西秦岭北缘断层的多期变形演化及其构造动力学意义

西秦岭北缘断层是青藏高原东北缘新生代盆地与西秦岭地块之间的边界断层,其构造变形的几何学-运动学特征和变形历史等研究对于重建青藏高原东北缘新生代以来的构造变形时空动力学过程,限定新生代盆地构造属性,揭示印度板块-欧亚板块碰撞汇聚的远程构造响应和青藏高原东北缘隆升等重大科学问题具有重要地质约束。本文通过对西秦岭北缘新生代盆地南边界F1断层的断层岩类型及分带、构造要素的几何学-运动学特征等较详细的构造解析,辨认出F1断层6期构造变形：第一期为北西西走向、向北倾斜的韧性-韧脆性伸展正断层作用;第二期为北西西走向、向北陡倾或近直立的高角度逆冲断层作用,指示近南北向挤压缩短作用;第三期为走向近南北、向东或向西陡倾的对冲断层作用,指示了近东西向的挤压缩短作用;第四期为北东向右旋和北西向左旋的走滑共轭断层系统,指示了近东西向的挤压作用;第五期为断层面近直立的北东向左旋、北西向右旋的共轭破裂系统,指示了近南北向挤压作用;第六期为断层面近直立的近东西向左旋和近南北向右旋走滑断层构成了几何学-运动学协调的共轭破裂系统,指示了北东向挤压作用。结合西秦岭北缘渐新世-中新世沉积盆地具有断陷盆地沉积序列特征和上新世具有类磨拉石的冲洪积扇粗砾岩特征以及F1断层多期变形对新生代盆地沉积地层的控制和改造作用分析,认为F1断层第一期韧性-脆韧性伸展正断作用始于渐新世,控制了渐新世-中新世伸展断陷盆地沉积;F1断层第二期高角度逆冲缩短变形使得渐新世-中新世断陷盆地封闭、靠近F1断层的底部砾岩层卷入了挤压逆冲断层作用,断层拖曳使地层产状翘起变陡,这期变形持续到上新世冲洪积扇粗砾岩出现;F1断层第三期与第四期虽然都为近东西向挤压,但第三期为东西向对冲挤出,而第四期为北东向和北西向斜向走滑挤出,其动力学机制是否与青藏高原东北缘西部地壳增厚隆升诱发的中-下地壳向东流动拖曳导致的上地壳东西向挤压缩短尚待证实,由于第三和第四期变形的构造形迹在上新统韩家沟砾岩不存在,因此,这两期变形的时代只能是发生在中新世末期或上新世早期;第五期北东和北西向共轭破裂系统和第六期南北向和东西向共轭破裂系统在渐新统-中新统沉积地层和上新统粗砾岩地层中都存在,其时代无疑是上新世末期或第四纪以来的构造变形,但第五期共轭断层指示的最大主压应力为近南北向,而第六期最大主压应力为北东-南西向,两者夹角约30°,指示两期变形最大主应力方向发生了30°的顺时针旋转,这可能与青藏高原东北缘变形重组过程中块体旋转有关。上述F1断层丰富且复杂的构造变形形迹揭示的断层变形方式和历史演变对于澄清青藏高原东北缘新生代红层盆地构造属性认识上的分歧和高原变形是均匀增厚变形和块体沿断层挤出滑移地壳变形机制的争论等提供了重要的构造依据。     

内蒙古狼山地区新生代断层活动特征：对正断层生长的限定

阿拉善地块东北缘的狼山地区新生代发育有3期构造,分别为中新世NW-SE向挤压形成的逆断层,NNE向挤压形成的左行走滑断层以及晚新生代NW-SE向伸展形成的高角度正断层。结合阿拉善地块东缘的新生代构造,认为狼山地区新生代断层的活动与青藏高原东北缘的逐步扩展、应力场逐渐调整有关。狼山山前正断层目前是一条贯通的断层,其演化基本符合恒定长度断层生长模型,断层中间部位滑动速率最大,向断层两侧逐渐递减。从不同方法得出的滑动速率来看,进入全新世以来,断层滑动速率有逐渐变小的趋势。结合阿拉善地块内部及东缘断层震源机制解以及断层的几何学、运动学特征,认为河套—吉兰泰盆地和银川盆地属于两个性质不同的伸展盆地,两者通过构造转换带相连,转换区内断层表现为右行走滑。转换区5级以上地震可能是受区域性NE-SW向挤压,近南北向右行断层活动的表现。     

青海鄂拉山断裂带晚第四纪构造活动及其所反映的青藏高原东北缘的变形机制

鄂拉山断裂带是分隔青海乌兰盆地 (柴达木盆地的一部分 )与茶卡—共和盆地的一条重要边界断裂 ,长约 2 0 7km ,由 6条规模较大的主要以右阶或左阶次级断裂段羽列而成 ,阶距约 1～ 3.5km。该断裂右旋走滑的起始时代为第四纪初期 ,约在 1.8～ 3.8MaB .P .期间 ,大的地质体累积断错约 9～12km。断裂新活动形成了一系列山脊、冲沟和阶地等的右旋断错及断层崖、断层陡坎等。晚更新世晚期以来 ,鄂拉山断裂带的平均水平滑动速率为 (4 .1± 0 .9)mm/a ,垂直滑动速率为 (0 .15± 0 .1)mm/a。鄂拉山地区的构造变形受区域NE向构造应力作用下的剪切压扁与鄂拉山断裂的右旋剪切和挤压的共同影响 ,共和—茶卡盆地和乌兰盆地均属于走滑挤压型盆地。青藏高原东北缘地区在区域性北东向挤压的作用之下 ,应变被分解为沿北西西向断裂的左旋走滑和沿北北西向断裂的右旋走滑运动 ,形成一对共轭的剪切断裂。鄂拉山断裂及其他北北西走向断裂的发展演化和变形机制表明青藏高原东北缘向东的挤出和逃逸是非常有限的。     

青藏高原东北缘临夏盆地晚新生代构造变形及过程

位于青藏高原东北缘的临夏盆地是一个挤压挠曲型的前陆盆地,褶皱和逆冲断裂带自7.8Ma开始由西向东向盆地内部扩展,形成生长地层和生长不整合,代表高原东北部持续的构造变形过程。这种同沉积的构造变形一直持续到大约1.8Ma左右东山组沉积结束,临夏盆地内部强烈褶皱变形,致使东山组及其以下的新生代地层均被卷入褶皱之中(与其上的最老黄河阶地——井沟砾石层为角度不整合接触),拉脊山断裂继续向北东方向扩展,银川背斜最终形成。随后黄河、大夏河出现,开始了发育河流阶地和堆积风成黄土的新阶段。由平衡地质剖面法得到临夏盆地西缘7.8Ma以来总的地壳缩短量为3.2~3.6km,缩短率为0.41~0.46mm/a。如果取从7.8到1.8Ma之间的大约6.0Ma作为临夏盆地的构造变形时段,其缩短速率则为0.5~0.6mm/a。从临夏盆地形成和演化过程来看,青藏高原东北缘的构造变形以沿北西西向断裂的逆冲和地壳缩短为主要特征,导致挤压挠曲型前陆盆地的逐渐隆升和消亡,最终使新生代前陆盆地的大部分并入青藏高原东北缘,成为青藏高原的最新组成部分。     

基于重力数据的断裂构造识别及其在武威地区的应用

为查明青藏高原东北缘武威地区沙漠腹地区域断裂构造展布特征,笔者采用区域性断裂在重力异常场和剩余重力异常场的识别标志,结合小子域滤波联合总水平导数法,对武威地区区域性断裂的浅部信息进行提取,精细刻画断裂发育特征,并通过地震反射剖面结果进行验证。结果表明,研究区整体发育北西向、北西西向和北东向3组断裂构造,其中新识别出F₁、F₂两条北东向断裂,并对F₄断裂西段走向进行了修正。断裂的空间展布特征约束了武威盆地的断裂构造格架,为该区域盆地划分及成矿等提供基础地质信息。     

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。     

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。     

塔里木盆地南部塘古孜巴斯坳陷发现晚新生代伸展构造

通过认真、系统的地震资料解释,在塔里木盆地南部的塘古孜巴斯坳陷及周缘首次发现晚新生代正断层。在塘古孜巴斯坳陷内部发现的晚新生代正断层走向为北西-南东向,剖面上组合成地堑或堑-垒构造,与巴楚隆起东北缘所发育的晚新生代正断层相似。塘古孜巴斯坳陷西北缘发现的两条晚新生代正断层走向为北东-南西,剖面组合成一地堑构造,与阿瓦提凹陷西北缘沙井子断裂带上发育的晚新生代张扭性正断层带走向一致,但不具备张扭性变形特征。正断层形成于上新世晚期(约3 Ma),持续演化至更新世早期(约2 Ma)。正断层的活动时间也与阿瓦提凹陷周缘的晚新生代正断层一致。它们形成于一个区域性弱伸展构造应力场内,代表印度-亚洲碰撞远程效应下,塔里木盆地脉式挤压(-冲断)过程中的一个构造间歇期。     

阜新-义县盆地构造演化及应力场光弹性模拟分析

阜新盆地的形成主要受北西向构造活动控制,在北西向构造形成时的北北东—南南西向挤压应力作用下,成盆前的北北东、南北和近南北向断裂受引张作用,导致内倾断裂以正断层形式作张性下滑,形成断陷,使阜新盆地扩张。早白垩世以后,新华夏系北西西—南东东挤压应力重新活动,北北东、南北和近南北向断裂遭受挤压,断陷作用消失,进而以压扭性方式重新活动,对阜新盆地起着破坏和改造作用。     

甘肃武威盆地南缘断裂带晚第四纪活动特征及变形分析

武威盆地南缘断裂带位于青藏高原东北缘的前锋地带,关于该构造带的空间展布和晚第四纪活动习性等科学问题尚不清楚。此外,1927年8.0级古浪地震也造成断裂带上的一些地表破裂。运用构造地质学与地貌学原理及年代学测试方法, 展开了相关调查和研究。结果表明,①武威盆地南缘断裂带为NWW—SEE走向、呈右阶斜列式展布。②自西向东, 断裂带的晚第四纪活动方式整体表现为以逆冲为主,逐步过渡为逆冲兼走滑运动或走滑活动为主;垂向上的活动强度整体上西弱东强,且中间增加的幅度最大, 而断裂带的水平左旋滑移分量中-东段较大。③断裂活动具有明显的分段性,即西段的最新活动一般早于区域性T1阶地的形成时间,中-东段切割了T1阶地面,反映了断裂最新活动具有东向迁移的变化趋势。④结合露头揭示的1927年8.0级古浪地震地表破裂遗迹,该断裂中-东段的最新活动发生于全新世末期。⑤依据武威盆地南缘断裂带的晚第四纪活动方式、断面擦痕、晚新生代地层内发育的剪切节理运动学特征及共轭张性节理等,该区域的第四纪晚期最大主压应力水平方向表现为NNE—SSW向,且自西向东应力场方位略有变化。上述认识,对探索武威盆地三维变形的晚新生代构造演化、青藏高原东北缘地层生长和构造地貌变形过程,以及古浪地震的破裂机制与气候环境变迁等,提供了重要依据。     

四川盆地西北部新生代构造变形模式讨论——对认识青藏高原东北缘新生代变形机制的意义

综合造山带内的构造热年代学及盆地内部进行的磷灰石裂变径迹研究,提出了四川盆地西北部的三个背斜（潼梓关背斜、九龙山背斜和南阳坝背斜）主要是新生代构造变形的产物。野外观察发现汉中盆地是一个第四纪的拉分盆地,其主控断层具左行走滑性质。新生代青藏高原东缘大型地块向东挤出,遭遇强硬的四川克拉通阻挡之后,沿着龙门山形成了一个右行的走滑挤压带,并且影响到邻近的四川盆地,形成北东向背斜。这期构造变形往北延伸进入米仓山,形成具有逆冲性质的北东向断层。四川盆地北面也存在向东的挤出作用,这和汉中盆地主控断层的左行走滑性质是匹配的。四川盆地北面的地块挤出影响了米仓山前缘的四川盆地,由于龙门山和米仓山构造变形的叠加,使得最东面的南阳坝背斜相对于其它两个背斜在褶皱轴上发生了偏转。     

六盘山西侧山麓剥蚀面的发育与新构造隆升

晚新生代青藏高原的隆升对其周围地貌格局和沉积产生了重大影响。地处高原东北构造边界的六盘山受其影响产生明显的地貌分异，造成黄土高原东西两部分巨大的风成沉积差异。最近对位于六盘山西侧陇中盆地东北边缘黄河最高阶地之上的山麓剥蚀面上的黄土磁性地层学研究表明该剥蚀面形成于约1.8 MaBP，与陇中盆地西南隅的兰州、临夏两地山麓剥蚀面的年龄一致_〔1〕，表明在约1.8 MaBP 以前六盘山以西普遍遭受剥蚀，可能形成一级统一 的山麓剥蚀面，即所谓的甘肃期准平原，并指示在约1.8 MaBP 时，六盘山和青藏高原曾产生进一步强烈抬升，该剥蚀面发育结束，黄河出现，黄土开始堆积_〔1，2〕。     

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。     

祁连山北缘早白垩世榆木山逆冲推覆构造与油气远景

榆木山地处祁连山北缘与河西走廊南缘的盆山结合带,是青藏高原北缘高原隆升与扩展的关键构造带。野外地质调查与构造填图发现,祁连山北缘的榆木山地区发育大型逆冲推覆构造,逆冲推覆构造之下是被掩埋的、褶皱了的早白垩世早期沉积地层,并被随后的走滑断裂活动和走滑双重构造所改造。深地震反射和大地电磁剖面测量与解释的初步结果,验证了祁连山北缘断裂以北发育的逆冲推覆构造,榆木山北缘山系构成飞来峰构造,将早白垩世酒泉盆地的一个分支掩盖在前中生代地层之下。构造关系分析给出主期逆冲推覆作用的时限大致为早白垩世早期,反映了在新生代印度—亚洲碰撞之前存在一期强烈的晚中生代构造挤压事件。逆冲推覆构造之下发现白垩纪盆地油气显示,扩展了该地区油气前景。     

青藏高原东缘数字高程剖面及其对晚新生代河流 下切深度和下切速率的约束*

文章利用数字高程剖面将青藏高原东缘分为4个大尺度地貌单元,即青藏高原地貌区、龙门山高山地貌区、山前冲积平原区(成都盆地)和四川盆地东部隆起区。根据数字高程剖面中的最高海拔高程点剖面与最低海拔高程点剖面之间的高差,定量计算了该地区河流下切深度;结合成都盆地岷江最古老冲积扇沉积物提供的青藏高原东缘河流形成的时间(3.6MaB.P.),定量计算了河流下切速率为1.29mm/a;在约束局部侵蚀基准面和气候变化对河流下切速率控制作用的基础上,建立了青藏高原东缘河流下切速率与表面隆升速率之间的定量关系,结果表明河流下切速率约为表面隆升速率的4倍。基于龙门山在表面隆升速率和下切速率等方面均大于青藏高原内部,认为青藏高原东缘的边缘山脉是剥蚀隆升和构造隆升两者叠加的产物。     

祁连山新生代古海拔变化的碳氧同位素记录

祁连山构成青藏高原的北东边界,是研究青藏高原的隆升与向内陆扩展的关键区域,利用新生代湖相沉积的碳氧同位素组成估算祁连山古海拔对认识青藏高原的隆升有重要意义。在中祁连陆块不同地点出露的始新统、渐新统、中新统和中晚更新统分别取样并进行碳氧同位素分析,估算相应地质时期的古年均温和古海拔高度。结果表明,祁连山地区古近纪的海拔约为2711 m,中新世早期的海拔为2848 m左右,中新世中晚期祁连山海拔达到约3586 m,中晚更新世祁连山的古海拔约为3790~3890 m。古近纪祁连山的海拔较低,但已经构成了青藏高原的东北边界;中新世中晚期祁连山强烈隆升,形成了盆-山构造地貌格局;第四纪祁连山地壳重新活跃并呈阶段性快速隆升,河流堆积和侵蚀交替进行。根据碳氧同位素估算的祁连山古海拔高度变化为认识青藏高原隆升的过程提供参考。     

青藏高原上新世构造岩相古地理

在前人研究成果的基础上,划分出青藏高原及邻区上新世残留盆地共95个,探讨了青藏高原及邻区上新世构造岩相古地理演化。青藏高原上新世总体构造地貌格局主要受控于印度板块与欧亚板块沿雅鲁藏布江缝合带的碰撞及持续挤压,影响着青藏高原广大范围内的构造抬升。东北部昆仑山、祁连山地区是两大构造隆起蚀源区,两大山系夹持的柴达木盆地是高原东北部最大的陆内盆地,祁连山以北和以东地区则以盆山相间的格局接受周围山系的剥蚀物质,直到晚上新世(青藏运动"A"幕)高原东北部进一步强烈隆升,山间盆地抬升成为剥蚀区。新疆塔里木和青藏高原东部羌塘、可可西里地区主体表现为大面积的构造压陷湖盆-冲泛平原沉积区。高原东南部为一系列走滑拉分断裂运动形成的拉分盆地,上新世早期堆积洪冲积相砾岩,中期为湖泊、三角洲沉积,晚期随着山体的进一步抬升,盆地又接受冲洪积扇相砾岩堆积,并被河流侵蚀剥露。高原南部上新世多分布一些近南北向盆地,是响应高原隆升到一定程度垮塌而成的断陷盆地,同东南部拉分盆地类似,上新世沉积相也由早至晚分为3个阶段。恒河地区上新世由于喜马拉雅山的快速抬升,沉积以粗碎屑为主,形成狭长的西瓦利克群堆积。上新世青藏高原总体地势继承了中新世西高东低、南高北低的地貌特征,但地势高差明显较中新世增大。     

构造、气候与砾岩* ——以积石山和临夏盆地为例

探讨构造、气候与砾岩的关系对于研究青藏高原隆升的时间和方式具有重要意义。裂变径迹热年代学表明积石山地区于8MaB.P.开始构造变形,与碎屑颗粒裂变径迹结果和生长地层结果一致,而明显早于积石砾岩出现的时间(3.6MaB.P.)。通过区分岩体隆升与地面隆升之间的差别,文章提出一种新的模型,以解释隆升、气候和砾岩之间的关系。积石山岩体于8MaB.P.开始隆升,隆升初期,尽管岩体隆升1500~2000m,但是由于积石山上覆的新生代地层易于剥蚀,在花岗岩基底被剥露到地表之前,地表只有少量隆升或没有隆升。随着沉积地层被剥蚀殆尽,基岩暴露于地表,地面隆升速率加快。约3.6MaB.P.,积石山隆升约200~900m,造成了地形雨和发源于积石山的横向河流的出现,这些横向河流把积石山的花岗岩搬运到盆地中沉积下来,形成积石砾岩。     

The Sedimentary Record in Northern Qaidam Basin and its Response to the Uplift of the South Qilian Mountain at around 30 Ma

The thick, Eocene to Pliocene, sedimentary sequence in Qaidam Basin at the northern margin of the Tibetan Plateau records the surface uplift history of the northeastern Tibetan plateau. In this study, we present detailed geochemistry, heavy mineral, and clay mineralogy data of the well preserved sedimentary record in the Dahongou section in the northeast of the Qaidam Basin. The results suggest that the sedimentary sequence recorded a 30 Ma young uplift/unroofing event in the northern edge of the Qaidam Basin, which is characterized by high ZTR index value and chlorite content, and low CIW`. The results are consistent with previous sedimentological studies of the Qaidam Basin, which indicated rapid increase of the accumulation rates around 30 Ma. Based on past thermochronological data from the mountains around the Qaidam Basin and the accumulation rates of the Cenozoic basins in the northeastern Tibetan Plateau, we infer a regional uplift and denudation event along the northeastern Tibetan Plateau during early Oligocene (～30 Ma), indicating that the Tibetan Plateau had expanded north-eastward of the study area at that time.