新疆南天山西段中新生代构造变形与盆山耦合机制探讨

牛树银，刘晓煌，孙爱群，张建珍，张新勇，李培菊

（1.石家庄经济学院，石家庄市 050031;2.武警黄金第七支队，山东省 烟台市 264004）

新疆南天山西段中新生代构造变形与盆山耦合机制探讨

牛树银1，刘晓煌2，孙爱群1，张建珍1，张新勇2，李培菊1

（1.石家庄经济学院，石家庄市 050031;2.武警黄金第七支队，山东省 烟台市 264004）

南天山西段山峦叠嶂，沟壑深切，褶皱强烈，断裂纵横。构造演化与中生代以来新疆地区的强烈隆升以及其后的塔里木盆地大规模断陷密切相关，受典型的盆山耦合机制控制。从卷入褶皱作用的地层展布和区域构造变形特征分析，新疆地区在原塔里木地块的基础上，由于大规模地幔物质上涌，于中生代晚期发生强烈隆升，并在隆升的北西缘西南天山一带形成北东东向构造岩浆带。新生代以来，由于新疆隆起轴部强烈的热减薄作用，导致隆起中部发生大规模裂陷，并逐渐形成塔里木断陷盆地。与此同时，构造岩浆活动形成的南天山西段造山带与塔里木断陷盆地构成了较大的（地形）位势差，进而引起南天山西段由北西向南东拆离滑脱。第一期形成的区域性褶皱被改造成一系列倒转褶皱，往往表现出北西翼平缓，地层出露齐全，南东翼陡倾或倒转，甚至在某些背斜倒转翼形成较大规模的逆冲推覆构造，同时相伴产生多条北西向走滑断裂，以调节沿走向滑脱拆离幅度的不均匀性。因此，南天山西段，甚至整个新疆地区，中新生代的区域构造演化应从盆山耦合的视角分析其地球动力学过程。这也许是解开西南天山复杂变形历史的钥匙。

盆山耦合；构造演化；褶皱作用；推覆构造；南天山西段

新疆地处欧亚大陆腹地，是古亚洲和古特提斯两大构造域的结合部位，构造活动复杂，很多地质学家开展了大量的区域构造演化与成矿作用等方面的研究。就总体而言，20世纪80年代前主要以槽台观点为主，认为塔里木地块是稳定的地台区[1-2]；80年代后则以板块构造观点为主，并从多视角、多专业进行了广泛的探讨[3-6]。董莲慧等（2010）在总结区域地质调查资料的基础上，将新疆大地构造单元划分为西伯利亚、哈萨克斯坦-准噶尔、塔里木-华北、华南、西藏等5个板块和查尔斯克-乔夏哈拉-布尔根、那拉提-红柳河、康西瓦-鲸鱼湖、阿克赛钦-金沙江等4条缝合带，探讨了不同地质单元的成矿作用[7]。上述研究成果极大地促进了新疆地区的地质研究与社会经济发展。

南天山西段地处塔里木盆地的西北缘，山峦叠嶂，沟壑深切，褶皱强烈，断裂纵横，构造演化复杂。本文在南天山西段野外矿产地质调查与大量阅读有关地质文献的基础上，以地幔热柱的视角探讨了南天山造山带与塔里木断陷间的区域构造演化与盆-山耦合关系，希望能起到抛砖引玉之作用。

1 区域地质概况

研究区位于南天山西段，是天山陆内造山带的重要组成部分。其南部受向南逆冲的喀拉俊-柯坪塔格弧形推覆构造系统控制，北部受大型左行压扭性迈丹-喀拉铁克断裂带控制。大地构造位于塔里木-华北板块（Ⅲ）塔里木微板块（Ⅲ1）阔克塔勒晚古生代陆缘盆地（Ⅲ13）与柯坪前陆盆地（Ⅲ15）的接触部位。

区内出露地层以古生界和新生界为主。地层区划属塔里木-南疆地层大区，塔里木地层区的塔北地层分区和中南天山-北山地层区的南天山地层分区。

区内断裂构造以总体NEE走向、向南南东突出的弧形褶皱和断裂构造为主。主要断裂为迈丹-喀拉铁克、喀拉俊-柯坪塔格等断裂带，在靠近喀拉俊-

柯坪塔格弧形推覆构造系统的喀默什特图幅内，推覆构造相当发育，断裂倾向NNW，倾角10～30°；主要褶皱构造为迈丹他乌、柯坪塔格等一系列背斜、向斜构造，总体呈背斜紧闭、向斜开阔的隔档式组合型式。而且断裂构造往往发育在倒转紧闭背斜的倒转翼，表明推覆构造与褶皱构造密切相关。

2 地质构造变形特征

某地区构造形迹往往是区域构造运动的产物。因此对一个地区的构造变形分析，特别是褶皱构造期次与相应的断裂构造组合分析，可以推演其区域构造演化过程。

南天山西段中新生代构造变形强烈，组合关系明确，是进行变形构造解析的典型区段，下面简要分析褶皱构造变形期次，断裂构造特征，以及褶皱-断裂的形成机制。

2.1 褶皱变形期次分析

南天山西段的褶皱构造总体以北东东走向的一系列背、向斜构造为主。区域上单个背、向斜构造沿其走向往往显示蛇状弯曲（左右摆动），表明第二期褶皱与第一期褶皱大角度叠加，第三期又经历了区域性隆升过程，如今构造格局显然是多期次褶皱构造叠加的结果。

以南天山西段（塔里木盆地北缘）的喀拉俊-柯坪塔格区域性褶皱构造分析为例：

喀拉俊-柯坪塔格褶皱位于研究区的南西部，呈近东西-北东东向沿盆地北部边缘展布约120 km,出露宽度在20～30 km。特别是在喀拉塔格的西端，较为完整地出露了褶皱构造的倾伏端，使其卷入的地层及其褶皱构造形态清楚可辨，为褶皱构造分期及机制分析提供了典型范例。

第一期褶皱构造为区域性大型背、向斜构造。以研究区北西侧柯坪塔格背斜构造为分析实例，核部至两翼依次出露中-上寒武统阿瓦塔格组白云岩、泥灰岩夹页岩，下奥陶统丘里塔格组白云岩、灰岩夹燧石条带，中奥陶统其浪组千枚状粉-细砂岩，下志留统柯坪塔格组细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩，中-上志留统塔塔挨尔塔格组砂岩、粉砂岩，中-下泥盆统依木干他乌组粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩，上泥盆统克孜尔塔格组中-细粒砂岩，上石炭统康克林组生物屑灰岩、灰岩，下二叠统巴立克立克组砂岩夹灰岩，白垩系砂岩、粘土岩夹泥灰岩，第三系砂岩、粘土岩、砾岩,表明古生界-中生界地层均卷入了褶皱构造。褶皱北翼正常，地层出露较为齐全，倾角一般在10～20°。褶皱南翼倒转，沿倒转翼发育大规模逆冲推覆构造，甚至大部分地层被断失。但是，在工作区南部褶皱西部倾伏端较好地保留下了泥盆系-石炭系-二叠系的全部地层（图1）。

图1 南天山喀拉铁克地区区域地质图Fig.1 Regional geological map of the Kalatieke Area in South Tianshan1.元古界；2.下寒武统；3.中上寒武统-奥陶系；4.志留系-泥盆系；5.石炭系-二叠系；6.中新生代；7.第四系；8.艾克提克群；9.基性侵入岩；10.花岗岩；11.断裂

在整个南天山地区，这种褶皱构造具有普遍

性，从南部的喀拉俊-柯坪塔格，到北部的克布克三山的整个南天山地区，几乎所有的褶皱构造都具有这种特征，并且都表现出背斜紧闭，向斜开阔的特征。

第二期褶皱构造为区域性北西向斜跨叠加褶皱构造，褶皱轴向为北西向，与第一期褶皱构造形成明显的叠加，由于北东-南西向区域挤压，使第一期褶皱构造发生大幅度左右（蛇曲状或者“S”型）摆动，即以第一期褶皱的枢纽、轴面为参照面发生褶皱构造（图2）。

第三期构造为区域性隆升，天山地区发生了大规模的强烈隆升，喀拉铁克山-科什布拉克山一带相对高程达到4000m以上，而塔里木盆地则发生了大范围的断陷，相对高程低于1000m以下，现代盆-岭构造格局基本形成。

此外，由于南天山地区（包括研究区在内）成为喀拉铁克山-科什布拉克山隆起与塔里木盆地断陷之间的过渡区域，巨大的相对高差使南天山地区发生了由北西向南东的大范围滑脱作用。大幅度的拆离滑脱作用使第一期褶皱构造的南东翼发生倒转，多数褶皱的倒转翼发生逆冲推覆作用，导致倒转翼地层多被断失（图3）。

图2 南天山喀拉铁克地区区域构造纲要图Fig.2 Regional tectonic outline map of the Kalatieke area in South Tianshan1.第一期褶褶皱轴迹；2.第二褶皱轴面；3.逆冲推覆构造；4.走滑断层；5.喀拉铁克隆起；6.塔里木断陷

图3 柯坪塔格地区褶皱图切剖面Fig.3 Fold structure diagram and cutting section of the Kepingtage area

2.2 断裂构造特征

由于南天山地区处于特殊的构造区位，也就造就了该区特殊的断裂构造格局，表现最为突出的为两组区域性断裂构造，一是近东西向-北东东向（逆冲推覆构造）断层，二是近南北向断层，两者构成区域性断裂组合，受区域构造应力场的控制。

在区域上发育多条近东西向-北东东向逆冲推覆构造，集中分布在南天山界临塔里木盆地的过渡地带，从北西部的克布克三山-中部的奥兹格尔他山-到南部的柯坪塔格山，逆冲推覆构造多发育在北东东向背斜构造的倒转翼。以研究区西部的奥兹格尔他乌和柯坪塔格逆冲推覆构造为例（图3），南部柯坪塔格倒转背斜核部的地层为上寒武统-下奥陶统碎屑岩-碳酸盐岩。正常翼分布为古生代-中生代碎屑岩-碳酸盐岩沉积，甚至古近纪地层均卷入了褶皱作用。而倒转翼仅剩中下泥盆统，且其地层厚度被明显拉薄，其它地层均已经被逆冲推覆构造断失。这种情况具有普遍性，北部相邻的奥兹格尔他乌倒转背斜亦是如此，甚至仅仅剩下褶皱构造的正常翼，其倒转翼的地层全部断失（图3）。

两条近南北向断层主要发育在研究区的中南部，一条起自中部的喀拉巴希托山，经托克散阿塔能拜勒山、塔提尔塔格，直到塔里木盆地，长逾百千米，总体呈北北西向（340°），从被错断的相应地层分析，断裂主要反映左行平移作用，平移错断相应地层达15～20 km。另一条近南北向断裂发育在研究区的中部，北部起自满古特塔格，经阿布拉衣布提克山，到提提尔塔格，总体呈现弧形展布，北段大致方向为北北东向（35°），西南逐渐转为近南北向。沿走向长约上百千米，从被错断的相应地层分析，断裂主要反映右行平移作用，平移错断相应地层超过10 km。

两条断裂近平行展布，一条左行走滑，一条右行走滑，造成这种相对滑动的运动学特征，表明研究区褶皱作用与断裂作用具有密切关系，从断裂已经切过新近系地层以及区域构造格局分析，亦说明第三期褶皱作用形成较晚，区域隆升作用也主要形成在中生代末至新生代初。

2.3 褶皱-断裂形成机制

南天山西段这种褶皱、断裂构造关系是一套具有成因联系的构造组合。从卷入褶皱构造的地层分析，南天山地区基本具有与华北一样的地层序列，特别是古生代末，缺失了晚二叠世至侏罗纪的一套沉积记录。这次构造运动应该与二叠纪岩浆活动有关。张传林等研究认为，二叠纪的地幔热柱活动相对强烈，其火山岩和侵入岩在塔里木、天山、阿勒泰和吐哈盆地、三塘湖盆地、准噶尔盆地等地区均有大量分布，并且形成了与之有关的岩浆熔离矿床和热液型矿床[8]。

很显然，古生代末的海西运动，使南天山地区古生界地层均卷入了区域性大规模褶皱构造运动，形成了区域性第一期褶皱构造；中生代以来，随着古亚洲洋的关闭，中国东部主要区域构造作用被濒太平洋的板块俯冲所取代，在西部地区则由于近东西向挤压作用，形成第二期褶皱作用，也就是使第一期褶皱发生横跨叠加（蛇形弯曲）改造；而印度板块向北强烈的俯冲挤压作用，不仅使青藏高原快速隆升，大范围隆起对周围地区形成的区域性挤压作用，使白垩系地层，甚至部分古近纪地层发生了紧闭褶皱作用，这在柯坪塔格表现的尤为清楚。持续的强烈挤压还使深部地幔发生不均匀垂向上涌，塔里木盆地之下地幔上涌的后期导致上部地壳发生热断陷作用，盆岭构造格局逐渐形成，随着盆岭格局高差的不断扩大，临近塔里木盆地的南天山隆起区则开始发生向塔里木盆地的拆离滑脱作用，使早期褶皱构造发生向盆地方向的倒转，以至于在背斜构造的倒转翼发育成一系列区域型逆冲滑覆构造，甚至在倒转翼断掉较多地层单元。与此同时，在区域上还发育了一些协调区域应力作用（切割褶皱）的斜向断裂。它们共同构成了南天山地区复杂而有序的区域构造组合。

3 盆-山构造耦合

纵观新疆地区的大地构造演化特征，至少海西运动以来的区域构造演化值得重新认识，重新评价，而且对地幔热柱活动应给予足够的重视。地幔热柱研究已经成为解决地壳运动深部机制，以及成矿作用的重要研究方向[9-15]。

地壳是物质的，物质是运动的，地壳上产生的强烈构造变形及其组合特征不仅受着幔壳运动的控制，而且受着区域构造格局以及地块特征的影响，甚至在一定条件的制约下发生水平运动与垂向运动间的转化，也即不均匀的挤压作用会导致

垂向幔源物质上涌，而地幔物质的大规模上涌也会派生区域水平挤压作用。古生代末，华北地台北缘的挤压俯冲作用，及其挤压作用导致的轴部地幔上涌，在新疆地区形成巨大的隆起构造。由于地幔物质上涌对外围形成的挤压力，加之早期隆升对外围挤压的复合，在其外围形成了第一期褶皱构造，可能包括北部的天山造山带和南部的昆仑造山带。造山带轴部展布有部分海西期的中基-中酸性侵入岩体。

燕山期古亚洲洋的闭合以及濒太平洋的俯冲挤压作用，发生短时间的近东西向挤压作用，使天山、昆仑山地区的第一期褶皱构造被横跨叠加，最明显的表现是以第一期褶皱构造枢纽和轴面为参照面发生了大幅度左右蛇形摆动，构成第二期褶皱构造的叠加。

中生代末至新生代初，由于新疆地幔热柱区热物质的持续上涌（图4），且上涌幅度较大，E.H.努西波夫等测制的横切塔里木-天山的近南北向上地幔P波速度结构图中，低速体解释为上升的地幔（深部能量通道）热物质流（热柱），而高速包体解释为冷却原始热柱。图中表明上涌热物质流不仅幅度较大，而且起源较深[16]。这种特征在新疆地区地壳等厚线图上也有相当显著的表现，新疆盆地典型中心地壳厚度仅为45 km,而向外围很快加厚到50 km以上，喀什-和田以西甚至达到60 km,这充分表明了地幔上涌的幅度和强度（图5）[17]。强烈的热物质流使隆起的中部发生大规模的热减薄断裂，塔里木地区由早期的隆起中心转变为大型断陷盆地，堆积了相当厚的新生代松散沉积物（沙漠）。

与此同时，外围山系轴部中酸性侵入岩的负重力异常却带动外围山系不断隆升。以南天山地区为例：喀拉铁克山-科什布拉克山一带的强烈隆升，以及塔里木盆地的大规模的断陷，使隆起与断陷之间的相对高差不断加大，并逐渐诱发南天山地区发生了由北西向南东的大范围滑脱作用。拆离滑脱作用不仅使早期褶皱构造的南东翼发生倒转，进而在倒转翼形成拆离滑覆作用，导致倒转翼地层多被断失。而近南北向断裂是不均匀拆离滑

脱作用过程中形成的断裂（图6、图7）。这种由造山带向盆地的拆离滑覆构造在塔里木盆地西南缘地区也相当发育[18]。徐振平等（2011）的研究也反映了这种形成特点[19]。

图4 横切塔里木-天山的近南北向上地幔P波速度结构图（据参考文献[16]，略修）Fig.4 The speed structure of P wave in up-mantle along nearly NS section plane in the Tarim- Tianshan mountain1.地壳和壳底（莫霍面）；2、3.V p值相对正常地幔有偏差的地带：2为异常（密集线）和中等升高（稀疏线），3为下降

图5 新疆地区地壳等厚线及重力梯级带（据参考文献[17]）Fig.5 The crustal thickness and gravity gradient belt of Xinjiang area

图6 南天山-塔里木盆山耦合演化模式Fig.6 The basin mountain coupling evolution modelof the southern Tianshan and Tarim1.新生代沉积盆地；2.上地壳；3.中地壳；4.下地壳；5.地幔岩；6.酸性侵入岩；7.中酸性侵入岩；8.中基性侵入岩；9.基性侵入岩；10.酸性岩脉；11.基性岩脉；12.新生代玄武岩

图7 南天山区域构造演化模式Fig.7 Regional tectonic evolution model of thesouthern Tianshan1.中酸性岩类；2.中性岩类；3.基性岩类；4.倒转褶皱；5.逆断层；6.正断层；7.地幔岩上涌

4 结论

中生代以来，南天山西段经历了复杂的构造演化过程，形成了典型的盆-岭构造格局，构造变形具有典型的代表性。

（1）南天山西段经历了三期褶皱构造变形，第一期为区域性近东西-北东东向背向斜构造，背斜核部多以寒武-奥陶系为主，两翼为泥盆-石炭系，部分二叠系地层；第二期为大角度横跨叠加褶皱构造，以第一期褶皱轴面为参考面左右蛇形摆动形成第二期褶皱；第三期为区域性隆升为主的垂向运动。

（2）断裂构造以伴随盆-岭构造形成的拆离滑脱构造和走滑断层为主。由于从喀拉铁克山-科什布拉克山一带的隆升区向塔里木断陷盆地的大规模拆离滑脱作用，往往在背斜构造的倒转翼形成一系列逆冲推覆构造。同时伴生近南北向走滑断层。实际上,这些断裂的形成起到了不均匀滑脱作用的调节转换带的作用。

（3）南天山构造变形的深部机制是深部地幔活动的表现形式。地幔岩的大规模上涌及其向外的施压作用，在外围形成一系列褶皱构造，而其后中部的热断陷作用，又造成了外围造山带与断陷盆地间的位势差，导致外围造山带逐渐向盆地滑覆，构成了幔柱区深部地幔物质向外围造山带之下拆离，造山带上部物质向断陷盆地滑脱的四维物质调整。

（4）南天山地区，甚至包括整个新疆地区的成矿作用，特别是中生代以来，与岩浆熔离作用和热液作用密切相关的成矿作用，均受地幔热柱活动的控制，成矿特征以深源成矿作用为主。

致谢：衷心感谢审稿专家王惠初研究员对本文的认真审阅及所提出的指导意见。

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Study on theM es-Cenozoic Tectonic Deformation and Basin-range Coupling M echanism in theWestern Partof South Tianshan,Xingjiang

NIU Shu-yin,LIU Xiao-huang,SUNAi-qun,ZHANG Jian-zhen, ZHANG Xin-yong,LIPei-jyu
（1.Shijiazhuang University of Econom ics,Shijiazhuang,050031,Hebi,China;2.No.7Gold GeologicalParty, Shandong Yantai264004,Shandong,China）

Ravines deep,strong folding,fracture aspectof thewestern part in South Tianshan,Tectonic evolution of Mesozoic and the strong uplift in Xinjiang area,and the subsequent large-scale rift-subsidence of the Tarim Basin are closely related,are under the control of a typical basin-range coupling mechanism.Analysis from the stratigraphic distribution of involved in folding and regional tectonic deformation feature,the Xinjiang area on the basis of the original the Tarim block,because of large-scalemantle upwelling,occurred uplifting in the late Mesozoic,and north westernmargin ofwestern part in South Tianshan area formed strike NEE tectonicmagmatic belt.Since the Cenozoic,strong thermal thinning effectof axis part in the Xinjiang uplift,leading to upliftoccurred in the centralpartof large-scale rift,and gradually formed the Tarim basin.At the same time,tectonicsand magmatic activities formed orogenic belt of western part in South Tianshan and the Tarim Basin constitute the larger（topography）potentialdifference,causing from the NorthWest to South Eastdecoupling ofwestern part in South Tianshan.Regional fold formation for the first phase is transformed into a series of overturned fold,often show north west limb gently,strata are complete,the eastern limb steep or reversed nappe structure,even formed larger scale thrust-nappe structures in some anticline overturned limb,at the same time，produce a plurality of strike NW strike-slip fault,In order to regulate detachment inhomogeneity amplitude along strike.Therefore, western partof South Tianshan,and even thewhole Xinjiang area,the regional tectonic evolution of the Mesozoic and Cenozoic analyses the geodynam ic processes from the basin-mountain coupling.Perhaps this is to unravel key of complex deformation history of SouthwestTianshanmountain

basin-mountain coupling;tectonic evolution;folding;nappe structure;western part in South Tianshan

P542

：A

：1672-4135（2013）04-0241-08

2012-05-16

中国地质调查项目：新疆哈拉奇地区区域地质矿产调查（1212011120495）；新疆1∶5万卡克、色帕巴衣幅区域地质矿产调查（121201120661）

牛树银（1952-），男,教授，博士生导师,长期从事构造地质与构造成矿、控矿的科研与教学，

E-mail：niusy@sjzue.edu.cn。