西秦嶺東段對青藏高原東向擴展過程構造響應的古地磁制約

陶帥，王彬*，李瑋，段亮

1 大陸動力學國家重點實驗室，西安 710069 2 西北大學地質學系，西安 710069

0 引言

印度大陸與歐亞大陸之間發(fā)生于古近紀期間的大規(guī)模碰撞拼合(Molnar and Tapponnier, 1975; England and Molnar, 1993; Beck et al., 1995; Rowley, 1996; Tapponnier et al., 2001; Aitchison et al., 2007; Tong et al., 2008)是歐亞大陸新生代構造演化過程中最引人注目的地質事件，從地貌、氣候等諸多方面，顯著改造了歐亞大陸(Allégre et al., 1984; Rowley, 1996; Hodges, 2000; Yin and Harrison, 2000; Guo et al., 2002; Harris, 2006).而現(xiàn)今青藏高原內(nèi)的多個小型地塊，如羌塘、拉薩等，在印度與歐亞大陸初始碰撞前于晚三疊世、早白堊世已先后完成碰撞拼合(Kapp et al., 2007; Song et al., 2015; Fan et al., 2015; Hu et al., 2015; Li et al., 2016; Guan et al.,2021).因此，經(jīng)歷了中生代以來長期而復雜的地質演化，現(xiàn)今青藏高原才得以形成.這一過程不僅造成了區(qū)域內(nèi)地殼連續(xù)擠壓縮短變形和地殼增厚(England and Houseman, 1986, 1989; Holt et al., 2000)，也造成了歐亞大陸南緣鑲嵌地塊沿大型走滑斷裂帶的側向擠出逃逸(Tapponnier et al.,1982; Replumaz and Tapponnier, 2003)，與之伴隨的是青藏高原內(nèi)部及其周緣地區(qū)普遍發(fā)育地塊局部旋轉.中央造山帶北側以地塊/微地塊大角度順時針旋轉為特征，鮮水河斷裂帶以南呈現(xiàn)出地塊逃逸引起順時針旋轉的特點(Tapponnier et al., 1982; Shen et al., 2001; Replumaz and Tapponnier, 2003; Gan et al., 2007; 李仕虎等，2012；仝亞博等，2014；安純志等，2017).而中央造山帶西段東昆侖和西秦嶺西北段及其鄰近地區(qū)內(nèi)白堊系及新生界中開展的古地磁研究表明，其主要變形特征均為順時針旋轉(Halim et al., 1998; Cogné et al., 1999; Yang et al., 2002; Fang et al., 2003; Dupont-Nivet et al., 2004).現(xiàn)今青藏高原隆升—擴展變形的東部邊界已至南北向延伸，且與東西向的中央造山系構成了“十字構造”的賀蘭—川滇構造帶.但是位于十字構造樞紐位置的西秦嶺中部和東部地區(qū)中新生代的構造變形特征，尚不明確.

受中生代地塊匯聚、碰撞以及新生代強烈構造復活的影響，西秦嶺發(fā)育了一系列NWW和NEE向斷裂，組成了一個向南凸出的弧形構造，即武都弧(馬收先等，2013).鑒于NWW向和NEE向斷裂系分別為青藏高原隆升擴展活動，以及華北—華南地塊陸內(nèi)構造演化的結果，我們選擇兩者交匯的武都地區(qū)及其東西兩側的白堊系和新近系作為研究對象，旨在揭示研究區(qū)內(nèi)構造變形特征，揭示其對青藏高原發(fā)展過程中的構造響應過程(圖1).

圖1 西秦嶺及其鄰區(qū)構造簡圖(修繪自鄭成鵬，2018).SDS:商州—丹鳳縫合帶；MLS：勉縣—略陽縫合帶Fig.1 Structural diagram of West Qinling and its adjacent (Modified from Zheng, 2018). SDS：Shangzhou-Danfeng Suture zone; MLS:Mianxian-Lueyang Suture zone

1 地質背景和古地磁采樣

西秦嶺地區(qū)位于松潘—甘孜地塊、四川地塊和鄂爾多斯地塊之間，北側與祁連山造山帶相鄰，西側以共和盆地為界毗鄰于昆侖造山帶，東以寶雞—碧口地塊與東秦嶺相連，是中國中央造山帶的重要組成部分之一.在大地構造位置上，該地區(qū)不僅是我國構造分區(qū)中南北構造帶與中央造山帶的交匯部位，也是著名的南北地震帶縱穿而過的位置(馮益民等，2003；俞晶星等，2012).

采樣剖面分別位于舟曲武坪鄉(xiāng)附近(33.62°N，104.36°E)、武都區(qū)馬街鄉(xiāng)(33.45°N，104.92°E)、武都區(qū)佛崖鄉(xiāng)南(33.45°N，105.32°E)、成縣大坪鄉(xiāng)附近(33.67°N，105.71°E)以及鳳縣與兩當縣之間公路旁(33.96°N，106.61°E)(圖2).其中，舟曲地區(qū)采樣點所在地層位于白龍江流域區(qū)域，區(qū)域內(nèi)褶皺構造較發(fā)育，其中復式背斜疊瓦式逆沖推覆構造帶規(guī)模最大，該背斜以志留系地層為核心、NWW走向、南陡北緩為特點；背斜南緣的白龍江斷裂帶在燕山期控制J-K斷陷沉積，使其逆沖錯斷遭受變形，受燕山運動晚期的再次影響，斷裂帶內(nèi)白堊系地層卷入褶皺、斷裂活動(高旭，2007；亓亮，2007；龐茂康，2011；李淑貞，2014).舟曲、佛崖、成縣、鳳縣地區(qū)采樣地層屬于下白堊統(tǒng)田家壩組，下部以紫紅色粉砂巖與礫巖互層為主；下部以紫紅色粉砂巖與礫巖互層為主；上部則以紫紅色粉砂巖為主，夾砂巖、砂礫巖，為沖積扇/辮狀河相沉積.田家壩組中各門類化石不多，僅有少量的植物、瓣鰓、腹足和介形類化石.(植物化石：Equisetites.sp,Podozamitesschenki,P.cf.lanceolatus,Elatoclabussp,Onychio-psispsilotoides,Phyllocladopsiscf.heterophylla；瓣鰓類化石：Nakamuranaiachingshanensis,Sphaeriumjeho-lense,S.selenginense,S.anderssoni,Uniocf.ogamigoensis；腹足類化石：Probaicaliasp.等；介形類化石：Cyprideavitimensis.)(齊驊等，1979；齊驊，1985).

武都地區(qū)馬街剖面位于武都縣城以北馬街附近，屬于新近系上統(tǒng)甘肅群，下部以磚紅色疏松狀礫巖、砂礫巖為主，上部則以紫紅色含礫黏土巖、砂質黏土巖夾少量礫巖及青灰色條帶狀泥巖為特征，含哺乳類Hipparionsp.化石(甘肅省地質礦產(chǎn)局，1989).

以磁羅盤進行巖芯定向，IGRF(Internationale Geomagnetic of Reference Field)校正區(qū)域磁偏角，使用便攜式鉆機共采集了76個采點，并加工得到古地磁標準樣品750塊.

2 古地磁樣品測試及結果

本次研究的實驗樣品在室內(nèi)被加工成了22 mm×25.4 mm的標準巖芯樣品，在西北大學古地磁實驗室和南京大學古地磁實驗室分別進行了系統(tǒng)熱退磁、剩磁測量以及巖石磁學實驗.樣品的磁化率各向異性使用AGICO KLY-3s Kappabridge測定；等溫剩磁和三軸熱退磁實驗使用IM-10-30脈沖磁化儀和AGICO JR-6A雙速旋轉磁力儀測定；通過西北大學古地磁實驗室的TD-48SC與南京大學古地磁實驗室的TD-48EU大型熱退磁儀以及2G-755超導磁力儀完成了樣品系統(tǒng)熱退磁和天然剩磁(Natural remanent magnetization, NRM)的測量工作；所有樣品的剩磁組分均用主向量分析法分析(Kirschvink, 1980)，最后以采點或樣品為單位進行統(tǒng)計分析(Fisher, 1953)，采用Enkin等(2003)和Cogné(2003)的軟件包對實驗數(shù)據(jù)進行處理分析.

圖2 西秦嶺采樣區(qū)地質簡圖(修繪自張二朋等，1995)Fig.2 Geological sketch of sampling area in West Qinling (Modified from Zhang et al., 1995)

2.1 巖石磁學結果

為了確定樣品的載磁礦物，選取副樣(FX7-9、CXK2-2、WDK20-6、WDN14-2、WDK11-11)，采用Lowrie(1990)描述的實驗過程進行了等溫剩磁(IRM，Isothermal Remanent Magnetization)實驗以及三軸等溫熱退磁實驗(Lowrie, 1990)，結果表明所有樣品的獲得剩磁強度隨外加磁場的增大逐步增大，但直到外加磁場達到2200 mT時仍然未達到飽和；三軸等溫剩磁熱退磁實驗結果都指示解阻溫度為680～700 ℃(圖3).因此判斷樣品均以赤鐵礦為主要載磁礦物.

2.2 磁化率各向異性(AMS)結果

磁組構是巖石中磁性礦物、顆?；蚓Ц竦膬?yōu)選方位及其組合，是構造磁學的一個重要的分支，廣義上磁組構包括磁化率各向異性(Anisotropy of Magnetic Susceptibility, AMS)和非磁滯剩磁各向異性(Anisotropy of Anhysteretic Remanent Magnetization, AARM)(Jackson, 1991; Borradaile and Jackson, 2004, 2010; Borradaile and Hamilton, 2004).通常磁組構是指磁化率各向異性，而磁化率橢球能夠很好地指示有限應變橢球的方向，其主軸間存在很好的對應關系(Hrouda, 1982; Hrouda and Chadama, 2020; Borradaile and Henry, 1997; Tanaka et al., 2008).共選取735塊樣品進行磁化率各向異性(AMS)測試.五地樣品整體各向異度(Pj)均較低(舟曲：1.010

舟曲地區(qū)樣品(圖4)在地理坐標下K1、K2、K3呈現(xiàn)簇狀分布特征.經(jīng)地層校正后最大軸(K1)大致呈東西向分布，最小軸(K3)呈帶狀散布，且呈現(xiàn)出近南北向兩側聚合的趨勢，屬于鉛筆狀-弱劈理組構.同時，最大軸(K1)的優(yōu)勢方位顯示出近東西向(94.3°)，與采樣點地層產(chǎn)狀走向一致，表明區(qū)內(nèi)受控與近南北向(186.8°)的單一方向擠壓應力.

武都馬街鄉(xiāng)地區(qū)樣品(圖5)在地理坐標下，最大軸(K1)與中間軸(K2)呈現(xiàn)帶狀離散分布，最小軸(K3)大致垂直于最大軸(K1)與中間軸(K2)組成的平面.經(jīng)過地層校正后，最小軸(K3)簇狀分布，最大軸(K1)與中間軸(K2)大致呈現(xiàn)離散分布，屬于原生沉積組構，表明未受到構造活動的改造.

圖3 (a,c,e,g) 巖芯樣品的等溫剩磁獲得曲線； (b,d,f,h) 巖芯樣品的三軸等溫熱退磁曲線Fig.3 Isothermal remanence curves (a,c,e,g) and demagnetization curves (b,d,f,h) of representative samples

圖3 (i)巖芯樣品的等溫剩磁獲得曲線；(j)巖芯樣品的三軸等溫熱退磁曲線Fig.3 Isothermal remanence curves (i) and demagnetization curves (j) of representative samples

圖4 舟曲地區(qū)樣品磁化率各向異性(AMS)數(shù)據(jù)在地理(a)和構造(b)坐標下等面積投影圖； (c) 磁組構Flinn圖解； (d) 形狀參數(shù)(T)與各向異性度(Pj)關系圖Fig.4 Equal area projection of the Anisotropy of Magnetic Susceptibility (AMS) data in geographic (a) and structural (b) coordinates in Zhouqu area; (c) The Flinn diagram of magnetic fabric; (d) The relationship between shape parameter (T) and anisotropy degree (Pj)

圖5 武都地區(qū)樣品磁化率各向異性(AMS)數(shù)據(jù)在地理(a)和構造(b)坐標下等面積投影圖； (c) 磁組構Flinn圖解； (d) 形狀參數(shù)(T)與各向異性度(Pj)關系圖Fig.5 Equal area projection of the Anisotropy of Magnetic Susceptibility (AMS) data in geographic (a) and structural (b) coordinates inWudu area; (c) The Flinn diagram of magnetic fabric; (d) The relationship between shape parameter (T) and anisotropy degree (Pj)

佛崖地區(qū)樣品(圖6)在地理坐標下，K1、K2、K3呈現(xiàn)帶狀分布；經(jīng)過地層校正后，最小軸(K3)明顯沿著近南北向分布，屬于鉛筆狀變形組構，而最大軸(K1)簇狀分布，與最小軸(K3)平均方向(319.0°)并不垂直，且明顯表現(xiàn)出兩個優(yōu)勢方向(256.9°和109.0°).這種最大軸(K1)有兩個優(yōu)勢方向且與最小軸(K3)不垂直的現(xiàn)象，與在川西北四川盆地內(nèi)部至龍門山與米倉山的過渡區(qū)域，侏羅系和白堊系中所采樣品的磁組構表現(xiàn)一致(李一泉等，2007；羅良等，2008)，表明佛崖地區(qū)受到了兩個大角度相交的擠壓應力疊加作用，從而導致最小軸(K3)方向向應力合力方向發(fā)生偏轉，依據(jù)兩組最大軸(K1)優(yōu)勢方向推算出兩組擠壓應力的優(yōu)勢方向分別為346.9°和19.0°，分別對應于東秦嶺陸內(nèi)構造擠壓和松潘甘孜北向逆沖推覆，武都區(qū)佛崖剖面處于兩大構造域交匯疊加的區(qū)域.

圖6 佛崖鄉(xiāng)地區(qū)樣品磁化率各向異性(AMS)數(shù)據(jù)在地理(a)和構造(b)坐標下等面積投影圖； (c) 磁組構Flinn圖解； (d) 形狀參數(shù)(T)與各向異性度(Pj)關系圖Fig.6 Equal area projection of AMS data in geographic (a) and structural (b) coordinates inFoyaxiang area; (c) The Flinn diagram of magnetic fabric; (d) The relationship between shape parameter (T) and anisotropy degree (Pj)

成縣地區(qū)樣品(圖7)在地理坐標下，K1與K2圓弧狀離散分布，K3呈現(xiàn)簇狀分布特征.經(jīng)過地層校正后，最小軸(K3)簇狀分布，最大軸(K1)與中間軸(K2)大致呈現(xiàn)離散分布，表明了該地層剖面未受到明顯的構造活動的改造，屬于原生沉積組構.

圖7 成縣地區(qū)樣品磁化率各向異性(AMS)數(shù)據(jù)在地理(a)和構造(b)坐標下等面積投影圖； (c) 磁組構Flinn圖解； (d) 形狀參數(shù)(T)與各向異性度(Pj)關系圖Fig.7 Equal area projection of AMS data in geographic (a) and structural (b) coordinates in Chengxian area; (c) The Flinn diagram of magnetic fabric; (d) The relationship between shape parameter (T) and anisotropy degree (Pj)

鳳縣地區(qū)樣品(圖8)在地理坐標下，K1、K2、K3呈現(xiàn)簇狀分布特征.經(jīng)過地層校正后，最小軸(K3)基本垂直垂直于最大軸(K1)和中間軸(K2)組成的平面，K1和K2分布已顯示出簇狀集中的趨勢，屬初始變形組構，最大拉伸優(yōu)勢方向近東西向(90.2°)，最大壓應力優(yōu)勢方向近南北向(189.6°).

圖8 鳳縣地區(qū)樣品磁化率各向異性(AMS)數(shù)據(jù)在地理(a)和構造(b)坐標下等面積投影圖； (c) 磁組構Flinn圖解； (d) 形狀參數(shù)(T)與各向異性度(Pj)關系圖Fig.8 Equal area projection of the Anisotropy of Magnetic Susceptibility (AMS) data in geographic (a) and structural (b) coordinates in Fengxian area; (c) The Flinn diagram of magnetic fabric; (d) The relationship between shape parameter (T) and anisotropy degree (Pj)

2.3 退磁結果

通過實驗測試及計算獲得：舟曲和成縣地區(qū)的早白堊世古磁極及武都地區(qū)的新近紀古磁極，其中舟曲85.7°N, 279.8°E,A95=9.1°；成縣72.3°N，226.3°E，A95=6.8°；武都65.8°N, 206.1°E ,A95=12.8°.分別將舟曲、成縣地區(qū)早白堊世古磁極與華北地區(qū)同時代的古磁極(早白堊世76.4°N, 208.8°E,A95=5.1°)(Yang and Besse, 2001)，將武都地區(qū)新近紀古磁極與同時代的華北地區(qū)古地磁極數(shù)據(jù)(88.7°N, 202.9°E ,A95=4.7°)(朱日祥等，1998)進行對比，表明：(1)舟曲地區(qū)相對于華北，早白堊世發(fā)生了14.7±5.8°的逆時針旋轉；(2)成縣地區(qū)早白堊世古地磁極與華北參考極一致；(3)新近紀之后，武都地區(qū)相對于華北，發(fā)生了25.1±5.6°的順時針局部旋轉(表1).

對舟曲、武都馬街、佛崖、成縣和鳳縣的740個樣品(75個采樣點)進行天然剩磁的系統(tǒng)熱退磁測試工作，得到的實驗結果簡述如下.

共有419塊樣品低溫分量LTC(Low Temperature Component)在300～400 ℃以下分離出來，樣品退磁結果顯示雙分量的特點(圖9)，其中舟曲地區(qū)109塊樣品，以采點為單位進行剩磁平均：Dg=350.6°，Ig=64.7°，κg=29.4，α95=7.2°(地層校正前)；Ds=44.9°，Is=49.5°，κs=10.7，α95=12.3°(地層校正后)(圖10a，10b)；武都地區(qū)112塊樣品，以采點為單位進行剩磁平均：Dg=8.3°，Ig=45.3°，κg=24.2，α95=8.6°(地層校正前)；Ds=28.4°，Is=47.9°，κs=52.0，α95=5.8°(地層校正后)(圖11a，11b)；佛崖地區(qū)125塊樣品，以采點為單位進行剩磁平均：Dg=353.3°，Ig=55.3°，κg=38.6，α95=6.8°(地層校正前)；Ds=24.7°，Is=47.4°，κs=11.0，α95=13.1°(地層校正后)(圖12a，12b)；成縣地區(qū)73塊樣品，以采點為單位進行剩磁平均：Dg=12.1°，Ig=53.0°，κg=53.9，α95=6.3°(地層校正前)；Ds=349.0°，Is=48.5°，κs=18.7，α95=10.8°(地層校正后)(圖13a，13b).對四個地區(qū)獲得的低溫穩(wěn)定特征剩磁進行褶皺檢驗，均未通過褶皺檢驗(McFadden, 1990)，在地理坐標下與現(xiàn)代地磁場方向(The Present Geomagnetic Field，PGF)(D=2.3°，I=46.1°)在誤差范圍內(nèi)一致，因此這些低溫分量可能是現(xiàn)代地磁場的黏滯剩磁分量.

表1 研究區(qū)古地磁數(shù)據(jù)Table 1 Paleomagnetic data of the study area

高溫分量于680～690 ℃解阻，其中舟曲地區(qū)以樣品為單位進行剩磁方向平均的高溫分量HTC(High Temperature Component)方向：Dg=347.2°，Ig=50.2°，κg=7.5，α95=10.3°(地層校正前)；Ds=0.4°，Is=48.3°，κs=21.6，α95=5.8°(地層校正后)(圖10c，10d)；武都地區(qū)以采點為單位進行剩磁方向平均的高溫分量方向：Dg=9.0°，Ig=40.2°，κg=12.9，α95=13.2°(地層校正前)；Ds=26.6°，Is=44.2°，κs=28.3，α95=8.7°(地層校正后)(圖11c，11d)；佛崖地區(qū)以采點為單位進行剩磁方向平均的高溫分量方向：Dg=1.7°，Ig=64.5°，κg=36.6，α95=8.6°(地層校正前)；Ds=30.5°，Is=34.2°，κs=13.6，α95=14.8°(地層校正后)(圖12c，12d)；成縣地區(qū)以樣品為單位進行剩磁方向平均的高溫分量方向：Dg=30.4°，Ig=45.0°，κg=17.6，α95=6.6°(地層校正前)；傾斜校正后Ds=16.5°，Is=40.7°，κs=31.9，α95=4.8°(地層校正后)(圖13c，13d).對四個地區(qū)獲得的穩(wěn)定高溫特征剩磁進行褶皺檢驗(McFadden, 1990)，其中：舟曲地區(qū)高溫分量在95%置信區(qū)間內(nèi)通過了褶皺檢驗(地理坐標ξ1=19.790，ξ2=21.850；地層坐標ξ1=4.218，ξ2=5.413，95%置信水平下臨界值ξc=6.371)，且精度參數(shù)κ最大值獲得于90%，對比100%展開時剩磁方向并沒有顯著區(qū)別，特征剩磁為地層褶皺前獲得，因此推測皺褶形成時間為燕山運動末期，采樣點地層記錄了褶皺形成早期的早白堊世古地磁方向；武都地區(qū)高溫分量在95%置信區(qū)間內(nèi)通過了褶皺檢驗(地理坐標ξ1=3.404，ξ2=8.617；地層坐標ξ1=0.703，ξ2=1.033，95%置信水平下臨界值ξc=3.685)，且精度參數(shù)κ最大值獲得于100%，為原生剩磁；佛崖地區(qū)高溫分量沒有通過褶皺檢驗(地理坐標ξ1=2.098，ξ2=1.680；地層坐標ξ1=3.771，ξ2=6.906，95%置信水平下臨界值ξc=3.497)，其精度參數(shù)κ最大值獲得于25%去褶皺時，應是褶皺產(chǎn)生后獲得的次生剩磁；成縣地區(qū)高溫分量在95%置信區(qū)間內(nèi)通過了褶皺檢驗(地理坐標ξ1=9.935，ξ2=21.760；地層坐標ξ1=3.554，ξ2=0.818，95%置信水平下臨界值ξc=6.264)，且精度參數(shù)κ最大值獲得于100%去褶皺時，為原生剩磁.

鳳縣地區(qū)早白堊紀剖面地層采樣點分離高溫和低溫分量的樣品數(shù)量均較少，這里不做贅述.

3 討論

研究區(qū)東部鳳縣、佛崖、成縣地區(qū)所處的斷陷盆地是早-中侏羅世秦嶺造山帶發(fā)生造山后伸展垮塌形成的徽成盆地(李三忠等，2003；董樹文等，2008；宋傳中等，2009；陳虹等，2010；易鵬飛等，2017)，其演化階段主要包括：(1)早-中侏羅世：伸展斷陷盆地發(fā)育，中侏羅統(tǒng)龍家溝組地層沉積；(2)晚侏羅世：由于發(fā)生劇烈地擠壓隆升，導致上侏羅統(tǒng)地層缺失；(3)早白堊世：走滑拉分盆地發(fā)育，下白堊統(tǒng)東河群沉積；(4)早-晚白堊世：引張斷陷成盆，成縣群在此期間發(fā)育沉積；(5)晚白堊世：東、西秦嶺地區(qū)發(fā)生快速隆升，上白堊統(tǒng)缺失(范立勇等，2007；李韶凱等，2019).前人依據(jù)徽成盆地野外考察的沉積序列、斷層構造情況，以及對其滑動矢量的古構造應力場反演，認為該盆地中生代—新生代經(jīng)歷了3期擠壓應力場：早白堊世晚期，遭受NW-SE向擠壓使東河群地層發(fā)生平緩褶皺，該走滑盆地擠壓方向反映了古太平洋向東亞大陸俯沖產(chǎn)生的遠程響應；白堊紀晚期，遭受NNW-SSE向擠壓變形，徽成斷陷盆地控盆邊界斷裂發(fā)生構造反轉，動力主要來自于亞洲大陸南緣的特提斯構造域；古近紀，NNE-SSW向擠壓可能記錄了印歐碰撞產(chǎn)生的遠程效應(李韶凱等，2019).盆地先后受到的NNW-SSE及NNE-SSW向擠壓作用，使控盆邊界(鳳太斷裂、勉略斷裂)發(fā)生構造反轉，導致盆地邊緣地層陡傾，而盆地內(nèi)部變形較弱(亓亮，2007；李韶凱等，2019).本研究在徽成盆地三個地區(qū)下白堊統(tǒng)中獲得的磁組構特征與上述前人的研究成果非常契合(圖14)：中部成縣地區(qū)為原始沉積磁組構，變形較弱，早白堊世古磁極與華北一致；北部鳳縣地區(qū)為初始變形磁組構，最大壓應力優(yōu)勢方向NNE-SSW(189.6°)；南部佛崖地區(qū)為鉛筆狀磁組構，記錄NNW-SSE(346.9°)和NNE-SSW (19.0°)兩組優(yōu)勢擠壓應力，表明該地區(qū)受到古太平洋向東亞大陸俯沖而對該地區(qū)產(chǎn)生的遠程響應和古近紀印歐碰撞產(chǎn)生的遠程效應的疊加作用.

研究區(qū)西部，舟曲縣武坪鄉(xiāng)位于迭部—白龍江南支與北支斷裂之間，該斷裂帶近NW向延伸，其間發(fā)育一系列NE走向且呈現(xiàn)平行展布的小規(guī)模走滑斷層.如圖15a所示，NW向的逆沖斷層被一系列小規(guī)模NE-NEE向走滑斷層錯斷，形成了一系列差異性錯位斷塊.雖然本文獲得的數(shù)據(jù)指示了大角度的逆時針轉動，但是在一系列基本平行的走滑斷裂的活動下，各斷塊應是平移錯動，斷塊內(nèi)部沒有發(fā)生顯著的旋轉，而我們的采樣點位于鄰近斷裂的位置，其轉動成因應是走滑斷層造成了拖曳褶皺產(chǎn)生的局部轉動(圖15b).迭部—白龍江斷裂由多條走向北西的平行斷層組成，是秦嶺斷裂西部地區(qū)重要的斷裂構造帶，斷裂形成后表現(xiàn)為后期多活動性，是一個多期復合的斷裂帶，其中以印支期的碰撞逆沖推覆構造和中新生代燕山晚期的由北向南逆沖推覆構造為特點(高旭等，2007；亓亮，2007；龐茂康，2011；李淑貞等；2014).根據(jù)本次研究在舟曲武坪鄉(xiāng)地區(qū)下白堊統(tǒng)獲得磁化率各項異性(AMS)的結果顯示了舟曲地區(qū)巖石樣品屬于鉛筆狀-弱劈理組構，K1的優(yōu)勢方位顯示了近東西向(94.3°)，與采樣點地層產(chǎn)狀走向一致，表明區(qū)內(nèi)受控于近南北向(186.8°)的單一方向擠壓應力，與舟曲地區(qū)古應力反演圖解結果相一致(鄭成鵬，2018).此外，鑒于采樣地層位于下白堊統(tǒng)，且區(qū)內(nèi)未見上覆地層，因此這一構造轉動是燕山晚期的單一變形，還是一直持續(xù)到喜山期或至今，尚難確定.

圖9 代表性樣品系統(tǒng)熱退磁的天然剩磁矢量圖，實心(空心)圓圈代表水平(垂直)投影Fig.9 Representative Zijderveld diagrams of thermal demagnetization of natural remnant magnetism (NRM) from the Early Cretaceous and the Neoproterozoi (in situ coordinates). Solid (open) circles represent horizontal (vertical) projection

圖10 (a、b) 舟曲地區(qū)以采點為單位統(tǒng)計的低溫分量(LTC)傾斜校正前后等面積投影圖； (c、d) 舟曲地區(qū)以樣品為單位統(tǒng)計的高溫分量(HTC)傾斜校正前后等面積投影圖； (e) 高溫分量去褶皺展開圖Fig.10 (a,b) Equal area projection of the low temperature components (LTCs) from all specimens of Zhouqu area before and after tilt correction; (c,d) Equal area projection of the high temperature components (HTCs) from all sample of Zhouqu area before and after tilt correction; (e) Stepwise unfolding analysis. Solid circles represent lower hemisphere projections

圖11 (a、b) 武都地區(qū)以采點為單位統(tǒng)計的低溫分量(LTC)傾斜校正前后等面積投影圖； (c、d) 武都地區(qū)以采點為單位統(tǒng)計的高溫分量(HTC)傾斜校正前后等面積投影圖(實心圓代表下球面投影)； (e) 高溫分量去褶皺展開圖Fig.11 (a,b) Equal area projection of the low temperature components (LTCs) from all specimens of Wudu area before and after tilt correction; (c,d) Equal area projection of the high temperature components (HTCs) from all specimens of Wudu area before and after tilt correction; (e) Stepwise unfolding analysis. Solid circles represent lower hemisphere projections

圖12 (a、b) 佛崖地區(qū)以采點為單位統(tǒng)計的低溫分量(LTC)傾斜校正前后等面積投影圖； (c、d) 佛崖地區(qū)以采點為單位統(tǒng)計的高溫分量(HTC)傾斜校正前后等面積投影圖(實心圓代表下球面投影)； (e) 高溫分量去褶皺展開圖Fig.12 (a,b) Equal area projection of the low temperature components (LTCs) from all specimens of Foya area before and after tilt correction; (c,d) Equal area projection of the high temperature components (HTCs) from all specimens of Foya area before and after tilt correction; (e) Stepwise unfolding analysis. Solid circles represent lower hemisphere projections

圖14 研究區(qū)地質簡圖(修繪自李瑋等，2013)Fig.14 Geolocical map of the study area (Modified from Li et al., 2013)

圖15 (a)西秦嶺簡化斷裂帶構造簡圖(修繪自張二朋等，1995)； (b) 旋轉機制示意圖. F1：光蓋山—迭山斷裂、F2：迭部—白龍江斷裂；1、主邊界斷層，2、斷層，3、采樣點，4、運動方向，5、旋轉方向，6、拖曳褶皺Fig.15 (a) Simplified structural diagram of West Qinling fault zone (revised by Zhang et al., 1995); (b) Schematic diagram of rotation mechanism. F1: Guanggaishan-Dieshan fault, F2: Diebu-Bailongjiang fault; 1. Main boundary fault, 2. Fault, 3. Sampling point, 4. Movement direction, 5. Rotation direction, 6. Drag fold

圖16 武都馬街鄉(xiāng)地區(qū)旋轉機制圖Fig.16 Rotation mechanism of Wudu Majie township region

研究區(qū)中部，發(fā)生在武都地區(qū)馬街鄉(xiāng)的構造轉動成因如圖16所示，由于區(qū)內(nèi)地塊在總體上經(jīng)受來自南西方向的擠壓力，在區(qū)塊東側受到華北地塊阻擋限制，導致塊體擠壓構造縮短呈現(xiàn)出北向較大、東向較小的現(xiàn)象，致使其發(fā)生原地轉動并造成了分隔各地塊的逆沖斷層發(fā)生小規(guī)模的走滑分量.此外，基于沉積地層學、構造地質學、磁性地層以及熱年代學等學科的研究成果(Roger et al., 2000; Horton et al., 2002; Fang et al., 2003; 李朋武等，2001；戴霜等，2005；孟慶泉，2008；李仕遠等，2010；Li et al., 2020)，印度大陸與歐亞大陸碰撞后，青藏高原隆升和發(fā)展過程中，表現(xiàn)出明顯的東向擴展特征：柴達木西部地區(qū)、青海的囊謙—玉樹地區(qū)、蘭州盆地、臨夏盆地分別于約54 Ma、35 Ma、32 Ma、29 Ma時間發(fā)生隆升事件，伴隨擠壓構造變形和地塊/微地塊的順時針轉動.因此，本研究在武都地區(qū)馬街發(fā)現(xiàn)的構造轉動，是青藏高原北-東部構造發(fā)展過程的結果.

4 結論

(1)本次研究獲得了舟曲和成縣地區(qū)的早白堊世古磁極及武都地區(qū)的新近紀古磁極，其中舟曲是85.7°N，279.8°E，A95=9.1°；成縣是72.3°N，226.3°E，A95=6.8°；武都是65.8°N，206.1°E，A95=12.8°.將其分別與同時代的華北地區(qū)古磁極進行對比后表明：①早白堊世之后，舟曲地區(qū)相對于華北發(fā)生了14.7±5.8°的逆時針旋轉；②成縣地區(qū)早白堊世地古磁極與華北參考極一致；③新近紀之后，武都地區(qū)相對于華北發(fā)生了25.1±5.6°的順時針旋轉.

(2)秦嶺構造帶不同部位表現(xiàn)出不同的構造活動特征，并指示出不同的動力來源.東段早期受控于亞洲構造域和太平洋構造域，后期疊加來自松潘甘孜地塊的擠壓應力改造，早白堊世以來，未發(fā)生顯著的地塊轉動.西段受控于青藏高原東向隆升擴展過程，西南側在松潘甘孜持續(xù)北向逆沖推覆作用下表現(xiàn)為斷塊差異性平移錯動，西北側與青藏高原北部各地塊展現(xiàn)出一致的順時針轉動及動力學機制.古太平洋向東亞大陸俯沖的遠程響應和古近紀印歐碰撞產(chǎn)生的遠程效應疊加交匯于武都弧核部的佛崖地區(qū).