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中国地震局地质研究所揭示青藏高原东部古近纪地形生长与水系演化机制

💡这项突破是什么?

青藏高原东缘-东南缘高海拔地形何时形成、如何向东扩展,以及沉积盆地和大型河流水系如何随高原隆升与断裂活动演变,是理解高原生长与地表过程相互作用的关键问题。构造变形通过改变地形高差、盆地沉降和分水岭位置,控制沉积空间与河流输送路径;盆地地层的沉积时代、物源组成及古流向,则记录了地形生长和水系调整的过程。然而,已有认识主要依赖高原边缘的构造变形与低温热年代学记录,对残存古近纪盆地的沉积历史、源-汇关系及其反映的古地形-地貌格局仍缺乏系统约束,限制了对高原隆升、大型断裂扩展与盆地-水系协同演化的理解。

针对上述问题,我们以青藏高原东部的石渠盆地和东南缘的永宁盆地为主要研究对象,综合开展野外地质调查、沉积相与古流向分析、砂岩岩相学、锆石和磷灰石年代学及低温热年代学研究,并结合区域构造、古高程和地球物理资料,重建古近纪盆地沉积、地形生长与水系调整的演化关系。研究表明,青藏高原东部显著高地形的发育早于中新世区域性河流快速下切,其早期隆升伴随着山间盆地发育和区域源-汇格局的持续调整;东南缘雅砻-玉龙断裂系的逆序逆冲活动,则通过变形向高原内部迁移,依次形成地形屏障,推动盆地由沉积转入剥露,并驱动大型外流水系逐步向西偏转。

首先,石渠盆地沉积记录揭示了高原中-东部古近纪时期地形分异及其对水系格局的控制。碎屑锆石U-Pb和磷灰石裂变径迹年代学结果,结合已有地层资料,支持热鲁组主要形成于始新世-早渐新世。物源分析与古流向资料表明,沉积物主要来自松潘-甘孜地体东南部,并经向西流动的河流输送至石渠盆地。这一与现今东流水系截然不同的沉积物搬运体系,指示当时松潘-甘孜地体东南部已形成相对高地形,其西侧则发育容纳沉积物的山间盆地。结合盆地构造与区域沉积记录,我们推测,早期地壳缩短和褶皱逆冲变形破坏了原有的区域低起伏地形地貌,形成高地与盆地相间的格局,并建立了相应的河流输送体系。进一步结合区域同期盆地记录、古海拔与低温热年代学资料,我们提出,青藏高原东部在始新世已开始显著地形生长,至晚始新世-早渐新世可能逐步形成高海拔、整体向东倾斜的地貌格局(图1)。这一过程可能主要由地壳缩短增厚驱动,并叠加局部深部地壳流动。随着高原内部地形进一步抬升和分水岭向西迁移,早期向西汇入山间盆地的水系逐步调整,原先分隔的盆地被外流水系整合。因此,石渠盆地的形成、充填及沉积终止,不仅记录了局部沉积环境变化,也为追踪高原早期隆升、区域地形倾斜和外流水系扩展提供了重要线索,将高原中部与东部的地形演化联系起来。

图1(a-c)青藏高原东部晚白垩世以来盆山格局、地形与水系演化的概念模型。(d)环境噪声层析成像揭示石渠盆地下方存在软弱的中下地壳(据 Bao et al., 2020 修改)

高原东南缘永宁盆地、宁蒗盆地的对比研究进一步揭示了断裂活动、盆地消亡与河流改道之间的紧密联系。多种年代学结果共同表明,永宁盆地约于36 Ma开始沉积,并于~30–20 Ma结束沉积、转入快速剥露阶段,晚于东侧宁蒗盆地在~36 Ma之前结束沉积的过程。结合盆地构造位置、地层变形及断裂两侧剥露差异,我们认为,这种由东向西依次结束沉积的时序,可能反映了东侧金河-箐河断裂较早启动、西侧丽江-小金河断裂随后活动的变形历史。逆冲活动引起的上盘隆升和剥蚀,使原有沉积区逐步转变为地形屏障(剥蚀区)。这一过程指示雅砻-玉龙断裂系经历了变形向高原内部迁移的逆序逆冲,而非简单地向东逐步扩展;刚性扬子克拉通的阻挡作用可能是影响这一变形格局的关键因素。两盆地的物源差异进一步揭示了上述构造过程如何改变区域河流水系格局。永宁盆地碎屑锆石年龄组成、磨圆良好的河流相砾石及古流向,支持晚始新世-渐新世存在一条来自西部或西北部、流经盆地的大型外流水系。与宁蒗组上部沉积记录相比,永宁盆地来自扬子地块西缘的物源贡献明显减弱,表明两期盆地沉积之间发生了显著的源-汇关系调整。据此提出,金河-箐河断裂较早活动形成的地形屏障,限制了东侧物源输入,并促使主要外流水系向西偏转;随后,丽江-小金河断裂于约30–20 Ma启动,其上盘隆升进一步推动河流向西改道,并使永宁盆地结束沉积、进入剥露阶段(图2)。盆地沉积的先后终止与河流输送路径的逐步西移,共同记录了逆冲变形向高原内部迁移的过程。古近纪逆冲作用由此奠定了区域地形与水系的一级格局,中新世以来的走滑和正断层活动,以及伴随的河流袭夺与流向反转,则进一步改造了早期河网。

图2(a) 青藏高原东部古近纪主要河流水系响应断裂活动的演化示意图;底图据 van Hinsbergen et al.(2011)修改。(b) 研究区逆冲断裂活动与主要水系重组时空演化的地形示意模型。

总体来看,上述研究揭示了青藏高原东部-东南缘高原隆升、断裂活动与盆地-河流水系之间的协同演化关系:地壳缩短和地形生长促进盆山分异,断裂活动及其空间迁移改变沉积位置与地形屏障,河流水系随之调整。此外,高海拔地形的建立早于区域性深切峡谷的形成,表明高原地形生长与后期河流强烈下切具有不同的演化时序,为理解高原早期向东生长、逆冲变形迁移及大型河流水系重组提供了相互印证的地质约束。

相关研究获得国家自然科学基金项目(42225205、42488301、42572278)和国家重点研发计划青年科学家项目(2024YFF0810000)的联合资助。

文章链接:

Zhao Xudong, Zhang Huiping, Li Yifei, Wang Ying, Zhang Yarong, Xie Hao, Zhang Peizhen, 2026. Cenozoic out-of-sequence thrusting and its control on drainage evolution in the eastern Tibetan Plateau. Earth and Planetary Science Letters, 696, 120385. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.120385

Zhao Xudong, Zhang Huiping, Wang Ying, Pang Jianzhang, Li Yifei, Yu Jingxing, Xiong Jianguo, Zhang Peizhen, 2026. Basin record of Paleogene plateau development in eastern Tibet. Global and Planetary Change, 258, 105285. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2026.105285