利用大地测量手段推算印度板块与欧亚板块初始碰撞时间

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2023.037

地球科学进展 ›› 2023, Vol. 38 ›› Issue (7): 745 -756. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.037

刘操 ¹(

), 饶维龙 ², 孙文科 ¹(

)

^1.中国科学院大学地球与行星科学学院，北京 100049
^2.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙 410114

收稿日期:2023-01-08 修回日期:2023-04-19 出版日期:2023-07-10
通讯作者: 孙文科 E-mail:liucao20@mails.ucas.ac.cn;sunw@ucas.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金面上项目“利用GRACE等多源数据研究天山地区多源质量迁移问题”(42174097);“利用重力卫星GRACE数据研究中国东海地区沉积质量变化”(41974093)

Estimation of the Initial Collision Time Between the Indian and Eurasian Plates Using Geodetic Means

Cao LIU ¹( ), Weilong RAO ², Wenke SUN ¹( )

^1.College of Earth and Planetary Science, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
^2.School of Traffic and Transportation Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China

Received:2023-01-08 Revised:2023-04-19 Online:2023-07-10 Published:2023-07-19
Contact: Wenke SUN E-mail:liucao20@mails.ucas.ac.cn;sunw@ucas.ac.cn
About author:LIU Cao (1996-), male, Zaozhuang City, Shandong Province, Master student. Research area includes application research of satellite geodesy. E-mail: liucao20@mails.ucas.ac.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China “Study of multi-source mass migration in the Tianshan region using GRACE and other multi-source data”(42174097);“Study of sediment quality changes in the East China Sea region using gravity satellite GRACE data”(41974093)

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印度板块与欧亚板块碰撞初始时间或者青藏高原的隆升时间是一个重要且一直存在较大争议的科学问题。到目前为止，主要通过地质学或地理学方法手段对该问题进行研究，基于此，试图通过现代大地测量学手段对该问题开展探索性研究。主要利用全球导航卫星系统观测位移场、地表质量迁移负荷改正以及CRUST1.0地壳模型等数据和资料，估算了青藏高原块体的隆升速率和地壳厚度增厚率，进而获得整个青藏高原块体的隆升起始点与隆升过程。在假设青藏高原块体是弹性块体和线性隆升的情况下，推算出印度板块与欧亚板块碰撞初始时间大约为83 Ma。通过探索性研究，为青藏高原块体隆升起始时间点问题提供了值得尝试的新的大地测量途径。

关键词: 大地测量, 青藏高原, 初始碰撞时间, 地壳形变, 全球定位系统（GPS）

The initial time of collision of the Indian Plate with the Eurasian Plate, or the uplift time of the Tibetan Plateau, is an important and controversial scientific issue. Thus far, the main means of studying this problem have been geology or geography, and we have attempted to carry out exploratory research through modern geodesy. In this study, GNSS observations of the displacement field, surface mass migration load correction, hydrological model, CRUST1.0 model, and other data were used to estimate the uplift rate and thickness of the Tibetan Plateau block and then obtain the uplift starting point and uplift process of the entire Tibetan Plateau block. Finally, assuming that the Tibetan Plateau block was a linear uplift, we estimated that the initial time of the collision between the Indian and Eurasian Plates was 83 Ma. If the Tibetan Plateau underwent nonlinear uplifting, the initial collision time between the Indian and Eurasian Plates would be closer to the geological results. This study provides a new method to study the starting time of block uplift on the Tibetan Plateau.

Key words: Geodetic surveying, Tibetan Plateau, Initial collision time, Crustal deformation, Global Positioning System (GPS).

中图分类号:

图1 西藏地表高程变化的历史（据参考文献［ 21 ］修改）

Fig. 1 History of surface elevation changes in Tibet （ modified after reference ［ 21 ］）

图2 青藏高原块体隆升机制
（a）青藏高原地壳增厚模式（据参考文献［ 30 ］修改）；（b）青藏高原隆升机制的假设：印度板块与欧亚板块碰撞形成青藏高原并使其线性隆升

Fig. 2 Uplift mechanism of the Tibetan Plateau block
（a） Crustal thickening pattern of the Tibetan Plateau （modified after reference ［ 30 ］）；（b） Hypothesis of the uplift mechanism of the Tibetan Plateau： the Indian plate collided with the Eurasian plate to form the Tibetan Plateau and caused its linear uplift

图3 青藏高原地区地壳垂直位移场
研究结果由GNSS观测位移经负荷改正插值所得。（a）和（b）分别为GNSS-GRACE和GNSS-Hydrology使用克里金插值方法得到的青藏高原垂直位移场；（c）和（d）分别为IDW插值的结果

Fig. 3 Vertical displacement field of the crust in the Tibetan Plateau region
The results obtained by interpolation of GNSS observed displacements by load correction. （a） and （b） are the vertical displacement fields of the Tibetan Plateau obtained by GNSS-GRACE and GNSS-Hydrology using Kriging interpolation， respectively；（c） and （d） are the results of IDW interpolation， respectively

图4 根据 Airy-Heiskanen均衡模型计算得到的青藏高原莫霍面变化速率（使用克里金插值）

Fig. 4 Moho surface change rates on the Tibetan Plateau calculated according to the Airy-Heiskanen model （ using Kriging interpolation）

图5 青藏高原地壳增厚率
（a）和（b）是基于GNSS-Hydrology位移得到的地壳厚度变化速率；（c）和（d）是基于GNSS-GRACE位移得到的地壳厚度变化速率

Fig. 5 Overall crustal rates of the Qinghai-Tibet Plateau
（a） and （b） are the crustal rates obtained from GNSS-Hydrology；（c） and （d） are the rates obtained from GNSS-GRACE

图6 印度板块与欧亚板块碰撞致使青藏高原网格点隆起的初始时间分布
（a）和（b）直接利用GNSS垂直速度计算的结果；（c）和（d）基于GRACE负荷改正的地壳增厚率计算的结果；（e）和（f）基于水文模型负荷改正的地壳增厚率计算的结果；（a）、（c）和（e）基于克里金插值方法，（b）、（d）和（f）基于反距离权重插值方法

Fig. 6 Initial time distribution of the uplift of the Tibetan Plateau due to the collision of the Indian plate with the Eurasian plate
（a） and （b） are calculated directly using GNSS vertical velocities；（c） and （d） are calculated using crustal vertical deformation rates corrected by GRACE；（e） and （f） are calculated using crustal vertical deformation rates corrected by hydrological methods， where （a）（c）（e） use the Kriging interpolation method and （b）（d）（f） use the IDW interpolation method

表1 印度板块与欧亚板块初始碰撞时间 (Ma)

Table 1 Time of initial collision of the Indian and Eurasian plates

数据	碰撞时间（克里金插值）	碰撞时间（反距离权重插值）
GNSS	40.0±4.8	36.0±6.8
GNSS-GRACE	65.8±5.6	51.5±6.8
GNSS-Hydrology	83.0±5.4	100.2±10.8

表1 印度板块与欧亚板块初始碰撞时间 (Ma)

Table 1 Time of initial collision of the Indian and Eurasian plates

数据	碰撞时间（克里金插值）	碰撞时间（反距离权重插值）
GNSS	40.0±4.8	36.0±6.8
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