塔里木盆地西北緣晚新生代印干斷層的運動學(xué)特征及其區(qū)域構(gòu)造意義

張子亞，劉冬冬，朱貝，郭召杰

(北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京100871)

0 引言

位于塔里木盆地西北緣的柯坪斷隆，構(gòu)造現(xiàn)象十分豐富。在南天山與塔里木盆地的過渡地帶——柯坪塔格地區(qū)，發(fā)育了一系列與盆山邊界近平行的NE走向的山系，其形成、演化、構(gòu)造變形以及形成機制等一直是不同學(xué)者關(guān)注的問題。前人對于它們的構(gòu)造性質(zhì)和演化進行了深入的研究，目前的主流觀點認(rèn)為柯坪地區(qū)晚新生代發(fā)育自天山向盆地逆掩推覆的柯坪沖斷帶。作為南天山南緣沖斷體系的一部分，柯坪沖斷帶的形成和演化與東部的庫車沖斷帶、西部的喀什北緣沖斷帶具有明顯的空間對比性(Yin et al.，1998;陳杰等，2001a，2001b;田作基等，2002;林暢松和劉景彥，2002)。也有一些學(xué)者曾提出柯坪地區(qū)新生代發(fā)育大規(guī)模的走滑構(gòu)造(蔡東升等，1996;盧華復(fù)等，1998;Jia et al.，1998)。國內(nèi)外多位學(xué)者先后通過遙感圖像分析、震源機制研究和野外觀察，根據(jù)平衡剖面原理和磁性地層年代學(xué)的限制，對柯坪沖斷構(gòu)造帶進行了幾何學(xué)定量恢復(fù)和變形速率的估算(Yin et al.，1998;Allen and Stephen，1999;Fu et al.，2003;楊曉平等，2006;王國林等，2009)。

現(xiàn)今多數(shù)學(xué)者對于柯坪斷隆的工作仍主要集中于柯坪沖斷帶與天山的關(guān)系，然而在柯坪沖斷系的東北段柯坪－阿克蘇之間，除了同樣發(fā)育 NE走向的沖斷構(gòu)造外，沿印干山還發(fā)育一條NWW走向的斷裂，它的構(gòu)造特征及其與柯坪沖斷構(gòu)造帶的關(guān)系，前人少有提及。何文淵等(2002)指出印干斷層具有壓扭性和分段性的特點;王國林等(2009)認(rèn)為印干斷裂與喀拉玉爾袞斷裂(鄔光輝和鄭多明，2004;李曰俊等，2008)相似，是一條北西走向的剪切變換帶;楊庚等(2012)提出印干斷裂是一條左行走滑性質(zhì)的斷層。至于和柯坪沖斷帶的關(guān)系，肖安成等(2005)將其劃分為疊加改造型，早期南北向斷裂對于晚期構(gòu)造的發(fā)育起著制約作用。本文主要依據(jù)遙感圖像解譯和野外觀察資料，確定印干斷層的性質(zhì)，分析其形成機制，并提出了該地區(qū)晚新生代構(gòu)造演化的新認(rèn)識。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

印干斷裂位于柯坪塔格地區(qū)的東北端，與柯坪NE走向的沖斷構(gòu)造呈近正交的關(guān)系，可以在圖1中清晰地顯示。

柯坪沖斷帶是南天山褶皺沖斷系中一個十分醒目的次級構(gòu)造單元，位于塔里木盆地西北緣的柯坪斷隆上，北以阿合奇斷裂與南天山造山帶為界，南以柯坪塔格斷裂與塔里木盆地內(nèi)掩伏的北西西向巴楚隆起分界，西界位于八盤水磨一帶，與阿圖什－八盤水磨逆沖構(gòu)造帶相接，東界位于阿克蘇附近的印干斷裂，向東經(jīng)溫宿凸起逐漸過渡到庫車逆沖構(gòu)造帶(賈承造等，1997;Yin et al.，1998;曲國勝等，2003)。

圖1 塔里木盆地西北緣DEM高程圖、構(gòu)造解譯簡圖(白色線條表示南天山前陸沖斷層;紅色線條表示帕米爾構(gòu)造結(jié)前陸沖斷層)和研究區(qū)印干斷裂位置(a);柯坪塔格北段印干山遙感影像(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)

柯坪沖斷帶長達250 km，在地貌上形成了多列向南突出的弧形分布的單面山，被一系列疊瓦狀的逆沖斷層控制，方向大致是NE-SW到E-W(Turner et al.，2011)，一般在兩個逆沖巖席之間發(fā)育著寬緩的(10～15 km)背馱式盆地，并有厚度不大的第四系充填，有的巖席之上發(fā)育有新近系阿圖什組砂礫巖，它們與二疊系或更老巖層呈角度不整合。構(gòu)造樣式特征是以中寒武統(tǒng)的膏泥鹽層為主滑脫面，下寒武統(tǒng)－前寒武系基底巖系基本未卷入沖斷變形的薄皮構(gòu)造，總體呈疊瓦狀逆沖，具有暴露式?jīng)_斷前鋒，發(fā)育斷層傳播褶皺以及前展式的沖斷(Yin et al.，1998;楊海軍等，2010)?？缕簺_斷帶被幾條近于正交的、NW走向的斷裂限制分隔，其中印干斷裂就是很重要的一條。

2 印干斷層特征

印干山地區(qū)的遙感影像可以清晰地顯示(圖1b)，在塔里木西北緣柯坪－阿克蘇之間，大致沿阿合奇－印干村一線發(fā)育一條與柯坪山系走向明顯不同的山脈，其走向 NWW，長約60～70 km。印干斷裂沿印干村至印干山北緣呈弧形分布，為了查明印干斷裂的特征，野外在印干村附近對印干斷裂帶的不同地段進行了細致的考察(考察點位見圖2)。

在圖2的考察點No.1處，可以看到寒武系－奧陶系丘里塔格群掩覆于下二疊統(tǒng)比尤列提群之上，寒武系－奧陶系丘里塔格群((?3-O1)QL)主要是以灰色、深灰色的泥晶灰?guī)r及白云巖為主，夾硅質(zhì)團塊;下二疊統(tǒng)比尤列提群(P1BI)包括多個棕褐色砂泥巖層－玄武巖的旋回。二者之間為斷層接觸關(guān)系，斷層破碎帶1～2 m寬，延伸可達5 km。在主斷裂旁的丘里塔格群的碳酸巖斷面上，可以觀測到方解石生長纖維束(圖3a)。

在圖2的考察點No.2處，可以看到下二疊統(tǒng)比尤列提群(P1BI)與上新統(tǒng)的斷層接觸關(guān)系，上新統(tǒng)阿圖什組(N2a)主要是淺棕色、淡黃色、淺灰色的泥巖、砂巖及砂礫巖。比尤列提群的玄武巖與阿圖什組的砂礫巖之間為斷層接觸關(guān)系，斷層破碎帶寬8～10 m，延伸可達4～6 km(圖3b)。阿圖什組的砂礫巖形成了典型斷層崖，在主斷裂面上可見破碎的玄武巖顆粒形成的清晰線理(圖3c)。

圖2 印干村附近遙感影像、野外考察點位置和地質(zhì)簡圖Fig.2 The satellite image and the simplified geology map showing the location of field observation near the Ingan village

圖3 印干村附近野外考察點照片F(xiàn)ig.3 Field photographs in the observation area near the Ingan village

在圖2的考察點No.3處，該條斷裂帶大面積出露(圖3d)，斷裂帶左側(cè)為下二疊統(tǒng)比尤列提群的砂巖，右側(cè)為上新統(tǒng)阿圖什組的砂礫巖，砂礫巖上有明顯的階步以及方解石生長纖維束(圖3e)。在斷裂帶內(nèi)存在一些變形現(xiàn)象，由于巖石能干型的差異，可見強應(yīng)變帶與弱應(yīng)變域的相間排布。

印干山在印干村北由 NNW-SSE向轉(zhuǎn)為NWW向。在圖2的考察點No.4處，寒武系－奧陶系碳酸鹽巖逆沖至上新統(tǒng)阿圖什組之上(圖3f)，斷層破碎帶3～5 m寬，在斷裂帶內(nèi)，逆沖作用改造了斷層下盤阿圖什組砂礫巖的地層產(chǎn)狀。主斷裂帶附近，逆沖形成了一系列疊瓦狀斷層以及斷層面附近與逆沖斷層相關(guān)的牽引褶皺。

圖2的考察點No.5位于印干山的北麓拐點處，印干斷層發(fā)育在寒武系－奧陶系丘里塔格群內(nèi)部，在斷裂面上可見清晰的擦痕(圖3g)，斷層泥厚約50 cm。斷裂帶內(nèi)還存在構(gòu)造透鏡體，與主斷面小角度相交，是斷層活動引起構(gòu)造強化的一種現(xiàn)象。

印干山北麓的山坡很陡，圖2的考察點No.6、No.7位于逆沖的前緣，斷層帶多被現(xiàn)代風(fēng)化坡積物覆蓋，在多數(shù)沖溝中都能觀察到斷裂帶，破碎嚴(yán)重且延伸很遠。在一些斷層面出露點(如圖3h)，可以看到印干斷層發(fā)育在寒武系－奧陶系丘里塔格群內(nèi)部，碳酸鹽巖破碎嚴(yán)重，斷層泥厚約20 cm，推測為主斷裂附近的次級斷裂。

3 印干斷層運動學(xué)指向

在野外多個考察點主斷裂帶出露的方解石生長纖維束均指示了斷層上盤的逆沖(圖3a、3e)。根據(jù)野外測量的主斷裂面產(chǎn)狀及其斷層面上的線理產(chǎn)狀，進行下半球、等面積投影，大圓弧代表斷層面，黑點表示擦痕、方解石纖維束等線理產(chǎn)狀(表1)。

綜合上述數(shù)據(jù)和立體網(wǎng)投影圖可以看出，在考察點 No.2～No.5，主斷面的傾向分別為平均:100°、211°、190°、213°，對應(yīng)的線理的傾伏向分別為平均:10°、139°、118°、133°，且線理傾伏角相對較緩，分別為平均:∠35°、∠27°、∠17°、∠09°，斷層運動以走向滑動為主;在考察點No.6～No.7，主斷面的傾向分別為平均:169°、203°，對應(yīng)的線理的傾伏向分別為平均:217°、193°，傾伏角分別為平均:∠46°、∠33°，斷層運動以傾向滑動為主。

印干斷層不同地段的出露關(guān)系以及運動學(xué)指向標(biāo)志，說明該斷層表現(xiàn)出分段性，西北段總體表現(xiàn)為一條逆沖斷層，而印干村附近表現(xiàn)出走滑逆沖的特點(圖4)。印干山北緣是前斷坡，以逆沖為主;從印干山北麓拐點到印干村附近則是側(cè)斷坡部分，斷層走滑作用也更明顯。雖然斷層走向以及運動學(xué)的指向有所改變，但是結(jié)合整個印干山體的走向性質(zhì)，斷層總體的逆沖方向為 NE向，印干村附近的菱形斷塊處于側(cè)斷坡的位置上，壓剪性的應(yīng)力狀態(tài)使菱形斷塊發(fā)生了逆時針構(gòu)造旋轉(zhuǎn)。

圖4 印干斷層上盤運動學(xué)特征與斷層模式Fig.4 Map showing the hanging wall of the Ingan fault，the kinematic features and the model of the Ingan fault

4 印干斷層活動時限

由于受到喜馬拉雅造山作用的遠程效應(yīng)，南天山褶皺沖斷帶是在陸內(nèi)造山作用的過程中，南天山造山楔向塔里木盆地推進而形成的，褶皺沖斷作用發(fā)生于新生代晚期，主要發(fā)生于早更新世西域礫巖沉積之后(楊海軍等，2010)。作為南天山褶皺沖斷帶的組成部分之一，對柯坪沖斷系中阿圖什背斜生長地層的研究(Chen et al.，2002)，表明早更新世西域組礫巖為柯坪沖斷構(gòu)造活動形成的同構(gòu)造生長地層，其底界與下伏阿圖什組界限是穿時的，推斷柯坪沖斷構(gòu)造的形成時間約為1.0～2.8 Ma。肖安成等(2005)通過野外地質(zhì)詳細觀察以及對柯坪褶皺沖斷帶斷面上采集的斷層泥進行年齡分析，得到斷層泥電子自旋共振測年＜1.0 Ma，說明柯坪斷層主要活動時間為更新世以來。從遙感圖像可清晰地看到(圖5)，由天山向塔里木SE方向逆沖的柯坪沖斷帶切割了印干斷層，因此印干斷層形成時間應(yīng)該早于柯坪沖斷系。

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圖5 印干山與柯坪推覆體的切割關(guān)系(白色線條表示柯坪逆沖斷層，紅色線條表示印干逆沖斷層)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)

印干斷層的走向和運動學(xué)特征與柯坪沖斷帶明顯不同(圖5)，總體上是從SW至NE方向逆沖。寒武系－奧陶系碳酸鹽巖推覆至上新統(tǒng)阿圖什組之上(圖3f)，至少說明是上新統(tǒng)阿圖什組的砂礫巖沉積之后，印干斷層才開始活動。在斷裂帶內(nèi)，逆沖作用改造了斷層下盤阿圖什組砂礫巖的地層產(chǎn)狀。因此印干斷層開始的活動時間應(yīng)晚于阿圖什組沉積開始時間。

綜上所述，印干斷層的形成時間早于柯坪沖斷系，活動時限為上新統(tǒng)阿圖什組沉積之后，柯坪沖斷系形成之前，大致是在N2-Q1之間。

5 印干斷層的區(qū)域構(gòu)造意義

從塔里木盆地西北緣斷裂系分布圖上(圖1a、圖6)可以看出，NW-SE走向的印干斷層并非該方向的唯一斷層，其與巴楚隆起的北界斷層——阿恰斷裂以及吐木休克斷裂的延伸方向大體一致。

從圖6中可以清楚地看到，在空間上印干－阿?。峦聊拘菘藬鄬?、皮羌－色力布亞－瑪扎塔格斷層與西昆侖－塔西南逆沖帶有著非常一致的展布樣式。前人對這些斷裂進行了大量的的研究工作(賈承造等，1997;Yin et al.，1998;Allen and Stephen，1999;何文淵等，2002，2003;楊庚和郭華，2003;楊庚等，2008，2012;肖安成等，2002，2005;He et al.，2005;楊海軍等，2007;楊明慧等，2007;孟慶龍等，2008;朱德豐等，2008;裴軍令等，2011;Turner et al.，2011;任建業(yè)等，2011)，主流觀點認(rèn)為這些斷裂現(xiàn)今在空間上一致的展布樣式都是由于受到晚新生代帕米爾構(gòu)造結(jié) NE向推擠形成的，逆沖推覆的前鋒可以到達塔里木腹地的麻扎塔格斷裂帶和吐木休克斷裂附近。結(jié)合本文對印干斷層性質(zhì)、運動學(xué)方向和斷層活動年齡的限定，筆者認(rèn)為帕米爾構(gòu)造結(jié)前陸沖斷帶的前緣沖斷應(yīng)該可以到達印干斷層。時間匹配上，在漸新世晚期－中新世早期，帕米爾開始向北逐漸突出形成帕米爾突刺，帕米爾突刺相對于塔里木塊體向北推擠楔入，并一直持續(xù)到上新世晚期(Robinson et al.，2007;Cowgill，2010;Sobel et al.，2011)。由于它們離帕米爾構(gòu)造結(jié)的距離不同，這些斷裂構(gòu)造發(fā)育的時期和強度也會有一定的差異，但它們的形成機制應(yīng)該都是受印度－歐亞板塊的碰撞影響。Tapponnier(1982)曾指出印度－歐亞板塊的碰撞所引起的陸內(nèi)遠程效應(yīng)可以完全進入塔里木盆地甚至可到更遠的蒙古和俄羅斯境內(nèi)。Dupont-Nivet et al.(2002)用古地磁的資料證明了塔里木中央瑪扎塔格地區(qū)沖斷褶皺帶在新近紀(jì)以來有近20°順時針旋轉(zhuǎn);Yang et al.(2008)用GPS等技術(shù)手段推測塔里木塊體以0.7°/Ma的速率順時針旋轉(zhuǎn)，致使帕米爾東部與塔里木塊體間發(fā)生了近EW向的擠壓縮短，這些為解釋帕米爾構(gòu)造結(jié)NE向持續(xù)地推擠作用影響到塔里木盆地內(nèi)部構(gòu)造變形提供了很好的證據(jù)。

本文認(rèn)為，NE向逆沖的印干斷層是帕米爾構(gòu)造結(jié)在上新世的前緣沖斷帶，西北部的阿合奇斷裂是同一時期的左旋走滑調(diào)節(jié)斷層(圖1a)。如果將帕米爾構(gòu)造結(jié)向北的擠入構(gòu)造復(fù)原，那么皮羌－色力布亞斷層－瑪扎塔格斷層、印干－阿恰斷層－吐木休克斷層也將拉平復(fù)位，盆山邊界的阿合奇斷層的位移恢復(fù)量將達到240 km左右，這與盧華復(fù)等(1998)認(rèn)為阿合奇斷層在新近紀(jì)以來左行走滑300余公里的結(jié)果是一致的。

上述分析表明，柯坪山系晚新生代以來發(fā)育了兩期構(gòu)造事件，在圖1a中已用兩種不同顏色的斷層標(biāo)志表征:前一期(紅色)主要受帕米爾突刺持續(xù)向北推擠楔入的影響，從漸新世晚期至上新世晚期發(fā)育了一系列NE向沖斷推覆的逆斷層。印干斷層作為帕米爾構(gòu)造結(jié)前陸沖斷帶的前緣沖斷層，形成時間在上新世(N2)，當(dāng)時柯坪地區(qū)的南天山前陸褶皺沖斷帶還沒有形成或者沖斷帶還沒有擴展至柯坪地區(qū);后一期(白色)主要是南天山向盆地內(nèi)部的 SE向薄皮狀沖斷推覆，由于南天山復(fù)活急速隆升，南天山造山楔向塔里木盆地推進而形成的，發(fā)育時間為更新世(Q1)以來，南天山逆沖推覆作用控制了柯坪地區(qū)的構(gòu)造演化，并形成現(xiàn)今構(gòu)造格局(圖6)。

圖6 塔里木盆地西北緣晚新生代兩期沖斷構(gòu)造形成發(fā)育過程示意圖Fig.6 Plots showing the two stages of thrusting at the northwest margin of the Tarim Basin during Late Cenozoic

6 結(jié)論

塔里木盆地西北緣NW走向的印干斷層為逆沖斷層，印干山北緣位于前斷坡的位置上，斷層以逆沖為主;印干村附近位于側(cè)斷坡的位置上，斷層走滑作用更明顯。斷層帶指向證據(jù)表明印干斷層的逆沖方向NE向，與柯坪沖斷系SE向推覆明顯不同。地層學(xué)、斷層切割關(guān)系等證據(jù)顯示印干斷層形成早于更新世的柯坪沖斷系，活動期主要在上新世至早更新世。

柯坪塔格地區(qū)晚新生代發(fā)育兩期方向不同的逆沖推覆構(gòu)造，發(fā)育于上新世(N2)的印干斷層受帕米爾突刺NE方向推擠的影響，與帕米爾構(gòu)造結(jié)的前陸沖斷構(gòu)造有相同的展布樣式和運動學(xué)特征，此時南天山前陸褶皺沖斷帶還沒有形成或者沖斷帶還沒有擴展至柯坪地區(qū)。更新世(Q1)以來，南天山復(fù)活急速隆升，南天山造山楔向塔里木盆地推進形成柯坪前陸沖斷帶，并控制了柯坪地區(qū)的構(gòu)造演化，形成了現(xiàn)今的構(gòu)造格局。

致謝:衷心感謝中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所李曰俊研究員和另一位匿名審稿專家對本文初稿提出的寶貴修改意見和建議!

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