西秦嶺北緣上新統(tǒng)木梯寺礫巖成因

沈迪 郭進(jìn)京 于美娜 宮恩麟 常西玲 常璐璐

摘 要 青藏高原東北緣是何時(shí)卷入現(xiàn)今青藏高原動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)而隆升成為高原的組成部分一直存在爭議。高原周緣上新世—第四紀(jì)廣泛出現(xiàn)的粗礫巖多被認(rèn)為是高原隆升的重要地質(zhì)標(biāo)志。西秦嶺北緣構(gòu)造帶北側(cè)出露的上新世積石山礫巖、甘家礫巖、韓家溝礫巖等都被認(rèn)為是青藏高原東北緣快速隆升的地質(zhì)依據(jù)，但這些礫巖由于第四紀(jì)以來隆升—侵蝕，多呈孤立塊體分布在山頂。西秦嶺北緣武山縣新寺鎮(zhèn)與高樓鎮(zhèn)之間臥龍里—大坪一帶山頂出露的一套粗礫巖（木梯寺礫巖）具有與漳縣北出露的上新統(tǒng)礫巖相同或相似的特征，但卻分布在西秦嶺北緣斷層之南，其研究對(duì)于西秦嶺上新世隆升及構(gòu)造邊界確定具有重要的地質(zhì)約束。通過對(duì)木梯寺礫巖的地貌特征、沉積旋回、巖性分段、礫石大小、分選性、磨圓度、礫石成分和古流向等較詳細(xì)的研究，主要取得了如下認(rèn)識(shí)：1）木梯寺礫巖是一套厚度約380 m，粒度粗且變化大、分選差、磨圓度低、旋回性清晰的洪積扇相和扇上季節(jié)性河道相互層的粗礫巖，高聳陡峭的山體地貌形態(tài)區(qū)別于下伏白堊系紅色砂礫巖、砂巖的相對(duì)平坦地貌；2）扇上河道相礫巖中礫石疊瓦排列指示了自南向北的古流向，礫石成分以石灰?guī)r、砂巖為主，含有少量花崗閃長巖、花崗巖礫石，指示了其物源區(qū)主要為西秦嶺印支期造山帶地層和侵入體；3）該套礫巖近水平的產(chǎn)狀、特征性的地貌、典型的沖洪積扇組合，指示了其應(yīng)該為山前近源、快速堆積體，這與漳縣地區(qū)上新統(tǒng)韓家溝礫巖具有驚人的相似性，因此，認(rèn)為這套礫巖與韓家溝礫巖是同時(shí)代、同成因的地層，即這套礫巖時(shí)代應(yīng)該為上新世；4）木梯寺礫巖雖然與漳縣上新統(tǒng)韓家溝礫巖相似，代表了西秦嶺北緣上新世以來的擠壓背景下的類前陸盆地沉積，指示了青藏高原東北緣（西秦嶺地塊）一次快速隆升，但其分布在西秦嶺北緣斷層之南，角度不整合在白堊系之上，那么上新世西秦嶺向北逆沖和隆升的邊界應(yīng)該向南推移至少數(shù)十千米，但邊界具體位置的確定還有待在西秦嶺區(qū)域?qū)ふ翌愃频[巖的線索和對(duì)邊界斷層的識(shí)別研究。

關(guān)鍵詞 西秦嶺北緣；上新世；木梯寺礫巖；礫石特征；沖洪積扇

第一作者簡介 沈迪，女，1995年出生，碩士研究生，地質(zhì)學(xué)，E-mail： shendid@126.com

通信作者 郭進(jìn)京，男，教授，E-mail： gjj@tcu.edu.cn

中圖分類號(hào) P534.62+2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

西秦嶺北緣構(gòu)造帶廣泛發(fā)育中生代—新生代不同時(shí)代、不同成因的陸相紅層沉積地層[1]，而且發(fā)育一系列近東西向多期變形的區(qū)域性斷層[2?4]，是研究青藏高原東北緣新生代陸內(nèi)盆—山構(gòu)造演化和青藏高原東北緣隆升以及印度—?dú)W亞板塊碰撞的遠(yuǎn)程地質(zhì)響應(yīng)的良好區(qū)域。西秦嶺北緣構(gòu)造帶漳縣—武山段白堊紀(jì)和新生代紅層廣泛分布，其中礫巖是分布最廣、類型最多的巖石之一，如漳河兩岸漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)發(fā)育底部河流加積礫巖、砂礫巖、砂巖組合和內(nèi)部發(fā)育的多套河流相—三角洲相礫巖層[5]，漳縣漳河北岸山頂出露的沖洪積扇粗礫巖等[6]，上白堊統(tǒng)下部河流相礫巖等[7]。這些礫巖沉積特征、沉積環(huán)境和與區(qū)域斷層的關(guān)系以及原始構(gòu)造地貌和現(xiàn)今抬升侵蝕的構(gòu)造地貌特征等研究，對(duì)于揭示青藏高原東北緣時(shí)空動(dòng)力學(xué)過程及其印度—?dú)W亞碰撞的遠(yuǎn)程響應(yīng)等科學(xué)問題都具有重要意義。近年來，我們?cè)谖髑貛X北緣構(gòu)造帶研究中，發(fā)現(xiàn)在武山縣高樓鎮(zhèn)和新寺鎮(zhèn)之間山頂?shù)呐P龍里—大坪一帶出露一套地貌獨(dú)特、巖性單調(diào)的粗礫巖地層（國家重點(diǎn)文物保護(hù)單位木梯寺石窟就刻鑿于該套礫巖中，因此我們將其命名為木梯寺礫巖），這套礫巖層與漳縣北山頂出露的上新統(tǒng)韓家溝粗礫巖的地貌和巖石組合特征非常相似。這套粗礫巖在1∶200 000隴西幅區(qū)域地質(zhì)圖中厘定為古近系[8]，而在1∶250 000岷縣幅區(qū)域地質(zhì)圖中則厘定為下白堊統(tǒng)磨溝組[9]，但根據(jù)這套礫巖與漳縣北出露的上新統(tǒng)韓家溝礫巖基本相同的地質(zhì)特征，我們認(rèn)為其可能是上新統(tǒng)韓家溝礫巖的東延殘留出露。若果真如此，那么上新世以來的西秦嶺地塊向北逆沖抬升，形成的西秦嶺北緣以沖洪積扇為特征的磨拉石盆地邊界應(yīng)該向南推移。為解決這一疑惑，對(duì)這套礫巖的地貌特征、巖石組合、礫石特征以及下伏地層關(guān)系進(jìn)行了較詳細(xì)的研究，結(jié)果表明木梯寺礫巖與上新統(tǒng)韓家溝沖洪積扇粗礫巖為相同時(shí)代、成因相似的沉積地層，代表西秦嶺北緣上新世以來向北強(qiáng)烈逆沖形成的類前陸磨拉石盆地沉積的殘留。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

西秦嶺北緣構(gòu)造帶武山—漳縣段主要由一系列區(qū)域斷層和由斷層所夾持的不同時(shí)代的地層塊體所組成（圖1）。構(gòu)造帶北側(cè)為大面積出露的上新統(tǒng)紅色礫巖、砂礫巖和黏土質(zhì)砂巖及砂質(zhì)黏土巖。構(gòu)造帶內(nèi)主要分布了漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)紅色礫巖、砂礫巖、含礫粗砂巖、砂質(zhì)黏土巖和紫紅色—灰色泥巖、泥灰?guī)r、灰?guī)r及蒸發(fā)巖等多旋回沉積含鹽巖系、上新統(tǒng)韓家溝粗礫巖[10]；下古生界李子園群、鴛鴦鎮(zhèn)蛇綠混雜巖、泥盆系大草灘群、石炭系巴都組和下加嶺組、二疊系大關(guān)山組等西秦嶺印支造山帶地層[9，11]。構(gòu)造帶南側(cè)則大面積分布白堊系陸相紅色沉積地層和泥盆系、石炭系、二疊系等西秦嶺造山帶地層。其中二疊系由上統(tǒng)石關(guān)組細(xì)粒長石石英砂巖、巖屑石英砂巖、粉砂質(zhì)頁巖與生物灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、泥灰?guī)r互層和中統(tǒng)大關(guān)山組灰白—深灰色微晶灰?guī)r夾砂屑灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂質(zhì)板巖組成；石炭系由上統(tǒng)下加嶺組的深灰—灰褐色鈣質(zhì)巖屑砂巖、石英砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖、砂屑灰?guī)r夾泥灰?guī)r、粉晶灰?guī)r、炭質(zhì)板巖和下統(tǒng)巴都組深灰—淺灰色長石石英砂巖、石英砂巖、鈣質(zhì)巖屑砂巖、粉砂質(zhì)板巖、粉砂巖夾泥灰?guī)r夾少量煤線組成；泥盆系大草灘群主要由紫紅色—紫灰色—灰綠色含細(xì)礫長石石英砂巖、長石石英砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖互層組成；李子園群由黑云二長變粒巖、灰色黑云變粒巖夾淺灰色長石石英巖、灰色黑云變粒巖、二長淺粒巖、黑云纖閃石角巖、透閃石大理巖組成；鴛鴦鎮(zhèn)蛇綠巖（YSL）由綠簾陽起片巖、陽起斜長片巖、黑云斜長角閃巖、含石榴石綠簾鈉長角閃巖等變質(zhì)基性—中基性火山巖和蛇紋巖、滑石片巖等變質(zhì)超基性巖組成。需要說明的是，西秦嶺北緣構(gòu)造帶及兩側(cè)的中生代—新生代陸相紅色沉積地層由于巖石組合的某些相似性和尚缺乏可靠的古生物化石、年代學(xué)數(shù)據(jù)的約束，年代地層格架一直存在不同方案[1，8?9]，如：陜西地質(zhì)局區(qū)測隊(duì)1∶20萬隴西幅地質(zhì)圖把武山灘歌鎮(zhèn)—馬力鎮(zhèn)—新寺鎮(zhèn)一帶大片出露的紅色礫巖、砂礫巖、砂巖地層和漳縣北韓家溝礫巖及構(gòu)造帶以北大面積分布的粗礫巖厘定為老第三紀(jì)，把漳河兩岸出露的一套礫巖、砂巖、泥巖、泥灰?guī)r和含鹽地層厘定為新第三紀(jì)，把漳縣韓家溝礫巖下伏地層厘定為下白堊統(tǒng)河口群[8]；而甘肅地質(zhì)調(diào)查院修編的1∶25萬岷縣幅地質(zhì)圖則依據(jù)宕昌—車?yán)璧丶t層地層中發(fā)現(xiàn)的早白堊世古生物化石證據(jù)將其厘定為下白堊統(tǒng)，把武山灘歌鎮(zhèn)—馬力鎮(zhèn)—新寺鎮(zhèn)一帶這套紅色礫巖、砂巖地層和漳縣漳河南岸鹽井鎮(zhèn)一帶的紅色巖系修訂為下白堊統(tǒng)磨溝組和車?yán)M，把漳縣北韓家溝礫巖修訂為上白堊統(tǒng)麥積山組，其下伏紅色礫巖、砂礫巖、砂巖等地層厘定為下白堊統(tǒng)河口群，構(gòu)造帶以北大面積分布的粗礫巖厘定為新近紀(jì)固原群[9]。近十年來，對(duì)西秦嶺及北緣構(gòu)造帶中生代—新生代紅層地區(qū)研究，在馬力鎮(zhèn)—新寺鎮(zhèn)一帶發(fā)現(xiàn)構(gòu)造帶南側(cè)的白堊系上部發(fā)育的一套厚層紅色砂巖實(shí)為一套沙漠相砂巖[7]，類似的沙漠相砂巖在哈達(dá)鋪盆地、岷縣盆地和蒲河等地的白堊系上部也有保存[12]。這與宕昌—車?yán)璧氐南掳讏捉y(tǒng)河湖相沉積地層完全不同，根據(jù)區(qū)域地層接觸關(guān)系和巖石地層及沉積環(huán)境對(duì)比，把這套底部為河流相礫巖、砂礫巖、含礫粗砂巖和砂質(zhì)黏土巖和上部的沙漠相砂巖地層厘定為上白堊統(tǒng)[13]；根據(jù)西秦嶺北緣構(gòu)造帶內(nèi)新生代地層的沉積旋回序列、沉積巖石組合及沉積環(huán)境、角度不整合接觸關(guān)系、漳縣含鹽地層的中新世孢粉組合特征[10]、底部砂礫巖新近獲得磷灰石裂變徑跡年齡和武山盆地古地磁年代[14]等，結(jié)合與臨夏盆地[15?17]、循化—貴德盆地新生代沉積地層[18?19]對(duì)比，把西秦嶺北緣構(gòu)造帶武山—漳縣一帶的新生代地層分為兩個(gè)構(gòu)造層，即漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)的巨厚的紅—灰、粗—細(xì)的河流相—洪泛相—三角洲相—湖相的多旋回沉積和角度不整合其上的上新統(tǒng)韓家溝礫巖[10，20]。其中漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)含鹽地層為伸展斷陷盆地沉積[21]，而上新統(tǒng)韓家溝礫巖為西秦嶺北緣逆沖斷層控制的類前陸磨拉石粗碎屑巖沉積[6，20]。本文研究對(duì)象是在西秦嶺北緣構(gòu)造帶南側(cè)大片分布的白堊系頂部覆蓋的一套地貌獨(dú)特、巖石組合與漳縣上新統(tǒng)韓家溝礫巖相似的一套粗礫巖地層（圖1）。

2 木梯寺礫巖基本地質(zhì)特征

木梯寺礫巖出露在西秦嶺北緣南邊界斷層F4以南的臥龍里—大坪一帶山頂之上（圖1，2），角度不整合在下伏大面積出露的白堊系紅色厚層狀河床相礫巖和沙漠相砂巖之上（圖2c～e），木梯寺礫巖的陡峭山體地貌與下伏白堊系相對(duì)平坦的地貌形成顯著反差（圖2）。礫巖出露最低海拔高度為1 800～2 000 m，最高海拔高度為2 400～2 600 m。礫巖層產(chǎn)狀近水平，厚度約380 m，主要由巨厚層—厚層中粗礫巖—中礫巖層組成。

木梯寺礫巖總體特征為礫石大小混雜，分選差，磨圓度低，多為次棱角狀和次圓狀，砂礫質(zhì)膠結(jié)，基質(zhì)支撐為主，局部顆粒支撐，可見下粗上細(xì)的遞變層理，礫石成分主要為各種石灰?guī)r、砂巖，可見少量花崗閃長巖或花崗巖礫石（見后述），指示了洪積礫巖的特征[22?23]。雖然木梯寺礫巖巖性比較單調(diào)，但垂向上具有旋回性變化，不同層位的礫石大小、成分和磨圓度還有差異，可以辨別洪積扇亞相和扇上季節(jié)性河道亞相[22?26]。根據(jù)木梯寺礫巖垂向上沉積巖石特征的變化，自下而上大致可以分為6個(gè)巖性段，分別為洪積礫巖層、扇上河道礫巖層、洪積礫巖層、扇上河道礫巖層、洪積礫巖層、扇上河道礫巖層（圖3）。巖性段①為洪積礫巖層，礫石的磨圓、分選較差，以棱角狀與次棱角狀為主，大小混雜，礫石最大直徑為20～25 cm，基質(zhì)支撐，砂礫質(zhì)膠結(jié)，礫石成分主要為淺灰色與土黃色的灰?guī)r、磚紅色與紫紅色的砂巖以及少量乳白色、紫色的石英；巖性段②為扇上河道礫巖層，以中粗礫巖為主，礫石磨圓度較好，次圓狀礫石所占比例相對(duì)較多，礫石扁平定向顯示出斜列的特征，礫石成分以灰色、灰紅色灰?guī)r為主，并含有部分砂巖；巖性段③主要為洪積礫巖層，其中夾有透鏡狀扇上河道相礫巖，礫石整體上分選較差，大小混雜，磨圓度差，以棱角狀—次棱角狀為主，排列無定向性，砂礫質(zhì)膠結(jié)的雜基支撐結(jié)構(gòu)為主，局部為顆粒支撐，礫石成分主要為灰黑色與灰白色的灰?guī)r和磚紅色、土黃色的砂巖以及乳白色的石英，也可見少量的花崗閃長巖或花崗巖礫石；巖性段④為扇上河道礫巖層，以厚層的中粗礫巖為主，礫石扁平斜列明顯，礫石成分主要為各種灰?guī)r，其次為長石石英砂巖、石英砂巖，部分礫石中有方解石脈填充，旋回性較清晰；巖性段⑤為洪積礫巖層，礫石以中粗礫巖為主，局部含較大的孤礫，個(gè)別礫石直徑可達(dá)20 cm，礫石的扁平面定向性較差；巖性段⑥為扇上河道礫巖層，該巖性段位于這套礫巖的最上部，礫石以中粗礫巖為主，顆粒支撐，最大礫石直徑分布在25～30 cm的范圍內(nèi)，整體磨圓度好，礫石成分以灰色的灰?guī)r為主，其次為紅棕色砂巖與石英，顆粒支撐。礫巖的礫石大小、形態(tài)、排列和成分是礫巖成因的重要標(biāo)志，對(duì)礫巖礫石特征的研究可以為礫巖形成的水動(dòng)力條件、構(gòu)造環(huán)境、氣候環(huán)境以及搬運(yùn)距離等提供重要的地質(zhì)信息[27?29]。特別是礫巖的垂向變化是構(gòu)造—?dú)夂颉畡?dòng)力條件變化的重要指示[30]。為揭示這套礫巖成因環(huán)境和物源區(qū)變化及其與西秦嶺地塊隆升的關(guān)系，對(duì)這套礫巖不同層位的礫石大小、形態(tài)、成分及垂向變化等開展了較為系統(tǒng)的觀測和統(tǒng)計(jì)分析。

3 木梯寺礫巖礫石特征

通過在野外露頭觀測礫石粒徑、成分、磨圓度以及礫石的排列規(guī)律與扁平礫石的產(chǎn)狀等，可為礫巖地層的沉積作用過程及物源分析提供了重要線索與依據(jù)[31]。本文以武山縣高樓—新寺地區(qū)出露較好的木梯寺礫巖地層剖面為主要研究對(duì)象，根據(jù)礫巖的總體變化特征，在不同巖性段上共選取9個(gè)典型露頭觀測點(diǎn)（圖4），在每個(gè)測點(diǎn)內(nèi)圈出約1 m2 的方形區(qū)域，然后對(duì)區(qū)域內(nèi)大于1 cm礫石的粒徑、成分、磨圓以及最大扁平面的產(chǎn)狀要素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[32]。

3.1 礫巖中礫石粒徑分布及變化

礫石粒徑是指礫石顆粒的大小，通過礫石粒徑分析可以為礫石搬運(yùn)距離和水動(dòng)力條件提供重要信息。一般來說，由物源區(qū)進(jìn)入沉積區(qū)的碎屑顆粒的粒徑隨搬運(yùn)距離和水動(dòng)力條件變化而變化，顆粒較細(xì)的碎屑物移動(dòng)速度更快，距離物源區(qū)的距離越遠(yuǎn)，反之，顆粒較粗的碎屑物距離物源區(qū)的距離更近。同時(shí)，碎屑物的大小對(duì)于判別沉積環(huán)境水動(dòng)力條件具有很好的作用，礫石粒徑越大水動(dòng)力條件越強(qiáng)，例如，在沖積扇上，扇根與扇中部位的水動(dòng)力較強(qiáng)，沉積物的粒徑大，而在扇緣處，水動(dòng)力減弱，沉積物較細(xì)，常由砂巖、粉砂巖等組成。在一些地區(qū)，例如降水、河道寬度、縱向坡降等因素會(huì)對(duì)河流水動(dòng)力造成一定的影響，降水的周期性變化使得礫石粒徑分布呈一定的規(guī)律，所以礫徑也常常作為判斷氣候干濕的重要指標(biāo)[22?23，33]。

研究區(qū)各測點(diǎn)的礫石粒徑是在每個(gè)測點(diǎn)選定的區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選取大于100塊礫石進(jìn)行測量。通過對(duì)木梯寺礫巖9個(gè)觀測點(diǎn)的礫石粒徑分布直方圖（圖5）分析可以發(fā)現(xiàn)，礫石粒徑分布范圍很廣，整體分選性較差，但粒徑為1～4 cm的礫石呈一定的峰態(tài)，而在4～10 cm范圍內(nèi)的礫石含量降低，但明顯呈多低峰分布，分布較為分散，變化不明顯。9個(gè)測點(diǎn)的礫石粒徑含量累計(jì)曲線（圖6）基本平行，差異性表現(xiàn)在平均粒徑變化，但粒徑在1～4 cm范圍內(nèi)的累計(jì)曲線斜率較大，這一粒徑范圍的礫石含量為60%～80%。

3.2 礫巖礫石磨圓度特征

礫石在搬運(yùn)過程中通常會(huì)受到一定的磨損，其原始棱角被磨圓的程度，稱為礫石磨圓度。礫石顆粒的搬運(yùn)沉積過程和沉積環(huán)境對(duì)磨圓度具有重要的影響，通過研究礫石的磨圓度，不僅可以推測其物源區(qū)性質(zhì)與沉積物搬運(yùn)介質(zhì)條件，也可以反演出碎屑顆粒的磨蝕以及再搬運(yùn)過程[22?23，34]。通常，礫石的磨損程度越高，其距物源區(qū)越遠(yuǎn)，反之則距物源區(qū)越近。同時(shí)，巖石的硬度與內(nèi)部顆粒組成及結(jié)構(gòu)對(duì)磨圓度也有極大的影響，這就決定了即使在相同的搬運(yùn)條件下，礫石磨圓度也會(huì)有一定的差別。在河流搬運(yùn)過程中，如灰?guī)r這類硬度小的巖石極易被磨圓，而如石英巖這類硬度大的巖石受到的磨損較小[35]。

對(duì)不同層位的9個(gè)礫巖觀測點(diǎn)的礫石磨圓度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從圖7可以得出，9個(gè)測點(diǎn)的礫石磨圓度全部以次棱角狀為主，所占比例約為60%，其次為棱角狀與次圓狀，所占比例都在20%左右，圓狀的礫石比例最小，全部都在5%以下。從圖8中還可以得出，這套礫巖下部層位中的一些測點(diǎn)次棱角狀礫石占比超過70%，隨著測點(diǎn)海拔的升高，次棱角狀與次圓狀礫石占比差距逐漸縮小，而圓狀礫石在不同層位的占比較為穩(wěn)定。

綜上表明，這套礫巖并沒有經(jīng)過長距離的搬運(yùn)，總體上應(yīng)為近源碎屑物質(zhì)快速搬運(yùn)堆積的產(chǎn)物。

3.3 礫巖礫石成分特征

礫巖的礫石成分可以大致反映物源區(qū)位置以及不同基巖地層的地表分布情況。同時(shí)，礫巖礫石成分在垂直方向上的變化對(duì)于研究物源區(qū)的地殼隆升與剝露過程、構(gòu)造地貌演化等都具有重要意義[36]。木梯寺礫巖礫石成分以石灰?guī)r、砂巖和石英巖為主，可見少量花崗閃長巖、花崗巖礫石。并且部分礫巖層中礫石疊瓦現(xiàn)象指示了總體古水流方向?yàn)橛赡系奖保ㄒ姾笫觯?，這與漳縣地區(qū)的韓家溝礫巖的古流向相近。本次研究對(duì)9個(gè)不同層位的礫巖觀測點(diǎn)的礫石成分進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖9、圖10所示。木梯寺礫巖的礫石成分特征總體相似，以石灰?guī)r、砂巖的礫石為主，其次為石英巖，個(gè)別層位含有花崗巖或花崗閃長巖礫石。觀測點(diǎn)a、b、c、d、f、g、i的不同礫石成分在占比上有所差別，觀測點(diǎn)c、g、i的灰?guī)r礫石占比高達(dá)70%，而e、h兩個(gè)觀測點(diǎn)中砂巖礫石含量較高，占比在50%以上（圖9），僅在觀測點(diǎn)g中含有3%的侵入巖礫石。非常有規(guī)律的是木梯寺礫巖自下而上的礫石成分變化清晰顯示出灰?guī)r與砂巖成分互為消漲的關(guān)系（圖10），這可能反映了物源區(qū)的變化。從區(qū)域地層分布來看，泥盆系主要為各種砂巖，而靠近西秦嶺腹地的卻是大面積出露的二疊系、三疊系各種灰?guī)r地層，因此，礫巖礫石灰?guī)r成分增多說明物源區(qū)擴(kuò)大，而減少則說明物源區(qū)縮小。

4 木梯寺礫巖古流向測量

礫巖形成的古水流方向可以通過測量礫石最大扁平面的產(chǎn)狀要素來確定。單個(gè)礫石的產(chǎn)狀可以通過測量其最大扁平面的傾向與傾角來表示，而礫巖層的古流向則要通過大量礫石扁平面產(chǎn)狀的測量和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，確定總體古流向趨勢[37]。木梯寺礫巖多數(shù)礫石排列是無序的，不具備研究古流向的條件，但礫巖層中洪積礫巖層夾的扇上河道礫巖或單獨(dú)的扇上河道沉積礫巖段中，盡管礫石疊瓦斜列現(xiàn)象與典型的河流相礫巖相比發(fā)育程度差很多，但仍可找到部分古流向標(biāo)志（圖11a，b）。本次對(duì)9個(gè)觀測點(diǎn)礫石扁平面產(chǎn)狀進(jìn)行測量，并重點(diǎn)選取了具有明顯疊瓦斜列的礫石進(jìn)行測量。

由于木梯寺礫巖地層產(chǎn)狀平緩，傾角大約為10°，對(duì)于恢復(fù)古水流方向的影響較小，所以本次研究對(duì)礫巖層最大扁平面產(chǎn)狀不進(jìn)行校正。根據(jù)9個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，繪制了礫石ab 面產(chǎn)狀玫瑰花圖（圖11c）。從圖11c中可以看出，雖然在某些觀測點(diǎn)古水流方向相對(duì)分散，但總體上古水流方向?yàn)橛赡系奖薄＝y(tǒng)計(jì)表明，凡是古流向數(shù)據(jù)分散的，多為洪積扇礫巖層，而古流向相對(duì)集中的則為扇上河道礫巖層。

5 木梯寺礫巖時(shí)代、成因及地質(zhì)意義

5.1 木梯寺礫巖時(shí)代問題討論

如前所述，木梯寺粗礫巖在1∶20萬隴西幅區(qū)域地質(zhì)圖中厘定為古近系[8]，而在1∶25萬岷縣幅區(qū)域地質(zhì)圖中則厘定為下白堊統(tǒng)磨溝組[9]，但多是根據(jù)區(qū)域地層對(duì)比，缺乏古生物化石和準(zhǔn)確的年代學(xué)數(shù)據(jù)約束。為了限定木梯寺礫巖的時(shí)代，將木梯寺礫巖與西秦嶺北緣漳縣地區(qū)的韓家溝礫巖的分布、地貌、地質(zhì)特征做了比較，發(fā)現(xiàn)：1）韓家溝礫巖與木梯寺礫巖同樣分布在山頂之上，海撥高度相近（圖2a、圖12），產(chǎn)狀都呈近水平；2）單調(diào)厚層礫巖侵蝕的地貌形態(tài)（圖13a，b）與木梯寺礫巖地貌特征（圖2b，d、圖11c）相似；3）中礫巖—粗礫巖為主，扇礫巖（圖13c）和扇上河道粗礫巖（圖13d～f）互層與木梯寺礫巖基本相同；4）礫石成分以灰?guī)r、砂巖為主，少量花崗閃長巖、花崗巖，其中灰?guī)r和砂巖礫石含量呈互為消長關(guān)系[6]與木梯寺礫巖相同；5）扇上河道礫巖礫石疊瓦斜列指示的自南向北的古流向[6]與木梯寺礫巖相同。上述韓家溝礫巖與木梯寺礫巖基本地質(zhì)特征的相同或相似性（表1），說明兩者應(yīng)該為同時(shí)代、同環(huán)境的沉積地層。漳縣韓家溝礫巖角度不整合于漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)河湖相沉積地層之上，其時(shí)代為上新世[5，10]。雖然木梯寺礫巖角度不整合于上白堊統(tǒng)紅色礫巖和砂巖之上，但木梯寺礫巖的分布、地貌和巖石地層特征及沉積環(huán)境與韓家溝礫巖相同或相似性，認(rèn)為木梯寺礫巖時(shí)代同樣為上新世。

5.2 木梯寺礫巖成因及地質(zhì)意義

如前所述，木梯寺礫巖具有厚度大、粒徑粗且大小混雜、分選差、以次棱角—次圓狀為主，顆粒支撐和基質(zhì)支撐等特征，說明其具有山前快速堆積的洪積扇粗礫巖沉積的基本特征[22?23，25?26]，并且古流向總體自南向北、礫石成分與其南部秦嶺造山帶泥盆系—石炭系—二疊系等各種砂巖、灰?guī)r和區(qū)域出露的花崗閃長巖、花崗巖相對(duì)應(yīng)。這與西秦嶺北緣構(gòu)造帶漳縣地區(qū)的上新統(tǒng)韓家溝礫巖沉積特征[6，20]具有驚人的相似性，指示其時(shí)代為上新世[10]。郭進(jìn)京等[20]曾提出了上新統(tǒng)韓家溝礫巖代表了以西秦嶺北緣斷層為邊界，西秦嶺地塊向北的逆沖隆升過程中類前陸盆地粗礫巖，并且認(rèn)為是印度板塊—?dú)W亞板塊匯聚碰撞的擠壓動(dòng)力學(xué)遠(yuǎn)程效應(yīng)的地質(zhì)記錄。但木梯寺礫巖卻分布在北緣斷層之南，如果木梯寺礫巖與韓家溝礫巖都為上新世的類前陸粗礫巖沉積，那么，西秦嶺北緣斷層可能并不是西秦嶺地塊上新世以來向北逆沖隆升的構(gòu)造邊界。木梯寺礫巖和韓家溝礫巖為代表西秦嶺北緣類前陸盆地的粗礫巖沉積的南邊界到底在何處，從目前地質(zhì)資料分析，西秦嶺北緣的上新世磨拉石盆地邊界就不是現(xiàn)在西秦嶺北緣斷裂系，從礫巖中礫石大小和礫石成分分析，其盆地南邊界至少向南推移20～50 km，是否退至宕昌—岷縣—臨潭斷層系是值得進(jìn)一步研究的地質(zhì)問題，這還有待于對(duì)西秦嶺地塊內(nèi)類似沉積記錄的尋找和對(duì)區(qū)域邊界斷層的追索研究。另外，無論是木梯寺礫巖還是韓家溝礫巖，都是扇根粗碎屑堆積，那么按照一般沖洪積扇應(yīng)該發(fā)育扇根、扇中和扇緣三個(gè)地質(zhì)單元[22?23，27]，在西秦嶺北緣以北廣義的隴西盆地內(nèi)是否保留了扇中和扇緣沉積記錄也是值得今后進(jìn)一步研究的問題。

5.3 木梯寺礫巖對(duì)青藏高原東北緣的地質(zhì)約束討論

青藏高原東北緣何時(shí)卷入印度—?dú)W亞板塊碰撞匯聚形成的青藏高原構(gòu)造地貌系統(tǒng)，學(xué)者們一直存在不同認(rèn)識(shí)。Tapponnier et al.[38]認(rèn)為包括西秦嶺在內(nèi)的青藏高原東北緣僅是上新世高原；王成善等[39]認(rèn)為青藏高原東北緣是8 Ma以后逐漸隆升成為青藏高原的組成部分；李吉均等[15，40?41]認(rèn)為青藏高原的整體快速隆升始于3.6 Ma 以來的青藏運(yùn)動(dòng)，而開始于1.1～1.6和0.15 Ma的昆侖—黃河運(yùn)動(dòng)及共和運(yùn)動(dòng)，則使高原最終達(dá)到現(xiàn)今高度，也就是說現(xiàn)今青藏高原東北緣隆升是上新世3.6 Ma以來的地質(zhì)事件，以臨夏盆地積石山礫巖出現(xiàn)為標(biāo)志。郭進(jìn)京等[20]曾討論了西秦嶺北緣漳縣地區(qū)上新統(tǒng)韓家溝礫巖對(duì)青藏高原東北緣隆升的約束，認(rèn)為青藏高原東北緣真正隆升成為現(xiàn)今青藏高原系統(tǒng)組成部分是上新世末期或第四紀(jì)以來的地質(zhì)事件。西秦嶺北緣漳縣盆地的上新統(tǒng)韓家溝礫巖、臨夏盆地的積石山礫巖[15，29]和循化—貴德盆地的甘家礫巖[18?19]代表上新世以來西秦嶺一次重要的快速隆升事件，西秦嶺的快速隆升以西秦嶺北緣斷層向北高角度逆沖和其北的具有類前陸盆地的粗礫巖出現(xiàn)為標(biāo)志[20]。事實(shí)上，青藏高原周緣上新世以來的粗礫巖分布很廣[42?43]，如祁連山北緣河西走廊的疏勒河礫巖、玉門礫巖、酒泉礫巖[30，44?46]、阿爾金地區(qū)的石包城礫巖[47]、西昆侖北緣和天山南緣的西域礫巖[48]等，但關(guān)于這些粗礫巖到底是氣候成因[42?43]，還是與高原隆升有關(guān)的構(gòu)造成因[15，18，44]，或是構(gòu)造隆升與氣候的共同耦合作用[45，49?50]，還存在不同認(rèn)識(shí)。從所討論西秦嶺北緣上新世木梯寺礫巖和韓家溝礫巖具有的粗礫扇礫巖和扇上河道礫巖特征來看，粒度粗大、分選和磨圓差，礫石成分與西秦嶺造山帶出露的砂巖、灰?guī)r和侵入巖相匹配，說明其為近源快速粗碎屑扇形堆積，這種礫巖形成雖然有氣候因素（如干旱或寒冷氣候下強(qiáng)烈物理風(fēng)化造成豐富的碎屑來源），但粗大的礫石，特別是巨大的礫石存在，必然要有相應(yīng)的高差巨大的地貌條件，而這種條件則需要構(gòu)造隆升的背景，因此，我們認(rèn)為木梯寺礫巖和韓家溝礫巖主要是構(gòu)造成因，即西秦嶺地塊在印度—?dú)W亞碰撞匯聚的動(dòng)力學(xué)擴(kuò)展到西秦嶺，斷層快速逆沖形成了高差巨大的地貌，才為礫巖堆積提供了必要條件。但木梯寺礫巖和韓家溝礫巖現(xiàn)今都分布在山頂之上，這就意味著礫巖堆積之后，西秦嶺及北緣區(qū)域經(jīng)歷整體抬升和侵蝕夷平，現(xiàn)今地貌狀態(tài)應(yīng)該是第四紀(jì)以來地殼大規(guī)模不均勻隆升的結(jié)果。當(dāng)然這種認(rèn)識(shí)，還有待對(duì)整個(gè)青藏高原周緣上新世以來的粗礫巖進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比研究來佐證。

6 結(jié)論

通過對(duì)西秦嶺北緣武山縣新寺鎮(zhèn)與高樓鎮(zhèn)之間的臥龍里—大坪一帶出露的具有獨(dú)特地貌特征的一套粗礫巖的沉積旋回特征、不同層位礫巖的礫石結(jié)構(gòu)與成分特征、古流向等較詳細(xì)觀測研究，取得如下初步認(rèn)識(shí)。

（1） 木梯寺礫巖層主要由巖性單調(diào)的厚層—巨厚層粗礫巖組成，保留厚度約380 m，呈近水平角度不整合覆蓋在下伏白堊系紅色沙漠相砂巖和河流相礫巖之上，以高聳陡峭的山體地貌形態(tài)區(qū)別于其他地層。

（2） 木梯寺礫巖厚度大、粒徑粗且大小混雜、分選差、以次棱角—次圓為主，顆粒支撐和基質(zhì)支撐、古流向總體自南向北、礫石成分與其南部秦嶺造山帶泥盆系—石炭系—二疊系等砂巖、灰?guī)r和出露的花崗閃長巖、花崗巖相對(duì)應(yīng)，指示了其主體為一套山前近源、快速堆積的沖洪積扇礫巖組合。

（3） 木梯寺礫巖近水平的產(chǎn)狀、特征性的地貌、典型的沖洪積扇組合與西秦嶺北緣構(gòu)造帶漳縣地區(qū)上新統(tǒng)韓家溝礫巖具有驚人的相似性，說明這套礫巖與韓家溝礫巖是同時(shí)代、同成因的，即這套礫巖時(shí)代應(yīng)該為上新世。

（4） 武山地區(qū)的木梯寺礫巖與漳縣地區(qū)韓家溝礫巖，都指示青藏高原東北緣西秦嶺地塊上新世以來在擠壓背景下的類前陸盆地粗礫巖堆積。但這套礫巖堆積之后，西秦嶺及北緣區(qū)域曾經(jīng)歷了一次整體抬升和侵蝕夷平，造成礫巖現(xiàn)今殘留出露在山頂夷平面，西秦嶺北緣（青藏高原東北緣）現(xiàn)今地貌狀態(tài)應(yīng)該是第四紀(jì)以來地殼大規(guī)模不均勻隆升的結(jié)果。

（5） 木梯寺礫巖出現(xiàn)在西秦嶺北緣斷層帶以南，表明上新世西秦嶺地塊向北逆沖的構(gòu)造邊界不應(yīng)該是西秦嶺北緣斷層，礫巖構(gòu)造邊界可能至少向南推移20～50 km，但具體位置還有待進(jìn)一步研究。

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