地质通报  2021, Vol. 40 Issue (1): 110-124  
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张北航, 张进, 曲军峰, 赵衡, 牛鹏飞, 惠洁. 阿拉善东北缘晚中生代以来陆内变形、古应力特征及构造背景[J]. 地质通报, 2021, 40(1): 110-124.
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Zhang B H, Zhang J, Qu J F, Zhao H, Niu P F, Hui J. Intracontinental deformation, paleo-stress field and tectonic setting in northeastern Alxa Block since Late Mesozoic[J]. Geological Bulletin of China, 2021, 40(1): 110-124.
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基金项目

中国地质调查局项目《狼山尔驼庙幅1:5万构造地质填图试点》(编号:12120115069601)、国家自然科学基金项目《阿拉善北部蛇绿混杂岩形成机制、变形过程与构造环境》(批准号:41972224)和中国地质调查局项目《北方山系西拉木伦与贺根山基础地质调查》(编号:DD20190004)

作者简介

张北航(1990-), 男, 博士后, 从事构造变形与区域构造研究。E-mail: chungbh@yeah.net

文章历史

收稿日期: 2020-06-10
修订日期: 2020-10-20
阿拉善东北缘晚中生代以来陆内变形、古应力特征及构造背景
张北航1, 张进1, 曲军峰1, 赵衡1, 牛鹏飞1, 惠洁2    
1. 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037;
2. 中国科学院大学地球与行星科学学院, 北京 100049
摘要: 陆内变形及其构造背景是地质学研究的热点之一。阿拉善地块东北缘的狼山地区中生代以来发育多期陆内变形,是研究陆内变形的理想地区。通过在狼山地区开展1:5万构造地质填图,根据大量的野外观测、详细的测量和构造切割叠加关系,结合前人所做锆石年代学和低温热年代学工作,厘定出狼山地区自晚侏罗世以来发育6期陆内变形。断层面矢量数据反演显示不同期次构造变形形成于不同的构造应力场。先存构造和欧亚板块边缘自晚侏罗世以来不同方向的增生是控制狼山地区陆内变形的主要因素。晚侏罗世—晚白垩世,狼山地区的构造变形主要受古太平洋构造域的影响,进入新生代,狼山地区开始受到青藏高原构造演化的影响。
关键词: 阿拉善    晚中生代    新生代    陆内变形    古应力    
Intracontinental deformation, paleo-stress field and tectonic setting in northeastern Alxa Block since Late Mesozoic
ZHANG Beihang1, ZHANG Jin1, QU Junfeng1, ZHAO Heng1, NIU Pengfei1, HUI Jie2    
1. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
2. College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: Intracontinental deformation and its tectonic setting is one of the hot topics of geological research. As the Langshan area in northeastern Alxa Block experienced multistage intracontinental deformations since Late Mesozoic, it is an ideal representative region to study intracontinental deformation. Based on large-scale structural mapping, detailed geological survey to clarify field cutting relationship, combined with published zircon geochronology and low-temperature thermochronology results, six stages of intracontinental deformation since the Late Jurassic in Langshan area have been determined.The vector data inversion of fault planes indicates that the deformations in different periods were formed in different paleo-stress fields. Both the previous structures and continuous accretion to the Eurasian continental margin from different directions control the tectonic evolution of Langshan area since Late Jurassic.From Late Jurassic to Late Cretaceous, the tectonic deformations of the Langshan area were mainly affected by the Paleo-Pacific tectonic domain, whereas, in Cenozoic, it began to be affected by the tectonic evolution of the Qinghai-Tibet Plateau.
Key words: Alxa Block    Late Mesozoic    Cenozoic    intracontinental deformation    paleo-stress field    

陆内变形是造山带演化的一个重要阶段,也是构造地质学研究的热点之一[1-4]。陆内变形一般发生在远离板块边缘的板块内部,传统的板块构造理论难以解释其成因,一般认为陆内变形的动力来自长距离传输而来的板块边缘水平应力,也有学者认为,岩石圈地幔对流导致的地幔俯冲或重力失稳产生的垂向应力也可导致陆内变形[4]。2种模型导致的陆内变形及相应的古应力方向有不同的特征。Raimondo等[4]认为,陆内变形主要受控于板缘作用。

中亚造山带是地球上显生宙以来规模最大的增生型造山带[5-8],随着晚古生代以来古亚洲洋的闭合,中亚造山带开始进入陆内变形阶段,并经历了多期陆内变形[9-10],且一直持续到现在[11]。阿拉善地块位于中亚造山带南缘中段(图 1-a),中生代以来发育多期陆内变形[12-14],相对于北侧的蒙古地区而言,对这些陆内变形的研究还稍显薄弱[9-11]

图 1 阿拉善地块大地构造位置(a)及地质简图(b) Fig.1 Tectonic location (a) and simplified geological map (b) of the Alxa Block

狼山位于阿拉善地块东北缘,记录了晚中生代以来的多期陆内变形事件[12-13, 15-17]。笔者在狼山地区开展了大比例尺构造填图,对不同时期构造变形进行了详细的构造解析和野外构造要素的收集,对每一期变形的古应力场进行了恢复,在此基础上探讨狼山地区晚中生代以来的陆内变形特征及其构造背景。

1 地质背景

阿拉善地块位于华北克拉通西端,处于古亚洲洋构造域与特提斯构造域之间。传统上认为阿拉善地块是华北克拉通的一部分[18],但是最近的研究表明,两者在古生代之前应该为独立演化的块体[19-24],并于早古生代[20-21, 23, 25]或晚古生代—早中生代[26-27]拼合。

晚古生代,古亚洲洋在阿拉善地块北缘发生闭合,形成恩格尔乌苏、查干楚鲁、特拜蛇绿(混杂)岩及与之相关的大量岩浆岩[28-31],同时还导致大规模逆冲构造的发育[29]。随后,阿拉善地块开始进入陆内演化阶段[14]

狼山位于阿拉善地块东北缘(图 1-b),处于阿拉善地块与华北克拉通之间。主要出露岩性为新太古代—古元古代叠布斯格岩群(黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、角闪岩和透辉石大理岩)和新元古代狼山群(炭质板岩、石英岩、石英砂岩和结晶灰岩),还出露上三叠统延长组砾岩,中侏罗统延安组砾岩,下白垩统大水沟组砂岩、含砾砂岩,以及渐新统寺口子组砾岩、含砾砂岩,此外,还侵入有新元古代—早中生代岩浆岩(图 2)。

图 2 狼山地区地质图(据参考文献[32]修改)及主要构造变形期次 Fig.2 Geological map and the deformation period of the Langshan region

狼山地区在晚侏罗世之前经历了多期构造变形(图 2),主要为晚泥盆世韧性逆冲[21]、晚古生代北西—南东向挤压形成的一系列向南东方向倒伏的褶皱[33]、晚古生代末近东西向右行韧性剪切[34],以及中—晚三叠世北东—南西走向的左行韧性剪切[13, 21],此外,在叠布斯格岩群中还记录有前寒武纪的一些构造变形[15]。其中,中—晚三叠世左行韧性剪切基本奠定了狼山地区整体的构造线走向,即北东—南西走向(图 2),晚中生代以来的陆内变形,有多期构造都受到该期构造变形的控制[16-17]

2 构造变形

晚中生代以来,狼山地区进入陆内变形阶段,根据前人对早期构造事件所做的年代学研究,以及狼山地区岩浆岩的锆石U-Pb年代学和低温热年代学数据,再加上构造切割关系,共厘定出6期构造变形事件。在1:5万构造填图的基础上,对这些不同时期的变形进行了详细的野外要素测量和收集,确定了每一期构造变形的运动学性质,同时恢复了每一期的构造应力场。以下按照形成时代的早晚,依次介绍6期构造变形事件。

2.1 晚侏罗世逆冲构造

狼山地区晚侏罗世变形主要表现为向南东方向的逆冲,形成一系列近平行的、主体倾向北西的逆冲断层及伴生的反冲断层(图 2)。

狼山东北部布都毛道沟沟口,二叠纪花岗岩逆冲于叠布斯格岩群之上,花岗岩内部还发育一系列逆冲断层,同时在叠布斯格岩群中发育一双冲构造,露头可见顶板逆冲断层、连接断层及其间的断夹块,未见底板逆冲断层出露,可能埋于河床之下。主断层以30°~60°倾角倾向北西,在逆冲前缘则发育一条倾向南东的反冲断层(图 3-a)。

图 3 晚侏罗世逆冲构造 Fig.3 Thrusting structure in Late Jurassic a—二叠纪花岗岩与叠布斯格岩群之中发育的双冲构造;b—二叠纪花岗岩逆冲于二叠纪玄武岩之上;c—叠布斯格岩群片麻岩逆冲于中侏罗统页岩之上

在狼山地区,还可见二叠纪花岗岩(272.2±2.3 Ma)和闪长岩(263.7±1.9 Ma)被北东—南西走向的逆冲断层切割(图 2),在一些露头上,可见二叠纪花岗岩或闪长岩逆冲于枕状玄武岩之上(图 3-b),前人测得这些枕状玄武岩的锆石U-Pb年龄为255 Ma[32]。此外,在中侏罗统出露地区,可见叠布斯格岩群片麻岩由北西向南东逆冲于中侏罗统之上(图 3-c)。

根据卷入到该期逆冲构造中的岩浆岩及地层,笔者判断该期构造形成于晚侏罗世。

2.2 早白垩世伸展构造

早白垩世,在狼山东北侧发育一个小型的陆相盆地(图 2),盆地内填充下白垩统厚层砖红色砾岩,砾岩中砾石磨圆度、分选性均很差,可能是未经过长距离搬运,就近沉积的结果。盆地中地层主体向北西倾。渐新统寺口子组棕红色砾岩角度不整合覆盖于下白垩统之上(图 4-a)。

图 4 早白垩世伸展构造 Fig.4 Extension in Early Cretaceous a—下白垩统与古元古代叠布斯格岩群之间发育低角度拆离断层,渐新统寺口子组不整合覆盖于下白垩统之上;b—断层带内发育“S-C”组构指示上盘向下运动;c—灰绿色、黄白色厚层断层角砾岩

盆地底部发育低角度拆离断层,断层倾向南东,倾角一般小于30°,断层面上擦痕的倾伏向基本与断层面倾向一致。断层带内发育淡红色、灰绿色断层角砾岩(图 4-c)。部分露头可见断层带内发育类似“S-C”构造,指示上盘下滑(图 4-b)。断层上盘的下白垩统砾岩中发育一系列北东—南西走向的高角度正断层,这些断层断距不大,多倾向北西。断层下盘为叠布斯格岩群斜长角闪岩或花岗糜棱岩(图 4-a)。

盆地内下白垩统的沉积特征、产状特征,以及与低角度拆离断层之间的关系表明,该早白垩世盆地是与低角度拆离断层同期形成的拆离断层上叠盆地[35]。下白垩统向西倾,并不是挤压变形所致,而是反映控盆断裂边滑动边沉积,地层逐渐旋转。这也说明该期伸展形成于早白垩世。

2.3 晚白垩世左行走滑剪切

晚白垩世,在狼山地区广泛发育一组近南北向的左行脆性走滑断层(图 2图 5-a),这些断层切割了狼山群晚古生代褶皱(图 2)、晚古生代糜棱岩(图 2)及晚侏罗世逆冲断层(图 2图 5-b),同时还切割了侵入狼山群的新元古代闪长岩、晚古生代辉长岩,以及狼山中部大面积出露的二叠纪花岗岩和闪长岩(图 5-a)。沿断层走向常形成狭窄的深沟(图 5-a)。单条断层的走滑位移量不大,一般50~100 m,沿断层走向向北,位移量逐渐减小至消失,向南切入狼山地区中部的二叠纪花岗岩中,走滑断距变大,一般大于200 m。部分断层向南逐渐过渡为走向北东—南西、倾向北西的逆冲断层(图 2),这些逆冲断层部分是上文提及的晚侏罗世逆冲断层,可能是南北向左行走滑断层与之交汇并利用了这些早期断层来吸收其应变量,大多数晚侏罗世逆冲断层被南北向左行走滑断层切割,因此这些南北向左行走滑断层应该形成于白垩纪或新生代。根据断层活动矢量的测量和反演,认为造成该期变形的最大主压应力为北西—南东向。

图 5 晚白垩世左行走滑断层 Fig.5 Sinistral strike-slip faults in Late Cretaceous a—沿断层带形成深谷地貌;b—左行走滑断层切割晚侏罗世逆冲断层;c—左行走滑断层切割下白垩统砾岩,砾石错断指示左行走滑(镜头向下);d—左行走滑断层切割下白垩统,沿断层带形成深谷地貌

除上述近南北向左行走滑断层外,狼山地区还发育一组北东—南西走向左行脆性走滑断层(图 2图 5-d),包括二叠纪花岗岩与叠布斯格岩群和狼山群第一段之间的边界断裂,以及叠布斯格岩群与石炭纪花岗岩之间的断裂。该组断层的断层面近直立或向北西陡倾,发育向北东缓倾伏的近水平擦痕,断层带内砾岩中的砾石被左行错断,指示该断层为左行走滑(图 5-c)。沿断裂带形成延伸较远的山谷(图 5-d)。该组断层切割了下白垩统(图 5-cd),同时又被渐新统寺口子组覆盖,因此该组断层活动时间应为晚白垩世。该组断层基本平行于叠布斯格岩群和石炭纪花岗岩中的早期糜棱面理(图 2),应该受早期构造面的控制。

北东—南西走向的左行走滑断层在中部花岗岩区限制了南北向左行走滑断层,但在填图区西南地区,北东—南西走向左行走滑断层逐渐消失,而大量发育近南北向左行走滑断层(图 2),两者互相切割。此外,Darby等[36]认为,阿拉善地块东缘发育的北东—南西向左行走滑断层是近南北向左行走滑所派生的P剪切。因此,在没有更好的限定方法之前,笔者认为这2组断层为同期构造,北东—南西走向左行走滑断层更多地受到早期构造面理的控制,两者均形成于晚白垩世。

2.4 早新生代右行走滑剪切

在野外多处露头可以看到,狼山地区北东—南西走向的左行走滑断层面之上叠加了晚期的右行走滑(图 6-c),该期右行走滑同样主要发育于花岗岩与叠布斯格岩群和狼山群第一段的边界,以及叠布斯格岩群与石炭纪花岗岩之间的边界。断裂带内发育断层角砾(图 6-a),同时在断层带内还可见类似白边“S-C”组构的构造,指示右行走滑(图 6-b)。该期走滑断层切割了渐新统寺口子组(图 2),因此应发生于新生代。断层活动矢量反演出该期变形的最大主压应力为近东西向。

图 6 早新生代右行走滑断层 Fig.6 Dextral strike-slip faults in Early Cenozoic a—断层带内发育厚层断层角砾岩;b—断层带内发育“S-C”组构,指示右行剪切;c—断层面上发育两期擦痕,早期为左行走滑(黄色虚线),晚期为右行走滑(白色虚线)
2.5 中新世逆冲构造

除晚侏罗世北东—南西走向逆冲构造外,狼山在新生代还发育一期北东—南西走向的逆冲构造。该期变形主要出露于狼山南东侧山前,以及北西侧的叠布斯格盆地(图 2)。

狼山南东侧山前发育自南东向北西的逆冲,由于后期高角度正断层的破坏,该期逆冲构造在狼山山前保存不好,多数露头仅剩一层断层角砾岩。在狼山山前的代日根高勒沟口,可见发育低角度逆冲断层,未变形的石炭纪花岗岩逆冲于渐新统砾岩之上(图 7-a),同时砾岩又逆冲于石炭纪花岗糜棱岩之上,断层面产状为135°∠25°,断层面上发育向南东倾伏的擦痕。断层面附近砾岩中砾石发生拖曳剪切变形,发育R剪切(图 7-c),指示上盘向上运动。在狼山山前中段的骆驼瀑地区,保留有该期逆冲构造最大的逆冲上盘残留体,该残留体岩性主要为未变形的石炭纪花岗岩,向北西逆冲于下白垩统砾岩之上(图 7-b)。

图 7 中新世逆冲构造 Fig.7 Thrusting in Miocene a—狼山山前石炭纪花岗岩逆冲于渐新统寺口子组之上,最大主压应力方向为北西—南东向;b—狼山山前石炭纪花岗岩逆冲于下白垩统砾岩之上;c—断层带附近砾岩中砾石发生剪切破裂,形成R破裂,指示上盘向上运动

赵衡等[17]在狼山北西侧叠布斯格盆地中发现了自北西向南东的逆冲,该期逆冲断层错断渐新统乌兰布拉格组与叠布斯格岩群之间的不整合面,相较山前而言,断距不大。

2.6 晚新生代伸展构造

狼山现今的构造地貌特征主要由晚新生代构造塑造,在该时期狼山开始强烈隆升,磷灰石裂变径迹数据揭示狼山自10 Ma左右以来的快速冷却事件[37]。沿狼山山前发育一系列平行的高角度正断层,整个大坝山山体南东坡就是一个巨大的断层面(图 8-a),断层倾向南东,倾角一般大于75°,平行于早期的糜棱面理,该断层控制了南东侧河套盆地的发育。大坝山山前发育多级断层陡坎(图 8-a),反映了断层多期活动的特征。该断层目前的主断面位于狼山山前,但是向南东方向,往盆地内部可见断层切割晚新生代地层(图 8-b),断层具有向盆地发展的趋势。狼山山前正断层目前仍处于活动之中[16, 38]

图 8 晚新生代正断层 Fig.8 Late Cenozoic normal faults a—狼山山前高角度正断层;b—山前正断层切割更新世吉兰泰组
3 讨论 3.1 狼山地区晚侏罗世以来构造应力场特征

为了更好地理解狼山地区晚中生代以来陆内变形的应力特征,厘清每一阶段变形的动力学背景,对狼山地区晚侏罗世以来的6期构造进行了古应力场恢复。在野外填图过程中,针对不同时期的构造变形,大量测量采集断层面及擦痕的产状,每一个构造观察点至少测量3~5个数据,整个填图区内共有1000余个观测点,采集了近5000个数据。在室内采用Faultkin(5.2)软件对野外采集数据进行了古应力反演,结果如图 9所示。由于同一期构造野外采集的数据较多,存在测量误差等,可能个别观测点得到的古应力数据与该期构造主体有所差别,因此,在下文论述过程中,采用主体的方位特征描述每一期构造变形的古应力环境。

图 9 狼山地区晚侏罗世以来构造应力场 Fig.9 Stress field of the Langshan region since the Late Jurassic

阿拉善东北缘的狼山地区,自晚侏罗世以来发育6期陆内变形事件,这些不同时期不同样式的构造变形受控于不同的应力场。自晚侏罗世以来,狼山地区发生多次从挤压到伸展,从伸展再到挤压的构造体制的转变。晚侏罗世、晚白垩世、古新世、中新世的变形形成于挤压环境下,早白垩世和晚新生代的构造变形则形成于伸展环境(图 9)。

晚侏罗世狼山地区发育的由北西向南东的逆冲构造,形成于挤压体制下,其最大主压应力方向为北西—南东向(图 9);早白垩世,狼山地区构造体制由挤压转变为伸展,发育低角度拆离断层及同构造的沉积盆地,其最小主压应力方向为北西—南东向;晚白垩世,构造体制再次发生转变,由伸展转变为挤压,在北西—南东向主压应力下,形成了近南北向的左行走滑剪切,同时期的北东—南西走向左行走滑剪切,可能是受到先存构造面的影响;古新世,受控于近东西向主压应力,沿早期北东—南西走向断层面发生右行走滑;中新世,在北西—南东向主压应力作用下,在狼山山体两侧形成了逆冲构造;进入晚新生代以来,狼山地区再次进入伸展环境中,在狼山山前形成高角度正断层,其最小主压应力方向为北西—南东向。

3.2 构造背景

狼山地区晚侏罗世以来的构造变形特征及古应力场特征并没有表现出地幔沉降导致的放射状样式[4],说明狼山地区晚中生代以来的陆内变形的动力应该来自板缘。晚侏罗世以来,随着北侧蒙古-鄂霍茨克洋的闭合,中国周边的板缘构造事件主要发生在南西侧的特提斯洋地区和南东侧的太平洋地区,那么,狼山地区晚侏罗世以来不同时期、不同构造样式的陆内变形,很可能受控于这2处板缘构造事件。

(1) 晚侏罗世

晚侏罗世中国大陆处于多向汇聚环境[39],在华北北缘的燕山地区、大青山地区、阿拉善北缘雅干地区,均发育近东西走向的逆冲推覆构造[40-43]。而在华北克拉通中部吕梁山地区、鄂尔多斯西缘贺兰山地区,以及本次研究区所在的狼山地区,则发育北东—南西走向的逆冲构造[13-14, 36, 44-49]。此外,在阿拉善地块南缘的河西走廊北缘、阿拉善地块东缘贺兰山和狼山地区,均有低温热年代学记录的该时期构造热事件[14, 37, 50]。对于华北克拉通广泛发育的该时期构造事件,目前认为主要的动力来源有3种:①北侧蒙古-鄂霍茨克洋的闭合[11, 51];②古太平洋的平板俯冲[37, 48];③拉萨地块与羌塘地块的碰撞[52]。这3种构造事件产生的构造应力场明显不同。狼山地区发育的由北西向南东方向的逆冲构造,恢复出的最大主压应力方向为北西—南东向,明显不同于北侧蒙古-鄂霍茨克洋的闭合及南西侧拉萨地块与羌塘地块的碰撞,其动力来源更应该是南东侧古太平洋板块向北西低角度俯冲于华北克拉通之下产生的(图 10-a)。

图 10 亚洲东部晚侏罗世以来构造背景演化 Fig.10 Tectonic evolution of East Asia since Late Jurassic (据参考文献[14]修改)

(2) 早白垩世

狼山地区在早白垩世发育低角度拆离断层及同构造的沉积盆地,沿阿拉善地块东缘及阿拉善地块内部,也发育大量同时期的伸展盆地和玄武岩[12, 53]。实际上,在早白垩世,华北克拉通乃至整个东亚地区发育广泛的伸展事件,发育大量变质核杂岩和低角度拆离断层[54-58]。对于这一伸展事件的发生,有学者认为与岩石圈拆沉有关[59-61],也有学者认为与增厚地壳的垮塌有关[10, 51, 59-62],还有学者认为可能与蒙古-鄂霍茨克洋的闭合及古太平洋板块的后撤有关[58]。而针对阿拉善地区早白垩世的伸展盆地,Vincent等[63]认为,可能是伴随着阿尔金断裂的走滑拉分形成的;最近,有学者认为,阿拉善地块早白垩世伸展盆地及同期基性火山岩的形成,与整个东亚地区的伸展事件形成于相同构造背景下,可能是由于古太平洋板块的后撤引起的地幔物质流动,进而在地表诱发了伸展[53]

(3) 晚白垩世

狼山地区在晚白垩世发育大量近南北走向和北东—南西走向的左行走滑断层。在狼山南侧,Darby等[36]认为,贺兰山与桌子山之间发育一条近南北走向的左行走滑断层,该断层向北即延伸至狼山地区;在狼山北侧,同样发育近南北向的左行走滑断层,并切穿整个山体。这些左行走滑断层应该属于同一变形体系。狼山地区的低温热年代学数据也记录了晚白垩世构造事件[37]

在晚白垩世,中国主要发生2期重要的板缘构造事件。在南西侧,新特提斯洋板块平板俯冲于拉萨地块之下,导致拉萨地块与羌塘地块之间的挤压,使拉萨地块北部缩短约50%,同时在拉萨地块内部形成挤压盆地[64-71]。这期构造使青藏高原北缘及河西走廊北缘均发生了快速冷却事件[72-74]。在南东侧,在欧亚大陆东南缘,Izanagi板块向北西快速俯冲,导致欧亚板块东缘左行剪切的发生[75-76],最近也有学者认为,该期构造是由于一个微板块或洋底高原[77]或鄂霍茨克地块[78]或西菲律宾地块与欧亚板块东缘发生斜向汇聚导致的[77, 79]

狼山地区在这一时期的最大主压应力方向为北西—南东向,应该不受南西侧新特提斯洋俯冲的影响,动力来源更应该是南东侧欧亚板块东缘的斜向汇聚(图 10-c)。

(4) 早新生代

早新生代,在近东西向主压应力作用下,狼山地区发育北东—南西走向的右行走滑。狼山地区磷灰石裂变径迹样品的热模拟也显示了50~40 Ma的构造热事件。这一时期是印度-欧亚大陆碰撞的主要阶段,在青藏高原大多数地区,如冈底斯和羌塘地区[80-81]、祁连山地区[82-83]和西宁盆地[84]均记录有该期构造事件,且在狼山北侧的南蒙古地区,最近发现了早新生代的走滑断层,被认为与阿尔金断裂的活动有关[85],说明印度-欧亚碰撞的影响很可能在早新生代已经传递到了狼山地区。而此时欧亚板块东南缘正处于弧后伸展环境[86],可能无法为狼山地区提供动力来源。因此,狼山地区早新生代的构造事件很可能受控于印度-欧亚大陆的碰撞(图 10-d)。

(5) 中新世

进入中新生代,中国大陆东、西部均发生了显著的构造变形事件。在中国东部,菲律宾海板块向欧亚板块之下俯冲[87],红河剪切带发生构造反转[88],中国南海和日本海开始打开[89-91];在西部,随着印度-欧亚板块的持续汇聚,青藏高原地壳在中新世开始增厚[92],导致高原北缘逆冲楔顶角超过临界角,开始向北逆冲[93-95],高原北缘的构造体制开始由早期的侧向挤出转变为缩短变形[96],阿尔金断裂中段和北段发生快速抬升[97-99],北祁连也发生快速隆升[72, 100-103]

此时狼山地区在北西—南东向主压应力作用下,发育向北西或南东方向的逆冲构造。狼山南侧,同样位于阿拉善地块东缘的贺兰山西缘地区,发育一期中新生代近东西向逆冲挤压[17],该期挤压变形被认为是在青藏高原北缘的挤压背景下,阿拉善地块向东挤出,同时受到鄂尔多斯地块阻挡而形成的[17]。此外,前人认为,宁夏南部新生代盆地是在近东西走向右行走滑断裂控制下形成的拉分盆地,盆地北侧的天景山断裂、海原断裂和南侧的西秦岭断裂同时发生右行走滑[104]。赵衡等[17]也在阿拉善东南缘的民勤莱菔山地区发现了新生代近东西走向的右行走滑断层,并认为该期右行走滑与阿拉善地块东缘的挤压变形同期。这些右行走滑断层也进一步印证了阿拉善地块在此时发生了向东的运移。由于此时欧亚大陆东部日本海发生北西—南东向扩张,中国华北地区发生北西—南东向的伸展[44],东南侧板缘应力难以影响到狼山地区[17]。因此,狼山地区中新生代的逆冲构造很可能与阿拉善东缘的挤压变形形成于相同的构造背景下,均受控于青藏高原北缘的挤压(图 10-e)。不过,狼山地区该期变形的主压应力方向为北西—南东向,与阿拉善东缘的近东西向主压应力方向不一致,可能是受狼山地区早期构造的影响。

(6) 上新世以来

进入晚新生代,中国西部的构造变形继续受印度-欧亚板块持续汇聚的影响。在青藏高原内部和周缘地区均发现了约10 Ma以来的构造热事件[98, 105-108],在鄂尔多斯西缘的六盘山、贺兰山,以及狼山地区同样记录有该期构造热事件[37, 109]。不同于青藏高原北缘在该时期的挤压隆升,鄂尔多斯西缘的贺兰山、狼山地区在该时期发生了强烈伸展,共同构成了鄂尔多斯周缘断裂系。狼山山前发育高角度正断层,其最小主压应力方向为北西—南东向,与青藏高原东北缘挤压方向垂直,说明该期变形主要受控于南西侧青藏高原东北缘的挤压(图 10-f)。

4 结论

(1) 阿拉善地块东北缘的狼山地区自晚侏罗世以来发育6期陆内变形:晚侏罗世北西—南东向的逆冲及相关褶皱、早白垩世低角度拆离及同构造沉积盆地、晚白垩世近南北走向及北东—南西走向左行走滑、早新生代北东—南西走向右行走滑、中新世逆冲构造,以及晚新生代高角度正断层。

(2) 狼山地区晚侏罗世以来不同时期构造变形受控于不同的构造应力场:晚侏罗世为北西—南东向挤压,早白垩世为北西—南东向伸展,晚白垩世为北西—南东向挤压,早新生代为近东西向挤压,中新世为北西—南东向挤压,晚新生代以来为北西—南东向伸展。

(3) 狼山地区晚侏罗世以来的6期陆内变形均受控于板缘应力,同时还受到先存构造的影响;晚侏罗世—晚白垩世,狼山地区的构造变形主要受欧亚板块东南缘板缘构造的影响,新生代,狼山地区的构造变形主要受控于特提斯构造域。

致谢: 感谢南京大学张庆龙教授在野外工作中的帮助及建设性的讨论,兰州乐途汽车租赁有限公司张新义在野外给予了热心帮助,在此表示感谢。

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