柴达木盆地东北部新近纪构造旋转及其意义

青藏高原东北缘构造变形的研究是认识高原隆起过程、机制和印度—欧亚板块碰撞远程效应的重要途径。柴达木盆地是印度－欧亚板块碰撞后南北向挤压应力为动力背景的高原东北部内陆盆地,沉积物主要来自于周边山地,完整的保存了新生代以来高原隆升的详细记录。通过柴达木盆地东北部瑙格剖面精细古地磁及构造旋转研究发现,20.1～15.1Ma以及15.1～8.2Ma柴达木盆地分别发生了9.7°±7.4°和6.4°±4.4°的顺时针旋转,约8.2Ma后,柴达木盆地东北部瑙格地区发生了16°±7.5°的逆时针快速旋转。通过分析认为,前两次的顺时针构造旋转事件可能与阿尔金断裂的左旋走滑有关。而约82Ma以来的逆时针旋转事件属于柴达木盆地东北部瑙格地区的局部旋转,可能与温泉断裂的右旋走滑有关,说明青藏高原东北部在昆仑山、阿尔金山和祁连山三条巨型断裂系左旋相对运动的宏观控制下形成的NNW向温泉右旋走滑断裂开始走滑的年代为约8Ma。     

柴达木盆地西部地区晚新生代构造变形及其意义

青藏高原东北缘构造变形研究是认识整个青藏高原隆升过程、机制以及印欧板块碰撞远程效应的重要途径。受控于昆仑山断裂、阿尔金断裂、祁连山断裂的柴达木盆地,新生代地层发育,较完整地记录了高原东北缘的构造变形信息。尤其柴达木盆地西部地区,构造变形强烈,晚新生代地层出露完整,是研究其晚新生代构造变形历史及驱动机制的理想地区。文中应用平衡剖面和古地磁构造旋转方法,结合最新的磁性地层年代,定量恢复该地区的构造变形历史。结果表明,在挤压应力的控制下该地区自22 Ma以来,构造变形主要表现为地层缩短与构造旋转,且其强度呈阶段性增长,具体又可划分为3个阶段：22~9.1 Ma构造活动平静期、9.1~2.65 Ma构造变形相对加强期、2.65 Ma以来构造变形顶峰期。研究表明,造成柴西地区地层持续缩短和顺时针旋转的关键推动力是印欧板块晚新生代的持续向北推挤、昆仑山-祁曼塔格山向柴达木盆地强烈挤压推覆以及阿尔金左旋走滑断裂大规模的复活。     

柴北缘早新生代旋转变形特征及其构造意义

青藏高原东北部作为高原北东向扩展的前缘地带,新生代以来变形十分强烈,是研究青藏高原隆升变形过程和生长模式的关键地区之一。然而高原东北部何时卷入印度-欧亚大陆碰撞挤压变形系统以及高原扩展的运动学、动力学过程和机制等仍存在很大争议。大陆碰撞及持续挤压过程往往会伴随块体及其内部的旋转变形,而古地磁磁偏角可以定量恢复块体绕垂直轴发生的旋转变形,在研究块体旋转变形方面具有其独特优势。高原东北部,尤其是柴达木盆地,缺乏早新生代的细致旋转变形研究,制约了我们对高原东北部地区早新生代的旋转变形特征及其对印度-欧亚大陆碰撞远程响应的理解。柴北缘地区出露有近乎连续完整的早新生代路乐河组-下干柴沟组地层,为研究青藏高原东北部早新生代旋转变形提供了理想场所。本文对柴北缘逆冲带北中部的驼南和高泉两剖面早新生代路乐河组和下干柴沟组地层开展精细古地磁旋转变形研究:包括在驼南剖面布设4个时间节点、24个采点260个古地磁岩心样品,高泉剖面布设2个时间节点、14个采点150个古地磁岩心样品。通过系统岩石磁学和热退磁实验分析,揭示两剖面早新生代样品的载磁矿物主要是赤铁矿,并含有少量磁铁矿;所获得31个有效采点的高温特征剩磁方向通过褶皱检验和倒转检验,指示可能是岩石沉积时期记录的原生剩磁方向。结合柴北缘中部红柳沟剖面已有古地磁数据,三剖面古地磁结果一致表明柴北缘地区在45~35 Ma期间发生了显著(约20°)逆时针旋转变形。结合东部陇中盆地同时期古地磁旋转变形记录,发现二者具有反向的共轭旋转变形关系。综合青藏高原东部早新生代(52~46 Ma)旋转变形和渐新世以来走滑断裂活动等证据,我们认为:(1)高原东北部的共轭旋转变形是该地区对印度-欧亚碰撞的远程响应,其时间不晚于中始新世(约45 Ma);(2)早新生代自喜马拉雅东构造结至高原东北部,其两侧系统的共轭旋转变形很可能是该时期喜马拉雅东构造结北北东向压入欧亚大陆引起的右旋和左旋剪切作用导致,且剪切应力及相关的地壳缩短和旋转变形等呈现自东构造结地区沿北北东向逐步向高原东北部传递的特征;(3)古新世—始新世时期高原构造变形可能主要通过南北向挤压-地壳增厚模式、渐新世以来主要以沿主要断裂带的侧向挤出模式来调整。     

青藏高原东南缘构造旋转变形分析:以四川盐源盆地古地磁研究为例

探究青藏高原东南缘构造旋转变形有助于理解青藏高原内部物质向东南方向的挤出过程。目前,有关青藏高原东南缘的构造旋转研究主要针对于两套地层:侏罗系—始新统和中新统—第四系。对侏罗系—始新统研究表明了大范围的顺时针旋转变形的存在,而对中新统—第四系的研究则表明该区域可能同时存在逆时针旋转变形。然而,对这两种构造旋转变形的时间和幅度仍缺乏充分的制约。位于川滇地块的四川盐源盆地同时出露这两套地层。磁性地层研究表明,上新统—中更新统的时代为3.6~0.6 Ma。磁偏角数据揭示上新统—中更新统经历了逆时针旋转变形(-14.4°±2.7°),而古新统—始新统经历了明显的顺时针旋转(10°~21.5°),两套地层间的旋转幅度高达36.6°。鉴于青藏高原东南缘发生大规模顺时针旋转变形的最年轻地层为始新统地层,因此顺时针旋转变形可能发生在始新世—中新世某个时间段。这个时间与红河—哀牢山走滑断裂带的活动时间基本一致,因此顺时针旋转变形可能与该大型断裂带的活动直接相关。盐源盆地记录到的逆时针旋转变形发生于至少3.6 Ma以来,平均旋转速率为4°/Ma。由于磁组构数据表明上新世—中更新世地层并未受到挤压变形作用,因此其逆时针旋转变形可能受周围走滑断裂带的控制。     

青藏高原东北缘六盘山地区新生代构造旋转及其意义

青藏高原东北缘构造变形的研究是认识高原隆起过程、机制和印度-欧亚板块碰撞远程效应的重要途径。新生代时期,海原-六盘山断裂、香山-天景山断裂、烟筒山-窑山断裂和青铜峡-固原断裂控制的青藏高原最东北缘六盘山地区山前盆地群,接受了巨厚的新生代沉积,较完整地记录了高原东北部的变形隆升历史。通过六盘山地区丁家二沟剖面的精细古地磁研究发现,白垩纪结束后至中新世六盘山地区发生了约23°的长期顺时针构造旋转,并主要发生在三个时期:可能于晚始新世至早渐新世六盘山地区发生了约9°的顺时针旋转、早渐新世晚期顺时针快速旋转约9°、早中新世初顺时针快速旋转约5°,同时它们也被地层变形侵蚀和沉积演化所记录,说明印度-欧亚板块碰撞变形的前峰最迟在约始新世末-渐新世初就已经达到六盘山地区。这比目前普遍认同的六盘山地区变形隆升是青藏高原隆起中最晚形成(第四纪以来)的观点早了至少3千多万年,它为深入认识高原隆升过程和环境效应提供了新的证据。     

阿拉善地块东缘新生代中新世挤压变形及动力学背景

在阿拉善地块东缘发现新生代中新世挤压构造,形成近SN或NE-SW走向的逆冲断层及卷入新生代地层的褶皱.其形成背景关系到阿拉善地块新生代的变形特征以及与青藏高原扩展的关系.为了进一步探讨阿拉善地块东缘的挤压构造是否受青藏高原扩展控制,为青藏高原北缘新生代扩展过程的研究提供资料,通过详细地质填图、区域地质调查与对比方法,确定了这些挤压构造的几何样式以及运动学特征,结合断层滑动矢量,恢复出变形时的古应力场.室内外的分析表明,形成这些挤压构造的最大主应力方位为NW-SE或近EW向,结合盆地地震反射资料、卷入构造的地层,推测变形的时代是中新世中晚期.这期变形的动力可能是阿拉善地块受到青藏高原北缘的挤压向东运动所致.同时在阿拉善地块向东运动的过程中,其内部发育的早期东西向构造带发生右行走滑,和阿拉善东缘的挤压构造一同调节地块的变形.晚中新世之后,高原东北缘最大主应力方位发生顺时针旋转,阿拉善东缘挤压构造被后期构造叠加.      

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。     

柴西北地区碎屑锆石裂变径迹年龄记录的阿尔金山早新生代隆升事件

阿尔金山新生代隆升历史一直倍受关注,大量热年代学数据显示,渐新世(40~30 Ma)以来发生阶段性隆升,而新生代初期隆升的热年代学记录极少。柴达木盆地西北地区(柴西北地区)新生界碎屑锆石裂变径迹年龄研究表明,其物源区单一且在新生代早期古新世中晚始新世(65~50 Ma)发生快速隆升剥露,为该区提供陆源碎屑。前人通过物源分析发现,柴西北时期的碎屑物主要来源于阿尔金山。同时,该区路乐河组下干柴沟组沉积地层残余厚度及沉积相特征表明,此时(65~50 Ma)阿尔金山存在一次短暂抬升,但幅度较小,与盆地高差不大,使柴西地区地形东高西低、北高南低。结合前人研究成果,本研究锆石裂变径迹热年代学数据以及沉积学指标所记录的阿尔金山东段65~50 Ma构造隆升事件,是对新生代印度欧亚板块碰撞的最初响应,也为青藏高原新生代隆升具有南北同步性提供了新的证据。     

新疆北部古地磁研究

通过和布克赛尔、克拉玛依、玛纳斯—乌鲁木齐地区泥盆纪到白垩纪古地磁研究,主要取得以下结果:(1)首次建立了准噶尔西北缘及南缘石炭纪—白垩纪古地磁极移曲线,由石炭纪到二叠纪的古地磁极位置基本在同一区间,说明该时期这些地区为一个统一的构造单元,而其古地磁极明显与塔里木、哈萨克斯坦、西伯利亚地块存在着差异。(2)该地区侏罗纪及白垩纪古地磁结果与塔里木地块结果一致,侏罗纪乌鲁木齐与和布克赛尔磁偏角相差30°左右,说明和布克赛尔地区相对乌鲁木齐地区逆时针旋转了30°左右,晚古生代以后曾发生过南向移动,而侏罗、白垩纪以来均向北发生了相当规模的北向运动,并发生了相对旋转,目前东、西准噶尔的构造格局可能就是由于局部相对旋转造成的。(3)中国大陆在早二叠世还不是一个联合的整体,而是以相互分离的独立块体分布于45°N—15°S的古特提斯洋中。(4)该地区二叠纪的磁偏角为165°—168°,而塔里木为218°,哈萨克斯坦为229°,说明存在35°—55°的逆时针旋转,这个旋转可能是由于西部推覆构造造成的。如果将西准噶尔超基性岩带顺时针旋转35°—55°后,东准噶尔超基性岩带、西准噶尔超基性岩带和斋桑泊—鲁布佐夫斯克超基性岩带应在同一构造带上。(5)该地区晚古生代古纬度变化不明显,位于30°—45     

青藏高原柴达木盆地新生代沉积充填速率演化 及其对构造隆升的响应

压实作用可能会对地层的真实厚度和沉积速率造成影响,因而需要进行矫正,但在实际研究中很少考虑这些影响。通过对柴达木盆地东北缘大红沟剖面新生代地层古厚度的恢复,原始沉积速率的详细研究及盆地内其它剖面研究资料的对比,发现该区52～13Ma间至少存在3次大规模的构造隆升事件,时间分别在约49.5Ma、45.5～33Ma、25～16Ma,揭示了柴达木盆地北缘沉积演化和南祁连山隆起的过程,发现经矫正后的沉积速率峰值与前人所总结的新生代青藏高原隆升期可以较好地对比,为探讨青藏高原构造隆升过程及沉积速率对其发展的响应提供重要的信息。     

柴西红沟子地区晚新生代岩石磁学特征及对青藏高原北缘隆升的响应

柴达木盆地为青藏高原东北缘的一个内陆沉积盆地,发育了巨厚的中-新生代沉积地层,这些地层记录了盆地及周缘山地的构造、环境演变历史。本文通过对柴达木盆地西北部红沟子地区晚新生代天然剖面沉积物岩石磁学的研究,表明在约9.8 Ma磁化率值突然增大,同时沉积物中磁铁矿的含量也明显增加。结合剖面沉积物岩相、岩性及沉积速率等分析,依据沉积物磁学性质与环境变化和构造运动之间的关系,我们认为该地区晚新生代物源变化,可能是造成岩石磁学特征在大约9.8 Ma变化的主要原因,同时可能还暗示了青藏高原东北缘一次强烈的构造隆升事件,阿尔金山作为柴达木盆地的物源之一,也响应了此次构造运动,隆升到了一定高度使剥蚀速度增加,这一过程被柴西地区的红沟子构造所记录。     

Magnetostratigraphy and Anisotropy of Magnetic Susceptibility of the Lulehe Formation in the Northeastern Qaidam Basin

The timing of onset of deposition of the Lulehe Formation is a significant factor in understanding the genesis of the Qaidam basin and the evolution of the Tibetan Plateau. Here, we describe a detailed magnetostratigraphic and magnetic fabric study of the middle and lower parts of the Lulehe Formation. A total of 234 samples were collected from 117 sites throughout a thickness of almost 460 m of fluvial and lacustrine deposits at the Xitieshan section in the northeastern Qaidam basin. Out of these sites, 94 sites yielded well-defined characteristic remanent magnetization components by stepwise thermal demagnetization and were used to establish the magnetostratigraphy of the studied section. Based on correlation with the geomagnetic polarity timescale, the studied section spans the period from 53.8 Ma to 50.7 Ma. Our results show a three-fold decrease in sedimentation rates as well as marked change in facies from braided river to delta and shore–shallow lake around 52.6 Ma, which suggests tectonic uplift of the northeastern Qaidam basin margin ridge was rapid at the onset of formation of the Qaidam basin and subsequently weakened after 52.6 Ma. The anisotropy of magnetic susceptibility results indicate that tectonic compression stress had reached the northeastern Tibetan Plateau by the early stages of Indo–Eurasian plate collision and that the direction of stress in the study area was NE–SW. Furthermore, a weakening of tectonic compression stress around 52.6 Ma is consistent with sedimentary records. The age of initial deposition of the Qaidam basin (around 53.8 Ma) was almost synchronous with that of the Qiangtang, Hoh Xil, Xining, and Lanzhou basins, which implies that stress was transferred rapidly through the Tibetan Plateau during or immediately after the onset of Indo–Eurasian collision.     

Exhumation History of the Xining Basin Since the Mesozoic and Its Tectonic Significance

The Xining Basin is located in the northeastern Qinghai–Tibetan Plateau, and its continuous Cenozoic strata record the entire uplift and outgrowth history of the Tibetan Plateau during the Cenozoic. The newly obtained apatite fission track data presented here shows that the Xining Basin and two marginal mountain ranges have experienced multiphase rapid cooling since the Jurassic, as follows. In the Middle–Late Jurassic, the rapid exhumation of the former Xining Basin resulted from collision between the Qiangtang Block and the Tarim Block. During the Early–Late Cretaceous, the former Xining Basin underwent a tectonic event due to marginal compression, causing the angular unconformity between the Upper and Lower Cretaceous. In the Late Cretaceous to the Early Cenozoic, collision between the Qiangtang Block and the Lhasa Block may have resulted in the rapid exhumation of the Xining Basin and the Lajishan to the south. In the Early Cenozoic(ca. 50–30 Ma), collision between the Indian and Eurasia plates affected the region that corresponds to the present northeastern Qinghai–Tibetan Plateau. During this period, the central Qilian Block rotated clockwise by approximately 24° to form a wedge-shaped basin(i.e., the Xining Basin) opening to the west. During ca. 17–8 Ma, the entire northeastern Qinghai–Tibetan Plateau underwent dramatic deformation, and the Lajishan uplifted rapidly owing to the northward compression of the Guide Basin from the south. A marked change in subsidence occurred in the Xining Basin during this period, when the basin was tectonically inverted.     

Cenozoic Stratigraphy Deformation History in the Central and Eastern of Qaidam Basin by the Balance Section Restoration and its Implication

The Qaidam Basin,located in the northern margin of the Qinghai-Tibet Plateau,is a large Mesozoic-Cenozoic basin,and bears huge thick Cenozoic strata.The geologic events of the Indian-Eurasian plate-plate collision since～55 Ma have been well recorded.Based on the latest progress in high-resolution stratigraphy,a technique of balanced section was applied to six pieces of northeast-southwest geologic seismic profiles in the central and eastern of the Qaidam Basin to reconstruct the crustal shortening deform...     

柴达木路乐河地区新生代碎屑组分变化及其对构造隆升的指示

碎屑组分变化是反映盆地物源演化历程的重要物质表现。路乐河地区作为柴达木盆地的重要组成部分,沉积地层记载着印度-欧亚板块碰撞以来青藏高原北缘造山带的构造隆升过程。高长石组分含量、物源方向及毗邻山脉岩性对比揭示,路乐河物源主要受南祁连和赛什腾山控制,其碎屑组分变化对毗邻造山带构造活动具有很好的耦合性。新生代53.5~2.9Ma期间,路乐河地区存在3次物源转换事件,发生时间依次同印度-欧亚板块碰撞及高原内部构造隆升事件相吻合。其中早期50.1~46.6Ma,南祁连山的快速抬升是对大陆初始碰撞的远程响应;44.5Ma,高原以垂向增生和推覆构造发育为特点,赛北断裂高速剥露,致使路乐河地区物源发生转变;渐新世末期(22.6Ma),青藏高原准同时整体隆升,赛什腾山和南祁连山协同为路乐河地区供给沉积物。所获认识为深入了解高原隆升演化和板块碰撞远程效应提供新的沉积依据。     

Cenozoic Stratigraphy Deformation History in the Central and Eastern of Qaidam Basin by the Balance Section Restoration and its Implication

The Qaidam Basin, located in the northern margin of the Qinghai–Tibet Plateau, is a large Mesozoic–Cenozoic basin, and bears huge thick Cenozoic strata. The geologic events of the Indian-Eurasian plate–plate collision since ~55 Ma have been well recorded. Based on the latest progress in high-resolution stratigraphy, a technique of balanced section was applied to six pieces of northeast–southwest geologic seismic profiles in the central and eastern of the Qaidam Basin to reconstruct the crustal shortening deformation history during the Cenozoic collision. The results show that the Qaidam Basin began to shorten deformation nearly synchronous to the early collision, manifesting as a weak compression, the deformation increased significantly during the Middle and Late Eocene, and then weakened slightly and began to accelerate rapidly since the Late Miocene, especially since the Quaternary, reflecting this powerful compressional deformation and rapid uplift of the northern Tibetan Plateau around the Qaidam Basin.