天山北缘深浅构造关系的讨论

天山北缘前陆冲断褶皱带形成时间的确定~

印-藏碰撞所引起的构造变形分布于碰撞带以北2000～3000km的广大地区，强烈的构造作用明显改造了中亚的大部分地区，使原有构造格局更加复杂化。其中天山向两侧盆地的冲断抬升导致巨厚的中生界-新近系沉积剖面剥露至地表。天山北缘由南向北发育了三排冲断褶皱带，第四纪以来的地层和沉积物也卷入褶皱并受到断层的错断。
多数研究成果认为盆地南缘第一排构造形成于中生代末期（张培震等，1999；杨晓平等，1998；邓起东等，1999）。晚白垩世时期，冈底斯地块与拉萨地块发生碰撞，这次运动的影响范围和强度可能很小，准噶尔盆地在此时期处于一个较为稳定的时期，上白垩统东沟组与古近系紫泥泉子组整合接触。但是，天山南缘的库车再生前陆盆地的冲断构造形成始于25Ma左右（卢华复等，1999），塔里木盆地沿西昆仑和天山山前的沉积碎屑磷灰石裂变径迹年龄为25～13Ma（Hendix，et al.，1994；Sobel and Dumitru，1997），反映天山南侧的新生代构造主要形成于中新世以后。裂变径迹数据系统分析表明，准噶尔盆地南缘主要存在晚渐新世-中新世和上新世以来冷却年龄。地层沉积特征和时间-温度曲线模拟表明天山北缘的快速剥蚀隆升主要发生于晚中新世以来（主要是10Ma以来）（方世虎等，2004）。
有研究成果认为第二排构造形成于上新世和早更新世之间（邓起东等，1999），天山地区第四纪底部年龄为2.92Ma（陈华慧等，1994），天山北缘西域砾岩底部的磁性地层学年龄为2.58Ma（Sun et al.，2004）或者3.1Ma（Julien et al.，2005）。笔者根据地震剖面上西域砾岩上部显示为明显的生长地层，独山子背斜第三系样品的裂变径迹t⁃T模拟曲线上主要显示2Ma的更新世年龄，表明其形成时间可能与西域砾岩的沉积时期相近，主要形成于2Ma以来。
一、利用（生长地层/生长三角）判断（构造运动时间/速率）
生长断层相关褶皱作用理论是断层相关褶皱理论讨论同沉积变形现象的自然延伸。同构造沉积物（生长地层）是构造活动的直接记录。根据它的几何学与运动学特点就可以反演褶皱形成过程及褶皱生长时代、速率等参数。
Suppe等（1992）提出的生长地层、生长三角的概念，为构造形成定时提供了一个有利工具。生长地层的时代就是构造形成的时代。利用断层相关褶皱的“生长地层”可以准确地判断构造形成的时间，并可为估算下伏台阶状逆断层的滑动量提供依据。如果在生长三角中至少有两个地层单元的年龄已知，那么生长三角的生长速率就可以计算出来。
利用计算机模型技术恢复二维构造剖面，可以由新到老逐期逐层地剥离不同地质时期的构造变形层，分构造期次，最终恢复冲断褶皱带的构造变形史。这一方法建立在对褶皱生长三角的认识基础上，图1-3-22 a表示断层滑移引起的褶皱生长三角。在简单断坡例子中，生长三角的平均生长速率（υ）等于已知年龄的两个地层单元之间褶皱翼部宽度的改变（ΔL）除以形成这两个地层单元的年龄差（Δt），用公式表示为（Suppe，1991）：

中国西部中亚型造山带中新生代陆内造山过程与砂岩型铀矿成矿作用


图1-3-22 生长断层转折褶皱位移速度矢量关系

（Suppe，1991）
（a）下盘断坡断层或生长三角示意图；（b）完整的生长断层转折褶皱示意图
必须注意，用上述公式算出的数据只能代表下伏断坡上断层段的滑动速率。对一个完整的生长断层转折褶皱来说，可以有两个生长三角提供计算（图1-3-22b）：一个是下盘断坡上的生长三角，还有一个是上盘断坡上的生长三角。理论上这两个生长三角的生长速率是不相等的，它们分别与下伏上、下盘断坡上的断层滑动速率有关。从图1-3-22b中可以看出，如果逆冲断层的运动速率为a，在到达前断坪继续向前运动时，速率只有c，而c与a有如下的关系（Suppe，1991）：
c=bcosθ=acosθcosθ=acos2θ （1-3-2）
式中θ为断坡坡角。
此公式中b可以直接通过公式（1-3-1）计算出来b相当于公式（1-3-1）中的υ，断坡坡角θ对于特定的剖面是一定值（已知的）。而c也可以通过公式（1-3-2）计算，只是必须注意对于上盘断坡生长三角AA′M来说其生长速率υx与c之间还要考虑上盘断坡坡角a的影响。其关系为（Suppe，1991）：

中国西部中亚型造山带中新生代陆内造山过程与砂岩型铀矿成矿作用

式中a为上盘断坡坡角。
因此对于任意的生长断层转折褶皱通过计算生长三角的生长速率就可能将下伏冲断面总体运动速率a计算出来，只是必须注意确认生长三角是前翼的还是后翼。天山北缘褶皱冲断带广泛发育生长褶皱，不但在地震剖面上可以识别出生长三角带，而且在野外露头也已观察到，可以用来确定天山北缘前陆逆冲带的形成时间和运动速率。
二、天山北缘前陆冲断带变形时间的确定
（一）第一排构造的形成时间
近年来，生长地层用于确定构造形成时间及变形速率在天山以南的库车再生前陆盆地得到了很好的应用（卢华复等，1999；汪新等，2002）。本书通过系统分析天山北缘第一排构造带喀拉扎背斜周缘地区（图1-3-23方框所示）新近系生长地层的沉积学特征和接触关系，结合裂变径迹年龄分析结果，确定天山北缘第一排构造的形成时间主要是晚中新世以来。

图1-3-23 天山北缘前陆冲断带构造简图

1—石炭系及更老地层；2—二叠系；3—三叠系；4—侏罗系；5—白垩系；6—第三系；7—第四系；8—断层；9—水系
1.地层特征
野外剖面分析，卷入乌鲁木齐西侧头屯河地区第一排构造的地层有侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系，其中侏罗系-古近系-新近系变形强烈并遭受剥蚀，形成了现今复杂的地貌地形和地层分布（图1-3-24、1-3-25）。

图1-3-24 喀拉扎背斜及其周缘地区地质图

（位置见图1-3-23方框）
1—第四系（Q）；2—独山子组上段（N1-2dC）；3—独山子组中下段（N1-2dA+B）；4—塔西河组（N1t）；5—上白垩统与古近系（K2d+E）；6—下白垩统吐谷鲁群（K1tg）；7—侏罗系（J）；8—三叠系（T）；9—二叠系（P）；10—剖面位置；11—正断层；12—逆断层；13—不明断层；14—不整合；15—海拔高度点；16—岩层产状

图1-3-25 喀拉扎背斜南北向剖面图

（剖面位置见图1-3-24；方框中为图1-3-25范围）
新近系独山子组（N1-2d）和塔西河组（N1t）在山前及喀拉扎背斜以南（图1-3-24、1-3-25中B处）均有出露。其中独山子组（N1-2d）岩性可以分为上中下三段：上部（N1-2dC）以灰色、黄灰色砾岩为主；中部（N1-2dB）为黄灰色砂质砾岩与砂泥岩互层，向上含细粒硬砂岩；下部（N1-2dA）以土黄色块状砂质泥岩和砂质砾岩互层为主，局部可与细粒硬砂岩互层，在喀拉扎背斜以南地区岩性较粗，以砂质砾岩为主。塔西河组（N1t）岩性以浅土红色块状砂质砾岩夹泥质硬砂岩为主，局部呈互层。
古近系-上白垩统在本区分为沙湾组（E3m）和东沟群（K2-E1+2），在山前及喀拉扎背斜以南（图1-3-24、1-3-25中的B处）均有出露。沙湾组（E3m）在本区表现为土红色与薄层灰色泥岩不均匀互层，中下部为含砾岩及钙质硬砂岩。K2-E1+2包括上白垩统东沟组（K2d）和古近系的部分地层［紫泥泉子组（E1-2z）和安集海河组（E2-3a）］，上部为浅红色含砾砂质泥岩夹薄层灰色泥岩、砂质泥岩，中部为土红色块状砾岩，夹2～3层钙质砂砾岩，下部为黄灰色、紫红色薄层泥岩夹泥质砂岩及灰绿色砾岩，K2-E1+2地层在喀拉扎背斜以南以土红色块状砾岩为主，夹泥质条带。
下白垩统吐谷鲁群（K1tg）上部为紫红色薄层钙质泥岩、灰绿色薄层泥岩，向下夹细粒硬砂岩及泥灰岩，下部以紫红色泥岩夹灰绿色薄层泥岩，向下见灰绿色薄层泥岩夹细粒硬砂岩及泥灰岩，底部见硬砂岩和砾岩。
侏罗系上统的喀拉扎组（J3k）和齐古组（J3q）为一套以砂岩、砂砾岩为主的组合，J3k在喀拉扎背斜以南岩性稍有变粗，层厚变薄。中统头屯河组（J2t）岩性为紫褐色、灰色泥岩与薄层砂岩、褐灰色砾状砂岩互层，下部砂砾岩增多；中统西山窑组（J2x）中上部为厚-巨厚层灰色泥岩中下部为厚-巨厚层灰色砂岩夹中厚层煤。下统三工河组（J1s）中上部为厚-巨厚层灰色泥岩为主，底部为巨厚层砂岩、砾状砂岩、砂砾岩；下统八道湾组（J1b）为灰绿色泥岩、黑灰色页岩与灰绿色中粒长石砂岩，夹薄煤层或煤线。
2.地层接触关系
通过野外勘查结合1：20万地质图（新疆地质局，1965）绘制了图1-3-24中所示A—B—C剖面。侏罗系-新生界均被卷入这一排构造中，喀拉扎背斜南部B处的地层叠置关系中存在一个明显的角度不整合，侏罗系（J）-新近系塔西河组（N1t）遭受褶皱变形，不整合之上的新近系独山子组中下部（N1-2dA+B）砂质泥岩和砂质砾岩互层系则近于水平（倾向NNE，倾角≤6°）（图1-3-25、1-3-26、1-3-27）。

图1-3-26 喀拉扎背斜南翼剖面图

图1-3-24中的D点处（编者注：已出图界）昌吉河群与下伏地层具有相似的接触关系，只是此处的塔西河组、沙湾组和东沟群全部剥蚀，独山子组（N1-2d）直接与下伏白垩系吐谷鲁群（K1tg）接触，吐谷鲁群遭受褶皱变形，上覆独山子组则近于水平。
而在喀拉扎背斜以北地层倾角和叠置关系是渐变的，独山子组与下伏地层塔西河组表现为整合接触关系。独山子组内部自下而上地层产状变化较大，其底部地层倾角接近40°，至独山子组上段地层倾角为20°左右，表现为生长地层的特征（图1-3-25）。
结合喀拉扎背斜地区地层分布及剖面上地层接触关系分析，在喀拉扎背斜南侧（图1-3-28）的塔西河组（N1t）及其以前的地层经受明显的变形和剥蚀作用，而其后沉积的独山子组中下段（N1-2dA+B）含砾层系则近乎水平，喀拉扎背斜以北的独山子组（N1-2d）及第四系沉积呈现明显的生长地层特征（图1-3-25），表明独山子组含砾层系沉积时期与喀拉扎背斜的形成是同期的，是受同构造作用控制的沉积序列。

图1-3-27 喀拉扎背斜南翼照片

（位置见图1-3-25点B）

图1-3-28 喀拉扎背斜南部照片

3.讨论
Suppe等（1992）和Shaw等（1994）提出的生长断层转折褶皱（Growth Fault Bend Fold）和生长地层、生长三角的概念为构造形成定时提供了一个有力工具。生长地层是指在褶皱发育过程中，位于剥蚀面或局部剥蚀面以下接受同构造沉积物形成的沉积序列（Suppe et al.，1992；Shaw et al.，1994）。由于生长地层可能记录褶皱生长的全过程，因此，分析同构造沉积物的结构、识别生长地层可以认识褶皱生长的过程，为分析构造形成时间提供证据。一般认为生长地层的时代就是构造形成的时代（Suppe et al.，1992；Shaw et al.，1994）。
由于印-藏碰撞的远程效应，新生代以来天山再次活跃，构造活动增强，形成陆内造山带，天山两侧开始发育与陆内造山带相关的再生前陆盆地（Lu et al.，1994；贾承造等，2003）。印-藏碰撞作用引起的陆内俯冲及地壳缩短作用是再生前陆盆地和前陆冲断带形成的主要机制，在前陆冲断带形成过程中，形成与逆冲断层相关的同期构造和生长地层。
独山子组（N1-2d）砾岩层系沉积时期，喀拉扎地区构造活动已经开始，此时沉积速率（Vs）小于或接近隆升速率（Vu），即（Vs≤Vu），先期形成的塔西河组（N1t）遭受一定的剥蚀作用，喀拉扎背斜以南的塔西河组厚度明显小于其北部山前地带的塔西河组厚度（图1-3-29 a、图1-3-25），残留的塔西河组下部岩性以土红色块状砂质砾岩夹砂泥岩为主，喀拉扎背斜南北可对比性良好。随着构造活动的进行，沉积速率大于构造隆升速率（Vs＞Vu），此时在遭受剥蚀和变形的塔西河组之上接受部分独山子组下段和独山子组中段，但是构造顶部的沉积厚度明显小于两侧的厚度，在塔西河组与独山子组之间形成不整合面（图1-3-29b），独山子组下段岩性在喀拉扎背斜南北可以直接对比，均以土黄色砂泥岩和砂砾岩互层为主，但喀拉扎山以南的岩性较粗；独山子组中段则以黄灰色砂质砾岩与砂泥岩互层，向上含细砾硬砂岩，喀拉扎背斜南北的岩性差异较小。独山子组沉积晚期和第四系沉积时期，强烈的构造隆升使得沉积速率小于隆升速率（Vs＜Vu），构造顶部缺失灰色黄灰色砾岩的独山子组上段和第四系沉积，前期形成的独山子组中段遭受剥蚀，形成现今的复杂地形地貌（图1-3-24、1-3-25中B处），与此同时，在喀拉扎背斜北侧形成独山子组上段（N1-2dC）及第四系巨厚沉积，以填充式沉积为主。因此，在喀拉扎背斜以北，独山子组与下伏塔西河组表现为整合接触关系，但在独山子组内部自下而上地层产状变化较大，由底部地层倾角接近40°变化到上部地层倾角为20°左右，表现为生长地层的特征；在喀拉扎背斜以南地区塔西河组地层遭受剥蚀和变形，与上覆独山子组形成角度不整合，独山子组中、下段沉积厚度明显小于喀拉扎背斜以北地区，缺失独山子组上段和第四系沉积。
结合地层学和构造演化分析，笔者以为，独山子组及第四系是本区发育的一套与喀拉扎背斜同构造变形的沉积序列（生长地层），在沉积速率与隆升速率的控制下，经过剥蚀沉积-剥蚀的复杂构造过程，形成现今的复杂地形地貌（图1-3-25）。
前人的观点多倾向于第一排构造形成于中生代末期（张培震等，1999；杨晓平等，1998；邓起东等，1999）。通过对喀拉扎背斜周缘地层分布及剖面上地层接触关系分析，在喀拉扎背斜南侧的塔西河组（N1t）及其以前的地层发生显著变形，而其后沉积的独山子组中下段（N1-2dA+B）则近乎水平。因此笔者以为，喀拉扎背斜应该是独山子组（N1-2d）的同沉积构造，地震剖面上的新近系也表现为明显的生长地层（图1-3-23、1-3-24）。裂变径迹年龄分析及t-T曲线模拟结果表明，准噶尔盆地南缘主要存在中新世以来（特别是10Ma以来）的快速隆升，此外，喀拉扎背斜北部第三系样品的裂变径迹t-T模拟曲线上也显示5Ma左右的上新世冷却年龄，这些证据表明，包括喀拉扎背斜在内的天山北缘第一排构造可能形成于独山子组（N1-2d）沉积时期，距今最多10Ma左右。

图1-3-29 喀拉扎背斜独山子组生长地层发育演化示意图

（据Suppe修改，1992）
J—侏罗系；K1tg—下白垩统；K2+E—上白垩统+古近系；N1t—塔西河组；N1-2d—独山子组
（a）独山子组沉积早期Vs≤Vu；（b）独山子组沉积中后期Vs＞Vu

图1-3-30 准噶尔盆地南缘霍尔果斯背斜地震剖面解释

（发育生长三角，地震剖面来自新疆油田公司）
（二）其他构造带的形成时间
一般认为，盆地南缘西部山前构造带的几排构造带是前陆冲断带向盆地不断传播的过程中形成的，因此第一排构造带的变形最强烈，形成时间最早（卢华复等，1999）。对喀拉扎背斜及其周缘地区的地层岩石学分析结果表明，喀拉扎背斜可能并不是形成于前人所说的中生代末期，而是形成于独山子组（N1-2d）沉积时期的晚中新世-上新世，距今最多10Ma左右，包括喀拉扎背斜在内的天山北缘第一排构造带也基本形成于这一时期。10Ma以来，天山北缘前陆冲断带持续扩展，形成现今地表可见的三排冲断褶皱带（第一排、第二排、第三排）。

图1-3-31 准噶尔盆地南缘吐谷鲁背斜地震剖面

（白色虚线为生长地层底界，地震剖面来自新疆油田公司）

图1-3-32 准噶尔盆地南缘吐谷鲁背斜北翼

（西域组上部发育的生长地层表明该背斜发育于西域砾岩上部沉积时）
第二排构造带（图1-3-23）中各背斜主要由两部分构成，上部突破地表的推覆断层部分切割了断层下盘的背斜构造，表明上部构造形成较晚。以霍-玛-吐构造带为典型构造的第二排构造变形较强烈，一般有2～3条断层突破至地表，地震剖面上显示，独山子组上部及西域砾岩见生长三角，表明其形成时间较晚，主要是上新世以来形成的背斜带（图1-3-30、图1-3-31）。野外勘查发现，吐谷鲁背斜北翼、南安集海背斜北翼的第四系西域砾岩中发育生长地层（图1-3-32、图1-3-33），天山北缘独山子背斜的西域砾岩底部的磁性地层学年龄为2.58Ma左右（Sun et al.，2004），表明天山北缘第二排构造的形成时间可能在西域砾岩开始沉积后，应该不早于3Ma。

图1-3-33 准噶尔盆地南缘南安集海背斜北翼

（西域组内部发育的生长地层）

图1-3-34 准噶尔盆地南缘独山子背斜构造解析

（地震剖面来自新疆油田公司）
第三排构造带（图1-3-23）中的独山子背斜地震剖面上西域砾岩显示为明显的生长地层（图1-3-34、图1-3-35），安集海背斜未见西域组地层出露，乌苏群（Q2）砾石层直接以角度不整合覆盖在独山子组（N1-2d）之上，倾角5°～20°，与覆盖其的乌苏群砾岩层呈角度不整合接触关系，据此可以推测，第三排构造形成于更新世以来，暂取中更新世大约0.73Ma以来。

图1-3-35 准噶尔盆地南缘安集海背斜北翼

（乌苏群内发育的生长地层）
三、小结
运用生长地层的方法，结合古地磁以及裂变径迹年龄数据，确定了天山北缘三排冲断褶皱带的构造隆升时间：第一排山麓冲断褶皱带形成于距今10Ma以来；第二排霍-玛-吐冲断褶皱带形成于距今7～2.58Ma以来；第三排独-安冲断褶皱带形成于距今0.73Ma以来。
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（郭召杰，张志诚，张锐，方世虎）

新生代以来，北天山山前发育了三排冲断褶皱带。新生代晚期一系列河流普遍穿过这三排冲断褶皱带并发育了三级河流阶地。在最新构造活动的影响下，河流阶地普遍发生变形，遭受抬升。利用光释光及14C年代学方法确定了塔西河三级阶地的形成年龄，并实际测量了三级阶地的高程。结果表明吐谷鲁背斜的构造抬升速率在32.85～28.75 ka间为（9.50～12.57）mm/a，12～13 ka间为（9.67～14.5）mm/a，全新世则增至（10.79～23.44）mm/a，天山基底的平均隆升速率达到（3.39～3.86）mm/a。通过对天山最高一级夷平面、野外实测侏罗纪地层高程及天山发育的煤层的相对隆升速率的研究则表明天山自24Ma以来平均的隆升速率约为（0.085～0.146）mm/a。结合对北天山其他主要河流阶地的观察及研究可以看出自晚更新世-全新世以来，天山北缘的最新构造活动具有不断加快的特征。
横亘于中亚的天山，东西延绵2500km，南北宽达400～500km，是亚洲最主要的规模巨大的年轻山脉之一。目前，天山新生代隆升研究已经成为大陆动力学研究的热点。新生代以来印度与欧亚板块碰撞作用使得天山地区遭受了强烈的挤压缩短和快速隆升（Minster et al.，1978；郭召杰等，2005待刊）。这使得在天山北侧由南向北依次形成三排由老至新的冲断褶皱带，一系列河流横切这些冲断褶皱带并在其上发育了三级河流阶地（图1-3-36）。河流在新构造运动的作用下发生迁移，河流阶地被构造抬升、变形。因而，研究河流的发育特征和阶地的最新断错和变形可以很好的揭示天山晚新生代的最新构造活动。
目前，对天山北缘构造变形幅度的研究主要通过大比例尺填图、平衡剖面技术、依据第四纪阶地面的位移和年代学分析等途径进行的（邓起东等，1991，2000；张培震等，1993；Avouac et al.，1993；Molnar et al.，1994；杨晓平等，1995，1996；Brown et al.，1998）。前人虽对奎屯河、玛纳斯河等河流阶地进行过研究，但主要集中在对阶地的发育特征或是划分上，对河流阶地的形成年龄很少有人做过年代学方面的直接测定（王永焱，1959；吴子荣，1959；张鸿义等，1985；彭希龄，1985；Molnar，1994；柏美祥，1998；王永等，2000）。张培震等（1995）对天山发育的3期冰水冲洪积扇作了年代学研究，认为河流阶地堆积物的形成与山前和山间盆地内冲洪积地貌变化，特别是冰期和间冰期直接相关，并通过他们之间的对应关系推断出北天山山前河流阶地的形成与废弃年龄。光释光测年是近几年从热释光测年基础上发展起来的测定第四纪沉积物年龄的一种新技术。与热释光测年相比，光释光测年具有简便且更为准确的特点。笔者近几年对天山北麓几条主要河流阶地进行了野外考察，特别是对塔西河的阶地变形和纵向相对高程变化进行了实地测量，并运用光释光测年技术结合14C年代学方法对阶地沉积物的形成年龄做出了精确测定，对阶地的变形特征、吐谷鲁背斜及天山基底的隆升速率提出一些新的看法。
一、区域地质背景
天山在印度板块与欧亚板块碰撞和持续的推挤作用下于新生代晚期强烈上升隆起，形成再生造山带。在天山北侧山前坳陷内强烈变形的挤压构造带形成了山前逆冲席体，表现为在前陆盆地内渐进式一系列的冲断褶皱带，在山麓区沿准噶尔南缘断裂古生代的地层逆冲于中、新生代地层之上。在准噶尔盆地内发育了三排冲断褶皱带，它们分别是南部山麓冲断褶皱带、霍尔果斯-玛纳斯-吐谷鲁冲断褶皱带和独山子-安集海冲断褶皱带。第一排准噶尔南缘冲断褶皱带主要由齐古背斜等多个背斜组成，形成于晚中新-上新世时期。研究表明，准噶尔南缘冲断褶皱带在晚第四纪约3万年以来已不再活动（张培震等，1994）；第二排霍尔果斯-玛纳斯-吐谷鲁冲断褶皱带长约130km，自西向东为霍尔果斯、玛纳斯和吐谷鲁3个背斜带，前两者作左阶排列，后两者作右阶排列。第三排独山子-安集海冲断褶皱带由西向东由独山子、哈拉安德和安集海背斜带组成，长约80km。其中独山子背斜形成最早，安集海背斜表现为南翼缓、北翼陡的不对称背斜，其褶皱强度弱于独山子背斜。此外，在独山子-安集海冲断带西北的乌苏附近带发育了一个形成时代更新、隆起幅度更小的西湖隆起，是一个正在形成之中的最新活动背斜。吐谷鲁背斜东北方向分布有呼图壁背斜，这也是一个最新活动背斜，可能是第二排冲断褶皱带向北扩展的产物。总的来讲，准噶尔南缘断裂控制的活动背斜和断裂构造十分发育，且活动逆断裂多出现在活动背斜北翼及其核部附近，它们控制了北天山山前地区的新构造运动的性质和幅度（图1-3-36）。

图1-3-36 北天山地质构造略图

1—古河道；2—河流；3—逆断裂；4—活动背斜
二、河流与河流阶地
北天山山前发育一系列由南向北的河流，受第四纪以来构造活动和气候变化耦合作用的影响，在其流经的北天山山前地区普遍发育三级河流阶地。由于河流大都近南北向横切背斜，所以靠近背斜核部地段通常发育基座阶地，而于南北两侧多发育堆积阶地。Ⅲ级阶地发育较为完整，但在背斜段仅残存于零星的孤峰之上。阶地面被一层黄土覆盖，其下为灰黑色砾石层，具典型的“二元结构”（邓起东等，2000）。值得注意的是，Ⅲ级阶地上的黄土延续性很好，从山内一直延续到山前，而且黄土与下伏的乌苏群冰水冲洪积砾石层间的接触面非常平直。在塔西河处，黄土和灰黑色砾石层在吐谷鲁背斜具有核部厚度薄，两翼厚度大的特征。Ⅱ级阶地发育最为连续完整，向北与现代戈壁连为一体，阶地面宽阔平坦，多由砂砾石和亚砂土组成。除安集海河外，Ⅱ级阶地上也覆盖有一层黄土，但与Ⅲ级阶地不同的是黄土层中多具有砂砾石夹层，显示出流水改造的结果。Ⅰ级阶地地势低平，主要分布在现今河谷中，阶地面由砂砾石、亚砂土等组成（图1-3-37）。

图1-3-37 河流阶地横剖面图

天山北缘的三级河流阶地在天山最新的构造活动下均已发生不同程度的构造变形，表现为横穿冲断带的河流及阶地面的形成、阶地类型的转变、阶地级数的增多以及阶地面被错断和/或发生拱曲变形。在冲断褶皱带的发育部位，可明显见到由于构造抬升作用，河流阶地发生向上拱曲，多表现为南缓北陡的不对称状，其形态与相应的褶皱形态相似（图1-3-38）。阶地于核部多表现为基座阶地，两侧多为堆积阶地，这种现象也是受构造抬升作用的影响。从图中变形阶地的纵剖面可以看出，相应两级阶地褶皱变形的核部也不在同一垂线上，较低一级的阶地的变形最高点通常比较高一级相应的向北迁移、扩展。其中，吐谷鲁背斜向北扩展了130m，而玛纳斯背斜向北扩展了约200m（邓起东等，2000）。此外，在变形的最大地段，也就是相应的冲断褶皱带发育的地段，阶地的级数明显增多，次级阶地非常发育。
三、阶地的形成年代
前人对于天山北缘河流阶地发育年龄的看法不尽相同，其原因：一是在于对阶地的划分标准及分级方法不同；二是由于本身运用的年代学方法不同（刘小凤等，2001）。光释光是近年发展起来的测定第四纪沉积物的新方法，其突出特点在于测年精度高且测年技术已经较为成熟，其准确度在某些情况下比14C测年方法还要好（Huntley et al.，1996）。为了对天山北缘河流阶地沉积物的年代做出准确测定，我们对一个剖面至少采集了两个以上光释光样品或是14C样品，并且互相校验。

图1-3-38 变形阶地对构造运动响应的示意图

（一）样品采集
光释光样品的采集要求十分严格。采集过程中不能见光，把表面暴露层铲去20cm以上，用金属罐钻取或者刻大块，然后用闭光包装袋密封。我们采集的样品主要有块状和罐状两种，实验条件下再选取样品的中心部位供测试。采样剖面的周围并未发现有放射性矿床或其他放射性污染。具体的采样剖面如图1-3-39所示。
（二）实验仪器及参数介绍
在光释光实验中，样品的铀、钍和钾的含量是通过放射性测量获得。所使用的仪器是Thermo electron corporation（美）生产的扫描型波长色散X射线荧光光谱仪，仪器型号为ARL ADVANT′XP+。仪器的最大激发电压约70 kV，最大激发电流120mA，最大功率4.2 kW。
运用光释光技术测定样品的等效剂量运用的是单片再生剂量法。等效剂量的测量是在丹麦Risφ国家实验室生产的热释光/光释光测量仪（Risφ-TL/OSL-15）上进行的，激发光源为绿光［波长为（470±10）nm］，探测滤光片为U-340。测量仪器上附带放射性β源为90Sr/90Y，所有人工放射性辐照都在该仪器上进行。测量时样品的预热温度为250℃，预热时间10 s，试验性小剂量为1 Gy。

图1-3-39 样品采集地理位置图

样品的含水量对样品的放射性能量的吸收有一定的影响，由于本次样品普遍偏干，水含量指定为10%，不确定度为10%。最后，根据样品颗粒大小，按有关参数得出测量样品的年剂量值。铀、钍和钾含量的不确定度指定为10%。
此次工作在塔西河共采集了14C样品4个，其中Ⅲ级阶地2个，一为碳屑，一为骨片，委托北京大学加速器质谱实验室第四纪年代测定实验室运用加速器质谱方法测得；Ⅰ级阶地的采集2个碳屑样品，运用的方法是常规14C，测样单位为北京大学考古文博学院科技考古与文物保护实验室。
（三）结果讨论
测量结果如表1-3-4、表1-3-5所示。从实验数据中可以看出，塔西河Ⅲ级阶地上发育的黄土层从（30.8±2.05）ka开始沉积，其间出现的年龄分别为（15.1±1.86）ka和（6.4±0.30）ka。此外，从距地表30cm处发现古人类活动遗迹，采集其中的碳屑和骨片作了14C年龄测定，结果分别为（3010±60）ka.BP.和（2900±60）ka.BP.。从野外的实际观察来看，这部分黄土是次生黄土，其发育的延续性好，其底面与下伏地层接触面十分平直。这些特征表明，Ⅲ级阶地上发育的黄土层具有流水改造过的迹象。所以说，所测黄土层的底部年龄应该代表了阶地抬升的最晚年龄。而后出现的年龄较小的黄土则很可能是后来坡积作用的结果。因而次生黄土底部的年龄可以代表塔西河Ⅲ级阶地的废弃年龄的下限。
塔西河Ⅱ级阶地L325和L326样品出现了表观实验数据和野外实际观测不符的情况。L325样品处于采集剖面的下部，但是其光释光年龄却小于上部沉积样品L326的年龄，造成这种情况的原因可能是由于沉积体本身是一种河流作用的结果，如果河流在搬运、沉积的时候，沉积物在曝光的过程中的热晒退事件可能进行的不完全，样品中的光释光信号没有消失殆尽。另外，样品L325和L326的数据结果处于光释光实验本身的误差范围之内。因此我们认为，Ⅱ级阶地接受沉积的年龄大约在距今（12.8±0.70）ka和（14.8±0.69）ka左右，其后塔西河Ⅱ级阶地开始废弃。

表1-3-4 样品的年剂量率、等效剂量及其所对应的光释光年龄


表1-3-514C样品测量年龄值

四、阶地变形
为了精细的解剖天山地区晚更新世之后的构造活动，采用GPS与1：100000地形图对塔西河发育的各级阶地以及天山北麓地区的一些地貌面的高程进行了精细测量，并结合年龄数据对天山最新的构造活动进行剖析。
表1-3-6是依据阶地的抬升量及形成年代估算北天山第二排冲断褶皱带吐谷鲁背斜的隆升速率以及整体隆升速率。从表中可以看出，自32.85ka以来，吐谷鲁背斜的抬升速率开始加快，自13 ka之后，速率甚至达到（10.79～23.44）mm/a，但必须说明的是，塔西河穿过吐谷鲁背斜的中段，所得出的变形速率为其变形量的最大值。如果依据未变形地段河流阶地的抬升幅度加以计算，则可以估算自32.85 ka以来扣除掉吐谷鲁断展背斜隆升的影响，基底的平均抬升速率约为（3.39～3.87）mm/a（数据参见表1-3-7）。从北天山地区的其他河流阶地的发育来看，玛纳斯河Ⅲ阶地上堆积的次生黄土的光释光年龄绝对值约为距今28.75～22.12 ka，与塔西河阶地堆积的时间大致相同，其拔河高度约为157m，估算其隆升的速率约为（7.10～5.46）mm/a。此处位于吐谷鲁背斜与玛纳斯背斜的重合部位，应具有最大的隆升速率。

表1-3-6 吐谷鲁背斜晚更新世以来的隆升速率

注：相对隆升时间-各级阶地废弃的时间差；阶地拔河高度-现今阶地面到河床面的高差；相对隆升高度-各级阶地间的高差；整体抬升速率（各级阶地间的高差/相对隆升时间）；相对南翼未变形段隆升高度-阶地变形最大处的高程未变形处的高程；吐谷鲁背斜隆升速率-消除影响因素后褶皱隆起的速率。

表1-3-7 晚更新世以来基底的隆升速率

注：表中的基底隆升速率未消除掉气候因素对于河流下蚀的影响。
五、讨论与结论
柏美祥（1995）等根据大地形变测量对天山近期的抬升强度做了研究，得出南天山西部主脉以平均14mm/a的速率上升，依连哈比尔尕山以平均17.8mm/a速率上升。这与我们对于现今通过河流Ⅰ级阶地所反映出的隆升速率（10.79～23.44）mm/a是基本一致的。

表1-3-8 据天山最高一级夷平面24Ma以来的升降幅度得出的天山的隆升速率

注：海拔资料据王树基（1998）。
为了较为全面的探讨天山新生代以来的构造变形强度，根据前人的资料，从以下几个方面对24Ma以来天山的升降幅度及平均隆升速率作如下估算：
据天山最高一级夷平面24Ma以来的升降幅度估算天山的隆升速率。从表1-3-8中可以看出，24Ma以来，天山隆起的平均速率约为（0.104～0.146）mm/a，且天山西段抬升明显比东段快（表1-3-8）。柳永清等（2004）对准噶尔南缘，特别是西缘一带发育的粗砾质沉积的研究表明，天山早期的隆升最先发育于北缘，主要时代为渐新世末期，且西区较东区表现显著，这与我们运用夷平面研究东西天山隆升速率差异的结果是一致的。
早、中侏罗世天山地区的盆山格局以不存在地理分割明显的天山山脉，地势低平为特征（方世虎，2005待刊），现今侏罗系地层已被抬升至不同的海拔高度。如果现今天山的构造地貌主要是24Ma 以来隆升形成的，据表1-3-9 可得出天山隆起的平均速率约为0.085mm/a。同样据1：20万地质图分析，乌兰达坂以西约10km处发育侏罗纪西山窑组煤层，其海拔约3800m。阿拉沟口以东18km外出露的西山窑组煤层海拔约为650m。假定是天山24Ma以来造成的构造高程差异，那么天山的隆起最大速率约为0.131mm/a。可以看出，同24Ma以来的平均速度相比，天山现今的隆升速度明显加快。

表1-3-9 侏罗纪煤层现今海拔高程统计表

总的看来，天山北缘的河流大都穿过3排冲断褶皱带，从其上发育的河流阶地来看，北天山地区主要发育了3级，但在各个冲断褶皱构造隆升的地区，河流阶地发育的级数往往增多，如奎屯河在独山子背斜处发育了6级阶地。各个河流阶地面对于构造隆升的响应不止表现在河流阶地发育的级数增加上，还表现在阶地均已发生变形，河流阶地面反倾，且大多数河流阶地面的纵向上的形态与相应的背斜的形态一致。
运用光释光及14C技术并实际测量3级阶地的高程得出吐谷鲁背斜的构造抬升速率在32.85～28.75 ka间为（9.50～12.57）mm/a，12～13 ka间为（9.67～14.5）mm/a，全新世则增至（10.79～23.44）mm/a。天山基底的平均隆升速率达到（3.39～3.86）mm/a。通过对天山最高一级夷平面、野外实测侏罗纪地层高程及天山发育的煤层的隆升速率的研究则表明天山自24Ma以来平均的隆升速率约为（0.085～0.146）mm/a，而天山自晚更新世-全新世以来，隆升速率则高达（9.50～23.44）mm/a。对比后可以看出，天山北缘的构造活动速率有不断加快的特点。
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（袁庆东，郭召杰，张志诚，吴朝东，方世虎）

近年来四川石油山地地震勘探公司在北天山地区内完成了4条石油地震剖面,即ZN96D02, ZN96D03, ZN96D04, ZN96D05,它们分别穿过山前的背斜、断块及鼻状构造。 其中深地震反射剖面MNS9601的南段与ZN96D04剖面重合。 ZN96D02剖面从南安集海,经乌兰布拉克,至独山子南;ZN96D03剖面从博尔通沟,经霍尔果斯,至安集海;ZN96D04剖面从清水河南,经东湾,至玛纳斯北;ZN96D05剖面从齐古西,经吐谷鲁,至呼图壁西。MNS9601剖面的北段自ZN96D04剖面北端的玛纳斯北,往北经蘑菇湖,至准噶尔盆地沙漠边缘。 这些剖面穿过了天山北缘山前坳陷的主要构造(图7-5)。 石油反射地震剖面采用中间放炮的激发方式和组合检波接收方式,接收道数为120道。 野外施工使用的主要参数是:道间距30m,炮点距30m,最小偏移距120m,正常最大炮检距1890m,覆盖次数30次和60次,采样间隔4ms,记录长度7s。 这些反射地震剖面的野外资料经过数据处理,得到CDP叠加剖面。

图7-5 反射地震剖面位置及有关的构造

根据这4条石油地震反射剖面和深地震反射剖面MNS9601的结果,对天山北缘的深浅构造关系作分析。 图7-6分别为根据ZN96D02-05反射地震剖面图绘制的线描解释图。结合地表的地质调查和其他地球物理探测资料的分析,得到如下认识:

图7-6 石油反射地震剖面的线描解释图

(一)区域性断裂

在4条反射地震剖面上共同显示了两条区域性断裂,即托齐断裂和霍玛吐逆冲推覆断裂。 它们的展布特征是:

1)托齐断裂:它由托斯台断裂-南安集海断裂-博尔通沟断裂-清水河断裂-齐古断裂组成。 断裂沿北天山山前坳陷带中第一排的背斜带北翼展布,在三叠系及中下侏罗统沉积时为断面南倾的生长正断层,后期受构造运动的影响使构造反转成为逆断层。 地震剖面显示最大断距(落差)可达4800m,断面南倾,倾角60°～70°,向上可能断至地面,向下断至基底。在该断裂上盘,基底断裂发育,地腹构造具明显的堑、垒或断块分割。

2)霍玛吐逆冲推覆断裂:它由霍尔果斯-玛纳斯-吐谷鲁等断裂组成。 该断层前缘冲断层在霍尔果斯、玛纳斯、吐谷鲁构造轴部出露地表,主要表现为由2个或3个分支断裂夹持的安集海河组倒置于沙湾组之上,倾角60°～70°,向南急剧变缓,在向斜部位与安集海河组顶面或组内呈水平席状滑覆。 在逆冲推覆断裂下盘,在霍尔果斯、玛纳斯、吐谷鲁构造上,下第三系(古近系)中下部至侏罗系存在着较完整的背斜或断垒构造;在构造的南翼向斜部位存在着东湾-吐谷鲁南潜伏构造带。 在ZN96D04测线上,该断裂上盘东湾构造有隆起显示。

(二)局部构造及断裂

(1)南安集海背斜

在ZN96D02剖面反映的背斜形态看,南翼略陡于北翼,基底以上各层均有隆起显示。二叠系顶界隆起幅度1500m,宽5km,埋深约450m。 二叠系底界埋深2500m,隆起幅度1500m左右。 南安集海北断裂(侏罗系中统西山窑组)落差为4800m左右,断面南倾,倾角60°～70°,呈上陡下缓。

(2)博尔通沟断块

在ZN96D03测线上,该断块主要由2条(博尔通沟北和博尔通沟南)南倾逆断层夹持,其间尚发育若干逆断层。 三叠系以上地层有隆起显示。 下第三系(古近系)安集海河组底界隆起幅度600m,宽5km,埋深500m。 东沟组底界埋深1200m,隆起幅度约600m,宽2km。在博尔通沟北断裂上盘可见白垩系厚度由北向南明显减薄,还可见到下第三系(古近系)和上第三系(新近系)向构造顶部附近急剧变薄,其上为一明显的角度不整合面。 博尔通沟北断裂(白垩系白上统东沟组底界)落差3000m左右,断面南倾,倾角约60°。

(3)清水河鼻状背斜

位于齐古构造的西侧,南邻塔西开尔向斜,构造核部出露中侏罗统头屯河组。 在ZN96D04剖面上,该鼻状构造地腹构造剖面形态总趋势为南高北低。 在构造顶部发育一北倾逆断层。 该断层落差约1000m,向上可能断至地面。 清水河北断裂落差4500m,断面南倾,倾角60°～70°,向上可能断至地面,向下断至基底内。

(4)齐古背斜(西端)

剖面ZN96D05通过齐古背斜西端。 背斜两翼为南缓北陡,南翼倾角10°左右,北翼倾角48°～65°。 该背斜地腹构造剖面形态两翼近于对称,北翼发育断面南倾的齐古北断裂,南翼发育2条北倾断层将背斜抬升,形成断垒构造。 齐古北断裂落差4800m左右,断面南倾,倾角约60°,向上可能断至地面,向下断至基底内。 在此断裂的上下盘白垩系厚度差异较大,上盘明显变薄。

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瞿齐抗宫： 天山山系是中国西北地区的一个复杂造山带,中,新生代以来在印度板块与欧亚板块的腐冲碰撞的远程挤压效应影响下,发生了陆内俯冲.塔里木块和准噶尔地块相向俯冲天山之下,造成了山系的急剧隆升和冲断推覆,在构造重荷作用下,沿着...

田阳县18081072600： 地理:按地质构造,天山为(),专家推测其形成与()板块向北移动有一定关系.？
瞿齐抗宫： 地理:按地质构造,天山为(褶皱山),专家推测其形成与(印度洋 )板块向北移动有一定关系. 希望我的回答对您有帮助,祝好! 有问题可以追问或者直接联系我. 工作顺利,学习进步哦! 满意请及时采纳,谢谢.

田阳县18081072600： 内蒙地质条件 - ？
瞿齐抗宫： 内蒙古自治区位于中华人民共和国的北部边疆,由东北向西南斜伸,呈狭长形.经纬度西起东经97°12′,东至东经126°04′,横跨经度28°52′,相隔2 400多公里;南起北纬37°24′,北至北纬53°23′,纵占纬度15°59′,直线距离1 700公里;...

田阳县18081072600： 新疆的地形及气候特征分别是什么? - ？
瞿齐抗宫： 新疆地形特点是:山脉与盆地相间排列,盆地被高山环抱,俗喻“三山夹两盆”.北为阿尔泰山,南为昆仑山,天山横亘中部,把新疆分为南北两半,南部是塔里木盆地,北部是准噶尔盆地.习惯上称天山以南为南疆,天山以北为北疆.塔里木...

田阳县18081072600： 准噶尔盆地 资料 - ？
瞿齐抗宫： 准噶尔盆地位于新疆维吾尔自治区北部,位于阿尔泰山脉与天山山脉之间,西侧为准噶尔西部山地,东至北塔山麓.准噶尔盆地是中国第二大盆地,东西长1120千米,南北最宽处约800千米.面积约38万平方千米,海拔500~1000米(盆地西南...