中更新世以來北天山的向北擴(kuò)展

陳正位，張會平，楊攀新

1 中國地震局地質(zhì)研究所地震動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2 中國地震局地震預(yù)測研究所，北京 100036

1 引 言

造山過程是由構(gòu)造變形、氣候變化和地表過程相互耦合作用的復(fù)雜過程［1－3］，構(gòu)造變形在長時間尺度上控制了地貌演化，而氣候變化在短時間尺度上對地表過程的作用更為強(qiáng)烈［4－5］.天山是亞洲大陸最年輕的復(fù)活造山帶，古生代碰撞造山之后，經(jīng)歷了中生代的剝蝕夷平，晚新生代以來再次強(qiáng)烈變形，進(jìn)行了新一輪的造山過程［6－9］.晚第三紀(jì)以來，準(zhǔn)噶爾南緣斷裂帶以北，北天山山前自南向北逐步形成了三排逆斷裂－褶皺帶［8－9］，第三紀(jì)至早第四紀(jì)的地層都卷入了變形.在北天山，造山過程不僅受到構(gòu)造變形的影響，同時也受到氣候變化的影響，始于晚新生代20Ma左右的縮短變形，以及第四紀(jì)頻繁的氣候變化強(qiáng)烈影響了地表過程和造山過程［10－14］，但進(jìn)一步的研究表明，造山過程中構(gòu)造和氣候的相互作用是很復(fù)雜的，仍是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)［15－17］.

準(zhǔn)噶爾南緣斷裂是北天山與盆地的分界，斷裂以北的山麓南北長約100km，高差達(dá)1400m，堆積了厚達(dá)300多米的中更新世以來的礫石層，受構(gòu)造變形和堆積的影響，山麓最南端高程達(dá)到1900m，實(shí)際上已經(jīng)成為山脈.受氣候變化的影響，北天山山麓遭受了強(qiáng)烈的下切，下切深度達(dá)到300多米，沿南北向的河流發(fā)育了多級河流階地［18－19］，同時這些階地也遭受了變形.研究發(fā)現(xiàn)，晚更新世晚期以來的氣候變化是造成河流下切形成階地的主要原因，而構(gòu)造抬升對河流下切的貢獻(xiàn)僅占 10%左右［12，18－20］.但是，如果沒有自河流出山口坡面與侵蝕基準(zhǔn)盆地面之間的高差，河流下切也是不成立的.考慮氣候變化和構(gòu)造變形兩者的作用，研究山前盆地抬升成為山脈的過程，是造山過程研究中的重要環(huán)節(jié).而北天山及山麓正是這樣一個理想地區(qū).

因此，本文以北天山及山麓為研究區(qū)域，以第四紀(jì)中更新世以來為研究時限，以該地區(qū)的構(gòu)造變形和地貌為研究對象，根據(jù)地震探測所揭示的深部構(gòu)造、地質(zhì)調(diào)查得到的淺部構(gòu)造，考慮氣候變化的影響，重點(diǎn)從深淺構(gòu)造耦合、淺部構(gòu)造與地表過程的耦合，研究了北天山山前盆地的掀斜隆升過程，分析了在干旱化氣候影響下，構(gòu)造變形對地貌的控制作用，討論了北天山向北擴(kuò)展的造山過程.

2 地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地巖石圈向天山巖石圈俯沖過程中，天山巖石圈內(nèi)普遍存在不同深度層次上的低速滑脫層［21－23］.而在地殼層次，北天山地殼巖石層滑脫過程中，在地殼淺部形成了一系列向北逆沖的逆斷裂.準(zhǔn)噶爾南緣逆斷裂（SZF）以北，晚第三紀(jì)以來的縮短變形使中生代和新生代的碎屑沉積都卷入了褶皺和逆斷裂變形，自南向北依次形成了三排逆斷裂－褶皺帶［8－9］（如圖1A），組成了北天山山前的主要構(gòu)造帶.

北天山發(fā)育了大規(guī)模的洪積扇和階地，根據(jù)冰期變化和上覆黃土的年齡，第一期洪積扇的主要形成年齡在約600ka B.P.和約300ka B.P.［12，18－19］，第二期洪積扇形成于80～30ka B.P.，第三期洪積扇形成于全新世［12，18－19］.晚第四紀(jì)以來，這三期洪積扇被南北向的河流強(qiáng)烈下切，下切深度達(dá)到300多米，并在天山北麓形成主要的三級階地，分別為T3、T2、T1階地.階地物質(zhì)和廢棄年齡測試表明，T3、T2、T1階地的下切年齡分別為約30ka、約10ka和約7ka［12，18－20］，階地下切后形成的階地面也遭受了后期的褶皺和斷錯變形.由于早第四紀(jì)大規(guī)模的冰川作用，大量物質(zhì)貯積在山體，在中更新世早期的暖濕期期間松散物質(zhì)沖出山前堆積下來，大致以準(zhǔn)噶爾南緣斷裂（SZT）向北延伸至第三排褶皺以北的準(zhǔn)噶爾盆地，發(fā)育了第一期洪積扇，形成了規(guī)模宏大的山前洪泛平原（圖1A）.末次冰期期間形成了第二期洪積扇，上疊在第一期洪積扇之上（圖1A）.冰后期以來形成了第三期洪積扇，前展在第二排褶皺和第三排褶皺之北，同時也上疊在第一期洪積扇之上（圖1A）.

3 北天山山前的活動構(gòu)造帶

北天山的逆斷裂和褶皺帶研究比較詳細(xì)，第二排逆斷裂－褶皺帶和第三排逆斷裂－褶皺帶現(xiàn)今仍在強(qiáng)烈活動和擴(kuò)展［9］，并在地表形成低山和斷隆.第一排褶皺帶第四紀(jì)中期以來活動性很弱［9］，但是第一排褶皺展布的地區(qū)仍發(fā)現(xiàn)斷隆，因此，本次工作重點(diǎn)調(diào)查了與第一排褶皺帶斷隆相關(guān)的清水河—石梯子斷裂（QSF），以及博爾通谷斷裂（BTF）.

3.1 第一排逆斷裂－褶皺帶（Fold1）

第一排逆斷裂－褶皺帶主要由齊古背斜（FD1）和展布在其核部的清水河—石梯子斷裂（QSF）組成，形成于晚第三紀(jì)［9］.野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，齊古背斜在地表遭受了強(qiáng)烈剝蝕，上覆了中更新世以來的礫石層和黃土，晚第四紀(jì)以來褶皺活動已經(jīng)不明顯，強(qiáng)烈活動并造成斷隆的是其核部展布的清水河—石梯子逆斷裂（QSF）.

清水河—石梯子斷裂（QSF）西起自安集海河，向東延伸至塔西河以東，斷裂又分為北支和南支，走向NWW 向，總體向北傾，向南逆沖.北支斷裂（NQSF）展布在寧家河至塔西河一帶，沿斷裂帶形成寬度約5km的斷隆.南支斷裂（SQSF）展布在金鉤河至塔西河以東，沿斷裂帶形成高度約160m的陡坎.

圖2 清水河—石梯子斷裂（QSF）（a）瑪納斯河口實(shí)測地質(zhì)剖面，斷錯中更新世礫石層；（b）寧家河實(shí)測地質(zhì)剖面，斷錯中更新世礫石層；（c）圖b中虛框范圍放大圖，第三紀(jì)塔西河組逆沖到中更新世礫石層之上.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.

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，瑪納斯河—寧家河一帶，北支斷裂（NQSF）由多條次級斷裂組成，均為北傾向南逆沖的逆斷裂.在瑪納斯河口，斷裂表現(xiàn)為第三系和早更新世西域組地層之間的層間滑脫斷層，巖層傾向北，第三紀(jì)沙灣組磚紅色泥巖逆沖到中更新世礫石層之上，上更新統(tǒng)西域組礫巖逆沖到中更新世礫石層中（圖2a），斷裂同時也斷錯了晚更新世礫石層，在地表形成陡坎.寧家河一帶，斷裂使第三紀(jì)塔西河組泥巖逆沖至沙灣組泥巖和中更新世礫石層之上，并在地表形成陡坎 （圖2b）.在寧家河西，陡坎不發(fā)育，仍可見斷裂斷錯了晚更新世礫石層并斷錯至地表.

南支斷裂（SQSF）是發(fā)育在中生代地層中的滑脫斷裂，沿斷裂帶白堊紀(jì)的礫巖和砂巖向南逆沖到泥巖之上，在地表形成陡坎.寧家河以西，陡坎逐漸降低.斷裂穿過寧家河時，斷錯了晚更新世T2階地，傾向342°，傾角30°，逆沖作用使上盤礫石層傾角達(dá)36°，并使下盤礫石層拖曳褶皺.斷裂穿過金鉤河?xùn)|岸時，發(fā)育在T2階地中，上盤礫石層傾角29°，下盤礫石層水平；斷層使T2階地下部礫石定向呈上寬下窄的破碎帶，在表層黃土中形成劈理帶，并斷錯至地表.

野外地質(zhì)調(diào)查表明，北支斷裂（NQSF）的陡坎高度在塔西河為60m，向西迅速降低到30m，在寧家河西岸高約20m，陡坎向西逐步尖滅；南支斷裂（SQSF）的陡坎高度在塔西河至瑪納斯河一帶高約160m，向西高度逐漸降低，在寧家河高約60m，在金鉤河?xùn)|岸陡坎尖滅.清水河—石梯子斷裂（QSF）形成的陡坎向西逐漸降低，陡坎在地表尖滅后，仍在近地表晚第四紀(jì)礫石層中發(fā)現(xiàn)斷層，表明斷裂是晚第四紀(jì)以來仍在強(qiáng)烈活動并向西擴(kuò)展的斷裂.

3.2 第二排逆斷裂－褶皺帶（Fold2）

第二排褶皺自西向東由霍爾果斯背斜（FD2－1）、瑪納斯背斜（FD2－2）和吐谷魯背斜（FD2－3）組成，逆斷裂為霍爾果斯—瑪納斯—吐谷魯逆斷裂（HMTF），逆斷裂展布在背斜的北翼或核部，傾向南向北逆沖.第二排逆斷裂－褶皺帶形成于晚第三紀(jì)至早第四紀(jì)，在地表形成近東西向的低山，現(xiàn)今仍在活動，第四紀(jì)以來的縮短量達(dá)到6.5km［9］.

3.3 第三排逆斷裂－褶皺帶（Fold3）

第三排褶皺自西向東由獨(dú)山子褶皺（FD3－1）、哈拉安德褶皺（FD3－2）和安集海褶皺（FD3－3）組成，逆斷裂由獨(dú)山子—安集海斷裂帶（DAF）組成，逆斷裂展布在第三排背斜北翼，斷裂總體向南傾，大部分地段直接出露于地表，形成斷層陡坎.第三排逆斷裂－褶皺帶形成于中更新世，由三個褶皺在地表形成三座獨(dú)立的低山，現(xiàn)今仍在活動，中更新世以來的縮短量達(dá)到2.9km［9］.

3.4 準(zhǔn)噶爾南緣斷裂（SZF）

準(zhǔn)噶爾南緣斷裂沿北天山山前延伸，構(gòu)成北天山主體與北麓的分界，斷裂總體走向NWW向，為向南傾向北沖的逆斷裂.野外地質(zhì)調(diào)查表明，在精河至安集海河段，斷裂在山脈中形成線型谷地，水系被右旋錯動，為逆沖兼具右旋活動的斷裂，晚第四紀(jì)以來活動較強(qiáng).安集海河以東，以逆沖活動為主，晚第四紀(jì)以來活動相對較弱.

3.5 博爾通谷斷裂（BTF）

博爾通谷斷裂是本次工作中新發(fā)現(xiàn)的斷裂，展布在第二排逆斷裂－褶皺帶的霍爾果斯褶皺以南，西自博爾通谷，向東延伸至安集海河，總體走向NWW向，向北傾向南逆沖，野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)斷層在中生代泥巖中形成破碎帶，沿斷裂在地表形成明顯的陡坎，斷錯了坡麓面，并使坡麓面輕微背斜.斷層陡坎最高處在安集海河與博爾通谷之間，達(dá)150m，陡坎高度向兩側(cè)迅速降低，在博爾通谷陡坎高度降低至20m，在安集海河陡坎高度降低至10m，表明斷裂起始于中部，在垂向上生長的同時，向兩側(cè)擴(kuò)展.

4 地殼構(gòu)造與淺地表構(gòu)造的耦合

4.1 上地殼結(jié)構(gòu)

位于天山北部塔西河?xùn)|側(cè)的地震勘探剖面，南北方向上橫跨了第一排背斜（齊古背斜）和第二排背斜（吐谷魯背斜），揭示了上地殼結(jié)構(gòu)（圖3a）.地殼內(nèi)的滑脫面（F0）位于中生代碎屑巖中，底部滑脫使得上部巖層褶皺縮短，同時發(fā)育有三條逆斷裂，F(xiàn)1為位于第一排背斜的反沖斷裂，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，此反沖斷裂即為清水河—石梯子斷裂（QSF）；F2為第二排背斜前緣斷裂，即霍爾果斯—瑪納斯—吐谷魯斷裂（HMTF）；F3為第二排褶皺前緣的盲斷裂；三條斷裂在深部都收斂于滑脫面.

位于天山北部金鉤河附近的地震勘探剖面，南北方向上橫跨了第二排背斜（霍爾果斯背斜）和第三排背斜（安集海背斜），也揭示了類似的滑脫構(gòu)造（圖3b）.滑脫面（F0）之上發(fā)育了 HMTF（F2），F(xiàn)3為第三排褶皺前緣逆斷裂（DAF），F(xiàn)4為第三排背斜后緣反沖斷裂，F(xiàn)5為第二排褶皺中的順層滑脫斷裂.

位于天山北部獨(dú)山子附近的地震勘探剖面，南北方向上橫跨了第三排背斜中的獨(dú)山子背斜（圖3c）.底部滑脫（F0）造成上部的獨(dú)山子褶皺和逆斷裂（F3）.

從地震勘探剖面所提示的地殼結(jié)構(gòu)來看，北天山北麓在中上地殼形成了統(tǒng)一的底部滑脫面，滑脫面南部深，向北逐漸變淺，為略微南傾的低角度滑脫面，深度大致20km左右，三排逆斷裂－褶皺帶都收斂于這一滑脫面.滑脫面以上的巖層在向北滑脫的過程中，以褶皺和逆斷裂的構(gòu)造形式與底部滑脫相耦合，同時也存在巖層內(nèi)部的層間滑脫.滑脫面之上的逆斷裂主要以向南傾向北逆沖的方式擴(kuò)展，但在褶皺在后緣（南側(cè)）也發(fā)育向北傾向南逆沖的反沖斷裂.

4.2 淺地表構(gòu)造

圖3 地震反射剖面反映的地殼結(jié)構(gòu)（根據(jù)新疆油田公司資料編譯）（a）沿塔西河附近地震反射剖面；（b）沿金鉤河附近地震反射剖面；（c）獨(dú)山子背斜附近地震反射剖面.F0底部滑脫面，F(xiàn)1QSF，F(xiàn)2HMTF，F(xiàn)3DAF，F(xiàn)4BTF，F(xiàn)5 第二排褶皺層間滑脫斷裂.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，F(xiàn)1QSF，F(xiàn)2HMTF，F(xiàn)3DAF，F(xiàn)4BTF，F(xiàn)5Fault along rock layer in the second fold.

滑脫面以上的巖層在向北滑脫的過程中，空間上逆斷裂和褶皺在淺地表有著不同的構(gòu)造表現(xiàn).塔西河附近的實(shí)測地質(zhì)剖面表明（圖4a），第一排褶皺成復(fù)式褶皺，褶皺北側(cè)的地層傾向北，向北傾的反沖逆斷裂SQSF和NQSF實(shí)際上是層間滑脫構(gòu)造；第二排褶皺是由傾向北的地層組成的單斜構(gòu)造，前緣的逆斷裂（HMTF）也是順層滑脫構(gòu)造，與地震勘探剖面對比，褶皺的主體仍在HMTF之北，地表形成的褶曲形態(tài)是由HMTF滑脫造成的；第二排褶皺北側(cè)的盲斷裂仍在擴(kuò)展之中，尚未出露地表.

圖4 （a）瑪納斯河?xùn)|地質(zhì)剖面；（b）寧家河地質(zhì)剖面；（c）奎屯河地質(zhì)剖面（剖面位置見圖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）

自塔西河至金鉤河，第一排褶皺由復(fù)式褶皺逐步過渡到單一的背斜構(gòu)造（圖4b），SZF、QSF和HMTF的構(gòu)造樣式與塔西河附近的地質(zhì)剖面是相同的.由上地殼結(jié)構(gòu)所揭示的HMTF是低角度向南傾的逆沖構(gòu)造，位于其南側(cè)的向北傾的清水河—石梯子斷裂（QSF）在深部收斂在HMTF的滑脫面上，深部資料和淺部地質(zhì)調(diào)查資料證明了這一點(diǎn).也就是說，QSF在地表雖然是與第一排褶皺伴生的逆斷裂，實(shí)際上，該斷裂是由HMTF的滑脫面上發(fā)育起來的逆斷裂，是第二排褶皺后緣反向逆沖斷裂.

金鉤河至獨(dú)山子附近，QSF不發(fā)育，第三排褶皺發(fā)育，獨(dú)山子附近，第三排褶皺前緣逆斷裂使褶皺呈倒轉(zhuǎn)背斜（圖4c）.

從變形時限來看，第一排褶皺形成于晚第三紀(jì)，第二排褶皺形成于早第四紀(jì)，第三排褶皺形成于中更新世，地殼結(jié)構(gòu)表明這三排褶皺的收斂于同一個底部滑脫面，深部滑脫面逐步向北擴(kuò)展，逆斷裂－褶皺帶也逐步向北擴(kuò)展.從深淺構(gòu)造耦合關(guān)系來看，QSF是向南逆沖的反沖斷裂，并不是第一排褶皺向北滑脫過程中的伴生斷裂，而是由HMTF滑脫引起的反沖斷裂，因此QSF與HMTF具有相同的活動性，所以，第四紀(jì)晚期以來第一排褶皺的褶皺活動已經(jīng)不明顯，但位于其核部的QSF活動仍然很強(qiáng)烈.在金鉤河以西，第二排褶皺以南的BTF也以反沖斷裂在地表形成了陡坎，這也是HMTF滑脫面上發(fā)育的反沖逆斷裂在地表出露的結(jié)果.因此，在準(zhǔn)噶爾南緣斷裂（SZF）與第二排褶皺之間，由HMTF深部滑脫面之上發(fā)育起的來QSF和BTF是中更新世以來主要的活動構(gòu)造.

雖然第二排逆斷裂－褶皺帶的后緣逆斷裂已經(jīng)在地表形成陡坎，但在這次地質(zhì)調(diào)查過程中，未發(fā)現(xiàn)第三排褶皺后緣（南側(cè)）出露反沖逆斷裂，這是因?yàn)榈谌拍鏀嗔眩薨欉€未達(dá)到一定規(guī)模，后緣反沖逆斷裂仍在發(fā)育之中，還未擴(kuò)展至地表.

5 淺地表構(gòu)造與地貌的耦合

北天山北麓，構(gòu)造與地貌的耦合也就是褶皺和逆斷裂對地表形態(tài)的塑造.地表形態(tài)主要取決于兩個方面，一是地表的差異抬升，二是地表遭受的剝蝕，差異抬升強(qiáng)度大于剝蝕的情況下，在地表會形成明顯的隆起.天山北麓現(xiàn)今地貌形態(tài)主要是在改造中更新世洪泛平原組成的山前盆地基礎(chǔ)上形成的.

5.1 構(gòu)造變形對盆地的分隔

淺地表構(gòu)造出露地表之后，變形和改造了盆地面，現(xiàn)今仍在強(qiáng)烈活動的第二排和第三排逆斷裂－褶皺帶，以及清水河—石梯子斷裂（QSF）在地表形成顯著的隆起，分隔了盆地.

塔西河至金鉤河?xùn)|，第一排背斜地區(qū)遭受了強(qiáng)烈侵蝕，大部分地區(qū)被中更新世礫石層覆蓋，成為山前洪泛平原的一部分；第二排褶皺地區(qū)，地形較高部位第三紀(jì)基巖出露，在相對較低的部位覆蓋了中更新世礫石層和黃土，表明中更新世洪泛平原形成時，碎屑物質(zhì)可以從瑪納斯河、塔西河等大的河流，以及褶皺隆起地勢較低的部位搬運(yùn)出去，使洪泛平原得以在褶皺以北展布，形成了山前盆地，第一排褶皺地區(qū)，山前盆地被持續(xù)活動的QSF斷錯，斷錯形成的隆起和陡坎逐步分隔了盆地；第二排褶皺地區(qū)，由于逆斷裂和褶皺的擴(kuò)展，原來相對低洼的地帶已經(jīng)被抬升成為褶皺的一部分，第二排褶皺抬升成為統(tǒng)一的低山，分隔了山前盆地.

金鉤河—奎屯河，第三排褶皺地區(qū)，除獨(dú)山子褶皺頂部外，中更新世礫石層和黃土覆蓋在褶皺上，并卷入了褶皺.表明山間物質(zhì)可以在山前及第二排褶皺低洼處搬運(yùn)出去，形成洪泛平原，覆蓋了現(xiàn)今第三排褶皺地區(qū)，形成山前盆地.由于持續(xù)的構(gòu)造變形，清水河—石梯子斷裂（QSF）、博爾通谷斷裂（BTF）、第二排和第三排逆斷裂－褶皺帶，分隔了山前盆地.

5.2 地貌定量分析

圖5 典型的盆地掀斜抬升地形剖面及擬合曲線P1為AB的擬合曲線，P2為CD的擬合曲線，P3為EF的擬合曲線.Fig.5 Topography profile and fitting curveP1is fitting curve for AB，P2is fitting curve for CD，P3is fitting curve for EF.

為了確定山前盆地被分隔的形式和幅度，利用1：5萬地形圖生成的DEM（數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)，對金鉤河西橫跨兩排褶皺的典型地形剖面進(jìn)行了分析（圖5）.山前盆地面被兩排逆斷裂－褶皺帶分隔，自北向南，盆地面被階梯式掀斜抬，AB面、CD面和EF面代表了分隔盆地面（圖5），P1面、P2面、P3面分別代表這三個分隔盆地面的擬合面，假定在沒有分隔抬升的條件下，P1面、P2面、P3面應(yīng)該是同一個山前盆地面，因此，AB面、CD面和EF面之間的高差是由于盆地面遭受構(gòu)造分隔后掀斜抬升的結(jié)果.由擬合結(jié)果來看，P1面與P2面和P3面相比，被整體掀斜抬升；P2面與P3面相比，也被整體掀斜抬升.由此可以看出，逆斷裂和褶皺帶不僅僅使盆地面變形褶皺，同時由于前緣的滑脫逆沖作用，使得分隔盆地面整體掀斜抬升.

利用這種方法，結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，對北天山山前盆地的分隔進(jìn)行了定量分析.橫跨逆斷裂和褶皺帶，選取了典型地段，利用DEM獲取了地形線，地形剖面線位置在圖1A中，對應(yīng)的剖面圖為圖（b1—b6），定量分析了淺地表構(gòu)造對盆地的分隔和改造狀況.

剖面a（圖b1）位于塔西河以東，盆地面首先被第二排褶皺分隔，盆地南北高差368m，SZF與第二排褶皺之間盆地面AD又被NQSF和SQSF分隔，SQSF和NQSF斷錯的垂直位移為75m和10m.剖面b（圖b2）位于瑪納斯河與塔西河之間，盆地也被分隔，第二排褶皺分隔盆地面南北高差達(dá)418m，SQSF和NQSF分隔盆地面的高差為88m和36m.剖面c（圖b3）位于瑪納斯河西，第二排褶皺分隔盆地面高差達(dá)253m，SQSF和NQSF分隔盆地面高差為120m和53m.剖面d（圖b4）沿安集海河，第二排褶皺分隔盆地面南北高差達(dá)326m，第三排褶皺分隔盆地面南北高差達(dá)183m，BTF分隔盆地面南北高差達(dá)12m.剖面e（圖b5）和剖面f（圖b6）僅有第三排褶皺分隔了中更新世盆地面，南北高差分別達(dá)170m和210m.各剖面上盆地被分隔的相對高差見表1.

第二排褶皺對盆地的分隔幅度最大，南北高差達(dá)418m左右，第三排褶皺次之，盆地南北高差達(dá)210m，沿第一排褶皺展布的清水河—石梯子斷裂（QSF）分隔幅度最小，盆地南北高差在100多米.這些逆斷裂和褶皺在分隔盆地的同時，對分隔盆地面有顯著的整體掀斜抬升.自南向北，活動構(gòu)造帶對盆地進(jìn)行了階梯式的掀斜抬升，抬升幅度達(dá)到1000～1400m.

表1 逆斷裂和褶皺分隔盆地兩側(cè)的高差（單位：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 地表狀態(tài)和氣候變化

野外調(diào)查表明，瑪納斯河以東，QSF南部的盆地呈堆積狀態(tài)；瑪納斯河至寧家河西，QSF南部盆地中更新世礫石層和黃土遭受了輕微剝蝕.塔西河—寧家河一帶，受前緣褶皺的阻擋，第二排褶皺以南的盆地堆積了中更新世以來的黃土，表明自洪泛平原形成后一直處于穩(wěn)定的堆積狀態(tài)；寧家河至安集海河一帶，第二排褶皺以南的盆地靠近山前的部位遭受了輕微的剝蝕，向北逐漸表現(xiàn)為堆積狀態(tài)，上疊了晚更新世洪積扇.第三排褶皺以南，被褶皺分隔的盆地上疊了晚更新世洪積扇，整體表現(xiàn)為堆積狀態(tài).

在遭受褶皺變形的地區(qū)，第二排褶皺頂部遭受了剝蝕，僅在局部地段殘留有中更新世礫石層和黃土；第三排褶皺除獨(dú)山子褶皺頂部遭受了剝蝕，大部分褶皺地區(qū)都覆蓋有中更新世礫石層和黃土，僅遭受輕微剝蝕.

在中更新世洪泛平原分布的范圍內(nèi)，也就是第一期洪積扇的范圍內(nèi)（如圖1A），黃土廣泛覆蓋，表明是一種穩(wěn)定的堆積狀態(tài)，遭受的剝蝕輕微.第二期和第三期洪積扇主要是以上疊的形式疊置在第一期洪積扇之上，也是一種堆積狀態(tài).自中更新世洪泛平原形成之后，北天山山前盆地遭受剝蝕的地區(qū)集中在山前大河的深切河谷和褶皺頂部，而廣大的洪泛平原面普遍上覆黃土或堆積了晚期的洪積扇物質(zhì)，幾乎未遭受剝蝕.總體上看，北天山山前盆地遭受的剝蝕比較輕微.

北天山的氣候變化研究表明，中更新世以來，經(jīng)歷了0.8～0.60Ma的濕潤階段、0.60～0.25Ma的干旱化階段和0.25Ma到現(xiàn)今的干旱化階段，0.60Ma以來，氣候變化的總體趨勢是越來越干旱［24－25］.北天山山前盆地遭受的剝蝕很輕微，主要原因是由干旱化引起的，干旱化導(dǎo)致坡麓地表徑流很小，而山間徑流又匯聚在深切河谷中直接流入中心盆地，使得坡麓地表比較穩(wěn)定.

6.2 構(gòu)造掀斜和河流下切

北天山的縮短速率約為6mm／a［9］，滑脫面深度約為20km，滑脫面之上的巖層向北推擠，自山前至河流開始堆積處約100km，由于干旱化，地表穩(wěn)定，因此在100km的水平距離上，中更新世600ka以來的縮短全部轉(zhuǎn)化為掀斜抬升，由此可以估算山前相對于盆地高差可達(dá)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之間，河流下游盆地面的海拔在500m左右，北天山北麓坡面實(shí)際高差在1000～1400m左右.估算數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)是接近的，在干旱化條件下，中更新世以來，活動構(gòu)造帶以階梯式抬升使北天山北麓的地表整體掀斜.由于中更新世以來持續(xù)的干旱化，地表遭受的剝蝕比較輕微，變形縮短和分隔使山前盆地的階梯式掀斜抬升全部轉(zhuǎn)換為垂向上的地表掀斜隆起.

山麓帶河流的強(qiáng)烈下切始于30ka左右［12，18－20］.就構(gòu)造變形而言，相對于600ka的時間尺度，30ka的整體掀升抬升可以忽略，也就是說，現(xiàn)今北天山山前盆地高差達(dá)1000多米的坡面在30ka以前已經(jīng)形成了.所以，在600ka至30ka的時間尺度上，構(gòu)造變形已經(jīng)為河流下切提供了坡度條件，30ka以來，使河流下切的主要因素就是以地表徑流變化為主的氣候變化了.所以，構(gòu)造變形在長時間尺度上控制了河流下切所需要的高差，而氣候變化在短時間尺度上強(qiáng)烈影響了下切.

7 討論和結(jié)論

早更新世北天山經(jīng)歷了頻繁的冰期變化和降雨量變化［26－27］，大量松散物質(zhì)貯積在山間.中更新世早期，北天山經(jīng)歷了暖濕期，貯積在山體的大量松散物質(zhì)沖出出山口，第一排褶皺遭受強(qiáng)烈剝蝕，礫石層覆蓋在第一排褶皺地區(qū)和第二排褶皺的地表低洼處，在山前形成了洪泛平原；第二排褶皺的霍爾果斯褶皺、瑪納斯褶皺和吐谷魯褶皺在地表形成獨(dú)立的低丘；第三排褶皺地區(qū)被中更新世礫石層覆蓋，成為洪泛平原的一部分（圖6a）.

中更新世中期以來，北天山遭受了持續(xù)的干旱化，整體趨勢是越來越干旱［24－25］，第二排褶皺持續(xù)變形抬升，并且側(cè)向擴(kuò)展，在地表逐步聯(lián)合形成了統(tǒng)一的低山，并與伴生的逆斷裂（HMTF）一起分隔了中更新世洪泛平原，褶皺南北兩側(cè)盆地面高差達(dá)400多米.受HMTF滑脫面控制發(fā)育起來的SQF強(qiáng)烈活動，斷錯分隔了洪泛平原.第三排褶皺持續(xù)活動和擴(kuò)展，使中更新世堆積物也卷入褶皺，由于遭受的剝蝕輕微，獨(dú)山子褶皺、哈拉安德褶皺和安集海褶皺在地表形成三個低山，褶皺兩側(cè)盆地面被分隔的高程差約200m左右（圖6b）.

如果未來仍保持中更新世以來的干旱化和變形狀態(tài)，第一排褶皺將全部抬升并拼貼在北天山，成為北天山的一部分；第二排褶皺將縮短與山體之間的距離，褶皺以南的盆地也顯著抬升；第三排褶皺將側(cè)向擴(kuò)展在地表形成統(tǒng)一的低山，褶皺南的盆地面被整體分隔并顯著抬升（圖6c）.

圖6 天山北麓中更新世以來的演化過程Fig.6 Surface process of piedmont in North Tian Shan since mid－Pleistocene

中更新世以來，北天山準(zhǔn)噶爾南緣斷裂帶（SZF）以北，地殼中南傾的低角度滑脫面之上，清水河—石梯子斷裂（QSF）、第二排和第三排逆斷裂－褶皺帶組成了山前的活動構(gòu)造帶，整體向北滑脫并縮短變形.這些活動構(gòu)造帶使山前盆地卷入變形，同時分隔了山前盆地.一方面，各個分隔盆地面以階梯式整體掀斜抬升；另一方面，構(gòu)造變形在分隔盆地前緣形成阻擋，使碎屑物質(zhì)容易在分隔盆地中堆積下來，增加了盆地面的高度.向北滑脫和縮短變形使山前盆地面整體掀斜抬升，由于中更新世600ka以來的持續(xù)干旱化，盆地地表僅遭受了輕微剝蝕，地殼的掀斜抬升直接轉(zhuǎn)換為地表隆起，山前盆地自南向北逐漸隆起成為山脈的一部分，北天山得以向北擴(kuò)展.另外，掀斜隆起造成河流出山口坡面至中心盆地面高差達(dá)1000多米，為晚更新世30ka以來的河流下切提供了必需的坡度條件，造成了河流的強(qiáng)烈下切.

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