崆峒山區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)研究進(jìn)展＊

桂先剛，梁收運(yùn)，周自強(qiáng)，白曉華

(1.蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州 730000；2.甘肅省科學(xué)院地質(zhì)自然災(zāi)害防治研究所，甘肅蘭州 730000)

新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作為強(qiáng)烈的內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用，是地球演化和環(huán)境變遷的重要因素之一。目前，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)已被大多數(shù)學(xué)者定義為新近紀(jì)以來(lái)所發(fā)生的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[1]，但對(duì)其起始時(shí)間尚有不同見(jiàn)解，跨度從古近紀(jì)中期到第四紀(jì)中更新世初[2]。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)地形地貌演化、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育及氣候環(huán)境變化[3]等都有顯著影響，控制了夷平面形成及河流階地發(fā)育[4-5]，也因此受到眾多學(xué)者關(guān)注[6]。

崆峒山位于六盤山東麓，是我國(guó)發(fā)現(xiàn)古老地層(三疊系)中發(fā)育最好的一處丹霞地貌，具有重要的科研價(jià)值和極高的觀賞價(jià)值[7]。該區(qū)域地處青藏高原東北緣與鄂爾多斯地塊的過(guò)渡區(qū)域。區(qū)內(nèi)夷平面、剝蝕面及河流階地等層狀地貌在空間上鱗次櫛比、錯(cuò)落有致，反映了新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的階段性、間歇性和復(fù)雜性。為了崆峒山國(guó)家地質(zhì)公園的可持續(xù)發(fā)展，前人從地質(zhì)地貌學(xué)[8-9]、古土壤學(xué)[10]、熱釋光年代學(xué)[11-13]及電子自旋共振年代學(xué)[9]等方面進(jìn)行了大量的研究，取得了豐碩的成果，但在以新構(gòu)造活動(dòng)為主的相關(guān)研究領(lǐng)域仍然存在分歧，如地層時(shí)代、地貌年齡及地貌演化等。因此，總結(jié)崆峒山地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)研究成果，可為準(zhǔn)確厘定地貌年齡和恢復(fù)地貌演化歷史提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

崆峒山位于祁連造山褶皺帶東緣、鄂爾多斯地臺(tái)西側(cè)、蘭山—六盤山褶皺帶南段[14]，處于鄂爾多斯盆地與六盤山的過(guò)渡地帶，大地構(gòu)造位置獨(dú)特。其中，鄂爾多斯盆地自早白堊世以來(lái)長(zhǎng)期處于緩慢抬升剝蝕狀態(tài)[15]；六盤山作為青藏高原的東北緣邊界，其構(gòu)造復(fù)雜，是青藏高原東北緣的強(qiáng)烈變形區(qū)[16-17]。

區(qū)內(nèi)的構(gòu)造線基本上為近SN 或NNW 向，構(gòu)成南北向展布的賀蘭褶皺帶構(gòu)造格局，表現(xiàn)為三條互為平行的褶軸和沖斷面組成的復(fù)式背斜。崆峒山在店洼—太統(tǒng)山—大臺(tái)子復(fù)背斜和小黃峁山—三關(guān)口—沙南復(fù)背斜之間，是古城—崆峒山—宋莊復(fù)向斜的一部分[18-19]，處在青銅峽—固原斷裂和青龍山—平?jīng)鰯嗔阎g[20]，次級(jí)斷裂發(fā)育。

崆峒山地區(qū)主要由奧陶系、二疊系、三疊系、白堊系、古近系、新近系和第四系等地層組成，在多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響下，該區(qū)缺失了志留系、泥盆系、石炭系和侏羅系地層[21-22]。

對(duì)于崆峒山丹霞地貌的成景地層的認(rèn)識(shí)有不同的觀點(diǎn)，一種認(rèn)為是侏羅系，另一種認(rèn)為是三疊系。畢慶昌和徐鐵良等創(chuàng)名崆峒山礫，其層位應(yīng)屬中侏羅紀(jì)或上侏羅紀(jì)，康立權(quán)等結(jié)合野外觀察和區(qū)域地質(zhì)資料，初步認(rèn)為“崆峒山礫巖”與陜西省芬芳河組為同一套地層，時(shí)代屬上侏羅統(tǒng)[21]。甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局[22]根據(jù)采集到的少量植物化石，確定這套礫巖的地質(zhì)年代屬于中三疊世晚期至晚三疊世。裂變徑跡年代學(xué)表明崆峒山組礫巖為晚三疊世沉積[23]。陳致均根據(jù)部分地段遠(yuǎn)觀到的巖性和地層產(chǎn)狀的差異，認(rèn)為崆峒山丹霞地貌由上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)群(T3y)與下白堊統(tǒng)三橋組(K1s)的陸相紫紅色碎屑巖組成[24]，兩套地層為不整合接觸關(guān)系，但尚未發(fā)現(xiàn)典型的古風(fēng)化殼剖面。

2 夷平面及河流階地

夷平面是由于剝蝕和夷平作用所產(chǎn)生的，以截面形式橫切過(guò)一切年齡上先于它的地層和構(gòu)造的一種平緩地形，包括有山頂面、剝蝕面、準(zhǔn)平原及侵蝕面等，是地貌發(fā)展終極產(chǎn)物(準(zhǔn)平原和山麓剝蝕平原)經(jīng)抬升破壞或埋藏的結(jié)果[25-26]。夷平面在地貌形成演化和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)研究中占有極其重要的地位，稱之為高原隆升的出發(fā)點(diǎn)和起跑線[27]。河流階地作為記錄構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和環(huán)境變化的重要載體，可以用來(lái)反演區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)、氣候變化等內(nèi)動(dòng)力過(guò)程[28-29]。因此，深入研究夷平面、河流階地等層狀地貌有助于探討地殼隆升過(guò)程及地貌演化歷史。

2.1 夷平面

近年來(lái)，為厘定崆峒山丹霞地貌演化歷史及地貌年齡，學(xué)者們?cè)诹P山東麓的崆峒山做了大量工作。陳致均等和齊德利等認(rèn)為崆峒山現(xiàn)存三級(jí)剝蝕面，其中一級(jí)剝蝕面香山的海拔為2123m，二級(jí)剝蝕面隍城為2038m，三級(jí)剝蝕面以中臺(tái)為中心的五臺(tái)地區(qū)，海拔為1870～1920m[11,30]。黃進(jìn)通過(guò)對(duì)涇河階地測(cè)年，根據(jù)崆峒山三級(jí)剝蝕面的拔河高程，采用“黃進(jìn)地殼上升速率計(jì)算公式”得到崆峒山三級(jí)剝蝕面的年齡分別為13.20Ma、11.52Ma 和8.71Ma[12]，即崆峒山形成于中新世中晚期。

前人對(duì)青藏高原及其周緣山系的夷平面發(fā)育特征和形成、解體時(shí)代已開(kāi)展了大量的調(diào)查研究[26-27,31-32]，普遍存在兩級(jí)公認(rèn)的夷平面(山頂面和主夷平面)和一級(jí)剝蝕面。喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始，高原經(jīng)過(guò)三期隆升兩次夷平。青藏高原三級(jí)夷平面的形成時(shí)代分別為漸新世至中新世早期、中新世晚期—上新世晚期(7.0～3.6Ma)、1.8Ma 以來(lái)(一般在1.8～1.4Ma)。

陜甘寧青地區(qū)夷平面主要發(fā)育三級(jí)[10,33]，這三級(jí)夷平面現(xiàn)今分布在不同的高度。

第一級(jí)夷平面形成于早第三紀(jì)或漸新世至中新世早期，在六盤山地區(qū)，該級(jí)夷平面切割最新地層多為下白堊統(tǒng)，現(xiàn)在這級(jí)夷平面主要表現(xiàn)為殘山，在整個(gè)黃土高原地區(qū)該級(jí)夷平面被稱為北臺(tái)期夷平面。六盤山地區(qū)的山頂面在此時(shí)形成，南部一帶現(xiàn)今海拔為2600～2800m。

第二級(jí)夷平面切過(guò)的最新地層為上述第一級(jí)夷平面的相關(guān)堆積，在上新世末期完成了該級(jí)夷平面的塑造，現(xiàn)今海拔高程2200～2400m。宋友桂認(rèn)為[10]六盤山以東的紅層或紅黏土開(kāi)始堆積之前，六盤山主峰和山麓地區(qū)以及中央黃土高原基底基本處于同一高度，至約8.1Ma 時(shí)已趨于夷平狀態(tài)，形成一級(jí)夷平面，該夷平面可與青藏高原上廣泛分布的第二級(jí)夷平面(主夷平面)對(duì)比。其后約5.2Ma 時(shí)六盤山發(fā)生小規(guī)模隆升，并遭受剝蝕形成山麓剝蝕面。

第三級(jí)夷平面形成于早更新世后期至中更新世初期，在中更新世后期開(kāi)始抬升，現(xiàn)今海拔1800～2000m。楊東等[34]對(duì)六盤山西麓剝蝕面的研究認(rèn)為，該地區(qū)3.6～1.8Ma 的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)處于一種長(zhǎng)期的剝蝕狀態(tài)，除局部外絕大部分發(fā)育成山麓剝蝕面即甘肅期準(zhǔn)平原[35]，此剝蝕面指示了一次強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)于“青藏運(yùn)動(dòng)C 幕”。

盡管青藏高原與六盤山地區(qū)同級(jí)夷平面高程不同，但夷平面的特征和時(shí)代可以比較，說(shuō)明在區(qū)域上地殼隆升具有歷史一致性。崆峒山位于六盤山東麓，處于山麓地帶，屬六盤山支脈，其夷平面發(fā)育級(jí)數(shù)及時(shí)代宏觀上應(yīng)與六盤山一致。李玉龍等[36]根據(jù)陜甘寧青夷平面展布情況，大致得到崆峒山山頂面對(duì)應(yīng)于六盤山的二級(jí)夷平面，這與崆峒山第一級(jí)夷平面時(shí)代為13.2Ma 的觀點(diǎn)分歧較大。

2.2 河流階地

六盤山東麓河流較為發(fā)育，主要有涇河及其支流，涇河橫穿崆峒山，河流階地發(fā)育，在風(fēng)成黃土的覆蓋下，其河流階地序列保存相對(duì)完整，是六盤山及崆峒山第四紀(jì)以來(lái)構(gòu)造隆升的良好地貌記錄。目前認(rèn)為六盤山東側(cè)涇河發(fā)育有五級(jí)階地[9,37]。

前人利用光釋光(OSL)、電子自旋共振(ESR)測(cè)年，確定了崆峒山東側(cè)的柳樹(shù)溝涇河五級(jí)階地的發(fā)育時(shí)代分別為541ka、477ka、279ka、60ka、8ka。陳致均等對(duì)涇河二級(jí)階地的TL/OSL 測(cè)年結(jié)果為72～77ka[30]，二者基本相當(dāng)。

青藏高原東北緣河流階地的形成主要受印度板塊向歐亞板塊碰撞作用的遠(yuǎn)程效應(yīng)和第四紀(jì)以來(lái)地殼周期性隆升所控制，不同區(qū)域的地殼隆升幅度、速率可能不一樣，但隆升的周期和時(shí)間應(yīng)具有一致性[38]。因此，可以對(duì)各河流的階地發(fā)育年代進(jìn)行時(shí)間上或空間上的對(duì)比。鄂爾多斯盆地周緣黃河發(fā)育有六—七級(jí)階地[39-40]，黃河階地的年代通常被作為河流階地研究的年代標(biāo)尺[41]。涇河的五級(jí)階地通過(guò)與鄂爾多斯高原周緣河流階地的對(duì)比，其測(cè)年結(jié)果與前人測(cè)試數(shù)據(jù)基本吻合。

趙秋晨等計(jì)算得出，柳樹(shù)溝涇河階地在600～250ka 期間堆積了巨厚礫石層，是對(duì)六盤山隆升的沉積響應(yīng)，堆積速率0.31m/ka；高家山剖面這個(gè)時(shí)期對(duì)應(yīng)下切，下切速率0.37m/ka，二者基本一致，為晚第四紀(jì)六盤山及崆峒山的隆升速率提供了粗略的定量約束。總體來(lái)看，三級(jí)夷平面及五級(jí)階地等層狀地貌現(xiàn)象，反映了崆峒山在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下差異性、間歇性、階段性升降的特點(diǎn)。

3 構(gòu)造地貌演化

中生代以前，崆峒山以隆起遭受剝蝕為主，地殼發(fā)生多次顫動(dòng)性升降，幾度出現(xiàn)沉積間斷。三疊紀(jì)時(shí)，古地理表現(xiàn)為內(nèi)陸盆地，沉積了巨厚的陸相粗碎屑巖，晚三疊紀(jì)盆地受到印支運(yùn)動(dòng)影響，整體抬升，致使侏羅紀(jì)處于到剝蝕狀態(tài)，并經(jīng)歷了氧化—還原—氧化沉積環(huán)境的變化構(gòu)造旋回[7]。強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使下白堊統(tǒng)不整合于上三疊統(tǒng)之上。

侏羅紀(jì)末至白堊紀(jì)初，受燕山運(yùn)動(dòng)影響，本區(qū)再次形成較深的山間盆地，接受了巨厚的六盤山群礫巖沉積。早白堊紀(jì)末期至古近紀(jì)，在燕山運(yùn)動(dòng)第Ⅳ幕的影響下，六盤山地區(qū)在NW-SE 方向的擠壓作用下發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，整體緩慢抬升[42-43]，使盆地遭到破壞，結(jié)束了沉積而轉(zhuǎn)變?yōu)閯兾g區(qū)，導(dǎo)致缺失了晚白堊世—古新世地層。在強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)下，下白堊統(tǒng)地層中產(chǎn)生許多高角度斷層，發(fā)育有五組節(jié)理，傾角在70°以上的節(jié)理占59.3%[44]，這些斷裂構(gòu)造明顯控制了崆峒山微地貌的形成與演化。

至始新世初期，形成與晚中生代以來(lái)一直緩慢抬升和剝蝕的鄂爾多斯盆地相連通的古夷平面[15]。45Ma 以來(lái)印度—?dú)W亞板塊接觸碰撞，青藏高原開(kāi)始隆升，早期形成的六盤山—鄂爾多斯區(qū)域性古夷平面解體，隨后經(jīng)歷了45～40Ma、36.1～29.3Ma、18.9～17Ma 和12～10Ma 四次階段性隆升事件[45-46]。

宋友桂等對(duì)朝那紅黏土研究認(rèn)為，經(jīng)晚中新世以前的長(zhǎng)期剝蝕夷平，六盤山主峰和山麓地區(qū)以及中央黃土高原基底(海拔1100m) 大致處于同一高度，到約8.1Ma 時(shí)形成一級(jí)夷平面(主夷平面)，至鄂爾多斯高原開(kāi)始堆積紅黏土?xí)r[10,47]，該夷平面解體，六盤山主體開(kāi)始隆起，以東的黃土高原則相對(duì)下降，初步形成六盤山東西地貌差異。這次隆升在青藏高原多地均有表現(xiàn)，拉開(kāi)了“青藏運(yùn)動(dòng)”序幕[48]，是現(xiàn)今高原地貌雛形的開(kāi)始。崆峒山位于六盤山山麓地帶，屬隆起區(qū)內(nèi)，香山夷平面解體大體對(duì)應(yīng)于5.2Ma 的隆升事件。

新近紀(jì)至早第四紀(jì)，區(qū)域內(nèi)發(fā)生數(shù)次間歇性升降運(yùn)動(dòng)，在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)差異升降作用下，崆峒山地區(qū)形成多級(jí)剝蝕面，隨著斷塊不斷抬升剝蝕，造成了崆峒山赤壁遍布、溝壑幽深、峰巒疊嶂的地貌，奠定了區(qū)域整體地貌基礎(chǔ)。

晚第四紀(jì)以來(lái)，崆峒山主要表現(xiàn)為河流強(qiáng)烈下切，形成多級(jí)階地。六盤山東側(cè)的涇河普遍發(fā)育的五級(jí)階地(如柳樹(shù)溝)，正是晚第四紀(jì)以來(lái)六盤山及崆峒山構(gòu)造隆升的地貌標(biāo)志。

4 動(dòng)力學(xué)機(jī)制

崆峒山地處青藏高原東北緣六盤山與鄂爾多斯地塊的過(guò)渡地帶，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與青藏高原及鄂爾多斯地塊的構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)。

早白堊世早期六盤山盆地受到了E-W 向的引張伸展應(yīng)力，這組驅(qū)動(dòng)力應(yīng)該是來(lái)自西太平洋對(duì)歐亞板塊的俯沖[42]，早白堊世晚期，構(gòu)造應(yīng)力發(fā)生了轉(zhuǎn)換，由E-W 向轉(zhuǎn)為NW-SE 向，可能是由于塊體邊緣應(yīng)力的調(diào)整造成。

在喜山期，鄂爾多斯地塊及鄰區(qū)的構(gòu)造最大主壓應(yīng)力方位為30°～120°，顯示出來(lái)自西南方向的特提斯構(gòu)造演化對(duì)鄂爾多斯地塊的影響占主導(dǎo)地位[49]。鄧起東等通過(guò)對(duì)鄂爾多斯西南緣地震震源機(jī)制、水壓致裂、孔壁崩落、套心解除、斷裂滑動(dòng)矢量和地震地表破裂分析表明，鄂爾多斯地塊區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的基本特征是主壓應(yīng)力方位為NE-NEE 向[50]。

新構(gòu)造時(shí)期，受印度板塊向歐亞板塊擠壓碰撞的影響，中國(guó)西部處在強(qiáng)烈的擠壓應(yīng)力環(huán)境中，開(kāi)始了地殼縮短和加厚的過(guò)程。無(wú)論是早期、還是后期的應(yīng)力作用，其主壓應(yīng)力軸均為近水平，反映了該區(qū)構(gòu)造活動(dòng)的動(dòng)力主要來(lái)自塊體間的水平擠壓作用[1,17,51]，肖駿等運(yùn)用光釋光定年技術(shù)，研究認(rèn)為青藏高原東北緣在晚第四紀(jì)依然存在持續(xù)的擴(kuò)展[52]。

總之，崆峒山區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿?lái)源于印度板塊向歐亞板塊擠壓碰撞，其新構(gòu)造演化和地殼變形隆升過(guò)程宏觀上受制于印度板塊向歐亞板塊碰撞俯沖作用過(guò)程。六盤山及崆峒山的構(gòu)造變形與青藏高原隆升反映了同一個(gè)構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景和機(jī)制。

5 結(jié)論

近年來(lái)眾多學(xué)者圍繞崆峒山新構(gòu)造特征、層狀地貌(夷平面、河流階地)、地貌演化及動(dòng)力學(xué)機(jī)制等方面開(kāi)展了大量的研究工作，取得了豐富成果，但在許多方面仍然分歧較大，尚需深入研究。

1)形成崆峒山丹霞地貌的延長(zhǎng)群(T3y)與三橋組(K1s)之間的不整合接觸關(guān)系，主要是依據(jù)部分地段遠(yuǎn)觀到的巖性和地層產(chǎn)狀的差異所確定，多數(shù)地段難以區(qū)分，尚未發(fā)現(xiàn)典型的古風(fēng)化殼剖面。這兩套地層的不整合界線及巖性差異、甚至地層時(shí)代都有待進(jìn)一步調(diào)查研究。

2)崆峒山處于六盤山東麓，對(duì)區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過(guò)程的認(rèn)識(shí)，受制于對(duì)六盤山甚至更大區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的研究成果。目前對(duì)崆峒山區(qū)域夷平面的認(rèn)識(shí)分歧較大，一種觀點(diǎn)認(rèn)為崆峒山發(fā)育有三級(jí)夷平面，分別形成于13.2Ma、11.52Ma 和8.71Ma；而主流觀點(diǎn)認(rèn)為在整個(gè)六盤山區(qū)域存在三級(jí)夷平面，其中的二級(jí)夷平面大體對(duì)應(yīng)于崆峒山的山頂面，應(yīng)該形成于5.2Ma。

3)晚第四紀(jì)以來(lái)，崆峒山地區(qū)表現(xiàn)為河流強(qiáng)烈下切，山前形成了五級(jí)河流階地，尚缺乏對(duì)山區(qū)內(nèi)河流階地的研究，而山前斷裂兩側(cè)的新構(gòu)造活動(dòng)存在顯著差異。應(yīng)加強(qiáng)崆峒山山前斷裂活動(dòng)性及兩側(cè)河流階地的調(diào)查及對(duì)比研究，為崆峒山的隆升過(guò)程及速率提供定量約束。