东昆仑造山带及其邻近地区构造地貌与成山作用过程

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:bingdongfenxing
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东昆仑造山带是青藏高原北部一条重要的构造地貌边界,其北侧为大型内陆盆地——柴达木盆地,南侧为平缓高亢的青藏高原腹地区。东昆仑造山带新生代以来的成山作用过程是认识青藏高原形成演化的关键,并可望为陆内造山作用过程提供重要信息,然而目前东昆仑造山带及其邻近地区的新生代构造研究总体零星有限,极大限制了上述科学问题的深入。 本论文在对东昆仑造山带中段及其邻近地区广泛野外调查的基础上,以东昆仑造山带及其邻近地区晚新生代以来的一些典型构造地貌为地表变形的研究对象,通过构造地貌分析,揭示造山带地区地表构造运动的基本特征;通过低温热年代学方法,恢复造山带新生代以来的岩石冷却剥露的时空过程,探析构造隆升过程:结合研究区数字高程模型分析,揭示造山带地区的地貌特征及地表作用过程蕴含的内外营力作用因素。综合上述,以地表地质要素的系统演化过程为指导思想,揭示构造地貌形成演化过程,建立构造作用、地貌过程及气候变化的耦合作用关系,以此约束新生代东昆仑造山带的成山作用过程及其动力机制。 东昆仑造山带地区发育两条特征性的活动断裂,分别为东昆仑断裂和西大滩断裂。东昆仑断裂多个不同段地表破裂构造的野外调查表明,断裂的变形以显著的左行剪切作用为主,而南北向的挤压缩短作用在破裂构造上表现并不明显;西大滩断裂同样表现为强烈的左行变形特点;野外调查没有发现昆仑河-野牛沟断裂活动的地质证据。上述表明造山带地区目前处于强烈的左行剪切应力作用环境中。 与造山带邻近的高原腹地区的大型湖盆构造的野外调查和构造地貌分析表明,库赛湖、叶鲁苏湖均为受左行断裂控制的“S”型拉分盆地,湖盆构造地貌特征以及边界断裂相关的年代数据表明,目前湖盆的发育处于年轻活跃阶段;其拉分幅度分别为<15-20 km,15 km,依据东昆仑断裂走滑速率的研究成果,认为上述拉分盆地的形成年代在早更新世前后。有理由推测,青藏高原北部地区众多的大型湖盆可能都具有与左行走滑作用相关的成因机制,尽管其具体的构造形式可能差别显著。腹地区大型构造湖盆的形成机制表明,跨越青藏高原北部存在统一的左行走滑应力作用,这种左行走滑应力作用并非来源于东昆仑断裂或者西大滩断裂本身,而是来源于更大尺度上的印度板块向北与欧亚板块碰撞挤压的动力作用,与在西构造结以东青藏高原北部形成的弥散式分布的区域性左行应力作用有关。 对东昆仑造山带近南北向的剖面以及作为重点区块的小南川岩体进行了裂变径迹年代学取样和样品测试分析,结果表明小南川以及西大滩北侧的三叠纪.侏罗纪侵入岩体的锆石裂变径迹年龄分别为63.1±4.0 Ma(中值年龄)、67.8±7.7 Ma(池年龄);10件碎屑类样品的裂变径迹年龄显著小于其沉积年龄,单颗粒年龄分散((X2)%<1%),上述特征表明样品经历了差异性退火行为,通过二项式拟合对碎屑类样品的裂变径迹年龄进行了峰值年龄的拟合,结果表明裂变径迹峰值年龄总体介于21.6-116.7 Ma之间,其中最年轻的峰值年龄P1主体介于42-59 Ma之间。上述表明始新世.渐新世早期造山带地区经历了一次冷却事件,使得研究区岩石冷却至锆石裂变径迹差异性退火温度以下,约为180℃,视剥蚀速率约为0.066 mm/a。该冷却事件在时间上与印度、欧亚板块碰撞挤压作用的启动时间同步,暗示昆仑山作为青藏高原北部的构造地貌边界,板块碰撞挤压作用的远程效应开始于板块碰撞初期,实时性的构造隆升响应同时表明高原北部的地壳加厚作用也应该是同步发生。小南川岩体的磷灰石裂变径迹年龄分布在11.0-2.8 Ma,结合前述锆石裂变径迹年龄信息,渐新世晚期.中新世中期阶段的视剥蚀速率约为0.065 mm/a,与始新世.早渐新世阶段的剥蚀速率相当,昆北构造单元已有的磷灰石裂变径迹年代为15.8 Ma[1],也在中新世中期。中新世中期阶段研究区可能存在一次快速冷却剥露事件,但目前获得的裂变径迹年代学数据不足以说明其具体的时间和幅度信息。中新世晚期阶段,小南川岩体的裂变径迹年龄显示较低的视剥蚀速率,为0.02-0.035 mm/a,反映该阶段的剥露幅度和构造隆升幅度有限。上新世以来小南川岩体经历了异常快速的冷却剥露过程,2.8 Ma时间内冷却幅度约为110℃,冷却速率高达39℃/Ma,这主要与研究区一系列造山带走向的断层作用,在造山带表层形成一系列地势显著的断陷地貌相关,昆仑山垭口断陷盆地[2]、昆仑河-野牛沟断陷谷地均在上新世阶段形成,而西大滩谷地[2]的断陷作用则可能在第四纪,上新世以来地表一系列断陷作用是小南川岩体同期快速冷却剥露的主要因素。 锆石裂变径迹与磷灰石裂变径迹的年龄空间分布格局均证实研究区地质晚近时期存在显著的差异性构造隆升。裂变径迹年龄空间结构表明,现代昆仑主脊单元的差异性抬升幅度最大,较之于西大滩以北的构造块体,差异性抬升的幅度在1 km以上。小南川岩体的磷灰石裂变径迹年龄结构同样显示出明显的差异性抬升作用,即越向南,差异性抬升作用越显著。小南川岩体最老的裂变径迹年龄略小于南山口西侧前人获得的磷灰石裂变径迹年龄,依据现代样品高程分布,小南川岩体所在构造地貌单元的差异性构造抬升幅度至少为1 km。裂变径迹年代数据、盆地与谷地断陷相关沉积表明该差异性抬升发生的时间主要在上新世以来。 以SRTM3数据为基础的数字高程模型分析结果支持裂变径迹年代学数据提出的差异性构造隆升作用以及断裂活动性的差异性。现代昆仑主脊构造地貌单元具有显著的差异性构造隆升的特征地貌参数,而向北,本头山-电影山以及布尔汗布达山构造地貌单元的构造隆升特征参数并不明显,平均高程与地形参数表明昆仑河-野牛沟断裂两盘之间不存在显著的垂直抬升效应,而昆中断裂则可能没有明显的活动性。 综合分析上述认识,东昆仑造山带作为现代青藏高原北部边缘造山带,其形成开始于印度与欧亚板块碰撞挤压作用初期,板块构造的远程效应具有实时性。新生代以来东昆仑造山带的总剥露幅度约为7 km,剥露作用在时间上总体呈现加速趋势,中新世中期以来的剥露速率显著增强,大约上新世以来局部剥露速率异常高;在空间上隆升剥露作用具有显著的差异性,上新世以来研究区造山带在横向上被划分为3个构造块体(由南向北依次为Ⅰ-现代昆仑主脊,Ⅱ-电影山-本头山,Ⅲ-布尔汗布达山),块体的剥露作用强度总体向北衰减。此外隆升剥露强度在造山带走向方面也存在显著的差异性,总体而言,东昆仑造山带的剥露幅度西强东弱;在构造变形方面,上新世-第四纪东昆仑造山带主要受控于区域性的左行走滑应力体系,大约在上新世阶段形成一系列造山带走向的断块构造,构造块体发生侧向挤出,同时伴随强烈的垂向隆升作用,并最终形成现代谷岭相间的构造地貌格局。研究区东昆仑造山带发育良好的河流地貌及阶地序列,为在河流阶地年代尺度上探索构造隆升与气候变化的综合地表作用过程提供了良好的研究对象。通过野外沉积特征、河流形貌等的调查,结合第四纪年代学并综合已有的阶地年代资料及气候变化研究的成果,东昆仑造山带地区末次冰盛期以来存在4次区域性的阶地形成事件,分别为13.7-11.9 ka,11.0-9.6 ka,7.2-6.0 ka,5.8-4.4 ka。区域性的构造隆升是河流下蚀作用的潜在长期驱动力,而气候变化是触发河流下蚀和堆积作用的直接因素。气候变化中的温度和降水变化是河流阶地形成演化的两个关键因素。研究区末次冰期以来的多级河流阶地的形成是地表构造隆升与气候变化共同作用的结果,而并非反映同步频繁构造隆升事件。表明在冰期/间冰期相对较短的时间尺度上,气候变化对造山带物质剥蚀以及盆地堆积作用有显著的控制作用,但是构造隆升造就的显著地势无疑是造山带物质剥蚀以及相邻盆地堆积作用的内在因素,是造山带物质剥蚀以及盆地充填的根本因素。
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