阿尔金断裂带新生代活动在柴达木盆地中的响应

阿尔金断裂新生代以来发生多期次的走滑运动,并伴随强烈的隆升作用,进而影响柴达木盆地新生代的构造演化。本文通过遥感卫星影像解译、地震反射剖面解释、区域地层分析,结合野外考察资料对阿尔金断裂新生代活动在柴达木盆地中的响应进行了研究。对柴达木盆地卫星影像的解译发现盆地中褶皱形态指示了近东西走向的褶皱构造带与近南北走向的褶皱构造带的叠加干涉效应,其中近东西向褶皱构造带是在印度/欧亚板块碰撞作用下青藏高原隆升并向北东扩展过程的响应,近南北向褶皱构造带是阿尔金断裂新生代活动的响应。对NW-SE向穿过阿尔金山-柴达木盆地的盆山结合带地震反射剖面的再解释,发现新生代地层中发育的多层生长地层,记录了阿尔金断裂新生代活动的信息。对盆地中新生代地层分布等厚图褶皱干涉样式的分析表明,上油砂山组沉积时期(14.9Ma)阿尔金断裂活动已经明显影响到柴达木盆地,而狮子沟组沉积时期(8.2~2.6Ma)断裂活动对柴达木盆地改造最强。通过对研究区已有的低温热年代学数据和沉积、构造、磁性地层年代学等方面研究成果的总结和分析,认为阿尔金断裂在新生代至少存在三期(~30Ma,~8Ma、~2.6Ma)强烈的构造活动和隆升作用,在柴达木盆地内表现为相应地质时代沉积速率的加快、沉积物岩性的变化、构造地貌的变形和同构造生长地层的出现。其中后两期(~8Ma、~2.6Ma)构造活动在整个青藏高原及周边地区广泛存在,为准同期构造事件,而月牙山地区地震地表破裂带的发现则表明阿尔金断裂带现在仍在强烈活动,并且直接影响到了柴达木盆地。阿尔金断裂带新生代以来的构造活动具有多期性,并影响和改造了柴达木盆地,可能对油气成藏有重要影响。     

阿尔金断裂带对青藏高原北部生长、隆升的制约

大量的同位素年代学证据表明(古)阿尔金断裂带可能形成于三叠纪,后又经历了侏罗纪、白垩纪的强烈左旋走滑活动,自印度板块与欧亚大陆碰撞后阿尔金断裂再次活动。主要的走滑活动发生在:(1)245~220Ma;(2)180~140Ma;(3)120~100Ma;(4)90~80Ma;(5)60~45Ma;(6)渐新世至中新世;(7)上新世至更新世以及(8)全新世。沿阿尔金断裂带,伴随左旋走滑活动形成一系列的逆冲断裂和正断裂,反映走滑过程中伴随隆升作用的存在,并且形成自北向南包括祁连山、大雪山、党河南山、柴北缘山、祁漫塔格山和昆仑山,表明阿尔金断裂带制约着青藏高原北部的生长和隆升。阿尔金断裂带东、西两端的白垩纪和新生代火山活动是断裂走滑活动的响应。     

阿尔金断裂新生代大规模走滑起始时间的厘定

至今仍在活动的阿尔金左旋走滑断裂构成了青藏高原地质意义上的北界,是世界上规模最大、也是最重要的巨型断裂之一,其新生代的快速走滑是吸收印藏碰撞变形的重要途径.对其新生代大规模走滑的起始时间目前尚无一个统一认识,主要受其本身复杂性的限制,也很难找到一个确切的直接证据来限定其走滑时间.本文从阿尔金断裂走滑作用相关的一系列地质现象入手,从多个角度综合阐述这一科学问题,包括柴达木盆地西缘的物源变化、塔里木盆地东南缘走滑挤压挠曲盆地的形成、青藏高原北缘上地壳强烈的NE-SW向缩短变形、走滑相关盆地的形成以及与走滑断裂相伴生的线性隆起形成等等.结果表明与阿尔金断裂左旋走滑相关的地质现象大量出现在中中新世以后,约束得出阿尔金断裂新生代大规模的走滑始于约15±2Ma.此外还分析了本文结果所得出的阿尔金断裂新生代长期滑移速率与实测第四纪滑移速率相互矛盾的原因,并讨论了阿尔金断裂左旋走滑与阿尔金山的隆升以及青藏高原东北缘在中中新世的构造应力转换之间的关系.     

阿尔金断裂带研究进展

从阿尔金断裂带的组成、延伸规模、活动时期、活动方式、位错量、活动速率和模式研究诸方面对阿尔金断裂带国内外同行近20年的研究成果进行归纳评述，认为阿尔金断裂带主要由5条断裂组成，其中阿尔金断裂延伸长度近 1 700 km，中新生代左旋走滑活动，累积位错量达400±50 km。晚新生代走滑位错量明显由西向东减小，这可能与印度板块新生代以来的脉冲式北向俯冲有关。未来10年，阿尔金山的隆升年代学研究、断裂对两侧盆地的控制作用及指导油气勘探将引起更多学者的关注。     

阿尔金山新生代隆升历史:来自塔东南若羌凹陷的沉积记录

阿尔金山位于青藏高原北部边缘,在高原隆升和演化过程中扮演着重要的角色。但是,关于它的新生代隆升历史现今仍存在较大的争议。阿尔金山北麓若羌凹陷新生代接受来自山脉的剥蚀物质。因此,凹陷内的沉积特征记录了阿尔金山新生代隆升的重要信息。本文利用石油钻井编录资料及地震剖面,通过对盆地区新生代各个地层之间的接触关系、沉积相组合和沉积速率变化进行研究,结果显示阿尔金山34Ma以来的隆升分为两阶段:第一阶段为34~20.4Ma,持续低速隆升;第二阶段为16Ma至现今,急剧快速隆升。结合前人研究成果,认为渐新世—早中新世,阿尔金断裂作为一个局限在中、下地壳的韧性剪切带造成阿尔金山一带产生大范围的地表隆起,控制了山脉在第一阶段的持续低速隆升;中中新世以来,阿尔金断裂大规模左行走滑,青藏高原北缘主要通过地壳缩短的形式释放应力,控制了山脉在第二阶段的急剧快速隆升。     

晚白垩世以来沿阿尔金断裂带的阶段性走滑隆升

年代学和沉积学特征表明,与印度板块约55MaBP以来沿喜马拉雅东、西构造结缝合带碰撞后青藏高原的阶段性隆升相对应,沿阿尔金断裂带阿尔金山地区亦发生阶段性走滑隆升,时间段大致为55～30MaBP、约20MaBP、约10MaBP和1～0.8MaBP.始新世-渐新世期间,阿尔金断裂大型左行走滑活动的发生,对中国西北大陆构造格架产生巨大的影响,不仅改造了古老的盆地和褶皱带,而且控制了新生代的走滑拉分盆地和两侧盆地的沉积速率,并对青藏高原的阶段性隆升和地壳物质东向蠕散起到调节作用.     

柴达木盆地西部新生代沉积特征及其对阿尔金断裂走滑活动的响应

柴达木盆地西部新生代沉积的发育受昆仑山(及青藏高原)崛起和阿尔金断裂的走滑活动控制。基于对该地新生界尤其是下油砂山组沉积环境的剖析,并与邻区的索尔库里北盆地进行对比,对阿尔金断裂的新生代的活动提出以下认识。1)古近纪为右行走滑,中新世起变为左行走滑,在盆地北缘伴随走滑发生的冲断作用,早期向北东扩展,晚期向南西扩展。2)阿尔金断裂的斜冲作用在始新世和上新世表现尤为明显,控制了下干柴沟组上段和狮子沟组异常高的沉积速率和沉积中心自西向东迁移。3)中新世是阿尔金断裂的松弛期,在次级北东向正断层的联合作用下可能在柴西形成拉分盆地,因而盆地发育特征明显不同于邻区的索尔库里北盆地。4)新近纪阿尔金断裂在左行走滑的大背景下经历了一个陆内的拉张—挤压旋回。     

阿尔金山脉新生代隆升-剥露过程

阿尔金山脉位于青藏高原北缘。文中主要是利用磷灰石裂变径迹测年分析,探讨阿尔金山脉的隆升和剥露过程。来自阿尔金山脉34个花岗岩、花岗闪长岩和片麻岩样品中磷灰石的裂变径迹测试结果表明,阿尔金山脉存在至少5个阶段的剥露作用,反演出阿尔金山脉具有多期次、阶段性的隆升特征,并存在差异性:EW向的阿尔金北缘拉配泉—红柳沟山体隆升-剥露时间早(61~34Ma);NE向且末—茫崖山脉的主要隆升时间位于始新世晚期—中新世(42~11Ma);沿阿尔金(主)断裂山体的隆升-剥露最为年轻,存在三期主要的剥露作用:10·2~7·3、5·5~4·5和2·1~1·8Ma。结合区域磷灰石测年数据、区域变形事件及其阿尔金断裂走滑历史分析,推测阿尔金山脉在晚白垩世曾有过初期隆升和剥露,古近纪的剥露局限于阿尔金山脉北缘EW向的山脉,始新世晚期—中新世、上新世晚期和早更新世的山脉剥露作用遍及了青藏高原北缘山脉,8Ma是青藏高原抬升和变形的一期重要构造事件发生时间;前陆盆地和阿尔金山间盆地的沉积作用研究也显示了阿尔金山脉的隆升剥露过程与阿尔金断裂的走滑及其相关盆地沉积构造-演化具有很好的耦合关系。     

阿尔金断裂带东南缘含油气盆地群的形成演化

沿阿尔金断裂带东南侧发育六个中、新生代的含油气盆地，盆地的边缘或盆地内部发育一系列的近东西走向、与阿尔金断裂锐角相交的断裂，该组断裂对盆地的隆坳格局和地层分布具有控制作用，盆地具有箕状结构或不对称结构特点。沿阿尔金断裂带方向，保罗系、白垩系、古近系、新近系的厚度和沉积特征在时空上呈有规律性变化，显示了阿尔金断裂带时、空活动的差异性。根据侏罗纪盆地在阿尔金断裂带两侧的展布特征和柴达木盆地西部发育的鼻状构造及其沉积演化特征，推断阿尔金断裂带中、新生代经历了多期不同方向的走滑运动。     

晚白垩世以来沿阿尔金断裂带的阶段性走滑隆升

年代学和沉积学特征表明，与印度板块约55MaBP以来沿喜马拉雅东、西构造结缝合带碰撞后青藏高原的阶段性隆升相对应，沿阿尔金断裂带阿尔金山地区亦发生阶段性走滑隆升，时间段大致为55～30MaBP、约20MaBP、约10MaBP和1～0．8MaBP。始新世一渐新世期间，阿尔金断裂大型左行走滑活动的发生，对中国西北大陆构造格架产生巨大的影响，不仅改造了古老的盆地和褶皱带，而且控制了新生代的走滑拉分盆地和两侧盆地的沉积速率，并对青藏高原的阶段性隆升和地壳物质东向蠕散起到调节作用。     

阿尔金山北段阿克塞—当金山口一带新生代山体抬升和剥蚀的裂变径迹证据

阿尔金山北段阿克塞—当金山口一带的裂变径迹测年证据表明,该地区于9～7 Ma以来发生过快速抬升和剥蚀,并且一直持续形成了现今所见的阿尔金山。新生代以来至少经历了三次抬升:早期43.6～24.3Ma、中期19.6～13.6 Ma、晚期9～7 Ma。抬升速率先缓慢、后相对快速,9～7 Ma以来的抬升速率为0.94 mm/a。晚期的构造拾升可能与阿尔金断裂带左行走滑活动有关,而与相邻的柴达木盆地北缘地区的构造抬升并不一致。     

阿尔金断裂东段的构造转换模式

大型走滑断裂控制着青藏高原的变形,众多学者通过阿尔金断裂来探索青藏高原北部的构造变形过程。基于野外调查和前人的研究结果可知阿尔金断裂的滑动速率在肃北—疏勒河口段表现为三联点两侧的突降,祁连山西段的逆冲和走滑断裂吸收了阿尔金断裂的左旋位移。由于祁连山内部次级断裂活动性的增强,现存阿尔金断裂连续地表破裂终止于酒泉盆地西侧,但位于其东侧的断裂系仍属于阿尔金断裂。在Kohistan岛弧与欧亚板块碰撞之后,青藏高原沿阿尔金断裂曾发生滑动速率近一致的侧向挤出,断裂两侧此时并未发生明显的隆起。随后东昆仑造山带和祁连山造山带的先后大规模隆升,高原的北东向挤出迅速减弱。阿尔金断裂北东向挤出能力与东昆仑造山带和祁连山造山带的隆起存在明显的耦合作用。     

阿尔金断裂晚新生代左旋走滑位错的地质新证据

通过对沿阿尔金断裂中段 (位于东经 88°至 92°)发育的晚第三纪走滑盆地沉积历史和走滑变形过程的野外观测以及对第四纪索尔库里盆地形成和演化过程的沉积环境复原的分析 ,提出了阿尔金断裂中段晚新生代左旋走滑位错的地质新证据。研究表明 ,晚第三纪走滑盆地经历了中新世晚期至上新世早期斜张走滑拉分和上新世晚期以来左旋错动的演化过程 ,沉积体沿断裂的错位分布特征指示至少发生了 80 km的左旋走滑位错。发育于阿尔金山链内部的索尔库里盆地起源于晚第三纪早期强烈的侵蚀作用 ,成为柴达木盆地快速沉积的主要物源区。该侵蚀盆地于中晚更新世闭合并演化成一个独立的沉积盆地。通过侵蚀盆地外流通道的复原指示阿尔金断裂自晚第三纪以来累积了 80～ 1 0 0 km的左旋位错。在此基础上 ,结合穿越断裂构造的 级区域水系形成的洪积裙宽度和主干河道沿断裂迹线的拐折长度 ,探讨了阿尔金断裂晚新生代左旋走滑位错量沿走向分布的特征 ,估算了左旋走滑速率     

新生代阿尔金山脉隆升历史的裂变径迹证据

10个片麻岩和花岗岩的磷灰石裂变径迹年龄值位于35．6－13．6Ma之间，表明了阿尔金山脉的隆升开始于渐新世，并一直延续至中新世。山脉早期的隆升速度较低，后期可能存在一个快速的隆升时期；阿尔金山脉并非整体的均匀隆升，其内分布的NEE走向的断裂也局部控制了山体的隆升；如果山脉的隆升是阿尔金断裂左行走滑的结果，那以可推测阿尔金断裂大型左行走滑的起始时间应为渐新世。区域资料分析表明，青藏高原北缘在渐新世至中新世期间发生了大规模的、区域性的抬升。     

阿拉善地块新生代构造作用——兼论阿尔金断裂新生代东向延伸问题

阿拉善地块在新生代的变形是青藏高原北部活动的直接结果,各方面的资料显示这种影响仅发生在中新世中晚期,前的活动性已经很低。阿尔金断裂的延伸并不能穿过阿拉善与南蒙古相关断裂相连,我们的研究更偏重认为阿尔金断裂没有进入阿拉善地区,而是经过金塔—花海盆地南缘的宽滩山—黑山地区与合黎山—龙首山南缘断裂相连,中新世中晚期,由于青藏高原北部重要的构造事件,青藏高原由南向北挤压河西走廊地区,造成了金塔—花海盆地内部由近南北向构造转变为近东西向构造。同时形成北山地区控制上第三系沉积(上新统)的东西向断裂。而阿拉善南缘产生右行走滑运动,地块的北部及内部则产生了近南北向的第三纪伸展构造,这些伸展构造以及金塔—花海盆地第三纪断裂控制的沉积与前人认为的强前陆、弱限制性边界的侧向挤出类似。我们认为阿拉善及蒙古地区中新世—上新世期间,由于受到青藏高原近南北向的挤压,产生区域性的"共轭"断裂系统,由于这些地区早期构造的控制,这些新活动的断裂主要迁就于老构造,以脆性活动为主,在蒙古国形成了沿阿尔泰山的北西—南东向断裂和东南部的北东—南西向"共轭"断裂系统,而阿尔金断裂与合黎山—龙首山南缘断裂则形成南侧的"共轭"断裂系统。北山以及金塔—花海地区则是这两组断裂的交汇地区,挤压作用明显,控制了新生代的沉积,并导致了新生代金塔—花海盆地的形成。阿拉善地块作为夹持在这两组断裂之间的地块,发生了一定程度的向东挤出运动,在其东缘贺兰山西侧形成了新生代的挤压构造,而在其东北缘和西南缘则迁就早期的韧性剪切带分别向北东和南西运动,产生相应的变形。该模型能够合理地解释阿拉善周围地区及其内部中新世以来的变形及其与青藏高原北部构造运动之间的关系。     

青藏高原北缘新生代早期构造运动——来自酒西盆地始新世-渐新世的沉积学约束

位于青藏高原北缘的酒西盆地,出露有完整的晚始新世地层,真实地记录了周缘构造的运动,使其成为研究高原北缘新生代构造活动的最佳场所之一.基于酒西盆地11条沉积剖面的沉积相、重矿物和古水流研究,建立了火烧沟组-白杨河组高精度的沉积格架,识别出盆地在晚始新世主要为走滑盆地,沉积形态主要受阿尔金断裂左行走滑作用控制.阿尔金断裂强烈的走滑作用受到北部阿拉善地体的阻挡,在酒西盆地北部形成一个前锋带.随后,高原内部强烈的南-北向挤压作用沿酒西盆地的刚性基底向南传递到北祁连断裂,形成了新近纪早期酒西前陆盆地的雏形.     

阿尔金断裂新生代活动方式及其与柴达木盆地的耦合分析

位于青藏高原北缘的阿尔金左旋走滑断裂是世界上规模最大也是最重要的线性构造之一,其新生代以来的活动方式是限定高原生长机制的重要边界条件.本文在对阿尔金山中不同方向隆起构造进行分析的基础上,综合前人资料论证了阿尔金断裂在晚始新世-中中新世时以基底剪切为主,大规模地表走滑则发生在中中新世以后.对柴达木盆地内近东西向和北西向断裂系统的分布、形态、活动时间进行了详细的分析,发现它们是在不同时间、不同区域、不同控制条件下形成的两套断裂系统,与阿尔金断裂的两阶段活动方式存在很好的耦合关系.柴达木盆地西北侧的沉积和构造特征表明阿尔金山的隆升幅度和范围在中中新世达到最大,随后则逐渐减小,这种变化也与阿尔金断裂从基底剪切到地表走滑的转换非常吻合.     

How did the Alxa Block respond to the Indo-Eurasian collision?

The Cenozoic deformation of the Alxa Block resulted directly from the evolution of the northern Qinghai-Tibetan Plateau. However, many data show that the deformation occurred only in the Middle-Late Miocene. Our studies show that the Altyn Tagh fault did not pass through the Alxa Block; on the contrary it went along the southern boundary of the Jintai-Huahai Basin, linking with the Helishan—southern Longshoushan fault. Due to important tectonic events in the northern Qinghai-Tibetan plateau during the Middle-Late Miocene time, the northern plateau underwent rapid uplift and the plateau compressed the Hexi Corridor Region, resulting in a change from NS-trending to EW-trending structures in the Jinta-Huahai basin, and in the development of compressive structures in the Beishan. The southern Alxa fault underwent right lateral movement, and in the northern and central parts of the block, NS-trending Tertiary extensional structures formed. These basins controlled by Tertiary faults are similar to basins developed by lateral extrusion with a strong foreland and weak limited boundaries. The authors suggest that a regional “conjugate” fault system resulted from nearly NS-trending compression from the Qinghai-Tibetan Plateau during the Miocene and Pliocene in the Alxa Block and southern Mongolia. And due to the control of early structures in these regions, most brittle faults reactivated earlier ductile faults; NW–SE faults along the Altai Mountain and NE–SW faults to the southeast in Mongolia consist of a “conjugate” fault system to the north. The Altyn Tagh fault and southern Helishan-Longshoushan fault comprise a “conjugate” fault system to the south. The Beishan and Jinta-Huahai Basin occupied the convergent area between these two sets of faults; the compression controlled the Tertiary deposition and led to the development of the Cenozoic Jinta-Huahai Basin. The Alxa Block bounded by these two sets of faults moved eastwards, which resulted in the development of Cenozoic compressive structures to the west of Helan Shan, and superimposed early ductile shear zones along the northeastern and southwestern boundaries of the Alxa Block respectively. This model could explain the Cenozoic deformation occurring in and around the Alxa region.