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《中国科学院海洋研究所研究揭示青藏东北缘及邻区地壳变形机制》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： liguiju
  • 发布时间：2023-05-27

  • 近日，中国科学院海洋研究所董冬冬研究员团队与南方科技大学海洋科学与工程系海洋地球物理团队合作，利用地震学背景噪声成像技术，在青藏高原东北缘及邻区的地壳变形机制研究中取得重要进展。研究成果以“Seismic azimuthal anisotropy of northeastern Tibetan Plateau from ambient noise double beamforming tomography: implication for crustal deformation”为题发表在地球科学自然指数期刊Journal of Geophysical Research-Solid Earth。

    青藏高原的隆起是新生代（~50 Ma）以来印度板块与欧亚板块持续碰撞的结果。关于青藏高原岩石圈形变的动力学机制，目前主要有几种端元模型：分布式缩短模型（岩石圈纯剪切增厚）；陆内俯冲模型（亚洲岩石圈俯冲到印度岩石圈之下，岩石圈地幔与地壳解耦）；地壳通道流模型（下地壳物质的横向运动）等。青藏高原东北缘作为高原向华北块体扩张的前缘地带，是研究高原隆升、向外扩张生长的关键区域，而关于该区域的地壳形变模式一直存在较大争议。因此，通过地震学成像手段构建高分辨率的地壳精细结构可以为认识青藏东北缘地壳形变机制提供关键证据。

    地震波方位各向异性是指地震波速度对传播方位的依赖关系，是研究地壳（岩石圈）变形模式的重要手段。研究团队利用中国地震科学探测项目ChinArray II地震台网记录的三分量连续地震波形数据，发展了一种基于密集台阵的背景噪声成像方法——双聚束成像（Double Beamforming Tomography），可同时提取相速度和方位各向异性信息。进而构建了青藏高原东北缘高分辨率地壳及上地幔剪切波速度结构和方位各向异性模型。

    研究结果显示：（1）松潘—甘孜东北部和祁连造山带中下地壳（> 15 km）具有明显的低速异常，但具有不同的方位各向异性特征。其中，松潘-甘孜东北部的中下地壳Vs < 3.4 km/s，且具有较强的近E-W指向方位各向异性特征；而祁连造山带下方的各向异性强度相对较弱，Vs约为3.4-3.6 km/s，高于松潘-甘孜中下地壳。这些观测表明，两者的中下地壳变形机制存在差异。进一步结合区域其他地质地球物理资料（径向各向异性，接收函数，热力学模拟等），我们认为青藏高原是呈阶梯式扩张模式，而松潘-甘孜东北部和祁连造山带分别代表了高原发育的不同阶段。其中，松潘-甘孜的隆起是与印度-欧亚板块的碰撞同期的，代表了高原发育相对成熟的地带，地壳变形主要受地壳通道流控制（各向异性模型限定的地壳流上边界约为30 km深）；而祁连造山带是青藏高原扩张的前缘地带，其隆升代表了高原生长的早期阶段，主要由地壳剪切增厚主导，但不排除其正处于地壳流发育的萌芽阶段；（2）通过计算壳内剪切波分裂延迟时间及快轴方向并与观测的SKS做对比，发现在阿拉善块体东部至鄂尔多斯地块西边界处存在壳幔解耦变形，而西秦岭造山处伴随造山活动壳幔发生垂直相干变形。本研究为认识青藏高原东北缘地壳变形机制、推断青藏高原扩张生长过程提供了重要的地震学观测证据。

    论文的第一作者为中国科学院海洋所博士后吴晓阳。南方科技大学海洋科学与工程系郭震副教授，陈永顺讲席教授为论文共同通讯作者，合作者还包括南方科技大学海洋科学与工程系李世林、于勇研究助理教授和博士后白启鹏。研究得到国家自然科学基金资助。

    论文信息：Wu, X. Y., Guo, Z., Li, S. L., Yu, Y., Bai, Q. P. & Chen, Y. S. (2023). Seismic azimuthal anisotropy of northeastern Tibetan Plateau from ambient noise double beamforming tomography: implication for crustal deformation. Journal of Geophysical Research-Solid Earth. Doi: 10.1029/2022JB026109

  • 原文来源：http://www.qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202305/t20230525_6763293.html
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    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
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    • 近日，国际综合性期刊Science Bulletin在线发表了中国科学院海洋研究所、法国巴黎萨克雷大学、法国岩石与地球化学国家研究中心、自然资源部第一海洋研究所等单位合作的最新研究成果“Enhanced weathering input from South Asia to the Indian Ocean since the late Eocene”。研究团队基于印度洋北部浮游有孔虫钕同位素沉积记录，首次提供了晚始新世以来南亚风化长期增强的关键证据，揭示了喜马拉雅构造隆升及硅酸盐风化增强在新生代全球变冷中的重要驱动作用。 新生代地球气候经历了剧烈的变化：以整体变冷和南北两极相继发育大冰盖为基本特征，而大气CO2浓度的逐渐降低被认为是新生代长期变冷趋势的关键因素。但是，其降低的原因是由于构造活动引起的地球内部排气作用所主导，还是青藏高原隆升-风化/有机碳埋藏所驱动，迄今仍然充满争论。这些假说很大程度上基于数值模拟研究，缺乏可靠量化的新生代风化剥蚀记录，尤其缺少强烈影响全球风化通量平衡的喜马拉雅-青藏高原地区的长期风化记录。因此，建立新生代喜马拉雅长时间序列风化通量演变，揭示其与构造-气候变化的联系，是回答新生代气候变冷问题的关键。 恒河–雅鲁藏布江作为全球沉积物输送量最大的河流系统，新生代向孟加拉湾直接输送了来自喜马拉雅和青藏高原东南部的巨量陆源剥蚀物质。因此，研究人员聚焦于拥有独特地理位置的孟加拉湾，利用国际大洋钻探计划(ODP)758站岩芯中的浮游有孔虫放射性Nd同位素记录重建了晚始新世以来印度洋北部海水Nd同位素的长期演变，并将其与印度洋中部海水钕同位素记录进行对比而剔除印度洋水团影响，其二者差值(ΔεNd)的变化趋势被用以指示来自南亚的大陆风化输入对印度洋的贡献。 浮游有孔虫因其碳酸盐壳上的自生铁锰覆层可以吸附海水中的溶解态Nd，其εNd值代表了该区域底层海水的钕同位素组成。众多研究表明大陆边缘的溶解态Nd同位素特征与大陆剥蚀过程密切相关。孟加拉湾海水εNd值分布呈现出明显的南北梯度，这是由于来自喜马拉雅大河流域（如恒河–雅鲁藏布江河流系统）的陆源输入(εNd: -16至-10)与来自南大洋的水团输入(εNd: -9至-7)具有截然不同的Nd同位素特征所造成，表明了印度洋深层水团与南亚大陆风化输入的二端元混合。 基于此，研究人员提出了一个新的风化指标：ΔεNd（印度洋北部与中部海水εNd差值），利用二者εNd值的差异来指示喜马拉雅陆源Nd输入的相对贡献。第四纪记录表明，间冰期期间南亚季风降水的增多导致喜马拉雅区域更强的风化剥蚀，最终向孟加拉湾释放了更多的陆源Nd输入。因此，冰期-间冰期尺度ΔεNd指标的应用可以为构造时间尺度风化输入的解释提供潜在方法。 ODP 758站有孔虫εNd值呈现长期变负的趋势，且其与同岩芯碎屑组分εNd值和粘土矿物比值蒙脱石/(伊利石+绿泥石)显示出截然不同的长期变化，但在21 Ma、8 Ma、6 Ma和3 Ma显示出与陆源通量相同的增长趋势，这表明758站有孔虫Nd同位素组成不受沉积物物源和风化程度变化的影响，而主要反映了南亚陆源风化的长期输入演变。 研究人员将新指标ΔεNd应用在构造时间尺度上，利用ODP 758站有孔虫重建的晚始新世以来印度洋北部海水Nd同位素组成与铁锰结壳重建的印度洋中部海水Nd同位素记录进行对比，二者差值(ΔεNd)的变化趋势可指示来自南亚的大陆风化输入对印度洋的贡献。结果显示ΔεNd呈现长期增长的趋势，显示了晚新生代南亚风化的长期增强。其中，25-13 Ma和5-0 Ma南亚风化输入的快速增强时期分别对应了晚渐新世-中新世喜马拉雅造山带的快速隆起期和早上新世青藏高原东南部增长与北半球冰盖形成时期，这表明了南亚区域构造与风化的耦合演化。现代观测表明，喜马拉雅源-汇系统主要的河流流域硅酸盐风化每年共消耗~1.6×1012 mol的CO2，约占全球河流硅酸盐风化通量的30%。对比发现，在南亚大陆风化增强期间，大气CO2浓度也显示出整体下降的趋势；与此同时，ΔεNd长期增强与全球海水Li和Sr同位素指示的大陆风化趋势相似。这些证据均暗示喜马拉雅构造隆升引起的硅酸盐风化增强对于晚新生代全球变冷有着重要驱动作用。 本研究是迄今北印度洋地区最长且连续的有孔虫Nd同位素记录，对于理解喜马拉雅构造隆升、风化和新生代气候演化具有重要科学意义。 论文的第一作者为中国科学院海洋研究所博士后宋泽华，通讯作者为海洋所万世明研究员和巴黎萨克雷大学Christophe Colin教授。本研究得到了中国大洋发现计划（IODP-China）、国家自然科学基金、国家重点研发计划、泰山和鳌山学者项目等的支持。 论文信息：Song, Z., Wan, S.*, Colin, C.*, France-Lanord, C., Yu, Z., Dapoigny, A., Jin, H., Li, M., Zhang, J., Zhao, D., Shi, X., Li, A., 2023. Enhanced weathering input from South Asia to the Indian Ocean since the late Eocene. Science Bulletin 68, DOI: 10.1016/j.scib.2023.01.015. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095927323000312
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  • 《中国科学院海洋研究所研究揭示热带东南亚对北半球高纬快速气候事件的响应机制》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-12-21
    • 在全球变暖的背景下，海平面上升和极端气候事件是当前人类所面临的两大主要气候问题，然而，热带东南亚地区对此的气候反馈目前仍属未知。为了探究这一科学问题，中国科学院海洋研究所万世明研究团队通过研究西北婆罗海槽CG18孔的陆源沉积物组成和沉积通量的时间序列演化，识别了过去4万年以来它们对海平面变化和古洪水活动的沉积响应，进而揭示了热带东南亚对北半球高纬快速气候事件的响应机制。相关研究成果发表在国际地学期刊（Nature Index）Geophysical Research Letters上。 锶、钕同位素结果表明，CG18孔的陆源沉积物主要来自于西北婆罗洲。研究发现，在轨道时间尺度，海平面变化是控制西北婆罗海槽陆源沉积的主要因素，尽管西北婆罗洲仅发育有十分狭窄的大陆架。此外，CG18孔的陆源平均粒径和沉积通量结果显示末次盛冰期海平面下降至最低发生在约2.1万年前，且末次冰消期发生过三次海平面快速上升事件，分别对应于三次冰融水脉冲事件（MWP–19 ka、MWP–1A和MWP–1B）。 CG18孔的磁化率和粒度组成结果显示，在D–O旋回的冷阶，西北婆罗海槽发育有由洪水引发的异重流沉积。现代观测结果也表明，在东亚冬季风强的年份，马来西亚通常有大洪水事件发生。因此，结合现代观测和古指标记录结果，我们发现北高纬变冷能够导致热带东南亚洪水事件的发生，其主要通过影响东亚冬季风和热带辐合带得以实现。一方面，当北半球高纬变冷时，强烈的东亚冬季风穿过南海携带大量水汽抵达热带东南亚，由于受到山地地貌的阻挡，向上爬升形成强降雨，进而引发洪水事件的发生。另一方面，由于受到北高纬变冷和厄尔尼诺的共同影响，造成了热带辐合带在北半球低纬区的收缩，同样也会引发东南亚洪水事件的发生。此外，我们的新记录发现，在D–O旋回冷阶，持续强烈的东亚冬季风能够将大量源于北方的水汽输送到西北婆罗洲，造成了同时期西北婆罗洲石笋相对较高的δ18O值，此时的石笋氧同位素信息可能不再反映当地降雨量的变化，而是指示了水汽来源的信号。 该研究的各种发现表明，源于北半球高纬的快速气候事件能够通过对海平面、东亚冬季风和热带辐合带的影响转化为热带东南亚的气候波动，造成当地海平面的快速上升、降雨增强以及洪水事件的爆发。显然，这些信息对于正确评估热带东南亚地区未来的海平面上升和洪水风险至关重要。 中国科学院海洋研究所黄杰副研究员是论文第一/通讯作者，研究得到了崂山实验室科技创新项目、中国科学院战略性先导科技专项和国家重点研发计划等项目的共同资助。  论文信息：Huang, J.*, Wan, S., Chang, F., Liu J., Yang, Z., Sun, H., Ma, X., Li, A., & Li, T. (2023). Rapid climate links between high northern latitudes and tropical Southeast Asia over the last 40 ka. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL107171. 原文链接：https://doi.org/10.1029/2023GL107171  
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