试论汾渭“S”型旋转拉分构造体系及其影响

李述靖，吕古贤

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2中国地质科学院地质力学研究所，北京 100081)

0 引 言

汾渭地堑系位于我国中部偏东地区，在阴山与秦岭之间，西接鄂尔多斯高原，东有太行山脉，是我国中原腹地(1)吕古贤,刘向冲.1∶400万《中国构造体系图》简要说明书.北京:中国地质科学院地质力学研究所,2018:1-45.。20世纪以来，有关它的地质构造研究成果颇丰，地质学界的共识是：它是一个现代地堑系[1-8]。构造体系研究是地质力学研究的核心基础工作，也是认识复杂地质构造现象，追索构造现象形成发展过程的起始依据[9]。随着地质调查工作程度的逐渐提高，构造体系的研究工作也要不断深入进行。因此我们认为：从构造体系研究观点出发，汾渭地堑系是一个新生代形成的S型旋转拉分构造体系。这是一种新的构造型式，主要由古老结晶地块中的新生代断陷盆地组成，是导致大陆裂解的一种构造方式，它的形成对我国东部地区现今构造格局和地质构造发展有重要影响。

1 基本组成、结构型式、构造特征及其反映的运动方式

汾渭地堑系呈“S”形展布于华北地块中部，亦称山西地堑系，主要包括怀来—延庆至汾渭地堑的诸盆地。本文论述的“S”型旋转拉分构造体系范围略有扩展，北边增加了集宁—凉城盆地，南边囊括了陇东天水、礼县4盆地。自北向南，由集宁—凉城、怀来—延庆、大同—阳原(含朔州—浑源)、广灵—蔚县、忻州—定襄(含繁峙—代县)、太原、汾阳—晋中(榆次)、汾河—渭河(含临汾、运城、三门峡等次级斜列盆地)以及天水、礼县、西和、成县等10余个NE向斜列的断陷盆地共同组成[10](图1)。集宁—凉城盆地以新近纪—第四纪玄武岩广布为特征，面积逾8 000 km2，南缘的凉城岱海—黄旗海第四纪断陷盆地受NEE向活动断裂控制，狭长分布，现今地震活跃。大同断陷盆地有著名的现代火山群发育。诸盆地斜列分布的特征十分明显，山盆相间，盆缘正断层发育，以秦岭山前断裂最为典型，华山老车站有大型断面被揭露，断面上垂向擦线发育，断陷盆地边缘断裂反映的裂隙追踪现象屡屡可见。“S”型构造带西南端，天水、成县等4个断陷盆地，规模较小，呈发散状态。在深部构造上，表现为莫氏面的凸起，地壳厚度相对减薄，鄂尔多斯地块地壳厚度平均在40 km以上，汾渭地堑系的地壳厚度平均约36 km[11]。

图1 汾渭“S”型旋转拉分构造体系及其周边构造略图Fig.1 Schematic map of the Fen-Wei reversed S-type rotation pull-apart tectonic system and surrounding regions

新近纪以来汾渭地堑系的活动，使断陷盆地持续沉降，形成沃野千里，为人类繁衍生息提供了条件。构造带内差异性升降运动显著，盆地东南边缘有北岳恒山、五台山、霍山、西岳华山、首阳山、太白山等著名高峰出现。3 000 a以来强震频发，公元前780年西南端岐山大震，“三川竭，岐山崩”(那里是汾渭地堑的西端)；1303年和1695年洪洞8级地震近乎原地叠发(那里是旋转拉分的中心地带)；1556年华县大震，“死伤83万有奇”(那里靠近汾渭盆地沉降的最低点——运城)，西南端天水、礼县一带，也屡有强震发生。1679年“S”型构造体系东北端东侧三河平谷大震(8级)，京城西北角“城垣坍塌”；1879年西南端南侧武都亦有8级强震发生。早在1950年代，中国地震工作者就根据史书和方志记载，认识到了中国东部这个重要的地震带，并总结出它的活动特点，存在地震相对活跃期和平静期，地震活动具有一定的周期性(中科院地球物理所)。构造带还是地热异常带。

构造带中规模最大的断陷盆地是NE走向的汾河—渭河弧形盆地，延展长度逾500 km，最宽处近百公里。地层证据表明，盆地自始新世时期已经开始发展，汾渭盆地新生代沉积厚度达5 km以上。这些断陷盆地，从北到南贯穿了整个华北地块，反映华北地块于古近纪晚期以来发生了顺时针向旋转扭动和拉分破裂，认为是在华北地块北北东向山西复背斜核部二次纵张基础上形成的。它们所反映的区域地壳运动方式，从中生代的左行挤压扭动变成了右旋拉分。导致该体系形成的直接原因可能是印度地块对欧亚大陆的强力楔入。这是中国大陆新生代时期发生的一次重大构造事件，波及范围广，意义重大，影响深远。最近有研究将这些新生代盆地的活动细分为3个阶段，对地块的具体运动、位移方式也有许多细致的描述，如认为：商丹断裂带南盘秦岭岩块有向东南被挤出的运动，都是有益的研究进展[12]。

2 对中国东部构造格局的影响

汾渭地堑系的形成导致华北古老地块发生裂解，使华北地块发生了顺时针旋转，造就了郯庐断裂的大规模左行平移[13]。郯庐断裂带的舒缓弧形，完美地反映了旋转地块的运动轨迹。这个旋转南压的运动，以四川地块北端米仓山、汉中地块为支点，在鄂尔多斯地块东缘，大体以汾阳—晋中盆地为旋转中心，发生大规模顺时针旋转拉分运动，使华北地块北侧出现集宁—渤海中部的NWW向张扭性断裂构造带[14]。旋转运动的前方发生挤压，见有太行山南端、中条山、崤山、熊耳山等向东南凸出的弧形构造，形成了秦岭地区广泛的推覆构造和大巴山反“S”型旋卷构造[15]，并强烈改造了伏牛—大别构造带的走向和构造形态。被改造滑移的伏牛—大别山地块向南强烈的挤压和冲击，形成淮阳弧，导致了江南地块北缘的大规模开裂，形成了江汉(古云梦泽)和鄱阳湖断陷盆地，使江南古陆复背斜中段发生了复杂的构造变形，造成了幕阜山东端瑞昌弧的出现和九岭山向南逆掩推覆等一系列剧烈变形的发生，推覆岩块前缘直达万载—万年一线以南，宜春—萍乡上古生界—中生界褶皱带的南缘还有向南逆冲的现象存在。汾渭地堑东南侧狭窄的中条山、崤山、熊耳山等弧形山体层叠出现和秦岭、大巴山大规模推覆构造的发生，是地壳表层受到挤压推动的变形表现。大规模旋转挤压的影响在地壳深部也有体现，伏牛山—大巴山有肾状岩瘤聚集，地壳厚度增加到38～40 km，莫氏面有下拗表现。岩壳表层，以商丹断裂为界，分别向NE和SW方向推覆，中部鄂西北有两郧(郧西、郧县)、武当变质岩块出露，是滑脱构造产物。东南方出现有NEE—NNW向“L”形南阳断陷盆地，莫氏面上升至34 km，地壳拉伸减薄，分隔了秦岭与大别山地块。丹凤断裂带与桐柏山(西南侧)—浠水断裂带连通一气，形成与集宁—渤海断裂构造带大体平行的另一条NW—NWW向张扭性断裂带，总体显示右行平移错动，经过鄱阳湖，在江西横峰截断怀玉山和鹰潭白垩系盆地。在中部支点部位，秦岭太白山与汉中—大巴山旋转地块之间，还发育有佛坪岩块及反“S”形断裂，它叠置于四川地块与太白山、首阳山变质地块之间，佛坪反“S”形断裂面陡立，岩石挫碎现象明显，近水平擦线发育。佛坪岩块犹如一颗“滚珠”与华北地块的破裂、失稳相配合，为汾渭地堑系发生旋转拉分提供了相容条件。伏牛山—大巴山肾状岩瘤的出现和表层滑脱构造的发育，迫使伏牛山—大别山构造带被改造为反“S”形构造型式。

3 对中国东部构造发展的影响

集宁—渤海和商丹—鄱阳湖两条NW—NWW向断裂带的连通，构成贯穿新华夏系陆缘(长白山—武夷山)与陆内(兴安岭—太行山—雪峰山)隆起带的高级横向伴生断裂构造带，奠定了新华夏系发展的分段性特征，深刻地影响了中国东部新生代构造的发展情况[14](图1，图2)。

图2 形成汾渭“S”型旋转拉分构造体系的地壳运动方式示意图Fig.2 Schematic diagram for formation of the Fen-Wei reversed “S”-type rotation pull-apart tectonic system and crustal movement

这种旋转拉分运动，使处于新华夏系中段的华北地区启动了大规模伸展运动[16-18]，直接促使黄海、东海持续向东南方向伸展和发生右行扭动，直达琉球岛弧，可能还远及马里亚纳海沟。这种运动和郯庐断裂带的剧烈左行走滑运动，也导致鲁西地块发生了转动，在变质岩块中形成一系列弧形裂陷盆地，在外围有鲁西北惠民帚状盆地群的形成与发展。鲁西—徐州—蚌阜—大别山隆起地带扮演了伸展地块前缘隆起构造带的角色，张八岭推覆体的出现是华北地块向东南方向推挤的标志性表现。皖江断陷与南黄海NE向斜列盆地相连，金衢断陷与杭州湾现代断陷相连呈明显的喇叭口形状，都反映了那里地盘的右行扭动和顺时针转动。东海盆地与黄海盆地以舟山群岛东侧至济州岛的NNE向断裂带为界，由西部凹陷带、中部隆起带和东海海槽三部分组成，西部凹陷带内部由一系列次级NE向断陷斜列组成，也反映了右行扭动的存在[19-21]。东海海槽北宽南窄，琉球群岛西南端出现向南凸出、弧形分布的先岛群岛，都表明东海地块显著的南压态势。华北—东海地块西侧太行山一带地壳厚度在36 km以上，太行山山前有2 km左右的莫氏面陡坎，华北盆地地壳平均厚度在32～34 km之间，渤海减薄至28 km左右，黄海也在30 km以下，东海进一步减薄至24～26 km，东海海槽仅20 km左右[11]。地面海拔从太行山的2 km左右，递降到岛弧东侧琉球海沟的-6 000 m以下，下地壳(洋壳)出露，为伸展构造的大规模发育提供了条件，也是中上地壳向东南方向蠕散的具体表现。本段构造发展以伸展构造为主导，总体都具有顺时针旋转倾向。

集宁—渤海断裂构造带以北，属我国新华夏系北段，可总体概称为东北地块。东北地块松辽盆地以东发育有依兰—伊通、抚顺—敦化、鸭绿江—牡丹江等大规模弧形断裂带，均呈双断裂形式，沿断裂带形成条带状分布的新生代断陷，并广泛控制着新近纪以来的玄武岩喷发(包括白头山的现代火山喷发)，呈现拉张-伸展特性，断裂两盘无一例外的存在左行扭动平移。地块南缘，自燕山以东，依次出现下辽河断陷、辽东半岛、北黄海断陷、朝鲜半岛，它们呈放射状分布，南部拉开幅度较大。这一切都说明东北地块是一个发生了逆时针旋转运动的地块。这种运动方式的形成，与北方阿尔冈古老地块向南的推挤运动和陆缘地块向东南的离散运动有关，与上述华北地块的构造发展显然有别。

丹凤—鄱阳湖断裂带以南，属我国新华夏系南段，由四川地块和江南地块组成。四川地块是挤压型盆地，东部发育有川东华蓥山NNE向褶皱带。江南地块是挤压性旋转地块，前缘边界是齐跃山弧形逆冲断裂带，齐跃山至武陵山之间发育有川黔湘鄂褶皱带，与川东褶皱带一起是我国最典型的侏罗山式褶皱群[22]。中部有以江南古陆新元古代变质岩系组成核部的黄山—九岭—雪峰山巨型复背斜，已遭到强烈的变形改造，断成数节，新生代以来湘赣中部是相对沉降和地壳减薄地带。武夷山是新华夏系陆缘隆起带重要组成部分。江南地块总体表现为挤压性地块，其构造发展情况与华北地块迥异。江南地块大部分地区地壳厚度在34 km左右，西侧齐跃山—八面山、武陵—雪峰山等弧形隆起褶带的地壳厚度在45 km以上，武夷山区地壳厚度也在34 km以上[23]。这也是顺时针旋转拉分-伸展的华北地块与逆时针旋转挤压-收缩的江南地块的重要区别之所在。

4 对汾渭“S”型旋转拉分构造型式成因的探讨

李四光先生较早注意到汾渭地堑系构造地震带与西北地区祁连山—六盘山北缘构造地震带的活动有某种联系，从而提出了祁吕贺兰山字型构造的设想。根据几十年来区域地质调查和构造研究的积累，已经可以大致看出这个旋转拉分构造体系的形成发展过程(图2)。

古生代末期以来，中国大陆发生纬向汇聚，天山—阴山、昆仑—秦岭纬向构造带与其间的塔里木—华北纬向地块带相间分布的构造局面逐渐形成。在南北向挤压作用下，塔里木—华北地块带中出现NE-SW向和NW-SE向共轭剪切破裂，其中，阿尔金剪切断裂带开始出现显著的左行平移[24]，在长达1.5亿年的中生代时期，相对刚性的古老地块，受到南北两侧相对塑性较强的变形褶带的持续挤压作用。有如地层能干岩层与非能干岩层在变形过程中的演变一样，阿尔金断裂带左行平移运动，诱导昆仑—祁连—秦岭纬向带相对塑性的岩层向塔里木和华北地块之间地带逆冲推覆、深入施压。北侧，塔里木地块东北缘的天山古生代褶带，也会沿着与阿尔金断裂带共轭的艾比湖—婆罗科努山NWW向右行断裂带[25]和近东西向的觉罗塔格(秋格明塔什)—牙曼苏右行韧性剪切带[26](形成于古生代末期以来)向东南运动，形成向东天山及河西走廊西段集中施压的态势。在这种情况下，能干的塔里木—华北地块带，必然有东西向拉伸甚至断开的趋势。就在这时，突然发生印度地块向北快速撞击楔入欧亚大陆的构造事件，促使青藏地块前缘的祁连山弧形构造带率先剧烈向北北东方向逆掩推覆，在其前方出现了NNE向的弱水—巴丹吉林断陷。塔里木与华北地块之间地段，在东西向拉伸(松弛蠕变？)和阿尔金NEE向(左行)与河西系NNW向(右行)新生代共轭剪切破裂面近东西向(NWW—SEE)伸展位移的共同作用下，形成了河西走廊西端玉门—嘉峪关一带的近东西向“拉伸颈缩”地段[27]。华北和塔里木地块加速向东西方向运动、逃逸。华北地块从颈缩地段向南东东方向发生挤出运动，推动了贺兰山的崛起。从协调条件分析，NNE向银川断陷开裂，鄂尔多斯地块南移，河套盆地形成，应与六盘山推覆相对应。继而加剧了东侧山西复背斜的隆起幅度，在其纵张追踪破裂的基础上促进了汾渭“S”形旋转拉分盆地群的诞生。摩天岭推覆构造将勉略宁三角形变质岩地块楔入秦岭构造带[28]是导致汾渭旋转拉分形成的直接原因。相对稳定的四川菱形地块担当了旋转支点的角色，秦岭纬向带中的佛坪旋转地块，起到了滚珠一样的作用，使古老的华北结晶地块失稳、破裂，发生了旋转拉分，造成了前述的一系列构造现象的发生。从构造序次上讲，南北向挤压形成的东西向拉伸是初次构造，贺兰山崛起、山西复背斜隆起幅度加强和背斜核部的追踪拉张裂隙的形成和发展，依次是第二、第三次构造，摩天岭向东推覆是松潘顺时针旋转地块派生的[29]，汾渭旋转拉分至少也是第三次以上的构造现象了，形成的序次虽低，但规模不小，影响深远，是这个构造体系的特点。汾渭地堑系中有蓝田人、丁村人等古人类化石出土，有匼河旧石器时代遗址、仰韶文化遗址、西安半坡遗址等许多重要发现，是华夏民族早期生活的主要场所之一，和东非裂谷盆地、欧洲莱茵地堑一样是人类发展的摇篮之一，这些新生代断陷的形成，在人类发展进程中具有重大而深远的意义。

5 结 语

无独有偶，在亚洲大陆中部安哥拉—蒙古古老变质地块中，还发育有另一个新生代断陷带[29]。这个断陷带自东向西由：罗曼诺夫卡NE向矩形断陷盆地、莫格依托NE向断陷谷地、贝加尔湖NE向弧形深断陷盆地、图拉近东西向断陷谷地、库苏古尔湖等多个近南北向断陷盆地、以及蒙古高原西部NNW向斜列分布的乌布苏湖、吉尔吉斯湖、艾拉格湖、哈尔乌苏湖、哈尔图勒湖和NWW向的牛角形查干湖盆地等共16个断陷盆地共同组成。它们总体呈反“S”形展布，可称之为贝加尔反“S”型旋转拉分构造体系(图3)。

图3 贝加尔反“S”型旋转拉分构造体系略图Fig.3 Schematic map of the Baikal reversed S-type rotation pull-apart tectonic system

该体系北段，由3个NE向断陷盆地组成，以贝加尔湖弧形深断陷为主体，NE向延长达700 km，最宽处约100 km，最大水深达1 620 m，反映地块向西北方向的强烈引张，最东端的矩形盆地还是新近纪火山盆地。中段由4个长条状断陷谷地组成，最东边的图拉谷地走向近东西，发育有泥火山等丰富多彩的新构造迹象，其它3个走向NNE，呈近东西向排列，反映地块中部的左行扭动。南段是蒙古西部北西向弧形分布的湖群，由9个断陷盆地组成，它们是发育在蒙古高原上的断陷带，形成了一片内流区，隔开了北冰洋和太平洋水系。弧形断陷带主要由平行斜列的NW向断陷盆地组成，既反映了NEE—SWW向拉张，又反映了地块的左行扭动。总体上，贝加尔反“S”型旋转拉分盆地群，反映蒙古高原地块在新生代时期发生了大规模的逆时针向旋转，中段和东侧还有唐努乌拉山、杭爱山、乔巴山等旋卷构造伴生。这些断陷盆地，普遍发生在前寒武系变质岩系和不同时期花岗岩组成的结晶岩石之中，其规模之大，值得重视，肇始之源，尚需探讨，影响之巨，有待研究。有研究认为，它们是印度板块楔入欧亚大陆的远程效应[30]，对认识西伯利亚地区和乌拉尔山系构造问题可能有重要影响。

这两个事例说明，旋转拉分是一种由断陷盆地组成的扭动构造型式，汾渭是“S”型顺时针旋转拉分的构造体系，贝加尔是反“S”型逆时针旋转拉分的构造体系，“S”型或反“S”型旋转拉分构造型式是使古老地块发生裂解的一种重要方式。在区域性构造研究中，厘定由引张性构造组分构成的大规模扭动构造型式，还是一个新问题，尚不成熟，有待深入讨论研究，希望能对构造体系理论研究和认识资源环境与地震问题有所帮助。

致谢：本文是在地质力学所吕古贤研究员主持的构造体系编图项目基础上，进一步研究的部分研究成果。本文附图是根据任纪舜等主编的《国际亚洲地质图(1/500万)》简化修编的。感谢牛宝贵研究员提供了电子版底图，还要感谢地质力学所郑达兴研究员、中国地质大学(北京)张维杰副教授、自然资源部航空遥感中心刘刚高级工程师，在构造研究中的长期协作与配合。