伊犁盆地西北缘断裂构造特征

西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室 何旋

新疆地区在新生代时伴随着印度板块与欧亚大陆碰撞造成青藏高原形成并急速隆升，蕴含了大量构造学信息，因此新疆是研究和观察新生代以来构造活动的理想场所，但对于伊犁大型山间盆地是否存在类似构造变形研究较少。本文选择新疆伊犁霍城平原区为研究对象，并参与了《伊犁河谷第四系三维地质结构与含水层属性专题研究》的野外地质调查项目，工作内容是对研究区域地层、岩石、构造等地质条件进行野外地质调查和取样。以现有资料和野外地质观察、室内实验测试结果为基础，运用多学科相结合的原理开展构造解析、岩石年代学研究等工作。

总结前人的研究成果，新疆伊犁盆地的活动断裂主要有巩留南、喀什河、雅马特等[1]尹光华等[2]把沿喀什河畔的近EW向延伸的喀什河断裂、博罗霍洛山南麓的寨口阔拉断裂和萨尔布拉克断裂总称为喀什河断裂。喀什河断裂西段沿伊犁盆地北缘向西延伸出国界，进入前苏联境内。该断裂带向东经伊宁北，沿喀什河北岸到那拉提与NW、SE向构造带交会。断裂带在中国境内总长约315km，总体走向为106°，北倾，倾角为60°-70°[2-3]。红山嘴断裂带[4]两侧新近系与盆地第四系分界明显，地形地貌差异突出，地貌上明确分隔了北部科古琴山的山麓地带和山前冲积平原，从卫星图片看，该断层具有较明显的线性影像特征，遥感影像清晰。向西进入哈萨克斯坦，往东地貌差异较小，遥感影像比较模糊。在中国境内的出露部分，西从中哈边境的红山嘴到东部的伊车嘎善乡，长逾20km，断裂南侧地形较平坦[4]。天山两侧盆地新生代以来主要的构造活动和隆升期发生在上新世以来[5-7]，构造活动峰期在早更新世末[8]。进一步对该区域的地质构造进行深入研究，着重集中在萨尔布拉克断裂、红山嘴断裂、霍城断裂、三道河断裂的样式，对野外样品采取光释光测年、磨片镜下观察、ESR等实验处理，综合得出形成时间、形成过程及其影响。

本研究致力于揭示天山造山带在新生代的内部构造和形成演化，着重研究红山嘴断裂的构造样式，对于新疆伊犁霍城区规划防震有着积极意义。

一、区域背景

伊犁盆地地处中亚内陆腹地—我国新疆天山山脉西段，区内分布着许多高山峻岭，地形地貌较复杂，又有广阔的山间平原盆地和河谷地，地貌单元总体呈“三山夹两谷地一盆地”的格局，呈三角形，东部顶点为特克斯河与巩乃斯河交汇处，西部底边朝向中哈边界，东高西低，地势由东向西倾斜，东西长170千米。

在伊犁河谷平原西部，北侧为别珍套山与科古（尔）琴山以及山前丘陵，南侧为哈尔克山。平原区南部和北部为山前冲洪积倾斜平原，中部为伊犁河冲积平原，地势上南北两侧高、中央低，东部高、西部低。平原西端开口处宽约90公里，沿伊犁河和巩乃斯河向SEE延伸并最终合拢。

伊犁盆地是在伊犁—中天山微板块的基底地块基础上发展起来的一个造山带中稳定地块上的裂陷拗陷复合型盆地[9]。张国伟等[9]将伊犁盆地划分为以下次级山盆构造单元：伊宁—巩乃斯断拗陷叠合盆地、尼勒克断陷盆地、昭苏断陷盆地、恰普恰勒(察布查尔)扇形挤压推覆山地、阿吾勒拉隆起断块，简称“二山三盆”。

二、新生代地层

该地区下第三系主要岩性为土黄色、灰色砂岩、砂质砾岩夹砂质泥岩，主要出露在该区的木桧阳小队周围、妖魔山、解放村周围以及克西克博乐萨依附近，出露面积大，与下伏地层的接触关系为角度不整合接触。中新统的主要岩性为砖红色砂质泥岩、泥岩、砂岩、砂砾岩，主要出露在新路公社托特大队伊克其小队周围，出露面积较大，与下伏地层的接触关系为角度不整合接触。上新统的主要岩性为橘黄色或土黄色泥岩夹砾岩、砂砾岩，主要出露在科古琴山东南部及胜利公社八大队周围，出露面积较小，与下伏地层的接触关系为角度不整合接触。第四系分布广泛，主要为洪积与冲积物，为砾石、碎石、砂泥堆积物，未胶结成岩，其次为风积物和风成黄土、沼泽堆积、湖相堆积，见有少量冰碛堆积，分布在喀斯喀布拉克他乌山周围、切特萨尔布拉克周围及起巴尔塔勒喂然北部，为漂砾、砾石、砂堆积。

昌吉河群(（E3-N）ch)分为上下两个亚群，整体显现为红色。下亚群的主要岩性为泥岩、砂质泥岩、砂岩、砂砾岩夹砾岩。上亚群的主要岩性为砂质泥岩、含炭质粉砂岩、砂岩夹砾岩。主要出露在区内北部的木桧阳小队周遭、妖魔山、解放军村周围，出露面积大，其与下伏地层的接触关系为整合接触，个别地方因断裂造成不整合面。西域组（Qp1x）的主要岩性为棕青色砾岩，胶结好，砾石层夹灰黄色粉砂泥层，因剥蚀和人为因素而出露，其主要出露在科古琴山的东部及汤姆索布拉克北部地区，出露面积小，与下伏地层的接触关系为角度不整合接触。乌苏群（Qp2ws）主要为砾石、粗砂、亚砂土，主要出露在阿尔玛依附近并向东延伸到沙尔布格顺西部地区，出露面积较大。

三、逆冲褶皱带构造样式

伊犁盆地正处于强烈的地震活动带［5;7;10-14］，属于地壳不稳定区[15]，据1955年至1988年一、二等精密水准测量显示，伊宁一带沉降速率为-2mm/a[7]，说明现在伊犁盆地仍处于活动之中。研究区所在的伊犁盆地地质构造比较复杂，构造形成始于震旦纪之前的吕梁期，经古生代的加里东期，尤其是海西期表现更趋强烈，基本形成了区内构造的骨架，后期又经历了中生代的燕山运动和新生代的喜马拉雅运动，形成了目前的构造形态[16]。

新生代以来，由于印度板块向欧亚板块自南而北的挤压影响，青藏高原也在不断隆升，而青藏高原隆升对中国西部环境变迁起着决定性影响[17]。新疆第四纪构造应力场和现今应力场是一致的，为一近南北向水平压应力[18]。这一南北向应力作用逐渐形成了现今复杂的伊犁盆地格局，而盆地西部平原区的北缘主要是自北向南逆冲，南缘主要是自南向北逆冲，整体呈现对冲式的冲断构造系统，中间也夹杂着其他性质的次级断裂，同时在挤压的作用下，南、北缘褶皱也较为发育，其中北缘表现为隔槽式褶皱。

该研究区北部为伊犁盆地的控盆断裂，控盆断裂主要有六条，由北向南分别为盆地北界断裂、萨尔布拉克断裂、芦草沟断裂、红山嘴断裂、可克达拉断裂、霍城断裂。研究区可见西西北或东西走向的萨尔布拉克断裂、红山嘴断裂，中间为霍尔果斯—大西沟背斜。萨尔布拉克断裂北为中石炭统火山岩系，南主要为二叠系火山沉积岩系和新生界，红山嘴断裂北侧主要为新近系，南侧为上更新统黄土和全新统沉积物。

本文主要观察了萨尔布拉克断裂和红山嘴断裂，重点是红山嘴断裂及其构造特征。

萨尔布拉克断裂位于研究区的北部，其延伸很远，基本横跨整个研究区北部，东部经萨尔布拉克乡牧业一队、芦草沟乡牧场剪毛场，过大小西沟、切得克苏河、霍尔果斯河向西延伸到哈萨克斯坦。在萨尔布拉克乡牧业一队东南500米（N44°17′24.45″，E81°6′22.4028″，H1214.6m）可见新疆群的砾石层角度不整合于乌苏群的砾石夹粗砂地层之上。下部的乌苏群地层的产状为240°∠19°。表明中更新世至晚更新世早期该断裂活动过，该角度不整合受萨尔布拉克断裂的影响，为其活动的表现。不整合面上方采光释光样（样品编号：OSL-YLa-46），用于不整合面的年代上限测量，实测年龄为 70.06±11.12ka。

红山嘴断裂位于伊犁盆地北缘，行政区划属于新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州霍城县断裂带两侧，新近系与盆地第四系分界明显，地形地貌差异突出，地貌上明确分隔了北部科古琴山的山麓地带和山前冲积平原。该断裂为另一支控盆断裂，走向近东西，由西经六十一团场水工连，过格干沟牧场，延伸到伊车嘎善锡伯族乡。其为前陆逆冲褶皱带的前锋断裂，该断裂空间上呈NWW向展布，断层面倾向330°～340°，倾角为50°～60°，向西延伸进入哈萨克斯坦，向东可能与喀什河断裂相连。地表主要表现高角度逆冲断层，上盘主要为新近系红层，下盘为全新统砂土卵砾石层和上更新统黄土堆积。在开干村北500米处（N44°17′36.7152″，E80° 30′10.944″，H974.9m）可见红山嘴断裂褶皱的断裂。该处的上层为砾石、砂的松散堆积物（Qp3xn），下层则为页岩、细砂岩、粉砂岩、夹泥岩的互层(（E3-N）ch)，且在该剖面上可见次级正断裂。主断裂切穿了下层地层，被上层地层覆盖，由擦痕判断为逆冲断裂，由南向北冲，其断层面的产状为180°∠58°。在该剖面南部不远处可见两个向东倾的小型正断层，其产状分别为83°∠60°、96°∠60°，为红山嘴断裂的次级断裂，表明红山嘴断裂活动在第三纪之后即昌吉河群形成之后。在开干沟北部存在一不整合面，新疆群不整合覆盖在西域组地层之上。下部西域组地层的产状为347°∠28°，下部地层的砂岩中取细砂样（样品编号：KGG01-B1）ESR年龄测试结果为913±100ka。

四、区域构造发展期次

新疆伊犁霍城平原区为逆冲褶皱带，大体为由N向S的逆冲推覆构造，其中不乏叠瓦状断裂、正断裂以及反向逆冲断裂。根据资料文献、野外观察以及室内试验，可以将该地区的构造活动分为3期，时间分别为早更新世、中更新世、晚更新世—全新世。

早更新世时，该区内受到南北向挤压，伊犁盆地西北缘形成红山嘴断裂与霍城断裂，形成两条重要的控盆断裂；中更新世时，区内持续受到南北向挤压，挤压力传播蔓延进入盆地，使第四纪地层变形，形成隔挡式薄皮褶皱；晚更新世时，区内仍受南北向挤压，在西北边缘沙漠的北缘形成可克达拉断裂。研究区内构造随着时间步步向南发展，地势由北向南慢慢变缓。

五、结论

（1）新疆伊犁盆地位于天山造山带中，隶属塔里木板块，新生代以来受到西伯利亚板块、华北板块与扬子板块挤压。

（2）新生界地层卷入推覆构造中，新疆伊犁盆地西北缘形成一系列逆冲断层，由北向南依次为萨尔布拉克断裂、芦草沟断裂、红山嘴断裂、可克达拉断裂、霍城断裂，主要包含在三期构造活动中，具有层层向南推进的特征，因地层收缩量大，表现为逆冲叠瓦式组合，夹有一些反向逆冲断裂及正断裂，其中发育逆冲推覆褶皱其基地未被卷入，为薄皮构造。在野外断裂构造处可以看到具体表现为错动地层、“δ”构造、牵引构造、破碎带、镜面、擦痕，借此来判断断裂的性质。

（3）萨尔布拉克断裂空间上呈NWW向展布，由北向南逆冲，其延伸最长，为科古琴山的山前断裂。

（4）红山嘴断裂空间上呈NWW向展布，断层面倾向330°～340°，倾角为50°～60°，该断裂两侧地层年代差异较大，南侧为第四纪地层，北侧为新近纪地层，结合卫星图、地质图可知红山嘴断裂产生于早更新世早期，结合钻孔与野外观察，红山嘴断裂切穿了早更新世、中更新世、晚更新世的地层，可知其属于活动断裂。

（5）伊犁盆地东北部的控盆断裂为霍城断裂，该断裂空间上呈NW向，展布、地表表现为逆冲断层，由东北及北方向南逆冲。再结合野外样品的室内处理及野外地层穿切关系，可知霍城断裂其次级断裂存在同沉积断裂，可判断出霍城断裂形成于第三纪时。

（6）霍尔果斯-大西沟褶皱为隔槽式褶皱。在研究区西北部，褶皱带为前陆冲断褶皱带，自北向南呈隔槽式。在造山带区由一个窄的向斜和一个大型箱式背斜组成。褶皱空间上呈NS向分布，北起萨尔布拉克断裂，南止红山嘴断裂，主要由昌吉河群红层和新疆组砾石层地层组成。

（7）综合各种野外现象、实验数据，得出研究区在第四纪以来发生过三次大的构造变形，整体为褶皱冲断带。