胡東生，張華京，徐 冰，溫景春，田新紅，張國偉

(1.湖南師范大學資源環(huán)境科學學院，長沙 410081;2.西北大學大陸動力學國家重點實驗室，西安 710056;3.湖南師范大學化學化工學院，長沙 410081;4.中國海洋大學海洋地球科學學院，山東 青島 226071;5.中國科學探險協(xié)會，北京 100083)

青藏高原腹地第四紀地質(zhì)環(huán)境演化的地球動力學機制

胡東生1，2，張華京3，徐 冰4，溫景春5，田新紅2，張國偉2

(1.湖南師范大學資源環(huán)境科學學院，長沙 410081;2.西北大學大陸動力學國家重點實驗室，西安 710056;3.湖南師范大學化學化工學院，長沙 410081;4.中國海洋大學海洋地球科學學院，山東 青島 226071;5.中國科學探險協(xié)會，北京 100083)

根據(jù)古季風變化與生物生產(chǎn)總量之間的耦合關(guān)系，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)演變和地球衛(wèi)星遙感影像解譯成果，對引起高原內(nèi)部古氣候環(huán)境變化發(fā)展過程的啟動激發(fā)因素和相互耦合機制及其驅(qū)動傳遞效應進行探索研究，這個方向目前仍然屬于高原地質(zhì)環(huán)境演變及全球變化的前沿領(lǐng)域。

第四紀地質(zhì)環(huán)境演化;地質(zhì)構(gòu)造事件響應;地球場效動力傳遞鏈;青藏高原腹地

1 前言

青藏高原以其特有的自然環(huán)境、豐富的自然資源和對周邊地區(qū)氣候與環(huán)境的深刻影響，一直成為科技界矚目的熱點［1］;且青藏高原的獨特地表景觀、多樣性的生物物種和對全球氣候與環(huán)境的啟動效應，成為學術(shù)界長期研究的前沿方向。前沿方向研究中地質(zhì)記錄的證據(jù)是至關(guān)重要的，其地質(zhì)載體在中、小尺度的分辨率中以冰川巖芯、湖泊巖芯等方面的記錄最為重要，在大尺度的分辨率中則要注意地球陸面過程整體事件的發(fā)生、發(fā)展及演化，記載方式在區(qū)域上具有多樣性的特點。根據(jù)青藏高原腹地可可西里地區(qū)湖泊沉積記錄古氣候、古環(huán)境的變化，第四紀晚冰期以來高原內(nèi)部的氣候環(huán)境一直處于波動發(fā)展的狀態(tài)，采用特定的替代性指標所反演的古季風活動也是處于波動變化的態(tài)勢［2］。

2 第四紀地質(zhì)環(huán)境

青藏高原第四紀地質(zhì)環(huán)境演化備受國際地球科學學術(shù)界的關(guān)注，也存在激烈交鋒的學派爭議和不同思想的學術(shù)觀點，大冰蓋有無之說就是其中熱點之一，但在第四紀冰期劃分和發(fā)展階段的認識上意見基本一致。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)的長期調(diào)查和深入研究，中國第四紀地層與亞洲地區(qū)同類地質(zhì)環(huán)境可以相互對比，充分說明中國環(huán)境是東亞地區(qū)及全球變化的一部分。據(jù)最近的研究，中國大陸確認存在第四紀3次至4次冰期活動，并且都是構(gòu)造隆升和氣候變化雙重作用的影響結(jié)果。

根據(jù)喜馬拉雅山地區(qū)、昆侖山地區(qū)、黃河源地區(qū)等調(diào)查研究資料，普遍認為青藏高原第四紀地質(zhì)歷史演化中發(fā)生了3或4次冰期活動［3］，兩者之間并不存在實質(zhì)性的差別和異議，為了便于區(qū)域?qū)Ρ葘⑵浣y(tǒng)一歸納為4次冰期活動，這4次冰期活動相互伴隨著其間發(fā)育的間冰期氣候環(huán)境。長期調(diào)查的結(jié)果表明，青藏高原的第四紀冰期活動與全球氣候變化規(guī)律是相一致的。根據(jù)高原邊緣新生代沉積盆地(柴達木盆地)內(nèi)緣斷陷堆積地層與高原面隆升的互動及反饋關(guān)系，盆地邊緣(南緣)發(fā)育的4級疊壘式?jīng)_積扇群就清楚地表明青藏高原第四紀以來發(fā)生了4次強烈的抬升階段及其環(huán)境變化過程［4］。

2.1 早更新世

青藏高原這一時期平均海拔為2000±m(xù)，山地高度在海拔3000 m以上［5］;根據(jù)地體中心地理位置的綜合演算［6］，高原范圍緯度為北緯 23°～35°N;以亞熱帶半濕潤―半干旱氣候類型為主，由于高原隆升伊始內(nèi)部高差較小，區(qū)域氣候型表現(xiàn)特征為平原型氣候環(huán)境［6］。草原―森林植被發(fā)育［5］，雨量較充沛，地表徑流多被圈閉積潴成湖，是高原上的大湖時期［6］。早更新世晚期，隨著高原的進一步抬升、高原環(huán)流的轉(zhuǎn)型以及全球氣候的變冷，青藏高原第四紀第1次冰川活動——希夏邦馬冰期(1170～ 800 ka.B.P.)發(fā)育［3］，發(fā)現(xiàn)的冰川遺跡表明主要以山岳冰川類型為特征，是否后來發(fā)育成為遍布高原的大冰蓋［7］，目前在學術(shù)界爭議較大，有待更深入的調(diào)查和持續(xù)研究。早更新世末期出現(xiàn)了短暫的間冰期氣候環(huán)境，發(fā)育了紅土堆積［5］以及溶巖地貌［7］等。

2.2 中更新世

青藏高原這一時期平均海拔為3000±m(xù)，山地高度在海拔4000～4500 m以上［3］，根據(jù)地理位置計算高原范圍緯度為北緯24°～36°N或25°～37°N，以亞熱帶―溫帶半干旱氣候類型為主，發(fā)育草原―疏林植被，受高原內(nèi)部山體的加積作用和流水侵蝕作用等影響，區(qū)域氣候型表現(xiàn)特征為山地型氣候環(huán)境［6］。

中更新世初期發(fā)生了青藏高原第四紀第2次冰川活動——聶聶雄拉冰期(720 ～ 500 ka.B.P.)［3］，區(qū)域調(diào)查資料認為這次冰期作用范圍較大，喜馬拉雅山、岡底斯山、唐古拉山、昆侖山、巴顏喀拉山和稻城海子山都有冰期出現(xiàn)，在若爾蓋盆地也有相應的冰期氣候［3］出現(xiàn)。繼后出現(xiàn)間冰期氣候，發(fā)育了紅色古土壤及河湖相沉積，這個時期也是高原上的湖泊萎縮期［6］，大氣降水明顯減少，整體氣候比較干燥;但在高原邊緣柴達木盆地湖泊的水位面普遍較高［4］，這與間冰期氣溫較高和冰雪消融水量增大存在密切的關(guān)系。

中更新世晚期發(fā)生了青藏高原第四紀第3次冰川活動——古鄉(xiāng)冰期(300 ～130 ka.B.P.)［3］，調(diào)查資料顯示這個時期多以山谷冰川或網(wǎng)狀冰川［3］為特征，局部有冰蓋出現(xiàn)［3，5，8］，冰流運動指數(shù)表明其冷性降水較多，其冰川覆蓋范圍有擴展的趨勢。

2.3 晚更新世

青藏高原這一時期平均海拔為4000±m(xù)［6］或4000～5000 m［5］，山地高度在海拔 5000 m 以上，高原緯度范圍為北緯26°～38°N或27°～39°N，高原環(huán)境以溫帶干旱―半干旱氣候為特征，發(fā)育草原―灌叢植被，由于高原侵蝕作用的加強和地貌發(fā)展旋回進入壯年期，區(qū)域氣候型表現(xiàn)特征為盆地型氣候環(huán)境［6］。隨著中更新世晚期冰川(古鄉(xiāng)冰川)的退縮而進入晚更新世，其早期出現(xiàn)的間冰期氣候，發(fā)育了黃色古土壤及黃土狀堆積，局部產(chǎn)生了紅色土［3］;受高原氣候逐漸干化的影響，這個時期是高原湖泊發(fā)展演化過程中的分離期［5］，普遍發(fā)生水體分割與湖泊變小的情況。晚更新世晚期發(fā)生了青藏高原第四紀第4次冰川活動——白玉冰期(70～10 ka.B.P.)［3］，冰川遺跡調(diào)查表明多以山谷冰川為主要特征。

2.4 全新世

青藏高原這一時期平均海拔為5000±m(xù)，山地高度在海拔6000 m以上，高原緯度范圍約為北緯28°～40°N，受氣候地帶性及垂直分異的影響，高原環(huán)境以溫帶―寒帶干旱氣候為特征，區(qū)域氣候型表現(xiàn)特征為高原型氣候環(huán)境［6］。第四紀末次冰期冰消期以后進入全新世，高原氣溫普遍回升轉(zhuǎn)暖，受高原效應的影響其整體氣候的總體趨勢維持向干旱化發(fā)展，但仍有波動變化的特征［9］，這個時期是高原湖泊的干化期［6］，高原物理風化侵蝕強烈，化學蒸發(fā)鹽類沉積十分發(fā)育。

3 氣候變化事件

在青藏高原腹地湖相沉積剖面的綜合研究中，查清了三萬余年以來湖泊環(huán)境演化序列［10］，重建了湖泊沉積序列與古氣候變化的響應過程，檢出了湖泊沉積記錄的“仙女木期”古氣候顫動事件，破譯了湖泊沉積記錄的古季風變化特征，并發(fā)現(xiàn)高原腹地冰后期氣候適宜期存在早跳現(xiàn)象或早搏現(xiàn)象［2］。這些研究進展均表明高原的內(nèi)部效應和邊緣效應具有不同的表現(xiàn)形式［6］，這在青藏高原和中國東部與東亞以及全球變化的環(huán)境鏈響應機制的分析研究中是十分重要的。在青藏高原與周邊地區(qū)的地球表面過程影響中，依次鏈接著冰川、湖泊、沙漠、黃土等陸表景觀現(xiàn)象，它們在景觀地質(zhì)學和地球動力學及其全球變化響應上的表現(xiàn)存在不同的特型表征形式，其間可能的耦合機制就是地球場效關(guān)系的影響及其演化過程。

根據(jù)層序地層學和氣候地層學及年代地層學的綜合分析(見圖1)，距今三萬余年以來青藏高原腹地湖相剖面記錄的地質(zhì)環(huán)境演變與全球第四紀末次冰期以來氣候變化對比分析的時間序列響應如下所示。

圖1 青藏高原腹地茍弄措湖泊沉積柱綜合演化圖Fig.1 The synthesis evolvement map of lake’s sedimentary pillar of the Goulucuo Lake in the hinterland of Qinghai－Xizang(Tibet)plateau

間冰期氣候:時間域為32 ka.B.P.以前，這一時期施雅風曾稱之為第四紀末次冰期中的大間冰階，并相當于海洋沉積巖芯的同位素第3階段的晚期(MIS 3a)，同時也認為是個高溫降水時期［11］，也稱之為高原大湖期或大水湖時期［12］，又稱之為區(qū)域性的大水期;這些名稱及時間域所反映的環(huán)境事件，都與第四紀早期地質(zhì)歷史發(fā)展中的高原邊緣盆地鹽湖演化的泛湖階段(Q1)及高原內(nèi)部抬升面(高原面)湖泊演化的大湖期(Q1)［13］是完全不同的，它們在時間尺度和表征的事件序列上也不能等同。這一時期沉積物δ18O的豐度為－0.378%，沉積物δ13C的豐度為－0.057%，表明這一時期的氣溫較高、年降水量也較大，湖泊水位面處于高位面;區(qū)域湖相地層巖性沉積結(jié)構(gòu)和生物沉積總量的分析也表明，這一時期高原整體氣候以冷干偏濕為特征。

冰盛期氣候:時間域為 32～18 ka.B.P.，處于第四紀末次冰期的最后一個冰進階段，這一時期沉積物 δ18O的豐度變化從 －0.378% 下降到－0.874%，沉積物δ13C的豐度變化從－0.057%上升到0.971%，表明氣溫下降到本區(qū)沉積物記錄到的最低水平，但年降水量的波動變化較大;這一時期高原季風強度表現(xiàn)較為微弱，冷性環(huán)流與暖性環(huán)流的相對強度之比約為1∶0.5，生物生產(chǎn)總量也隨之處于最低水平。氣候?qū)有蚴录兓砻鳎麄€冰盛期期間也存在相對的冷濕(32 ～30 ka.B.P.)—冷干(30 ～22 ka.B.P.)— 冷濕(22 ～18 ka.B.P.)的波動變化，鹽類沉積與冰盛期的冷干階段相對應，這個時期也是青藏高原重要的成鹽時期［13］。高原東北部柴達木盆地察爾汗鹽湖演化中鹽系建造［4］的分析及研究表明，第四紀晚更新世以來的成鹽旋回中 S1(25 ～21.8 ka.B.P.)、S2(19.7 ～19 ka.B.P.)，S3(18 ～16.5 ka.B.P.)［14］或經(jīng)重測修校后則為 S1(31～25.8 ka.B.P.)、S2(23.3 ～20 ka.B.P.)、S3(19 ～16.5 ka.B.P.)［15］，在這些沉積旋回層中石鹽析出時段也主要發(fā)生在這一時期。

冰后期增溫期氣候:時間域為18 ～13 ka.B.P.，這一時期沉積物δ18O的豐度變化為－0.127% ～－0.136%，沉積物δ13C的豐度變化為0.713% ～0.639%，冷性環(huán)流與暖性環(huán)流的相對強度之比約為1∶2～3，表明這一時期溫度較高、降水幅度較大其波動也較為平穩(wěn)，沉積物記錄的生物生產(chǎn)總量呈持續(xù)上升趨勢，湖泊水位面普遍處于高位面，其間有較小幅度的波動變化，青藏高原冰川普遍出現(xiàn)退縮現(xiàn)象［3］，高原整體氣候以熱濕為主要特征。

仙女木期氣候顫動期:時間域為13 ～9.8 ka.B.P.，這個氣候顫動期在高原腹地中心鉆孔巖芯高分辨率分析中清楚地檢出3個明顯的降溫(冷干)事件［2］即:a.老仙女木事件(OD)時間域為 13 ～12.7 ka.B.P.并延續(xù)了300 a，其后出現(xiàn)了延續(xù)700 a(12.7～12 ka.B.P.)的冷濕時段;b.中仙女木事件(MD)時間域為12～11.8 ka.B.P.并延續(xù)了200 a，其后出現(xiàn)延續(xù)800 a(11.8 ～ 11 ka.B.P.)的冷濕時段;c.新仙女木事件(YD)時間域為11 ～10.4 ka.B.P.并延續(xù)了600 a，其后出現(xiàn)延續(xù)600 a(10.4 ～9.8 ka.B.P.)的冷濕時段。在高原腹地區(qū)域湖相地層的綜合分析中僅清楚地檢出了新仙女木事件［2］，其相應的時間域為 11～9.8 ka.B.P.，這種情況與沉積剖面的分辨率及取樣密度有關(guān)系。新仙女木事件在青藏高原及其周邊地區(qū)都被清楚的檢出［16］，但完整確切可靠的仙女木期氣候顫動事件的研究報道在中國并不多見，可能與沉積物記錄的時間尺度以及年代檢測的精度有很大關(guān)系。這個時期生物生產(chǎn)總量急劇下降，沉積物δ18O的豐度變化為－0.184% ～ －0.198% ～ －0.804%～ －0.114%，沉積物 δ13C 的豐度變化為 0.54%～0.804% ～ －0.29% ～0.305%，冷性環(huán)流與暖性環(huán)流的相對強度之比約為5～7∶1，高原環(huán)境是以寒冷為主的伴有干－濕波動變化的氣候特征，其中新仙女木事件所表現(xiàn)的冷干現(xiàn)象非常顯著，新仙女木期其溫度下降了10.3～11.5℃之多。柴達木盆地察爾汗鹽湖晚第四紀鹽系建造［4］中，成鹽旋回S4(15 ～ 8 ka.B.P.)［14］或修校后 S4(15 ～ 8 ka.B.P.)［15］也是這個時期的同期產(chǎn)物，成鹽旋回的沉積事件與仙女木期氣候降溫時間基本吻合。高原內(nèi)部的坑探作業(yè)在卓乃湖南岸階地剖面中出現(xiàn)冰磧巖礫［2，6，10］，其上覆湖相細碎屑沉積物的年齡為 10 ka.B.P.(10.124 ±0.228 ka.B.P.)，反映當時高原冰川活動的范圍是比較廣泛的，也意味著末次冰期氣候的影響最終退出。

北方期氣候:時間域為 9.8 ～7 ka.B.P.，這一時期沉積物 δ18O的豐度變化為 －0.104% ～－0.145%，沉積物δ13C的豐度變化為0.305% ～0.195%，冷性環(huán)流與暖性環(huán)流的相對強度之比約為1∶4～5，生物生產(chǎn)總量出現(xiàn)急速上升其相對數(shù)量達到仙女木期前的起始階段，意味著這一時段的氣候環(huán)境是生物生長的最適宜時期。中國大部分地區(qū)全新世氣候適宜期的時間域為 7500 ～ 3000 a.B.P.［17］，青藏高原周邊山地在這一時段的時間為7500～5000 a.B.P.［3］，在高原腹地同一時期的時間則提前了約2000±a，形成高原氣候發(fā)展過程中的“早搏”或“早跳”現(xiàn)象［2，4］。青藏高原全新世氣候適宜期的“早搏”或“早跳”現(xiàn)象［2，4］應特別值得注意，這種從青藏高原(腹地—邊緣)—中國東部—東亞—全球的依次影響和連續(xù)反應的氣候演化過程，可以表征為氣候環(huán)境動力系統(tǒng)的鏈反應過程［18］。

大西洋期氣候:時間域為7 ～5 ka.B.P.，這一時期沉積物δ18O的豐度變化為 －0.145% ～ －0.453%～ －0.649%，沉積物 δ13C的豐度變化為0.195%～0.09% ～0.01%，冷性環(huán)流與暖性環(huán)流的相對強度之比約為1∶1，生物生產(chǎn)總量比北方期稍低［2］，高原整體氣候以冷干偏濕為特征。這一時段約在5500 a.B.P.前后出現(xiàn)明顯的降溫顫動現(xiàn)象，溫度降溫幅度約在3.3～8.4℃之間，但降水變化不明顯，這一降溫事件也許就是高原新冰期的開始。高原周邊山地新冰期的發(fā)生時間為3000±a.B.P.［19］，值得注意的是高原腹地新冰期的發(fā)生時間同樣比周邊地區(qū)提早了約2000±a。

亞北方期氣候:時間域為5～3 ka.B.P.，這一時期冷性環(huán)流與暖性環(huán)流的相對強度之比約為1∶0.5，高原整體氣候以冷干偏涼為特征。高原腹地中心鉆孔剖面湖相地層沉積特征表明，在4000 a.B.P.以前湖泊水位面維持高位面，在4000 a.B.P.以后則出現(xiàn)低位面，反映了這一時期仍有干－濕波動變化，前期偏濕，后期偏干。

亞大西洋期氣候:時間域為3 ka.B.P.至今，這一時期冷性環(huán)流與暖性環(huán)流的相對強度之比約為1∶1，高原整體氣候以冷干偏暖為特征。中心鉆孔巖芯記錄表明，在3000 ～1500 a.B.P.湖泊水位面維持高位面，1500 ～ 1000 a.B.P.出現(xiàn)短暫的干冷時段，在1000 ～800 a.B.P.發(fā)生了明顯的洪水事件［20］，800 a.B.P.以后湖泊水位面維持低位面的狀態(tài)。

4 構(gòu)造事件及驅(qū)動過程

4.1 構(gòu)造事件鏈

青藏高原的隆起是導致高原第四紀地質(zhì)環(huán)境發(fā)生變化的最大動力作用，然而進入晚第四紀以來高原氣候環(huán)境出現(xiàn)劇烈動蕩變化和波動發(fā)展演化的態(tài)勢，很難完全直接歸因于大陸板塊碰撞和高原隆起過程，地質(zhì)調(diào)查資料表明地殼運動引起的板塊碰撞所導致的殼內(nèi)物質(zhì)調(diào)整及其變化與響應過程才是其真正的動力來源。根據(jù)地質(zhì)綜合勘查資料的分析研究，青藏高原地體巖石圈結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為滑脫層、熔融層和韌性(或韌粘性)剪切層［21］，多層殼的巖石物質(zhì)結(jié)構(gòu)導致了地殼變形的復雜性和陸表演變過程的變異性;有證據(jù)證明高原中心深部存在地幔底辟作用及其熔漿對流體，導致形成殼幔層間接力傳遞式的多次疊覆式的特殊熱結(jié)構(gòu)現(xiàn)象，高原地表豐富的地熱分布區(qū)和水熱爆炸活動［22］也證實了深部熱儲構(gòu)造的存在，那么熱事件的活動周期與地殼區(qū)域應力場就發(fā)生密切的關(guān)系［23］。根據(jù)最近的研究，高原中心地帶地殼深部存在地震波(橫波)不能穿過的構(gòu)造體，表明其結(jié)構(gòu)差異和動力源范圍及空間作用場的基本特征應屬于熔融性巖體。利用地球MAGSAT衛(wèi)星地磁總強度數(shù)據(jù)［24］的分析材料，青藏高原中心區(qū)域的視磁化強度呈緊密圈閉體(0.05 A/m)，預示著高原地殼深部存在一個周邊界線清楚完整的構(gòu)造體，其范圍約為:31°～ 36°N、79°～ 95°E。這個視磁性構(gòu)造體與地震波構(gòu)造體及熱儲構(gòu)造體中心的位置是基本相重疊的，這種構(gòu)造體的核心部位可能就是地幔底辟形成的熔漿對流構(gòu)造體。

這些構(gòu)造事件鏈所表現(xiàn)的展布范圍及空間位置為由邊緣向中心:視磁性構(gòu)造體—熱儲構(gòu)造體—地震波構(gòu)造體—熔漿對流構(gòu)造體，反映在水平方向上不同結(jié)構(gòu)的構(gòu)造體由外向內(nèi)、由大到小的逐級控制關(guān)系;其物質(zhì)結(jié)構(gòu)及相互作用過程表現(xiàn)為由深層向淺層:熔漿對流構(gòu)造—地震波構(gòu)造—熱儲構(gòu)造—視磁化構(gòu)造，反映在垂直方向上為不同屬性的構(gòu)造體由深向淺、由小到大的逐次控制關(guān)系。

4.2 構(gòu)造系統(tǒng)驅(qū)動

根據(jù)Landsat地球衛(wèi)星資料鑲嵌的中國遙感影像的圖解分析，精細解譯了青藏高原區(qū)域大地構(gòu)造系統(tǒng)及其構(gòu)造形式和展布范圍(見圖2)，其邊部及東部普遍發(fā)育線形構(gòu)造，其中心及西部則發(fā)育特殊的環(huán)形構(gòu)造。環(huán)形構(gòu)造的發(fā)育部位與高原區(qū)域視磁化構(gòu)造體的中心位置相吻合，線性構(gòu)造的發(fā)育部位與其視磁化構(gòu)造體的外圍位置相吻合，反映出高原深部結(jié)構(gòu)與淺部構(gòu)造在發(fā)展演化過程中的相關(guān)性和耦合性。根據(jù)綜合地質(zhì)調(diào)查資料，青藏高原中心地體的物質(zhì)空間屬性能夠清楚表述，由深部向淺部(即垂直尺度)表征為地幔羽—地幔底辟—殼幔層間傳遞—視磁化構(gòu)造—環(huán)形構(gòu)造系統(tǒng)—線性構(gòu)造系統(tǒng)，由中心向邊緣(即水平尺度)表征為環(huán)形構(gòu)造—線形構(gòu)造和緊密圈閉體—寬緩發(fā)散體及熱事件—冷事件系統(tǒng)［21，22，24，25］;其構(gòu)造系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型過程及穿插關(guān)系表現(xiàn)為線形構(gòu)造發(fā)育較早、環(huán)形構(gòu)造發(fā)育較晚，反映了高原地體發(fā)育過程中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)是由冷性向熱性演變的，這種狀況和大陸板塊碰撞事件以及地體內(nèi)部地幔羽的發(fā)育演化及其效應相吻合，綜合資料表明環(huán)形構(gòu)造系統(tǒng)的發(fā)育是在區(qū)域構(gòu)造應力場之上疊加了熱事件應力場共同作用形成。青藏高原實測熱流數(shù)據(jù)［22］表明地幔底辟作用在高原中心普遍存在，高原地體在前中生代為完全固化的冷地體特征［26］，自新生代以來主要表現(xiàn)為熱地體特征。脫離地幔羽的地幔底辟作用形成一個特殊的熱動力系統(tǒng)，由于其湍流作用擴散分裂成許多熱點現(xiàn)象。這些熱動力作用在區(qū)域構(gòu)造應力背景條件下轉(zhuǎn)變出現(xiàn)新的熱構(gòu)造場，導致熱事件及其傳動過程的發(fā)生，并對其影響范圍內(nèi)的地殼表層構(gòu)造進行改造和控制，便出現(xiàn)圍繞熱構(gòu)造場中心形成環(huán)狀構(gòu)造系統(tǒng)，并在外圍地帶相對處于冷構(gòu)造場環(huán)境疊加繼承發(fā)育線性構(gòu)造系統(tǒng)。根據(jù)最近的研究表明，高原地體在第四紀中—晚期遭受區(qū)域南北向擠壓應力場作用形成了龐大的地塹系［27］，這些地塹系都是追蹤了環(huán)形構(gòu)造系統(tǒng)的中心及邊緣接合部位發(fā)展;而且地塹系的發(fā)育范圍也都限制在環(huán)形構(gòu)造系統(tǒng)展布的區(qū)域以內(nèi)，環(huán)形構(gòu)造系統(tǒng)發(fā)育的區(qū)域被外圍大型線性構(gòu)造系統(tǒng)所夾持及包絡起來，反映晚近構(gòu)造活動是繼承性構(gòu)造活動，受到區(qū)域構(gòu)造應力場的控制。

圖2 青藏高原構(gòu)造系統(tǒng)分布略圖Fig.2 Dispersed map of the structural system in Qinghai－Xizang(Tibet)plateau

區(qū)域地質(zhì)及構(gòu)造跡象的綜合表明，青藏高原中心及西部的環(huán)形構(gòu)造系統(tǒng)屬于熱構(gòu)造系統(tǒng)，其外圍及東部的線性構(gòu)造系統(tǒng)屬于冷構(gòu)造系統(tǒng)。地球巖石圈動力學屬性及動力驅(qū)動過程的分析表明，區(qū)域構(gòu)造應力場的活動性激發(fā)和控制了地殼熱動力作用的周期性。青藏高原在形成及隆起過程中，大陸板塊碰撞的初期由于劇烈的動力作用出現(xiàn)線形構(gòu)造和火山活動現(xiàn)象，在后期隨著高原地體的加積和擴散作用發(fā)生動力轉(zhuǎn)型出現(xiàn)隱性熱事件及環(huán)形構(gòu)造系統(tǒng)。這種隱性熱事件及環(huán)形構(gòu)造系統(tǒng)具有特殊的動力效應，除在地體表層形成特殊的圈閉或半圈閉的構(gòu)造形跡之外，還可在地表及淺層形成一定范圍的熱擴散及熱效率，這是高原地體獨有的熱力學特性，它在高原古氣候演變中作為特殊的下墊面可以發(fā)揮重要的激變作用和誘發(fā)作用。

5 環(huán)境耦合機制

青藏高原NCAR－CCMI動力氣候模型［28］的試驗結(jié)果顯示，隆起“臨界高度”［29］是高原環(huán)境變化的重要轉(zhuǎn)型時期;在此之前高原內(nèi)部降水較多、氣溫下降－5～－10℃、西南季風深入大陸西部;在此之后高原內(nèi)部降水減少、氣溫下降－5～－10℃、西南季風隨之消失?！芭R界高度”是高原開始隆起至現(xiàn)代高度一半時期的高度，其海拔約為2500～3000 m之間，處于第四紀早更新世晚期時期的高度范圍，也對應于青藏高原第四紀第一次冰期希夏邦馬冰期活動時期，標志著高原氣候轉(zhuǎn)型事件的開始。而且，青藏高原的大幅度隆起及大陸構(gòu)造形變進一步導致了全球變冷［30］。我國長期的氣候觀察［31］和泥餅物理實驗及物質(zhì)流場分析［2］的結(jié)果證明，夏季高原面上盛行氣旋性環(huán)流，冬季高原面上盛行反氣旋性環(huán)流。在我國第四紀晚冰期古氣候數(shù)值模擬試驗［32］中，青藏高原夏季受氣旋性環(huán)流的控制，冬季卻受偏轉(zhuǎn)西風環(huán)流的影響，這個結(jié)果是模型邊界脅迫條件中對高原冷性指數(shù)估計不足所引起的，實際上偏西風環(huán)流在高原面的方向也與反氣旋性環(huán)流的方向基本一致。地球下墊面與氣候存在互為反饋作用，氣候反演中對冷性指數(shù)計算偏低，就會出現(xiàn)青藏高原溫度效應不明顯［32］的現(xiàn)象。這種情景也反映出這樣的環(huán)境變化跡象，青藏高原效應對全球氣候的影響并不是線性發(fā)展的，這也引起研究者對高原冰期和冰蓋范圍及氣候響應的反思及探討。盡管如此，第四紀晚冰期古氣候數(shù)值模擬試驗［32］還是反映出青藏高原的中心(中部及西部)地帶存在明顯的氣溫劇變區(qū)，這個區(qū)域位置特征與高原環(huán)形構(gòu)造分布區(qū)是基本吻合和相對應的。

長期的地學觀察和多種試驗一致證明，青藏高原氣候演變過程存在顯著的階段性:a.早期階段:高原開始隆起至“臨界高度”主要受亞洲季風環(huán)流的影響;b.盛期階段:到達“臨界高度”以后主要受高原季風環(huán)流的影響;c.晚期階段:自晚冰期以來主要受地殼溫度場的影響。這種不同的變化階段具有的空間尺度及其效應不盡相同，亞洲季風環(huán)流受全球地形氣候帶的控制，高原季風環(huán)流影響中國及東亞氣候的變化，地殼溫度場啟動高原氣候的變化。青藏高原形成演變過程中，氣候環(huán)境變化總的趨勢表現(xiàn)為持續(xù)變冷［28，30，33］，這個過程經(jīng)歷了亞洲季風的出現(xiàn)—高原季風的形成—晚冰期波動氣候的發(fā)育，與其耦合的地球動力學機制及其響應條件也是各有特點。這種效應特征對應著地質(zhì)環(huán)境演化過程中不同的形變階段，早期階段與亞洲海陸形變時期相適應，盛期階段是青藏高原整體發(fā)生大規(guī)模形變時期，晚期階段是高原處于內(nèi)部地體形變時期。早期階段古氣候環(huán)境變化可能的機制仍然是受季風—冰蓋—構(gòu)造耦合關(guān)系的影響［33］，盛期階段發(fā)生區(qū)域環(huán)境變化的機制主要是受高原—激變—構(gòu)造耦合關(guān)系的影響［34］，晚期階段出現(xiàn)氣候波動變化的機制主要受地體—形變—溫度場耦合關(guān)系的影響［2，21，32，35］。

從高原地球動力學機制及作用強度效應分析，這種成生關(guān)系的建立在大陸板塊碰撞的初期就已經(jīng)出現(xiàn)，只不過它的表現(xiàn)形式是隨著高原地體的不同形變階段而具有不同的表現(xiàn)特征而已。在早期形變階段，伴隨著高原的急劇隆起曾發(fā)生過強烈的巖漿活動、火山噴發(fā)、地殼增厚變熱和巖石圈減薄［36］;在盛期階段，隨著達到“臨界高度”的高原突兀于地球陸表最高層，高原出現(xiàn)盆式結(jié)構(gòu)［37］，地體外殼變冷、深源熱流被圈閉、熱力相變作用顯著;在晚期形變階段，高原地體內(nèi)部巖漿上涌造成的巨大熱儲距地表較淺［37］，高原面溫度場效應顯著。與高原整體形變階段相對應，早期階段是熱構(gòu)造系統(tǒng)的奠基時期和冷性構(gòu)造系統(tǒng)的發(fā)育時期，盛期階段是熱構(gòu)造系統(tǒng)的潛育時期和冷性構(gòu)造系統(tǒng)的發(fā)展時期，晚期階段是熱構(gòu)造系統(tǒng)的躍動時期和冷性構(gòu)造系統(tǒng)的活動時期。

青藏高原腹地湖泊沉積記錄的晚第四紀古氣候環(huán)境變化［2］資料表明，晚冰期以來高原生物生產(chǎn)總量與陸面熱點效應密切相關(guān)。地球物理調(diào)查資料證實［26］，高原陸表熱點現(xiàn)象是由地體構(gòu)造事件及其驅(qū)動效應所引起的;地球衛(wèi)星解譯資料也證明，高原熱事件形成了熱構(gòu)造系統(tǒng)及環(huán)形構(gòu)造型式。地球巖石圈層傳遞作用表明，熱構(gòu)造事件及熱點效應的活動周期受地幔底辟作用及地幔羽位置的控制［21，25］，其外圍發(fā)育了大量的冷性構(gòu)造系統(tǒng)及線性構(gòu)造型式。這些綜合材料表征的地質(zhì)環(huán)境鏈特征為:古氣候態(tài)勢—生物活動—溫度場—內(nèi)部熱構(gòu)造系統(tǒng)及環(huán)形構(gòu)造型式與周邊冷性構(gòu)造系統(tǒng)及線性構(gòu)造型式—熱構(gòu)造事件與冷構(gòu)造事件及其驅(qū)動效應—地幔底辟作用—地幔羽中心位置。

6 結(jié)語

綜合研究成果證明地球巖石圈地體動力學演化過程及其效應對古氣候環(huán)境變化的影響關(guān)系確實存在，但是高精度的對比分析就要依靠高分辨率的大尺度的連續(xù)沉積剖面記錄，目前各種記錄載體包括冰川、湖泊、沙漠、黃土、海洋及巖溶、樹輪、植硅體、孢粉等證據(jù)都還存在著一定的局限性和擾動性以及不確定性，需要建立系統(tǒng)的包容性更廣的科學理念來認識地球自然演化過程的規(guī)律性。青藏高原的隆起效應、內(nèi)部效應、邊緣效應、驅(qū)動效應、后效效應及反饋效應也是客觀存在的，青藏高原—中國—東亞—全球的氣候環(huán)境鏈就是地球場效關(guān)系的綜合演化過程，全角度的集成研究與系統(tǒng)分析及綜合方法是構(gòu)建實時景觀平臺和歷史演化情景過程的有效途徑。

青藏高原晚冰期以來區(qū)域地質(zhì)環(huán)境鏈可以表述為:古氣候態(tài)勢—生物活動—溫度場—構(gòu)造系統(tǒng)及動力條件(熱構(gòu)造系統(tǒng)及環(huán)形構(gòu)造型式與冷性構(gòu)造系統(tǒng)及線性構(gòu)造型式)—熱構(gòu)造事件與冷構(gòu)造事件及其驅(qū)動效應—地幔底辟作用—地幔羽中心位置，代表青藏高原距今幾萬年以來的地球場效耦合關(guān)系及其動力學機制態(tài)勢。

最近長時間尺度的綜合研究也表明，中新世以來青藏高原與中國大陸及東亞地區(qū)氣候環(huán)境的轉(zhuǎn)型都伴隨著顯著的構(gòu)造變形事件［38］。從青藏高原科學考察野外現(xiàn)場材料的分析來看，目前還只能清晰地確認第四紀晚冰期以來的地質(zhì)環(huán)境變化歷程，第四紀各個時段的地質(zhì)環(huán)境發(fā)展情景及精細演變過程還需要繼續(xù)尋找高分辨率的地質(zhì)記錄。

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The earth dynamical mechanism for the geological environmental evolution of quaternary period in the hinterland area of Qinghai－Xizang(Tibet)Plateau

Hu Dongsheng1，2，Zhang Huajing3，Xu Bing4，Wen Jingchun5，Tian Xinhong2，Zhang Guowei2

(1.College of Resources Environment Sciences，Hunan Normal University，Changsha 410081，China;2.State Key Laboratory of Continental Dynamics，Northwest University，Xi’an 710056，China;3.College of Chemistry＆ Chemical Engineering，Hunan Normal University，Changsha 410081，China;4.College of Ocean Geosciences，Chinese Ocean University，Qingdao，Shandong 226071，China;5.China Association for Scientific Expedition，Beijing 100083，China)

Based on the coupling relation between the ancient monsoon change and the biologic produce gross，combining with the develop process of region geologic evolvement and the disabuse products of earth satellite remote sensing images，the startup blaze factor and mutual coupling mechanism and its drive transfer effect that caused the ancient climatic environment change in the plateau internal area were researched，This direction now still belong to frontier field in the evolvement of plateau geologic environment and its global change.

geological environment evolvement of Quaternary;respond of geologic structural events;motive deliver chain of the earth field effect;hinterland area of the Qinghai－Xizang(Tibet)Plateau

P56.558;P56.541

A

1009－1742(2011)01－0081－08

2008－01－02

中國可可西里地區(qū)國家重點科學考察項目(D2000204);湖南省重點學科建設項目(D2007001);西北大學大陸動力學國家重點實驗室開放基金項目(DL2006001)

胡東生(1951―)，男，甘肅天水市人，教授，主要從事資源環(huán)境和遙感地質(zhì)學與地球動力學及全球變化等方面的研究;E － mail:hudsh@hunnu.edu.cn