西秦嶺北緣構(gòu)造帶新生代沉積演化與變形

西秦嶺北緣構(gòu)造帶新生代沉積演化與變形

印度和歐亞板塊的代際勢力不僅形成了青藏高原，而且高原的外向移動。晚新生代以來,在南以昆侖山斷裂、北以祁連山北緣—海原斷裂為界的青藏高原東北部向北東方向增生擴展,使得這一區(qū)域新生代盆地和山脈發(fā)生了相繼的隆升和廣泛的構(gòu)造變形(圖1),形成或復活了一系列北西西向構(gòu)造帶,西秦嶺北緣構(gòu)造帶是其中重要的北西西向構(gòu)造帶之一。西秦嶺北緣構(gòu)造帶兩側(cè)新生代沉積盆地的發(fā)育與演化具有明顯不同的特征。構(gòu)造帶北側(cè)發(fā)育一個大型的新生代沉積盆地群,包括臨夏、隴西和固原等次級盆地,沉積了自古近紀中晚期(或漸新世)以來一直到第四紀時期的新生代地層[4,6,12,13,14,12,13,14];而在構(gòu)造帶南側(cè)發(fā)育一些規(guī)模較小、以新生代早期沉積為主的盆地,從西向東有臨潭盆地、灘歌盆地、南陽盆地和西和—禮縣盆地等。構(gòu)造帶兩側(cè)的新生代盆地不但沉積地層和歷史不同,而且構(gòu)造變形歷史也有很大差別:南側(cè)變形歷史長、期次多,最早的變形發(fā)生在古近紀;而北側(cè)的沉積盆地在中新世晚期以后才開始強烈變形。這種差別似乎說明西秦嶺北緣構(gòu)造帶可能是早期青藏高原東北部的主邊界,是早期高原向北東擴展的前緣部位。西秦嶺北緣構(gòu)造帶對于研究青藏高原晚新生代隆升擴展具有獨特的意義。由于其兩側(cè)發(fā)育巨厚陸相沉積物的新生代盆地,并在青藏高原向北東擴展的過程中發(fā)育、消亡并遭受隆起和構(gòu)造變形,成為青藏高原的最新擴展部分,不僅盆地的沉積和構(gòu)造變形特點可以反映斷裂的新生代構(gòu)造活動,而且它們共同反映了青藏高原東北部的構(gòu)造變形和擴展過程,因而是研究青藏高原構(gòu)造變形與隆升活動的理想地區(qū)。它的構(gòu)造幾何和變形樣式是什么?經(jīng)歷了什么樣的發(fā)展演化歷史?本文通過對位于中國甘肅省東部隴西、武山地區(qū)的西秦嶺北緣構(gòu)造帶東段的新生代斷裂活動以及兩側(cè)灘歌盆地、武山—漳縣盆地和隴西盆地的新生代構(gòu)造變形的重點研究,試圖深入地了解該構(gòu)造帶新生代構(gòu)造活動方式和歷史以及新生代盆地沉積和構(gòu)造變形的關(guān)系,為高原東北部新生代構(gòu)造變形的時空演化、隆升擴展及有關(guān)的動力學機制研究提供重要的約束條件。1西秦北緣西商業(yè)地區(qū)西秦嶺北緣構(gòu)造帶位于西秦嶺山的北部前緣,其東端始于渭河盆地以西,向西構(gòu)成了隴西盆地、臨夏盆地、循化和化隆盆地的南邊界,西端可能終止于青海湖東的貴德盆地附近,長度大于400km(圖1)。西秦嶺北緣構(gòu)造帶實際上由一組近于平行的北西西走向斷裂及其所控制的新生代構(gòu)造盆地所組成(圖2),在平面上可分為北部、中部和南部三部分。與其他的斜壓走滑造山帶類似,在西秦嶺山的北緣,即西秦嶺北緣構(gòu)造帶北部和南部分別發(fā)育向外擴展的一系列逆沖斷裂,中部除發(fā)育逆沖斷裂外,還發(fā)育正斷裂和走滑斷裂。整個構(gòu)造帶在剖面上構(gòu)成了向北偏心的花狀構(gòu)造(圖3)。斷裂形跡最清晰的段落是構(gòu)造帶中段,即,從天水至漳縣以西洮河之間的段落,本文主要以隴西—武山地區(qū)為例,對該構(gòu)造帶各主要組成斷裂的新生代構(gòu)造活動特征進行介紹。1.1逆沖斷裂活動特點在武山、漳縣一帶,西秦嶺北緣構(gòu)造帶南部發(fā)育多條逆沖斷裂(圖2和3),其中最主要的是朝團山—山丹斷裂(F12)。斷裂西段走向北西西,傾向北,傾角50°左右,沿斷裂多處可見北側(cè)的古生代灰?guī)r、砂巖逆沖于南側(cè)灘歌盆地的古近紀中晚期磚紅-褐紅色砂巖、礫巖之上。斷裂東段平面上呈不規(guī)則的弧形,向北、北西傾,在山丹鎮(zhèn)以南斷裂面十分平緩,斷層傾角僅10°左右,使得古生代灰?guī)r、粉砂巖逆掩推覆到了古近紀中晚期礫巖之上。該斷裂大致構(gòu)成了目前灘歌盆地的北界,古近紀地層主要出露在斷裂以南,沿斷裂北側(cè)僅見有零星出露。另外,還發(fā)育其他一些逆沖斷裂,如,孟家門斷裂(F10)和臘干下—秦家崖斷裂(F11)。孟家門斷裂(F10)僅在賈河孟家門村東公路旁出露(圖2),傾向南,傾角約45°,估計走向近東西,斷裂南側(cè)的古生代泥盆紀砂巖及灰色雜砂巖向北逆沖在古近紀中晚期褐紅-紫紅色的中礫巖夾含礫中細砂巖之上。臘干下—秦家崖斷裂(F11)使得古生代灰?guī)r、粉砂巖向南逆沖到了灘歌盆地白堊紀地層之上,造成靠近斷裂的白堊紀礫巖強烈變形,產(chǎn)狀陡立。這些逆沖斷裂不但明顯錯斷地層,造成不同時代地層之間的斷裂接觸,而且直接影響了新生代地層的構(gòu)造變形,說明它們在新生代發(fā)生了多期活動。最早的逆沖斷裂活動發(fā)生在臘干下—秦家崖斷裂(F11)上,錯斷了灘歌盆地白堊紀地層,并強烈地主導了其構(gòu)造變形,但對盆地古近紀中晚期構(gòu)造層的變形影響不明顯(圖3),說明其活動時間與灘歌盆地新生界底部角度不整合的形成一致,時間大致在白堊紀晚期至古近紀中晚期。而朝團山—山丹逆掩斷裂(F12)的活動時間較晚,不僅造成斷裂南側(cè)古近紀中晚期礫巖強烈變形,還造成中新世地層變形與錯斷現(xiàn)象,顯示在中新世晚期盆地沉積結(jié)束后斷裂仍明顯活動。上述特點表明,西秦嶺北緣構(gòu)造帶南部的逆沖斷裂活動具有由南向北遷移的后展式特點。在上述的幾條逆沖斷裂通過處宏觀地形上雖有一定的反映,但沒有發(fā)現(xiàn)陡坎等代表斷裂新活動的證據(jù),斷裂也不控制第四紀沉積物,說明晚第四紀以來已停止活動。1.2逆沖斷裂發(fā)育特點及其構(gòu)造西秦嶺北緣構(gòu)造帶北部也發(fā)育一系列的逆沖斷裂(圖2、3),一般包括2至3條近于平行的主要逆沖斷裂,它們與受斷裂分割的巖層一起構(gòu)成前陸褶皺-沖斷帶。與其他的典型造山帶與前陸盆地區(qū),如龍門山和喜馬拉雅南緣相似,它在平面上也具有明顯的分帶特征。在隴西縣南部的鳥洼梁、平道里一帶發(fā)育茍家河—四店(F1)和汪家溝(F2)兩條典型的逆沖斷裂(圖2、3),它們總體走向北西西,傾向南,傾角40～70°,從南向北分隔了三個構(gòu)造單元。汪家溝斷裂的南側(cè)屬后緣基底沖斷帶,主要由下古生界淺變質(zhì)的灰?guī)r、砂巖、頁巖組成,變形強烈,可見相似褶皺、劈理等構(gòu)造。汪家溝斷裂和茍家河—四店斷裂之間是前緣褶皺沖斷帶,地表所見主要是白堊紀紫紅色粉砂質(zhì)泥巖夾砂礫巖,發(fā)育緊閉及寬緩褶皺。茍家河—四店斷裂北側(cè)是前緣褶皺變形帶,以古近紀地層的褶皺變形為主要特點,明顯的褶皺變形主要發(fā)生在近斷裂面處(圖3),向北在盆地內(nèi)部地層變形總體上逐漸變?nèi)?。西秦嶺北緣前陸褶皺-沖斷帶構(gòu)造變形南強北弱,變形歷史南長北短,表現(xiàn)了由南向北擴展的前展式特點。在隴西盆地的南緣,西秦嶺北緣構(gòu)造帶北部逆沖斷裂的結(jié)構(gòu)和組合形式在橫向上也有一定的變化,有時剖面上僅見有一條逆沖斷裂,有時出現(xiàn)三條以上;最主要的前緣逆沖斷裂茍家河—四店斷裂(F1)在平面上呈弧形或花邊狀(圖2),橫向延伸遠。盡管存在橫向變化,但沿整個西秦嶺北緣構(gòu)造帶從隴西盆地向西至臨夏盆地都發(fā)育北部逆沖斷裂,導致西秦嶺山的前新生代地層向北逆沖推覆于盆地新生代地層之上。由于西秦嶺北緣構(gòu)造帶北部的前緣逆沖斷裂錯斷了北側(cè)臨夏、隴西和循化等盆地的古近紀中晚期及新近紀地層,而在盆地內(nèi)部新生代地層開始變形的時代是在中新世晚期以來,因此,可以判定目前的西秦嶺北緣構(gòu)造帶北部向盆地內(nèi)逆沖推覆、前緣逆沖斷裂活動的主要時間是在中新世晚期以后,當然,北部逆沖斷裂系后緣斷裂可能在新生代早期就開始活動,并影響了隴西等新生代盆地的沉積演化。西秦嶺北緣構(gòu)造帶北部逆沖斷裂在地形、地貌上往往有反映,其中以前緣逆沖斷裂最為明顯。在隴西盆地南緣,受巖性的控制,斷裂北側(cè)的新生代礫巖地形往往高于南側(cè)斷裂上盤的古生代砂巖、粉砂巖,而在臨夏盆地南緣斷裂南側(cè)地形一般高于北側(cè),但沿斷裂沒有發(fā)現(xiàn)陡坎地形,很少見到第四紀以來的地層,也沒有發(fā)現(xiàn)錯動第四紀晚期地層的現(xiàn)象,說明晚第四紀以來這些斷裂沒有明顯活動。1.3逆沖斷裂活動及演化西秦嶺北緣構(gòu)造帶中部斷裂帶由一系列正斷裂、逆斷裂和走滑斷裂所組成(圖2、4和5),控制了武山和漳縣等長條狀新生代沉積盆地的形成和演化。其中最醒目的活動走滑斷裂位于盆地內(nèi)部,走向北西西,傾向北或南,傾角較陡,一般在50～80°,以左旋走滑運動為特征。在天水至洮河之間從東向西發(fā)育三條次級斷裂,鳳凰山—鴛鴦鎮(zhèn)斷裂(F5)、盤古川—漳縣斷裂(F6)和漳縣—黃香溝斷裂(F7),它們呈左階斜列。在三條次級斷裂的交替部位形成盤古川和漳縣階區(qū),階區(qū)所在位置形成了第四紀沉積物,并發(fā)育現(xiàn)代河流,說明階區(qū)具有拉分盆地的性質(zhì)(圖4)。盆地內(nèi)部的走滑斷裂兩側(cè)往往還伴生牽引褶皺,指示著斷裂的錯動方式為左旋走滑。該走滑斷裂具有很強的第四紀和現(xiàn)今構(gòu)造活動性,許多地段左旋錯斷了一系列的山脊水系,并伴隨著多次歷史地震的發(fā)生,其晚第四紀滑動速率可達2～3mm/a。目前位于漳縣北邊界的張家山—草坪上斷裂(F9)在剖面上主要表現(xiàn)為向南傾的正斷活動,將盆地內(nèi)新近紀地層與北側(cè)的老地層分開,但該斷裂沿走向較為平直,傾角一般在80°左右,有些地段近于直立,局部地段向北傾,顯示斷裂具有明顯的走滑運動特征。除走滑斷裂外,沿西秦嶺北緣構(gòu)造帶中部還發(fā)育一些正斷裂,如,榜羅溝斷裂(F8),走向北西西、近東西向,傾向北,一般構(gòu)成武山—漳縣新近紀地層與南側(cè)的中生代和古生代地層的分界線(圖2和4),局部發(fā)育在新近紀紅色砂巖和泥巖中。在這些正斷裂中有些是新形成的,有些是沿老斷裂發(fā)生的新活動。沿西秦嶺北緣構(gòu)造帶中部逆沖斷裂活動亦十分普遍。除走滑斷裂具有一定的逆沖運動分量外,多條逆沖斷裂對于新近紀地層的變形產(chǎn)生了重要影響,如目前漳縣盆地南緣的雷家坡—王家洼斷裂(F4),其走向與構(gòu)造帶總體呈小的夾角,中段構(gòu)成現(xiàn)今新近紀盆地南邊界,靠近斷裂帶附近新生代強烈褶皺變形,其西段延入盆地內(nèi)(圖2),使得古生代灰黑色粉砂巖和灰?guī)r逆沖到了新近紀紅層之上,該斷裂可能有一定的走滑運動分量,但以逆沖斷裂活動為主。2盆地位置的區(qū)域在甘肅省東部隴西和武山一帶,沿西秦嶺北緣構(gòu)造帶兩側(cè),從南向北分別發(fā)育灘歌、武山—漳縣和隴西三個新生代盆地(圖1、2、6)。灘歌盆地位于構(gòu)造帶以南的高海拔(3000m以上)地區(qū);武山—漳縣盆地位于構(gòu)造帶內(nèi)部;隴西盆地位于構(gòu)造帶以北(海拔高度2500m以下)。三個盆地不僅所處構(gòu)造部位不同,而且在新生代地層層序、巖性巖相和構(gòu)造變形等方面也具有不同的特點,它們以西秦嶺北緣構(gòu)造帶為紐帶構(gòu)成了一個相互關(guān)聯(lián)的構(gòu)造盆地體系(圖6)。2.1古近紀晚期構(gòu)造層灘歌盆地位于西秦嶺北緣構(gòu)造帶的南側(cè)(圖1、2),盆地內(nèi)新生代地層自下而上可分為兩個地層序列(圖7A):序列Ⅰ,為褐紅色礫巖和磚紅色砂巖,其標志性地層是中部的厚層—巨厚層磚紅色砂巖,主要在盆地中西部出露,厚度約500m。序列Ⅱ,下部為中細礫巖,上部為灰褐色粗礫巖,主要沿盆地北部出露,厚度約300m。上述兩個新生代地層序列中孢粉與附近臨夏盆地下部地層中孢粉組成具有一定的相似性,在巖性上序列Ⅰ的磚紅色砂巖可以和臨夏盆地底部的紅色砂巖(圖7c)、蘭州盆地底部的西柳溝組以及寧夏固原盆地的始新世寺口子組紅砂巖相對比,其地質(zhì)層位應(yīng)在臨夏盆地它拉組之下。根據(jù)附近的臨夏盆地新生代地層磁性年代學研究成果,認為灘歌盆地新生代地層屬古近紀(圖7A),序列Ⅰ屬于古近紀中期(漸新世早期—始新世),底部年齡大于29Ma,而序列Ⅱ可能為古近紀中晚期沉積(漸新世)。灘歌盆地古近紀地層內(nèi)部見有兩個輕微不整合,一個位于序列Ⅰ的下部紫紅—磚紅色礫巖內(nèi),另一個位于序列Ⅰ和序列Ⅱ之間,但兩個序列基本是連續(xù)沉積的產(chǎn)物,屬于同一古近紀中晚期構(gòu)造層。該構(gòu)造層之下古近系與白堊系之間發(fā)育一個十分明顯的角度不整合(圖8),根據(jù)前面對各序列時代的對比分析,認為其形成年代應(yīng)在白堊紀晚期至古近紀中期之間,本文暫稱為古近紀中期角度不整合。以此角度不整合為界,灘歌盆地的白堊紀構(gòu)造層與上部的古近紀構(gòu)造層不但地層巖性明顯不同,而且構(gòu)造變形差異較大。灘歌盆地白堊系中下部巖性以紫紅色礫巖、砂礫巖和砂巖為主,見恐龍類大化石,上部是含鈣質(zhì)結(jié)核層的泥巖夾砂巖。在盆地中部灘歌鎮(zhèn)附近白堊系厚約1200m,構(gòu)成一個大型向斜構(gòu)造,向斜軸走向約為北195°東,北翼陡、南翼緩(圖9),構(gòu)造變形北強南弱。在盆地北部白堊系最下部的礫巖沉積僅在部分地區(qū)保留,其他已被徹底剝蝕掉,這一現(xiàn)象與臘干下—秦家崖斷裂(F11)的強烈逆沖活動有關(guān)。從臘干下—秦家崖斷裂(F11)與白堊紀地層褶皺變形的密切關(guān)系可以說明是西秦嶺北緣構(gòu)造帶向南的逆沖活動直接導致了灘歌盆地白堊紀地層的沉積結(jié)束和構(gòu)造變形。灘歌盆地古近紀中晚期構(gòu)造層(序列Ⅰ和Ⅱ)以礫巖和砂巖為主。根據(jù)礫石扁平面所反映的水流優(yōu)勢方位,在中部灘歌鎮(zhèn)一帶序列Ⅰ底部礫巖古水流方向以由北向南為主。序列Ⅱ粗礫巖主要分布于盆地的北部,仍顯示以由北向南的水流為主,說明古近紀中晚期在灘歌盆地北側(cè)沿西秦嶺北緣斷裂帶一線可能具有較高的地勢,是主要的物源區(qū)之一。因此,古近紀中晚期灘歌盆地是位于西秦嶺山內(nèi)部的山間盆地。盆地內(nèi)古近紀中晚期構(gòu)造層變形強度總體較弱,地層產(chǎn)狀較為平緩,傾角一般小于30°;其主體在西部馬力鎮(zhèn)一帶構(gòu)成一個近東西向的十分開闊的北翼稍陡的向斜構(gòu)造,向斜軸的走向仍為北西西—南東東向(圖2、9)。在靠近朝團山—山丹斷裂(F12)和孟家門斷裂(F10)等區(qū)域,新生代地層強烈變形,產(chǎn)狀陡立,局部可見灘歌盆地古近紀中晚期構(gòu)造層與武山—漳縣盆地的新近紀地層斷裂接觸,表明構(gòu)造變形明顯受到后期斷裂逆沖活動影響。綜上所述,灘歌盆地古近紀中晚期構(gòu)造層與白堊紀構(gòu)造層在變形方面具有明顯的差異(圖2、9、10)。白堊紀構(gòu)造層的變形較強烈,形成緊閉的歪斜向斜構(gòu)造,而盆地古近紀中晚期構(gòu)造層總體變形較弱,形成平緩開闊的向斜構(gòu)造。兩期變形均與西秦嶺北緣斷裂帶構(gòu)造活動有關(guān),只是白堊紀構(gòu)造層的變形與臘干下—秦家崖斷裂的逆沖活動直接相關(guān),而古近紀中晚期構(gòu)造層變形與北側(cè)的朝團山—山丹斷裂(F12)的活動關(guān)系密切(圖9)。兩期構(gòu)造變形的差異說明古近紀中晚期以后西秦嶺構(gòu)造帶南部的構(gòu)造變形發(fā)生了明顯的向北遷移。2.2盆地構(gòu)造背景分析武山—漳縣盆地位于灘歌盆地的北側(cè),大致沿現(xiàn)今西秦嶺北緣構(gòu)造帶中部展布(圖2～5),由漳縣和武山兩個長條狀、斷層控制的盆地所組成。盆地內(nèi)新近系沉積厚度超過1000m,為一連續(xù)沉積的地層序列(圖2、7d)。根據(jù)與臨夏盆地新生代地層的對比,表明武山—漳縣盆地地層時代為中新世。為確定盆地內(nèi)部地層的年齡,我們采集了一系列孢粉樣品,經(jīng)中國地震局地質(zhì)研究所孢粉實驗室鑒定,地層的年代為中新世。在盆地的中部鴛鴦鎮(zhèn)—盤古川一帶,從下向上分為4層:①紅褐色礫巖夾含礫泥巖,厚度279.2m;②褐紅-土紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖夾薄層灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖,厚度724.1m;③紫紅色泥巖夾薄層灰綠色泥巖、泥灰?guī)r,厚度大于100m;④土紅色-黃色粉砂質(zhì)泥巖、厚層黃色和灰白色砂巖、砂礫巖及礫巖層夾薄層磚紅色泥巖,估計厚度400m。武山盆地內(nèi)新近紀地層往往直接不整合于古生界之上,僅在盆地南緣的某些地段可見新近系不整合于屬于灘歌盆地的古近系之上,在盆地南緣沉積物以細顆粒的砂巖、泥巖為主,或者礫巖中礫石的磨圓較好,但在盆地北緣新近紀地層的下部常見粗礫巖沉積,礫石的分選和磨圓較差,說明存在坡度較大的沖積扇環(huán)境,與盆地北緣的斷裂活動有關(guān)。從盆地構(gòu)造、沉積建造和分布以及地層的不整合接觸關(guān)系等方面分析,武山—漳縣盆地和灘歌盆地是相互獨立的,分別屬于不同的沉積體系。武山—漳縣盆地在幾何形狀上呈長條狀,其中武山盆地長約60km,寬一般只有6～7km,最寬處為23km,長寬比約為3;漳縣盆地長45km,寬7km,長寬比約為6。盆地兩側(cè)均受斷層控制,但這些斷層既有向盆地逆沖的逆斷層,也有傾向盆地內(nèi)部的正斷層。在武山盆地北側(cè),斷層以傾向盆地的正斷層為主,傾角一般在50°以上;盆地南側(cè)的局部地段也發(fā)育正斷層,傾向北。漳縣盆地兩側(cè)均發(fā)育斷層,但以北側(cè)斷層較為發(fā)育,斷層以向南傾為主,傾角很陡,如在漳縣北部北邊界斷層的傾角達80°左右,斷層運動方式既有傾滑正斷也有逆斷,同時兼具走滑運動分量?？v貫兩個盆地中部發(fā)育走滑斷層,以左旋為特征,其走向大致平行于西秦嶺北緣構(gòu)造帶的走向,與盆地兩側(cè)的主要斷層存在一非常小的夾角。西秦嶺北緣構(gòu)造帶中部的斷裂很好地控制了新生代盆地的長條狀形態(tài)以及地層建造和分布,在盆地北部沿車岸村—大坪頭斷裂和張家山—草坪上斷裂主要沉積了沖積扇環(huán)境下的粗顆粒的礫巖,說明在中新世沿西秦嶺北緣構(gòu)造帶中部發(fā)生的走滑活動和正斷活動主導了武山—漳縣盆地的沉積和構(gòu)造演化,使得盆地具有剪切拉張性質(zhì)。在平面上,兩個盆地呈左階斜列,這種組合形態(tài)也指示著盆地在早期發(fā)育階段的左旋走滑剪切拉張成因。自中新世晚期以來,武山—漳縣盆地遭受擠壓變形,盆地消亡,新近紀地層形成了與盆地走向一致的大型向斜構(gòu)造(圖3～5),在此大型向斜構(gòu)造背景之上,新近紀地層內(nèi)還發(fā)育一系列的小型褶皺構(gòu)造(圖4),其分布、走向和形態(tài)等表明它們與西秦嶺北緣構(gòu)造帶的斜向擠壓剪切運動有關(guān)。小型褶皺在整個盆地內(nèi)均有分布,但主要是分布在盆地中部目前仍強烈活動的左旋走滑斷裂的附近,具有牽引褶皺的特點,在該斷裂附近地層和牽引褶皺走向往往發(fā)生向斷裂面的偏轉(zhuǎn)。牽引褶皺軸的走向為北西290～305°,與走滑斷裂的夾角為15～20°左右,指示斷裂的運動方式為左旋走滑。2.3資源區(qū)層序特征隴西盆地位于西秦嶺北緣構(gòu)造帶北側(cè)(圖1、2),盆地南緣新生代地層為一連續(xù)沉積地層序列,從下向上可劃分為3個大層(圖7b)。序列Ⅰ,磚紅-紫紅色長英質(zhì)中細砂巖(未見底),出露厚度約200m;序列Ⅱ,灰褐色-褐紅色中、細礫巖,夾含礫砂巖,厚度約300～700m;序列Ⅲ,是一套中新世磚紅-紫紅色礫巖、砂礫巖、砂巖和泥巖序列,總厚度大于370m。隴西盆地是西秦嶺北緣構(gòu)造帶北側(cè)大型新生代盆地的組成部分,向西與臨夏盆地相通,兩盆地大致可以臨洮至渭源之間的近南北向前第三紀基巖凸起(或隱伏凸起)為界,但新生代地層并無截然的界線。兩個盆地新生代地層在橫向上雖然有一定相變,但層序的變化仍具有相似性,而且有兩個明顯的標志層——磚紅砂巖和“東鄉(xiāng)斑馬層”可用于地層對比。隴西盆地南緣下部序列Ⅰ磚紅色砂巖在青藏高原東北部分布較廣,在灘歌盆地和臨夏盆地底部有類似的巖性。典型的“東鄉(xiāng)斑馬層”出現(xiàn)在臨夏盆地東鄉(xiāng)組的頂部(圖7c),是一套紫紅色泥巖夾灰綠色泥巖、泥灰?guī)r條帶組合;從臨夏盆地向東,在隴西盆地內(nèi)這一組合相變?yōu)樽霞t色的泥巖與灰白色鈣質(zhì)結(jié)核層。根據(jù)這兩個標志層進行地層對比,隴西盆地南緣新生代地層時代從古近紀中晚期一直到中新世晚期,其中Ⅰ和Ⅱ序列的時代推測屬古近紀中晚期,序列Ⅲ屬中新世,出露的最新新近紀地層相當于臨夏盆地的晚中新世柳樹組。隴西盆地新生代地層在盆地南緣厚度大于1000m,向北在盆地內(nèi)厚度逐漸減小,在北部靠近馬街山東端的楊鳳堡等地厚度僅200m左右或不足百米,有些地方直接出露前新生代基巖。此外,盆地南部沉積物顆粒粗大,向北變細,特別是序列Ⅱ和Ⅲ的砂礫巖層,變化更明顯,南部為中粗礫巖,向盆地內(nèi)部變?yōu)榧毜[巖和砂礫巖、砂巖為主,物源主要來自南部的西秦嶺,上述現(xiàn)象表明隴西盆地具有前陸盆地的沉積特點。前陸盆地系統(tǒng)一般可以包括前淵、前陸隆起和隆后盆地等幾個組成部分。隴西盆地屬于中國西部再生型前陸盆地,雖然并不十分典型,但仍可以看出,隴西盆地的前淵位于西秦嶺北緣逆沖斷裂以北,從前緣逆沖斷裂向北至隴西—文峰鎮(zhèn)一帶的渭河兩岸,沉積較厚;而馬街山及其東延部位大致構(gòu)成了隴西盆地的前陸隆起。連續(xù)的第三紀地層表明自古近紀中晚期到中新世晚期隴西盆地可能一直處于前陸盆地發(fā)展階段,在此過程中可能存在多種構(gòu)造力的作用,其中構(gòu)造擠壓應(yīng)力是必不可少的。對于隴西盆地而言,西秦嶺構(gòu)造帶的向北逆沖推覆運動十分關(guān)鍵,如前所述,目前在西秦嶺北緣構(gòu)造帶北部確實發(fā)育多條逆沖斷裂(圖2、3),構(gòu)成了前陸褶皺-沖斷裂帶,顯然以這些斷裂以代表的西秦嶺北緣前陸褶皺-沖斷裂帶的新生代逆沖推覆活動不但引起隴西前陸盆地的形成,使得西秦嶺山成為隴西盆地的主要物源區(qū),也是引起隴西盆地南緣新生代褶皺變形的直接原因。3武山—西秦嶺北緣構(gòu)造帶新生代斷裂與盆地構(gòu)造演化西秦嶺北緣構(gòu)造帶可能在古近紀中晚期(～40Ma左右)開始形成,以向南和向北的雙向逆沖為特征。在構(gòu)造帶南側(cè)的灘歌盆地發(fā)生了白堊系地層的褶皺變形,形成向南倒轉(zhuǎn)的向斜構(gòu)造,并形成新生界與白堊系之間的角度不整合;在構(gòu)造帶北側(cè),后緣沖斷帶開始形成,使得古生界地層向北逆沖于白堊系地層之上,并造成白堊系地層的變形(圖3、10A)。隨后,在構(gòu)造帶南側(cè)的灘歌盆地開始接受以粗顆粒的礫巖和砂巖為主的地層沉積,沉積厚度近km;而位于構(gòu)造帶北側(cè)的隴西盆地開始了前陸盆地沉積階段,自古近紀中晚期開始形成后(圖10B),一直到中新世晚期才結(jié)束,沉積了一套連續(xù)地層序列。大約在古近紀末期至新近紀早期之間,西秦嶺北緣構(gòu)造帶的擠壓逆沖活動重心向北側(cè)遷移,其南支逆沖斷裂發(fā)生后展式逆沖運動,灘歌盆地古近紀地層褶皺,沉積盆地消亡;而在構(gòu)造帶北側(cè),隴西前陸盆地進一步發(fā)展,由白堊系構(gòu)成的前緣褶皺沖斷帶成為主導構(gòu)造,前緣褶皺變形帶開始活動(圖3、10C)。此期間最引人注目的構(gòu)造現(xiàn)象是在灘歌盆地消亡后沿構(gòu)造帶中部形成長條形的武山—漳縣盆地(圖2、10C)。前已述及,不僅控制武山—漳縣盆地的斷裂具有明顯的左旋走滑證據(jù),而且盆地本身的形態(tài)和組合也指示著左旋走滑的成因。武山—漳縣走滑拉張盆地系的形成可能反映了西秦嶺構(gòu)造帶響應(yīng)斜向擠壓的應(yīng)變分配方式。在斜向區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用下,西秦嶺構(gòu)造帶的北側(cè)繼續(xù)發(fā)生擠壓活動,形成逆沖斷層、維持擠壓構(gòu)造盆地發(fā)育,吸收垂直于構(gòu)造帶的地殼縮短分量;而在構(gòu)造帶的中部則發(fā)生左旋剪切活動,與構(gòu)造帶中部的局部張應(yīng)力共同導致剪切-拉張環(huán)境。需要強調(diào)的是左旋剪切僅發(fā)生在構(gòu)造帶中部,在這一較窄的長條形區(qū)域內(nèi),包括張家山—草坪上斷裂在內(nèi)的一系列斷裂發(fā)生左旋走滑兼正斷活動,形成武山—漳縣盆地。中新世晚期以后,在北東-南西向擠壓作用下沿西秦嶺北緣構(gòu)造帶總體上發(fā)生擠壓收縮變形,整個斷裂帶的多數(shù)組成斷裂均發(fā)生了明顯的逆沖活動,特別是北部逆沖斷裂活動最為強烈,引起隴西盆地新生代地層強烈褶皺變形,并且褶皺隆起,從此結(jié)束大規(guī)模沉積的盆地演化歷史。與此同時,在斷裂帶內(nèi)部的武山—漳縣盆地很可能發(fā)生了斜向擠壓變形(圖10D),由剪切拉張環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟袛D壓,造成盆地內(nèi)新近紀沉積地層的褶皺變形,盆地邊界的剪切正斷層可能發(fā)生反轉(zhuǎn)運動,同時還有新的逆沖斷裂形成,導致盆地的褶皺隆起和最終消亡。在此剪切擠壓過程中,形成了目前貫通于盆地中部的左旋走滑斷裂帶。新生代晚期以來西秦嶺北緣構(gòu)造帶的構(gòu)造活動主要集中在構(gòu)造帶中部的這條左旋走滑斷裂之上,而構(gòu)造帶逆沖斷裂和地殼縮短的活動趨于停止,遷移到更北部的海原斷裂、香山—天景山斷裂(又稱中衛(wèi)—同心斷裂)和煙筒山斷裂等構(gòu)造帶上,實現(xiàn)了較徹底的、大區(qū)域的應(yīng)變分配。4西秦嶺北緣構(gòu)造帶的構(gòu)造發(fā)育對青藏高原東緣植物形成過程的指導意義(1)構(gòu)造變形隨構(gòu)造帶的變化西秦嶺北緣構(gòu)造帶在剖面上表現(xiàn)出典型的正花狀構(gòu)造特征,具有擠壓造山帶構(gòu)造變形的一般特點。兩側(cè)由一系列向山外運動的逆沖斷裂組成,斷裂帶中部發(fā)育一條活動走滑斷裂。根據(jù)有關(guān)的深地震剖面資料,并結(jié)合地表地質(zhì)資料推測,其主干斷裂在上地殼可能具有較陡的產(chǎn)狀,推測下部可能向南傾;兩側(cè)的逆沖斷裂在淺部產(chǎn)狀較緩,向深部可能都匯聚到了主干斷裂上。這種花狀構(gòu)造反映了西秦嶺構(gòu)造帶的剪切擠壓特征和應(yīng)變分配方式:垂直于構(gòu)造帶的地殼縮短分量由花狀構(gòu)造外側(cè)的逆沖斷裂所吸收,平行于構(gòu)造帶的左旋剪切分量由花狀構(gòu)造中部的走滑斷裂所調(diào)節(jié)。這種應(yīng)變分配方式對于青藏高原東北緣的構(gòu)造變形可能具有普遍意義。從西秦嶺北緣構(gòu)造帶新生代構(gòu)造活動的歷史及其與兩側(cè)灘歌盆地、武山—漳縣和隴西盆地的沉積演化和構(gòu)造變形的關(guān)系分析,自古近紀中晚期至中新世晚期該構(gòu)造帶一直以逆沖斷裂活動占主導,而且具有向北遷移的特點,特別是在中新世晚期以后逆沖斷裂活動主要發(fā)生在構(gòu)造帶的中部和北部。構(gòu)造帶南部的逆沖斷裂具有向北擴展遷移的后展式特點,而構(gòu)造帶北部的逆沖斷裂具有向北遷移的前展式特點。這種特點不但影響了灘歌盆地、武山—漳縣盆地與隴西盆地的形成、變遷、沉積演化和構(gòu)造變形(圖10),也反映了高原的向北東擴展。構(gòu)造帶中部武山—漳縣盆地的形成晚于兩側(cè)逆沖斷裂的形成時期,當整個構(gòu)造帶演化到一定程度后在中部形成次級拉張應(yīng)力場,與左旋剪切應(yīng)力共同形成武山—漳縣剪切拉張盆地。武山—漳縣盆地代表了在青藏高原東北緣沿主要構(gòu)造帶中部形成的一類剪切拉張型盆地,其形成不但又一次證明沿構(gòu)造帶單剪與擠壓應(yīng)變分配方式的重要意義,而且說明在中新世青藏高原向北東的擴展已強烈地影響到了西秦嶺地區(qū)的構(gòu)造演化。這種沿構(gòu)造帶中部的剪切活動在整個青藏高原東北部和北部可能具有普遍意義;剪切拉張往往引起沿構(gòu)造帶的差異隆升,而通過裂變徑跡等熱年代學方法所反映的巖體隆升有可能就是這種沿構(gòu)造帶的局部差異隆升的結(jié)果。(2)成巖時代和構(gòu)造變形西秦嶺北緣構(gòu)造帶的中段,即大致從東部的天水向西經(jīng)武山至臨夏的一段,是青藏高原東北部的現(xiàn)今地貌邊界,而該構(gòu)造帶兩側(cè)新生代構(gòu)造活動和盆地沉積演化的差異進一步說明它曾是早期青藏高原的東北邊界。構(gòu)造帶北側(cè)發(fā)育一個大型的新生代沉積盆地群,包括臨夏、隴西和固原等次級盆地,沉積了自古近紀中晚期(或漸新世)以來一直到第四紀時期的新生代地層[4,6,12,13,14,12,13,14];而構(gòu)造帶南側(cè)發(fā)育一些規(guī)模較小、以新生代早期沉積為主的盆地,從西向東有臨潭盆地、灘歌盆地、南陽盆地和西和—禮縣盆地等。與西鄰的臨夏盆地類似,隴西盆地從古近紀中晚期開始一直到中新世晚期持續(xù)發(fā)展,沒有發(fā)現(xiàn)中新世晚期之前的角度不整合和構(gòu)造變形,直到中新世晚期以后才發(fā)生明顯的構(gòu)造變形。但是,沿西秦嶺北緣構(gòu)造帶及以南地區(qū)發(fā)生有中新世晚期之前多次構(gòu)造變形,例如,在武山—漳縣盆地南緣見到古近系與新近系之間發(fā)育角度不整合,在武山—漳縣盆地下部發(fā)現(xiàn)了(估計中新世早期)生長地層和生長不整合,在西部的貴德盆地發(fā)育中新世早中期的角度不整合。因此,西秦嶺北緣構(gòu)造帶從古近紀中晚期開始直到中新世晚期一直是高原東北部的主邊界斷裂,造成構(gòu)造帶兩側(cè)構(gòu)造變形和沉積歷史的差異,中新世晚期以前構(gòu)造變形主要發(fā)生在構(gòu)造帶及以南地區(qū),從中新世晚期開始構(gòu)造變形開始強烈地影響構(gòu)造帶以北地區(qū),使得構(gòu)造帶以北的隴西盆地等地區(qū)成為青藏高原東北部的最新擴展部分。(3)西秦北緣斷裂帶地質(zhì)意義青藏高原東北部最早的新生代構(gòu)造活動發(fā)生在始新世中期至漸新世初期之間,例如,熱年代學研究發(fā)現(xiàn)30Ma左右東昆侖造山帶發(fā)生了一次快速冷卻事件;柴達木盆地周邊裂變徑跡結(jié)果指示沿東昆侖斷裂和阿爾金斷裂在始新世—早漸新世((40±10)Ma)發(fā)生了剝蝕速率的快速增加。沉積地層學方面的研究證明青藏高原北部的地殼增厚發(fā)生的時間早于漸新世,在柴達木盆地的南北邊緣,即祁漫塔格和柴北逆沖斷裂系,大約為49Ma,在南山為33Ma。另外,通過古地磁研究Dupont-Nivetet等認為西寧—民和盆地在晚古近紀時期(45～29Ma)經(jīng)歷了約24°的順時針旋轉(zhuǎn)。但是,迄今為止還很少見到有關(guān)青藏高原東北部新生代早期構(gòu)造變形方面的直接依據(jù)。在白堊紀—古近紀中晚期(～40Ma左右)期間,灘歌盆地白堊紀地層褶皺變形,并發(fā)生區(qū)域夷平作用,形成了灘歌盆地古近紀中晚期沉積地層底部的角度不整合,說明在此期間灘歌盆地遭受明顯的構(gòu)造變形。雖然不清楚這一構(gòu)造變形事件的絕對年代以及是否與古近紀早期印度板塊和歐亞板塊的匯聚作用有關(guān),但它在整個青藏高原東北部具有一定的普遍性,而且構(gòu)造變形沿西秦嶺北緣構(gòu)造帶及以南地區(qū)較強,顯示與構(gòu)造帶逆沖斷裂活動有密切的關(guān)系。在臨夏盆地附近的西秦嶺北緣斷裂帶所取三個花崗巖及閃長巖樣品磷灰石裂變徑跡年齡落在40Ma左右,證明西秦嶺北緣構(gòu)造帶在古近紀中晚期(40Ma左右)發(fā)生了構(gòu)造隆升活動。這次快速冷