天山北麓玛纳斯河河流阶地变形 与 新 构 造 运 动

天山北麓是我国西部地区构造活动比较活跃的地区 ,活动断裂和活动褶皱比较发育 。同 时这里发育了一系列的由南向北的河流 ,其中玛纳斯河是最大的一条河流[12] ,具有一定的区 域代表性 。因此对玛纳斯河的阶地的构造分析 ,对研究本区的构造活动有重要的意义 。
1 区域概况
由于受印度板块与欧亚板块碰撞和推挤的影响 ,天山迅速隆升 ,并且不断 的向南北两侧 逆推 ,在山前依次形成 3 排背斜 、向斜和逆断裂带[13] 。在天山北麓活动构造的特征如下 :
玛纳斯河发源于北天山的依连哈比尔
尕山 ,流经石河子市 、沙湾县和玛纳斯县 ,
11 水系 ; 21 山地 ; 31 冲洪积平原 ; 41 逆断裂 ; 51 山麓背斜带 ;61 最后汇入准噶尔盆地的玛纳斯湖 , 是天山 玛纳斯背斜带 ; 71 安集海背斜带 ; A1 准噶尔南缘断裂 ;B1 南安集 北麓最大的河流 。玛纳斯河由南向北横穿
基座为褐红色泥质粉沙岩 、泥岩 ,产状为 250°∠36°
基座为冲洪积砾石层 ,阶地级数骤然减少
根据阶地横剖面和地质资料绘出阶地纵剖面图 (图 2) 。由图 2 可见玛纳斯河的河流阶地 发生复杂的错断变形和拱曲变形 。阶地以基座阶地为主 ,向下游不同河段河流阶地发育级数 不同 ,基座岩性也不同 。在红山嘴以北阶地级数骤然减少 ,并且 Ⅰ阶地变为堆积阶地 。阶地在
本文推测 本文推测 本文推测 邓起东等[15 ] 本文推测 徐锡伟等[16 ] 本文推测 徐锡伟等[16 ]
阶地的时代 (表 2) 。T8 、T7 、T6 阶地目前尚无测 年资料 ,T6 阶地的砂砾石层上覆晚更新世风成 黄土[16] ,所以这一级阶地可能形成于晚更新世 早期 。T8 、T7 阶 地 则 可 能 形 成 于 中 更 新 世 晚 期 。根据邓起东 、张培震等的工作 , T5 阶地上 部的粉沙层年代为 (1105 ±0108) ×104 a ,而下 部次生黄土的年龄为 (317 ±013) ×104 a[13 ,14] , 同时根据与玛纳斯河相邻的三个泉河 、金沟河 、
阶地类型
基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 基座 内叠
阶地拔河高度
Πm 240 163 141 130 120 185 155 147 75 25
20～30 m 之间 ,主要发育在坎苏瓦特至红山嘴一带 。 Ⅲ级阶地拔河高度在 30～50 m 之间 ,主
要分布在配种站至红山嘴河段 。 Ⅳ级阶地在玛纳斯河的两岸连续分布 ,阶地面上覆盖大约 20
m 左右的黄土 ,黄土时代为晚更新世[15] 。 Ⅴ级阶地在玛纳斯河分布也比较完整 ,从山麓背斜
带向北一直与现代戈壁面相连 。经过玛纳斯背斜时 , Ⅴ级阶地主要发育在河东岸 ,而河西岸则
北 京 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)
第 40 卷
缓北翼陡的不对称褶曲 。
活动断裂多发育在背斜的北翼 。准噶
尔南缘断裂带是天山与准噶尔盆地的分界
线 ,为一条长达数百 km 的向南倾的逆断
裂 。南安集海 —齐古断裂带位于山麓背斜
带 ,走向近东西 ,是向南倾的逆断裂 。玛纳 斯断裂带位于玛纳斯背斜带 ,独山子 —安 集海断裂带位于安集海背斜带 ,都是向南 倾的逆断裂 。
0 引 言
河流阶地是环境变化和构造运动的记录体 。利用阶地资料来研究构造演化是非常有效的 方法之一 。通过对贯流水系阶地的研究可以获取地面隆起和变形的信息[1] 。北京西山 、鄂尔 多斯高原 、青藏高原和祁连山等地区的第四纪构造活动就通过河流阶地的研究取得了很多进 展[1～6] 。河流阶地研究在重建河流发育历史和构造演化方面有重要的意义和作用[7～10] 。
基座为冲洪积砾石层 ,砾石的磨园度较好 ,但大小不 一 。T5 、T2 、T3 阶地上的砾石 平均粒径都比较大 ,达 到 13 cm 以上 。岩性以砂岩 、花岗岩 、灰岩为主 。
基座为冲洪积砾石层 ,砾石磨园度较好 ,分选度一般
基座为冲洪积砾石层 。乔汗以北 T5 阶地重新出现 , 以南 T5 阶地缺失
海2齐古断裂带 ; C1 玛纳斯断裂带 ;D1 独山子2安集海断裂带
天山北麓的活动褶皱带和活动断裂带 。因
图 1 天山北麓水系与构造略图 Fig. 1 Water system and tectonics of northern
front of the Tianshan Mountains
为受断裂带和褶皱带的影响 ,玛纳斯河流 阶地对北天山的隆升特征和活动构造变化 有直接反映 ,对研究该区的活动断层和活
背斜段因受褶皱的影响而发生明显的拱曲变形 。在活动断裂两侧阶地面形成高差变化 ,例如
F2 逆断层使阶地 T6 和 T5 被错断 。F1 逆断层错断了阶地 T6 、T5 和 T1 ,造成了 T6 阶地在 F1பைடு நூலகம்断层
以北缺失 。
212 阶地时代
关于阶地的时代 ,其中一部分阶地曾用热释光的方法进行过测试 ,根据有关资料列出主要
311 河流阶地拱曲变形
由阶地纵剖面图 (图 2) 可见玛纳斯河流阶地发生了明显的拱曲变形 ,特别是在玛纳斯背 斜段和乔汗向斜段阶地的几何形态表现出与其所在位置的地质构造的一致性 。在红沟煤矿至
配种站段 ,呈现舒缓的褶皱隆起变形 ,这可以从纵剖面图和 T6 和 T5 阶地的拔河高度 (表 1) 看 出 ,在坎苏瓦特一带同一级阶地比上游红沟煤矿和下游都要高 。其原因是红沟煤矿至配种站 这一段处在山麓背斜带范围内 ,该山麓背斜带在晚更新世早期仍有活动 ,不仅下更新统形成强 烈褶皱 ,而且晚更新统早期的阶地也有轻微变形 。另外由 T6 和 T5 阶地在红沟煤矿至配种站 一带只有轻微变形 ,而在下游变形程度较大 ,可以看出山麓背斜带的活动性减弱 ,隆起中心有 向下游迁移的趋势 。
宽 ,大约 100 m。从配种站至红山嘴河谷又进一步展宽 ,大约 200～300 m ,最宽处有 500 m。出 了红山嘴后 ,河谷更宽 ,阶地级数更少 。沿这一河段笔者测量了 7 个阶地横剖面 ,分出 8 级阶
地 (表 1) 。
2. 1 阶地的基本特征
Ⅰ级阶地拔河高度在 10 m 以内 ,主要发育在坎苏瓦特以下的河段 。 Ⅱ级阶地拔河高度在
凸岸 ,阶地比较发育 。 Ⅲ级阶地在这里表现为 T3a 和 T3b 2 级阶地 , Ⅳ级阶地则表现为 T4a 、T4b 和
T4c3 级阶地 。在红沟煤矿最高阶地拔河高度达到 200 m 以上 ,最低一级阶地拔河 120 m。
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第 6 期
史兴民等 : 天山北麓玛纳斯河河流阶地变形与新构造运动
奎屯河 、呼图壁河同一阶地测年的结果 ,推测 T5 阶地上部堆积物形成于 (2～4) ×104 a ,而下切 时间可能在距今 2 ×104 a 左右[15] 。
3 河流阶地变形与构造分析
玛纳斯河阶地变形主要分为 2 种类型 。
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史兴民等 : 天山北麓玛纳斯河河流阶地变形与新构造运动
河流阶地是过去的河床或河漫滩 ,因构造运动 、气候变化和侵蚀基准面下降等原因导致河 流下切侵蚀而形成的阶梯状地貌[11] 。正常情况下各级河流阶地大致平行 。当河流由山地流 向平原和盆地 ,如果经过了活动断裂带或活动褶皱带时 ,河流阶地就可能发生错断和拱曲变 形 。活动断裂或活动褶皱可能在阶地形成时发生错断或拱曲 ,也可能在阶地形成后发生运动 , 这在阶地形态特征上都有不同的表现 。通过对河流阶地的形态变化 、结构和时代的研究 ,可以 获得许多活动断裂和活动褶皱的定量资料 。
动褶皱有重要的意义 。
2 河流阶地的发育特征
从红沟煤矿至红山嘴约 40 km 河段中 ,河床海拔由 990 m 降为 610 m。河东岸的阶地比河
西岸发育 ,不同河段阶地级数不同 。红沟煤矿至红山嘴河段的河流阶地主要为基座阶地 ,但不
同河段的基座不同 。由红沟煤矿至坎苏瓦特为峡谷段 ,在坎苏瓦特汇入清水河后 ,河谷有所展
7 180 117 74 66 58 50 41 30
6 120 57 53 32
4 89 77 43 31 20 5 108 89 65 45 30 15 7 21 2
备 注 基座为砂岩 、粉沙岩 。产状为 270°∠50°。阶地基座 上 ,局部发育有一些残余的锈黄色的砾石
基座为褐红色泥质粉沙岩 、泥岩 ,由坎苏瓦特向前基 座变为西域砾岩 ,基座产状为 10°∠70°
根据阶地纵剖面图可以看出阶地 T6 和 T5 阶地在坎苏瓦特和配种站一带拱曲程度较大 , 即晚更新世早期隆起中心在坎苏瓦特至配种站一带 。从坎苏瓦特至四大队五队一带的阶地变
形来看 ,T3 和 T2 阶地拱曲程度较相邻阶地稍大 ,说明自晚更新世晚期以来隆起中心逐渐扩大 , 有向下游扩展的趋势 。
逐渐变窄以致消失 ,穿过背斜后才在河西岸重新出现 。在乔汗一带 Ⅴ级阶地在河东岸因河流
侵蚀而缺失 315 km 左右 ,河西岸则比较完整 。 Ⅴ级阶地砾石的磨圆度较好 ,但大小不一 ,上覆
1～2 m 的黄土状土 。同时 Ⅴ级阶地的显著特征是 :在所有阶地中 , Ⅴ级阶地面很宽阔 (1 km 左
右) ,也比较平坦 。其余阶地因河道摆动 ,分布不连续 。在配种站的冲沟附近 ,位于玛纳斯河的
北京大学学报 (自然科学版) ,第 40 卷 ,第 6 期 ,2004 年 11 月 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis , Vol. 40 , No. 6 (Nov ,2004)
天山北麓玛纳斯河河流阶地变形 与 新 构 造 运 动1)
由南向北发育 3 排背斜 ,分别为山麓背斜带 、玛纳斯背斜带 、安集海背斜带 ,第四纪地层和 沉积物都被卷入褶皱并受到断裂作用[12 ,13] (图 1) 。3 排背斜走向均为近东西向 ,并且都是南翼