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中国新近纪地质环境

 激扬文字 2024-02-14 发布于四川

一、概述

新生代新近纪,延续时间2330万~260万年(国际上是2350万~175万年),包括中新世和上新世。也是地史上发生过大规模冰川活动的少数几个纪之一。自新近纪起,生物界的大部分面貌与现代更为接近,是哺乳动物和被子植物高度发展的时代。
在古地理方面,在大陆边缘地区发生了小规模的海侵。到了上新世,许多古近纪时形成的新山系继续隆起,山势基本与现代相近,如欧洲的阿尔卑斯山、亚洲的喜马拉雅山、南美的安第斯山等等。
哺乳动物和鸟类仍然是占主导地位的陆生脊椎动物,并发展出多种形式来适应不同环境。哺乳动物又有新的发展,以形体增大为其特征。
因为较冷的气候,许多热带植物物种被落叶森林和草地的取代。草地因此形成生物多样化,大大地促进食草哺乳动物的进化,创造了今天许多食草动物如马,羚羊,和野牛。人类的出现是这个时代的最突出的事件,原始人,人类的祖先,出现在非洲并扩散到欧亚大陆。

二、新生代板块构造

早在1980年代,模拟实验通过物理模型代表楔入亚洲的印度板块(Taponnier et al. 1982),模拟出东南亚大陆通过走滑断裂作用及相关的陆块旋转向东南运动。根据这一理论,随着印度不断楔入亚洲,喜马拉雅山脉开始隆升,印支陆块开始向东南亚挤出。在以后的阶段,连续的大陆碰撞导致更年轻的走滑断层在北部出现。虽然这种利用刚性块体的模拟方法来解译实际观测到的高原内部变形问题可能存在一些问题,如地表断层作用的表现,但地震机制和地磁旋转测量的高准确度仍使大陆挤出模型被广泛接受。
印度板块向欧亚大陆挤压碰撞是造成中国大陆现代构造应力场格局,尤其控制青藏高原应力应变状态的主要动因,高原南部地区受强烈挤压而快速隆起,并在其上部产生横向拉张。青藏高原北部地区及其北、东边缘地带,受塔里木—天山、阿拉善块体阻挡的作用,区内的地壳物质发生向东及东南移动,形成了该地区以剪切应力作用为主的构造环境,造就了一系列的巨型走滑断裂带,如阿尔金断裂带、东昆仑断裂带、鲜水河断裂带等。
高原内部缩短构造伴随着挤出构造(extrusion)发育, 前人提出青藏高原生长的时变模型 Tapponnier et al., 2001),主张青藏高原连续的陆内俯冲导致的高原增长和抬升主要发育于三个阶段且向北逐渐变年轻。走滑断层发育于弱焊接的缝合带上,其中的斜向俯冲被分解。
 
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亚洲东部新生代大地构造模式图
(Taponnier et al.1982) 
 
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青藏高原及其邻区大地构造图
Wang Erqi at al.2006
(1)印度河海底扇;(2)孟加拉湾海底扇;(3)萨尔温江-伊洛瓦底江三角洲;(4)湄公河三角洲;(5)红河海底扇;(6)长江三角洲;(7)黄河三角洲;(8)兰州盆地;(9)青海湖;(10)柴达木盆地;(11)塔里木盆地;(12)咸海;(13)俾路支盆地;(14)恒河盆地;(15)巴丹吉林沙漠;ATF—阿尔金断裂;EKF—东昆仑断裂;KRF—Karakash断裂;KKF—喀喇昆仑断裂;RRF—红河断裂;SGF—实皆断裂;CMF—恰曼断裂;XXF—鲜水河-小江断裂;JLF—嘉黎断裂

三、新生代板块构造演化

1.青藏高原
印度次大陆(印度-澳洲板块)快速向北漂移,并在古近纪(6500万年前)与欧亚大陆大陆碰撞,对欧亚大陆地形地貌格局产生深远影响(丁林等,2017)。
 
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45Ma以来中国海域周边板块构造重建
(任建业等2018)
BG,渤海湾盆地;ECS,东海;SCS.南海;JS,日本。弧形俯冲体系(CSS)的主要大陆部分包括:北部的华南地块、西部的印支地块和南部的巽他地块。东部为太平洋-欧亚板块汇聚体系,西部为印澳-亚洲板块俯冲体系,自中生代以来经历了长期的板块构造重组。自中生代以来,随着中生代特提斯的开启和古生代特提斯向东北俯冲,冈瓦纳裂解的大陆碎片不同时期向东北方向移动,并增生到印支和巽他板块上
 
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中生代以来欧亚非古板块-古地理再造图
Ron Blakey, 据互联网资料)
 
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新生代以来东喜马拉雅造山带构造演化示意图
(Li et al.2020)

自55Ma以来,青藏高原-喜马拉雅造山带发生约1630公里的地壳水平缩短,其中,约1400公里以上通过大规模的逆冲推覆带实现。这些推覆带从青藏高原中部向外扩张,并伴随地表隆升。青藏高原演化划分为三个阶段:原始高原(~90-55 Ma),初级高原(~5540 Ma),和近代高原(~40-0Ma)。原始高原的形成涉及先存早期高原,印度-亚洲碰撞、大印度和松潘-甘孜地块在拉萨羌塘地体下的板块俯冲的共同作用。自~40Ma以来,初级高原经历三个时期向外快速生长(~40-23 Ma,~23-10 Ma,~10-0 Ma),表现为地形梯度、下地壳流动和印度-亚洲持续收敛。在南北向挤压缩短的背景下,西藏中部向东逆冲以及地壳流动相关的东向生长活动形成南北向裂谷,导致喜马拉雅山脉强烈缩短(Li et al., 2015)。
 
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青藏高原的主要构造边界和第三断裂分布简化图
Tapponnier et al., 2001)
橙色到淡黄色的阴影代表推出的高原主要形成时期

2.东南亚边缘海
发生在25Ma的板块重组事件有效地连接了从所罗门群岛到菲律宾的岛弧系统,这些岛弧系统在太平洋上顺时针方向运动。20Ma时,菲律宾海板块和卡罗琳板块以顺时针方向旋转。菲律宾海板块东缘的板块回撤伴随着四国边缘盆地扩张。在板块的西南缘,莫鲁克海在北苏拉威向西俯冲。澳大利亚北缘是重要的左旋走滑系统。沿着破裂带的运动导致苏拉威西东部陆缘分离。澳大利亚-欧亚板块东部汇聚导致婆罗洲及相关巽他陆块逆时针旋转。在北婆罗洲边缘,大陆地壳的俯冲导致婆罗洲下方地壳显著增厚,引发隆升和地壳熔融,形成火山活动。更远的东北方,残存着部分古南海,日本海发生伸展导致洋壳形成。
 

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左图20Ma东南亚-西南太平洋古板块再造图
右图15Ma东南亚-西南太平洋古板块再造图
(Hall2002)

15Ma时,卡加延洋脊(Cagayan Ridge)与巴拉望发生碰撞,古南海消亡。苏禄海在这次俯冲过程中成为卡加延海脊的弧后盆地。岛弧与大陆碰撞结束南海扩张。索隆断裂(Sorong Fault)的分支继续运动,导致东南苏拉威西进一步碰撞。菲律宾海板块持续旋转导致Mindoro的碰撞,索隆断裂向东俯冲于莫卢卡海。菲律宾海和卡罗琳板块之间的微弱运动差异导致阿育海槽缓慢扩张。新几内亚地体形成于南卡罗琳弧,停靠在新几内亚,继续发生左旋走滑运动。所罗门海的俯冲开始于新几内亚东部边缘,形成马拉穆尼弧,这个俯冲系统可能是当时的澳大利亚-太平洋边缘。
 

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左图10Ma东南亚-西南太平洋古板块再造图
右图5Ma东南亚-西南太平洋古板块再造图
(Hall2002) 

10M时,菲律宾欧亚大陆边缘发生碰撞,随后吕宋弧与台湾岛碰撞,伴随板内变形、走滑断层作用等。婆罗洲完成逆时针旋转。西里伯斯海北侧俯冲导致沙巴的丹特-仙波那岛弧形成。澳大利亚西北部侏罗纪大洋地壳开始俯冲,导致上覆板块伸展,最初出现在苏拉威西。苏门答腊弧前运动与安达曼海中洋盆扩张有关。在新几内亚东部,所罗门海在其东侧开始俯冲后,被两侧俯冲所消亡。这两个俯冲系统由转换断层连接。由于岛弧旋转,新赫布里底弧形弧开始形成,北斐济盆地随之发展。
约5Ma时,板块运动发生重大变化。菲律宾海板块-欧亚大陆的欧拉极移到现在位置,导致马尼拉海沟俯冲速率增加,吕宋弧和中国大陆边缘在台湾岛碰撞。菲律宾海沟开始俯冲,新赫布里底弧的回撤伴随斐济岛旋转。所罗门海俯冲从新赫布里底海沟向北延伸至新不列颠海沟。板块牵引力引发所罗门海前转换断层开始扩张,伍德拉克海盆洋壳形成。俾斯麦海盆张开,澳大利亚-太平洋板块汇聚导致新几内亚岛弧的增生和隆起。新几内亚西端板块后撤引起班达海扩张。
 
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0Ma东南亚-西南太平洋古板块再造图
(Hall2002)
现代东南亚和西南太平洋构造特征如下图所示。洋盆的白色线条表示选定的海洋磁条带,红色线条代表活跃的扩张中心,三角形的白色线条是俯冲带,蓝色线条是走滑断层。太平洋板块的当前范围以绿色表示。绿色填充区域主要是新生代晚期构造边缘形成的弧、蛇绿岩和增生物质。青色和浅紫色填充的区域是海底弧区域、热点火山产物和洋中高原。浅黄色区域代表欧亚大陆边缘的海底部分。深黄色是南海深海区域。冲绳海域下面是伸展地壳,日本则为大陆地壳。浅粉色和深粉色区域代表澳大利亚大陆边缘海底部分。澳大利亚侏罗纪海洋地壳以绿色表示,白垩纪海洋地壳用蓝色表示

三、新近纪古气候环境

古近纪地壳稳定,外营力起主导作用,燕山期山脉逐渐夷平,地势达准平原,海侵时陆面为广大暖海包围,内陆也能得到海洋调节。古近纪我国温暖湿润区宽广,气流呈明显纬向分异的行星风系环流形势。大约6600万-2300万年的古近纪,中国存在一条横贯东西的干旱带。那时候,中国东南部也就是现今的江南水乡还属于干旱气候,植被主要是干旱或半干旱类型(李树峰等,2021;吴贇等,2019)。
尽管过去许多研究将中亚干旱化归因于区域构造变动, 但是众多证据表明干旱化也可能与全球降温直接相关。晚渐新世23.8Ma左右中亚降温与干旱化事件同时发生,暗示渐新世末全球降温也可能是中亚干旱化的原因(董欣欣等,2013)。
现代东亚季风系统建立前,尤其是古近纪早、中期,青藏高原东缘仍然处于行星环流所控制的干旱带内。青藏高原东缘存在厚度稳定的古近纪早、中期风成沙丘富集带。这些风成沙丘沉积于沙漠风成环境,青藏高原东缘大面积的古近纪沙漠沉积。存在由干旱向潮湿、由行星风系向季风风系转换的界面,暗示东亚季风建立事件的发生(江新胜等,2012)。
晚渐新世一早中新世是东亚环境格局从行星风系气候格局,向类似于现今的季风气候格局转变的关键时期。高原东北部在25-22Ma发生显著的构造抬升,与亚洲内陆荒漠和东亚季风系统起源的时间基本一致(肖国桥等,2014)。新近纪青藏地区结束海洋环境、完全成陆,高原1000米左右高度,季风环流初步建立(赵清,1991)。大约2300万年前的中新世开始,我国的这条干旱带逐渐消失,取而代之的是西干东湿的气候格局。
 
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古近纪和新近纪的气候空间
(肖国桥等,2014 

25~17Ma:为全球气候平稳期,青藏高原出现气候变冷事件,与高原该时期的整体隆升相关,平均海拔达 3500m 以上,季风系统形成,以东亚内陆冷干季风占主导,因此出现变冷事件。此期间由于青藏高原隆升,中国大陆以东西向行星风系占主导地位的气候系统结束,代之以中国东南部温湿、西北部干冷的气候格局。12~8Ma:高原达到最大高度,气候变冷、变干事件遍及整个青藏高原。在全球此时期同样趋于变冷,但青藏高原变冷比全球更为剧烈,是青藏高原进一步隆升使季风系统加强的结果(张克信等,2013)。
青藏高原出现以前,来自印度洋的暖湿气流,可以到达中国大陆西北部引起降水,且行星风系的风向与纬度走向一致。青藏高原出现以后,对西风带产生了一定的影响。青藏高原从南到北差不多跨越了10个纬度。约占整个西风带的1/3。由于青藏高原的平均高度在4700m以上,成为西风流动的最大障碍。因此,低对流层的西风遇到青藏高原以后,即分为南北两支。来自印度洋的暖湿气流被青藏高原阻挡,难进入中国大陆。但是偶尔绕过高原的印度洋暖湿气流,会引起我国西部少量的降雨,形成喜马拉雅山前的强降水地区和我国西南的强降水地区。而来自太平洋的气流,为中国大陆降水的主要来源,造成我国降雨量东南部偏多,越往西北越减少,西北部变成干旱中心地区(张力小等,2001)。
更新世中期青藏高原隆升达到3000m以上,现代季风环流建立、东亚大陆温度带南移、亚洲中部沙漠积极发展、典型黄土普遍堆积等,是统一的自然历史过程,并最终演进为今日季风气候系统(王乃昂,1988)
 
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中新世古气候图
(Boucot et al., 2013

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