青藏高原隆起过程的研究一直是国际地学界研究的前沿课题。通过几十年来中外科学家的共同努力, 有关研究已取得了重要进展, 提出了许多观点或假说, 对全球构造和全球变化研究作出了重要贡献。然而, 到目前为止, 尽管已取得了许多证据, 但是还远远没有勾画出可以解释多数观测到的事实和令多数人可以接受的框架模式。这是因为, 长期以来, 我们一直进行有关高原构造活动和气候效应的刻画和厘定, 却忽视了它们之间联系的纽带— — 内外力的耦合作用。而同造山期的地貌发育及相关沉积为内外营力作用于地表的最直观结果, 是研究高原隆起过程的最佳信号载体。所以, 抓住高原盆— 山耦合中的构造地貌发育过程, 也就抓住了区域构造隆起过程与机理的核心。但是, 构造地貌发育过程的重建受制于年代学的精确厘定。传统的地层年界法、残留风化壳法仅能够进行粗略的年代推断^{[1, 2]}。近年来, 低温同位素热年代学方法理论和技术均获得了突破, 已初步运用到高原部分区域的残留地貌面分析中^[3~5], 为高原构造地貌研究提供了新的年代学手段。本文正是基于上述研究和进展, 在综述高原隆起过程研究的基础上, 重点讨论高原构造地貌学研究的关键控制因素。提出低温同位素热年代学重建构造地貌发育过程的几种模式, 并探讨其中需要注意的问题。

青藏高原隆起过程是高原多圈层相互作用及其资源环境效应研究中的核心问题。目前地学界普遍认为印度板块和欧亚板块的碰撞是导致高原隆升的主因^[6]。关于高原隆起过程争论焦点或者普遍接受的观点主要有整体隆升模式和分块体隆起模式(图1)。前者主要以岩石圈增厚拆沉^[10]或下地壳流变^{[11, 12]}等模型为高原隆升的动力学机制, 认为高原地壳和岩石圈的增厚是一个连续形变过程。许多人认为, 高原在中新世已隆升到现今高度或者最高高度后发生跨塌^[13~15], 引发了印度季风^[16]和东亚季风以及全球变冷和亚洲干旱化^[17~19], 并导致我国现代地貌格局的奠定和大江大河的形成^{[7, 20]}。最近研究发现该作用可能发生的更早^[21~24]。同时, 部分中国学者综合地质、地貌、地层、古生物等方面的研究结果, 认为高原经过了多期次的隆升— 夷平过程^{[20, 25, 26]}, 印度— 欧亚板块碰撞变形的前缘最迟在始新世已经到达高原最北部, 阿尔金断裂和祁连山北缘断裂最晚在该时期已经贯通, 尤其发生于8.2~3.6 Ma的快速隆升奠定了现代地貌格局的雏形, 发生于3.6 Ma以来的急剧隆升导致了高原最终形成(图1a)^{[1, 27]}。而高原分块体隆起模式以地壳侧向走滑^[28]和大陆逃逸^[29]等模型为动力学机制, 认为青藏高原地壳乃至岩石圈并不均匀, 几个深大剪切断裂将高原分为几个相对独立的刚性地块(图1b), 高原南边隆起较早, 北边隆起很晚或者仍在活动, 高原渐次向北隆升, 即首先是在始新世发生金沙江— 鲜水河断裂以南的隆升和印支地块的逃逸, 其次是金沙江— 鲜水河断裂和昆仑断裂之间的块体在渐新世— 中新世相继隆起, 而昆仑山断裂以北祁连山北缘断裂以南的广大高原东北部地区上新世和第四纪才相继隆起(图1b和c)^{[8, 9]}。部分中国学者也提出相似的观点, 但是对于各块体何时及如何隆起存在分歧。例如, 王成善等^[30]根据对青藏高原中部和北部盆地的磁性地层学、沉积学、热年代学等的研究提出, 青藏高原中部地区在始新世有一个已经隆升到现在高度的“ 原西藏高原” 存在。随着印度— 亚洲大陆碰撞的继续, 高原逐渐向南北2个方向扩展; 而青藏高原基础地质调查以及古高度研究发现高原各块体隆升具期次性和穿时性^[31~33]。

图1

Fig.1

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	图1 青藏高原隆起过程主流观点 (a)整体隆升模式代表性观点综合(据参考文献[7]修改); (b)和(c)为代表性分块体隆起模式(分别据参考文献[8]和[9]修改)Fig.1 Main viewpoints of the growth and uplift history of the Tibetan Plateau (a) Representative viewpoints of synchronous surface uplift models of the Tibetan Plateau (modified after reference[7]); (b) and (c)are the two fashion models of stepwise growth(modified after references[8] and [9], respectively)

上述可见, 关于高原隆起过程的观点依然百家争鸣。究其原因, 一是前人研究目标和研究手段的限制:研究高原隆起过程, 一方面可以通过基于地球物理等方面的深部动力学过程或高原地气系统的耦合作用的观测和探测进行模拟和反演^{[15, 19, 23, 34]}; 另一方面可以进行直接地质地貌学求证。由于高原地广, 不同区域的气象、古气候和岩石圈深部组成及其动力学过程复杂, 并且高原各圈层相互作用和正、负反馈机制尚不明确, 导致现在的数值模拟仅是依据地表地质构造和某些有限的地球物理场结果或者气候效应进行富有想象力的推论和假设, 或是以抽象的或理想化的先验模型进行模拟^{[35, 36]}。因此, 目前的模拟反演仅能够进行初步的概略性研究, 进行精确定量的高原隆起过程的“ 写真还原” 还有很长的路要走。相对而言, 依托地壳表层物质载体进行的地质地貌学证据来刻画和指示高原的隆起过程, 可能具有更为客观和准确的优势, 因为地壳表层物质及其形貌特征是特定时期内外力相互作用的产物, 是高原深部和浅部相互作用的桥梁和纽带。但是这方面的研究也存在局限, 例如:①同一区域不同方法或者相同方法不同区域之间获得的隆升信号具差异性, 有时甚至尖锐对立; ②无论是代用指标的使用(进行构造变形、古高程等研究), 还是年代框架的建立均有误差, 甚至有些指标具多解性, 有些测年手段有很大局限性和不确定性; ③不同信息载体(盆地沉积物、山脉岩体)的局限性导致获得的信号存在不匹配和不完整性。这些局限导致我们至今无法正确评判目前获得的证据和现象的代表性和有效性:哪些指示高原的最终隆升状态?哪些代表高原的隆升过程?哪些仅为局地信号?哪些具普遍意义?

另外, 构造(内力作用)— 隆升(外在表象)— 侵蚀和夷平(外力塑造)— 气候变化(效应)相互影响、相互作用是一个完整的反馈和耦合体系, 据此我们可以将已获取的不同时空域的相关信息从一个完整的理论体系角度作出合理解释:比如, 地质体抬升是否意味着地表隆升?构造变形是否等价于地质体隆升?在构造活跃期之间的构造平静期, 高原的行为方式是什么?因此, 除了进一步对高原的有关构造变形和气候变化进行更加深入了解之外, 对内外力耦合作用的精确刻画已成为解决高原隆起过程的关键。

由于青藏高原由不同的盆地和山体组成, 高原隆起直接表现为山地变形抬升和侵蚀(地貌面形成或解体)以及盆地下沉与堆积(图2)。因此, 同造山期的地貌发育及相关沉积为内外营力作用于地表的最直观结果, 是研究高原隆起过程的最佳信号载体。尤其是夷平面发育过程受侵蚀基准面的控制(空间大地貌格局尺度上为海平面^{[4, 37]}), 它们发育的停止是构造抬升终止侵蚀旋回的结果, 因此解体后残留在高原上的夷平面可直接指示高原的抬升幅度, 是研究高原隆升的有效替代指标。所以, 构造地貌发育的过程是解开区域构造隆起过程与机理的钥匙, 需要今后加强研究。

图2

Fig.2

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图2 低温热年代学在构造地貌学研究中的概念模型示意图 仅示意目前最为成熟和占据主流地位的锆石和磷灰石裂变径迹(ZFT, AFT)和(U-Th)/He(ZHe, AHe)热年代学; C-AHe和C-ZHe分别代表磷灰石和锆石(U-Th)/He的封闭温度等温面, C-AFT和C-ZFT分别代表磷灰石和锆石裂变径迹的封闭温度等温面; 为了突出盆地演化过程, 将盆地沉积物的厚度夸大, 造山带封闭温度线相对间距缩小Fig.2 Conceptual model to demonstrate the applications of low-temperature thermochronology in the study of tectonogeomorphology Only to show the apatite and zircon fission-track and (U-Th)/He thermochronology (AFT, ZFT, ZHe, AHe), who are well studied and most popular; C-AHe and C-ZHe represent the isothermal surfaces of (U-Th)/He closure temperature of apatite and zircon, respectively, and C-AFT and C-ZFTrepresent the isothermal surfaces of fission-track closure temperature of apatite and zircon, respectively; In order to highlight the basin evolution, the thickness of basin sediments are exaggerated, and the interval of isothermal surfaces are condensed

构造地貌涉及不同圈层间的相互作用, 对它的研究需要从地球系统科学的角度入手。近年来新构造运动控制下的活动构造地貌由于保存完整且易于判读而获得了长足的发展, 已有大量的文献论述^[38], 本文对此不做进一步讨论。而大地貌的形成演化是孕育众多地貌学基础理论的源泉, 如Davis 的侵蚀循环、King 的山麓剥蚀平原、Bü del 的刻蚀平原、Hack 的动力均衡学说等。同时它还可以揭示造成地表变化的地壳和地幔的动力学机制^{[39, 40]}。但是古地貌面在多期次内外力作用下发生的改造、破坏或叠加却难于辨识。幸运的是, 通过3S技术(遥感技术、地理信息系统和全球定位系统)的初步解译发现高原大地貌面保存完好^{[37, 41]}, 层状地貌面发育连续、广泛。

一般认为青藏高原及其周缘山地普遍发育了2级夷平面(山顶面和主夷平面)、一级剥蚀面和多级河流阶地^[1]:山顶面现多保存在小范围的高山山顶, 依据地层年界法、残留风化壳法等相对年龄法, 初步推断形成于渐新世末期; 主夷平面分布较广, 普遍出现在各大河流源头及河间分水岭地带, 可连续追踪, 构成了高原及周边山地的主体, 大致形成于中中新世— 上新世早期。这2级夷平面的海拔高度具有西高东低的分布规律, 同期发育的夷平面在不同区域分布高程存在不一致。青藏高原东北缘层状地貌面颇具典型性和代表性。以贵德盆地及周缘山体为例, 盆地南部巴吉山和东部扎马杂日山物源区普遍发育2级夷平面:一级小范围残存在于海拔4 300~4 500 m高大山系的顶部, 而第二级广泛分布在海拔3 800 m左右的高度上。这2级夷平面向南可延伸到泽库— 甘南高原一带, 向东南也逐渐扩展, 从达里加山(一级海拔4 100~4 300 m, 第二级海拔约3 700 m)到太子山— 美武高原(一级海拔4 000~4 200 m, 第二级海拔约3 600 m), 逐渐延伸到岷县— 宕昌(一级海拔已降至3 200~3 300 m, 第二级海拔已降至2 600~2 700 m^[42]), 乃至更东南部(武都地区一级海拔3 000~3 100 m, 第二级海拔约2 500 m^[42]), 分属高原的山顶面和主夷平面。同样, 贵德盆地的西部和北部地貌面也大量发育并保存完整, 夷平面从青海南山(山顶面海拔约4 200 m, 主夷平面海拔3 600~3 800 m)和瓦力贡山(主夷平面海拔3 300~3 600 m)向东逐渐过渡, 连接日月山— 拉脊山(山顶面海拔已降低到约4 000 m, 主夷平面海拔已降低到3 000~3 500 m), 至达坂山(山顶面海拔约3 900 m, 主夷平面海拔2 700~3 000 m), 在民和附近即为1957年黄汲清先生命名的“ 哈拉古准平原” ^[1], 直到兰州东南马衔山上的小水子夷平面(山顶面海拔3 600 m, 主夷平面海拔2 800 m)。夷平面之下是分布较广的剥蚀面(海拔2 400 m以下)。在贵德地区, 剥蚀面以下是现代黄河河谷系统, 切割新生代地层形成壮观完好的天然剖面, 并在现代造貌过程中塑造了九级阶地^[43]。

最近对贵德盆地北部物源区的热史模拟分析发现^[44], 拉脊山最西部在49~46 Ma快速剥露后, 经历了漫长的缓慢剥蚀期, 直到8 Ma之后又经历了一次快速剥露事件作用。而且, 刚刚钻探完成的马衔山小水子夷平面上保存完整的40 m厚红黏土的磁性地层学、沉积学和哺乳动物年代学研究发现, 该套地层年代为6.9~3.6 Ma, 其上是> 30 m厚的第四纪黄土堆积^[20]。这些证据暗示祁连山一带在始新世就发生了一次构造隆升事件导致一次侵蚀循环的结束和又一次侵蚀循环的开始, 之后开始漫长的夷平过程, 直到中新世晚期主夷平面解体并快速隆升到影响大气环流的高度, 导致亚洲内陆干旱化和风尘物质在小水子夷平面上堆积。同时, 西秦岭北缘低温热年代学记录显示西秦岭部分地貌面曾经在始新世快速隆起成为蚀源区^[45]。此外, 我们对西秦岭北缘的贵德— 陇中盆地进行了系统的沉积— 构造研究, 揭示出该区新生代以来存在49~46, 34~29, 23~18, 14~13和8~4 Ma等多个期次的构造变形信息^{[7, 44, 45]}, 这预示该区应该有更多期次的构造— 地貌旋回信息。但是由于夷平面断代的瓶颈制约, 导致上述地貌面的级数和形成时代尚存在着争议:高原是否残留更多期次的夷平面?是否跟盆地记录的高原隆升期次分别对应?从而也就无法回答诸如区域大地貌如何响应构造活动?高原隆起性质和过程这些核心问题。因此年代学问题成为高原构造地貌研究的关键。而近来研究发现, 低温热年代学研究可为古地貌面研究提供相对精确的绝对年代学依据。

低温热年代学是根据岩石矿物中放射性元素的衰变或裂变产物在矿物晶体内的产出和累积来确定地质体的冷却剥露年龄, 并根据不同矿物在不同的封闭温度和退火带(或保留带)中所表现出的时间— 温度特征重建所在地质体的演化历史, 是研究区域构造变形、古地貌恢复、沉积物源区分析、造山带隆升和剥露历史等地球深部和浅部相互作用的关键手段^{[41, 46]}。由于封闭温度低(≤ 300 ℃), 低温热年代学对地壳浅部的变化敏感, 能够用于研究其他中高温热年代学方法所无法奏效的地表过程。目前最为成熟和占据主流地位的是锆石和磷灰石裂变径迹(ZFT, AFT)和(U-Th)/He(ZHe, AHe)热年代学。近年来应用广泛, 如龙门山岩体的ZFT, ZHe, AFT, AHe热年代学的热历史模拟发现高原东缘在30~25 Ma和10~15 Ma 曾发生过2个期次的造山活动, 区域部分山体在渐新世已隆升到接近3 000 m高度^[47]。通过AFT、AHe、黑云母和钾长石⁴⁰Ar/³⁹Ar热年代学的研究表明, 高原中部和东北部的局部地区在晚白垩世开始抬升, 在约45 Ma扩大到整个高原中部^{[3, 48]}。通过对残存高原面的AFT, AHe, ZHe热年代学模拟研究发现, 喜马拉雅山的西北部以及拉萨地块在始新世或者更早时期曾经历过夷平后的隆升作用^{[4, 5]}。基于热年代学为主要定年手段的断裂分析^{[39, 49~52]}, 发现高原东北缘部分断层在30~40 Ma已开始活跃, 而有些部位中晚中新世才快速隆升^{[40, 53~56]}。这些结果暗示高原隆升具整体性、多阶段性。但是还无法做出最终评判。这是因为一方面高原低温热年代学研究依然薄弱, 无法进行青藏高原不同区域不同块体年代学样品的纵向和横向对比分析; 另一方面, 低温热年代学在构造地貌学的应用研究尚处于起步阶段, 无论是理论基础还是信号解译, 尚缺乏系统性研究。因此, 本文着重对后者进行评述。

事实上, 单一低温热年代学方法仅能记录地质体变形达到特定温度条件下的事件信息, 比如:ZFT的部分退火带为300~180 ℃; ZHe的部分保留带为180~130 ℃; AFT的部分退火带为120~60 ℃; AHe氦的部分保留带为70~40 ℃^[46]。相反, 这些方法的综合集成可获取岩体从十几千米深度直到地表的地质历史详细信息(图2)。

以运用较为成熟和普遍的年龄— 高程法、多元动力学模拟法为主, 结合其他方法(矿物对法、年龄— 封闭温度法等), 对高原岩体的测试数据分别进行分析, 可以获得图3所示的几种地质地貌体的时间— 温度演化史:图3a表示地体在早期就已“ 淬火” 或快速隆升到现在高度(或更高), 之后构造活动相对静止, 开始漫长的侵蚀(夷平)过程, 一直持续到现在; 图3b表示地体从最开始就一直处于构造抬升和外力侵蚀速率相对均衡的状态; 图3c表示地体早期经历一次快速隆升事件, 之后构造活动相对静止开始侵蚀夷平, 最后发生的一次强烈剥露事件使测试岩体样品到达地表; 图3d表示岩体经历多期次的构造地貌过程:早期处于侵蚀夷平或者稳态剥露状态, 随后 “ 淬火” 或快速隆升, 之后又处于侵蚀夷平或者稳态剥露状态, 最近期次的事件导致岩体快速剥露至地表; 图3e表示岩体早期处于埋藏加积的热重置阶段, 之后经历的构造地貌过程和图3c相似; 图3f表示岩体早期快速剥露出地表, 随后又被埋藏热重置, 之后处于漫长的侵蚀夷平或者稳态剥露状态, 最近期次事件导致岩体再次剥露到现在的构造位置, 曾为盆地基底的岩体具类似的热史过程。而图3中热史曲线分段(Ⅰ , Ⅱ , Ⅲ , Ⅳ )对应的时间节点, 即为这些状态和过程的年代:类型Ⅰ 的起止时间代表地质体建造(“ 淬火” 或快速隆升)事件期次信息; 类型Ⅱ 的起止年龄代表区域典型地貌面(夷平面或剥蚀面)的发育时间; 类型Ⅲ 的起止年龄代表区域“ 均衡态” 的持续时间; 类型Ⅳ 的起止年龄代表区域岩体的持续加积埋藏时间。

因此, 通过3S技术和野外考察可确定高原保存的地貌面分布范围、级数。通过判读这些地质地貌体所经历的构造活跃期次年龄、构造静止期的年代间隔、可能的“ 均衡态” 的持续时间, 进行地貌面断代。结合相对年龄法, 可以准确获取山体典型地貌面发育年代和期次。

另一方面, 由于侵蚀搬运或后期热重置的影响, 仅基于山脉岩体的低温热年代学研究会限制对区域长时间序列剥露信息的捕获。而盆地沉积物为周缘多年龄源区的混合物, 相对完整地保存着沉积物从沉积开始直到沉积结束时的源区构造变形信息。由于优选测试矿物(锆石和磷灰石)的颗粒密度、硬度、稳定度和封闭温度不同, 导致它们对剥露— 侵蚀— 搬运— 沉积作用的敏感度存在差异, 这就使得单一信息载体可能存在记录偏差或“ 记忆” 模糊。

相反, 锆石和磷灰石的综合低温热年代学研究可相互对比和验证, 取长避短, 保证获取信息的完整性和有效性。

图3

Fig.3

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图3 有关地质地貌岩体热历史的几种概念模型 理论上, 变质沉积岩样品的热史应当从沉积年龄— 地表温度开始分析, 而花岗岩类样品应当从结晶或侵入时的年龄— 温度开始; 由于青藏高原的形成和演化一般认为发生在新生代, 本图仅示意白垩纪晚期— 新生代的剥露细节, 更老年龄及其对应温度部分在图中以虚线表示省略; 深度的换算以假设的区域地温梯度25 ℃/km为基础; Ⅰ , Ⅱ , Ⅲ , Ⅳ 代表热史曲线分段:类型Ⅰ 表示岩体快速剥露, 处于“ 淬火” 或加速隆升的建造状态[5, 47, 56]; 类型Ⅱ 表示岩体极低速剥露, 构造相对静止而处于外力剥蚀/夷平状态[40, 41]; 类型Ⅲ 表示岩体抬升和侵蚀速率相近, 处于稳态剥露状态[4, 46]; 类型Ⅳ 表示岩体处于加积埋藏阶段[57]Fig.3 The possible models of thermal history experienced by the tectonogeomorphology terrane In principle, the modeling of metasedimentary and granitoids should be begun from their depostional ages-surface temperatures and intrusion ages-tepmperatures, respectively. The formation and evolution of Tibetan Plateau is generally proposed on the Cenozoic, therefore this figure only illustrates the exhumation details at the time interval of late Cretaceous-Cenozoic, the older time stages with their corresponding temperatures are marked by dotted lines represented for omitted. The depth is calculated given thermal gradient 25 ℃/km. Ⅰ , Ⅱ , Ⅲ , Ⅳ represent the segementation of thermal history:Type Ⅰ indicate fast exhumation of terrane, triggered by the quenching and/or accelerate tectonic uplift[5, 47, 56], type Ⅱ indicate low exhumation, pointing to tectonic stability and peneplanation[40, 41], type Ⅲ indicate the equally rates of erosion and uplift, the terrane in the steady-states stage[4, 46], type Ⅳ indicate the terrane in the stage of accretion burial[57]

青藏高原是亚洲大江大河的发源地。它的现代河流沉积物和残留的河流阶地是现代造貌过程以及水系格局奠定的最直接产物(图2), 通过低温热年代学示踪, 对信息载体中最年轻组分年龄分析, 结合区域褶皱、断层等变形构造证据, 可获得相对准确的该区现代地貌格局的形成年代, 综合前人有关区域活动构造、阶地、气候等方面的研究成果, 分析评判现代造貌的过程和机理。并且综合盆地周边已有的山脉岩体年龄分布特征和碎屑年龄组分的对比, 结合沉积物源区分析, 获得区域现代造貌过程中河流沉积物的信息载体(磷灰石和锆石)空间迁移规律和造貌意义, 为地层碎屑信号在该区的正确“ 解译” 提供关键参考依据。

然后, 通过系统的高原盆地碎屑热年代学研究, 揭示样品峰值年龄的组合方式及其变化规律。通过对这些相关沉积物的峰值年龄序列研究, 确定沉积物源区类型和状态。比如, 盆地源区地体受到构造活动作用处于加速隆升的建造状态, 盆地碎屑表现为“ 动态峰” ^{[58, 59]}, 峰值年龄指示构造活动持续的时间。如果盆地周边源区不同地体受到类似作用在不同的时代逐次隆起, 则对应盆地地层由老到新, 碎屑年龄组分“ 动态峰” 递次出现。同时Ruiz等^[60]研究认为, 随着地层年龄的逐渐变年轻, 对应滞后时间不变的“ 动态峰” 指示源区为构造隆升和侵蚀达到平衡的“ 均衡地体” , 而地体开始构造活动的时间大于探测到的峰值年龄出现的时间。此外, 如果盆地沉积物源区经历快速“ 地体淬火” 作用, 对应的盆地地层碎屑年龄组分为“ 静态峰” ^[59], 其最年轻组分年龄代表该次构造事件开始的时间; 如果盆地不同源区地体相继发生“ 淬火” 事件, 则可探测到多组年龄由老到新的“ 静态峰” ^{[44, 45]}。另外, 地层碎屑年龄组分“ 混合峰” 的转折点处也可能指示一个构造事件期次^[61]。

因此, 通过盆地低温热年代学综合研究, 可探测并且精确厘定这些代表重大构造事件的“ 动态峰” 值、最年轻组分年龄、“ 混合峰” 的转折点或者上述情况的混合, 结合区域地质证据, 可获得构造活动的相对完整期次。同时, 这些期次事件之间的年代间隔, 为构造活动相对“ 静止期” 。它持续的时间长短是沉积物源区地貌面发育的必要条件。

在上述研究的基础上, 将地质体隆升、地貌发育和盆地沉积有机结合, 通过低温热年代学序列揭示的典型地貌面发育时代、期次等信息和相关沉积记录揭示出来的新生代由老到新的构造“ 活跃期” /“ 静止期” 序列进行精细对比, 结合其他物源示踪证据, 确定不同期次构造事件对应的沉积物源区的类型、分布和地貌特征, 分析和评判在多期次构造活动作用下, 区域地质地貌体的发育、变迁、层次组合及其异同, 可以重建高原构造地貌发育过程。

对低温热年代学数据的解释应当谨慎, 既要考虑热年代学数据本身各种参数的多解性及其复杂性, 还要结合已有的地质证据进行综合分析。

由于高原构造活跃和火山喷发强烈, 针对盆地碎屑, 在地层已有沉积年代控制之下, 要正确“ 解译” 低温热年代学信号首要解决两大问题:第一, 火山信号的甄别; 第二, 源区信息的鉴别。关于区分碎屑样品记录是否有火山活动痕迹, 可通过沉积物岩性和矿物学特性分析判断有无火山灰等存在^[60]。高倍显微镜下的颗粒形貌特征可进一步区分碎屑颗粒是源于火山喷发还是山脉岩体经过剥蚀搬运作用的产物^[62], 并且根据同一样品的不同热年代学年龄的分析对比, 结合物源区分析可判定或区分样品年龄是结晶年龄还是冷却年龄^[58]。

关于后者, 关键是判断地层碎屑是否发生退火作用。首先, 通过特定年龄组分的低温热年代学综合模拟分析, 获得代表性样品的剥蚀— 搬运— 沉积— 埋藏— 剥露出地表的整个过程, 结合前人研究的盆地古地温信息, 可正确评估碎屑样品是否退火或在什么埋藏深度何种热年代类型的样品发生了退火作用, 从而分辨出对应的地层碎屑信号代表的是物源区信息还是经历过沉积后的重置作用。其次, 同一样品中稳定性和封闭温度不同的测年矿物的热年代信号对比分析, 可大概判断碎屑样品是否经历沉积后的退火作用。还有, 通过样品最年轻组分年龄和地层年龄对比, 结合地层沉积厚度和古地温参数也可判断样品是否发生退火^[45]。如果未发生埋藏后强烈退火作用, 则地层碎屑年龄的记录为源区信息。此外, 某些单一物源区可能的潜在作用过程, 会导致盆地碎屑呈现多年龄源区的假象, 需要进行正确区分^[63]。而且, 盆地周缘山脉岩体中可能的部分退火带造成的单一物源区年龄信息差异也会影响碎屑信号的解译^[62]。根据上述分析, 剔除潜在的干扰和可能的影响, 进行地层碎屑样品的判读:未退火信息记录为多年龄源区混合信号, 样品的不同年龄组分代表沉积物不同的年龄源区信息。

由于高原构造地质复杂, 对于山脉岩体样品, 正确解读信号的关键是评估不同低温热年龄的匹配问题。因为山脉岩体在剥露过程中, 信号载体从地壳深部递次通过不同热年代学的封闭温度线开始记录信息(图2)。因此理论上, 单一岩体样品的特定低温同位素年龄随着海拔高程的升高而变大, 而同一样品不同的低温同位素年龄表现为对应热年代学的封闭温度越高年龄越大, 即同一样品年龄的ZFT> ZHe> AFT> AHe。据此, 将获得的上述各类型同位素年龄进行同一地区不同类型之间、同一岩体相同类型和不同高程之间、同一样品不同类型之间进行对比分析, 可确定是否有个别年龄信号突变或者异常?如果有, 则结合测试矿物物理和化学特性、其他测试参数信息、区域地质背景等要素, 详细地分析和评判、剔除或补充测试个别年龄信号, 解决低温热年龄的匹配问题。

高原隆起过程的研究取得了令人瞩目的进展, 但是在隆升的时间、方式等方面依然分歧巨大。而通过对这些热点问题的探讨, 可深层次理解和突破一些重大科学问题, 如高原生长机制; 大陆剥蚀风化等物质循环的过程和机理; 亚洲季风起源和演化; 我国地貌格局分异过程等。构造地貌学的研究可为此做出特殊贡献。但是高原低温热年代学资料依然十分有限, 尚无法进行详细的时空对比, 发展潜力巨大。此外, 单一低温热年代学手段存在局限, 仅基于地质地貌体的低温热年代学研究尚存在不足。同时, 由于青藏高原构造活跃, 导致盆地沉积物也存在诸如地层断续、保存差、岩性不符合采样要求的缺点。因此, 构造地貌及相关沉积的多种低温热年代学的综合集成研究可优势互补, 为高原构造地貌发育过程的重建提供相对精确和完整的绝对年代学序列, 已成为地学界的一个前沿和热门。

除研究共性之外, 高原地质过程复杂并且具有区域差异性。随着更多研究的深入开展, 有关的理论体系越来越完善, 低温热年代学在高原构造地貌方面的应用范例和模式会越来越多。青藏高原构造地貌的发展前景广阔。