青藏高原碰撞造山过程中的现代热水活动
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摘要
被称为“世界屋脊”的青藏高原具有大面积特高的特点，但它的强烈隆起只是近几百万年来的事，隆升过程和机制之谜一直吸引地质学家们孜孜不倦的探索。高原之上，尤其在藏南，热水活动极其发育，皑皑雪峰之上星星点点的热泉密布，堪称自然界的一大奇观。热水活动无疑与高原的碰撞隆升有密切的关系，通过对热水活动的研究来探讨高原的构造运动不失为一个全新的尝试。本文的主要研究内容集中在以下几个方面：(1)热水活动的期次及年代，建立了藏南热水事件的时空演化格架；(2)讨论了热水系统的驱动“热机”问题，认为是地壳中存在的局部熔融层，并探讨该熔融层的性质、分布范围、形成时代等；(3)硅华中成矿元素Cs在碰撞造山过程的富集过程；(4)建立了藏南热水活动的概念模式；(5)根据热水活动的特征再造挽近时期以来青藏高原的构造隆升过程。
研究表明，藏南热水活动的最早时代大概是70万年前。此后的热水活动并非一直持续，而是阶段性的脉动式活动，70万年以来可以分为四个期次，对应的时段分别为70～47万年，40～35万年、27～20万年和15万年至今。各期热水活动的强度不同，基本可以划分两个旋回，70～20万年为一个旋回，15万年至今为另一旋回，其中，第一期热水活动(70～47万年)最为强烈，第二期(40～35万年)相对减弱，到了第三期(27～20万年)热水活动的规模较小且分布局限，直至15万年，热水活动又复增强，现在仍然活动，未见减弱的势头。第一期和第四期的热水活动的时间与青藏高原挽近时期以来两次大的构造运动(即昆黄运动和共和运动)对应，说明热水活动是由构造运动引起的。在此基础上，本文建立了热水事件的时空格架，讨论了构造活动的特征，推测早期的昆黄运动与深部软流圈的上涌热侵蚀有关，并诱发了第一期强烈的热水活动。15万年高原的再次强烈隆起可能是上地壳大规模的部分熔融层的热动力作用，并驱动了第四期的大规模的热水活动。
热水活动驱动“热机”的分析表明该“热机”是高原地壳中普遍存在的低速高导层(局部熔融层)。该熔融层可能是硅酸盐熔体，而不是以水为主的流体；局部熔融层不仅为浅部的热水活动提供热源，而且提供了流体和成矿物质。研究结果暗示了上地壳局部熔融层驱动藏南广大范围的热水活动，而下地壳的熔融体沿裂隙上升侵位到近地表，促使了地表高温地热田的形成。这样，通过地表热水系统的分布，应该可以圈定深部熔融层的范围。
对于高原广泛发育一种新类型的铯矿床——硅华铯矿，目前只在青藏高原发现，它的形成原因也是一个引人注目的研究焦点。本文详细的讨论了青藏高原碰撞造山过程中的各种地质作用对铯的强烈富集作用，认为铯的富集来自以下几个过程：地壳的局部熔融使Cs预富集；岩浆结晶分异作用和岩浆水的分离作用使大量的Cs集中到残余熔浆和岩浆水中；流体上升过程中广泛的水岩反应萃取了围岩中的Cs，使其再次富集。
Being reputed as "the ridge of the world", the Tibetan plateau is the highest and the mostampliate plateau in the world. But its intensive uplifting only occurred during recent severalMillion years, and the enigma of the process and mechanism of lifting attracts many geologists topersevere in their's researches. Hydrothermal activities were very developed in the plateau,especially in the south Tibet. Out of question, the violent hydrothermal activities are induced bycollisional orogenics of the Tibetan plateau. This paper mainly deal the questions as follow: (1)the times and evolvements of hydrothermal events during the recent geological history. And then aframework of space-time's evolvement established. (2) the "heat bump" of hydrothermal systems.The research shows it is the "fractional melting layers" in the crust driving the hydrotherrnalactivities. Then this paper discussed the property, range and time of the molten layers. (3)enrichment processes of the metallogenetie element Cs during the uplifting of the plateau. (4) theformation fo an conceptional model for hydrothermal systems. (5) the uplifting process of theTibet plateau bulit based on the characteristic of the hydrothermal events.
Four stages of hydrothermal events had been recognized in field work, and the ESR ages ofsinters showed that hydrothermal activities mainly had happened in four periods, and their ages is700～450ka.,400～350ka., 270～200ka., and 150ka～0 respectively. The earliest age of thehydrothermal activities is about 700ka., and then four hydrothermal events occurred. Based on theintensities of hydrothermal events, the four events can be divided into two cycles: the one includesthe early there hydrothermal stages during 700～450ka., and the other begins with 150ka., theforth hydrothermal stage. Thereinto, the activity of the first stage (which ages is 700～450ka.) ismost violence, and weakened in the second (the age is 400～350ka.) and third stages (the age is270～200ka.) in turn. Until the forth stage (start at 150 ka.), the intensity of hydrothermal activityincreased. The two strong hydrothermal events correspondent to the twice poignant tectogeneticmovements (the Kunhuang Movement and the Gonghe Movement) in time. On the basis of theresearch, this paper built the framework of space-time's evolvement. And more, the discuss aboutuplifting process also a content of the paper. The violent uplifting of the plateau occurring in600ka probably related to the large-scale upwelling of the deep asthenosphere. Upwelling heatcorrosion of the asthenosphere not only resulted in fractional melting of the lithosphere crust,which formed the low-speed and high-conduction layers, but provocated a certain scale ofhydrothermal activities draining to the surface along tensional fault and rift formed in the upliftingprocess. The other violent uplifting in 150ka possibly related to the large-scale fractional melting of the upper crust and thermal abnormity and thermal buoyancy. The crust fractional meltinglayers would heat up and drive the circulation of large-scale hydrothermal liquid.
The analysis of the "heat bump" show that it is probably the fractional melting layers whichbehave as low-velocity and high-conductivity lying in the geophysical exploration in the crust.The fractional melting layers are likely silicate fused mass, other than liquid with main componentof water. The melting layers are not only providing heat energy for shallow hydrothermal system,but also supplying liquid and metallogenetic elements to them. The result of research suggest thatthe upper fractional melting layer has driven ampliate area's hydrothermal activities in the southTibet, whereas the near surface upwelling emplaced melting masses from the lower crust promotethe presenting of some high temperature geothermal fields. And thus, the distribution of fractionalmelting layers can be lined out according to the range of surface hydrothermal systems.
The formation of the new type of Cs ore deposit——Cs—bearing geyserite deposit, whichonly be found in the Tibet plateau, is also an interesting hot point attracting many focuses. Thispaper discussed the enrichment of Cs in all kinds of geological actions occurring during thecollisional orogenics of the Tibet plateau in detail. The enrichment of Cs probably come formsome process as follow: The fractional melting of crust mass congregate the Cs of rocks firstly;Fractional crystallization of magma and separation of magmatic water drive a lot of Cs into theremnant magmatic melt and magmatic water; The extensive action of water and rocks during themigration upwards of liquid capture Cs from the wall rocks. All of the three process result in theawful enrichment of Cs in liquid.
研究表明，藏南热水活动的最早时代大概是70万年前。此后的热水活动并非一直持续，而是阶段性的脉动式活动，70万年以来可以分为四个期次，对应的时段分别为70～47万年，40～35万年、27～20万年和15万年至今。各期热水活动的强度不同，基本可以划分两个旋回，70～20万年为一个旋回，15万年至今为另一旋回，其中，第一期热水活动(70～47万年)最为强烈，第二期(40～35万年)相对减弱，到了第三期(27～20万年)热水活动的规模较小且分布局限，直至15万年，热水活动又复增强，现在仍然活动，未见减弱的势头。第一期和第四期的热水活动的时间与青藏高原挽近时期以来两次大的构造运动(即昆黄运动和共和运动)对应，说明热水活动是由构造运动引起的。在此基础上，本文建立了热水事件的时空格架，讨论了构造活动的特征，推测早期的昆黄运动与深部软流圈的上涌热侵蚀有关，并诱发了第一期强烈的热水活动。15万年高原的再次强烈隆起可能是上地壳大规模的部分熔融层的热动力作用，并驱动了第四期的大规模的热水活动。
热水活动驱动“热机”的分析表明该“热机”是高原地壳中普遍存在的低速高导层(局部熔融层)。该熔融层可能是硅酸盐熔体，而不是以水为主的流体；局部熔融层不仅为浅部的热水活动提供热源，而且提供了流体和成矿物质。研究结果暗示了上地壳局部熔融层驱动藏南广大范围的热水活动，而下地壳的熔融体沿裂隙上升侵位到近地表，促使了地表高温地热田的形成。这样，通过地表热水系统的分布，应该可以圈定深部熔融层的范围。
对于高原广泛发育一种新类型的铯矿床——硅华铯矿，目前只在青藏高原发现，它的形成原因也是一个引人注目的研究焦点。本文详细的讨论了青藏高原碰撞造山过程中的各种地质作用对铯的强烈富集作用，认为铯的富集来自以下几个过程：地壳的局部熔融使Cs预富集；岩浆结晶分异作用和岩浆水的分离作用使大量的Cs集中到残余熔浆和岩浆水中；流体上升过程中广泛的水岩反应萃取了围岩中的Cs，使其再次富集。
Being reputed as "the ridge of the world", the Tibetan plateau is the highest and the mostampliate plateau in the world. But its intensive uplifting only occurred during recent severalMillion years, and the enigma of the process and mechanism of lifting attracts many geologists topersevere in their's researches. Hydrothermal activities were very developed in the plateau,especially in the south Tibet. Out of question, the violent hydrothermal activities are induced bycollisional orogenics of the Tibetan plateau. This paper mainly deal the questions as follow: (1)the times and evolvements of hydrothermal events during the recent geological history. And then aframework of space-time's evolvement established. (2) the "heat bump" of hydrothermal systems.The research shows it is the "fractional melting layers" in the crust driving the hydrotherrnalactivities. Then this paper discussed the property, range and time of the molten layers. (3)enrichment processes of the metallogenetie element Cs during the uplifting of the plateau. (4) theformation fo an conceptional model for hydrothermal systems. (5) the uplifting process of theTibet plateau bulit based on the characteristic of the hydrothermal events.
Four stages of hydrothermal events had been recognized in field work, and the ESR ages ofsinters showed that hydrothermal activities mainly had happened in four periods, and their ages is700～450ka.,400～350ka., 270～200ka., and 150ka～0 respectively. The earliest age of thehydrothermal activities is about 700ka., and then four hydrothermal events occurred. Based on theintensities of hydrothermal events, the four events can be divided into two cycles: the one includesthe early there hydrothermal stages during 700～450ka., and the other begins with 150ka., theforth hydrothermal stage. Thereinto, the activity of the first stage (which ages is 700～450ka.) ismost violence, and weakened in the second (the age is 400～350ka.) and third stages (the age is270～200ka.) in turn. Until the forth stage (start at 150 ka.), the intensity of hydrothermal activityincreased. The two strong hydrothermal events correspondent to the twice poignant tectogeneticmovements (the Kunhuang Movement and the Gonghe Movement) in time. On the basis of theresearch, this paper built the framework of space-time's evolvement. And more, the discuss aboutuplifting process also a content of the paper. The violent uplifting of the plateau occurring in600ka probably related to the large-scale upwelling of the deep asthenosphere. Upwelling heatcorrosion of the asthenosphere not only resulted in fractional melting of the lithosphere crust,which formed the low-speed and high-conduction layers, but provocated a certain scale ofhydrothermal activities draining to the surface along tensional fault and rift formed in the upliftingprocess. The other violent uplifting in 150ka possibly related to the large-scale fractional melting of the upper crust and thermal abnormity and thermal buoyancy. The crust fractional meltinglayers would heat up and drive the circulation of large-scale hydrothermal liquid.
The analysis of the "heat bump" show that it is probably the fractional melting layers whichbehave as low-velocity and high-conductivity lying in the geophysical exploration in the crust.The fractional melting layers are likely silicate fused mass, other than liquid with main componentof water. The melting layers are not only providing heat energy for shallow hydrothermal system,but also supplying liquid and metallogenetic elements to them. The result of research suggest thatthe upper fractional melting layer has driven ampliate area's hydrothermal activities in the southTibet, whereas the near surface upwelling emplaced melting masses from the lower crust promotethe presenting of some high temperature geothermal fields. And thus, the distribution of fractionalmelting layers can be lined out according to the range of surface hydrothermal systems.
The formation of the new type of Cs ore deposit——Cs—bearing geyserite deposit, whichonly be found in the Tibet plateau, is also an interesting hot point attracting many focuses. Thispaper discussed the enrichment of Cs in all kinds of geological actions occurring during thecollisional orogenics of the Tibet plateau in detail. The enrichment of Cs probably come formsome process as follow: The fractional melting of crust mass congregate the Cs of rocks firstly;Fractional crystallization of magma and separation of magmatic water drive a lot of Cs into theremnant magmatic melt and magmatic water; The extensive action of water and rocks during themigration upwards of liquid capture Cs from the wall rocks. All of the three process result in theawful enrichment of Cs in liquid.
引文
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