準噶爾盆地南緣背斜構造變形與河流作用關系探討

（西北大學地質學系，陜西西安710069）

河流在山前帶構造變形的演化過程中所起的作用包括2個方面：一是河流下切形成河谷或是河流形態發生改變指示區域構造應力強弱以及構造變形的響應[1]，河流表面形態可以對前陸沖斷帶內褶皺橫向增長方向和增長速率提供有利依據[2-3]；另一方面，河流在強烈侵蝕下切過程中不僅引起地下巖石熱狀態發生改變，同時由于重力均衡作用造成河流兩側巖石的隆升，而且河流也扮演的是傳送帶角色，搬運大量物質到沖斷帶變形前緣影響前陸沖斷帶構造變形樣式和前陸盆地的沉積物充填演化[4-6]。

1 橫向河流

1．1 橫向河流的形成原因

在前陸褶皺沖斷帶發育2種類型河流，一是平行于造山帶和褶皺沖斷帶軸向的縱向河；另一是垂直于造山帶走向的橫向河，并且橫向河一般是縱向河的支流。其中橫向河流的形成有3種基本形式：①先成河。河流存在于構造活動之前，并且當河流的下切速率至少等于構造隆升速率時，河流將會下切隆升表面[7]。在隆升過程中其流路不變而只下切，河漫灘和階地都發生背斜狀變形，這是一種重要的局部新構造運動上升的標志[8]。②疊加河或后成河。在地殼隆升過程中河流流經較新的地質表面剝蝕表面松散層，下切早已形成的背斜構造形成橫向水系，無局部新構造運動隆升意義[7-8]。③溯源侵蝕或河流襲奪。侵蝕能力強的河流，奪取了侵蝕能力弱的河流上游河段，這種水系的演變現象叫做河流襲奪。它是由于河流的溯源侵蝕切穿了分水嶺，把分水嶺另一坡的注入其他流域的河流搶奪過來，變為自己的支流。這些河流的形成是由于內在和外在因素(氣候變化，構造作用等）共同控制。了解橫向河流的起源和形成機制可以加強理解前陸沖斷帶構造變形樣式的影響因素及前陸沉積盆地的充填演化。

1．2 山前帶褶皺變形和橫向河流作用

經研究發現，在山前帶地區最明顯的特征是橫向河流切割背斜軸部高點。Oberlander[9]在亞平寧山、扎格羅斯山、比利牛斯山、阿爾卑斯山、喜馬拉雅山和安第斯山山前帶地區觀察到橫向河谷穿越褶皺-沖斷帶背斜軸部高點現象，其中在亞平寧山中部的褶皺-沖斷帶橫向河流切割背斜軸部最明顯、證據最充足[10]，并認識到了河流切割剝蝕作用引起的河谷附近地殼物質的卸荷引起的淺層補償，可以造成高原兩側和山脈隆升[11-12]，可以進一步影響構造變形樣式[13]。

Simpson[13-15]的數值模擬研究表明，在橫向河流和構造變形的耦合過程中得出了3種不同結果：①擠壓作用和地表河流切割共同作用。在沖斷帶地表形成褶皺，并伴隨著擠壓作用的加強河流切割作用隨著增強，形成一系列雙傾伏褶皺并且河流切割褶皺軸部高點；②缺少區域壓縮作用，河流切割作用在影響地表變形作用較小；③只有區域變形作用，褶皺作用發生較有剝蝕作用影響下滯后。對比3種模擬結果可以得出：僅當河流下切侵蝕作用發生在區域擠壓造成地殼塑性變形期時，河流作用才可能影響構造變形，在壓縮環境下與沖斷帶相關背斜的演化和橫向河流網絡之間存在相互作用關系。

2 準噶爾盆地南緣構造與河流分布

準噶爾盆地南緣分布有3排褶皺沖斷帶[16-17]：山麓沖斷褶皺帶、霍爾果斯-瑪納斯-吐谷魯沖斷褶皺帶、獨山子-安集海沖斷褶皺帶，并且自南向北發育數條河流，這些河流大多橫向切割背斜拱頂(見圖1）。

圖1 準噶爾盆地南緣構造綱要和河流分布簡圖

3 第3排背斜變形和河流作用關系

獨山子-安集海背斜帶位于準噶爾盆地南緣由南向北的第3排背斜帶，向南發育有2排背斜帶，向北正在形成1個新的背斜構造、目前僅在地表表現為輕微隆起的西湖隆起；從西向東，有獨山子背斜、哈拉安德背斜、安集海背斜(見圖1），對于背斜的確切形成時代還存在爭議，筆者采用鄧起東等[18]和程光鎖等[19]的計算時間0．73Ma。

對于第3排背斜帶的形成原因以及地表幾何形態的描述已有諸多報道[18，20-24]：①獨山子背斜。位于獨山子-安集海背斜帶西段，背斜東西長約18km，南北寬4～6km。背斜隆起幅度大，變形強烈，背斜核部出露中新統，兩翼由上新統和下更新統組成，背斜南翼緩北翼陡，北翼地層出現倒轉，地表表現為不對稱背斜形態。奎屯河流向南北，橫穿獨山子背斜，形成多級階地，根據野外觀察，奎屯河河流階地在背斜段已發生褶曲變形，并且褶曲高點向北遷移。奎屯河現代河床寬度和河流比降也存在明顯變化，總體上表現為河流縱剖面形態變小。②哈拉安德背斜。位于獨山子-安集海背斜帶中段，是該背斜帶隆起幅度較小的一個背斜，地表表現褶皺程度不大，相對高差較小。背斜東西長約15km，寬6km，核部出露最老地層為上更新統。特里肯薩拉河橫過哈拉安德背斜和安集海背斜的過渡地帶，河谷發育三級階地，向西保留有該河的老河道。③安集海背斜。位于獨山子-安集海背斜帶東段，近東西走向，長約30km，寬5～6km，背斜核部出露最老地層為中新統和上新統，背斜總體上南翼緩北翼陡，北翼地層發生倒轉，地表表現為不對稱背斜形態。安集海河橫穿安集海背斜。

3．1 河流改道對背斜變形強度的指示作用

水系對于構造變形強弱及背斜構造的增長方向和速率具有一定的指示作用，賀電等[3]通過分析研究庫車前陸秋里塔格構造帶背斜的增長方式和水系的分布有著明顯對應關系。在準噶爾盆地南緣，已有學者描述過橫向河流的改道[1，18，25]。對于橫向河的改道原因，張銳等[1]認為是由于獨山子-安集海背斜帶在形成中西部構造變形強于東部，背斜地表形態表現上西部獨山子背斜隆升幅度大于東部安集海背斜，另外，根據平衡地質剖面計算出的獨山子背斜的縮短率為15．74%，大于安集海背斜的縮短率7．02%[1，26]，這很好的解釋了安集海河河流向東改道的原因，同時也說明了河流改道對于背斜變形強度有指示作用。但是對于河流改道原因筆者認為這不僅僅是取決于構造隆升的幅度，也跟河流本身的下切侵蝕速率有關，若河流下切侵蝕速率大于或等于構造隆升速率橫向河流將保持原來河道；若河流下切侵蝕速率小于構造隆升速率，則橫向河流發生改道。總之，安集海河河道向東變遷指示了獨山子-安集海背斜帶構造變形強度西部大于東部[1]。

3．2 河流作用影響背斜構造變形樣式

對于河流和構造變形之間的耦合作用已經有不少的討論，建立了相關數值模型[13，27-28]，也有不少的應用實例[4，10，29-32]。Simpson[13]的數值模型指出，在側向擠壓背景下，若橫向河流的形成時間和背斜的形成時間一致，河流將會影響背斜構造的變形樣式，形成不對稱雙傾伏褶皺。奎屯河橫切獨山子背斜軸部構造高點，對河流階地和河流沖積扇的研究表明[33-34]，奎屯河形成的時代至少在0．8Ma，獨山子背斜的形成年代采用前人的計算結果0．73Ma[18-19]，可以看出獨山子背斜與奎屯河的形成時代大體相當，并且在野外觀察到的河流階地的褶曲形態指示向北，并且對比奎屯河和安集海河穿越背斜軸部河流形態和河流階地可以看出，前者下切幅度較后者大[35]。綜上所述，筆者認為獨山子背斜在地表表現出的雙傾伏形態不僅是由于構造作用的影響，也應該考慮到橫向河流下切侵蝕對構造樣式的影響；且同為第3排背斜帶，有橫向河流強烈切割背斜軸部(獨山子背斜和安集海背斜）要比沒有橫向河流強烈切割背斜軸部(哈拉安德背斜）情況下的變形幅度大，褶皺程度強，河流(奎屯河）下切程度大背斜(獨山子背斜）隆升高度大。

4 第2排背斜帶和河流作用關系

根據霍瑪吐背斜帶的地表形態(見圖1）和橫向河流河谷階地，第2排背斜帶均為長軸背斜，北翼地層直立或倒轉，南翼地層傾角較緩，其中瑪納斯河是天山北麓發育的最大河流，且橫向切割瑪納斯背斜東段及吐谷魯背斜西傾伏端；塔西河橫向切割吐谷魯背斜東側中段以及呼圖壁河橫向切割吐谷魯背斜東側傾伏端；金溝河橫向切割霍爾果斯背斜中段，三個泉河橫向切割霍爾果斯背斜東段。地表觀察到的切割霍爾果斯背斜的金溝河和切割吐谷魯背斜的塔西河并沒有像第3排的安集海河和金溝河那樣發生改道，而是繼續保持原來的河道下切背斜帶形成深切河谷。

對第2排構造變形帶的縮短量和河流下切幅度的計算得出[18，36]，塔西河橫向切割吐谷魯背斜軸部高點的幅度與吐谷魯背斜大的地殼縮短量和高的隆升速率相一致，并且呈現出雙向耦合關系。在背斜形成時間上吐谷魯背斜比霍爾果斯背斜早大約2Ma。同為第2排褶皺-沖斷帶，變形時間和變形幅度有如此差異，這在一定程度上也反映了橫向河流切割作用對于背斜形成具有一定的控制作用。

另外，背斜帶的隆起中心由南向北遷移趨勢明顯，并且在吐谷魯背斜核部斷裂垂直位移速率在呼圖壁河為0．62～0．67mm／a；塔西河為0．84～0．91mm／a；瑪納斯河為0．28～0．43mm／a[36]，表明吐谷魯背斜由于塔西河的強烈切割和地殼縮短共同影響下核部斷裂中段垂直位移速率較兩翼大。綜上所述，該背斜帶構造形態和吐谷魯背斜高隆升速率可能與橫向河流剝蝕、搬運和沉積作用引起地表巖石熱狀態變化和改變巖石靜應力分布加快了該區巖石隆升有關。

5 結論與認識

1）安集海河和金溝河在穿越第3排褶皺帶時河流發生改道，筆者認為河流改道與河流本身的下切侵蝕速率也有一定關系，是否與河流發育、背斜構造形成時的氣候因素有關，這也是值得討論的。

2）對于不同的背斜，有橫向河流強烈切割背斜拱頂，橫向河流下切幅度大背斜隆升高度大；同一背斜，橫向河流切割背斜拱頂的隆升速率比背斜兩翼的隆升速率快。

3）在討論準噶爾盆地南緣褶皺-沖斷帶變形的受控因素時應該考慮地表作用的影響。

對于準噶爾盆地南緣河流發生改道，以及河流的地表過程對背斜構造變形樣式產生的影響缺少定量數據，對此還得做進一步的研究。

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