伊犁盆地西北緣斷裂構(gòu)造特征

西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系大陸動力學(xué)國家重點實驗室 何旋

新疆地區(qū)在新生代時伴隨著印度板塊與歐亞大陸碰撞造成青藏高原形成并急速隆升，蘊含了大量構(gòu)造學(xué)信息，因此新疆是研究和觀察新生代以來構(gòu)造活動的理想場所，但對于伊犁大型山間盆地是否存在類似構(gòu)造變形研究較少。本文選擇新疆伊犁霍城平原區(qū)為研究對象，并參與了《伊犁河谷第四系三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)與含水層屬性專題研究》的野外地質(zhì)調(diào)查項目，工作內(nèi)容是對研究區(qū)域地層、巖石、構(gòu)造等地質(zhì)條件進行野外地質(zhì)調(diào)查和取樣。以現(xiàn)有資料和野外地質(zhì)觀察、室內(nèi)實驗測試結(jié)果為基礎(chǔ)，運用多學(xué)科相結(jié)合的原理開展構(gòu)造解析、巖石年代學(xué)研究等工作。

總結(jié)前人的研究成果，新疆伊犁盆地的活動斷裂主要有鞏留南、喀什河、雅馬特等[1]尹光華等[2]把沿喀什河畔的近EW向延伸的喀什河斷裂、博羅霍洛山南麓的寨口闊拉斷裂和薩爾布拉克斷裂總稱為喀什河斷裂?？κ埠訑嗔盐鞫窝匾晾缗璧乇本壪蛭餮由斐鰢纾M入前蘇聯(lián)境內(nèi)。該斷裂帶向東經(jīng)伊寧北，沿喀什河北岸到那拉提與NW、SE向構(gòu)造帶交會。斷裂帶在中國境內(nèi)總長約315km，總體走向為106°，北傾，傾角為60°-70°[2-3]。紅山嘴斷裂帶[4]兩側(cè)新近系與盆地第四系分界明顯，地形地貌差異突出，地貌上明確分隔了北部科古琴山的山麓地帶和山前沖積平原，從衛(wèi)星圖片看，該斷層具有較明顯的線性影像特征，遙感影像清晰。向西進入哈薩克斯坦，往東地貌差異較小，遙感影像比較模糊。在中國境內(nèi)的出露部分，西從中哈邊境的紅山嘴到東部的伊車嘎善鄉(xiāng)，長逾20km，斷裂南側(cè)地形較平坦[4]。天山兩側(cè)盆地新生代以來主要的構(gòu)造活動和隆升期發(fā)生在上新世以來[5-7]，構(gòu)造活動峰期在早更新世末[8]。進一步對該區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造進行深入研究，著重集中在薩爾布拉克斷裂、紅山嘴斷裂、霍城斷裂、三道河斷裂的樣式，對野外樣品采取光釋光測年、磨片鏡下觀察、ESR等實驗處理，綜合得出形成時間、形成過程及其影響。

本研究致力于揭示天山造山帶在新生代的內(nèi)部構(gòu)造和形成演化，著重研究紅山嘴斷裂的構(gòu)造樣式，對于新疆伊犁霍城區(qū)規(guī)劃防震有著積極意義。

一、區(qū)域背景

伊犁盆地地處中亞內(nèi)陸腹地—我國新疆天山山脈西段，區(qū)內(nèi)分布著許多高山峻嶺，地形地貌較復(fù)雜，又有廣闊的山間平原盆地和河谷地，地貌單元總體呈“三山夾兩谷地一盆地”的格局，呈三角形，東部頂點為特克斯河與鞏乃斯河交匯處，西部底邊朝向中哈邊界，東高西低，地勢由東向西傾斜，東西長170千米。

在伊犁河谷平原西部，北側(cè)為別珍套山與科古（爾）琴山以及山前丘陵，南側(cè)為哈爾克山。平原區(qū)南部和北部為山前沖洪積傾斜平原，中部為伊犁河沖積平原，地勢上南北兩側(cè)高、中央低，東部高、西部低。平原西端開口處寬約90公里，沿伊犁河和鞏乃斯河向SEE延伸并最終合攏。

伊犁盆地是在伊犁—中天山微板塊的基底地塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個造山帶中穩(wěn)定地塊上的裂陷拗陷復(fù)合型盆地[9]。張國偉等[9]將伊犁盆地劃分為以下次級山盆構(gòu)造單元：伊寧—鞏乃斯斷拗陷疊合盆地、尼勒克斷陷盆地、昭蘇斷陷盆地、恰普恰勒(察布查爾)扇形擠壓推覆山地、阿吾勒拉隆起斷塊，簡稱“二山三盆”。

二、新生代地層

該地區(qū)下第三系主要巖性為土黃色、灰色砂巖、砂質(zhì)礫巖夾砂質(zhì)泥巖，主要出露在該區(qū)的木檜陽小隊周圍、妖魔山、解放村周圍以及克西克博樂薩依附近，出露面積大，與下伏地層的接觸關(guān)系為角度不整合接觸。中新統(tǒng)的主要巖性為磚紅色砂質(zhì)泥巖、泥巖、砂巖、砂礫巖，主要出露在新路公社托特大隊伊克其小隊周圍，出露面積較大，與下伏地層的接觸關(guān)系為角度不整合接觸。上新統(tǒng)的主要巖性為橘黃色或土黃色泥巖夾礫巖、砂礫巖，主要出露在科古琴山東南部及勝利公社八大隊周圍，出露面積較小，與下伏地層的接觸關(guān)系為角度不整合接觸。第四系分布廣泛，主要為洪積與沖積物，為礫石、碎石、砂泥堆積物，未膠結(jié)成巖，其次為風(fēng)積物和風(fēng)成黃土、沼澤堆積、湖相堆積，見有少量冰磧堆積，分布在喀斯喀布拉克他烏山周圍、切特薩爾布拉克周圍及起巴爾塔勒喂然北部，為漂礫、礫石、砂堆積。

昌吉河群(（E3-N）ch)分為上下兩個亞群，整體顯現(xiàn)為紅色。下亞群的主要巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、砂礫巖夾礫巖。上亞群的主要巖性為砂質(zhì)泥巖、含炭質(zhì)粉砂巖、砂巖夾礫巖。主要出露在區(qū)內(nèi)北部的木檜陽小隊周遭、妖魔山、解放軍村周圍，出露面積大，其與下伏地層的接觸關(guān)系為整合接觸，個別地方因斷裂造成不整合面。西域組（Qp1x）的主要巖性為棕青色礫巖，膠結(jié)好，礫石層夾灰黃色粉砂泥層，因剝蝕和人為因素而出露，其主要出露在科古琴山的東部及湯姆索布拉克北部地區(qū)，出露面積小，與下伏地層的接觸關(guān)系為角度不整合接觸。烏蘇群（Qp2ws）主要為礫石、粗砂、亞砂土，主要出露在阿爾瑪依附近并向東延伸到沙爾布格順西部地區(qū)，出露面積較大。

三、逆沖褶皺帶構(gòu)造樣式

伊犁盆地正處于強烈的地震活動帶［5;7;10-14］，屬于地殼不穩(wěn)定區(qū)[15]，據(jù)1955年至1988年一、二等精密水準(zhǔn)測量顯示，伊寧一帶沉降速率為-2mm/a[7]，說明現(xiàn)在伊犁盆地仍處于活動之中。研究區(qū)所在的伊犁盆地地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，構(gòu)造形成始于震旦紀(jì)之前的呂梁期，經(jīng)古生代的加里東期，尤其是海西期表現(xiàn)更趨強烈，基本形成了區(qū)內(nèi)構(gòu)造的骨架，后期又經(jīng)歷了中生代的燕山運動和新生代的喜馬拉雅運動，形成了目前的構(gòu)造形態(tài)[16]。

新生代以來，由于印度板塊向歐亞板塊自南而北的擠壓影響，青藏高原也在不斷隆升，而青藏高原隆升對中國西部環(huán)境變遷起著決定性影響[17]。新疆第四紀(jì)構(gòu)造應(yīng)力場和現(xiàn)今應(yīng)力場是一致的，為一近南北向水平壓應(yīng)力[18]。這一南北向應(yīng)力作用逐漸形成了現(xiàn)今復(fù)雜的伊犁盆地格局，而盆地西部平原區(qū)的北緣主要是自北向南逆沖，南緣主要是自南向北逆沖，整體呈現(xiàn)對沖式的沖斷構(gòu)造系統(tǒng)，中間也夾雜著其他性質(zhì)的次級斷裂，同時在擠壓的作用下，南、北緣褶皺也較為發(fā)育，其中北緣表現(xiàn)為隔槽式褶皺。

該研究區(qū)北部為伊犁盆地的控盆斷裂，控盆斷裂主要有六條，由北向南分別為盆地北界斷裂、薩爾布拉克斷裂、蘆草溝斷裂、紅山嘴斷裂、可克達(dá)拉斷裂、霍城斷裂。研究區(qū)可見西西北或東西走向的薩爾布拉克斷裂、紅山嘴斷裂，中間為霍爾果斯—大西溝背斜。薩爾布拉克斷裂北為中石炭統(tǒng)火山巖系，南主要為二疊系火山沉積巖系和新生界，紅山嘴斷裂北側(cè)主要為新近系，南側(cè)為上更新統(tǒng)黃土和全新統(tǒng)沉積物。

本文主要觀察了薩爾布拉克斷裂和紅山嘴斷裂，重點是紅山嘴斷裂及其構(gòu)造特征。

薩爾布拉克斷裂位于研究區(qū)的北部，其延伸很遠(yuǎn)，基本橫跨整個研究區(qū)北部，東部經(jīng)薩爾布拉克鄉(xiāng)牧業(yè)一隊、蘆草溝鄉(xiāng)牧場剪毛場，過大小西溝、切得克蘇河、霍爾果斯河向西延伸到哈薩克斯坦。在薩爾布拉克鄉(xiāng)牧業(yè)一隊東南500米（N44°17′24.45″，E81°6′22.4028″，H1214.6m）可見新疆群的礫石層角度不整合于烏蘇群的礫石夾粗砂地層之上。下部的烏蘇群地層的產(chǎn)狀為240°∠19°。表明中更新世至晚更新世早期該斷裂活動過，該角度不整合受薩爾布拉克斷裂的影響，為其活動的表現(xiàn)。不整合面上方采光釋光樣（樣品編號：OSL-YLa-46），用于不整合面的年代上限測量，實測年齡為 70.06±11.12ka。

紅山嘴斷裂位于伊犁盆地北緣，行政區(qū)劃屬于新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州霍城縣斷裂帶兩側(cè)，新近系與盆地第四系分界明顯，地形地貌差異突出，地貌上明確分隔了北部科古琴山的山麓地帶和山前沖積平原。該斷裂為另一支控盆斷裂，走向近東西，由西經(jīng)六十一團場水工連，過格干溝牧場，延伸到伊車嘎善錫伯族鄉(xiāng)。其為前陸逆沖褶皺帶的前鋒斷裂，該斷裂空間上呈NWW向展布，斷層面傾向330°～340°，傾角為50°～60°，向西延伸進入哈薩克斯坦，向東可能與喀什河斷裂相連。地表主要表現(xiàn)高角度逆沖斷層，上盤主要為新近系紅層，下盤為全新統(tǒng)砂土卵礫石層和上更新統(tǒng)黃土堆積。在開干村北500米處（N44°17′36.7152″，E80° 30′10.944″，H974.9m）可見紅山嘴斷裂褶皺的斷裂。該處的上層為礫石、砂的松散堆積物（Qp3xn），下層則為頁巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、夾泥巖的互層(（E3-N）ch)，且在該剖面上可見次級正斷裂。主斷裂切穿了下層地層，被上層地層覆蓋，由擦痕判斷為逆沖斷裂，由南向北沖，其斷層面的產(chǎn)狀為180°∠58°。在該剖面南部不遠(yuǎn)處可見兩個向東傾的小型正斷層，其產(chǎn)狀分別為83°∠60°、96°∠60°，為紅山嘴斷裂的次級斷裂，表明紅山嘴斷裂活動在第三紀(jì)之后即昌吉河群形成之后。在開干溝北部存在一不整合面，新疆群不整合覆蓋在西域組地層之上。下部西域組地層的產(chǎn)狀為347°∠28°，下部地層的砂巖中取細(xì)砂樣（樣品編號：KGG01-B1）ESR年齡測試結(jié)果為913±100ka。

四、區(qū)域構(gòu)造發(fā)展期次

新疆伊犁霍城平原區(qū)為逆沖褶皺帶，大體為由N向S的逆沖推覆構(gòu)造，其中不乏疊瓦狀斷裂、正斷裂以及反向逆沖斷裂。根據(jù)資料文獻、野外觀察以及室內(nèi)試驗，可以將該地區(qū)的構(gòu)造活動分為3期，時間分別為早更新世、中更新世、晚更新世—全新世。

早更新世時，該區(qū)內(nèi)受到南北向擠壓，伊犁盆地西北緣形成紅山嘴斷裂與霍城斷裂，形成兩條重要的控盆斷裂；中更新世時，區(qū)內(nèi)持續(xù)受到南北向擠壓，擠壓力傳播蔓延進入盆地，使第四紀(jì)地層變形，形成隔擋式薄皮褶皺；晚更新世時，區(qū)內(nèi)仍受南北向擠壓，在西北邊緣沙漠的北緣形成可克達(dá)拉斷裂。研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造隨著時間步步向南發(fā)展，地勢由北向南慢慢變緩。

五、結(jié)論

（1）新疆伊犁盆地位于天山造山帶中，隸屬塔里木板塊，新生代以來受到西伯利亞板塊、華北板塊與揚子板塊擠壓。

（2）新生界地層卷入推覆構(gòu)造中，新疆伊犁盆地西北緣形成一系列逆沖斷層，由北向南依次為薩爾布拉克斷裂、蘆草溝斷裂、紅山嘴斷裂、可克達(dá)拉斷裂、霍城斷裂，主要包含在三期構(gòu)造活動中，具有層層向南推進的特征，因地層收縮量大，表現(xiàn)為逆沖疊瓦式組合，夾有一些反向逆沖斷裂及正斷裂，其中發(fā)育逆沖推覆褶皺其基地未被卷入，為薄皮構(gòu)造。在野外斷裂構(gòu)造處可以看到具體表現(xiàn)為錯動地層、“δ”構(gòu)造、牽引構(gòu)造、破碎帶、鏡面、擦痕，借此來判斷斷裂的性質(zhì)。

（3）薩爾布拉克斷裂空間上呈NWW向展布，由北向南逆沖，其延伸最長，為科古琴山的山前斷裂。

（4）紅山嘴斷裂空間上呈NWW向展布，斷層面傾向330°～340°，傾角為50°～60°，該斷裂兩側(cè)地層年代差異較大，南側(cè)為第四紀(jì)地層，北側(cè)為新近紀(jì)地層，結(jié)合衛(wèi)星圖、地質(zhì)圖可知紅山嘴斷裂產(chǎn)生于早更新世早期，結(jié)合鉆孔與野外觀察，紅山嘴斷裂切穿了早更新世、中更新世、晚更新世的地層，可知其屬于活動斷裂。

（5）伊犁盆地東北部的控盆斷裂為霍城斷裂，該斷裂空間上呈NW向，展布、地表表現(xiàn)為逆沖斷層，由東北及北方向南逆沖。再結(jié)合野外樣品的室內(nèi)處理及野外地層穿切關(guān)系，可知霍城斷裂其次級斷裂存在同沉積斷裂，可判斷出霍城斷裂形成于第三紀(jì)時。

（6）霍爾果斯-大西溝褶皺為隔槽式褶皺。在研究區(qū)西北部，褶皺帶為前陸沖斷褶皺帶，自北向南呈隔槽式。在造山帶區(qū)由一個窄的向斜和一個大型箱式背斜組成。褶皺空間上呈NS向分布，北起薩爾布拉克斷裂，南止紅山嘴斷裂，主要由昌吉河群紅層和新疆組礫石層地層組成。

（7）綜合各種野外現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)，得出研究區(qū)在第四紀(jì)以來發(fā)生過三次大的構(gòu)造變形，整體為褶皺沖斷帶。