准噶尔盆地南缘背斜构造变形与河流作用关系探讨

（西北大学地质学系，陕西西安710069）

河流在山前带构造变形的演化过程中所起的作用包括2个方面：一是河流下切形成河谷或是河流形态发生改变指示区域构造应力强弱以及构造变形的响应[1]，河流表面形态可以对前陆冲断带内褶皱横向增长方向和增长速率提供有利依据[2-3]；另一方面，河流在强烈侵蚀下切过程中不仅引起地下岩石热状态发生改变，同时由于重力均衡作用造成河流两侧岩石的隆升，而且河流也扮演的是传送带角色，搬运大量物质到冲断带变形前缘影响前陆冲断带构造变形样式和前陆盆地的沉积物充填演化[4-6]。

1 横向河流

1．1 横向河流的形成原因

在前陆褶皱冲断带发育2种类型河流，一是平行于造山带和褶皱冲断带轴向的纵向河；另一是垂直于造山带走向的横向河，并且横向河一般是纵向河的支流。其中横向河流的形成有3种基本形式：①先成河。河流存在于构造活动之前，并且当河流的下切速率至少等于构造隆升速率时，河流将会下切隆升表面[7]。在隆升过程中其流路不变而只下切，河漫滩和阶地都发生背斜状变形，这是一种重要的局部新构造运动上升的标志[8]。②叠加河或后成河。在地壳隆升过程中河流流经较新的地质表面剥蚀表面松散层，下切早已形成的背斜构造形成横向水系，无局部新构造运动隆升意义[7-8]。③溯源侵蚀或河流袭夺。侵蚀能力强的河流，夺取了侵蚀能力弱的河流上游河段，这种水系的演变现象叫做河流袭夺。它是由于河流的溯源侵蚀切穿了分水岭，把分水岭另一坡的注入其他流域的河流抢夺过来，变为自己的支流。这些河流的形成是由于内在和外在因素(气候变化，构造作用等）共同控制。了解横向河流的起源和形成机制可以加强理解前陆冲断带构造变形样式的影响因素及前陆沉积盆地的充填演化。

1．2 山前带褶皱变形和横向河流作用

经研究发现，在山前带地区最明显的特征是横向河流切割背斜轴部高点。Oberlander[9]在亚平宁山、扎格罗斯山、比利牛斯山、阿尔卑斯山、喜马拉雅山和安第斯山山前带地区观察到横向河谷穿越褶皱-冲断带背斜轴部高点现象，其中在亚平宁山中部的褶皱-冲断带横向河流切割背斜轴部最明显、证据最充足[10]，并认识到了河流切割剥蚀作用引起的河谷附近地壳物质的卸荷引起的浅层补偿，可以造成高原两侧和山脉隆升[11-12]，可以进一步影响构造变形样式[13]。

Simpson[13-15]的数值模拟研究表明，在横向河流和构造变形的耦合过程中得出了3种不同结果：①挤压作用和地表河流切割共同作用。在冲断带地表形成褶皱，并伴随着挤压作用的加强河流切割作用随着增强，形成一系列双倾伏褶皱并且河流切割褶皱轴部高点；②缺少区域压缩作用，河流切割作用在影响地表变形作用较小；③只有区域变形作用，褶皱作用发生较有剥蚀作用影响下滞后。对比3种模拟结果可以得出：仅当河流下切侵蚀作用发生在区域挤压造成地壳塑性变形期时，河流作用才可能影响构造变形，在压缩环境下与冲断带相关背斜的演化和横向河流网络之间存在相互作用关系。

2 准噶尔盆地南缘构造与河流分布

准噶尔盆地南缘分布有3排褶皱冲断带[16-17]：山麓冲断褶皱带、霍尔果斯-玛纳斯-吐谷鲁冲断褶皱带、独山子-安集海冲断褶皱带，并且自南向北发育数条河流，这些河流大多横向切割背斜拱顶(见图1）。

图1 准噶尔盆地南缘构造纲要和河流分布简图

3 第3排背斜变形和河流作用关系

独山子-安集海背斜带位于准噶尔盆地南缘由南向北的第3排背斜带，向南发育有2排背斜带，向北正在形成1个新的背斜构造、目前仅在地表表现为轻微隆起的西湖隆起；从西向东，有独山子背斜、哈拉安德背斜、安集海背斜(见图1），对于背斜的确切形成时代还存在争议，笔者采用邓起东等[18]和程光锁等[19]的计算时间0．73Ma。

对于第3排背斜带的形成原因以及地表几何形态的描述已有诸多报道[18，20-24]：①独山子背斜。位于独山子-安集海背斜带西段，背斜东西长约18km，南北宽4～6km。背斜隆起幅度大，变形强烈，背斜核部出露中新统，两翼由上新统和下更新统组成，背斜南翼缓北翼陡，北翼地层出现倒转，地表表现为不对称背斜形态。奎屯河流向南北，横穿独山子背斜，形成多级阶地，根据野外观察，奎屯河河流阶地在背斜段已发生褶曲变形，并且褶曲高点向北迁移。奎屯河现代河床宽度和河流比降也存在明显变化，总体上表现为河流纵剖面形态变小。②哈拉安德背斜。位于独山子-安集海背斜带中段，是该背斜带隆起幅度较小的一个背斜，地表表现褶皱程度不大，相对高差较小。背斜东西长约15km，宽6km，核部出露最老地层为上更新统。特里肯萨拉河横过哈拉安德背斜和安集海背斜的过渡地带，河谷发育三级阶地，向西保留有该河的老河道。③安集海背斜。位于独山子-安集海背斜带东段，近东西走向，长约30km，宽5～6km，背斜核部出露最老地层为中新统和上新统，背斜总体上南翼缓北翼陡，北翼地层发生倒转，地表表现为不对称背斜形态。安集海河横穿安集海背斜。

3．1 河流改道对背斜变形强度的指示作用

水系对于构造变形强弱及背斜构造的增长方向和速率具有一定的指示作用，贺电等[3]通过分析研究库车前陆秋里塔格构造带背斜的增长方式和水系的分布有着明显对应关系。在准噶尔盆地南缘，已有学者描述过横向河流的改道[1，18，25]。对于横向河的改道原因，张锐等[1]认为是由于独山子-安集海背斜带在形成中西部构造变形强于东部，背斜地表形态表现上西部独山子背斜隆升幅度大于东部安集海背斜，另外，根据平衡地质剖面计算出的独山子背斜的缩短率为15．74%，大于安集海背斜的缩短率7．02%[1，26]，这很好的解释了安集海河河流向东改道的原因，同时也说明了河流改道对于背斜变形强度有指示作用。但是对于河流改道原因笔者认为这不仅仅是取决于构造隆升的幅度，也跟河流本身的下切侵蚀速率有关，若河流下切侵蚀速率大于或等于构造隆升速率横向河流将保持原来河道；若河流下切侵蚀速率小于构造隆升速率，则横向河流发生改道。总之，安集海河河道向东变迁指示了独山子-安集海背斜带构造变形强度西部大于东部[1]。

3．2 河流作用影响背斜构造变形样式

对于河流和构造变形之间的耦合作用已经有不少的讨论，建立了相关数值模型[13，27-28]，也有不少的应用实例[4，10，29-32]。Simpson[13]的数值模型指出，在侧向挤压背景下，若横向河流的形成时间和背斜的形成时间一致，河流将会影响背斜构造的变形样式，形成不对称双倾伏褶皱。奎屯河横切独山子背斜轴部构造高点，对河流阶地和河流冲积扇的研究表明[33-34]，奎屯河形成的时代至少在0．8Ma，独山子背斜的形成年代采用前人的计算结果0．73Ma[18-19]，可以看出独山子背斜与奎屯河的形成时代大体相当，并且在野外观察到的河流阶地的褶曲形态指示向北，并且对比奎屯河和安集海河穿越背斜轴部河流形态和河流阶地可以看出，前者下切幅度较后者大[35]。综上所述，笔者认为独山子背斜在地表表现出的双倾伏形态不仅是由于构造作用的影响，也应该考虑到横向河流下切侵蚀对构造样式的影响；且同为第3排背斜带，有横向河流强烈切割背斜轴部(独山子背斜和安集海背斜）要比没有横向河流强烈切割背斜轴部(哈拉安德背斜）情况下的变形幅度大，褶皱程度强，河流(奎屯河）下切程度大背斜(独山子背斜）隆升高度大。

4 第2排背斜带和河流作用关系

根据霍玛吐背斜带的地表形态(见图1）和横向河流河谷阶地，第2排背斜带均为长轴背斜，北翼地层直立或倒转，南翼地层倾角较缓，其中玛纳斯河是天山北麓发育的最大河流，且横向切割玛纳斯背斜东段及吐谷鲁背斜西倾伏端；塔西河横向切割吐谷鲁背斜东侧中段以及呼图壁河横向切割吐谷鲁背斜东侧倾伏端；金沟河横向切割霍尔果斯背斜中段，三个泉河横向切割霍尔果斯背斜东段。地表观察到的切割霍尔果斯背斜的金沟河和切割吐谷鲁背斜的塔西河并没有像第3排的安集海河和金沟河那样发生改道，而是继续保持原来的河道下切背斜带形成深切河谷。

对第2排构造变形带的缩短量和河流下切幅度的计算得出[18，36]，塔西河横向切割吐谷鲁背斜轴部高点的幅度与吐谷鲁背斜大的地壳缩短量和高的隆升速率相一致，并且呈现出双向耦合关系。在背斜形成时间上吐谷鲁背斜比霍尔果斯背斜早大约2Ma。同为第2排褶皱-冲断带，变形时间和变形幅度有如此差异，这在一定程度上也反映了横向河流切割作用对于背斜形成具有一定的控制作用。

另外，背斜带的隆起中心由南向北迁移趋势明显，并且在吐谷鲁背斜核部断裂垂直位移速率在呼图壁河为0．62～0．67mm／a；塔西河为0．84～0．91mm／a；玛纳斯河为0．28～0．43mm／a[36]，表明吐谷鲁背斜由于塔西河的强烈切割和地壳缩短共同影响下核部断裂中段垂直位移速率较两翼大。综上所述，该背斜带构造形态和吐谷鲁背斜高隆升速率可能与横向河流剥蚀、搬运和沉积作用引起地表岩石热状态变化和改变岩石静应力分布加快了该区岩石隆升有关。

5 结论与认识

1）安集海河和金沟河在穿越第3排褶皱带时河流发生改道，笔者认为河流改道与河流本身的下切侵蚀速率也有一定关系，是否与河流发育、背斜构造形成时的气候因素有关，这也是值得讨论的。

2）对于不同的背斜，有横向河流强烈切割背斜拱顶，横向河流下切幅度大背斜隆升高度大；同一背斜，横向河流切割背斜拱顶的隆升速率比背斜两翼的隆升速率快。

3）在讨论准噶尔盆地南缘褶皱-冲断带变形的受控因素时应该考虑地表作用的影响。

对于准噶尔盆地南缘河流发生改道，以及河流的地表过程对背斜构造变形样式产生的影响缺少定量数据，对此还得做进一步的研究。

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