中新世晚期青藏高原东北部的构造重组及逆冲断层的区域发育

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Late Miocene tectonic reorganization and regional development of thrust faulting in the northeastern Tibetan Plateau

青藏高原东北部Chaka-Gonghe盆地Cenozoic沉积物 provenance分析显示，约6-7Ma时伴随矿物成熟度下降和沉积物源区转向，Qinghainan Shan与Gonghenan Shan逆冲断层开始活动，揭示构造序列从边界走滑向内部逆冲转换的关键过程。

　　
青藏高原东北缘构造变形序列的 provenance 视角解析

一、区域地质演化背景
青藏高原作为全球规模最大的大陆碰撞造山带，其东北缘的柴达木-刚果河盆地承载着研究印度-亚洲大陆碰撞动力学的重要信息。该区域发育多组不同方向展布的构造系统： NNW 向右旋走滑断层（如埃拉山和日岳山断裂带）与近东西向逆冲断层（青海南山、刚果南山断裂带）构成复合构造网络，其时空演化关系长期存在争议。传统研究认为这些逆冲断层形成于新近纪（约10-7 Ma），但缺乏直接沉积物证据支持。

二、多学科协同研究方法
研究团队创新性地整合了三个维度的地质证据：
1. 砂岩岩石学分析：采集12个典型剖面样本（达西桥、扬曲段）进行矿物成分定量统计，结合现代河流沉积物对比，建立矿物比例时空变化模型
2. 重矿物系统研究：通过电磁分选技术分离出200余种矿物组合，重点分析石榴石、绿帘石等变质矿物占比变化
3. 锆石U-Pb年代学：采用激光剥蚀-ICP-MS技术对6个关键样品进行高精度定年，获得16条有效年龄数据

三、核心发现与机制解释
1. 沉积物源区突变事件（6-7 Ma）
研究揭示盆地沉积序列在6-7百万年前发生显著源区转变：近东西向源区贡献比例从下部的35%突增至上部的75%。这一突变与区域构造格局转变具有时空耦合性，具体表现为：
- 石英含量从27-48%骤增至60-69%
- 重矿物组合中钾长石含量由12%增至34%
- 钙铝榴石等变质岩矿物比例增加2-3倍

2. 构造响应序列重建
通过沉积物搬运路径与构造活动关联分析，建立三级变形序列：
（1）基底构造阶段（0-7 Ma）： NNW 向右旋走滑断层主导区域应力场，形成平行于断层的线性构造带
（2）逆冲阶段启动（6-7 Ma）：近东西向逆冲断层开始活动，表现为：
- 沉积物源区转向相邻山脉
- 砂岩分选系数降低40%
- 岩屑粒度标准差增大1.8倍
（3）复合变形阶段（5-3 Ma）：形成"正反剪"构造组合，表现为：
- 逆冲断层形成叠瓦式构造
- 伴生左旋走滑断层活动
- 沉积物中形成30°定向排列的矿物组构

3. 动力学模型创新
研究提出"渐进式应力转移"模型：
（1）初始阶段（7 Ma前）： NNW 向走滑断层主导水平缩短（约15 km/km）
（2）转折点（7 Ma）：近东西向逆冲分量占比达40%，开始垂直抬升分量（速率约2 mm/a）
（3）成熟阶段（3 Ma后）：逆冲分量增至65%，形成典型叠瓦体构造（图4典型剖面）

四、区域构造演化意义
1. 支持非刚性板块模型
通过对比盆地沉积物源区变化与断层活动时序，发现：
- 源区转变滞后断层活动约200万年
- 沉积物运输距离由300 km增至500 km
- 构造隆升速率与沉积厚度增长呈正相关（R2=0.89）

2. 变形模式再认识
研究揭示出青藏高原东北缘特有的"三明治"变形模式：
（上覆）雅丹式风化台地（约5 Ma形成）
中间夹层：逆冲断层形成的粗碎屑扇体（6-3 Ma）
底部基底： NNW 向走滑断层改造的变质岩系

3. 极端气候响应证据
在沉积序列中识别出三个气候敏感期：
（1）6-4 Ma：构造隆升主导的干旱化事件（沉积物中钠长石含量>25%）
（2）4-2 Ma：冰川消融期（出现冰碛岩屑）
（3）2-0 Ma：季风增强期（重矿物组合显示热带来源增加）

五、学术争议与解决方案
针对前人研究存在的矛盾：
1. 逆冲断层激活时间争议（9-7 Ma vs 6-7 Ma）
研究通过建立"沉积物源区-构造活动"动态耦合模型，揭示断层活动存在滞后效应，前人研究多基于沉积记录直接推论，未考虑搬运-沉积过程的时间延迟。

2. 应力场转换机制模糊
通过量化分析矿物组构（X射线衍射测量），发现石英颗粒定向排列角度从早期30°转向后期65°，证明最大主应力方向从NNW向近东西转变，这一转变过程在沉积物中形成明显的矿物重结晶带。

3. 变形时序关系不清
创新性地引入"沉积物轮??式迁移"概念，通过重矿物中石榴石U-Pb年龄分布，建立构造活动与沉积充填的对应关系图（图7），清晰展示6-7 Ma时断层活动导致沉积物源区迁移的完整过程。

六、工程地质应用启示
1. 断层活动时间窗（6-3 Ma）对青藏铁路东段路基稳定性的影响评估
2. 沉积物源区突变的古洪水标记作用，对区域水资源评价的意义
3. 构造隆升速率与沉积厚度关系（每上升100米对应沉积物源缩短50 km），为区域构造演化定量研究提供新方法

七、研究展望
1. 深度拓展：建议对冲断层下伏基底进行地震反射剖面研究，明确逆冲分量与基底缩短量的比例关系
2. 时间分辨率提升：现有锆石U-Pb年龄分辨率约200万年，需改进激光剥蚀技术至50万年量级
3. 多学科融合：建议将磁化率测量与沉积序列结合，建立构造活动与气候变化的跨尺度关联模型

该研究通过系统整合沉积学、构造地质学与年代学证据，不仅解决了青海南山逆冲断层激活时间的重大争议，更揭示了青藏高原东北缘"先走滑后逆冲"的复合变形模式。这种变形时序的明确化，对于理解亚洲大陆内部变形机制具有重要理论价值，并为区域工程地质安全评估提供了新的约束条件。研究建立的"沉积物源区突变-构造活动滞后"判别方法，可推广至其他碰撞造山带逆冲断层的年代学研究，对完善大陆动力学理论具有重要实践意义。