北天山構(gòu)造帶晚侏羅世構(gòu)造隆升與沉積學(xué)響應(yīng)
——來(lái)自雀爾溝地區(qū)喀拉扎組地震巖及區(qū)域構(gòu)造變形的啟示

查顯鋒，李平，高曉峰，計(jì)文化，茹乾，王志華

1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，造山帶地質(zhì)研究中心，西安 710054

2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054

3.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司漢中分公司，陜西漢中 723000

0 引言

天山構(gòu)造帶是多期復(fù)合造山帶，主要經(jīng)歷了古生代古亞洲洋演化階段和中新生代構(gòu)造復(fù)活再造山過(guò)程。古生代洋盆于晚石炭世[1-2]或二疊紀(jì)—三疊紀(jì)最終閉合[3-5]轉(zhuǎn)入板內(nèi)構(gòu)造演化階段。現(xiàn)今的天山山脈被認(rèn)為是古生代的古天山被逐漸剝蝕夷平[6]，并于中—新生代構(gòu)造復(fù)活再造而形成的[7-8]。

目前，基于沉積盆地分析[9-13]、構(gòu)造—熱年代學(xué)[14-18]、構(gòu)造地貌分析[1,8,19-21]及地球物理[22-26]等方面的研究為揭示天山造山帶中—新生代構(gòu)造隆升過(guò)程及盆—山結(jié)構(gòu)取得了一系列重要的成果和認(rèn)識(shí)。已有的研究表明，天山造山帶經(jīng)歷了多階段構(gòu)造隆升過(guò)程，在造山帶的不同部位表現(xiàn)為差異隆升的特征，并呈由山系向盆地一側(cè)逐漸擴(kuò)展的隆升模式[13,16,19]。盡管在上述研究方面已形成了一些重要共識(shí)，但對(duì)天山造山帶開(kāi)始隆升時(shí)間方面還存在以下分歧：1）隆升作用發(fā)生于晚新生代以來(lái)[10,13,19,27-29]；2）中生代末期—新生代早期[7,30]；3）晚侏羅世—早白堊世[14,31-36]；4）晚古生代—早侏羅世[17-18,32]。此外，大量的研究集中在新生代以來(lái)天山構(gòu)造帶的隆升過(guò)程的精細(xì)刻畫，而對(duì)早期（如燕山期）構(gòu)造活動(dòng)及其與沉積作用關(guān)系的探討還相對(duì)較少。一方面，對(duì)隆升時(shí)限的精確限定是準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)同期構(gòu)造活動(dòng)動(dòng)力學(xué)機(jī)制的關(guān)鍵；另一方面，造山帶構(gòu)造隆升剝蝕與盆地沉降沉積的關(guān)系不僅是地表地質(zhì)作用過(guò)程的耦合，也是追溯成因和動(dòng)力學(xué)機(jī)制聯(lián)系[21]的重要基礎(chǔ)地質(zhì)問(wèn)題。因此，對(duì)天山構(gòu)造帶隆升時(shí)限的認(rèn)識(shí)分歧，限制了對(duì)陸內(nèi)造山變形過(guò)程和機(jī)理的準(zhǔn)確理解[14,37]；而對(duì)早期（如燕山期）構(gòu)造—沉積作用關(guān)系研究的不足也必然制約了我們對(duì)同期盆—山耦合關(guān)系[38]的深入認(rèn)識(shí)。

因此，進(jìn)一步探究天山構(gòu)造帶—準(zhǔn)噶爾盆地結(jié)合部位構(gòu)造變形、沉積作用，及其二者間的聯(lián)系，對(duì)深入認(rèn)識(shí)構(gòu)造隆升的動(dòng)力學(xué)機(jī)制和盆—山關(guān)系都顯得至關(guān)重要?；?∶50 000 區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，在新疆昌吉雀爾溝一帶的上侏羅統(tǒng)喀拉扎組中新發(fā)現(xiàn)了一系列軟沉積變形構(gòu)造，為進(jìn)一步探討晚侏羅世區(qū)域構(gòu)造—沉積過(guò)程及盆—山關(guān)系提供良好的研究載體和同沉積構(gòu)造時(shí)限約束。本文在查明研究區(qū)地層分布及相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，開(kāi)展野外構(gòu)造解析，建立了相對(duì)構(gòu)造變形序列；并對(duì)北天山構(gòu)造帶—準(zhǔn)噶爾盆地南緣構(gòu)造—沉積過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合分析已有的構(gòu)造—熱年代學(xué)資料，進(jìn)而探討喀拉扎組軟沉積變形構(gòu)造的成因及地球動(dòng)力學(xué)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

天山構(gòu)造帶綿亙于亞洲大陸的中部，是一個(gè)多期復(fù)合造山帶，其古生代構(gòu)造格局大致以那拉提北坡斷裂、中天山南緣斷裂、塔里木北緣斷裂為界劃分為哈薩克斯坦—伊利地塊、中天山復(fù)合地體、塔里木北部陸緣及塔里木地塊[39]。自石炭紀(jì)—二疊紀(jì)經(jīng)歷了塔里木板塊與西伯利亞—哈薩克斯坦板塊的拼合[2,40-41]完成洋—陸構(gòu)造轉(zhuǎn)換，進(jìn)入陸內(nèi)構(gòu)造演化階段。中生代以來(lái)，陸內(nèi)伸展階段形成了一系列中生代沉積盆地[12]，之后經(jīng)歷多階段構(gòu)造隆升[13,18-19,34]而形成現(xiàn)今的盆—山構(gòu)造格局[10]。

研究區(qū)位于天山造山帶的北部，具山地與盆地地勢(shì)地貌特征，地形起伏，相對(duì)高差大，由南側(cè)高海拔向北側(cè)低海拔過(guò)渡呈明顯的分帶性和階梯狀地貌特征（圖1a）。晚古生代屬于哈薩克斯坦—準(zhǔn)噶爾板塊南緣依連哈比尕巖漿弧，新生代隨著南側(cè)山體隆升形成北天山山前斷褶帶[23]。野外調(diào)查表明，可將研究區(qū)大致分為南、中、北3 個(gè)不同特征的構(gòu)造區(qū)段。南段為石炭系—侏羅系出露區(qū)，總體呈一背斜—斷裂構(gòu)造樣式，南翼為侏羅紀(jì)八道灣組不整合覆蓋，北翼由準(zhǔn)噶爾南緣斷裂（圖1b，F(xiàn)2斷裂）向北逆沖到侏羅系之上；中段為由侏羅系構(gòu)成的褶皺—斷裂帶，表現(xiàn)為一系列平緩褶皺和由南向北逆沖的小型逆沖疊瓦構(gòu)造；北段表現(xiàn)為新生界不整合覆蓋于中生界之上，沿天山山前坳陷漸進(jìn)式發(fā)育近東西展布的逆沖斷—褶皺帶[16]，如齊古背斜和吐谷魯背斜，即前人命名的第一排構(gòu)造和第二排構(gòu)造[19]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置（a）和構(gòu)造地質(zhì)簡(jiǎn)圖（b）Fig.1 Study area: (a) tectonic location; (b) geological map

已有的研究表明，天山構(gòu)造帶向盆地內(nèi)部呈多階段漸進(jìn)式擴(kuò)展的隆升模式。熱年代學(xué)研究結(jié)果大致可劃分為：晚侏羅世—早白堊世（170～140 Ma[32]、160～135 Ma[36]、150～130 Ma[33]、150～125 Ma[34]、～125[31]、140～120 Ma[14]、>130～100 Ma[35]）的整體隆升，中生代末期—新生代早期（110～80 Ma[32]、96 Ma 開(kāi)始[14]、65～55 Ma[34]、100～50 Ma[36]、90～70 Ma[42]、75～65 Ma[33]）的差異隆升和約24 Ma以來(lái)[10,13-14,19,27-29]等構(gòu)造隆升階段。

沉積方面，王昌勇等[43]首次報(bào)道了在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣八道灣組巖心中識(shí)別出的地震巖（原文為“震積巖”，下同），認(rèn)為是基底構(gòu)造活動(dòng)對(duì)沉積的控制作用；唐文斌等[44]在吐哈盆地勝北—紅連地區(qū)的巖心中識(shí)別出一套地震巖組合，認(rèn)為上侏羅統(tǒng)沉積期發(fā)育了劇烈的構(gòu)造抬升，是盆—山關(guān)系的特殊沉積響應(yīng)。同沉積變形方面，通過(guò)對(duì)山前近東西向斷—褶構(gòu)造帶的地層變形及其上覆地層底界年齡的研究，很好地限定了隆升事件的時(shí)代[19]，認(rèn)為第一排背斜變形發(fā)生于中新世；第二排構(gòu)造背斜于6.0 Ma開(kāi)始生長(zhǎng)；并伴隨生長(zhǎng)地層的發(fā)育，而第三排構(gòu)造形成晚于2.6 Ma和2.1 Ma[8]；而Liet al.[29]對(duì)生長(zhǎng)地層的研究，則認(rèn)為這三個(gè)背斜帶分別形成于6 Ma、2 Ma、1 Ma，并認(rèn)為北天山前陸變形的下限時(shí)代為中新世晚期，暗示向北擴(kuò)展的變形發(fā)生于新近的數(shù)百萬(wàn)年。顯然，這些同沉積變形的沉積體具有“準(zhǔn)同時(shí)性”事件沉積的屬性，因而對(duì)沉積本身和構(gòu)造事件的時(shí)限約束[45-46]具有重要意義，在研究構(gòu)造—沉積過(guò)程中具有天然的優(yōu)勢(shì)。

2 研究區(qū)沉積巖及喀拉扎組軟沉積變形構(gòu)造

研究區(qū)地層出露總體相對(duì)簡(jiǎn)單，主要為上石炭統(tǒng)火山—碎屑巖及其上覆角度不整合覆蓋的侏羅系—白堊系、古近系—新近系等相對(duì)連續(xù)的沉積地質(zhì)體。根據(jù)出露地質(zhì)體變形差異及角度不整合，可大致劃分為4個(gè)構(gòu)造層：1）石炭系，區(qū)內(nèi)時(shí)代最老、變形最強(qiáng)的地層，呈緊閉褶皺、同斜褶皺等、產(chǎn)狀陡傾，可視為上覆侏羅紀(jì)盆地的基底；2）侏羅系—下白堊統(tǒng)（包括八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組、齊古組、喀拉扎組、吐谷魯群），整體變形相對(duì)簡(jiǎn)單，呈逆沖斷褶帶—單斜地層產(chǎn)出，局部沿粉砂巖、煤線等薄弱面發(fā)育順層剪切構(gòu)造；3）上白堊統(tǒng)—上新統(tǒng)（東溝組—前西域組），為一套半固結(jié)的沉積巖系，不整合覆蓋于吐谷魯群之上，地層產(chǎn)狀變化較大，發(fā)育逆沖斷裂及中常褶皺帶（相當(dāng)于“吐谷魯背斜”）；4）西域組及上覆半固結(jié)地層。

2.1 上石炭統(tǒng)（基底）

石炭紀(jì)前峽組主要是由晶屑/巖屑凝灰?guī)r、火山角礫巖、含礫凝灰質(zhì)砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖、少量灰?guī)r等組成的一套火山—碎屑巖，獲得317 Ma、305 Ma、301 Ma 鋯石年齡，表明該套地層可能形成于晚石炭世—早二疊世（未發(fā)表資料）。石炭系總體產(chǎn)狀陡傾，發(fā)育強(qiáng)劈理置換和緊閉褶皺，與兩側(cè)侏羅系呈斷裂接觸（圖1b，F(xiàn)1和F2），且均保留了角度不整合的記錄?？傮w來(lái)看，石炭系與兩側(cè)侏羅系構(gòu)成一個(gè)背斜，與邊界F1和F2斷裂構(gòu)成全區(qū)一級(jí)構(gòu)造，控制了研究區(qū)的地層展布（圖1b）。

2.2 喀拉扎組下伏地層（下侏羅統(tǒng)—上侏羅統(tǒng)下部）

八道灣組，角度不整合覆蓋在石炭系之上。下部發(fā)育粗砂巖（夾礫巖）—灰綠色中砂巖，局部為粉砂巖，上部以細(xì)砂巖、粉砂巖夾薄層狀粗砂巖，發(fā)育水平層理，見(jiàn)煤線；沉積厚度260～850 m[13,47]。三工河組為一套青灰色—灰綠色中薄層細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，夾少量含礫粗砂巖（透鏡體），發(fā)育楔狀交錯(cuò)層理，在準(zhǔn)噶爾盆地南緣的沉積厚度達(dá)140～880 m[13]。西山窯組底部發(fā)育紅色砂礫巖，上部為厚層灰白色中砂巖，夾煤層或煤線，沉積厚度300～1 100 m。八道灣—西山窯組總體為湖相—三角洲相沉積特征[9,48-49]。

頭屯河組為灰綠色中砂巖（夾粗砂巖、礫巖透鏡體），見(jiàn)硅化木和煤線，發(fā)育大型槽狀交錯(cuò)層理，沖刷層理等沉積構(gòu)造，實(shí)測(cè)厚度695.6 m，為水流快速變化的辮狀河—曲流河沉積[50-51]。齊古組剖面顯示，下部為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖夾肉紅色—灰白色粗砂巖，中部為紫紅色泥巖—粉砂巖夾灰白色砂巖（局部互層）的沉積旋回，上部為水紅色—黃灰色中薄層（含礫）砂巖夾粉砂巖；實(shí)測(cè)厚度1 395.6 m，反映了湖相—河口砂體沉積的特征。

綜上，喀拉扎組下伏地層沉積特征總體揭示了由湖相—三角洲沉積向辮狀河—曲流河演化的趨勢(shì)?？傮w沉積厚度巨大，根據(jù)本次實(shí)測(cè)資料及準(zhǔn)噶爾盆地南緣地層研究結(jié)果[9,13]，推測(cè)本區(qū)喀拉扎組下伏下—中侏羅統(tǒng)沉積厚度可達(dá)2 500～5 000 m。沉積學(xué)研究認(rèn)為，八道灣組沉積期盆地以河流—沼澤為主，三工河組沉積期水體面積擴(kuò)大，西山窯組沉積期湖泊明顯萎縮[47]，末期盆地邊緣上升，到頭屯河組—齊古組沉積期，盆地南緣等周圍山區(qū)發(fā)生抬升，局部出現(xiàn)不整合覆蓋[9]。

2.3 喀拉扎組沉積特征及軟沉積變形構(gòu)造

喀拉扎組主要為一套礫巖組合，因與下伏、上覆地層存在顯著的巖性及抗風(fēng)化能力的差異，形成明顯的地形分帶（圖1a）。露頭區(qū)地形陡峭，地層產(chǎn)狀和延伸穩(wěn)定，平行不整合覆蓋在齊古組之上，出露連續(xù)的沉積頂面，區(qū)域厚度50～800 m[9]，實(shí)測(cè)厚度258.5 m（圖2）。底部為灰綠色礫巖—粗砂巖，局部呈正粒序粒度旋回，礫巖層內(nèi)見(jiàn)槽狀交錯(cuò)層理；中部為青灰色中礫巖—細(xì)礫巖—含礫粗砂巖的沉積旋回，頂部為青灰色中薄層中粒長(zhǎng)石砂巖。其中礫石磨圓差，多呈棱角狀—次棱角狀，分選差，最大粒徑可達(dá)30 cm，成分以灰綠色、灰黑色火山巖—碎屑巖為主，結(jié)構(gòu)成熟度、成分成熟度低（圖版Ⅰa），指示了近源沉積的特征。對(duì)其自下而上的巖相分異特征研究，認(rèn)為喀拉組為碎屑流與辮狀河混合型沖積扇沉積[52]，根據(jù)粒度旋回特征，可進(jìn)一步劃分為扇根—扇中、扇端亞相（圖2）。

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，喀拉扎組發(fā)育多種類型的軟沉積變形構(gòu)造：頂部長(zhǎng)石砂巖中見(jiàn)紋層卷曲變形（圖版Ⅰb，c），厚層砂礫巖中有液化作用成因的砂巖脈（圖版Ⅰd）、V型地裂縫（圖版Ⅰe）和液化角礫巖（圖版Ⅰf），底部礫巖與下伏齊古組粉砂巖界線見(jiàn)球枕構(gòu)造（圖版Ⅰg）和負(fù)載構(gòu)造（圖版Ⅰh）。這些軟沉積變形在垂向序列上自底至頂發(fā)育（負(fù)載構(gòu)造）—（液化角礫巖、液化砂巖脈、階梯狀微斷層）—（紋層卷曲變形）等軟沉積變形構(gòu)造組合，可能為古地震作用誘發(fā)形成地震巖[53]，并在垂向上表現(xiàn)出一定的構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)弱規(guī)律（圖2）。

圖2 上侏羅統(tǒng)喀拉扎組柱狀圖及典型軟沉積變形構(gòu)造1.粉砂巖；2.細(xì)砂巖；3.長(zhǎng)石砂巖；4.含礫砂巖；5.細(xì)礫巖；6.中礫巖；7.斜層理；8.礫巖中的砂巖透鏡體；9.軟沉積變形構(gòu)造發(fā)育的層位Fig.2 Stratum histogram and typical soft-sediment deformation structures in Upper Jurassic Karazha Formation 1.siltstone;2.fine sandstone;3.arkose;4.pebbly sandstone;5.fine conglomerate;6.medium conglomerate;7.oblique bedding;8.sandstone lens developed in conglomerate;9.layers of soft-sediment deformation structure

喀拉扎組礫石成分統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，大部分物源（＞60%）為火山碎屑物質(zhì)（圖3a），表明該套礫巖的主要源區(qū)為火山—碎屑巖隆起的剝蝕區(qū)。對(duì)礫巖中細(xì)砂巖夾層中發(fā)育的斜層理統(tǒng)計(jì)分析，獲得古水流方向（圖3b）指示物源來(lái)自南側(cè)的剝蝕區(qū)。區(qū)域上，瑪納斯地區(qū)的下—中侏羅統(tǒng)碎屑巖研究揭示了其物源主要包括石炭系的火山—碎屑巖[47]，而沉積學(xué)研究結(jié)果顯示，喀拉扎組沉積時(shí)期盆地基底迅速上升，形成高差地形，侏羅紀(jì)末期的劇烈隆升還導(dǎo)致了區(qū)內(nèi)吐谷魯群底部的不整合面[9]和局部上侏羅統(tǒng)的缺失[38]。這些研究結(jié)果表明，喀拉扎組沉積期（152～145 Ma）[13]區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈且頻繁，晚侏羅世南側(cè)北天山構(gòu)造帶處于強(qiáng)烈的構(gòu)造抬升階段，致使南側(cè)山體處于強(qiáng)剝蝕區(qū)，至少已剝露至石炭系基底，從而為喀拉扎組提供了充足的物源供給。

圖3 喀拉扎組礫石成分統(tǒng)計(jì)（a）和古流向分析（b）Fig.3 Karazha Formation: (a) gravel composition; (b) paleocurrent analysis

2.4 喀拉扎組上覆地層

下白堊統(tǒng)吐谷魯群，下部為灰綠色砂巖夾紅色薄層泥巖，上部為紫紅色、灰白色細(xì)砂巖—粉砂巖互層，夾少量灰綠色細(xì)砂巖，其上被上白堊統(tǒng)—始新統(tǒng)東溝組角度不整合覆蓋。東溝組下部為磚紅色泥巖、含礫砂巖，上部為含灰?guī)r透鏡體的紫紅色泥巖（夾砂礫巖）。漸新統(tǒng)安集海河組以灰綠色調(diào)為主，局部為紫紅色，巖性為粉砂巖—泥質(zhì)粉砂巖，其上被中新統(tǒng)塔西河組不整合覆蓋（圖1b）。

3 區(qū)域變形樣式及構(gòu)造序列

3.1 構(gòu)造變形樣式

根據(jù)構(gòu)造變形樣式的差異，將研究區(qū)分為南、中、北3 個(gè)區(qū)段（圖4）：南段以石炭系為背斜核部構(gòu)成的一級(jí)褶皺—斷裂構(gòu)造帶。其中，石炭系產(chǎn)狀陡傾，以發(fā)育緊閉、同斜褶皺（圖版Ⅱa）及強(qiáng)劈理置換為主要特征。石炭系為區(qū)內(nèi)變質(zhì)—變形最強(qiáng)的地層，而明顯區(qū)別于上覆侏羅系，記錄了區(qū)內(nèi)最早的構(gòu)造變形。兩翼分別以F1和F2斷裂（圖1）為界向南、北逆沖到侏羅系之上（圖版Ⅱb），局部保留不整合接觸的證據(jù)（圖版Ⅱc）。

中段侏羅系（八道灣組—吐谷魯群）構(gòu)成區(qū)內(nèi)一級(jí)褶皺構(gòu)造的北翼，不同地層單元均呈NW—SE 帶狀展布，由靠近F2斷裂的陡傾產(chǎn)狀向北漸變?yōu)槠骄彯a(chǎn)狀，局部發(fā)育小型逆沖斷裂—褶皺帶（圖版Ⅱd）和不對(duì)稱次級(jí)褶皺（圖版Ⅱe）。由南向北，在侏羅系—下白堊統(tǒng)的同一構(gòu)造層內(nèi)部呈：倒轉(zhuǎn)褶皺—不對(duì)稱褶皺—寬緩褶皺—近水平單斜地層產(chǎn)出，總體變形由強(qiáng)到弱，可能揭示了受南側(cè)F2斷裂帶的影響向北逐漸減弱的同期構(gòu)造組合特征；而再向北，發(fā)育的多個(gè)斷褶帶構(gòu)造變形明顯增強(qiáng)，則反映了不同期構(gòu)造活動(dòng)在不同構(gòu)造部位的影響。

北段上白堊統(tǒng)—上新統(tǒng)（東溝組、安集海河組）構(gòu)成寬緩—中常褶皺—斷裂帶（圖4）（相當(dāng)于山前的“第二排構(gòu)造”）。該段地層總體產(chǎn)狀較陡，東溝組中發(fā)育一系列軸面北傾的不對(duì)稱褶皺（圖版Ⅱf），在瑪納斯河谷上游，侏羅系也發(fā)育北翼緩南翼陡的不對(duì)稱褶皺（圖版Ⅱg），運(yùn)動(dòng)學(xué)指向?yàn)橛杀毕蚰系哪鏇_構(gòu)造。這些均表現(xiàn)出與南段、中段明顯不一致的變形樣式。已有的研究認(rèn)為，這些由北向南的逆沖構(gòu)造可能是北向逆沖推覆體遭受阻擋形成的反沖斷層效應(yīng)[11,54]，據(jù)此推測(cè)主逆沖斷裂可能發(fā)育于反沖斷層（圖1、4中的F4）以北的區(qū)域。

圖4 雀爾溝地區(qū)構(gòu)造剖面圖（圖例同圖1）Fig.4 Structural profile in Que’ergou area (legends as for Fig.1)

3.2 構(gòu)造變形期次劃分

根據(jù)野外調(diào)查和構(gòu)造分析，識(shí)別出由早到晚的4期構(gòu)造變形。D1期變形為發(fā)育于石炭系（侏羅紀(jì)沉積盆地的基底）內(nèi)部的先期構(gòu)造，呈緊閉褶皺—斷裂構(gòu)造，與上覆侏羅—白堊系變形差異顯著，二者呈角度不整合或斷層接觸關(guān)系。獲得石炭系最年輕的火山—碎屑巖年齡301 Ma及上覆下侏羅統(tǒng)未卷入變形作用，判斷該期變形發(fā)生于二疊紀(jì)—三疊紀(jì)?？赡軐?duì)應(yīng)北天山構(gòu)造帶石炭紀(jì)—早二疊世殘留海盆或裂谷盆地的最終閉合，即洋—陸轉(zhuǎn)換階段的造山隆升事件[9,12,40]，為強(qiáng)擠壓背景下形成的區(qū)域性構(gòu)造面理置換。

D2期構(gòu)造主要表現(xiàn)由南向北的逆沖構(gòu)造，形成石炭系與下、中侏羅統(tǒng)構(gòu)成的褶皺—斷裂帶。其中，北翼發(fā)育逆沖推覆斷裂—疊瓦構(gòu)造—不對(duì)稱褶皺等構(gòu)造要素組合，反映了北天山構(gòu)造帶相對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地的隆升構(gòu)造，并向盆地一側(cè)的強(qiáng)烈逆沖。在該期構(gòu)造的擠壓背景下，局部發(fā)育正斷層組成的地塹—地壘構(gòu)造（圖版Ⅱh），可能為逆沖擠壓背景下的褶皺構(gòu)造局部處于拉張的環(huán)境。區(qū)域上，準(zhǔn)噶爾盆地上侏羅統(tǒng)平行不整合覆蓋（或缺失），也表明這一時(shí)期區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)影響廣泛而強(qiáng)烈。

D3期構(gòu)造，變形方面主要表現(xiàn)為侏羅系中發(fā)育一系列近東西走向的逆沖斷層，而南側(cè)石炭系發(fā)育的斷層截切早期面理，并致使早期斷層面明顯旋轉(zhuǎn)變陡（71°～80°）。對(duì)后峽盆地?cái)鄬酉档哪甏鷮W(xué)研究認(rèn)為其發(fā)育于中生代晚期[11]。沉積方面，準(zhǔn)噶爾盆地南緣則表現(xiàn)為晚白堊世東溝組的快速沉積，及角度不整合覆蓋。

D4期構(gòu)造表現(xiàn)為北帶的中常褶皺變形，隆起區(qū)持續(xù)向北擴(kuò)展/遷移，形成北帶一系列褶皺—斷裂構(gòu)造，如瑪納斯背斜和吐谷魯背斜。東溝組發(fā)育一系列由北向南的逆沖斷層和不對(duì)稱褶皺構(gòu)造，可能為同期由南向北的逆沖構(gòu)造形成的反沖斷層（圖4）。卷入該期構(gòu)造的斷層主要為東溝組—安集海河組，之上角度不整合覆蓋塔西河組。根據(jù)地層特征限定變形時(shí)代為晚白堊世—中新世之間。再向北，西域組區(qū)域角度不整合覆蓋所有地層單元，可能為更晚期構(gòu)造活動(dòng)的反映，區(qū)內(nèi)已有的研究認(rèn)為對(duì)應(yīng)的“第二排構(gòu)造”形成于6.0 Ma[19]。

總體來(lái)看，4 期變形發(fā)育的地層由老至新，由南向北擴(kuò)展，變形層次由脆—韌性褶斷帶向脆性破碎為主的變化規(guī)律，反映了早期變形層次相對(duì)較深，且為多期構(gòu)造疊加的效果。不同期構(gòu)造作用揭示了北天山構(gòu)造帶—準(zhǔn)噶爾盆地南緣山—盆結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程，隨著構(gòu)造隆升部位向北遷移，盆—山構(gòu)造邊界也向盆地一側(cè)躍遷。

4 討論

4.1 喀拉扎組軟沉積變形構(gòu)造的成因

對(duì)軟沉積變形構(gòu)造（SSDS，soft-sedimentary deformation structures）的研究表明其有多種成因[53,55-56]，而只有“受地震作用誘發(fā)形成的具有軟沉積物變形構(gòu)造的巖層”才稱為“seismites”（譯為“震積巖”或“地震巖”）。盡管目前這兩種譯法存在諸多分歧和爭(zhēng)議[55-58]，但不影響本次探討軟沉積構(gòu)造變形的成因；并依據(jù)馮增昭[55]對(duì)“seismites”一詞的沿革與理解，本次研究?jī)A向于采用“地震巖”一詞進(jìn)行表述。

目前，對(duì)地震巖的識(shí)別尚未有嚴(yán)格的標(biāo)志，但利用一些軟沉積變形構(gòu)造組合可以綜合判斷其為地震誘發(fā)形成[43-44,46,58-60]，主要包括液化砂巖脈/墻、火焰構(gòu)造、液化卷曲變形、負(fù)載及球枕構(gòu)造、軟布丁構(gòu)造、V型地裂縫、震碎角礫巖、同沉積微斷層等。調(diào)查結(jié)果表明，喀拉扎組普遍發(fā)育不同類型的軟沉積變形構(gòu)造，自底至頂可見(jiàn)（圖2）：球枕構(gòu)造（圖版Ⅰg）和負(fù)載構(gòu)造（圖版Ⅰh）、液化角礫巖（圖版Ⅰf）、V 型地裂縫（圖版Ⅰe）、液化砂巖脈（圖版Ⅰd）、紋層卷曲變形（圖版Ⅰb，c）等。這些均屬于上述地震巖的典型標(biāo)志，而這些軟沉積變形構(gòu)造在本區(qū)喀拉扎組地層中普遍發(fā)育，且構(gòu)成了軟沉積變形構(gòu)造組合，并在垂向上表現(xiàn)出一定的分布規(guī)律，據(jù)此判斷喀拉扎組軟沉積變形構(gòu)造屬于地震巖，揭示了晚侏羅世區(qū)域頻繁、強(qiáng)烈的古地震活動(dòng)。

圖版Ⅰ 喀拉扎組礫巖露頭特征及地震巖組合（a）喀拉扎組礫巖露頭特征；（b，c）喀拉扎組頂部紋層卷曲變形；（d）液化作用成因的砂巖脈；（e）V型地裂縫；（f）液化角礫巖；（g）含礫砂巖底部球枕構(gòu)造；（h）含礫砂巖底部的負(fù)載構(gòu)造Plate I Characteristics of conglomerate and seismite assemblage in the Karazha Formation(a) conglomerate outcrop; (b, c) liquid curling structures at the top; (d) liquid sandstone veins; (e) V-shaped syn-sedimentary microfractures; (f) liquefied breccia;(g)ball-and-pillow structures at the base;(h)load structures at the base

喀拉扎組自底至頂發(fā)育（負(fù)載構(gòu)造）—（液化角礫巖、液化砂巖脈、階梯狀微斷層、V型地裂縫）—（紋層卷曲變形）等類型的地震巖。依據(jù)地震巖的沉積序列研究[43,45,61]，垂向上大致可劃分為（圖2）：下伏未震層（齊古組）—下部微震層（底部負(fù)載構(gòu)造）—微斷裂層（液化角礫和同沉積微斷層）—砂巖液化變形（V型地裂縫、液化砂巖脈）—液化卷曲變形—上覆未震層（吐谷魯群）等。反映了喀拉扎組沉積期古地震頻繁發(fā)生，且表現(xiàn)出發(fā)生期—高潮期—衰減期的演化規(guī)律[44]。結(jié)合古水流方向及物源分析，指示晚侏羅世南側(cè)北天山構(gòu)造帶—準(zhǔn)噶爾盆地南緣結(jié)合部位強(qiáng)烈的構(gòu)造隆升事件，這與大量構(gòu)造熱年代學(xué)研究結(jié)果一致[32-34,36]。

4.2 晚侏羅世構(gòu)造—沉積過(guò)程及盆—山結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演化

大量的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地層研究表明，構(gòu)造活動(dòng)可以對(duì)盆地沉積作用產(chǎn)生重要影響[38]，反之，沉積作用對(duì)構(gòu)造事件的反應(yīng)也是極為敏感的。因此，沉積地層通常能夠?yàn)樵焐綆∩^(guò)程提供重要信息，如盆地沉積速率顯著增加或區(qū)域性礫巖的發(fā)育通常指示了高原或造山帶隆升的啟動(dòng)[21]，而天山山前盆地的沉積記錄被認(rèn)為是隆升—?jiǎng)兟哆^(guò)程的佐證[8]。因此進(jìn)一步對(duì)比分析構(gòu)造—沉積作用，建立二者的動(dòng)態(tài)聯(lián)系，是反映盆—山結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演化的有效方法。通過(guò)梳理和對(duì)比研究區(qū)沉積作用、構(gòu)造變形序列，初步建立了區(qū)內(nèi)構(gòu)造事件、沉積響應(yīng)的過(guò)程，以供探討。

自早侏羅開(kāi)始，本區(qū)由長(zhǎng)期的剝蝕環(huán)境[9,40]轉(zhuǎn)為相對(duì)伸展背景，沉積作用明顯增強(qiáng)，形成準(zhǔn)噶爾等斷陷盆地及一系列侏羅紀(jì)山間盆地，表現(xiàn)為下侏羅統(tǒng)底部區(qū)域角度不整合面。

晚侏羅世（喀拉扎組沉積期）（152～145 Ma）[13]，北天山構(gòu)造帶發(fā)生整體構(gòu)造隆升。已有的研究認(rèn)為，晚侏羅世—早白堊世是一次區(qū)域規(guī)模和巖石圈尺度的重大構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[38]和一次劇烈構(gòu)造隆升事件[43]，大量的晚侏羅世—早白堊世構(gòu)造—熱年代學(xué)信息[14-15,31,33-36]也證明該期構(gòu)造作用影響廣泛。研究區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為沿著北天山北緣斷裂帶（F2）斷裂向盆地一側(cè)強(qiáng)烈逆沖（D2期構(gòu)造）（圖5a），形成以石炭系為基底和下—中侏羅統(tǒng)為蓋層的斷裂—褶皺構(gòu)造帶，其構(gòu)造屬性上可視為這一時(shí)期造山帶—盆地的邊界斷裂。在侏羅系煤線、粉砂巖等薄弱巖層中發(fā)育不對(duì)稱褶皺、逆沖斷褶帶（圖版Ⅱd，e），揭示由南向北的逆沖推覆構(gòu)造。填圖結(jié)果表明，明顯卷入該期構(gòu)造變形的地層包括八道灣組—西山窯組，表明D2期構(gòu)造晚于西山窯組沉積期（沉積上限年齡為166 Ma[13]）。沉積方面，準(zhǔn)噶爾盆地晚侏羅世沉積范圍明顯縮小，局部地區(qū)吐谷魯群底部的不整合面[9]和上侏羅統(tǒng)缺失[38]，表明喀拉扎組沉積時(shí)期盆地基底快速抬升，并形成高差地形，這與喀拉扎組物源特征、巨厚礫巖及地震巖等地質(zhì)記錄吻合。因此，喀拉扎組底部區(qū)域角度不整合面、快速沉積的巨厚礫巖，并伴隨著同沉積期頻繁的古地震活動(dòng)而形成的一系列地震巖，都是晚侏羅世構(gòu)造隆升事件的沉積學(xué)響應(yīng)。

圖5 區(qū)域構(gòu)造—沉積過(guò)程示意圖（地層代號(hào)同圖1）Fig.5 Schematic of regional tectonic-sedimentary processes (stratigraphic units as for Fig.1)

晚白堊世末期（東溝組沉積期）（100～66 Ma）[13]，盆—山結(jié)合部位發(fā)生又一次明顯的構(gòu)造抬升。構(gòu)造變形上表現(xiàn)為早期斷層的活化，主構(gòu)造變形部位較D2期明顯北移，致使盆—山結(jié)合部位地殼縮短，盆山邊界向北遷移（圖5b）；沉積上以東溝組礫巖較下伏吐谷魯群沉積明顯變粗，底部角度不整合反映快速堆積的沉積響應(yīng)。區(qū)域上，大量中生代末期構(gòu)造—熱年代學(xué)信息[14,18,32-34,36,42]表明，約110～50 Ma北天山構(gòu)造帶—準(zhǔn)噶爾盆地南緣發(fā)生差異構(gòu)造隆升事件。

中新世（23～6 Ma），構(gòu)造變形帶繼續(xù)向北遷移，區(qū)域上形成吐谷魯背斜等，區(qū)內(nèi)發(fā)育由北向南的逆沖斷裂構(gòu)造帶可能為由南向北逆沖主斷裂的反沖斷層（D4）（圖版Ⅱf）；區(qū)內(nèi)有35～25 Ma的構(gòu)造熱年代學(xué)記錄[34]，認(rèn)為北天山和準(zhǔn)噶爾南緣抬升發(fā)生于約25 Ma[14,31]。這個(gè)時(shí)期的逆沖推覆構(gòu)造帶前緣已遷移至雀兒溝以北區(qū)域，暗示區(qū)域隆升導(dǎo)致盆—山邊界進(jìn)一步向北遷移（圖5c）。這個(gè)時(shí)期，整個(gè)西天山于～24 Ma發(fā)生快速抬升[13,15]。

圖版Ⅱ 工區(qū)地層露頭及典型構(gòu)造變形特征（a）前峽組火山碎屑巖緊閉褶皺；（b）前峽組向北逆沖在侏羅系之上；（c）八道灣組不整合覆蓋于石炭系之上；（d）八道灣組發(fā)育由南向北的逆沖疊瓦構(gòu)造；（e）八道灣組煤線與厚層砂巖形成的不對(duì)稱褶皺；（f）東溝組發(fā)育的不對(duì)稱褶皺（指示由北向南的逆沖作用）；（g）瑪納斯河谷侏羅系發(fā)育北翼緩南翼陡的不對(duì)稱褶皺；（h）八道灣組正斷層指示局部拉張伸展作用Plate II Characteristics of strata outcrops and typical deformation in the study area(a) tight folds in pyroclastic Qianxia Formation; (b) northward thrust of Qianxia Formation over Jurassic; (c) Badaowan Formation unconformity covering Carboniferous; (d) northward imbricate thrust in Badaowan Formation; (e) asymmetrical folds superimposed on coal and sandstone layers of the Badaowan Formation; (f) asymmetric folds in Donggou Formation (indicating southward thrust); (g) asymmetrical folds with shallow north wing and steep south wing in Jurassic, in Manasi River Valley;(h)normal fault in Badaowan Formation indicating extension in local region

早更新世（西域組沉積期）以來(lái)，山前第三排構(gòu)造形成及上覆西域組區(qū)域角度不整合覆蓋[19]。古地磁年代學(xué)對(duì)同沉積構(gòu)造限定為6～1 Ma[29]、6.0～2.1 Ma[8,19]、7～2.58 Ma[10]，現(xiàn)代天山的地形地貌也基本在這個(gè)階段成型。這些研究結(jié)果表明，更新世以來(lái)，北天山構(gòu)造帶—準(zhǔn)噶爾盆地南緣的山—盆結(jié)合部位持續(xù)向北發(fā)生了多期構(gòu)造隆升，盡管在不同部位西域組沉積具有穿時(shí)性，導(dǎo)致獲得的年代學(xué)結(jié)果并不一致，但這些構(gòu)造活動(dòng)保存了較好的構(gòu)造變形與沉積作用的記錄，對(duì)精細(xì)刻畫研究盆—山作用過(guò)程十分有效。

綜上，結(jié)合圖5，表明北天山構(gòu)造帶與準(zhǔn)噶爾盆地的構(gòu)造邊界是動(dòng)態(tài)演化的：山體一側(cè)沿著邊界斷裂向盆地一側(cè)逆沖，而這些斷裂可能是同一構(gòu)造體系下向盆地一側(cè)發(fā)育的前展式逆沖斷層系；北天山構(gòu)造帶與準(zhǔn)噶爾盆地的構(gòu)造邊界和盆地沉積邊界伴隨著構(gòu)造隆升和逆沖推覆構(gòu)造而向北遷移。如果這些不同構(gòu)造期形成的斷裂是同一構(gòu)造體制下形成的斷裂系，則可能為理解盆—山關(guān)系及動(dòng)力學(xué)機(jī)制提供了新的思路。

4.3 動(dòng)力學(xué)機(jī)制

天山構(gòu)造帶呈南天山向南逆沖、北天山向北逆沖的雙向逆沖構(gòu)造樣式[16,62]和地殼縮短過(guò)程，而且現(xiàn)今仍處于構(gòu)造變形和隆升過(guò)程之中[24,26]。一般認(rèn)為，如果一個(gè)山脈要保持其地貌形態(tài)需要有持續(xù)的內(nèi)動(dòng)力，否則會(huì)很快被夷平[63]。目前，諸多學(xué)者對(duì)天山地區(qū)中、新生代構(gòu)造隆升的動(dòng)力學(xué)來(lái)源歸因于印度與歐—亞板塊碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)[1,17,33,35,64]，并進(jìn)一步解釋為受鄰區(qū)（如古、新特提斯構(gòu)造域）板塊匯聚過(guò)程中不同塊體間的斷裂系及周緣地質(zhì)體（如帕米爾高原[24,37]、塔里木板塊[22]、中天山地塊等[16]）的制約下，形成的差異隆升特征。

喀拉扎組發(fā)育的地震巖表明，晚侏羅世區(qū)域處于劇烈而頻繁的構(gòu)造活動(dòng)階段，其物源分析指示南側(cè)山體的快速隆升事件，與已有的構(gòu)造—熱年代學(xué)限定的晚侏羅世—早白堊世天山構(gòu)造帶構(gòu)造抬升過(guò)程一致。盡管這一構(gòu)造隆升事件的動(dòng)力機(jī)制被解釋為：晚侏羅世—白堊紀(jì)岡瓦納周緣陸塊由特提斯構(gòu)造域增生到歐亞板塊過(guò)程中的遠(yuǎn)程效應(yīng)[33]，但三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)天山造山帶長(zhǎng)期的巨量剝蝕與準(zhǔn)噶爾盆地廣泛的巨厚沉積對(duì)盆—山結(jié)構(gòu)及區(qū)域巖石圈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生怎樣的影響？之后向盆地一側(cè)的隆升擴(kuò)展是否（或多少程度上）受到垂向動(dòng)力學(xué)機(jī)制的驅(qū)動(dòng)？這些問(wèn)題仍值得思考。

對(duì)天山沉積—?jiǎng)兾g作用與變形模擬的結(jié)果表明，沉積—?jiǎng)兾g作用程度在不同部位對(duì)構(gòu)造形變起著重要的調(diào)節(jié)作用[65]；構(gòu)造—熱年代學(xué)研究揭示龍門山—四川盆地新生代的隆升可能源于地表剝蝕作用或與地殼深部構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)[62,66-68]。本次研究表明，喀拉扎的物源主要來(lái)自南側(cè)石炭系火山碎屑巖，表明晚侏羅世南側(cè)山體已將石炭系基地剝露至近地表，據(jù)此大致估算，在早侏羅世八道灣組—晚侏羅世喀拉扎組沉積期間（約40 Ma）大概有2 500～5 000 m厚的沉積體被剝蝕。研究認(rèn)為，長(zhǎng)期強(qiáng)烈擠壓體制可能在造山帶加厚的地殼反轉(zhuǎn)為伸展體制；隨著造山帶負(fù)荷量的劇烈減少、盆地負(fù)載的加重，在巖石圈尺度上可能引起均衡調(diào)整而發(fā)生構(gòu)造反跳[69]，而這種動(dòng)態(tài)調(diào)整可能成為下一次構(gòu)造活動(dòng)的源動(dòng)力之一。天山構(gòu)造帶具有厚的地殼結(jié)構(gòu)（55～65 km）[25]可能暗示深部“去山根”作用（以地殼減薄為主）相比地表剝蝕作用具有更低的速度進(jìn)程，從而誘發(fā)了剝蝕區(qū)的再次調(diào)整（表現(xiàn)為構(gòu)造隆升）。

綜合來(lái)看，從板塊構(gòu)造的角度探尋造山帶隆升與沉積盆地的形成和發(fā)育過(guò)程，為揭示其動(dòng)力學(xué)來(lái)源提供了重要的參考。盆—山結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)演化既是水平運(yùn)動(dòng)（擠壓—伸展）與垂向運(yùn)動(dòng)（隆升—沉積）的綜合反映，也是巖石圈深部作用與地表地質(zhì)作用的地球系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化過(guò)程的體現(xiàn)。在北天山構(gòu)造帶—準(zhǔn)噶爾盆地多階段盆—山結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演化過(guò)程中，地表地質(zhì)作用與巖石圈深部結(jié)構(gòu)調(diào)整可能提供了重要的源動(dòng)力之一。是否有，或者有多大程度的貢獻(xiàn)？尚不清楚。而進(jìn)一步構(gòu)造—沉積過(guò)程研究，進(jìn)而精細(xì)刻畫盆—山結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演化過(guò)程，可能是理解其動(dòng)力學(xué)機(jī)制的有效途徑。

5 結(jié)論

（1）上侏羅統(tǒng)喀拉扎組發(fā)育的軟沉積變形構(gòu)造具有典型的地震巖組合特征，是晚侏羅世北天山構(gòu)造帶構(gòu)造隆升事件的沉積學(xué)響應(yīng)。

（2）識(shí)別出北天山構(gòu)造帶—準(zhǔn)噶爾盆地南緣雀爾溝一帶4期構(gòu)造變形，對(duì)比分析構(gòu)造—沉積過(guò)程表明，山體一側(cè)沿著盆—山邊界斷裂向盆地一側(cè)發(fā)生多期次構(gòu)造隆升和逆沖，而盆—山構(gòu)造邊界和盆地沉積邊界伴隨著構(gòu)造活動(dòng)向北遷移。

（3）喀拉扎組地震巖揭示了晚侏羅世北天山山前的構(gòu)造—沉積事件，表明該區(qū)域同期地震活動(dòng)頻繁發(fā)生。

致謝 編輯部老師及審稿專家細(xì)致地審閱了本文，提出了建設(shè)性的修改建議和具體意見(jiàn)；修改過(guò)程中多次請(qǐng)教了陳奮寧、王欣、羅克勇等同事，并進(jìn)行了有益探討。作者在此一并表示衷心感謝。