西秦岭北缘上新统木梯寺砾岩成因——兼论青藏高原东北缘隆升

青藏高原东北缘是何时卷入现今青藏高原动力学系统而隆升成为高原的组成部分一直存在争议。高原周缘上新世—第四纪广泛出现的粗砾岩多被认为是高原隆升的重要地质标志。西秦岭北缘构造带北侧出露的上新世积石山砾岩、甘家砾岩、韩家沟砾岩等都被认为是青藏高原东北缘快速隆升的地质依据,但这些砾岩由于第四纪以来隆升—侵蚀,多呈孤立块体分布在山顶。西秦岭北缘武山县新寺镇与高楼镇之间卧龙里—大坪一带山顶出露的一套粗砾岩(木梯寺砾岩)具有与漳县北出露的上新统砾岩相同或相似的特征,但却分布在西秦岭北缘断层之南,其研究对于西秦岭上新世隆升及构造边界确定具有重要的地质约束。通过对木梯寺砾岩的地貌特征、沉积旋回、岩性分段、砾石大小、分选性、磨圆度、砾石成分和古流向等较详细的研究,主要取得了如下认识:1)木梯寺砾岩是一套厚度约380 m,粒度粗且变化大、分选差、磨圆度低、旋回性清晰的洪积扇相和扇上季节性河道相互层的粗砾岩,高耸陡峭的山体地貌形态区别于下伏白垩系红色砂砾岩、砂岩的相对平坦地貌;2)扇上河道相砾岩中砾石叠瓦排列指示了自南向北的古流向,砾石成分以石灰岩、砂岩为主,含有少量花岗闪长岩、花岗岩砾石,指示了其物源区主要为西秦岭印支期造山带地层和侵入体;3)该套砾岩近水平的产状、特征性的地貌、典型的冲洪积扇组合,指示了其应该为山前近源、快速堆积体,这与漳县地区上新统韩家沟砾岩具有惊人的相似性,因此,认为这套砾岩与韩家沟砾岩是同时代、同成因的地层,即这套砾岩时代应该为上新世;4)木梯寺砾岩虽然与漳县上新统韩家沟砾岩相似,代表了西秦岭北缘上新世以来的挤压背景下的类前陆盆地沉积,指示了青藏高原东北缘(西秦岭地块)一次快速隆升,但其分布在西秦岭北缘断层之南,角度不整合在白垩系之上,那么上新世西秦岭向北逆冲和隆升的边界应该向南推移至少数十千米,但边界具体位置的确定还有待在西秦岭区域寻找类似砾岩的线索和对边界断层的识别研究。

西秦岭北缘构造带新生代盆地南部边界断层带结构与构造变形演化

西秦岭北缘构造带是青藏高原东北缘的主要构造边界之一,北缘断层及其所控制的新生代沉积盆地是青藏高原东北缘新生代盆—山格局演化、高原扩展隆升与变形的地质记录。因此,西秦岭北缘构造带的断裂构造和断裂控制的沉积盆地研究对于理解青藏高原构造系统形成和高原隆升过程都具有重要的科学意义。本文通过对西秦岭北缘新生代盆地的南部边界断层F1断层结构分带、断层岩类型、几何学—运动学特征分析,获得如下认识:1)F1断层总体走向为290°~300°,倾向北北东,倾角60°~80°,发育近百米宽的由韧性、韧脆性和脆性断层岩等组成的结构复杂的断层带;2)构造分析揭示了F1断层至少经历了3期构造变形事件,第一期为韧性—韧脆性伸展正断层作用,第二期为脆性高角度挤压逆冲断层作用,第三期为近直立的脆性斜向左旋走滑作用;3)该断层近百米宽的断层带内形成于不同构造层次的韧性、韧脆性、脆性等变形现象叠加交织出现在现今地壳浅表层次,说明该断层带经历了从早期较深层次韧性变形域逐渐抬升而进入晚期较浅层次的脆韧性变形域到现今的脆性变形域的韧—脆性变形机制转换;4)根据F1断层对西秦岭北缘渐新统—中新统漳县含盐红层盆地的空间构造配置、控制和改造以及新生代区域构造变形演化历史分析,认为第一期韧性—韧脆性伸展正断层作用与渐新世—中新世断陷盆地形成相匹配,活动时代为晚渐新世—晚中新世;第二期脆性高角度挤压逆冲作用与渐新世—中新世地层翘起、褶皱和底部抬升剥蚀及上新世磨拉石盆地充填相对应,活动时代应该始于中新世末期或上新世早期,持续至第四纪早期;第三期斜向左旋走滑则与西秦岭北缘断层带第四纪以来广泛发育的左旋走滑作用相对应。综上所述,西秦岭北缘新生代漳县盆地南部边界断层F1,虽然仅是北缘构造带中一条断层,但作为构造敏感带,其多期变形历史应该代表了青藏高原东北缘新生代以来的构造变形演化及构造体制转换过程。如果这一新生代沉积盆地边界断层F1在渐新世—中新世一直处于伸展正断作用,那么西秦岭北缘在这个阶段应该处于地壳伸展拉张状态,渐新世—中新世漳县盆地只能是伸展断陷盆地而不可能是挤压挠曲前陆盆地或压陷盆地。因此,我们认为印度—欧亚板块碰撞汇聚产生的构造挤压缩短和地壳隆升效应在中新世尚未波及到西秦岭北缘区域。F1断层在中新世末—上新世初的构造反转挤压冲断和上新世具有再生前陆磨拉石堆积出现才标志着西秦岭北缘卷入青藏高原挤压构造动力学系统。

西秦岭北缘两套新生代砾岩沉积特征比较及地质意义

西秦岭北缘构造带是现今青藏高原东北缘重要构造边界带。该构造带内新生代沉积地层出露完整,包括渐新统—中新统巨厚的河流相—洪泛相—三角洲相—浅湖相—深湖相多旋回沉积地层和角度不整合其上的上新统冲积扇砾岩层,其中漳县含盐盆地沉积序列底部渐新统砾岩层(孙家峡砾岩)和上新统砾岩层(韩家沟砾岩)是两套代表性砾岩沉积。虽然两套砾岩都为粗砾岩,但沉积特征却存在显著差异。本文通过对两套砾岩的地貌特征、沉积岩石组合、砾岩的砾石结构和成分及古流向等特征的比较,提出了孙家峡砾岩是一套典型的河流加积砾岩层,而韩家沟砾岩则是一套典型的冲洪积扇粗砾岩的认识。结合对两套砾岩空间分布、地层产状和其上覆、下伏地层的接触关系以及其与区域断层之间的构造配置关系等分析,认为渐新统孙家峡砾岩是伸展正断层控制的断陷河谷沉积,而上新统韩家沟砾岩则是逆冲断层控制的冲洪积扇沉积。这为西秦岭北缘新生代不同阶段的构造属性、构造转换和青藏高原东北缘隆升过程等提供了新的地质约束。

西秦岭北缘构造带漳县地区夷平面和沟谷水系地貌特征分析

基于30 M分辨率DEM影像数据,利用数字高程模型技术和GIS空间分析,对西秦岭北缘漳县地区夷平面和沟谷水系等信息提取,结合区域地层岩石、断裂构造分析,得到结论:①该地区山顶夷平面形成于上新世之后,也就是第四纪初,夷平面的解体和沟谷水系、多级河流阶地发育才标志着西秦岭北缘的地壳隆升;②该地区存在东西、北西、近南北和北东四个沟谷水系优势方向,这与该地区构造统计节理的四个优势方向基本吻合,并且一级水系漳河走向与区域近东西向断层走向展布相吻合,这说明西秦岭北缘漳县地区沟谷水系方向主要受断层和构造节理控制.