柴達(dá)木盆地東緣中新世盆山系統(tǒng)演化與構(gòu)造古地貌重建

王永超 ， 陳宣華 ， 邵兆剛 ， 余 葦 ， 蘇 和

1)中國地質(zhì)科學(xué)院地球深部探測中心， 北京100037； 2)中國地質(zhì)大學(xué)(北京)， 北京 100083

青藏高原東北緣是晚新生代以來構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最活躍的地區(qū)之一， 其構(gòu)造地貌演化過程和動(dòng)力學(xué)機(jī)制始終是國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家高度關(guān)注的科學(xué)問題之一(Wang et al.， 2004， 2006； 方小敏等， 2007； Fang et al.，2007； Clark et al.， 2010； Craddock et al.， 2011； Lease et al.， 2011； Lu et al.， 2012； Zhang et al.， 2012； Duvall et al.， 2013； Zuza et al.， 2016； 賀赤城等， 2019)。已有研究表明， 在印—亞板塊碰撞伊始或稍后， 青藏高原北部便發(fā)生了顯著的擠壓縮短變形， 形成了若干區(qū)域尺度、北西西走向的逆沖構(gòu)造或斷裂帶(Yin et al.， 2008b； Clark et al.， 2010)， 如柴北緣斷裂帶、東昆侖北緣斷裂和西秦嶺斷裂。在這些構(gòu)造荷載作用下， 高原北部形成了兩大廣闊而統(tǒng)一的前陸盆地系統(tǒng)， 即西部的柴達(dá)木盆地(Zhuang et al.， 2011； Bush et al.， 2016； 王桂宏等， 2019)和東部的西寧—蘭州盆地(Horton et al.， 2004)。然而， 直到新近紀(jì)早期，伴隨著柴北緣斷裂帶不斷向東擴(kuò)展以及昆侖和海原斷裂的初始走滑(Yin et al.， 2008a， b； Duvall et al.，2013)， 介于兩大盆地間的柴東—共和地區(qū)才開始陸續(xù)接受沉積(Fang et al.， 2007； Craddock et al.，2011； Lu et al.， 2012)。現(xiàn)今， 雖然柴東與共和盆地之間被NW向鄂拉山構(gòu)造帶所阻隔， 但由于初始沉積時(shí)代相近(～22-20 Ma)， 許多學(xué)者曾構(gòu)想它們是否隸屬過統(tǒng)一的沉積盆地系統(tǒng)(Métivier et al.， 1998；Wang et al.， 2006； Lu et al.， 2012)。構(gòu)造解析表明，鄂拉山的隆升過程與其東側(cè)鄂拉山右旋走滑斷層的活動(dòng)密切相關(guān)(Wang and Burchfiel， 2004)。通過低溫?zé)崮甏鷮W(xué)研究， 蔣榮寶等(2008)和Lu et al.(2012)認(rèn)為鄂拉山的隆升最早可追溯至始新世末或中新世早期， 由此推斷柴東與共和盆地始終是兩個(gè)獨(dú)立的沉積單元。然而， 基于水平位移和平均走滑速率， Yuan et al.(2011)估算鄂拉山右旋走滑斷層的初始活動(dòng)時(shí)間僅為(9±3) Ma， 明顯晚于兩側(cè)盆地的初始沉積時(shí)代。此外， 古地磁研究和物源分析結(jié)果表明， 共和盆地西北緣沉積地層的時(shí)間跨度為 12-3 Ma， 且下部地層的碎屑物質(zhì)主要來自西側(cè)的鄂拉山地區(qū)， 指示了鄂拉山走滑斷層的活動(dòng)時(shí)代為中晚中新世(Zhang et al.， 2012)。由此可見， 關(guān)于鄂拉山隆升時(shí)代及其兩側(cè)盆地沉積演化方面的討論仍在繼續(xù)， 尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)， 需進(jìn)一步開展相關(guān)工作予以論證和明確。

針對(duì)上述科學(xué)問題， 本文擬選取柴達(dá)木盆地東緣的烏蘭地區(qū)為研究對(duì)象， 因?yàn)樵摰貐^(qū)不僅毗鄰WNW向柴北緣斷裂帶與NW向鄂拉山構(gòu)造帶的交接部位， 并且保存著完整的中新世沉積充填序列，便于開展詳細(xì)的沉積地層學(xué)研究和物源分析， 可為準(zhǔn)確約束盆緣山脈隆升剝露歷史提供實(shí)際材料， 進(jìn)而重建該地區(qū)中新世以來的構(gòu)造古地貌格局。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 基本構(gòu)造格架

研究區(qū)地處柴北緣斷裂帶最東端， 其現(xiàn)今構(gòu)造格架主要是WNW向柴北緣斷裂帶與NW向鄂拉山構(gòu)造帶聯(lián)合作用的產(chǎn)物(圖1)。區(qū)內(nèi)， WNW向構(gòu)造主要包括宗務(wù)隆山北緣斷裂(F1)、宗務(wù)隆山南緣斷裂(F2)、布果特山斷裂(F3)、老虎口斷裂(F4)、牦牛山斷裂(F5)和沙柳河斷裂(F6)(圖 1)。F1是分割南祁連地塊與柴北緣斷裂帶的邊界斷裂， 逆沖方向由SW指向NE， 其構(gòu)造位置對(duì)應(yīng)于印支期的板塊拼接帶(郭安林等， 2009)。F2與 F1運(yùn)動(dòng)方向相同， 它們均被解釋為 F3上盤發(fā)育的反向逆沖構(gòu)造(Chen et al.，2012)。F3是柴北緣斷裂帶的重要組成部分， 逆沖方向由NE指向SW， 向西延伸可與柴達(dá)木山逆沖斷裂帶相接， 向東則逐漸交匯于鄂拉山右旋走滑斷裂(Yin et al.， 2008a； Chen et al.， 2012)。F4為烏蘭盆地北緣斷裂， 側(cè)向延伸相對(duì)有限， 被解釋為 F3下盤發(fā)育的次級(jí)斷裂。F5主體沿牦牛山北麓分布， 上盤由SW 向 NE逆沖， 代表 F6上盤發(fā)育的反沖構(gòu)造。F6可與西部的阿木尼克山前斷裂相接(Yin et al.， 2008b)，它們共同構(gòu)成柴北緣斷裂帶最終的逆沖前鋒。

上述斷裂向東延伸均被介于柴達(dá)木與共和盆地之間的鄂拉山構(gòu)造帶所截切(圖1)。該構(gòu)造帶主要由NW向鄂拉山右旋走滑斷裂及其西南側(cè)與之伴生的雁列式逆沖構(gòu)造組成(Wang and Burchfiel， 2004)。鄂拉山右旋走滑斷裂南起東昆侖造山帶， 向北可斷續(xù)延伸至南祁連地塊， 全長超過300 km。研究表明，該斷裂的總位移量為 9～12 km， 平均滑移速率約為1 mm/yr， 據(jù)此推測該斷裂的初始活動(dòng)年齡為(9±3) Ma (Yuan et al.， 2011)。因介于海原和昆侖斷裂之間， 鄂拉山構(gòu)造帶的形成被認(rèn)為是區(qū)域性左旋剪切引發(fā)各塊體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)所致(Zuza et al.， 2016)。

1.2 地層發(fā)育特征

圖1 柴達(dá)木盆地東緣構(gòu)造地質(zhì)簡圖Fig. 1 Structural geological map on the eastern margin of Qaidam basin

研究區(qū)內(nèi)出露的前新生代地層主要包括： 1)古元古代達(dá)肯大坂群， 為一套中高級(jí)變質(zhì)巖系， 巖性以石英巖、云母片巖、斜長片麻巖、斜長角閃巖和變粒巖為主(陸松年等， 2002)， 出露范圍受斷層控制明顯； 2)中元古代萬洞溝群， 巖性以結(jié)晶灰?guī)r和硅質(zhì)條帶白云巖為主， 另可見少量千枚巖、大理巖和基性火山巖， 出露范圍緊鄰烏蘭盆地北側(cè)(圖 1)；3)奧陶紀(jì)灘間山群， 為一套典型的火山-沉積建造(李峰等， 2006)， 其上部和下部主要由英安質(zhì)流紋巖、中基性火山熔巖夾凝灰質(zhì)砂巖組成， 中部則以熱水沉積巖和碳酸鹽巖為主， 主要出露于牦牛山及其南側(cè)地區(qū)； 4)早泥盆世牦牛山組， 對(duì)應(yīng)于加里東末期的磨拉石建造(陸露等， 2010)， 巖性以紫紅色礫巖和砂礫巖為主， 上部發(fā)育安山巖、粗面巖、凝灰?guī)r等火山巖夾層， 區(qū)內(nèi)主要出露于牦牛山地區(qū)；5)石炭—二疊紀(jì)宗務(wù)隆山群， 主要沿宗務(wù)隆山出露，巖性由千枚巖、板巖夾灰?guī)r和基性火山巖組成， 代表晚古生代洋殼殘余(郭安林等， 2009)； 6)侏羅紀(jì)含煤建造， 主要由砂巖、泥巖和煤層組成， 雖然現(xiàn)今出露面積有限， 但在新生代早期可能廣泛分布于柴北緣地區(qū)(Jian et al.， 2018)。除此之外， 區(qū)內(nèi)還發(fā)育大量中酸性侵入體(郭安林等， 2009； Chen et al.，2012； 吳才來等， 2016)， 侵位時(shí)間主要集中于晚志留—早泥盆世(423-413 Ma)和二疊—三疊紀(jì)(254-215 Ma)。中新統(tǒng)下油砂山組和上油砂山組是區(qū)內(nèi)出露最老的新生代地層， 主要分布在烏蘭縣城西北側(cè)和牦牛山南麓， 文中分別稱之為烏蘭盆地和查查盆地(圖1)。通過地層對(duì)比、古生物組合和磁性地層研究， 上述兩套地層的沉積時(shí)代分別對(duì)應(yīng)于早中 新 世 (～22-15 Ma)和 中 晚 中 新 世 (～15-8 Ma)(Fang et al.， 2007； Lu and Xiong， 2009； Lu et al.，2012)。

圖2 烏蘭盆地中新世沉積地層剖面Fig. 2 Miocene stratigraphic section in the Wulan basin

2 盆地充填序列

2.1 烏蘭盆地

烏蘭盆地整體呈WNW向展布， 北側(cè)以老虎口斷裂(F4)為界， 南側(cè)被第四系和串珠狀鹽湖所覆蓋，西部則被阿姆內(nèi)可高地一分為二(圖1)。此次實(shí)測地層剖面位于老虎口斷裂和阿姆內(nèi)可高地之間， 總厚度約2060 m。

下油砂山組對(duì)應(yīng)于盆地初始形成階段， 厚約1025 m， 主要由粗粒的河道沉積和少量細(xì)粒的湖相沉積組成(圖2)。該序列最底部(0-70 m)主體呈暗紅色， 由礫巖、中粗粒砂巖、粉砂巖和泥巖組成 3～5個(gè)向上變細(xì)的沉積小旋回(圖 2和 3A)。各旋回中，礫巖多呈透鏡狀， 內(nèi)部層理不發(fā)育或僅可見少量粒序?qū)永恚?代表河道滯留沉積； 砂巖多為中厚層狀，具大型槽狀和板狀交錯(cuò)層理， 代表低流態(tài)下河床砂體的順流遷移過程； 粉砂巖和泥巖常見于旋回上部，多呈塊狀， 局部具細(xì)小紋層， 代表洪泛期的漫灘沉積。這些旋回具曲流河特有的邊灘沉積特征， 而它們之間的相互疊置則記錄了河道間頻繁的側(cè)向遷移過程。此外， 該序列中還發(fā)育大量因長期暴露而土壤化的次生標(biāo)志， 如灰綠色鈣質(zhì)條帶、鈣質(zhì)結(jié)核、植物根系、蟲孔等(圖2， 3A)。

緊接曲流河沉積之上， 為一套完整的、向上變細(xì)的退積型沉積序列(70-390 m)(圖2)。該序列底部主要由厚層狀或塊狀礫巖和粗砂巖相互疊置而成，另可見少量斷續(xù)延伸的細(xì)粒沉積物。其中， 礫巖多為顆粒支撐， 底部可見沖刷面， 礫徑一般 1～10 cm，礫石具磨圓并顯示出一定的疊瓦狀排列， 被解釋為縱向砂壩沉積； 砂巖通常側(cè)向延伸較遠(yuǎn)， 內(nèi)部發(fā)育平行層理和大型板狀、槽狀等交錯(cuò)層理(圖 3B)， 分別代表高流態(tài)下的平坦床砂沉積和低流態(tài)下砂丘與橫向砂壩的順流加積； 少量的細(xì)粒沉積物以粉砂巖為主， 多呈塊狀， 代表河道廢棄后的靜水沉積。至該序列中部， 整體粒度有所變細(xì)， 主要由中、粗粒砂巖夾粉砂巖和泥巖組成。其中， 砂巖底部常具沖刷面， 內(nèi)部以槽狀交錯(cuò)層理為主， 局部發(fā)育礫巖透鏡體； 泥質(zhì)巖或?yàn)閴K狀， 或具細(xì)小紋層， 代表沼澤和越岸的漫灘沉積。該序列上部粒度繼續(xù)變細(xì)， 表現(xiàn)為桔黃色中、細(xì)粒砂巖和黃綠色、橘紅色泥質(zhì)巖的互層發(fā)育(圖 3C)。其中， 砂巖多為中厚層狀， 底部平整， 側(cè)向延伸至少百米級(jí)， 內(nèi)部常見水平層理和波狀紋層(圖 3D)； 泥質(zhì)巖多呈薄層狀， 厚度一般不超過10 cm， 局部可見縱向蟲孔。鑒于此， 該套退積型沉積序列(70-390 m)由下而上依次被解釋為近源的辮狀河沉積體系、遠(yuǎn)端的三角洲沖積平原和開闊的淺湖相沉積體系。

圖3 野外露頭典型照片F(xiàn)ig. 3 Typical outcrop photos in the field

繼續(xù)向上(390-443 m)， 沉積物粒度突然增粗，主要由礫巖、含礫砂巖和透鏡狀砂體相互疊置而成，與下伏地層形成鮮明對(duì)比(圖2)。該序列中， 礫巖主體為雜基支撐， 分選性和磨圓度均較差， 具近源快速堆積的重力流沉積特征； 含礫砂巖中平行層理和斜層理均有發(fā)育， 底部相對(duì)平坦， 頂部常因碎屑流沖刷而凹凸不平(圖 3E)。因細(xì)粒物質(zhì)較少， 該序列可能代表扇三角洲陸上沉積。向上， 具波狀紋層和水平層理的泥巖、粉砂巖等細(xì)粒物質(zhì)開始大量出現(xiàn)，它們與粗粒物質(zhì)一起組成若干向上變粗的沉積小旋回， 代表扇三角洲水下沉積。之后， 盆地充填逐漸退積為短暫的、由泥巖夾粉、細(xì)砂巖組成的湖相沉積體系。

繼續(xù)向上(576-860 m)， 粗粒的辮狀河道沉積再次恢復(fù)， 其整體特征與下伏河道沉積相似， 主要由礫質(zhì)心灘和橫向砂壩組成(圖2)。緊接河道沉積之上(860-1025 m)， 5～6 個(gè)向上變細(xì)的、厚 15～35 m 的沉積小旋回被解釋為周期性洪泛事件的產(chǎn)物(圖2)。這些旋回包括含交錯(cuò)層理的中、細(xì)粒砂巖、含波狀紋層的泥質(zhì)巖和少量礫巖， 其中粗粒物質(zhì)代表分支流河道沉積， 而細(xì)粒物質(zhì)則代表洪泛期的漫灘沉積，它們共同構(gòu)成相對(duì)開闊的河控三角洲沉積體系。

與下油砂山組相比， 厚約 1035 m 的上油砂山組巖性較為單一， 主要以紫紅色、黃綠色塊狀泥巖和薄層狀粉、細(xì)砂巖為主(圖2， 3F)， 表明該時(shí)期盆地充填進(jìn)一步退積為穩(wěn)定而低能的湖泊沉積體系。此外， 該序列中還穿插發(fā)育數(shù)套厚度不等的、由礫巖、砂巖和少量泥質(zhì)巖組成的粗粒沉積體， 被解釋為水下濁流沉積。

2.2 查查盆地

查查盆地位于牦牛山南麓， 整體呈向西南開口的喇叭狀(圖1)， 主要出露下油砂山組， 缺失整套上油砂山組沉積。受牦牛山斷裂(F5)及其上盤次級(jí)斷層的影響， 該盆地已變形為北陡南緩的向斜構(gòu)造(圖1)。此次實(shí)測地層剖面位于向斜構(gòu)造北翼， 總厚度約1704 m， 表現(xiàn)為穩(wěn)定的辮狀河沉積體系。

該剖面底部(0-200 m)粒度相對(duì)較粗， 主要由灰褐色細(xì)礫巖和桔紅色中、細(xì)粒砂巖組成(圖4， 3G)。礫巖厚度集中于1.5～2 m， 側(cè)向延伸數(shù)十米， 底部沖刷面清晰可見； 內(nèi)部結(jié)構(gòu)為顆粒支撐， 磨圓度呈次棱角狀， 粒徑介于 0.2～3 cm 之間， 分選性較差； 沉積構(gòu)造以平行層理和槽狀交錯(cuò)層理為主， 局部呈塊狀。礫巖之間的砂體常呈透鏡狀展布， 厚度在 0.2～1 m之間變化， 內(nèi)部可見槽狀和波狀交錯(cuò)層理。根據(jù)以上特征， 較粗的礫巖層被解釋為洪水期形成的縱向砂壩， 而透鏡狀砂體則代表洪水消退過程中沿砂壩邊緣或沖刷洼地形成的楔狀沉積體。

繼續(xù)向上(200-1704 m)， 巖性趨于穩(wěn)定， 主要由桔黃色中、粗粒砂巖夾少量細(xì)礫巖和泥巖、粉砂巖等細(xì)粒物質(zhì)組成(圖 4， 3H)。砂巖厚度通常介于1～2 m 之間， 側(cè)向延伸較遠(yuǎn)， 其中平行層理和大型板狀交錯(cuò)層理極為發(fā)育(圖 3H)， 另可見少量的槽狀和楔狀交錯(cuò)層理。在垂向序列中， 板狀交錯(cuò)層理和平行層理常伴生發(fā)育， 代表了橫向砂壩順流加積和高流態(tài)平坦床砂垂向生長的交替演化； 槽狀交錯(cuò)層理常在板狀交錯(cuò)層理之上發(fā)育， 構(gòu)成略微向上變細(xì)的沉積旋回， 代表低水位期橫向砂壩頂部的沙丘遷移過程。此外， 在少量發(fā)育的泥巖和粉砂巖中， 常見灰綠色鈣質(zhì)條帶或團(tuán)塊， 局部可見蟲孔和植物根系， 表明這些細(xì)粒物質(zhì)可能為漫灘沉積或者河流改道后的凈水沉積。

3 物源分析

針對(duì)不同粒級(jí)的沉積物， 碎屑成分統(tǒng)計(jì)手段亦不相同。對(duì)于砂巖而言， 通常采用Gazzi-Dickinson(G-D)方法在顯微鏡下進(jìn)行薄片鑒定和點(diǎn)統(tǒng)計(jì)， 每張薄片至少統(tǒng)計(jì) 500個(gè)碎屑顆粒(Liu et al.， 2007， 2010)。然后， 基于不同類型的顆粒組合進(jìn)行三角投圖， 確定源區(qū)構(gòu)造背景。對(duì)于礫巖而言， 一般在野外進(jìn)行礫石成分統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)區(qū)域約2 m2， 每次需統(tǒng)計(jì) 150～200 顆礫石(王永超等，2016)。

3.1 G-D方法點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

此次進(jìn)行 G-D方法點(diǎn)統(tǒng)計(jì)的砂巖樣品共計(jì) 15件， 其中9件來自烏蘭盆地， 6件來自查查盆地。在Q-F-L和Qm-F-Lt三角圖解中(圖5)， 這些樣品絕大部分落入再旋回造山帶源區(qū)， 只有一件樣品因長石含量突增而落入巖漿弧源區(qū)。一般而言， 較高的巖屑含量通常意味著較短的搬運(yùn)距離和較低的成分成熟度， 也是再旋回造山帶源區(qū)區(qū)別于大陸地塊源區(qū)的重要特征。

圖4 查查盆地下油砂山組沉積地層剖面Fig. 4 Stratigraphic section of the Xiayoushashan Formation in the Chacha basin

圖5 砂巖碎屑成分Gazzi-Dickinson方法點(diǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的三角圖解Fig. 5 Ternary plots of sandstone detrital composition counted by Gazzi-Dickinson

在烏蘭盆地， 砂巖中巖屑的平均含量達(dá)到了45.11%(圖5)。盡管就單個(gè)樣品而言， 巖屑顆粒所占比值呈現(xiàn)出明顯的離散性， 但整體上卻顯示出由下而上先減少后增多的分布規(guī)律， 并且這一規(guī)律與盆地沉積充填過程之間存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。樣品WL0530-11(注： 上標(biāo)指示樣品在剖面中的相對(duì)位置，數(shù)字越大表明位置越靠上， 它們與三角圖解中的數(shù)字編號(hào)具有同等指示意義)位于實(shí)測剖面最底部，對(duì)應(yīng)于礫質(zhì)曲流河沉積體系(圖2)， 其Qm/F/Lt比值為 44/11/45。樣品 WL0605-42、WL0530-43和WL0530-54對(duì)應(yīng)于辮狀河道向淺湖相退積的充填過程(圖2)， 其 Qm/F/Lt的平均比值為64/10/26。剩余樣品來自扇三角洲(WL0602-15)、辮狀河(WL0602-3-26和 WL0602-57)、濁流(WL0601-18和WL0601-29)等沉積環(huán)境(圖 2)， 其 Qm/F/Lt的平均比值為 30/12/58。這種砂巖碎屑組分與盆地充填過程之間密切的相關(guān)性， 暗示了源區(qū)物質(zhì)分配可能受控于階段性的盆緣構(gòu)造活動(dòng)。此外， 樣品 WL0601-29中長石含量突然增多(圖 5)， 可能與深成侵入體的大規(guī)模剝露有關(guān)。

相比之下， 查查盆地所測樣品中的平均巖屑含量僅為 29.57%， 而單個(gè)樣品含量卻相對(duì)穩(wěn)定(圖 5)，表明碎屑物質(zhì)可能經(jīng)歷過較長的搬運(yùn)距離， 使得巖石的成分成熟度逐漸趨于穩(wěn)定。這一認(rèn)識(shí)亦與查查盆地相對(duì)穩(wěn)定的沉積環(huán)境相一致。在Qp-Lv-Lt三角圖解中(圖 5)， 來自查查和烏蘭盆地的砂巖樣品分別落入了弧造山帶源區(qū)和碰撞造山帶源區(qū)， 原因在于前者含有大量的火山巖碎屑， 而后者主要以沉積巖和變質(zhì)巖碎屑為主。對(duì)于查查盆地而言， 火山巖碎屑占巖屑總量的比例高達(dá)66.06%， 其巖性主要為流紋巖和凝灰?guī)r， 另可見少量的粗面巖和安山巖。斜層理測量結(jié)果顯示， 伴隨盆地發(fā)育的始終為自西向東流淌的縱向水系(圖4)。由此可見， 在盆地西側(cè)廣泛出露且富含火山物質(zhì)的奧陶紀(jì)灘間山群和早泥盆世牦牛山組應(yīng)是查查盆地的主要物源供給區(qū)。

3.2 礫石成分統(tǒng)計(jì)

與查查盆地相比， 烏蘭盆地發(fā)育了大量的河道礫巖沉積， 有利于開展更為直觀的礫石成分統(tǒng)計(jì)工作。此次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的野外觀測點(diǎn)共計(jì)11個(gè)， 統(tǒng)計(jì)的礫石顆粒累積超過2000顆。根據(jù)Liu et al.(2010)提出的巖屑巖性相理論， 并結(jié)合潛在源區(qū)的巖石類型，可將烏蘭盆地所含礫石組分劃分成4類巖性組合。Ⅰ類主要為不同粒級(jí)的砂巖， 其母巖源區(qū)可能為區(qū)內(nèi)少量出露的侏羅紀(jì)沉積蓋層， 原因在于這些蓋層巖系曾廣泛發(fā)育， 只是在柴北緣斷裂帶發(fā)育過程中被大量剝蝕(Jian et al.， 2018)， 從而成為柴達(dá)木盆地重要的物源供給區(qū)(Lu et al.， 2019)。Ⅱ類主要為不同類型的花崗巖和閃長巖， 對(duì)應(yīng)于烏蘭盆地北側(cè)不同時(shí)代的深成侵入體； Ⅲ類為千枚巖、板巖、火山巖等巖性組合， 它們可能源自具有洋殼屬性的晚古生代宗務(wù)隆山群； Ⅳ類主要包括石英巖、大理巖、片巖、片麻巖、角閃巖等巖石類型， 其源區(qū)應(yīng)為古元古界達(dá)肯大坂基底變質(zhì)巖系； Ⅴ類主要由結(jié)晶灰?guī)r和硅質(zhì)條帶白云巖組成， 它們可能源自緊鄰盆地北側(cè)組成逆沖前鋒的中元古界萬洞溝群碳酸鹽巖。

圖6 烏蘭盆地中新世地層礫石成分統(tǒng)計(jì)Fig. 6 Gravel composition statistics of the Miocene strata in the Wulan basin

基于以上巖石類型組合， 可將烏蘭盆地源區(qū)剝露過程分為4個(gè)階段。階段1對(duì)應(yīng)于實(shí)測剖面最底部的曲流河沉積體系， 其中所含礫石類型幾乎全為Ⅳ類(圖2， 6)， 僅在局部偶見一些花崗巖礫石。該階段， 由砂巖斜層理確定的古流向?yàn)樽阅舷虮保?表明這些礫石主體來自盆地南側(cè)的達(dá)肯大坂群。

階段 2對(duì)應(yīng)于曲流河之上的辮狀河沉積體系，包括WL0605-4和WL0530-4兩個(gè)野外觀測點(diǎn)。與階段 1相反， 該時(shí)期由疊瓦狀礫石確定的古流向?yàn)樽员毕蚰希?表明盆地北側(cè)開始大規(guī)模抬升。礫石成分統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示， 該階段以砂巖為代表的Ⅰ類礫石顯著增多， 占比一度接近 50%， 其次為Ⅲ類和Ⅳ類，兩者共同占比為36%～47%。含量最少的礫石組合為Ⅱ類， 占比為13%～16%。由此可見， 盡管盆地北部的宗務(wù)隆山群(Ⅲ類)、達(dá)肯大坂群(Ⅳ類)和深成侵入體(Ⅱ類)現(xiàn)今已大面積剝露， 但主導(dǎo)該階段盆地物質(zhì)供給的卻是侏羅紀(jì)沉積蓋層。

階段3對(duì)應(yīng)于下油砂山組上部的扇三角洲、辮狀河、辮狀河三角洲等沉積體系， 其中以Ⅳ類礫石顯著增多、Ⅰ類礫石顯著減少為基本特征。在野外觀測點(diǎn) WL0602-1處， 前者占比為 38%， 爾后迅速增加至 65%， 再之后逐漸趨于穩(wěn)定(51%～56%)。相比之下， 后者占比先由階段2中的40%～48%銳減至12%， 然后進(jìn)一步減少并穩(wěn)定在3%～5%。疊瓦狀礫石測量結(jié)果顯示， 該時(shí)期的古流方向同樣是自北向南， 指示盆地北部持續(xù)的隆升過程。然而， 不同之處在于古老的達(dá)肯大坂巖群(Ⅳ類)開始取代淺部蓋層成為盆地的主要物源供給區(qū)。因此， 階段 2和 3可視為一次由淺至深的揭頂事件。

階段 4主體對(duì)應(yīng)于上油砂山組湖相沉積體系，其中濁流成因的礫巖層中開始首次出現(xiàn)結(jié)晶灰?guī)r、硅質(zhì)條帶白云巖等Ⅴ類礫石。盡管相比其它礫石類型， 該類礫石占比僅為6%～8%， 但卻記錄了萬洞溝群海相地層的首次剝露， 并且揭示了與之相關(guān)的構(gòu)造事件可能開始啟動(dòng)。此外， 盡管該時(shí)期Ⅱ類礫石占比并未顯著升高， 但砂巖樣品 WL0601-29中鉀長石含量突然增多， 意味著花崗質(zhì)侵入體不斷被抬升剝露， 也就是說， 已有源區(qū)的剝露深度在持續(xù)增加。

4 沉積盆地演化與構(gòu)造古地貌重建

在烏蘭盆地， 粒度較粗的下油砂山組對(duì)應(yīng)盆地的初始形成階段， 主要由辮狀河、辮狀河三角洲及少量的湖泊沉積體系組成(圖2)。事實(shí)上， 緊鄰阿姆內(nèi)可高地北側(cè)， 該序列底部表現(xiàn)為一套暗紅色、厚約數(shù)十米的曲流沉積體系， 其中可見大量灰綠色鈣質(zhì)條帶、結(jié)核、植物根系、蟲孔等土壤化標(biāo)志。此外， 鑒于該套地層的源區(qū)正是組成阿姆內(nèi)可高地的達(dá)肯大阪基底變質(zhì)巖系(Ⅳ類)， 因此高地所在位置可能臨近盆地沉降初期的前隆沉積帶。隨著擠壓作用的持續(xù)進(jìn)行， 高能的、由北向南流動(dòng)的辮狀河道沉積開始廣泛發(fā)育(圖 2)， 其源區(qū)主要由侏羅系(Ⅰ類)、達(dá)肯大坂巖群(Ⅳ類)和宗務(wù)隆山群組成(Ⅲ類)(圖6)。由于這些地層主體介于布果特山斷裂(F3)和宗務(wù)隆山北緣斷裂(F1)之間， 所以它們的隆升剝露與上述斷裂劇烈活動(dòng)及其引發(fā)的沖起構(gòu)造密切相關(guān)(圖 7A)。隨后， 盆地充填依次退積為相對(duì)低能的三角洲和濱淺湖相， 表明盆緣構(gòu)造活動(dòng)逐漸趨于減弱(圖 2)。

繼續(xù)向上， 扇三角洲與湖相沉積體在有限的沉積厚度中交替出現(xiàn)， 意味盆緣構(gòu)造雖再次活動(dòng)， 但卻具有強(qiáng)烈的脈沖式特征(圖2)。直到辮狀河沉積體系重新建立， 盆緣山脈隆升剝蝕速率才趨于穩(wěn)定。物源分析結(jié)果表明， 該時(shí)期達(dá)肯大坂群和深成侵入體的剝露程度顯著加強(qiáng)， 從而取代侏羅紀(jì)蓋層巖系成為盆地的主要物源區(qū)(圖6)。此次揭頂剝露事件可能對(duì)應(yīng)于宗務(wù)隆山南緣斷裂(F2)的初始活動(dòng)， 它與布果特山斷裂(F3)共同組成新的沖起構(gòu)造， 使得結(jié)晶基底和侵位其中的花崗巖類劇烈抬升。此外， 相比下伏地層， 該階段砂巖樣品中巖屑含量同樣有所增加， 進(jìn)一步刻畫了逆沖前鋒向盆地方向的遷移過程。基于上述分析， 可將烏蘭盆地定義為逆沖荷載作用下形成的山間撓曲盆地， 其充填過程主要受控于盆地北側(cè)的柴北緣斷裂帶， 與東側(cè)的鄂拉山構(gòu)造帶并無明顯關(guān)聯(lián)(圖 7A)。換句話說， 鄂拉山的隆升時(shí)代要晚于下油砂山組沉積期， 而烏蘭盆地與共和盆地之間可能彼此聯(lián)通， 屬于統(tǒng)一的前陸盆地系統(tǒng)。

對(duì)于同時(shí)期的查查盆地而言， 其充填過程相對(duì)單一， 表現(xiàn)為穩(wěn)定的辮狀河道沉積(圖4)。物源分析結(jié)果表明， 查查盆地源區(qū)主要對(duì)應(yīng)于盆地西側(cè)富含火山物質(zhì)的灘間山群和牦牛山組， 明顯不同于烏蘭盆地源區(qū)地層特征。由此可見， 該時(shí)期介于兩盆地間的牦牛山高地已經(jīng)存在， 但其成因可能為差異風(fēng)化所致， 也可能為繼承性構(gòu)造高地， 與同期構(gòu)造事件并無明顯關(guān)聯(lián)。相反， 該時(shí)期盆地西側(cè)源區(qū)物質(zhì)的大量剝露與逆沖構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)， 尤其是阿木尼克山的隆升受其山前斷裂控制明顯(Yin et al.，2008a， b)。如前文所述， 該斷裂向東延伸可與沙柳河逆沖構(gòu)造(F6)相接(Chen et al.， 2012)， 代表柴北緣斷裂帶最終的逆沖前鋒。基于這一認(rèn)識(shí)， 可將查查盆地原型視為逆沖斷層上盤發(fā)育的背馱盆地， 而伴隨盆地發(fā)育的則是向東流淌的縱向水系(圖7A)。此外， 在臨近沙柳河斷裂與鄂拉山斷裂的交接部位，Duvall et al.(2013)報(bào)道了新近紀(jì)殘留地層中的礫石組分以片麻巖為主， 并非其周緣廣泛出露的以花崗巖為主的巖石類型， 一方面表明該套地層的源區(qū)可能為構(gòu)成沙柳河逆沖前鋒的達(dá)肯大阪群， 另一方面則暗示鄂拉山的隆升要晚于地層的沉積時(shí)代。由此可見， 這些殘留地層應(yīng)是上述背馱盆地的東延部分，也是柴東與共和盆地相互連通的直接證據(jù)。

圖7 柴達(dá)木盆地東緣中新世構(gòu)造古地貌重建(其余圖例同圖1)Fig. 7 Miocene paleogeomorphic reconstruction in the easternmost Qaidam basin(the rest legends are the same as Fig. 1)

事實(shí)上， 已有研究表明， 鄂拉山右旋走滑斷裂的形成時(shí)代(12-9 Ma)要明顯晚于兩側(cè)盆地的初始沉積年齡(22-20 Ma)(Craddock et al.， 2011； Yuan et al.， 2011； Lu et al.， 2012； Duvall et al.， 2013)。盡管，部分學(xué)者通過低溫?zé)崮甏鷮W(xué)研究將鄂拉山斷裂的啟動(dòng)時(shí)間定義為漸新世末或早中新世(蔣榮寶等， 2008；Lu et al.， 2012)， 但由于樣品采集位置靠近東昆侖山前和柴北緣斷裂帶， 所以不排除上述年齡與早期擠壓事件有關(guān)。此外， 古地磁研究成果揭示了茶卡鹽湖北側(cè)地層的初始沉積年齡為12～11 Ma(Lu et al.，2012； Zhang et al.， 2012)， 表明中新世早期共和盆地西北緣尚未接受沉積， 此時(shí)的沉積中心更靠近盆地南部。

至中晚中新世， 烏蘭盆地經(jīng)下油砂山組頂部三角洲沉積過渡之后， 最終演化為低能的湖泊沉積體系(圖2)。然而， 若干濁流沉積體的厘定指示了該時(shí)期盆山之間高差依然顯著， 由此推斷盆地具有高水位和欠補(bǔ)償特征。此外， 砂巖中較高的巖屑含量以及礫巖中碳酸鹽巖礫石的首次出現(xiàn)， 暗示了緊鄰盆地北緣的老虎口斷裂(F4)開始啟動(dòng)(圖 7B)。相比之下， 查查盆地缺失了上油砂山組沉積， 指示了該時(shí)期牦牛山及其南側(cè)地區(qū)整體處于抬升狀態(tài)， 此過程可能與牦牛山反沖構(gòu)造(F5)的活動(dòng)密切相關(guān)。更為關(guān)鍵的是， 該時(shí)期亦對(duì)應(yīng)于鄂拉山右旋走滑斷裂的形成時(shí)代(Yuan et al.， 2011； Duvall et al.， 2013)。顯然， 周緣山脈近于同時(shí)抬升是烏蘭盆地轉(zhuǎn)為相對(duì)封閉的湖盆環(huán)境的直接原因， 但究其根本原因， 在于區(qū)域性構(gòu)造體制發(fā)生的重大調(diào)整(Lease et al.，2011)。該時(shí)期， 以昆侖和海源斷裂為代表的左旋走滑系統(tǒng)逐漸取代早期WNW向延伸的逆沖構(gòu)造， 開始主導(dǎo)區(qū)域構(gòu)造變形(Duvall et al.， 2013； Zuza et al.，2016)。在此背景下， 介于兩斷裂間的不同塊體相應(yīng)地發(fā)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)(Zuza et al.， 2016)。由于旋轉(zhuǎn)塊體并非剛性， 于是在相鄰塊體間以及各塊體的南北邊界處分別形成了北西走向的右旋走滑斷層和近東西走向的逆沖構(gòu)造。這些新生構(gòu)造縱橫交織在一起，共同破壞了早期相對(duì)統(tǒng)一的沉積盆地系統(tǒng)(Craddock et al.， 2011； Zhang et al.， 2012)， 從而奠定了青藏高原東北緣現(xiàn)今的構(gòu)造地貌格局。

5 結(jié)論

(1)烏蘭盆地和查查盆地是兩個(gè)獨(dú)立演化的沉積盆地系統(tǒng)， 前者為逆沖荷載作用下形成的山間撓曲盆地， 后者是在逆沖斷層上盤發(fā)育的背馱盆地，兩者之間被牦牛山高地所阻隔。

(2)早中新世(22-15 Ma)， 烏蘭盆地主要由辮狀河、三角洲和少量的湖泊沉積體系組成， 其源區(qū)為盆地北側(cè)持續(xù)抬升的柴北緣斷裂帶， 與東側(cè)的鄂拉山構(gòu)造帶并無明顯關(guān)聯(lián)； 相比之下， 查查盆地主要表現(xiàn)為與縱向水流伴生的辮狀河道沉積。該縱向水系起源于柴北緣斷裂帶中段(甚至西段)， 向東經(jīng)牦牛山地區(qū)后， 最終匯入共和盆地。以上信息表明，NW向鄂拉山的隆升要晚于兩側(cè)盆地的初始形成時(shí)間， 即該時(shí)期柴東與共和盆地之間可能彼此聯(lián)通，屬于統(tǒng)一的前陸盆地系統(tǒng)。

(3)中晚中新世(15-8 Ma)， 伴隨著鄂拉山右旋走滑斷裂的初始啟動(dòng)， 烏蘭盆地周緣山脈近于同時(shí)抬升， 使其脫離共和盆地成為相對(duì)封閉的欠補(bǔ)償湖盆。該時(shí)期， 由于牦牛山斷裂劇烈活動(dòng)， 查查盆地所在的牦牛山南側(cè)地區(qū)整體抬升， 從而缺失了上油砂山組沉積。此次盆山系統(tǒng)重組與區(qū)域性左旋剪切作用密切相關(guān)。

致謝：感謝中國地質(zhì)科學(xué)院李冰、王增振、張垚垚、張義平、徐盛林等在野外工作中提供的幫助。特別感謝評(píng)審專家給予本文的建設(shè)性修改意見。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (No. DD20190011)， Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund (No.YWF201908)， and National Natural Science Foundation of China (No. 41902116).