塔里木盆地西北缘晚新生代印干断层的运动学特征及其区域构造意义

张子亚，刘冬冬，朱贝，郭召杰

(北京大学地球与空间科学学院，北京100871)

0 引言

位于塔里木盆地西北缘的柯坪断隆，构造现象十分丰富。在南天山与塔里木盆地的过渡地带——柯坪塔格地区，发育了一系列与盆山边界近平行的NE走向的山系，其形成、演化、构造变形以及形成机制等一直是不同学者关注的问题。前人对于它们的构造性质和演化进行了深入的研究，目前的主流观点认为柯坪地区晚新生代发育自天山向盆地逆掩推覆的柯坪冲断带。作为南天山南缘冲断体系的一部分，柯坪冲断带的形成和演化与东部的库车冲断带、西部的喀什北缘冲断带具有明显的空间对比性(Yin et al.，1998;陈杰等，2001a，2001b;田作基等，2002;林畅松和刘景彦，2002)。也有一些学者曾提出柯坪地区新生代发育大规模的走滑构造(蔡东升等，1996;卢华复等，1998;Jia et al.，1998)。国内外多位学者先后通过遥感图像分析、震源机制研究和野外观察，根据平衡剖面原理和磁性地层年代学的限制，对柯坪冲断构造带进行了几何学定量恢复和变形速率的估算(Yin et al.，1998;Allen and Stephen，1999;Fu et al.，2003;杨晓平等，2006;王国林等，2009)。

现今多数学者对于柯坪断隆的工作仍主要集中于柯坪冲断带与天山的关系，然而在柯坪冲断系的东北段柯坪－阿克苏之间，除了同样发育 NE走向的冲断构造外，沿印干山还发育一条NWW走向的断裂，它的构造特征及其与柯坪冲断构造带的关系，前人少有提及。何文渊等(2002)指出印干断层具有压扭性和分段性的特点;王国林等(2009)认为印干断裂与喀拉玉尔衮断裂(邬光辉和郑多明，2004;李曰俊等，2008)相似，是一条北西走向的剪切变换带;杨庚等(2012)提出印干断裂是一条左行走滑性质的断层。至于和柯坪冲断带的关系，肖安成等(2005)将其划分为叠加改造型，早期南北向断裂对于晚期构造的发育起着制约作用。本文主要依据遥感图像解译和野外观察资料，确定印干断层的性质，分析其形成机制，并提出了该地区晚新生代构造演化的新认识。

1 区域地质背景

印干断裂位于柯坪塔格地区的东北端，与柯坪NE走向的冲断构造呈近正交的关系，可以在图1中清晰地显示。

柯坪冲断带是南天山褶皱冲断系中一个十分醒目的次级构造单元，位于塔里木盆地西北缘的柯坪断隆上，北以阿合奇断裂与南天山造山带为界，南以柯坪塔格断裂与塔里木盆地内掩伏的北西西向巴楚隆起分界，西界位于八盘水磨一带，与阿图什－八盘水磨逆冲构造带相接，东界位于阿克苏附近的印干断裂，向东经温宿凸起逐渐过渡到库车逆冲构造带(贾承造等，1997;Yin et al.，1998;曲国胜等，2003)。

图1 塔里木盆地西北缘DEM高程图、构造解译简图(白色线条表示南天山前陆冲断层;红色线条表示帕米尔构造结前陆冲断层)和研究区印干断裂位置(a);柯坪塔格北段印干山遥感影像(b)Fig.1 The DEM elevation，simplified structure interpretation map at the northwest margin of the Tarim Basin(the white lines represent the foreland thrust faults of the South Tianshan;the red lines represent the foreland thrust faults of the Pamir syntax)and the location of the Ingan fault(a);the remote sensing image at the north part of the Kepingtage area(b)

柯坪冲断带长达250 km，在地貌上形成了多列向南突出的弧形分布的单面山，被一系列叠瓦状的逆冲断层控制，方向大致是NE-SW到E-W(Turner et al.，2011)，一般在两个逆冲岩席之间发育着宽缓的(10～15 km)背驮式盆地，并有厚度不大的第四系充填，有的岩席之上发育有新近系阿图什组砂砾岩，它们与二叠系或更老岩层呈角度不整合。构造样式特征是以中寒武统的膏泥盐层为主滑脱面，下寒武统－前寒武系基底岩系基本未卷入冲断变形的薄皮构造，总体呈叠瓦状逆冲，具有暴露式冲断前锋，发育断层传播褶皱以及前展式的冲断(Yin et al.，1998;杨海军等，2010)。柯坪冲断带被几条近于正交的、NW走向的断裂限制分隔，其中印干断裂就是很重要的一条。

2 印干断层特征

印干山地区的遥感影像可以清晰地显示(图1b)，在塔里木西北缘柯坪－阿克苏之间，大致沿阿合奇－印干村一线发育一条与柯坪山系走向明显不同的山脉，其走向 NWW，长约60～70 km。印干断裂沿印干村至印干山北缘呈弧形分布，为了查明印干断裂的特征，野外在印干村附近对印干断裂带的不同地段进行了细致的考察(考察点位见图2)。

在图2的考察点No.1处，可以看到寒武系－奥陶系丘里塔格群掩覆于下二叠统比尤列提群之上，寒武系－奥陶系丘里塔格群((∊3-O1)QL)主要是以灰色、深灰色的泥晶灰岩及白云岩为主，夹硅质团块;下二叠统比尤列提群(P1BI)包括多个棕褐色砂泥岩层－玄武岩的旋回。二者之间为断层接触关系，断层破碎带1～2 m宽，延伸可达5 km。在主断裂旁的丘里塔格群的碳酸岩断面上，可以观测到方解石生长纤维束(图3a)。

在图2的考察点No.2处，可以看到下二叠统比尤列提群(P1BI)与上新统的断层接触关系，上新统阿图什组(N2a)主要是浅棕色、淡黄色、浅灰色的泥岩、砂岩及砂砾岩。比尤列提群的玄武岩与阿图什组的砂砾岩之间为断层接触关系，断层破碎带宽8～10 m，延伸可达4～6 km(图3b)。阿图什组的砂砾岩形成了典型断层崖，在主断裂面上可见破碎的玄武岩颗粒形成的清晰线理(图3c)。

图2 印干村附近遥感影像、野外考察点位置和地质简图Fig.2 The satellite image and the simplified geology map showing the location of field observation near the Ingan village

图3 印干村附近野外考察点照片Fig.3 Field photographs in the observation area near the Ingan village

在图2的考察点No.3处，该条断裂带大面积出露(图3d)，断裂带左侧为下二叠统比尤列提群的砂岩，右侧为上新统阿图什组的砂砾岩，砂砾岩上有明显的阶步以及方解石生长纤维束(图3e)。在断裂带内存在一些变形现象，由于岩石能干型的差异，可见强应变带与弱应变域的相间排布。

印干山在印干村北由 NNW-SSE向转为NWW向。在图2的考察点No.4处，寒武系－奥陶系碳酸盐岩逆冲至上新统阿图什组之上(图3f)，断层破碎带3～5 m宽，在断裂带内，逆冲作用改造了断层下盘阿图什组砂砾岩的地层产状。主断裂带附近，逆冲形成了一系列叠瓦状断层以及断层面附近与逆冲断层相关的牵引褶皱。

图2的考察点No.5位于印干山的北麓拐点处，印干断层发育在寒武系－奥陶系丘里塔格群内部，在断裂面上可见清晰的擦痕(图3g)，断层泥厚约50 cm。断裂带内还存在构造透镜体，与主断面小角度相交，是断层活动引起构造强化的一种现象。

印干山北麓的山坡很陡，图2的考察点No.6、No.7位于逆冲的前缘，断层带多被现代风化坡积物覆盖，在多数冲沟中都能观察到断裂带，破碎严重且延伸很远。在一些断层面出露点(如图3h)，可以看到印干断层发育在寒武系－奥陶系丘里塔格群内部，碳酸盐岩破碎严重，断层泥厚约20 cm，推测为主断裂附近的次级断裂。

3 印干断层运动学指向

在野外多个考察点主断裂带出露的方解石生长纤维束均指示了断层上盘的逆冲(图3a、3e)。根据野外测量的主断裂面产状及其断层面上的线理产状，进行下半球、等面积投影，大圆弧代表断层面，黑点表示擦痕、方解石纤维束等线理产状(表1)。

综合上述数据和立体网投影图可以看出，在考察点 No.2～No.5，主断面的倾向分别为平均:100°、211°、190°、213°，对应的线理的倾伏向分别为平均:10°、139°、118°、133°，且线理倾伏角相对较缓，分别为平均:∠35°、∠27°、∠17°、∠09°，断层运动以走向滑动为主;在考察点No.6～No.7，主断面的倾向分别为平均:169°、203°，对应的线理的倾伏向分别为平均:217°、193°，倾伏角分别为平均:∠46°、∠33°，断层运动以倾向滑动为主。

印干断层不同地段的出露关系以及运动学指向标志，说明该断层表现出分段性，西北段总体表现为一条逆冲断层，而印干村附近表现出走滑逆冲的特点(图4)。印干山北缘是前断坡，以逆冲为主;从印干山北麓拐点到印干村附近则是侧断坡部分，断层走滑作用也更明显。虽然断层走向以及运动学的指向有所改变，但是结合整个印干山体的走向性质，断层总体的逆冲方向为 NE向，印干村附近的菱形断块处于侧断坡的位置上，压剪性的应力状态使菱形断块发生了逆时针构造旋转。

图4 印干断层上盘运动学特征与断层模式Fig.4 Map showing the hanging wall of the Ingan fault，the kinematic features and the model of the Ingan fault

4 印干断层活动时限

由于受到喜马拉雅造山作用的远程效应，南天山褶皱冲断带是在陆内造山作用的过程中，南天山造山楔向塔里木盆地推进而形成的，褶皱冲断作用发生于新生代晚期，主要发生于早更新世西域砾岩沉积之后(杨海军等，2010)。作为南天山褶皱冲断带的组成部分之一，对柯坪冲断系中阿图什背斜生长地层的研究(Chen et al.，2002)，表明早更新世西域组砾岩为柯坪冲断构造活动形成的同构造生长地层，其底界与下伏阿图什组界限是穿时的，推断柯坪冲断构造的形成时间约为1.0～2.8 Ma。肖安成等(2005)通过野外地质详细观察以及对柯坪褶皱冲断带断面上采集的断层泥进行年龄分析，得到断层泥电子自旋共振测年＜1.0 Ma，说明柯坪断层主要活动时间为更新世以来。从遥感图像可清晰地看到(图5)，由天山向塔里木SE方向逆冲的柯坪冲断带切割了印干断层，因此印干断层形成时间应该早于柯坪冲断系。

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图5 印干山与柯坪推覆体的切割关系(白色线条表示柯坪逆冲断层，红色线条表示印干逆冲断层)Fig.5 The cutting relation between the Ingan mountain and the Kalpin thrust nappe(the white lines represent the Kalpin thrust faults;the red line represent the Ingan thrust fault)

印干断层的走向和运动学特征与柯坪冲断带明显不同(图5)，总体上是从SW至NE方向逆冲。寒武系－奥陶系碳酸盐岩推覆至上新统阿图什组之上(图3f)，至少说明是上新统阿图什组的砂砾岩沉积之后，印干断层才开始活动。在断裂带内，逆冲作用改造了断层下盘阿图什组砂砾岩的地层产状。因此印干断层开始的活动时间应晚于阿图什组沉积开始时间。

综上所述，印干断层的形成时间早于柯坪冲断系，活动时限为上新统阿图什组沉积之后，柯坪冲断系形成之前，大致是在N2-Q1之间。

5 印干断层的区域构造意义

从塔里木盆地西北缘断裂系分布图上(图1a、图6)可以看出，NW-SE走向的印干断层并非该方向的唯一断层，其与巴楚隆起的北界断层——阿恰断裂以及吐木休克断裂的延伸方向大体一致。

从图6中可以清楚地看到，在空间上印干－阿恰－吐土木休克断层、皮羌－色力布亚－玛扎塔格断层与西昆仑－塔西南逆冲带有着非常一致的展布样式。前人对这些断裂进行了大量的的研究工作(贾承造等，1997;Yin et al.，1998;Allen and Stephen，1999;何文渊等，2002，2003;杨庚和郭华，2003;杨庚等，2008，2012;肖安成等，2002，2005;He et al.，2005;杨海军等，2007;杨明慧等，2007;孟庆龙等，2008;朱德丰等，2008;裴军令等，2011;Turner et al.，2011;任建业等，2011)，主流观点认为这些断裂现今在空间上一致的展布样式都是由于受到晚新生代帕米尔构造结 NE向推挤形成的，逆冲推覆的前锋可以到达塔里木腹地的麻扎塔格断裂带和吐木休克断裂附近。结合本文对印干断层性质、运动学方向和断层活动年龄的限定，笔者认为帕米尔构造结前陆冲断带的前缘冲断应该可以到达印干断层。时间匹配上，在渐新世晚期－中新世早期，帕米尔开始向北逐渐突出形成帕米尔突刺，帕米尔突刺相对于塔里木块体向北推挤楔入，并一直持续到上新世晚期(Robinson et al.，2007;Cowgill，2010;Sobel et al.，2011)。由于它们离帕米尔构造结的距离不同，这些断裂构造发育的时期和强度也会有一定的差异，但它们的形成机制应该都是受印度－欧亚板块的碰撞影响。Tapponnier(1982)曾指出印度－欧亚板块的碰撞所引起的陆内远程效应可以完全进入塔里木盆地甚至可到更远的蒙古和俄罗斯境内。Dupont-Nivet et al.(2002)用古地磁的资料证明了塔里木中央玛扎塔格地区冲断褶皱带在新近纪以来有近20°顺时针旋转;Yang et al.(2008)用GPS等技术手段推测塔里木块体以0.7°/Ma的速率顺时针旋转，致使帕米尔东部与塔里木块体间发生了近EW向的挤压缩短，这些为解释帕米尔构造结NE向持续地推挤作用影响到塔里木盆地内部构造变形提供了很好的证据。

本文认为，NE向逆冲的印干断层是帕米尔构造结在上新世的前缘冲断带，西北部的阿合奇断裂是同一时期的左旋走滑调节断层(图1a)。如果将帕米尔构造结向北的挤入构造复原，那么皮羌－色力布亚断层－玛扎塔格断层、印干－阿恰断层－吐木休克断层也将拉平复位，盆山边界的阿合奇断层的位移恢复量将达到240 km左右，这与卢华复等(1998)认为阿合奇断层在新近纪以来左行走滑300余公里的结果是一致的。

上述分析表明，柯坪山系晚新生代以来发育了两期构造事件，在图1a中已用两种不同颜色的断层标志表征:前一期(红色)主要受帕米尔突刺持续向北推挤楔入的影响，从渐新世晚期至上新世晚期发育了一系列NE向冲断推覆的逆断层。印干断层作为帕米尔构造结前陆冲断带的前缘冲断层，形成时间在上新世(N2)，当时柯坪地区的南天山前陆褶皱冲断带还没有形成或者冲断带还没有扩展至柯坪地区;后一期(白色)主要是南天山向盆地内部的 SE向薄皮状冲断推覆，由于南天山复活急速隆升，南天山造山楔向塔里木盆地推进而形成的，发育时间为更新世(Q1)以来，南天山逆冲推覆作用控制了柯坪地区的构造演化，并形成现今构造格局(图6)。

图6 塔里木盆地西北缘晚新生代两期冲断构造形成发育过程示意图Fig.6 Plots showing the two stages of thrusting at the northwest margin of the Tarim Basin during Late Cenozoic

6 结论

塔里木盆地西北缘NW走向的印干断层为逆冲断层，印干山北缘位于前断坡的位置上，断层以逆冲为主;印干村附近位于侧断坡的位置上，断层走滑作用更明显。断层带指向证据表明印干断层的逆冲方向NE向，与柯坪冲断系SE向推覆明显不同。地层学、断层切割关系等证据显示印干断层形成早于更新世的柯坪冲断系，活动期主要在上新世至早更新世。

柯坪塔格地区晚新生代发育两期方向不同的逆冲推覆构造，发育于上新世(N2)的印干断层受帕米尔突刺NE方向推挤的影响，与帕米尔构造结的前陆冲断构造有相同的展布样式和运动学特征，此时南天山前陆褶皱冲断带还没有形成或者冲断带还没有扩展至柯坪地区。更新世(Q1)以来，南天山复活急速隆升，南天山造山楔向塔里木盆地推进形成柯坪前陆冲断带，并控制了柯坪地区的构造演化，形成了现今的构造格局。

致谢:衷心感谢中国科学院地质与地球物理研究所李曰俊研究员和另一位匿名审稿专家对本文初稿提出的宝贵修改意见和建议!

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