How does/did the Tibetan Plateau grow? Geologic-geophysical research in NE-Tibet
Final Report Abstract
Der NE-Teil des Tibet-Plateaus ist der Archetyp für Untersuchungen zur Kollisionstektonik, Krustenverdickung, und dem lateralen Entweichen entlang großen Seitenverschiebungen (hier Kunlun, Altyn Tagh). Durch eine Kombination von geophysikalischen, geologischen und geothermochronologischen Untersuchungen zielte das INDEPTH IV Projekt auf ein Verständnis der Struktur der Kruste und des oberen Mantels. Insbesondere wollten wir erkunden entlang welchen Deformationszonen die Krustenverdickung erfolgt(e), ob prä-existente Suturen während des Känozoikums als intra-kontinentale Subduktionszonen reaktiviert wurden und ob Unterkrustenfließen einen signifikanten Beitrag zur Verdickung und Hebung des Plateaus beisteuert(e). Ein ~2 km topographischer Abfall und eine Abnahme der Krustendicke markieren die NE-Grenze Tibets. Die Kunlun-Seitenverschiebung und die Kunlun-Überschiebung beherrschen die Deformation an der Oberfläche. Weiter im Süden markiert die mesozoische Jinsha Sutur eine Lithosphärengrenze. Der geophysikalische Aspekt des INDEPTH Projektes konzentrierte sich auf die Verbindung zwischen Oberflächen-, Krusten- und Manteldeformation und die damit einhergehenden Änderungen in der Krustendicke, den intra-kontinentalen Störungen, auf Hinweise auf das Unterkrustenfließen und von subduzierenden Platten und Anisotropien im oberen Mantel. Messungen der seismischen Anisotropie (SKS-Aufspaltung) zeigen, dass die schnellen Richtungen mit dem Streichen der Seitenverschiebungen, aber nicht mit fossilen Strukturen, wie der Jinsha Sutur übereinstimmen. Die Anisotropien bilden die petro-physikalischen Gegebenheiten der aktiven Deformation ab. Regionale Unterschiede in der krustalen Rayleigh-Geschwindigkeiten treten nur in der Oberkruste auf; wahrscheinlich hat Unterkrustenfließen solche Unterscheide in der tiefen Kruste ausgelöscht. Weitwinkeldaten belegen einen Mohodickensprung ~100 km nördlich der Kunlun Überschiebung und eine Unterlagerung des südlichen Qaidam-Beckens durch eine „doppelte Moho“, die wahrscheinlich durch Unterkrustenfließen aus dem Tibet-Plateau entstanden ist. Die Kruste des Qaidam Beckens ist rheologisch schwächer als die Kruste des benachbarten Tarim-Beckens; dies ist wahrscheinlich die Ursache für das dortige aktive Plateau-Wachstum. Eine Korrelation der Seismizität und der Störungsaktivität mit den Geschwindigkeitsanomalien im oberen Mantel weist darauf hin, dass die Festigkeit des oberen Mantels die Deformation der Kruste kontrolliert. P- und S-Wellen „receiver functions“ belegen eine erhöhte Temperatur des oberen Mantels unter dem Tibet-Plateau; niedrigere Temperaturen treten unter dem Qaidam Becken auf. Die S-receiver functions belegen die Existenz einer eigenen Tibet-Platte, über den entgegengesetzt-gerichtet subduzierenden Platten Indiens und Asiens. Die Lithosphäre Indien reicht bis zur Bangong-Nujiang Sutur in Zentral-Tibet. Der obere Mantel unter N-Tibet hat eine geringere Dichte und ist wärmer als der Mantel unter S-Tibet; dies liefert den isostatischen Ausgleich für die hohe mittlere Topographie unter N-Tibet, wo die Kruste dünner ist als in S-Tibet. Die regionalgeologischen Aspekte des Projektes konzentrierten sich auf das Miozäne-Rezente Deformationsfeld am Tibet-Plateau und die Alterseinstufung des E-gerichteten Wachstums des Plateaus. Die Gräben in Zentral-Tibet haben eine starke sinistrale Seitenverschiebungskomponente; die Deformationsintensität ist gering. Demgegenüber zeigen die Gräben in S-Tibet eine dextrale Seitenverschiebungskomponente. Die Bangong-Nujiang Suturzone, die diese Bereiche teilt, ist eine transpressive Seitenverschiebungszone. Das aktive Deformationsfeld existiert seit ~5 Ma. Ein Deformationsfeld, das ~N-S Verkürzung und ~E-W Extension (konstriktionale Deformation) paart, existiert seit mindestens 18 Ma. Die Gesamtheit der Miozän-Rezenten Strukturen des Tibet-Plateaus sind durch ein kinematisches Model erklärbar, das ein Materialfliessen nach E (SE) beinhaltet und durch die Lage der Backstops (Breite bzw. Enge des Deformationsfelds) bestimmt wird. Die Rumpflandschaft, die Teile des Tibet-Plateaus bedeckt, ist bis in das östliche Vorland verfolgbar und wurde wahrscheinlich im frühen Känozoikum gebildet. Das Tibet-Plateau inkorporierte das nördliche Sichuan-Becken in das E-gerichtete Wachstums des Plateaus im Miozän. Die Jinsha Sutur ist für die känozoische Oberkrustendeformation ein rheologische Schwächezone. Der zeitgleiche Beginn der Exhumierung im Inneren und entlang des E-Randes des Plateaus spricht gegen eine ostwärtswandernde Exhumierungswelle, wie sie das Unterkrustenfließmodell voraussagt. Methodische Experimente und Untersuchungen an Proben der Kontinentalen Tiefbohrung belegen Fehler in der Spaltspurenmethode, die einige geologische Anwendungen betreffen; dies sind insbesondere die Modellierungen zu den thermischen Geschichten. Die Unzulänglichkeiten betreffen sehr wahrscheinlich das Verständnis des Ätzverhaltens von natürlichen Spuren in Strahlengeschädigten Apatiten. Die auf die elektrischen Entladungen basierende extensionale Gesteinsfragmentierungstechnik liefert mehr, weniger zerbrochene Minerale und Minerale mit besser erhaltener Kristallgestalt und mit einer wahre Korngrößenverteilung als die klassische kompressive Aufbereitungstechnik; dies ist besonders in der Geo-Thermochronologie von Bedeutung. Es lassen sich keine Effekte durch die, bei der elektrischen Fragmentierung kurzzeitig auftretenden hohen Temperaturen für die 40Ar-39Ar und Spaltspuren-Geochronologie nachweisen.
Publications
- 2013. Seismic anisotropy from SKS splitting beneath northeastern Tibet. Bull. Seismol. Soc. America, 103, 3362- 3371
Eken, T., Tilmann, F., Mechie, J., Zhao, W., Kind, R., Su, H., Xue, G. and Karplus, M.
(See online at https://doi.org/10.1785/0120130054)
