崆峒山区域新构造运动研究进展＊

桂先刚，梁收运，周自强，白晓华

(1.兰州大学土木工程与力学学院，甘肃兰州 730000；2.甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所，甘肃兰州 730000)

新构造运动作为强烈的内动力地质作用，是地球演化和环境变迁的重要因素之一。目前，新构造运动已被大多数学者定义为新近纪以来所发生的构造运动[1]，但对其起始时间尚有不同见解，跨度从古近纪中期到第四纪中更新世初[2]。新构造运动对地形地貌演化、地质构造发育及气候环境变化[3]等都有显著影响，控制了夷平面形成及河流阶地发育[4-5]，也因此受到众多学者关注[6]。

崆峒山位于六盘山东麓，是我国发现古老地层(三叠系)中发育最好的一处丹霞地貌，具有重要的科研价值和极高的观赏价值[7]。该区域地处青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块的过渡区域。区内夷平面、剥蚀面及河流阶地等层状地貌在空间上鳞次栉比、错落有致，反映了新构造运动的阶段性、间歇性和复杂性。为了崆峒山国家地质公园的可持续发展，前人从地质地貌学[8-9]、古土壤学[10]、热释光年代学[11-13]及电子自旋共振年代学[9]等方面进行了大量的研究，取得了丰硕的成果，但在以新构造活动为主的相关研究领域仍然存在分歧，如地层时代、地貌年龄及地貌演化等。因此，总结崆峒山地区新构造运动研究成果，可为准确厘定地貌年龄和恢复地貌演化历史提供依据。

1 区域地质背景

崆峒山位于祁连造山褶皱带东缘、鄂尔多斯地台西侧、兰山—六盘山褶皱带南段[14]，处于鄂尔多斯盆地与六盘山的过渡地带，大地构造位置独特。其中，鄂尔多斯盆地自早白垩世以来长期处于缓慢抬升剥蚀状态[15]；六盘山作为青藏高原的东北缘边界，其构造复杂，是青藏高原东北缘的强烈变形区[16-17]。

区内的构造线基本上为近SN 或NNW 向，构成南北向展布的贺兰褶皱带构造格局，表现为三条互为平行的褶轴和冲断面组成的复式背斜。崆峒山在店洼—太统山—大台子复背斜和小黄峁山—三关口—沙南复背斜之间，是古城—崆峒山—宋庄复向斜的一部分[18-19]，处在青铜峡—固原断裂和青龙山—平凉断裂之间[20]，次级断裂发育。

崆峒山地区主要由奥陶系、二叠系、三叠系、白垩系、古近系、新近系和第四系等地层组成，在多期次构造运动影响下，该区缺失了志留系、泥盆系、石炭系和侏罗系地层[21-22]。

对于崆峒山丹霞地貌的成景地层的认识有不同的观点，一种认为是侏罗系，另一种认为是三叠系。毕庆昌和徐铁良等创名崆峒山砾，其层位应属中侏罗纪或上侏罗纪，康立权等结合野外观察和区域地质资料，初步认为“崆峒山砾岩”与陕西省芬芳河组为同一套地层，时代属上侏罗统[21]。甘肃省地质矿产局[22]根据采集到的少量植物化石，确定这套砾岩的地质年代属于中三叠世晚期至晚三叠世。裂变径迹年代学表明崆峒山组砾岩为晚三叠世沉积[23]。陈致均根据部分地段远观到的岩性和地层产状的差异，认为崆峒山丹霞地貌由上三叠统延长群(T3y)与下白垩统三桥组(K1s)的陆相紫红色碎屑岩组成[24]，两套地层为不整合接触关系，但尚未发现典型的古风化壳剖面。

2 夷平面及河流阶地

夷平面是由于剥蚀和夷平作用所产生的，以截面形式横切过一切年龄上先于它的地层和构造的一种平缓地形，包括有山顶面、剥蚀面、准平原及侵蚀面等，是地貌发展终极产物(准平原和山麓剥蚀平原)经抬升破坏或埋藏的结果[25-26]。夷平面在地貌形成演化和新构造运动研究中占有极其重要的地位，称之为高原隆升的出发点和起跑线[27]。河流阶地作为记录构造运动和环境变化的重要载体，可以用来反演区域构造活动、气候变化等内动力过程[28-29]。因此，深入研究夷平面、河流阶地等层状地貌有助于探讨地壳隆升过程及地貌演化历史。

2.1 夷平面

近年来，为厘定崆峒山丹霞地貌演化历史及地貌年龄，学者们在六盘山东麓的崆峒山做了大量工作。陈致均等和齐德利等认为崆峒山现存三级剥蚀面，其中一级剥蚀面香山的海拔为2123m，二级剥蚀面隍城为2038m，三级剥蚀面以中台为中心的五台地区，海拔为1870～1920m[11,30]。黄进通过对泾河阶地测年，根据崆峒山三级剥蚀面的拔河高程，采用“黄进地壳上升速率计算公式”得到崆峒山三级剥蚀面的年龄分别为13.20Ma、11.52Ma 和8.71Ma[12]，即崆峒山形成于中新世中晚期。

前人对青藏高原及其周缘山系的夷平面发育特征和形成、解体时代已开展了大量的调查研究[26-27,31-32]，普遍存在两级公认的夷平面(山顶面和主夷平面)和一级剥蚀面。喜马拉雅造山运动的开始，高原经过三期隆升两次夷平。青藏高原三级夷平面的形成时代分别为渐新世至中新世早期、中新世晚期—上新世晚期(7.0～3.6Ma)、1.8Ma 以来(一般在1.8～1.4Ma)。

陕甘宁青地区夷平面主要发育三级[10,33]，这三级夷平面现今分布在不同的高度。

第一级夷平面形成于早第三纪或渐新世至中新世早期，在六盘山地区，该级夷平面切割最新地层多为下白垩统，现在这级夷平面主要表现为残山，在整个黄土高原地区该级夷平面被称为北台期夷平面。六盘山地区的山顶面在此时形成，南部一带现今海拔为2600～2800m。

第二级夷平面切过的最新地层为上述第一级夷平面的相关堆积，在上新世末期完成了该级夷平面的塑造，现今海拔高程2200～2400m。宋友桂认为[10]六盘山以东的红层或红黏土开始堆积之前，六盘山主峰和山麓地区以及中央黄土高原基底基本处于同一高度，至约8.1Ma 时已趋于夷平状态，形成一级夷平面，该夷平面可与青藏高原上广泛分布的第二级夷平面(主夷平面)对比。其后约5.2Ma 时六盘山发生小规模隆升，并遭受剥蚀形成山麓剥蚀面。

第三级夷平面形成于早更新世后期至中更新世初期，在中更新世后期开始抬升，现今海拔1800～2000m。杨东等[34]对六盘山西麓剥蚀面的研究认为，该地区3.6～1.8Ma 的构造运动处于一种长期的剥蚀状态，除局部外绝大部分发育成山麓剥蚀面即甘肃期准平原[35]，此剥蚀面指示了一次强烈的构造运动，对应于“青藏运动C 幕”。

尽管青藏高原与六盘山地区同级夷平面高程不同，但夷平面的特征和时代可以比较，说明在区域上地壳隆升具有历史一致性。崆峒山位于六盘山东麓，处于山麓地带，属六盘山支脉，其夷平面发育级数及时代宏观上应与六盘山一致。李玉龙等[36]根据陕甘宁青夷平面展布情况，大致得到崆峒山山顶面对应于六盘山的二级夷平面，这与崆峒山第一级夷平面时代为13.2Ma 的观点分歧较大。

2.2 河流阶地

六盘山东麓河流较为发育，主要有泾河及其支流，泾河横穿崆峒山，河流阶地发育，在风成黄土的覆盖下，其河流阶地序列保存相对完整，是六盘山及崆峒山第四纪以来构造隆升的良好地貌记录。目前认为六盘山东侧泾河发育有五级阶地[9,37]。

前人利用光释光(OSL)、电子自旋共振(ESR)测年，确定了崆峒山东侧的柳树沟泾河五级阶地的发育时代分别为541ka、477ka、279ka、60ka、8ka。陈致均等对泾河二级阶地的TL/OSL 测年结果为72～77ka[30]，二者基本相当。

青藏高原东北缘河流阶地的形成主要受印度板块向欧亚板块碰撞作用的远程效应和第四纪以来地壳周期性隆升所控制，不同区域的地壳隆升幅度、速率可能不一样，但隆升的周期和时间应具有一致性[38]。因此，可以对各河流的阶地发育年代进行时间上或空间上的对比。鄂尔多斯盆地周缘黄河发育有六—七级阶地[39-40]，黄河阶地的年代通常被作为河流阶地研究的年代标尺[41]。泾河的五级阶地通过与鄂尔多斯高原周缘河流阶地的对比，其测年结果与前人测试数据基本吻合。

赵秋晨等计算得出，柳树沟泾河阶地在600～250ka 期间堆积了巨厚砾石层，是对六盘山隆升的沉积响应，堆积速率0.31m/ka；高家山剖面这个时期对应下切，下切速率0.37m/ka，二者基本一致，为晚第四纪六盘山及崆峒山的隆升速率提供了粗略的定量约束。总体来看，三级夷平面及五级阶地等层状地貌现象，反映了崆峒山在新构造运动作用下差异性、间歇性、阶段性升降的特点。

3 构造地貌演化

中生代以前，崆峒山以隆起遭受剥蚀为主，地壳发生多次颤动性升降，几度出现沉积间断。三叠纪时，古地理表现为内陆盆地，沉积了巨厚的陆相粗碎屑岩，晚三叠纪盆地受到印支运动影响，整体抬升，致使侏罗纪处于到剥蚀状态，并经历了氧化—还原—氧化沉积环境的变化构造旋回[7]。强烈的构造运动使下白垩统不整合于上三叠统之上。

侏罗纪末至白垩纪初，受燕山运动影响，本区再次形成较深的山间盆地，接受了巨厚的六盘山群砾岩沉积。早白垩纪末期至古近纪，在燕山运动第Ⅳ幕的影响下，六盘山地区在NW-SE 方向的挤压作用下发生构造反转，整体缓慢抬升[42-43]，使盆地遭到破坏，结束了沉积而转变为剥蚀区，导致缺失了晚白垩世—古新世地层。在强烈的构造运动下，下白垩统地层中产生许多高角度断层，发育有五组节理，倾角在70°以上的节理占59.3%[44]，这些断裂构造明显控制了崆峒山微地貌的形成与演化。

至始新世初期，形成与晚中生代以来一直缓慢抬升和剥蚀的鄂尔多斯盆地相连通的古夷平面[15]。45Ma 以来印度—欧亚板块接触碰撞，青藏高原开始隆升，早期形成的六盘山—鄂尔多斯区域性古夷平面解体，随后经历了45～40Ma、36.1～29.3Ma、18.9～17Ma 和12～10Ma 四次阶段性隆升事件[45-46]。

宋友桂等对朝那红黏土研究认为，经晚中新世以前的长期剥蚀夷平，六盘山主峰和山麓地区以及中央黄土高原基底(海拔1100m) 大致处于同一高度，到约8.1Ma 时形成一级夷平面(主夷平面)，至鄂尔多斯高原开始堆积红黏土时[10,47]，该夷平面解体，六盘山主体开始隆起，以东的黄土高原则相对下降，初步形成六盘山东西地貌差异。这次隆升在青藏高原多地均有表现，拉开了“青藏运动”序幕[48]，是现今高原地貌雏形的开始。崆峒山位于六盘山山麓地带，属隆起区内，香山夷平面解体大体对应于5.2Ma 的隆升事件。

新近纪至早第四纪，区域内发生数次间歇性升降运动，在新构造运动差异升降作用下，崆峒山地区形成多级剥蚀面，随着断块不断抬升剥蚀，造成了崆峒山赤壁遍布、沟壑幽深、峰峦叠嶂的地貌，奠定了区域整体地貌基础。

晚第四纪以来，崆峒山主要表现为河流强烈下切，形成多级阶地。六盘山东侧的泾河普遍发育的五级阶地(如柳树沟)，正是晚第四纪以来六盘山及崆峒山构造隆升的地貌标志。

4 动力学机制

崆峒山地处青藏高原东北缘六盘山与鄂尔多斯地块的过渡地带，新构造运动与青藏高原及鄂尔多斯地块的构造活动密切相关。

早白垩世早期六盘山盆地受到了E-W 向的引张伸展应力，这组驱动力应该是来自西太平洋对欧亚板块的俯冲[42]，早白垩世晚期，构造应力发生了转换，由E-W 向转为NW-SE 向，可能是由于块体边缘应力的调整造成。

在喜山期，鄂尔多斯地块及邻区的构造最大主压应力方位为30°～120°，显示出来自西南方向的特提斯构造演化对鄂尔多斯地块的影响占主导地位[49]。邓起东等通过对鄂尔多斯西南缘地震震源机制、水压致裂、孔壁崩落、套心解除、断裂滑动矢量和地震地表破裂分析表明，鄂尔多斯地块区域应力场的基本特征是主压应力方位为NE-NEE 向[50]。

新构造时期，受印度板块向欧亚板块挤压碰撞的影响，中国西部处在强烈的挤压应力环境中，开始了地壳缩短和加厚的过程。无论是早期、还是后期的应力作用，其主压应力轴均为近水平，反映了该区构造活动的动力主要来自块体间的水平挤压作用[1,17,51]，肖骏等运用光释光定年技术，研究认为青藏高原东北缘在晚第四纪依然存在持续的扩展[52]。

总之，崆峒山区域新构造运动的主要动力来源于印度板块向欧亚板块挤压碰撞，其新构造演化和地壳变形隆升过程宏观上受制于印度板块向欧亚板块碰撞俯冲作用过程。六盘山及崆峒山的构造变形与青藏高原隆升反映了同一个构造动力学背景和机制。

5 结论

近年来众多学者围绕崆峒山新构造特征、层状地貌(夷平面、河流阶地)、地貌演化及动力学机制等方面开展了大量的研究工作，取得了丰富成果，但在许多方面仍然分歧较大，尚需深入研究。

1)形成崆峒山丹霞地貌的延长群(T3y)与三桥组(K1s)之间的不整合接触关系，主要是依据部分地段远观到的岩性和地层产状的差异所确定，多数地段难以区分，尚未发现典型的古风化壳剖面。这两套地层的不整合界线及岩性差异、甚至地层时代都有待进一步调查研究。

2)崆峒山处于六盘山东麓，对区域新构造运动过程的认识，受制于对六盘山甚至更大区域新构造运动的研究成果。目前对崆峒山区域夷平面的认识分歧较大，一种观点认为崆峒山发育有三级夷平面，分别形成于13.2Ma、11.52Ma 和8.71Ma；而主流观点认为在整个六盘山区域存在三级夷平面，其中的二级夷平面大体对应于崆峒山的山顶面，应该形成于5.2Ma。

3)晚第四纪以来，崆峒山地区表现为河流强烈下切，山前形成了五级河流阶地，尚缺乏对山区内河流阶地的研究，而山前断裂两侧的新构造活动存在显著差异。应加强崆峒山山前断裂活动性及两侧河流阶地的调查及对比研究，为崆峒山的隆升过程及速率提供定量约束。