表明侏羅紀(jì)以來未再經(jīng)歷強(qiáng)烈的褶皺變形。

2.2.2 紅參1井構(gòu)造恢復(fù)

紅參1井鉆井取心段發(fā)育的原生沉積結(jié)構(gòu)(圖9)，如水平層理和斜層理等，為重建鉆井垂向構(gòu)造剖面提供了重要標(biāo)志。紅參1井0～600 m深度侏倭組以低角度展布為主，傾角普遍為5°～10°(圖9-A、B)；大約3 km深度，雜谷腦組傾角高陡，普遍達(dá)到50°～90°，大量原生沉積結(jié)構(gòu)常見(圖9-D)；與之相反的是在井深>3 km，雜谷腦組傾角變緩，減小至15°～30°(圖9-F)。伴隨井深增大至4.7～5.8 km，扎尕山組傾角逐漸增大，普遍達(dá)到30°～40°；隨后地層傾角普遍較小，約15°～30°。尤其重要的是，在鉆井取心段發(fā)現(xiàn)大量指示地層倒轉(zhuǎn)的證據(jù)，如粒序?qū)永砗突鹧鏄?gòu)造等，它們主要發(fā)生于深度為0.47～0.59 km、1.155～1.32 km、1.5～1.95 km、2.99～3.32 km、4.37～4.78 km 和 5.845～6 km等處(圖9，圖10)，揭示了由褶皺作用所造成的地層重復(fù)。此外，紅參1井全井段傾角測(cè)井資料揭示鉆遇地層在約0.9 km、1.4 km和2.5 km深度處傾角發(fā)生顯著變化(圖10)。井深0.965～1.05 km處侏倭組總體為北傾向，區(qū)別于井深1.05～1.255 km處南傾向展布特征；深度約1.4 km處地層傾向從淺部南傾轉(zhuǎn)變?yōu)樯畈勘眱A向展布特征。雜谷腦組在深度約2.5 km處同樣發(fā)生了由淺至深的地層傾角由南向北的轉(zhuǎn)變，尤其是在井深約2.8 km處傾角由約70°的高陡北傾逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹械徒嵌日共继卣?。上述不同層系間地層傾角的重大變化，揭示若爾蓋地區(qū)垂向上可能存在多個(gè)斷層(滑脫層)，以協(xié)調(diào)不同深度地層傾角突變與差異構(gòu)造變形。

圖8 若爾蓋北緣郎木寺盆地平緩傾斜的侏羅系甲秀組(A)和白堊系熱當(dāng)壩組(B)Fig.8 The gentle-dipping Jurassic Jiaxiu Formation (A) and Cretaceous Redangba Formation (B) in the Langmusi Basin, northern Zoige block

在地表大比例尺填圖的基礎(chǔ)上，我們利用鉆井巖心和傾角測(cè)井資料等，把上述地層傾角雜亂/突變、巖心破裂或斷裂/脈體等特征發(fā)育層段定義為區(qū)域滑脫面和/或斷層強(qiáng)變形帶，恢復(fù)了紅參1井鉆井構(gòu)造剖面，揭示出若爾蓋地區(qū)三疊系復(fù)理石層系垂向構(gòu)造變形特征以及構(gòu)造重復(fù)和加厚(圖10)。地層縮短和構(gòu)造加厚取決于：①地層傾角高陡導(dǎo)致表觀/垂向鉆遇地層厚度顯著增大；②斷層沖斷與倒轉(zhuǎn)/同斜褶皺樣式等相關(guān)的地層重復(fù)。紅參1井完鉆深度為 7 012.4 m，結(jié)合前述地層傾角特征，我們計(jì)算出地層復(fù)平后厚度為5.1 km，如：1.210～1.412 km深度鉆井表觀厚度為202 m，傾角測(cè)井解釋地層傾角為70°，當(dāng)復(fù)平地層后其真實(shí)厚度僅為69 m，地層增厚率達(dá)表觀厚度的65.8%。總體上，紅參1井鉆井由于地層傾角變化因素導(dǎo)致的地層增厚量為1 912.4 m，約為總井深的27.3%。此外，為矯正構(gòu)造重復(fù)因素，如：0.5～1 km深度侏倭組和4.1～5 km深度扎尕山組等構(gòu)造增厚，我們大致計(jì)算紅參1井垂向上背斜/向斜單翼地層厚度來進(jìn)行矯正，得到構(gòu)造相關(guān)地層增厚量為1.27 km，增厚率為18.2%；4.4～5 km深度扎尕山組斜歪相似褶皺的單翼厚度僅為160 m，導(dǎo)致其地層構(gòu)造增厚率達(dá)到28.3%；其中地層最大構(gòu)造增厚率為1.4～3 km深度雜谷腦組斜歪褶皺單翼地層真實(shí)厚度約391 m，增厚率達(dá)75%。由此，紅參1井鉆遇的三疊系復(fù)理石層系由于地層傾角變化和構(gòu)造重復(fù)造成的地層加厚量共計(jì)3 182.4 m，增厚率為46%。

2.2.3 構(gòu)造縮短與地殼增厚

若爾蓋地區(qū)面積約200 km×150 km，假設(shè)區(qū)域復(fù)理石層系視厚度約為“10 km”[151]，考慮構(gòu)造變形過程中三維體積守恒特征，需要總體上約50%構(gòu)造縮短變形才能夠形成若爾蓋地區(qū)復(fù)理石層系約46%的地層增厚。深部地球物理資料也進(jìn)一步揭示出松潘-甘孜地體向北俯沖于東昆侖-西秦嶺造山帶之下，發(fā)生了顯著的區(qū)域性的地殼縮短與增厚[152]。尤其是最近通過青藏高原東北緣深部地球物理資料和構(gòu)造資料綜合解釋[153]，揭示出若爾蓋地區(qū)受控于周緣造山帶強(qiáng)烈碰撞擠壓發(fā)生地殼尺度的簡(jiǎn)單剪切雙重構(gòu)造，從而導(dǎo)致地殼強(qiáng)烈增厚，而中深部地殼的低角度剪切能夠有效地協(xié)調(diào)巖石圈垂向應(yīng)力-應(yīng)變差異性，如淺部地殼強(qiáng)變形與深部結(jié)構(gòu)完整性等。

2.2.4 巖漿作用與地殼增厚

本文試用齊波夫定律對(duì)甘肅省金昌市白家嘴子銅鎳礦床找礦潛力進(jìn)行初步預(yù)測(cè)，探討齊波夫定律對(duì)白家嘴子礦區(qū)資源預(yù)測(cè)中應(yīng)用的可能性，同時(shí)其預(yù)測(cè)結(jié)果將為白家嘴子礦區(qū)提供有用的找礦信息。

若爾蓋及其周緣地區(qū)三疊系巨厚復(fù)理石層系常常被大量印支期花崗巖侵入(圖6)，成因類型包括埃達(dá)克質(zhì)花崗巖[137,154-157]、A型花崗巖[150]、I型花崗巖[156,158]等，它們通常被認(rèn)為是同造山或后造山地殼部分熔融的產(chǎn)物。尤其是基于地球化學(xué)特征揭示出存在大量埃達(dá)克質(zhì)花崗巖，其鋯石U-Pb年齡主要為230～215 Ma(圖6)，被解釋為由下地殼增厚和巖石圈拆沉作用所致[137,150,155-156,159]，因此被作為地殼厚度已經(jīng)大于50 km的典型標(biāo)志之一。這與我們利用青藏高原中東部晚三疊世中性巖漿巖的地球化學(xué)資料所進(jìn)行的地殼厚度估算結(jié)果(圖11)基本一致，共同表明晚三疊世(約220 Ma B.P.)發(fā)生了顯著的地殼加厚。

圖9 紅參1井鉆井取心段典型沉積構(gòu)造特征圖Fig.9 Typical sedimentary structures in the Well HC1(A)正常粒序?qū)永?n.g.b.s.)示地層產(chǎn)狀正常，第1次取心，井深359 m; (B)韻律化斜層理示正常地層序列，第10次取心，井深1 319 m; (C)生物擾動(dòng)和火焰構(gòu)造等示地層倒轉(zhuǎn)，第13次取心，井深1 948 m; (D)鮑瑪序列C-D段示地層倒轉(zhuǎn)，第17次取心，井深2 988 m; (E)火焰構(gòu)造示正常地層序列，第18次取心，井深3 320 m; (F)正常粒序?qū)永?n.g.b.s.)和滑塌構(gòu)造(正斷層)示地層產(chǎn)狀正常， 第21次取心， 井深3 838 m; (G)近垂直方解石和石英腸狀脈體，第22次取心，井深4 062 m; (H)火焰構(gòu)造示地層倒轉(zhuǎn)，第24次取心，井深4 777 m

圖10 紅參1井鉆井恢復(fù)構(gòu)造圖Fig.10 Structural restoration for the drilling hole of Well HC1(A,B,C)傾角測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)揭示不同井深地層傾角變化;(D)若爾蓋地區(qū)三疊系巖性地層特征。圖中數(shù)字1～30表示鉆井取心次數(shù)與位置，綠色線段表示地層傾角

圖11 青藏高原東部晚三疊世地殼厚度估算Fig.11 Estimation of late Triassic crustal thickness of the eastern Tibetan Plateau (底圖據(jù)Chapman等[160]; 松潘-甘孜據(jù)Cai等[161]、Xia等[162]; 可可西里據(jù)Wang等[163]; 義敦?fù)?jù)Wang等[164]; 南秦嶺地殼厚度據(jù)Hu等[165])

綜合構(gòu)造變形和巖漿活動(dòng)，我們有充足的理由認(rèn)為松潘-甘孜地區(qū)在晚三疊世就已經(jīng)發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的地殼加厚。理論上，地殼加厚勢(shì)必導(dǎo)致地表隆升，不管隆升的幅度有多大(因其同時(shí)還取決于巖石圈地幔是否等比例加厚以及諸多巖石圈深部過程)。因此，我們也可以合理推測(cè)若爾蓋地區(qū)自晚三疊世末就已具有明顯的山地地形。

2.3 冷卻事件和剝蝕幅度

基于同一計(jì)時(shí)手段、不同高程樣品的年齡-高程關(guān)系法和基于同一樣品、不同封閉溫度計(jì)時(shí)手段的礦物對(duì)法，為揭示地球表面隆升和侵蝕速率提供了有效途徑，而基于不同高程(鉆井深度)剖面樣品、不同封閉溫度計(jì)時(shí)手段的多重低溫?zé)崮甏鷮W(xué)方法則是準(zhǔn)確限定剝蝕幅度和剝蝕速率的最可靠方法[111-112]。本文利用紅參1井深度跨越7km的三疊系復(fù)理石樣品開展了多重低溫?zé)崮甏鷮W(xué)測(cè)試[鋯石(U-Th)/He、磷灰石裂變徑跡和磷灰石(U-Th)/He]，首次精細(xì)構(gòu)建了紅參1井的冷卻史剖面(圖12)，可用來準(zhǔn)確恢復(fù)若爾蓋地塊的冷卻事件和剝蝕幅度。

圖12 紅參1井低溫?zé)崮甏鷮W(xué)年齡-深度關(guān)系、冷卻事件和剝蝕幅度Fig.12 Relationship among thermochronological age, depth, cooling event and exhumation in the Well HC1(低溫?zé)崮甏鷮W(xué)年齡據(jù)作者未刊數(shù)據(jù))

從紅參1井井口至井底，樣品的鋯石(U-Th)/He、磷灰石裂變徑跡和磷灰石(U-Th)/He年齡變化范圍分別為：126～8 Ma、87～0 Ma和78～4 Ma，均明顯小于其地層年齡，表明所有樣品均經(jīng)歷了重置。從年齡隨深度的變化趨勢(shì)來看，鋯石(U-Th)/He年齡揭示分別約在120 Ma B.P.和80 Ma B.P.經(jīng)歷了2次快速冷卻。磷灰石裂變徑跡年齡反映在約80 Ma B.P.經(jīng)歷了一次快速冷卻，這與鋯石(U-Th)/He年齡反映的第二次冷卻事件是一致的。磷灰石(U-Th)/He年齡揭示整個(gè)新生代期間無明顯的快速冷卻，除了在30～20 Ma B.P.間的一次非常弱的相對(duì)較快冷卻。上述3種方法獲得的年齡-深度關(guān)系共同表明紅參1井分別在早白堊世(約120 Ma B.P.)和晚白堊世(約80 Ma B.P.)經(jīng)歷了2次快速的冷卻事件，而在整個(gè)新生代期間處于極其緩慢的冷卻狀態(tài)。

假設(shè)紅參1井所在位置自印支期變形以來未再經(jīng)歷明顯的構(gòu)造縮短和重復(fù)，也就是井柱只經(jīng)歷了簡(jiǎn)單的抬升-剝蝕-冷卻過程，那么可以通過上述年齡-深度關(guān)系估算其剝蝕幅度。從鋯石(U-Th)/He數(shù)據(jù)來看，最淺部約200 m深的樣品已經(jīng)歷了完全重置，說明其經(jīng)歷的最高古地溫超過180℃[鋯石(U-Th)/He的封閉溫度取180℃[111]]，即冷卻幅度超過180℃。剝蝕厚度的估算嚴(yán)格依賴于古地溫梯度，而后者是一個(gè)未知數(shù)。紅參1井地溫測(cè)量獲得的現(xiàn)今地溫梯度為33.22℃/km[166]，但測(cè)量井段僅局限于頂部600 m的層段內(nèi)。根據(jù)本文獲得的磷灰石裂變徑跡年齡，在井深5 km附近樣品處于完全退火狀態(tài)(圖12)，按照部分退火帶底部溫度120℃估算現(xiàn)今地溫梯度不超過25℃/km。若按照現(xiàn)今地溫梯度上限25℃/km估算紅參1井的累計(jì)剝蝕厚度可達(dá)7 km左右。但是考慮到松潘-甘孜褶皺帶在白堊紀(jì)所處的地質(zhì)背景(如拉薩地體的俯沖、義敦地區(qū)的花崗巖侵入、西秦嶺地區(qū)的玄武巖噴發(fā)等)，當(dāng)時(shí)的地殼可能處于比現(xiàn)今稍熱的狀態(tài)。為此，本文按照30℃/km的地溫梯度進(jìn)行估算，紅參1井區(qū)最大累計(jì)剝蝕厚度約6 km。其中，早白堊世冷卻事件的剝蝕厚度約3 km(90℃冷卻)，晚白堊世冷卻事件的剝蝕厚度約2 km(60℃冷卻)，而整個(gè)新生代累計(jì)剝蝕厚度約1 km(30℃冷卻)。

紅參1井多重低溫?zé)崮甏鷮W(xué)年齡隨深度的變化趨勢(shì)清楚地揭示了其在白堊紀(jì)經(jīng)歷了快速而強(qiáng)烈的剝蝕，表明當(dāng)時(shí)強(qiáng)烈的隆升和明顯的地形差異。其重要意義在于：紅參1井所在的若爾蓋地區(qū)具有地塊的屬性(見前文論述)，盡管其規(guī)模較小，但這不同于一般山地由于構(gòu)造作用(如沖斷)造成的快速剝蝕，而是相當(dāng)大范圍內(nèi)的整體抬升并形成明顯的高地，是一種高原化過程。這一高地在晚白堊世末(約70 Ma B.P.)以來轉(zhuǎn)入緩慢冷卻或近于“零”剝蝕狀態(tài)，一方面表明其正式進(jìn)入高原階段(而非低海拔夷平面，因青藏高原東部主體在始新世前就已接近現(xiàn)今的高度，見前文)，另一方面也暗示此后高原范圍逐漸擴(kuò)大。若爾蓋地塊因逐漸遠(yuǎn)離高原邊緣，免于遭受邊緣帶強(qiáng)烈剝蝕而得以保存下來。

2.4 沉積記錄

基于若爾蓋地區(qū)白堊紀(jì)快速剝蝕事件的發(fā)現(xiàn)，我們重點(diǎn)對(duì)若爾蓋地塊及周緣地區(qū)白堊系的沉積特征進(jìn)行解析(圖6，圖13)。

a.中部地貌高點(diǎn)，主要包括東昆侖造山帶和若爾蓋地塊[含北部的軍功盆地(包含郎木寺盆地)、洮河盆地]。這一區(qū)域除了軍功盆地沉積了阿爾布階的陸相紅層以外，其余地區(qū)都缺失白堊系；同期東昆侖、軍功盆地、洮河盆地還出現(xiàn)了120～100 Ma B.P.的基性巖漿巖。

b.西側(cè)的海陸交互環(huán)境，主要包括拉薩、南羌塘、北羌塘地體和義敦島弧帶。這一區(qū)域在早白堊世主要以雜色的海相沉積物為主(多尼組、郎山組和雪山組)，晚白堊世才開始轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴嗉t色的磨拉石沉積。這一轉(zhuǎn)換界限剛好與拉薩和羌塘地塊的陸陸碰撞時(shí)間一致[159]。但這一區(qū)域的上白堊統(tǒng)并未受到來自北部若爾蓋地塊地貌高點(diǎn)的物源供給，也未大量出現(xiàn)鈣質(zhì)結(jié)核、石膏、鉀鹽等氣候干旱的特征。

c.東-東南側(cè)的干旱陸相環(huán)境。東側(cè)主要包括四川盆地(含東北部的宕昌盆地)，東南側(cè)由楚雄、蘭坪、思茅、呵叻-萬象盆地群構(gòu)成。

四川盆地沉積環(huán)境和物質(zhì)組成在阿普特階(夾關(guān)組底部)前后發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變。首先，沉積環(huán)境方面，早白堊世早期(天馬山組以礫巖為主，沉積環(huán)境為沖積扇-河流相)→早白堊世晚期-晚白堊世早期(夾關(guān)組以大套砂巖沉積為主并發(fā)育典型風(fēng)成砂丘，窩頭山組和打兒凼組為極度干旱環(huán)境下的風(fēng)成砂丘和丘間沉積，總體為干旱氣候下的沙漠沉積)→晚白堊世晚期(灌口組以紫紅色砂泥巖和膏鹽沉積為主，三合組為細(xì)粒沉積發(fā)育泥裂，高坎壩組發(fā)育丘間河流相泥礫沉積，晚白堊世總體為干旱氣候背景下的河流-鹽湖相沉積)。其次，物質(zhì)組成方面，物質(zhì)充填存在2次明顯的物源轉(zhuǎn)變，天馬山組為第一階段沉積，體現(xiàn)為較長(zhǎng)距離搬運(yùn)的變沉積巖再旋回沉積；第二階段為夾關(guān)組和灌口組的快速沉積。第一次物源轉(zhuǎn)變出現(xiàn)在天馬山組和夾關(guān)組之間，物源主要由中高級(jí)變沉積巖轉(zhuǎn)變?yōu)橹械图?jí)變沉積巖和巖漿巖；第二次物源轉(zhuǎn)變出現(xiàn)在灌口組，體現(xiàn)為基性-超基性物質(zhì)大量輸入(圖14)。

圖13 青藏高原東緣白堊系沉積特征與構(gòu)造事件對(duì)比Fig.13 Contrast of Cretaceous sedimentary characteristics and tectonic events in the eastern Tibetan Plateau

楚雄、蘭坪、思茅、呵叻-萬象盆地群主要位于臨滄(花崗巖基)山脈的東側(cè)，盆地的沉積物在阿普特階前后發(fā)生了明顯的變化，由早期的雜色陸相沉積轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色陸相沉積，這套陸相紅層主要由風(fēng)成沙漠和鹽湖組成，并出現(xiàn)了大量的鈣質(zhì)結(jié)核與石膏，表明其區(qū)域性的氣候以干旱為主[167]。

3 若爾蓋古高原的地質(zhì)意義

一個(gè)多世紀(jì)以來，地質(zhì)學(xué)家一直致力于對(duì)青藏高原的2個(gè)“初始”時(shí)間的深入探討：①印度板塊與拉薩地塊的初始碰撞時(shí)間，②青藏高原的初始隆升時(shí)間。第一個(gè)“初始時(shí)間”因僅涉及印度板塊與拉薩地塊2個(gè)對(duì)象的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，故前人已獲得了比較一致的看法[ 7, 172]。但對(duì)第二個(gè)“初始時(shí)間”卻涉及到若爾蓋、羌塘、拉薩與印度多個(gè)對(duì)象的碰撞拼貼，基于這些地塊的體量大小，羌塘與若爾蓋、拉薩與羌塘的這2次碰撞往往被規(guī)模更大的印度-拉薩碰撞所掩蓋，這也使得在探討青藏高原的初始隆升時(shí)間這一問題的過程中面臨更大的困難[2,7,9,10,14,41,88,173-174]。

基于大地構(gòu)造演化，三疊紀(jì)若爾蓋地塊與華南、華北板塊碰撞拼貼，之后又接連受到羌塘、拉薩、印度的“三連碰”[173]，故若爾蓋地塊應(yīng)是受到碰撞擠壓時(shí)間最早、次數(shù)最多的區(qū)域，因此若爾蓋地塊應(yīng)是青藏高原內(nèi)部最早隆起的區(qū)域。這不僅受到紅參1井的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)和鉆井構(gòu)造剖面的共同支持[116-117]，同時(shí)也得到青藏高原內(nèi)部白堊系分布特征的佐證(圖13)。推測(cè)以140 Ma B.P.拉薩與羌塘地塊的軟碰撞作為開始，110 Ma B.P.之后進(jìn)入了大陸與大陸的硬碰撞[175]。這一強(qiáng)烈的擠壓過程不僅使得拉薩與羌塘地塊產(chǎn)生了明顯的下地殼增厚[21,176-177]，更使得北部的若爾蓋地塊向北擠壓過程中受到華北板塊的剛性抵擋，其受力最強(qiáng)的北部邊界則產(chǎn)生了東西向伸展運(yùn)動(dòng)，形成一系列東西向走滑盆地，并在東昆侖地塊、軍功盆地、洮河盆地產(chǎn)生大量南北向展布的早白堊世基性巖(墻)(圖13)，強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓作用使得若爾蓋地塊在120～80 Ma B.P.期間隆升剝蝕近5 km,成為一個(gè)真正意義上的古高原。從現(xiàn)今東西向展布的特提斯域來看，從東往西共有3個(gè)不同時(shí)期形成的古高原：若爾蓋古高原(約80 Ma B.P.)、原青藏高原(約40 Ma B.P.)和伊朗高原(9～5 Ma B.P.)。基于時(shí)空序列來看，這一由東向西的高原生長(zhǎng)歷程剛好與特提斯域的關(guān)閉過程一致[7,178]。

圖14 四川盆地白堊系物源轉(zhuǎn)變及沉積期次對(duì)比Fig.14 Comparison of Cretaceous provenance change and depositional transition in the Sichuan Basin1～6.電氣石Al-Fe(tot)50-Mg50三端元分類[168]: 1.富Li花崗巖、花崗偉晶巖和細(xì)晶巖; 2.貧Li花崗巖、花崗偉晶巖和細(xì)晶巖; 3.富Fe石英-電氣石巖(熱液蝕變花崗巖); 4.含鋁飽和礦物變質(zhì)泥巖; 5.不含鋁飽和礦物變質(zhì)泥巖; 6.富Fe3+石英-電氣石，鈣硅酸鹽和變質(zhì)泥巖。7,8.電氣石Ca-Fe(tot)-Mg三端元分類: 7.富鈣變沉積巖; 8.貧鈣變沉積巖。M-F.金紅石Metamafic-Metapeltic分類[169]：M.變鐵鎂質(zhì)巖(基性-超基性巖)來源金紅石; F.變泥質(zhì)巖(長(zhǎng)英質(zhì))來源金紅石。A,B1,B2,C1.石榴石Ca-Mg-(Fe+Mn)三端元分類[170-171]: A.麻粒巖相高級(jí)變沉積巖或紫蘇花崗巖和深部中性長(zhǎng)英質(zhì)火山巖; B1.中-酸性巖漿巖; B2.角閃巖相變沉積巖; C1.高級(jí)變鐵鎂質(zhì)巖

拉薩與羌塘地塊的陸陸碰撞作用范圍不僅作用于若爾蓋古高原地區(qū)，還影響到了南部臨滄地區(qū)，使得臨滄花崗巖基在早白堊世隆升近2 km[58]。從地理位置上來看，南部的臨滄(花崗巖基)山脈與北部的若兒蓋古高原剛好連成了一個(gè)南北向展布的地貌高線。這一南北方向的高原-山脈也使得東西兩側(cè)白堊紀(jì)的沉積面貌明顯不同：西側(cè)主要沉積了陸相紅層；東側(cè)的白堊系主體以陸相紅層為主，但卻在120 Ma B.P.以后出現(xiàn)了明顯的風(fēng)成沙漠和鉀鹽2種特殊的氣候干旱沉積(圖13)。從兩側(cè)明顯的差異也可以看出，若爾蓋高原-臨滄山脈的西側(cè)雖然形成的氣候較為干旱，但明顯受到來自西側(cè)特提斯洋吹來的溫暖-潮濕的夏季風(fēng)影響；但夏季風(fēng)卻無法影響到東側(cè)地區(qū)，為此東側(cè)主要受到來自北部西伯利亞地區(qū)寒冷-干燥的冬季風(fēng)影響，在四川-楚雄-蘭坪-思茅-萬象-呵叻盆地群形成了大規(guī)模的風(fēng)成沙漠，干旱氣候下冬季風(fēng)的作用還帶走盆地群中咸化湖泊的大量水分并富集鉀鹽[179-180]。

因此，若爾蓋古高原的發(fā)現(xiàn)和提出不僅有助于深化人們對(duì)于青藏高原隆升和生長(zhǎng)過程的理解(如青藏高原可能不是隨著印-亞大陸的碰撞從雅魯藏布江縫合帶逐漸向北和向東生長(zhǎng)形成的)，也將引發(fā)人們對(duì)青藏高原形成機(jī)制的重新思考(如目前的絕大多數(shù)構(gòu)造模式并未考慮印-亞碰撞前的地形建造)，以及對(duì)其氣候-環(huán)境-資源效應(yīng)的關(guān)注(如羌塘-若爾蓋古高原的形成是否強(qiáng)化了青藏高原東緣白堊紀(jì)氣候的干旱化而出現(xiàn)大量的白堊紀(jì)至新生代早期的沙漠沉積和鹽湖沉積)。

4 結(jié)論和需進(jìn)一步研究的問題

基于紅參1井鉆井剖面構(gòu)造恢復(fù)和多重低溫?zé)崮甏鷮W(xué)測(cè)試，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、沉積學(xué)、年代學(xué)等資料，我們提出并論證了青藏高原東緣中生代若爾蓋古高原的形成，取得的初步結(jié)論包括：

a.若爾蓋地塊是一個(gè)具有親揚(yáng)子地塊基底組成、相對(duì)穩(wěn)定、具有一定剛性的地塊。

b.紅參1井鉆遇7 000余米的三疊系復(fù)理石層系其46%的厚度是由構(gòu)造重復(fù)所致，表明松潘-甘孜地區(qū)在晚三疊世就發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的地殼加厚，形成了接近現(xiàn)今的地殼厚度并導(dǎo)致埃達(dá)克質(zhì)花崗巖的廣泛發(fā)育。

c.紅參1井所在的若爾蓋地塊分別在白堊紀(jì)中期約120 Ma B.P.和約80 Ma B.P.經(jīng)歷了2次快速的冷卻事件，累計(jì)剝蝕厚度達(dá)5 km，之后轉(zhuǎn)入極其緩慢的冷卻過程，整個(gè)新生代都處于近乎“零”剝蝕的狀態(tài)而被動(dòng)地抬升到現(xiàn)今高度。

d.青藏高原東部以若爾蓋地塊為代表的松潘-甘孜地區(qū)早在新生代印-亞大陸碰撞之前、最晚在白堊紀(jì)末期(約70 Ma B.P.)就已形成高原——若爾蓋古高原。它的形成是基于晚三疊世中國(guó)大陸主體拼合過程中的構(gòu)造縮短和地殼加厚，隨著白堊紀(jì)中期拉薩-羌塘碰撞而發(fā)生強(qiáng)烈隆升且基本定型，并在新生代期間印-亞大陸碰撞和持續(xù)匯聚過程中得到進(jìn)一步發(fā)展而被整合成為青藏高原的一部分。

e.若爾蓋古高原加劇了青藏高原東緣白堊紀(jì)氣候干旱化，出現(xiàn)了大量沙漠沉積和膏鹽沉積，并造成四川盆地西緣在白堊紀(jì)中期出現(xiàn)了重要的物源轉(zhuǎn)變。

我們通過紅參1井多重低溫?zé)崮甏鷮W(xué)測(cè)試首次揭示了青藏高原東緣若爾蓋地塊在白堊紀(jì)中期(120～80 Ma B.P.)經(jīng)歷了厚達(dá)5 km的快速剝蝕，進(jìn)而提出青藏高原東部在新生代之前就已形成若爾蓋古高原的觀點(diǎn)。這是一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，還有待更多的資料來驗(yàn)證，許多關(guān)鍵科學(xué)問題尚需進(jìn)一步的深入研究，包括：①若爾蓋古高原形成的確切時(shí)限、范圍和古高度；②若爾蓋古高原形成的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)機(jī)制；③若爾蓋古高原與羌塘古高原的關(guān)系；④若爾蓋古高原巨量剝蝕物質(zhì)的沉積去向；⑤若爾蓋古高原的氣候-環(huán)境-資源效應(yīng)；⑥若爾蓋古高原的保存/破壞機(jī)制等。

研究過程中得到中國(guó)石化勘探分公司的大力支持，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)王成善院士給予了熱情指導(dǎo)，野外工作得到四川省地礦局川西北地質(zhì)隊(duì)楊恒書教授級(jí)高工的指導(dǎo)和幫助，在此一并致以誠(chéng)摯感謝。