北阿尔金断裂新生代构造活动特征及意义:来自地貌分析与热年代学的证据

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长达~1600 km的阿尔金左旋走滑断裂系是青藏高原的北部边界,也是影响高原向北扩展的重要边界条件。目前对阿尔金断裂系新生代以来的运动学过程认识尚存争议,主要原因之一在于对分隔塔里木盆地和阿尔金山的边界断裂——北阿尔金断裂的活动时间与方式等还不清楚。为此,本文以北阿尔金断裂为研究对象,利用活动构造地貌分析、基岩和碎屑热年代学定年与反演等手段,对北阿尔金断裂第四纪以来的活动构造特征、新生代的起始活动时间与运动方式开展了系统研究,并与整个青藏高原的隆升扩展特征进行了对比,取得了以下认识:(1)利用DEM数据提取了穿过北阿尔金断裂的18条河流及相关汇水盆地的地貌信息,分析了河流平、纵剖面形态、标准化河流长度坡度指数(SLK)、标准化河流陡峭指数(Ksn),以及汇水盆地面积-高程曲线和积分(HI)等多个构造地貌指标参数,以此来研究北阿尔金断裂晚第四纪以来的活动性和活动方式。结果表明北阿尔金断裂西段河流纵剖面和汇水盆地面积-高程曲线呈上凹型,河流纵剖面上发育小规模的裂点,SLK、Ksn和HI值相对较低。与之相反,其东段河流纵剖面大都呈上凸和平直型,在北阿尔金断裂上盘发育较大规模的河流裂点,对应着高的SLK和Ksn值;面积-高程曲线形态以S型和上凸型为主,HI值也相对较大。上述地貌指标反映北阿尔金断裂东段的地貌活动性较西段强,推测与东段正好位于南阿尔金断裂阿克图受阻双弯曲北侧,受其强烈侧向挤压所致。此外,河流穿过北阿尔金断裂没有发生系统的左旋位错,新发现的一条错断晚第四纪冲积扇的前锋断裂也呈现出典型的逆冲特征,表明北阿尔金断裂在晚第四纪以来以逆冲运动为主。结合前人研究结果,我们推测北阿尔金断裂在晚新生代存在从走滑向逆冲的构造转换,且与南阿尔金断裂之间存在密切的相互作用。(2)在对北阿尔金断裂上盘(阿尔金山北缘)保存较好的高海拔、低起伏平坦面开展精细地貌分析的基础上,以这些平坦面为参考,开展了基岩和碎屑磷灰石(U-Th)/He定年分析和反演模拟工作,揭示了北阿尔金断裂新生代的起始活动时间,以及构造隆升与气候变化在该地区的相互作用。基岩磷灰石(U-Th)/He深度剖面(以参考面为基准)以及QTQt热史模拟结果表明阿尔金山北缘在约~36 Ma时由长期的缓慢冷却阶段(<1°C/Myr)进入快速冷却阶段(~36-31 Ma期间为~12°C/Myr,<31 Ma为~4°C/Myr);而碎屑磷灰石(U-Th)/He的年龄分析和反演结果却表明阿尔金山内部的快速岩石剥露发生在~17 Ma之后。考虑到基岩样品大都位于阿尔金山山前且靠近北阿尔金断裂,而碎屑磷灰石颗粒主要来自于南侧~10-30 km的阿尔金山内部,我们认为基岩结果反映了北阿尔金断裂在~36 Ma开始活动,导致其上盘阿尔金山的隆升,但是由于该地区气候干旱,剥露主要发生在山前地区而没有向阿尔金山内部传递;在~17-14 Ma的中中新世气候适宜期,该地区气候变得湿润,侵蚀能力增强,河流由山前向阿尔金山内部快速溯源侵蚀,导致碎屑磷灰石中记录了~17 Ma的快速剥露事件。也就是说,研究区的快速剥蚀滞后于构造隆升达~19 Myrs。(3)对包括本文研究成果在内的青藏高原边缘和内部的基岩低温热年代学数据(以具有较好的高程剖面约束数据为主)进行了系统的总结,计算了青藏高原新生代以来的剥蚀速率平面分布。结果表明,青藏高原边缘地区在~45-25 Ma就已经陆续发生了较为快速的剥蚀(最快~0.9 mm/yr),但现今的快速剥蚀事件(有一半达2 mm/yr以上)普遍发生在~20-15 Ma以后。该结果与本文在阿尔金山北缘的结果较为一致,即印藏碰撞的远程效应导致的构造隆升在晚始新世-渐新世时就已经传递到了现今青藏高原的边缘一带,现今热年代学所普遍揭示的中中新世及以后的快速剥蚀可能是在持续构造隆升形成的地形基础上,气候变化使得剥蚀加快所致,或者地表隆升到一定幅度后,河流侵蚀能力快速增强所致。
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