阿尔金断裂中段新生代隆升过程研究进展

张益银， 郭 佩， 徐崇凯， 李 被

(西北大学 a.大陆动力学国家重点实验室, b.西北大学 地质学系，西安 710069)

阿尔金断裂是一条北东东向的陆内巨型走滑断裂，全长1 600余km(图1).新生代以来，由于印度板块相对于欧亚板块北东向俯冲碰撞使得青藏高原北缘经历了一系列挤压、走滑、逆冲推覆以及山体隆升等重大地质活动.阿尔金断裂新生代的活动也正是由于这一俯冲碰撞产生的巨大应力所致，其不仅控制了高原北部的地貌形态和构造格局，而且连接了高原北缘绝大部分的造山带及断裂系统.因此，阿尔金断裂活动以及与之相伴的阿尔金山隆升过程和机制分析对研究青藏高原北部生长过程和隆升机制具有重要意义[1].几十年来，许多学者在该地区开展了大量的地质调查和科研工作.对其规模[2-3]、活动时间和方式[4-8]、走滑位移量[9-10]等问题进行了研究并取得了丰硕的成果.

1-北阿尔金断裂；2-金雁山断裂；3-索尔库里断裂图1 青藏高原北部构造简图及研究区所在位置 (据文献[5]修改)

关于阿尔金断裂活动方式大致有以下三种观点：(1)渐新世-中中新世时阿尔金断裂以快速走滑活动为主，中中新世以后走滑速率降低转为以青藏高原北缘的地壳收缩为主[4]；(2)阿尔金断裂活动分为两个阶段：早期在深部发生韧性剪切，晚期则表现为地表走滑，地表走滑活动滞后于深部韧性剪切.一些学者认为深部韧性走滑起始于晚白垩世，而地表走滑响应在始新世中期以后[8,11]；也有一些学者认为阿尔金断裂基底韧性剪切发生在晚始新世-中中新世，中中新世以后则以大规模地表走滑为主[6,7,12-14]；(3)新生代一直以地表走滑活动为主，早期走滑活动主要发生在北阿尔金断裂，晚期由于阿尔金主断裂的形成，早期形成的构造被其切割错断[5].

阿尔金断裂的活动方式存在分歧的主要原因是研究区所处的地理位置特殊、地质情况复杂、野外条件艰苦，新生代构造活动频繁[1,15-20].笔者对前人在阿尔金地区的热年代学成果进行了系统的统计和总结，并结合相邻盆地构造、沉积特征，对阿尔金断裂新生代的隆升过程作了系统的探讨.并根据最新古地磁测试的结果对盆地各个地层顶底界年龄进行了约束[21-22](图3)，使得研究区盆山耦合时间更加准确.

1 阿尔金地区低温热年代学研究进展

磷灰石的裂变径迹方法被广泛应用于世界各地造山带的研究，对于限定山脉隆升历史已有不少成功的先例.阿尔金地区的山脉主要分三个方向(图2)：(1)NEE向山脉，受阿尔金主断裂左旋走滑活动控制，呈线性近平行分布在其两侧；(2)NE向山脉，夹持于北阿尔金断裂和阿尔金主断裂之间，其断裂发育且变形强烈；(3)近EW向山脉，位于阿尔金主断裂两侧，呈雁列式展布且大多北倾.不同方向山脉低温热年代学测试结果[16,23-32]显示(图2)：NEE向山脉裂变径迹年龄多数小于10 Ma，多集中在8 Ma左右；NE向山脉年龄多大在40-10 Ma之间；近EW向山脉年龄大多在60-40 Ma之间.可以看出三个方向的山脉形成的时间和构造环境不同[6,7]，近东西向山脉形成时间最早，其次是北东向山脉，而北东东向山脉对另外两个方向的山脉切割明显，表明其形成时间相对较晚.

图2 阿尔金地区热年代学年龄统计(裂变径迹年龄据文献[16,23-32])

笔者搜集了国内外学者在该地区的热年代学研究成果，裂变径迹年龄频数统计结果显示，新生代阿尔金地区至少经历了6期大的构造事件(图3)，隆升主峰年龄包括：53-50 Ma、45-40 Ma、34-30 Ma、20-15 Ma、12-8 Ma、5 Ma至今，与前人根据热年代学、沉积构造记录揭示的青藏高原隆升剥露期可较好的对应(60-35 Ma，25-17 Ma，12-8 Ma，5-3 Ma)[33,34].阿尔金地区53-50 Ma和45-40 Ma抬升冷却事件对应青藏高原60-35 Ma的隆升阶段，也就是说青藏高原60-35 Ma的隆升阶段在阿尔金地区可细化为53-50 Ma和45-40 Ma两个阶段；34-30 Ma抬升冷却可能代表了阿尔金地区隆升的区域性；20-15 Ma、12-8 Ma、5 Ma以来的抬升冷却分别与青藏高原25-17 Ma、12-8 Ma、5-3 Ma的隆升阶段对应.可以看出阿尔金地区的隆升与青藏高原的隆升既有统一性又有其特殊性，体现了青藏高原隆升剥露在准同时框架下的空间差异性[1,33].

图3 阿尔金地区裂变径迹年龄统计及与盆地内沉积事件对比(裂变径迹年龄数据来源据文献[16,23-32]，地层年龄据文献[21-22])

2 阿尔金断裂活动与柴达木盆地演化的耦合分析

众所周知阿尔金断裂的活动对其两侧沉积盆地构造、沉积演化有着极为重要的影响.如前所述，不少学者通过裂变径迹测年方法来探讨阿尔金断裂的隆升史.但值得注意的是，仅用单一的热年代学方法来限定一个地区隆升时限是不可靠的，因为其可能反映研究区某一时间的隆升，具有很大的片面性，需要通过沉积学、地震资料分析等其他方面的证据综合反映阿尔金地区的隆升过程.已有不少学者通过对阿尔金断裂两侧沉积盆地构造、沉积特征的研究探讨阿尔金断裂与柴达木盆地演化的内在联系.现针对新生代山体各期隆升时间对应的沉积事件进行一一分析.

2.1 始新世

新生代以来，受印度板块与欧亚板块碰撞的影响，阿尔金地区始新世时期发生过两期构造隆升(53-50 Ma、45-40 Ma)，在盆地内沉积构造方面有所响应(图3).陈国俊等[35]通过对柴西古近纪古地形及沉降中心变化的研究，认为阿尔金断裂新生代的隆升始于55 Ma左右.阿尔金地区始新世的隆升在柴达木盆地表现为始新世初期路乐河组以及晚期上干柴沟组底界发育角度不整合[36]，并且在路乐河组以及下干柴沟组上段沉积了大套的砾岩.任收麦等[18]通过柴西和塔东南地区地层对比发现，柴西地区始新统路乐河组沉积了一套巨厚的砾岩、含砾粗砂岩，与之对应的塔东南地区喀什群地层中也夹有厚层状含砾砂岩.刘永江等[8]对阿尔金断裂两侧盆地沉积特征研究也显示出，阿尔金断裂在始新世曾有过活动.受其活动的影响，盆地内形成一系列反“S”型构造带.吴磊等[6]对柴西北阿尔金山前典型新生代剖面研究发现，在干柴沟剖面和红三旱一号剖面下干柴沟组上段均出现了大套的砾岩沉积，砾石成分分别与两剖面北侧阿哈提隆起以及阿拉巴斯套隆起十分相似，且古水流也显示物源来自北方，说明在该时期阿尔金断裂发生了构造抬升，并控制柴西北缘的沉积.

2.2 渐新世初期

阿尔金断裂渐新世这一期构造事件主要发生在渐新世初期(30-34 Ma)，在柴西北地区以及阿尔金山西北缘山前地带也均有沉积方面的响应(图3).王亚东等[37]对阿尔金断裂山前红三旱一号剖面干柴沟组沉积岩进行了薄片鉴定和粒度分析，结果发现上干柴沟组碎屑物分选磨圆变差，成熟度低，不稳定副矿物含量较高，粒度频率曲线以双峰和多峰为主，表明当时物源区的构造环境不稳定.周晓龙等[17]对柴西北地区干柴沟剖面和七个泉剖面上干柴沟组的岩石样品分析也得到了相似结果.刘永江等[38]，刘欢等[39]对柴西地区上、下干柴沟组沉积物研究表明，两个时期砂岩的矿物成份明显不同.上干柴沟组较下干柴沟组，石英含量减少，岩屑和不稳定矿物含量增加，分选变差，成熟度降低，这均表明阿尔金断裂渐新世曾有过一期明显的构造抬升.

2.3 中新世

中新统上油砂山组底界(15.3 Ma左右)存在一个地域性角度不整合(图3)[7,18,36,38].即在盆地内部为连续沉积，而山前则表现为与下覆地层呈不整合接触.下油砂山组沉积晚期阿尔金地区在挤压应力背景下阿尔金山发生大范围的抬升剥蚀，主断裂两侧岩体在深部产生低幅度的侧向错位，地表则形成一系列的NW-NNW向雁列式褶皱带.此不整合面之下的地层向南掀斜并遭受剥蚀，且越靠近阿尔金断裂其剥蚀就越严重；上油砂山组时期山前地区发生沉降接受沉积，沉积范围扩大，阿尔金地区山体隆升范围缩小，出现地层由盆地向阿尔金断裂大面积的超覆、进积，这表明阿尔金断裂在中中新世发生了一期构造隆升.肖安成等[7]利用阿尔金山前的两条地震剖面也揭示出上、下油砂山组之间的角度不整合，认为在下油砂山组沉积末期存在一期与阿尔金断裂走滑活动有关的强烈活动.任收麦等[18]地层对比研究也揭示了该不整合界面，柴西下油砂山组地层中砂岩与含砾石砂岩互层，上油沙山组也出现砾石沉积.与之对应的塔东南地区中新统乌恰群厚层细砂岩夹有细砾岩和砾状砂岩.吴磊等[40]的研究表明，与阿尔金断裂走滑活动相关的地质响应大多发生在中中新世之后，这些均表明阿尔金断裂在中中新世发生大规模走滑活动.

中新世晚期狮子沟组(8.1 Ma左右)沉积时期，阿尔金地区也发生过一期强烈的构造隆升(图3).肖安成等[7]横穿柴达木盆地内北西向断裂的地震剖面揭示的生长地层表明断裂活动开始于狮子沟组沉积时，并且一直持续到2.5 Ma之后.潘家伟等[41]从阿尔金断裂向柴达木盆地内延伸的地震剖面也显示在狮子沟组沉积之前阿尔金断裂发生过强烈的构造隆升，造成由阿尔金断裂向柴达木盆地的强烈逆冲推覆.刘志宏等[42]对斜坡带背斜的生长地层研究认为，阿尔金断裂在始新世晚期-中中新世断裂活动强度相对较小，狮子沟组沉积时断裂活动明显加剧.陈正乐等[39]根据江尕勒萨依地区野外实测剖面计算得出的沉积速率也显示，自狮子沟组沉积开始沉积速率急剧增大，盆地处于快速沉积阶段.

2.4 更新世

阿尔金断裂更新世的构造隆升尤为强烈，七个泉组底界发育区域性的角度不整合[36]，七个泉组的岩性主要为砾岩，并发育了巨厚砾岩沉积(图3)，沉积速率0.039 mm/a[37]，说明源区构造活动强烈，且沉积物是近源快速堆积.周晓龙等[17]对阿尔金山前干柴沟剖面和七个泉剖面的研究显示，更新世七个泉组较下覆狮子沟组碎屑颗粒明显变粗，以中粒为主，碎屑物分选磨圆较差，不稳定矿物含量很高，形成一套冲积扇、扇三角洲相沉积，同样表明当时构造环境活跃，阿尔金地区构造隆升强烈.

3 结语

阿尔金断裂在中生代就有过活动，随后进入很长的休眠期.新生代印度板块与欧亚板块碰撞之后，青藏高原整体隆升，阿尔金断裂活化并发生多期次阶段性隆升，其两侧盆地均有响应，表现为岩性变粗(出现大套砾岩沉积)、沉积速率加快、地貌起伏变大、地层呈角度不整合接触以及同构造生长地层的发育.其新生代的活动是由深部向地表转变的，可划分为两个阶段：即早期深部发生基底韧性剪切，地表并没有发生明显的破裂，应力通过剪切带调节并在深部聚集积累，导致柴达木盆地西北缘基底发生倾斜，在阿尔金断裂和柴达木盆地之间形成了阿尔金斜坡，地表形成一系列近东西向隆起和断裂.盆地山前地区碎屑物分选磨圆变差，成熟度低，石英含量减少，不稳定副矿物含量增高，地层呈角度不整合接触，并出现大套砾岩沉积；印度板块持续挤压作用使得应力在此地区不断积累，高原北部控边断裂构造活动强烈.中新世时期阿尔金地区的构造应力场发生了转变，由先前水平挤压变为水平压扭作用，方向由近NS向转变为NEE向.阿尔金断裂由先前基底韧性剪切转变为了大规模地表走滑运动，主断裂在此时形成.走滑运动不仅引起了山体的隆升，而且错断了早期形成的构造，青藏高原北缘为吸收这一时期巨大的走滑位移而发生强烈的NE-SW向的地壳收缩变形.柴达木盆地内形成了一系列NW-NWW向的背斜带和断裂，构成了柴西北地区靠近阿尔金断裂隆凹相间的地形格局.

今后对阿尔金断裂的研究需要更加重视其基础地质的研究，结合多种先进的测试技术手段综合分析其隆升历史、走滑过程以及对两侧盆地沉积构造演化的影响，需从以下三个方面开展工作:

(1)前人对阿尔金地区的裂变径迹研究大多限于阿尔金主断裂两侧狭长的山脉、北东向阿尔金山以及北侧近东西向的金雁山，而阿尔金中段南侧的古隆起缺乏系统的裂变径迹测试来约束其年龄.

(2)用单一的磷灰石裂变径迹方法来研究阿尔金断裂的隆升史具有很大的局限性，需要加强研究区锆石裂变径迹和U-Th/He的测试，多种测年方法综合分析阿尔金断裂隆升史.

(3)加强断裂带内与走滑活动相关的变形构造研究，综合两侧沉积盆地沉积构造响应反映阿尔金断裂活动过程和特点.深入研究阿尔金断裂的活动对柴达木盆地油气运聚的影响，尤其是阿尔金斜坡带的演变对柴西油气运移成藏的影响.