一、天山南北两侧中新生代构造的对称性和差异性特征
天山南北两侧中新生代构造既表现出共同性(对称性),又表现出各自的特殊性。
中新生代构造发育上的对称性:
1)北天山的乌鲁木齐坳陷归属准噶尔中新生代坳陷,在北天山山前发育着四排新生代活动逆断层-背斜带,即:南部山麓逆断层-背斜带,霍尔果斯-玛纳斯-吐谷鲁逆断层-背斜带,独山子-安集海逆断层-背斜带和西湖-呼图壁逆断层-背斜带。 这些逆断层-背斜带至今仍在活动,并伴随有大地震的发生。 同时,在天山南侧的库车山前坳陷,位于塔里木中新生代坳陷北部,同样发育有四排活动逆断层-背斜带,它们是北部山麓逆断层-背斜带,喀桑托开逆断层-背斜带,秋里塔格逆断层-背斜带和亚肯逆断层-背斜带。 显然,从天山南北两侧的活动构造发育看,亦具有对称特征(图2-25)。
2)天山南北两侧的逆断裂-背斜带都呈由山前向盆地方向呈前展式发展,构造活动性亦作同向迁移。
3)组成逆断裂-背斜带的地层从山麓带向盆地同表现为由老变新。
中新生代构造发育上的差异性:
1)天山南北两侧中新生代都形成巨大的坳陷构造盆地,并沉积了厚达十余千米的中新生界。 但从各种地质和地球物理探测综合得到的中新生代构造样式上看,存在着明显的差异。北侧显示为逆冲与坳陷共同作用引起巨厚的中新生代沉积,其形态在剖面上呈向北倒转的向斜。 南侧显示为断阶状逆冲作用,断阶上盘的连续逆冲抬升作用引起巨厚的中新生代沉积。 其形态在剖面上呈现大型的系列断层阶梯(图2-2)。
2)天山南北两侧的山前坳陷的地壳缩短量存在着明显的差异,北侧的乌鲁木齐坳陷第四纪以来的地壳缩短量为13.5～14.6km,而南侧库车凹陷的地壳缩短量为23.1～42km。南侧的地壳缩短量差不多是北侧的两倍或更多,其构造运动量明显高于北侧。
3)地震活动上的差异,南侧的库车坳陷平均每隔十年左右就发生一次6级地震。 自1900年以来,已发生7次6级以上地震,且震中多数集中在第三排秋里塔格逆断层-背斜带上。 而北侧的乌鲁木齐坳陷则只有3个6级以上地震发生,震中则集中在山前第一排逆断层-背斜带上。5级以上地震频度显示南侧大于北侧,差异是明显的(图2-25)。 活动强度不同,具体的活动部位亦不同。 南北两侧的构造差异性的存在,起因可能是复杂的,部分反映的是古板块碰撞造成的构造环境的不同,而多数则可能起因于新生代以来再造山作用的主动力源,即从南部印度板块的主动向北推挤可能是起主导作用的,由此,导致天山南北两侧在活动构造的活动性、运动量以及浅部中新生代构造样式上的差异。
图2-25 天山南北两侧山前坳陷地震构造图
二、天山地区新构造运动特征
天山地区新构造运动由弱至强分为3个阶段。
渐新世末—中新世:天山地区构造运动开始增强,首先表现在沉积速率的加大和沉积物颗粒变粗,同时,盆地的沉降中心向山前迁移。 天山也开始较为缓慢的隆升,形成了现今天山的第一级梯级面,断裂活动是在燕山运动所形成的构造基础上的继承性运动,在靠近山前,还没有形成山前推覆运动,山前坳陷中的中新生界基本没有发生变形。
上新世—早更新世:上新世天山急剧隆起,其抬升速率是上一阶段的4倍左右(沈军,1998),形成了天山的第二梯级面,剥蚀作用大大加强。 而沉积中心强烈收缩至山前狭长的强坳陷带中,且沉积速率也急剧加大。此时,天山开始向两侧山前推覆,表现出新生特点,并使山前坳陷中的中新生界发生轻度变形,下更新统与上新统之间出现局部不整合。 上新世末期,天山的现今地貌特征已基本形成。
早更新世末以来:此时,天山不仅以整体隆升为特征,而且还有向山前扩展,并形成山前坳陷中主要的逆断裂-褶皱带,山前的沉降中心也随着逆冲推覆构造向盆地方向的发展而作同向迁移。
天山地区的推覆构造开始形成的时间、变形强度和构造样式的复杂程度都具有西、南部早、强、复杂,东、北部相对晚、弱、简单的特点。 裂变径迹结果表明,西昆仑帕米尔的地壳缩短和抬升始于25 ～20Ma,此时,南天山也开始抬升,但天山的地壳缩短和强烈抬升主要始于10～15Ma。 从沉积特征来看,北天山的强烈抬升主要从上新世至早更新世初(5 ～3Ma)开始,准噶尔盆地中部的隆起从早更新世末—中更新世初(1±0.2Ma)开始。 以上反映了整个构造作用由南向北发展,强度向北减弱,横向上也有西强东弱的特点。
此外,天山地区NW向右旋走滑断裂的活动也非常典型,其活动性亦符合上述规律。 总体上,天山地区新构造运动以南北向挤压为主,并影响到准噶尔盆地,形成强烈的逆冲推覆构造,同时西部发育的等间距的NW向断裂发生强烈的右旋走滑活动。 这些断裂与青藏高原东北缘所发育的NE向大型左旋走滑断裂构成了高原北部的共轭破裂体系。
三、阿尔泰山前新构造运动特征
阿尔泰山前新构造运动分为两个阶段,即前期由强至弱,后期又由弱至强。
渐新世末—新第三纪(新近纪):渐新世末期,阿尔泰山前有一次较明显的构造运动,其性质基本继承了燕山运动以来的NNE向挤压特征。 山前NWW向断裂继承性地产生高角度的逆冲运动,使阿尔泰山与其前缘剥蚀平原的高差增大,山前堆积速率有所提高,并受同沉积断裂的控制而向北缓倾。 与盆地南缘不同,此次构造运动至新第三纪(新近纪)逐渐减弱。 上新世末至早更新世,山前的局部坳陷多缓慢回升,该阶段的堆积很薄。
早更新世末—中更新世初以来:阿尔泰山山前新构造运动在早更新世末再次增强,但此次是以右旋剪切运动为特征,不仅NNW向右旋走滑断裂运动速率逐渐加大,而且原先以挤压逆冲方式活动的NWW向断裂也转变为右旋逆走滑活动。 在早更新世末至中更新世早期,阿尔泰山抬升速率增大,山前右旋逆走滑断裂活动幅度增大,断裂两盘垂直位移达200～700m(沈军,1998)。 山间盆地的堆积速率也较早期有所增强,山前平原带发生向西的掀斜运动。
断面北部所处的蒙古-贝加尔新构造活动区,其东北部及中部以张性活动为主,同时形成了蒙古北部类似于大洋裂谷间转换断层的大型左旋走滑断裂,西部形成了大型的以NNW至近SN向的右旋走滑断裂构成的剪切变形区,戈壁阿尔泰山南部则是一个左旋逆冲断裂构成的剪切变形区。 这里形成的压性断裂多以高角度的翘倾活动为主,其变形强度较帕米尔、天山的逆冲推覆构造弱。 NNW向断裂与近东西向断裂形成了一个似共轭剪切破裂系统,但这个破裂系统与南部的青藏高原以北的共轭破裂系统有本质的差别。 南部的共轭破裂系统是由NW与NE—NEE两组剪切断裂组成,而蒙古西部的共轭破裂系统是由NNW—近SN与近EW向两组剪切断裂系构成。 前者的主压应力场方向为近SN向,后者为近EW向;前者的影响区域非常广泛,并具有等间距平行排列的特点,而后者主要沿蒙古高原的西部、南部和中部发育,其影响范围有限。
四、新疆北部新构造运动的动力学问题探讨
一般认为,新疆北部在新构造运动时期,受到3种动力学环境的作用和影响,即南部通过天山受到印度板块向北的推挤,这是造成天山及其两侧发生强烈变形的主要因素,对断面北部及阿尔泰山前的新构造变形也起着一定的作用,但已远不及天山南北两侧的;西伯利亚块体向南的运动,这种运动从燕山期一直持续到喜马拉雅早期,但是尚未有足够的证据说明其新构造运动时期在继续向南运动;蒙古西部—贝加尔湖地区的上地幔活动,这种活动至少造成了蒙古中北—贝加尔湖地区的隆起和裂谷作用,并在隆起边缘形成了挤压与走滑。
从断面的新构造特征来看,其分区性和不同步性是明显的,由此说明整个断面在新构造运动时期,其所受到的动力学作用是复杂的。 总之,断面南部塔里木盆地、天山及其两侧主要受来自于印度板块向北的近南北向挤压应力作用,断面中部准噶尔盆地则受到南部天山、北部东西准噶尔界山的推覆挤压,断面北部阿尔泰山及其山前主要受蒙古西部—贝加尔湖地区上地幔活动的作用,南部印度板块向北及北部西伯利亚块体向南的作用则处于次要地位。
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