中更新世以来北天山的向北扩展

陈正位，张会平，杨攀新

1 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室，北京 100029

2 中国地震局地震预测研究所，北京 100036

1 引 言

造山过程是由构造变形、气候变化和地表过程相互耦合作用的复杂过程［1－3］，构造变形在长时间尺度上控制了地貌演化，而气候变化在短时间尺度上对地表过程的作用更为强烈［4－5］.天山是亚洲大陆最年轻的复活造山带，古生代碰撞造山之后，经历了中生代的剥蚀夷平，晚新生代以来再次强烈变形，进行了新一轮的造山过程［6－9］.晚第三纪以来，准噶尔南缘断裂带以北，北天山山前自南向北逐步形成了三排逆断裂－褶皱带［8－9］，第三纪至早第四纪的地层都卷入了变形.在北天山，造山过程不仅受到构造变形的影响，同时也受到气候变化的影响，始于晚新生代20Ma左右的缩短变形，以及第四纪频繁的气候变化强烈影响了地表过程和造山过程［10－14］，但进一步的研究表明，造山过程中构造和气候的相互作用是很复杂的，仍是研究的重点和难点［15－17］.

准噶尔南缘断裂是北天山与盆地的分界，断裂以北的山麓南北长约100km，高差达1400m，堆积了厚达300多米的中更新世以来的砾石层，受构造变形和堆积的影响，山麓最南端高程达到1900m，实际上已经成为山脉.受气候变化的影响，北天山山麓遭受了强烈的下切，下切深度达到300多米，沿南北向的河流发育了多级河流阶地［18－19］，同时这些阶地也遭受了变形.研究发现，晚更新世晚期以来的气候变化是造成河流下切形成阶地的主要原因，而构造抬升对河流下切的贡献仅占 10%左右［12，18－20］.但是，如果没有自河流出山口坡面与侵蚀基准盆地面之间的高差，河流下切也是不成立的.考虑气候变化和构造变形两者的作用，研究山前盆地抬升成为山脉的过程，是造山过程研究中的重要环节.而北天山及山麓正是这样一个理想地区.

因此，本文以北天山及山麓为研究区域，以第四纪中更新世以来为研究时限，以该地区的构造变形和地貌为研究对象，根据地震探测所揭示的深部构造、地质调查得到的浅部构造，考虑气候变化的影响，重点从深浅构造耦合、浅部构造与地表过程的耦合，研究了北天山山前盆地的掀斜隆升过程，分析了在干旱化气候影响下，构造变形对地貌的控制作用，讨论了北天山向北扩展的造山过程.

2 地质概况

准噶尔盆地岩石圈向天山岩石圈俯冲过程中，天山岩石圈内普遍存在不同深度层次上的低速滑脱层［21－23］.而在地壳层次，北天山地壳岩石层滑脱过程中，在地壳浅部形成了一系列向北逆冲的逆断裂.准噶尔南缘逆断裂（SZF）以北，晚第三纪以来的缩短变形使中生代和新生代的碎屑沉积都卷入了褶皱和逆断裂变形，自南向北依次形成了三排逆断裂－褶皱带［8－9］（如图1A），组成了北天山山前的主要构造带.

北天山发育了大规模的洪积扇和阶地，根据冰期变化和上覆黄土的年龄，第一期洪积扇的主要形成年龄在约600ka B.P.和约300ka B.P.［12，18－19］，第二期洪积扇形成于80～30ka B.P.，第三期洪积扇形成于全新世［12，18－19］.晚第四纪以来，这三期洪积扇被南北向的河流强烈下切，下切深度达到300多米，并在天山北麓形成主要的三级阶地，分别为T3、T2、T1阶地.阶地物质和废弃年龄测试表明，T3、T2、T1阶地的下切年龄分别为约30ka、约10ka和约7ka［12，18－20］，阶地下切后形成的阶地面也遭受了后期的褶皱和断错变形.由于早第四纪大规模的冰川作用，大量物质贮积在山体，在中更新世早期的暖湿期期间松散物质冲出山前堆积下来，大致以准噶尔南缘断裂（SZT）向北延伸至第三排褶皱以北的准噶尔盆地，发育了第一期洪积扇，形成了规模宏大的山前洪泛平原（图1A）.末次冰期期间形成了第二期洪积扇，上叠在第一期洪积扇之上（图1A）.冰后期以来形成了第三期洪积扇，前展在第二排褶皱和第三排褶皱之北，同时也上叠在第一期洪积扇之上（图1A）.

3 北天山山前的活动构造带

北天山的逆断裂和褶皱带研究比较详细，第二排逆断裂－褶皱带和第三排逆断裂－褶皱带现今仍在强烈活动和扩展［9］，并在地表形成低山和断隆.第一排褶皱带第四纪中期以来活动性很弱［9］，但是第一排褶皱展布的地区仍发现断隆，因此，本次工作重点调查了与第一排褶皱带断隆相关的清水河—石梯子断裂（QSF），以及博尔通谷断裂（BTF）.

3.1 第一排逆断裂－褶皱带（Fold1）

第一排逆断裂－褶皱带主要由齐古背斜（FD1）和展布在其核部的清水河—石梯子断裂（QSF）组成，形成于晚第三纪［9］.野外地质调查发现，齐古背斜在地表遭受了强烈剥蚀，上覆了中更新世以来的砾石层和黄土，晚第四纪以来褶皱活动已经不明显，强烈活动并造成断隆的是其核部展布的清水河—石梯子逆断裂（QSF）.

清水河—石梯子断裂（QSF）西起自安集海河，向东延伸至塔西河以东，断裂又分为北支和南支，走向NWW 向，总体向北倾，向南逆冲.北支断裂（NQSF）展布在宁家河至塔西河一带，沿断裂带形成宽度约5km的断隆.南支断裂（SQSF）展布在金钩河至塔西河以东，沿断裂带形成高度约160m的陡坎.

图2 清水河—石梯子断裂（QSF）（a）玛纳斯河口实测地质剖面，断错中更新世砾石层；（b）宁家河实测地质剖面，断错中更新世砾石层；（c）图b中虚框范围放大图，第三纪塔西河组逆冲到中更新世砾石层之上.Fig.2 Qingshuihe－Shitizi thrust fault（QSF）（a）A measured geologicalsection at the Manas river mouth，gravels in mid－Pleistocene was faulted；（b）A measured geological section at the Ningjia River，gravels in mid－Pleistocene was faulted；（c）NeogeneTaxihe Formation thrusted to Mid－Pleistocene conglomerates.

野外调查发现，玛纳斯河—宁家河一带，北支断裂（NQSF）由多条次级断裂组成，均为北倾向南逆冲的逆断裂.在玛纳斯河口，断裂表现为第三系和早更新世西域组地层之间的层间滑脱断层，岩层倾向北，第三纪沙湾组砖红色泥岩逆冲到中更新世砾石层之上，上更新统西域组砾岩逆冲到中更新世砾石层中（图2a），断裂同时也断错了晚更新世砾石层，在地表形成陡坎.宁家河一带，断裂使第三纪塔西河组泥岩逆冲至沙湾组泥岩和中更新世砾石层之上，并在地表形成陡坎 （图2b）.在宁家河西，陡坎不发育，仍可见断裂断错了晚更新世砾石层并断错至地表.

南支断裂（SQSF）是发育在中生代地层中的滑脱断裂，沿断裂带白垩纪的砾岩和砂岩向南逆冲到泥岩之上，在地表形成陡坎.宁家河以西，陡坎逐渐降低.断裂穿过宁家河时，断错了晚更新世T2阶地，倾向342°，倾角30°，逆冲作用使上盘砾石层倾角达36°，并使下盘砾石层拖曳褶皱.断裂穿过金钩河东岸时，发育在T2阶地中，上盘砾石层倾角29°，下盘砾石层水平；断层使T2阶地下部砾石定向呈上宽下窄的破碎带，在表层黄土中形成劈理带，并断错至地表.

野外地质调查表明，北支断裂（NQSF）的陡坎高度在塔西河为60m，向西迅速降低到30m，在宁家河西岸高约20m，陡坎向西逐步尖灭；南支断裂（SQSF）的陡坎高度在塔西河至玛纳斯河一带高约160m，向西高度逐渐降低，在宁家河高约60m，在金钩河东岸陡坎尖灭.清水河—石梯子断裂（QSF）形成的陡坎向西逐渐降低，陡坎在地表尖灭后，仍在近地表晚第四纪砾石层中发现断层，表明断裂是晚第四纪以来仍在强烈活动并向西扩展的断裂.

3.2 第二排逆断裂－褶皱带（Fold2）

第二排褶皱自西向东由霍尔果斯背斜（FD2－1）、玛纳斯背斜（FD2－2）和吐谷鲁背斜（FD2－3）组成，逆断裂为霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁逆断裂（HMTF），逆断裂展布在背斜的北翼或核部，倾向南向北逆冲.第二排逆断裂－褶皱带形成于晚第三纪至早第四纪，在地表形成近东西向的低山，现今仍在活动，第四纪以来的缩短量达到6.5km［9］.

3.3 第三排逆断裂－褶皱带（Fold3）

第三排褶皱自西向东由独山子褶皱（FD3－1）、哈拉安德褶皱（FD3－2）和安集海褶皱（FD3－3）组成，逆断裂由独山子—安集海断裂带（DAF）组成，逆断裂展布在第三排背斜北翼，断裂总体向南倾，大部分地段直接出露于地表，形成断层陡坎.第三排逆断裂－褶皱带形成于中更新世，由三个褶皱在地表形成三座独立的低山，现今仍在活动，中更新世以来的缩短量达到2.9km［9］.

3.4 准噶尔南缘断裂（SZF）

准噶尔南缘断裂沿北天山山前延伸，构成北天山主体与北麓的分界，断裂总体走向NWW向，为向南倾向北冲的逆断裂.野外地质调查表明，在精河至安集海河段，断裂在山脉中形成线型谷地，水系被右旋错动，为逆冲兼具右旋活动的断裂，晚第四纪以来活动较强.安集海河以东，以逆冲活动为主，晚第四纪以来活动相对较弱.

3.5 博尔通谷断裂（BTF）

博尔通谷断裂是本次工作中新发现的断裂，展布在第二排逆断裂－褶皱带的霍尔果斯褶皱以南，西自博尔通谷，向东延伸至安集海河，总体走向NWW向，向北倾向南逆冲，野外调查发现断层在中生代泥岩中形成破碎带，沿断裂在地表形成明显的陡坎，断错了坡麓面，并使坡麓面轻微背斜.断层陡坎最高处在安集海河与博尔通谷之间，达150m，陡坎高度向两侧迅速降低，在博尔通谷陡坎高度降低至20m，在安集海河陡坎高度降低至10m，表明断裂起始于中部，在垂向上生长的同时，向两侧扩展.

4 地壳构造与浅地表构造的耦合

4.1 上地壳结构

位于天山北部塔西河东侧的地震勘探剖面，南北方向上横跨了第一排背斜（齐古背斜）和第二排背斜（吐谷鲁背斜），揭示了上地壳结构（图3a）.地壳内的滑脱面（F0）位于中生代碎屑岩中，底部滑脱使得上部岩层褶皱缩短，同时发育有三条逆断裂，F1为位于第一排背斜的反冲断裂，结合地质调查结果，此反冲断裂即为清水河—石梯子断裂（QSF）；F2为第二排背斜前缘断裂，即霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁断裂（HMTF）；F3为第二排褶皱前缘的盲断裂；三条断裂在深部都收敛于滑脱面.

位于天山北部金钩河附近的地震勘探剖面，南北方向上横跨了第二排背斜（霍尔果斯背斜）和第三排背斜（安集海背斜），也揭示了类似的滑脱构造（图3b）.滑脱面（F0）之上发育了 HMTF（F2），F3为第三排褶皱前缘逆断裂（DAF），F4为第三排背斜后缘反冲断裂，F5为第二排褶皱中的顺层滑脱断裂.

位于天山北部独山子附近的地震勘探剖面，南北方向上横跨了第三排背斜中的独山子背斜（图3c）.底部滑脱（F0）造成上部的独山子褶皱和逆断裂（F3）.

从地震勘探剖面所提示的地壳结构来看，北天山北麓在中上地壳形成了统一的底部滑脱面，滑脱面南部深，向北逐渐变浅，为略微南倾的低角度滑脱面，深度大致20km左右，三排逆断裂－褶皱带都收敛于这一滑脱面.滑脱面以上的岩层在向北滑脱的过程中，以褶皱和逆断裂的构造形式与底部滑脱相耦合，同时也存在岩层内部的层间滑脱.滑脱面之上的逆断裂主要以向南倾向北逆冲的方式扩展，但在褶皱在后缘（南侧）也发育向北倾向南逆冲的反冲断裂.

4.2 浅地表构造

图3 地震反射剖面反映的地壳结构（根据新疆油田公司资料编译）（a）沿塔西河附近地震反射剖面；（b）沿金钩河附近地震反射剖面；（c）独山子背斜附近地震反射剖面.F0底部滑脱面，F1QSF，F2HMTF，F3DAF，F4BTF，F5 第二排褶皱层间滑脱断裂.Fig.3 Crust struture interpreted by seismic reflection profile（According to the data from Xinjiang Petroleum Corporation）（a）Profile along Taxi River；（b）Profile along Jingou River；（c）Profile along Dushanzi Fold.F0Decollement structure，F1QSF，F2HMTF，F3DAF，F4BTF，F5Fault along rock layer in the second fold.

滑脱面以上的岩层在向北滑脱的过程中，空间上逆断裂和褶皱在浅地表有着不同的构造表现.塔西河附近的实测地质剖面表明（图4a），第一排褶皱成复式褶皱，褶皱北侧的地层倾向北，向北倾的反冲逆断裂SQSF和NQSF实际上是层间滑脱构造；第二排褶皱是由倾向北的地层组成的单斜构造，前缘的逆断裂（HMTF）也是顺层滑脱构造，与地震勘探剖面对比，褶皱的主体仍在HMTF之北，地表形成的褶曲形态是由HMTF滑脱造成的；第二排褶皱北侧的盲断裂仍在扩展之中，尚未出露地表.

图4 （a）玛纳斯河东地质剖面；（b）宁家河地质剖面；（c）奎屯河地质剖面（剖面位置见图1A）Fig.4 （a）Geology profile east to the Manas River；（b）Geology profile along the Ningjia River；（c）Geology profile along Kuitui River（Profile line in Fig.1A）

自塔西河至金钩河，第一排褶皱由复式褶皱逐步过渡到单一的背斜构造（图4b），SZF、QSF和HMTF的构造样式与塔西河附近的地质剖面是相同的.由上地壳结构所揭示的HMTF是低角度向南倾的逆冲构造，位于其南侧的向北倾的清水河—石梯子断裂（QSF）在深部收敛在HMTF的滑脱面上，深部资料和浅部地质调查资料证明了这一点.也就是说，QSF在地表虽然是与第一排褶皱伴生的逆断裂，实际上，该断裂是由HMTF的滑脱面上发育起来的逆断裂，是第二排褶皱后缘反向逆冲断裂.

金钩河至独山子附近，QSF不发育，第三排褶皱发育，独山子附近，第三排褶皱前缘逆断裂使褶皱呈倒转背斜（图4c）.

从变形时限来看，第一排褶皱形成于晚第三纪，第二排褶皱形成于早第四纪，第三排褶皱形成于中更新世，地壳结构表明这三排褶皱的收敛于同一个底部滑脱面，深部滑脱面逐步向北扩展，逆断裂－褶皱带也逐步向北扩展.从深浅构造耦合关系来看，QSF是向南逆冲的反冲断裂，并不是第一排褶皱向北滑脱过程中的伴生断裂，而是由HMTF滑脱引起的反冲断裂，因此QSF与HMTF具有相同的活动性，所以，第四纪晚期以来第一排褶皱的褶皱活动已经不明显，但位于其核部的QSF活动仍然很强烈.在金钩河以西，第二排褶皱以南的BTF也以反冲断裂在地表形成了陡坎，这也是HMTF滑脱面上发育的反冲逆断裂在地表出露的结果.因此，在准噶尔南缘断裂（SZF）与第二排褶皱之间，由HMTF深部滑脱面之上发育起的来QSF和BTF是中更新世以来主要的活动构造.

虽然第二排逆断裂－褶皱带的后缘逆断裂已经在地表形成陡坎，但在这次地质调查过程中，未发现第三排褶皱后缘（南侧）出露反冲逆断裂，这是因为第三排逆断裂－褶皱还未达到一定规模，后缘反冲逆断裂仍在发育之中，还未扩展至地表.

5 浅地表构造与地貌的耦合

北天山北麓，构造与地貌的耦合也就是褶皱和逆断裂对地表形态的塑造.地表形态主要取决于两个方面，一是地表的差异抬升，二是地表遭受的剥蚀，差异抬升强度大于剥蚀的情况下，在地表会形成明显的隆起.天山北麓现今地貌形态主要是在改造中更新世洪泛平原组成的山前盆地基础上形成的.

5.1 构造变形对盆地的分隔

浅地表构造出露地表之后，变形和改造了盆地面，现今仍在强烈活动的第二排和第三排逆断裂－褶皱带，以及清水河—石梯子断裂（QSF）在地表形成显著的隆起，分隔了盆地.

塔西河至金钩河东，第一排背斜地区遭受了强烈侵蚀，大部分地区被中更新世砾石层覆盖，成为山前洪泛平原的一部分；第二排褶皱地区，地形较高部位第三纪基岩出露，在相对较低的部位覆盖了中更新世砾石层和黄土，表明中更新世洪泛平原形成时，碎屑物质可以从玛纳斯河、塔西河等大的河流，以及褶皱隆起地势较低的部位搬运出去，使洪泛平原得以在褶皱以北展布，形成了山前盆地，第一排褶皱地区，山前盆地被持续活动的QSF断错，断错形成的隆起和陡坎逐步分隔了盆地；第二排褶皱地区，由于逆断裂和褶皱的扩展，原来相对低洼的地带已经被抬升成为褶皱的一部分，第二排褶皱抬升成为统一的低山，分隔了山前盆地.

金钩河—奎屯河，第三排褶皱地区，除独山子褶皱顶部外，中更新世砾石层和黄土覆盖在褶皱上，并卷入了褶皱.表明山间物质可以在山前及第二排褶皱低洼处搬运出去，形成洪泛平原，覆盖了现今第三排褶皱地区，形成山前盆地.由于持续的构造变形，清水河—石梯子断裂（QSF）、博尔通谷断裂（BTF）、第二排和第三排逆断裂－褶皱带，分隔了山前盆地.

5.2 地貌定量分析

图5 典型的盆地掀斜抬升地形剖面及拟合曲线P1为AB的拟合曲线，P2为CD的拟合曲线，P3为EF的拟合曲线.Fig.5 Topography profile and fitting curveP1is fitting curve for AB，P2is fitting curve for CD，P3is fitting curve for EF.

为了确定山前盆地被分隔的形式和幅度，利用1：5万地形图生成的DEM（数字高程模型）数据，对金钩河西横跨两排褶皱的典型地形剖面进行了分析（图5）.山前盆地面被两排逆断裂－褶皱带分隔，自北向南，盆地面被阶梯式掀斜抬，AB面、CD面和EF面代表了分隔盆地面（图5），P1面、P2面、P3面分别代表这三个分隔盆地面的拟合面，假定在没有分隔抬升的条件下，P1面、P2面、P3面应该是同一个山前盆地面，因此，AB面、CD面和EF面之间的高差是由于盆地面遭受构造分隔后掀斜抬升的结果.由拟合结果来看，P1面与P2面和P3面相比，被整体掀斜抬升；P2面与P3面相比，也被整体掀斜抬升.由此可以看出，逆断裂和褶皱带不仅仅使盆地面变形褶皱，同时由于前缘的滑脱逆冲作用，使得分隔盆地面整体掀斜抬升.

利用这种方法，结合野外地质调查结果，对北天山山前盆地的分隔进行了定量分析.横跨逆断裂和褶皱带，选取了典型地段，利用DEM获取了地形线，地形剖面线位置在图1A中，对应的剖面图为图（b1—b6），定量分析了浅地表构造对盆地的分隔和改造状况.

剖面a（图b1）位于塔西河以东，盆地面首先被第二排褶皱分隔，盆地南北高差368m，SZF与第二排褶皱之间盆地面AD又被NQSF和SQSF分隔，SQSF和NQSF断错的垂直位移为75m和10m.剖面b（图b2）位于玛纳斯河与塔西河之间，盆地也被分隔，第二排褶皱分隔盆地面南北高差达418m，SQSF和NQSF分隔盆地面的高差为88m和36m.剖面c（图b3）位于玛纳斯河西，第二排褶皱分隔盆地面高差达253m，SQSF和NQSF分隔盆地面高差为120m和53m.剖面d（图b4）沿安集海河，第二排褶皱分隔盆地面南北高差达326m，第三排褶皱分隔盆地面南北高差达183m，BTF分隔盆地面南北高差达12m.剖面e（图b5）和剖面f（图b6）仅有第三排褶皱分隔了中更新世盆地面，南北高差分别达170m和210m.各剖面上盆地被分隔的相对高差见表1.

第二排褶皱对盆地的分隔幅度最大，南北高差达418m左右，第三排褶皱次之，盆地南北高差达210m，沿第一排褶皱展布的清水河—石梯子断裂（QSF）分隔幅度最小，盆地南北高差在100多米.这些逆断裂和褶皱在分隔盆地的同时，对分隔盆地面有显著的整体掀斜抬升.自南向北，活动构造带对盆地进行了阶梯式的掀斜抬升，抬升幅度达到1000～1400m.

表1 逆断裂和褶皱分隔盆地两侧的高差（单位：m）Table 1 Relative elevation of basins partitioned by thrusts and folds（Unit：m）

6 山麓的掀斜隆起和下切

6.1 地表状态和气候变化

野外调查表明，玛纳斯河以东，QSF南部的盆地呈堆积状态；玛纳斯河至宁家河西，QSF南部盆地中更新世砾石层和黄土遭受了轻微剥蚀.塔西河—宁家河一带，受前缘褶皱的阻挡，第二排褶皱以南的盆地堆积了中更新世以来的黄土，表明自洪泛平原形成后一直处于稳定的堆积状态；宁家河至安集海河一带，第二排褶皱以南的盆地靠近山前的部位遭受了轻微的剥蚀，向北逐渐表现为堆积状态，上叠了晚更新世洪积扇.第三排褶皱以南，被褶皱分隔的盆地上叠了晚更新世洪积扇，整体表现为堆积状态.

在遭受褶皱变形的地区，第二排褶皱顶部遭受了剥蚀，仅在局部地段残留有中更新世砾石层和黄土；第三排褶皱除独山子褶皱顶部遭受了剥蚀，大部分褶皱地区都覆盖有中更新世砾石层和黄土，仅遭受轻微剥蚀.

在中更新世洪泛平原分布的范围内，也就是第一期洪积扇的范围内（如图1A），黄土广泛覆盖，表明是一种稳定的堆积状态，遭受的剥蚀轻微.第二期和第三期洪积扇主要是以上叠的形式叠置在第一期洪积扇之上，也是一种堆积状态.自中更新世洪泛平原形成之后，北天山山前盆地遭受剥蚀的地区集中在山前大河的深切河谷和褶皱顶部，而广大的洪泛平原面普遍上覆黄土或堆积了晚期的洪积扇物质，几乎未遭受剥蚀.总体上看，北天山山前盆地遭受的剥蚀比较轻微.

北天山的气候变化研究表明，中更新世以来，经历了0.8～0.60Ma的湿润阶段、0.60～0.25Ma的干旱化阶段和0.25Ma到现今的干旱化阶段，0.60Ma以来，气候变化的总体趋势是越来越干旱［24－25］.北天山山前盆地遭受的剥蚀很轻微，主要原因是由干旱化引起的，干旱化导致坡麓地表径流很小，而山间径流又汇聚在深切河谷中直接流入中心盆地，使得坡麓地表比较稳定.

6.2 构造掀斜和河流下切

北天山的缩短速率约为6mm／a［9］，滑脱面深度约为20km，滑脱面之上的岩层向北推挤，自山前至河流开始堆积处约100km，由于干旱化，地表稳定，因此在100km的水平距离上，中更新世600ka以来的缩短全部转化为掀斜抬升，由此可以估算山前相对于盆地高差可达1400m左右.自塔西河至奎屯河，河流出山口的坡面高程介于1500～1900m之间，河流下游盆地面的海拔在500m左右，北天山北麓坡面实际高差在1000～1400m左右.估算数据和实际数据是接近的，在干旱化条件下，中更新世以来，活动构造带以阶梯式抬升使北天山北麓的地表整体掀斜.由于中更新世以来持续的干旱化，地表遭受的剥蚀比较轻微，变形缩短和分隔使山前盆地的阶梯式掀斜抬升全部转换为垂向上的地表掀斜隆起.

山麓带河流的强烈下切始于30ka左右［12，18－20］.就构造变形而言，相对于600ka的时间尺度，30ka的整体掀升抬升可以忽略，也就是说，现今北天山山前盆地高差达1000多米的坡面在30ka以前已经形成了.所以，在600ka至30ka的时间尺度上，构造变形已经为河流下切提供了坡度条件，30ka以来，使河流下切的主要因素就是以地表径流变化为主的气候变化了.所以，构造变形在长时间尺度上控制了河流下切所需要的高差，而气候变化在短时间尺度上强烈影响了下切.

7 讨论和结论

早更新世北天山经历了频繁的冰期变化和降雨量变化［26－27］，大量松散物质贮积在山间.中更新世早期，北天山经历了暖湿期，贮积在山体的大量松散物质冲出出山口，第一排褶皱遭受强烈剥蚀，砾石层覆盖在第一排褶皱地区和第二排褶皱的地表低洼处，在山前形成了洪泛平原；第二排褶皱的霍尔果斯褶皱、玛纳斯褶皱和吐谷鲁褶皱在地表形成独立的低丘；第三排褶皱地区被中更新世砾石层覆盖，成为洪泛平原的一部分（图6a）.

中更新世中期以来，北天山遭受了持续的干旱化，整体趋势是越来越干旱［24－25］，第二排褶皱持续变形抬升，并且侧向扩展，在地表逐步联合形成了统一的低山，并与伴生的逆断裂（HMTF）一起分隔了中更新世洪泛平原，褶皱南北两侧盆地面高差达400多米.受HMTF滑脱面控制发育起来的SQF强烈活动，断错分隔了洪泛平原.第三排褶皱持续活动和扩展，使中更新世堆积物也卷入褶皱，由于遭受的剥蚀轻微，独山子褶皱、哈拉安德褶皱和安集海褶皱在地表形成三个低山，褶皱两侧盆地面被分隔的高程差约200m左右（图6b）.

如果未来仍保持中更新世以来的干旱化和变形状态，第一排褶皱将全部抬升并拼贴在北天山，成为北天山的一部分；第二排褶皱将缩短与山体之间的距离，褶皱以南的盆地也显著抬升；第三排褶皱将侧向扩展在地表形成统一的低山，褶皱南的盆地面被整体分隔并显著抬升（图6c）.

图6 天山北麓中更新世以来的演化过程Fig.6 Surface process of piedmont in North Tian Shan since mid－Pleistocene

中更新世以来，北天山准噶尔南缘断裂带（SZF）以北，地壳中南倾的低角度滑脱面之上，清水河—石梯子断裂（QSF）、第二排和第三排逆断裂－褶皱带组成了山前的活动构造带，整体向北滑脱并缩短变形.这些活动构造带使山前盆地卷入变形，同时分隔了山前盆地.一方面，各个分隔盆地面以阶梯式整体掀斜抬升；另一方面，构造变形在分隔盆地前缘形成阻挡，使碎屑物质容易在分隔盆地中堆积下来，增加了盆地面的高度.向北滑脱和缩短变形使山前盆地面整体掀斜抬升，由于中更新世600ka以来的持续干旱化，盆地地表仅遭受了轻微剥蚀，地壳的掀斜抬升直接转换为地表隆起，山前盆地自南向北逐渐隆起成为山脉的一部分，北天山得以向北扩展.另外，掀斜隆起造成河流出山口坡面至中心盆地面高差达1000多米，为晚更新世30ka以来的河流下切提供了必需的坡度条件，造成了河流的强烈下切.

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