西秦岭北缘构造带的新生代构造活动——兼论对青藏高原东北缘形成过程的指示意义

西秦岭北缘构造带是青藏高原东北部一条重要的北西西向构造带,它由一组近于平行的断裂组成,中部发育活动的左旋走滑断裂,两侧发育向外扩展的多条逆冲断裂,剖面上呈向北偏心的花状构造。自古近纪中晚期以来西秦岭北缘构造带成为青藏高原早期的北东边界,其新生代构造活动控制了两侧的新生代盆地沉积演化和构造变形。在构造带南侧滩歌盆地自古近纪中晚期堆积了一套厚度较大的砾岩和砂岩地层,但未见新近纪地层;沿西秦岭北缘构造带中部在中新世形成具有剪切拉张性质的武山—漳县盆地,沉积了厚度超过千米的砾岩、砂岩和泥岩序列;在构造带北侧陇西盆地从古近纪中晚期至中新世晚期一直处于前陆盆地发育阶段,沉积了连续的新生代地层序列。在中新世晚期以后,整个构造带遭受挤压变形,逆冲活动强烈,中部的武山—漳县盆地和北侧的陇西盆地相继消亡,新生代地层发生强烈构造变形,位于构造带南侧的滩歌盆地也同时发生轻微缩短变形。第四纪晚期以来西秦岭北缘构造带断裂活动主要表现为左旋走滑运动方式,而逆冲断裂活动则迁移到了北东方向的海原断裂和香山—天景山断裂(又称中卫—同心断裂)等构造带之上,实现了大区域范围内的应变分配。     

西秦岭北缘漳县韩家沟砾岩对青藏高原东北缘地壳隆升的约束

对西秦岭北缘漳县地区上新统韩家沟砾岩的地貌特征、高程分布、沉积特征、构造变形等研究表明：1）该套砾岩分布受西秦岭北缘断层系F₂逆冲断层控制,主要由巨砾-中砾砾岩组成,有近源快速磨拉石沉积的特征,代表了上新世以来西秦岭地块沿北缘断层向北逆冲挤出形成的再生前陆磨拉石盆地,指示了西秦岭地块上新世以来的一次强烈的构造隆升。2）这套砾岩出露高程及宏观地貌特征指示了其形成之后又与西秦岭地块一起经历了侵蚀夷平,形成了现今海拔2 600 m 左右统一的夷平面。该夷平面的整体隆升和解体、韩家沟砾岩雅丹地貌形成和发育六级侵蚀阶地或基座阶地的漳河水系形成才真正标志着西秦岭及北缘区域的整体隆升。现今海拔1 800 m 漳河河床与2 600 m 山顶夷平面之间的高差反映了西秦岭及其北缘第四纪以来至少相对隆升了800 m。3）西秦岭北缘漳县韩家沟砾岩下伏的渐新统-中新统红层盆地沉积序列具有伸展断陷盆地充填特征,指示了这个时期西秦岭北缘处于拉张伸展构造状态,也就是说以构造挤压缩短为动力学背景下的青藏高原隆升和构造变形在渐新世-中新世时期尚未扩展至西秦岭北缘区域。尽管该断陷盆地最上部河流相-洪泛相粗碎屑沉积增多和之后地层掀斜及褶皱缩短有可能反映了中新世末或上新世初西秦岭北缘由伸展到挤压的构造转换和构造隆升,但这并不是西秦岭及北缘区域的一次强烈隆升。综上所述,我们认为西秦岭北缘上新统韩家沟砾岩出现标志着西秦岭地块向北强烈逆冲和构造隆升,但西秦岭的这次强烈隆升仅持续到上新统韩家沟砾岩沉积结束,之后西秦岭地块和北部的再生前陆磨拉石盆地一起经历了整体隆升和侵蚀夷平,形成了上新世末或第四纪初的统一夷平面。该山顶夷平面是西秦岭及其北缘区域最后整体强烈隆升的起点。韩家沟砾岩雅丹地貌形成、发育六级侵蚀阶地或基座阶地的漳河水系形成真正指示了西秦岭及北缘区域的整体隆升过程。如果西秦岭及其北缘新生代以来隆升过程在青藏高原东北缘具有代表性,那么就说明青藏高原东北缘真正隆升成为现今青藏高原系统组成部分只是上新世末期或第四纪以来地质事件。     

西秦岭北缘漳县地区上新统韩家沟砾岩沉积特征及其地质意义

青藏高原东北缘西秦岭北缘构造带的漳县地区出露一套具有磨拉石沉积特征的上新统韩家沟砾岩。其现今的空间分布和沉积特征对于认识青藏高原东北缘新生代构造演化和地壳隆升具有重要的科学意义。通过对上新统韩家沟砾岩层的厚度、砾石成分、形态和粒度特征、古流向特征、物源特征等研究,探讨其沉积环境和形成的构造背景。提出了西秦岭北缘上新统韩家沟砾岩代表新近纪上新世以来,西秦岭地块向北逆冲推覆构造背景下形成前陆磨拉石盆地沉积的认识。该区域上新统韩家沟砾岩现今出露最高高程与北缘断裂带之南的山顶夷平面高程相近,可能指示了其形成之后和西秦岭一起经历了长期的侵蚀夷平,最后在新近纪末期或第四纪初形成了统一夷平面。该夷平面代表了青藏高原东北缘地壳隆升的起点,新近纪末期以来,该夷平面的隆升、侵蚀和解体记录了青藏高原东北缘地壳隆升过程,即青藏高原东北缘真正隆升是新近纪末期或第四纪以来的地质事件。     

西秦岭北缘漳县新生代伸展断陷盆地确定及其地质意义

西秦岭北缘断裂带新生代以来挤压逆冲变形起始于何时?挤压逆冲变形之前是否经历过伸展拉张过程?北缘断裂带北侧的新生代红层盆地到底是类前陆压陷挠曲盆地还是拉张断陷盆地?上述问题对西秦岭新生代盆-山构造格局重建和印度-欧亚板块碰撞汇聚的远程构造响应的时间与方式等科学问题的认识具有重要的地质约束。本文通过对西秦岭北缘构造带内漳县渐新世—中新世含盐红层盆地沉积序列和沉积旋回特征以及盆地边界断裂之间的几何学-运动学关系分析,认为西秦岭北缘构造带内漳县含盐红层盆地具有拉张伸展动力学背景下形成的断陷盆地的地质特征。西秦岭北缘构造带内渐新世—中新世断陷盆地的确定,指示了印度板块与欧亚板块碰撞汇聚而导致的青藏高原构造挤压缩短作用至少在盆地沉积充填阶段尚未扩展到西秦岭北缘及以北地区。而漳县含盐红层盆地沉积地层褶皱缩短变形以及之后角度不整合在漳县含盐红层盆地之的上新统韩家沟粗砾岩,可能记录了西秦岭北缘由伸展边界向挤压缩短逆冲边界的转换过程。因此,青藏高原东北缘真正成为青藏高原体系组成部分是在上新世的漳县含盐红层盆地封闭-构造反转之后。这一认识对地学界长期以来认为印度板块与欧亚板块碰撞汇聚而导致的高原隆升和构造挤压早在渐新世就已经波及西秦岭北缘的观点提出了挑战。     

天水盆地晚新生代构造演化——对青藏高原北东向扩展的指示意义

天水盆地是一个位于青藏高原东北缘的晚新生代盆地,西秦岭北缘断裂穿盆而过。盆地内充填了较为完整的晚新生代地层,记录了该区晚新生代以来的构造变形历史,对研究青藏高原北东向扩展的构造响应具有重要意义。本文基于详细的野外构造变形分析与测量,结合已有的年代学与沉积学研究,初步提出天水盆地晚新生代以来构造变形序列与构造应力场,重建其晚新生代构造演化历史。详细研究表明,天水盆地晚新生代以来主要经历了3期构造演化:即中新世早-晚期NW-SE向构造伸展,沉积盆地发育,并伴随碱性超基性火山岩喷发和金刚石矿床形成;中新世晚期-早、中更新世NE-SW向挤压,盆地发生构造反转,其动力学背景可能源于晚新生代青藏高原的北东向扩展,指示高原物质扩散开始显著影响到西秦岭地区;晚更新世以来受近N-S向伸展作用控制,盆地发生向东有限挤出并伴随顺时针旋转,主要由于青藏高原向北东扩展过程中,区域构造挤压应力方向发生顺时针偏转所致。     

青藏高原东北缘西秦岭新生代抬升-天水盆地碎屑颗粒磷灰石裂变径迹记录

天水盆地位于青藏高原东北缘六盘山与西秦岭二重要构造带交汇处,该盆地充填较完整晚新生代沉积序列记录着该区构造变形历史,因此对该盆地沉积记录的研究对探讨青藏高原东北缘晚新生代构造活动事件具有重要的意义。通过对天水盆地晚新生代砂岩和含砾砂岩地层中碎屑颗粒磷灰石裂变径迹热年代学研究,推断23.7Ma左右天水盆地北部沉积物源区西秦岭发生了一次与青藏高原隆升有关的构造—热事件,该事件可能导致天水盆地的形成,并开始接受新近系冲积相沉积。约14.1Ma左右天水盆地物源区再次发生构造活动,使西秦岭剥露速率加快和盆地进一步拗陷广泛接受河湖相沉积。通过对剥蚀速率的估算,得出天水盆地沉积记录的23.7Ma和14.1Ma西秦岭北部快速抬升事件的平均剥蚀速率分别达0.34mm/a和1.05mm/a。      

青藏高原东北缘海原断裂带新生代构造演化

海原断裂带作为青藏高原东北缘构造变形最显著断裂带之一,记录了青藏高原向北东扩展的构造信息。在详细的构造测量基础上,初步提出海原断裂带新生代以来的古构造应力场序列,反演了其新生代构造演化历史。详细构造解析表明,海原断裂带新生代以来主要经历了5个构造演化历史阶段,即始新世-中新世NWSE向构造伸展与沉积盆地发育、中新世晚期-上新世NNESSW向构造挤压与海原断裂带右行走滑活动、上新世末-早更新世NESW向构造挤压与强烈褶皱逆冲活动、晚更新世晚期以来ENEWSW向构造伸展与断陷盆地发育、全新世以来NESW向构造挤压作用与断裂带强烈左行走滑活动。变形分析表明海原断裂带现今地貌格局主要缘于上新世末-早更新世NESW向强烈逆冲活动,后期ENEWSW向构造挤压作用导致断裂走滑活动,并改造了局部地貌,主要表现为沿断裂带发育一系列第四纪小型拉分盆地。该带新生代构造演化研究,为探讨青藏高原东北缘新构造演化提供了具体构造证据。     

青藏高原东北缘新近纪晚期构造挤出：来自西秦岭地区安化-成县盆地的证据

西秦岭位于青藏高原东北缘由挤压走滑向走滑伸展构造的转换地带,成为研究青藏高原晚新生代构造扩展过程的重要构造部位。在西秦岭地区发育的一系列新近纪盆地作为高原物质向外扩展的载体,记录了扩展过程中不同阶段的构造活动和演化信息。文中选择位于成县-太白山断裂内的安化-成县盆地,通过对该盆地沉积过程与构造变形方面的详细研究,确定了盆地在新近纪晚期的两阶段构造演化历史。早期受迭部-白龙江、成县-太白山弧形断裂左行走滑的影响,在弧顶及以东位置发生走滑伸展,形成长条形的地堑半地堑盆地。同期沿青川断裂、西秦岭北缘断裂、礼县-罗家堡断裂以及西和断裂分别形成了汉中盆地、武山盆地、天水盆地以及西和盆地。这些走滑断裂向东扩展可能控制了渭河地堑约9 Ma以来的NWSE向伸展,并伴随华山、太白山以及西秦岭东段10~4 Ma的快速隆升。在4.2~2.5 Ma期间,受断裂运动学调整的影响,西秦岭地区新近纪盆地遭受挤压而发生构造反转。新近纪盆地的形成与反转历史清楚地记录了青藏高原东北缘新近纪晚期向东构造挤出的过程。     

西秦岭北缘一个新生代伸展型角度不整合及其地质意义

通过对西秦岭北缘漳县地区渐新统—中新统含盐红层地层与下伏造山带地层之间的角度不整合及其之上的砾岩、地层序列、沉积旋回等特征研究,提出了该角度不整合为伸展型角度不整合的认识。该伸展型角度不整合的存在指示了西秦岭北缘漳县渐新统—中新统含盐红层盆地具有伸展断陷盆地的属性,意味着在渐新世—中新世漳县含盐盆地形成和沉积充填时期,青藏高原东北缘(至少西秦岭北缘)一直处于伸展构造环境。这与印度板块与欧亚板块碰撞汇聚动力学作用向东北缘扩展形成的以挤压缩短和隆升为主的构造环境不协调,也就是说,青藏高原东北缘在渐新世—中新世可能尚未卷入现今青藏高原构造系统。     

西秦岭中—新生代红层的构造层划分及其构造意义

西秦岭及其邻区中—新生代红层地层包括白垩系、古近系和新近系。这些红层地层的沉积组合、构造变形、空间分布及相互关系等是西秦岭中—新生代陆内地质过程的客观记录,对其系统研究是重建西秦岭及其邻区中—新生代构造演化过程之基础。依据这些红层地层之间的角度不整合、沉积序列与沉积环境、空间分布型式和构造线方向及构造样式,西秦岭及邻区中—新生代红层地层可分为早白垩世、晚白垩世、古近纪—新近纪三个构造层。三个构造层对应于西秦岭中—新生代陆内构造演化的三个不同阶段,即早白垩世北东向盆—山构造、晚白垩世区域左旋走滑拉分构造和渐新世—上新世区域伸展泛盆地阶段。结合印支期多块体拼贴形成的中国大陆中—新生代陆内构造格局与岩石圈动力学过程分析,认为西秦岭早白垩世北东向盆山构造格局是中生代以来西太平洋板块向西俯冲导致的东亚区域性伸展构造的组成部分;晚白垩世走滑拉分盆地则是白垩纪拉萨地块与羌塘—昌都地块汇聚碰撞背景下中国西北大陆区域性左旋走滑作用的结果;而渐新世—上新世的泛盆地阶段则指示了印度板块与欧亚板块碰撞的远程构造—地貌响应之前经历了漫长区域伸展均衡坳陷和侵蚀夷平期,这说明上新世,西秦岭尚未成为现今青藏高原的组成部分,也就是说新生代以来印度板块与欧亚板块碰撞汇聚的构造响应起始于上新世末期。     

青藏高原西北缘晚新生代构造变形研究

晚新生代,印亚碰撞的远程效应使青藏高原周缘发生了强烈的构造变形和隆升作用,然而不同学者对高原强烈构造变形和隆升时代的认识却大相径庭。本文通过对青藏高原西北缘晚新生代褶皱冲断带的构造变形、沉积作用、岩浆活动与地貌响应等的综合研究,依据古新统至中新统地层的连续沉积和产状的协调一致,提出青藏高原西北缘在古新世—中新世末并未发生区域性强烈的构造变形,并基于褶皱、生长地层、楔顶沉积和冲断带中局部不整合等标定青藏高原西北缘强烈构造变形的时代为上新世—早更新世,其中最强烈的构造变形发生于西域砾岩沉积结束阶段,即约1.1～0.7Ma的昆黄运动最终使中更新世以前地层全面褶皱-抬升,形成区域性的乌苏群与西域砾岩之间的角度不整合,这为青藏高原西北缘晚新生代的构造变形提供了关键的构造地质学证据;同时,根据磷灰石裂变径迹的研究成果提出青藏高原西北缘的主要隆升可能是在上新世—早更新世通过高原边缘的边界断层系以后展式逆冲扩展作用抬升形成的,并就裂变径迹热历史模拟的剥蚀厚度提出西域砾岩很可能主要来自高原边缘地形变化最剧烈的陡坡带,支持西域砾岩属构造成因的认识。     

青藏高原东北缘柴达木盆地路乐河地区新生代构造变形的古地磁证据

青藏高原东北缘是高原由西南向东北方向扩展的前缘位置，其新生代构造变形对揭示青藏高原隆升、扩展的过程与动力学机制具有重要的意义。柴达木盆地是青藏高原东北缘最大的新生代沉积盆地，发育巨厚的新生代地层，这些地层所记录的古地磁极旋转信息是定量约束柴达木盆地新生代以来构造变形发生的时间、方式与幅度的载体。本文以柴达木盆地北缘新生代地层出露良好、具有精确地层年代控制的路乐河剖面为研究对象，开展了古地磁极旋转研究，统计分析路乐河剖面24. 6~5. 2 Ma之间1477个可靠古地磁样品的特征剩磁方向(ChRM)，发现柴达木盆地北缘路乐河地区在24. 6~16. 4 Ma发生小幅度(不显著)的逆时针旋转，旋转角度约为8. 4°±6. 1°；16. 4~13. 9 Ma路乐河地区发生显著的顺时针旋转，旋转角度可达36. 1°±6. 0°；13. 9~5. 2 Ma 该地区未发生明显的构造旋转；5. 2 Ma以后路乐河地区逆时针旋转了~6°。结合柴达木盆地北缘区域构造变形的分析，我们提出柴达木盆地北缘路乐河地区在16. 4~13. 9 Ma 之间发生强烈的顺时针旋转构造变形(~36°)可能代表了盆地北缘中中新世遭受强烈的地壳差异缩短变形，从而成为高原最新形成的部分。     

青藏高原东北缘龙首山晚新生代多阶段构造隆升的盆地记录

龙首山地区位于青藏高原与阿拉善地块的结合部位,其盆山演化过程和断裂带扩展模式的恢复对揭示青藏高原新生代北东向生长具有重要意义。本文基于龙首山南北两麓3个新近系沉积剖面的构造特征和5个砂岩样品的碎屑锆石U-Pb同位素LA-ICP-MS年龄结果,重建了青藏高原东北缘龙首山地区晚新生代的盆山演化过程。研究结果显示,龙首山地区晚新生代沉积-构造演化经历了3个主要阶段：（1）~14Ma,龙首山南缘断裂带活化,阿拉善地块南缘沿此断裂逆冲于张掖盆地之上,张掖盆地开始接收阿拉善地块的物源;（2）~5Ma,龙首山南缘断裂带的次级断裂开始发育,使龙首山南侧山麓白垩系开始剥露并为张掖盆地提供物源,同时,龙首山北缘断裂带活化并导致潮水盆地发生挠曲沉降,接收龙首山的物源;（3）5~2.5Ma,龙首山北缘断裂带的次级断裂开始发育,导致龙首山北麓白垩系开始剥露并为潮水盆地提供物源。通过对龙首山周缘盆地沉积相和物源开展分析,本研究反演了龙首山地区中新世以来的断裂带活动和山体隆升过程,表明在14~2.5Ma,随着龙首山南缘断裂、北缘断裂的活化和次级断裂的发育,龙首山经历了3次强烈的隆升,这对揭示青藏高原北东向的扩展过程具有重要的指示意义。

     

青藏高原东北缘寺口子盆地新生代沉积演化及其构造意义

宁夏固原寺口子盆地发育巨厚的新生代地层,这些地层记录了青藏高原东北部的沉积演化特征和构造演变历史。根据剖面沉积物粒度特征、沉积结构和构造、沉积层序,识别出20种岩相、5种沉积相类型。结合前人对寺口子剖面的古地磁测年,分析研究盆地的沉积演化特征以及对构造的响应表明:20.1 Ma盆地以缓慢的坳陷沉降开始演化,直至1.2 Ma遭受破坏。在此期间青藏高原东北部经历了6.4 Ma、4.6 Ma和1.2 Ma这3次明显的构造挤压隆升运动,其中约6.4 Ma的构造运动是青藏高原向东北部扩展首次影响到海原—六盘山断裂以东地区。从盆地的形成和沉积演化过程来看,马东山山前断裂的逆冲推覆,导致了寺口子盆地的强烈变形和构造降升,并且最终成为青藏高原的最新组成部分。     

青藏高原东北缘六盘山盆地烃源岩的地球化学特征

在前人认识的基础上,依据近年来的勘探成果,对六盘山烃源岩进行了评价分析,发现目前较明确的3套主要烃源岩中,白垩系下统的乃家河组、马东山组和李洼峡组源岩在盆地内分布较广,除北部埋藏较浅的区域未成熟外,大部分已趋于成熟。石炭系也是重要的源岩,由于埋藏较深,后期改造作用大,应以找气为勘查目标。三叠系烃源岩成熟度较好,但分布范围局限,勘探潜力受到影响。盆地的诸多油气显示及地面油气异常响应特征,充分证实了该盆地具有烃类的生成、运移和聚集的过程。整个盆地的油气地球化学异常响应特征明显,油气苗显示丰富,分布广泛。地球化学勘探测量发现了盆地内有3个近东西向展布的油气地球化学异常区带。根据三维荧光光谱图,对油气属性进行了判别,均表现为轻质油的地球化学特性。     

青藏高原东北缘柴达木盆地红沟剖面物源分析及其构造意义

青藏高原东北缘柴达木盆地红沟剖面发育巨厚的新生代沉积地层,通过分析其沉积物质来源,可以揭示柴达木盆地潜在物源区隆升、剥蚀历史,为高原东北缘新生代构造变形过程提供证据。本文以红沟剖面磁性地层年代框架为约束,对剖面晚渐新世-上新世的碎屑砂岩样品进行了碎屑锆石物源示踪分析。研究结果表明,23.7～12.5 Ma样品的锆石U-Pb年龄主要分布在220～290 Ma,锆石ε_(Hf)(t)集中在—13.53～9.27,Hf同位素t_(DM)范围524～1456Ma;大于300Ma的锆石,ε_(Hf)(t)介于—31.77～13.44,其中76.3%为负值,Hf同位素t_(DM)介于484～3727 Ma。采集自12.5～7.6 Ma样品的锆石U-Pb年龄主要集中在400～500 Ma(峰值～440 Ma),ε_(Hf)(t)值(—27.75～10.75)的90%为负值,Hf同位素t_(DM)介于615～2115 Ma之间。6.8～5.5 Ma样品的锆石U-Pb年龄主要分布在400～500 Ma,ε_(Hf)(t)值(—26.8～8.97),t_(DM(Hf)))介于668～2093 Ma,但220～290 Ma的锆石显著增加,其ε_(Hf)(t)值(—11.86～9.42),Hf一阶段模式年龄范围549～1399Ma。碎屑锆石Hf同位素组成对比分析显示红沟剖面220～290 Ma的锆石与东昆仑山锆石Hf同位素特征相似,而400～500 Ma的锆石则与南祁连山锆石Hf同位素组成相似,揭示东昆仑山在24 Ma开始抬升成为柴达木盆地的源区,～12 Ma南祁连山开始隆升,为柴达盆地提供碎屑物质,成为青藏高原东北缘的构造与地貌边界。     

青藏高原东北缘多福屯第三纪钠质基性火山岩及构造启示

位于青藏高原东北缘的多福屯第三纪火山岩,为钠质基性火山岩系。该火山岩(La/Yb)N值在6~11,ΣREE平均为117,样品普遍具有不相容元素富集、Pb亏损以及弱的Nb、Ta正异常,Nb/U和Ce/Pb平均值分别为30和17;样品的87Sr/86Sr值为0.7041~0.7069,Nd初始值为0.5129(εNd(t)=6),Δ207Pb/204Pb和Δ208Pb/204Pb分别在11~19和73~84之间,结合高的Sr初始值,表现了特征的Dupal(高放射成因铅)异常。地球化学特征表明,该火山岩属于似OIB性质的陆内火山岩,源区具有DM与EMⅡ混合特点。个别岩石表现出明显陆壳混染的迹象。火山岩源区特征反映了OIB类岩石的复杂性,可能由区域原、古特提斯地幔继承而来,因而是原地的和固有的,并非与青藏高原物质向东挤出有关。通过与邻区同时代火山岩的对比推断,整个高原东北缘新生代火山岩幔源区具有小尺度的不均一性。高原东北缘新生代火山岩的发育可能与较大规模的贺兰-川滇南北复合构造有关。