阿爾金斷裂中段新生代隆升過程研究進(jìn)展

張益銀， 郭 佩， 徐崇凱， 李 被

(西北大學(xué) a.大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, b.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，西安 710069)

阿爾金斷裂是一條北東東向的陸內(nèi)巨型走滑斷裂，全長1 600余km(圖1).新生代以來，由于印度板塊相對(duì)于歐亞板塊北東向俯沖碰撞使得青藏高原北緣經(jīng)歷了一系列擠壓、走滑、逆沖推覆以及山體隆升等重大地質(zhì)活動(dòng).阿爾金斷裂新生代的活動(dòng)也正是由于這一俯沖碰撞產(chǎn)生的巨大應(yīng)力所致，其不僅控制了高原北部的地貌形態(tài)和構(gòu)造格局，而且連接了高原北緣絕大部分的造山帶及斷裂系統(tǒng).因此，阿爾金斷裂活動(dòng)以及與之相伴的阿爾金山隆升過程和機(jī)制分析對(duì)研究青藏高原北部生長過程和隆升機(jī)制具有重要意義[1].幾十年來，許多學(xué)者在該地區(qū)開展了大量的地質(zhì)調(diào)查和科研工作.對(duì)其規(guī)模[2-3]、活動(dòng)時(shí)間和方式[4-8]、走滑位移量[9-10]等問題進(jìn)行了研究并取得了豐碩的成果.

1-北阿爾金斷裂；2-金雁山斷裂；3-索爾庫里斷裂圖1 青藏高原北部構(gòu)造簡圖及研究區(qū)所在位置 (據(jù)文獻(xiàn)[5]修改)

關(guān)于阿爾金斷裂活動(dòng)方式大致有以下三種觀點(diǎn)：(1)漸新世-中中新世時(shí)阿爾金斷裂以快速走滑活動(dòng)為主，中中新世以后走滑速率降低轉(zhuǎn)為以青藏高原北緣的地殼收縮為主[4]；(2)阿爾金斷裂活動(dòng)分為兩個(gè)階段：早期在深部發(fā)生韌性剪切，晚期則表現(xiàn)為地表走滑，地表走滑活動(dòng)滯后于深部韌性剪切.一些學(xué)者認(rèn)為深部韌性走滑起始于晚白堊世，而地表走滑響應(yīng)在始新世中期以后[8,11]；也有一些學(xué)者認(rèn)為阿爾金斷裂基底韌性剪切發(fā)生在晚始新世-中中新世，中中新世以后則以大規(guī)模地表走滑為主[6,7,12-14]；(3)新生代一直以地表走滑活動(dòng)為主，早期走滑活動(dòng)主要發(fā)生在北阿爾金斷裂，晚期由于阿爾金主斷裂的形成，早期形成的構(gòu)造被其切割錯(cuò)斷[5].

阿爾金斷裂的活動(dòng)方式存在分歧的主要原因是研究區(qū)所處的地理位置特殊、地質(zhì)情況復(fù)雜、野外條件艱苦，新生代構(gòu)造活動(dòng)頻繁[1,15-20].筆者對(duì)前人在阿爾金地區(qū)的熱年代學(xué)成果進(jìn)行了系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)和總結(jié)，并結(jié)合相鄰盆地構(gòu)造、沉積特征，對(duì)阿爾金斷裂新生代的隆升過程作了系統(tǒng)的探討.并根據(jù)最新古地磁測試的結(jié)果對(duì)盆地各個(gè)地層頂?shù)捉缒挲g進(jìn)行了約束[21-22](圖3)，使得研究區(qū)盆山耦合時(shí)間更加準(zhǔn)確.

1 阿爾金地區(qū)低溫?zé)崮甏鷮W(xué)研究進(jìn)展

磷灰石的裂變徑跡方法被廣泛應(yīng)用于世界各地造山帶的研究，對(duì)于限定山脈隆升歷史已有不少成功的先例.阿爾金地區(qū)的山脈主要分三個(gè)方向(圖2)：(1)NEE向山脈，受阿爾金主斷裂左旋走滑活動(dòng)控制，呈線性近平行分布在其兩側(cè)；(2)NE向山脈，夾持于北阿爾金斷裂和阿爾金主斷裂之間，其斷裂發(fā)育且變形強(qiáng)烈；(3)近EW向山脈，位于阿爾金主斷裂兩側(cè)，呈雁列式展布且大多北傾.不同方向山脈低溫?zé)崮甏鷮W(xué)測試結(jié)果[16,23-32]顯示(圖2)：NEE向山脈裂變徑跡年齡多數(shù)小于10 Ma，多集中在8 Ma左右；NE向山脈年齡多大在40-10 Ma之間；近EW向山脈年齡大多在60-40 Ma之間.可以看出三個(gè)方向的山脈形成的時(shí)間和構(gòu)造環(huán)境不同[6,7]，近東西向山脈形成時(shí)間最早，其次是北東向山脈，而北東東向山脈對(duì)另外兩個(gè)方向的山脈切割明顯，表明其形成時(shí)間相對(duì)較晚.

圖2 阿爾金地區(qū)熱年代學(xué)年齡統(tǒng)計(jì)(裂變徑跡年齡據(jù)文獻(xiàn)[16,23-32])

筆者搜集了國內(nèi)外學(xué)者在該地區(qū)的熱年代學(xué)研究成果，裂變徑跡年齡頻數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，新生代阿爾金地區(qū)至少經(jīng)歷了6期大的構(gòu)造事件(圖3)，隆升主峰年齡包括：53-50 Ma、45-40 Ma、34-30 Ma、20-15 Ma、12-8 Ma、5 Ma至今，與前人根據(jù)熱年代學(xué)、沉積構(gòu)造記錄揭示的青藏高原隆升剝露期可較好的對(duì)應(yīng)(60-35 Ma，25-17 Ma，12-8 Ma，5-3 Ma)[33,34].阿爾金地區(qū)53-50 Ma和45-40 Ma抬升冷卻事件對(duì)應(yīng)青藏高原60-35 Ma的隆升階段，也就是說青藏高原60-35 Ma的隆升階段在阿爾金地區(qū)可細(xì)化為53-50 Ma和45-40 Ma兩個(gè)階段；34-30 Ma抬升冷卻可能代表了阿爾金地區(qū)隆升的區(qū)域性；20-15 Ma、12-8 Ma、5 Ma以來的抬升冷卻分別與青藏高原25-17 Ma、12-8 Ma、5-3 Ma的隆升階段對(duì)應(yīng).可以看出阿爾金地區(qū)的隆升與青藏高原的隆升既有統(tǒng)一性又有其特殊性，體現(xiàn)了青藏高原隆升剝露在準(zhǔn)同時(shí)框架下的空間差異性[1,33].

圖3 阿爾金地區(qū)裂變徑跡年齡統(tǒng)計(jì)及與盆地內(nèi)沉積事件對(duì)比(裂變徑跡年齡數(shù)據(jù)來源據(jù)文獻(xiàn)[16,23-32]，地層年齡據(jù)文獻(xiàn)[21-22])

2 阿爾金斷裂活動(dòng)與柴達(dá)木盆地演化的耦合分析

眾所周知阿爾金斷裂的活動(dòng)對(duì)其兩側(cè)沉積盆地構(gòu)造、沉積演化有著極為重要的影響.如前所述，不少學(xué)者通過裂變徑跡測年方法來探討阿爾金斷裂的隆升史.但值得注意的是，僅用單一的熱年代學(xué)方法來限定一個(gè)地區(qū)隆升時(shí)限是不可靠的，因?yàn)槠淇赡芊从逞芯繀^(qū)某一時(shí)間的隆升，具有很大的片面性，需要通過沉積學(xué)、地震資料分析等其他方面的證據(jù)綜合反映阿爾金地區(qū)的隆升過程.已有不少學(xué)者通過對(duì)阿爾金斷裂兩側(cè)沉積盆地構(gòu)造、沉積特征的研究探討阿爾金斷裂與柴達(dá)木盆地演化的內(nèi)在聯(lián)系.現(xiàn)針對(duì)新生代山體各期隆升時(shí)間對(duì)應(yīng)的沉積事件進(jìn)行一一分析.

2.1 始新世

新生代以來，受印度板塊與歐亞板塊碰撞的影響，阿爾金地區(qū)始新世時(shí)期發(fā)生過兩期構(gòu)造隆升(53-50 Ma、45-40 Ma)，在盆地內(nèi)沉積構(gòu)造方面有所響應(yīng)(圖3).陳國俊等[35]通過對(duì)柴西古近紀(jì)古地形及沉降中心變化的研究，認(rèn)為阿爾金斷裂新生代的隆升始于55 Ma左右.阿爾金地區(qū)始新世的隆升在柴達(dá)木盆地表現(xiàn)為始新世初期路樂河組以及晚期上干柴溝組底界發(fā)育角度不整合[36]，并且在路樂河組以及下干柴溝組上段沉積了大套的礫巖.任收麥等[18]通過柴西和塔東南地區(qū)地層對(duì)比發(fā)現(xiàn)，柴西地區(qū)始新統(tǒng)路樂河組沉積了一套巨厚的礫巖、含礫粗砂巖，與之對(duì)應(yīng)的塔東南地區(qū)喀什群地層中也夾有厚層狀含礫砂巖.劉永江等[8]對(duì)阿爾金斷裂兩側(cè)盆地沉積特征研究也顯示出，阿爾金斷裂在始新世曾有過活動(dòng).受其活動(dòng)的影響，盆地內(nèi)形成一系列反“S”型構(gòu)造帶.吳磊等[6]對(duì)柴西北阿爾金山前典型新生代剖面研究發(fā)現(xiàn)，在干柴溝剖面和紅三旱一號(hào)剖面下干柴溝組上段均出現(xiàn)了大套的礫巖沉積，礫石成分分別與兩剖面北側(cè)阿哈提隆起以及阿拉巴斯套隆起十分相似，且古水流也顯示物源來自北方，說明在該時(shí)期阿爾金斷裂發(fā)生了構(gòu)造抬升，并控制柴西北緣的沉積.

2.2 漸新世初期

阿爾金斷裂漸新世這一期構(gòu)造事件主要發(fā)生在漸新世初期(30-34 Ma)，在柴西北地區(qū)以及阿爾金山西北緣山前地帶也均有沉積方面的響應(yīng)(圖3).王亞東等[37]對(duì)阿爾金斷裂山前紅三旱一號(hào)剖面干柴溝組沉積巖進(jìn)行了薄片鑒定和粒度分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)上干柴溝組碎屑物分選磨圓變差，成熟度低，不穩(wěn)定副礦物含量較高，粒度頻率曲線以雙峰和多峰為主，表明當(dāng)時(shí)物源區(qū)的構(gòu)造環(huán)境不穩(wěn)定.周曉龍等[17]對(duì)柴西北地區(qū)干柴溝剖面和七個(gè)泉剖面上干柴溝組的巖石樣品分析也得到了相似結(jié)果.劉永江等[38]，劉歡等[39]對(duì)柴西地區(qū)上、下干柴溝組沉積物研究表明，兩個(gè)時(shí)期砂巖的礦物成份明顯不同.上干柴溝組較下干柴溝組，石英含量減少，巖屑和不穩(wěn)定礦物含量增加，分選變差，成熟度降低，這均表明阿爾金斷裂漸新世曾有過一期明顯的構(gòu)造抬升.

2.3 中新世

中新統(tǒng)上油砂山組底界(15.3 Ma左右)存在一個(gè)地域性角度不整合(圖3)[7,18,36,38].即在盆地內(nèi)部為連續(xù)沉積，而山前則表現(xiàn)為與下覆地層呈不整合接觸.下油砂山組沉積晚期阿爾金地區(qū)在擠壓應(yīng)力背景下阿爾金山發(fā)生大范圍的抬升剝蝕，主斷裂兩側(cè)巖體在深部產(chǎn)生低幅度的側(cè)向錯(cuò)位，地表則形成一系列的NW-NNW向雁列式褶皺帶.此不整合面之下的地層向南掀斜并遭受剝蝕，且越靠近阿爾金斷裂其剝蝕就越嚴(yán)重；上油砂山組時(shí)期山前地區(qū)發(fā)生沉降接受沉積，沉積范圍擴(kuò)大，阿爾金地區(qū)山體隆升范圍縮小，出現(xiàn)地層由盆地向阿爾金斷裂大面積的超覆、進(jìn)積，這表明阿爾金斷裂在中中新世發(fā)生了一期構(gòu)造隆升.肖安成等[7]利用阿爾金山前的兩條地震剖面也揭示出上、下油砂山組之間的角度不整合，認(rèn)為在下油砂山組沉積末期存在一期與阿爾金斷裂走滑活動(dòng)有關(guān)的強(qiáng)烈活動(dòng).任收麥等[18]地層對(duì)比研究也揭示了該不整合界面，柴西下油砂山組地層中砂巖與含礫石砂巖互層，上油沙山組也出現(xiàn)礫石沉積.與之對(duì)應(yīng)的塔東南地區(qū)中新統(tǒng)烏恰群厚層細(xì)砂巖夾有細(xì)礫巖和礫狀砂巖.吳磊等[40]的研究表明，與阿爾金斷裂走滑活動(dòng)相關(guān)的地質(zhì)響應(yīng)大多發(fā)生在中中新世之后，這些均表明阿爾金斷裂在中中新世發(fā)生大規(guī)模走滑活動(dòng).

中新世晚期獅子溝組(8.1 Ma左右)沉積時(shí)期，阿爾金地區(qū)也發(fā)生過一期強(qiáng)烈的構(gòu)造隆升(圖3).肖安成等[7]橫穿柴達(dá)木盆地內(nèi)北西向斷裂的地震剖面揭示的生長地層表明斷裂活動(dòng)開始于獅子溝組沉積時(shí)，并且一直持續(xù)到2.5 Ma之后.潘家偉等[41]從阿爾金斷裂向柴達(dá)木盆地內(nèi)延伸的地震剖面也顯示在獅子溝組沉積之前阿爾金斷裂發(fā)生過強(qiáng)烈的構(gòu)造隆升，造成由阿爾金斷裂向柴達(dá)木盆地的強(qiáng)烈逆沖推覆.劉志宏等[42]對(duì)斜坡帶背斜的生長地層研究認(rèn)為，阿爾金斷裂在始新世晚期-中中新世斷裂活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較小，獅子溝組沉積時(shí)斷裂活動(dòng)明顯加劇.陳正樂等[39]根據(jù)江尕勒薩依地區(qū)野外實(shí)測剖面計(jì)算得出的沉積速率也顯示，自獅子溝組沉積開始沉積速率急劇增大，盆地處于快速沉積階段.

2.4 更新世

阿爾金斷裂更新世的構(gòu)造隆升尤為強(qiáng)烈，七個(gè)泉組底界發(fā)育區(qū)域性的角度不整合[36]，七個(gè)泉組的巖性主要為礫巖，并發(fā)育了巨厚礫巖沉積(圖3)，沉積速率0.039 mm/a[37]，說明源區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，且沉積物是近源快速堆積.周曉龍等[17]對(duì)阿爾金山前干柴溝剖面和七個(gè)泉剖面的研究顯示，更新世七個(gè)泉組較下覆獅子溝組碎屑顆粒明顯變粗，以中粒為主，碎屑物分選磨圓較差，不穩(wěn)定礦物含量很高，形成一套沖積扇、扇三角洲相沉積，同樣表明當(dāng)時(shí)構(gòu)造環(huán)境活躍，阿爾金地區(qū)構(gòu)造隆升強(qiáng)烈.

3 結(jié)語

阿爾金斷裂在中生代就有過活動(dòng)，隨后進(jìn)入很長的休眠期.新生代印度板塊與歐亞板塊碰撞之后，青藏高原整體隆升，阿爾金斷裂活化并發(fā)生多期次階段性隆升，其兩側(cè)盆地均有響應(yīng)，表現(xiàn)為巖性變粗(出現(xiàn)大套礫巖沉積)、沉積速率加快、地貌起伏變大、地層呈角度不整合接觸以及同構(gòu)造生長地層的發(fā)育.其新生代的活動(dòng)是由深部向地表轉(zhuǎn)變的，可劃分為兩個(gè)階段：即早期深部發(fā)生基底韌性剪切，地表并沒有發(fā)生明顯的破裂，應(yīng)力通過剪切帶調(diào)節(jié)并在深部聚集積累，導(dǎo)致柴達(dá)木盆地西北緣基底發(fā)生傾斜，在阿爾金斷裂和柴達(dá)木盆地之間形成了阿爾金斜坡，地表形成一系列近東西向隆起和斷裂.盆地山前地區(qū)碎屑物分選磨圓變差，成熟度低，石英含量減少，不穩(wěn)定副礦物含量增高，地層呈角度不整合接觸，并出現(xiàn)大套礫巖沉積；印度板塊持續(xù)擠壓作用使得應(yīng)力在此地區(qū)不斷積累，高原北部控邊斷裂構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈.中新世時(shí)期阿爾金地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生了轉(zhuǎn)變，由先前水平擠壓變?yōu)樗綁号ぷ饔茫较蛴山麼S向轉(zhuǎn)變?yōu)镹EE向.阿爾金斷裂由先前基底韌性剪切轉(zhuǎn)變?yōu)榱舜笠?guī)模地表走滑運(yùn)動(dòng)，主斷裂在此時(shí)形成.走滑運(yùn)動(dòng)不僅引起了山體的隆升，而且錯(cuò)斷了早期形成的構(gòu)造，青藏高原北緣為吸收這一時(shí)期巨大的走滑位移而發(fā)生強(qiáng)烈的NE-SW向的地殼收縮變形.柴達(dá)木盆地內(nèi)形成了一系列NW-NWW向的背斜帶和斷裂，構(gòu)成了柴西北地區(qū)靠近阿爾金斷裂隆凹相間的地形格局.

今后對(duì)阿爾金斷裂的研究需要更加重視其基礎(chǔ)地質(zhì)的研究，結(jié)合多種先進(jìn)的測試技術(shù)手段綜合分析其隆升歷史、走滑過程以及對(duì)兩側(cè)盆地沉積構(gòu)造演化的影響，需從以下三個(gè)方面開展工作:

(1)前人對(duì)阿爾金地區(qū)的裂變徑跡研究大多限于阿爾金主斷裂兩側(cè)狹長的山脈、北東向阿爾金山以及北側(cè)近東西向的金雁山，而阿爾金中段南側(cè)的古隆起缺乏系統(tǒng)的裂變徑跡測試來約束其年齡.

(2)用單一的磷灰石裂變徑跡方法來研究阿爾金斷裂的隆升史具有很大的局限性，需要加強(qiáng)研究區(qū)鋯石裂變徑跡和U-Th/He的測試，多種測年方法綜合分析阿爾金斷裂隆升史.

(3)加強(qiáng)斷裂帶內(nèi)與走滑活動(dòng)相關(guān)的變形構(gòu)造研究，綜合兩側(cè)沉積盆地沉積構(gòu)造響應(yīng)反映阿爾金斷裂活動(dòng)過程和特點(diǎn).深入研究阿爾金斷裂的活動(dòng)對(duì)柴達(dá)木盆地油氣運(yùn)聚的影響，尤其是阿爾金斜坡帶的演變對(duì)柴西油氣運(yùn)移成藏的影響.