伊犁盆地西北緣斷裂構造特征

西北大學地質學系大陸動力學國家重點實驗室 何旋

新疆地區在新生代時伴隨著印度板塊與歐亞大陸碰撞造成青藏高原形成并急速隆升，蘊含了大量構造學信息，因此新疆是研究和觀察新生代以來構造活動的理想場所，但對于伊犁大型山間盆地是否存在類似構造變形研究較少。本文選擇新疆伊犁霍城平原區為研究對象，并參與了《伊犁河谷第四系三維地質結構與含水層屬性專題研究》的野外地質調查項目，工作內容是對研究區域地層、巖石、構造等地質條件進行野外地質調查和取樣。以現有資料和野外地質觀察、室內實驗測試結果為基礎，運用多學科相結合的原理開展構造解析、巖石年代學研究等工作。

總結前人的研究成果，新疆伊犁盆地的活動斷裂主要有鞏留南、喀什河、雅馬特等[1]尹光華等[2]把沿喀什河畔的近EW向延伸的喀什河斷裂、博羅霍洛山南麓的寨口闊拉斷裂和薩爾布拉克斷裂總稱為喀什河斷裂。喀什河斷裂西段沿伊犁盆地北緣向西延伸出國界，進入前蘇聯境內。該斷裂帶向東經伊寧北，沿喀什河北岸到那拉提與NW、SE向構造帶交會。斷裂帶在中國境內總長約315km，總體走向為106°，北傾，傾角為60°-70°[2-3]。紅山嘴斷裂帶[4]兩側新近系與盆地第四系分界明顯，地形地貌差異突出，地貌上明確分隔了北部科古琴山的山麓地帶和山前沖積平原，從衛星圖片看，該斷層具有較明顯的線性影像特征，遙感影像清晰。向西進入哈薩克斯坦，往東地貌差異較小，遙感影像比較模糊。在中國境內的出露部分，西從中哈邊境的紅山嘴到東部的伊車嘎善鄉，長逾20km，斷裂南側地形較平坦[4]。天山兩側盆地新生代以來主要的構造活動和隆升期發生在上新世以來[5-7]，構造活動峰期在早更新世末[8]。進一步對該區域的地質構造進行深入研究，著重集中在薩爾布拉克斷裂、紅山嘴斷裂、霍城斷裂、三道河斷裂的樣式，對野外樣品采取光釋光測年、磨片鏡下觀察、ESR等實驗處理，綜合得出形成時間、形成過程及其影響。

本研究致力于揭示天山造山帶在新生代的內部構造和形成演化，著重研究紅山嘴斷裂的構造樣式，對于新疆伊犁霍城區規劃防震有著積極意義。

一、區域背景

伊犁盆地地處中亞內陸腹地—我國新疆天山山脈西段，區內分布著許多高山峻嶺，地形地貌較復雜，又有廣闊的山間平原盆地和河谷地，地貌單元總體呈“三山夾兩谷地一盆地”的格局，呈三角形，東部頂點為特克斯河與鞏乃斯河交匯處，西部底邊朝向中哈邊界，東高西低，地勢由東向西傾斜，東西長170千米。

在伊犁河谷平原西部，北側為別珍套山與科古（爾）琴山以及山前丘陵，南側為哈爾克山。平原區南部和北部為山前沖洪積傾斜平原，中部為伊犁河沖積平原，地勢上南北兩側高、中央低，東部高、西部低。平原西端開口處寬約90公里，沿伊犁河和鞏乃斯河向SEE延伸并最終合攏。

伊犁盆地是在伊犁—中天山微板塊的基底地塊基礎上發展起來的一個造山帶中穩定地塊上的裂陷拗陷復合型盆地[9]。張國偉等[9]將伊犁盆地劃分為以下次級山盆構造單元：伊寧—鞏乃斯斷拗陷疊合盆地、尼勒克斷陷盆地、昭蘇斷陷盆地、恰普恰勒(察布查爾)扇形擠壓推覆山地、阿吾勒拉隆起斷塊，簡稱“二山三盆”。

二、新生代地層

該地區下第三系主要巖性為土黃色、灰色砂巖、砂質礫巖夾砂質泥巖，主要出露在該區的木檜陽小隊周圍、妖魔山、解放村周圍以及克西克博樂薩依附近，出露面積大，與下伏地層的接觸關系為角度不整合接觸。中新統的主要巖性為磚紅色砂質泥巖、泥巖、砂巖、砂礫巖，主要出露在新路公社托特大隊伊克其小隊周圍，出露面積較大，與下伏地層的接觸關系為角度不整合接觸。上新統的主要巖性為橘黃色或土黃色泥巖夾礫巖、砂礫巖，主要出露在科古琴山東南部及勝利公社八大隊周圍，出露面積較小，與下伏地層的接觸關系為角度不整合接觸。第四系分布廣泛，主要為洪積與沖積物，為礫石、碎石、砂泥堆積物，未膠結成巖，其次為風積物和風成黃土、沼澤堆積、湖相堆積，見有少量冰磧堆積，分布在喀斯喀布拉克他烏山周圍、切特薩爾布拉克周圍及起巴爾塔勒喂然北部，為漂礫、礫石、砂堆積。

昌吉河群(（E3-N）ch)分為上下兩個亞群，整體顯現為紅色。下亞群的主要巖性為泥巖、砂質泥巖、砂巖、砂礫巖夾礫巖。上亞群的主要巖性為砂質泥巖、含炭質粉砂巖、砂巖夾礫巖。主要出露在區內北部的木檜陽小隊周遭、妖魔山、解放軍村周圍，出露面積大，其與下伏地層的接觸關系為整合接觸，個別地方因斷裂造成不整合面。西域組（Qp1x）的主要巖性為棕青色礫巖，膠結好，礫石層夾灰黃色粉砂泥層，因剝蝕和人為因素而出露，其主要出露在科古琴山的東部及湯姆索布拉克北部地區，出露面積小，與下伏地層的接觸關系為角度不整合接觸。烏蘇群（Qp2ws）主要為礫石、粗砂、亞砂土，主要出露在阿爾瑪依附近并向東延伸到沙爾布格順西部地區，出露面積較大。

三、逆沖褶皺帶構造樣式

伊犁盆地正處于強烈的地震活動帶［5;7;10-14］，屬于地殼不穩定區[15]，據1955年至1988年一、二等精密水準測量顯示，伊寧一帶沉降速率為-2mm/a[7]，說明現在伊犁盆地仍處于活動之中。研究區所在的伊犁盆地地質構造比較復雜，構造形成始于震旦紀之前的呂梁期，經古生代的加里東期，尤其是海西期表現更趨強烈，基本形成了區內構造的骨架，后期又經歷了中生代的燕山運動和新生代的喜馬拉雅運動，形成了目前的構造形態[16]。

新生代以來，由于印度板塊向歐亞板塊自南而北的擠壓影響，青藏高原也在不斷隆升，而青藏高原隆升對中國西部環境變遷起著決定性影響[17]。新疆第四紀構造應力場和現今應力場是一致的，為一近南北向水平壓應力[18]。這一南北向應力作用逐漸形成了現今復雜的伊犁盆地格局，而盆地西部平原區的北緣主要是自北向南逆沖，南緣主要是自南向北逆沖，整體呈現對沖式的沖斷構造系統，中間也夾雜著其他性質的次級斷裂，同時在擠壓的作用下，南、北緣褶皺也較為發育，其中北緣表現為隔槽式褶皺。

該研究區北部為伊犁盆地的控盆斷裂，控盆斷裂主要有六條，由北向南分別為盆地北界斷裂、薩爾布拉克斷裂、蘆草溝斷裂、紅山嘴斷裂、可克達拉斷裂、霍城斷裂。研究區可見西西北或東西走向的薩爾布拉克斷裂、紅山嘴斷裂，中間為霍爾果斯—大西溝背斜。薩爾布拉克斷裂北為中石炭統火山巖系，南主要為二疊系火山沉積巖系和新生界，紅山嘴斷裂北側主要為新近系，南側為上更新統黃土和全新統沉積物。

本文主要觀察了薩爾布拉克斷裂和紅山嘴斷裂，重點是紅山嘴斷裂及其構造特征。

薩爾布拉克斷裂位于研究區的北部，其延伸很遠，基本橫跨整個研究區北部，東部經薩爾布拉克鄉牧業一隊、蘆草溝鄉牧場剪毛場，過大小西溝、切得克蘇河、霍爾果斯河向西延伸到哈薩克斯坦。在薩爾布拉克鄉牧業一隊東南500米（N44°17′24.45″，E81°6′22.4028″，H1214.6m）可見新疆群的礫石層角度不整合于烏蘇群的礫石夾粗砂地層之上。下部的烏蘇群地層的產狀為240°∠19°。表明中更新世至晚更新世早期該斷裂活動過，該角度不整合受薩爾布拉克斷裂的影響，為其活動的表現。不整合面上方采光釋光樣（樣品編號：OSL-YLa-46），用于不整合面的年代上限測量，實測年齡為 70.06±11.12ka。

紅山嘴斷裂位于伊犁盆地北緣，行政區劃屬于新疆維吾爾自治區伊犁哈薩克自治州霍城縣斷裂帶兩側，新近系與盆地第四系分界明顯，地形地貌差異突出，地貌上明確分隔了北部科古琴山的山麓地帶和山前沖積平原。該斷裂為另一支控盆斷裂，走向近東西，由西經六十一團場水工連，過格干溝牧場，延伸到伊車嘎善錫伯族鄉。其為前陸逆沖褶皺帶的前鋒斷裂，該斷裂空間上呈NWW向展布，斷層面傾向330°～340°，傾角為50°～60°，向西延伸進入哈薩克斯坦，向東可能與喀什河斷裂相連。地表主要表現高角度逆沖斷層，上盤主要為新近系紅層，下盤為全新統砂土卵礫石層和上更新統黃土堆積。在開干村北500米處（N44°17′36.7152″，E80° 30′10.944″，H974.9m）可見紅山嘴斷裂褶皺的斷裂。該處的上層為礫石、砂的松散堆積物（Qp3xn），下層則為頁巖、細砂巖、粉砂巖、夾泥巖的互層(（E3-N）ch)，且在該剖面上可見次級正斷裂。主斷裂切穿了下層地層，被上層地層覆蓋，由擦痕判斷為逆沖斷裂，由南向北沖，其斷層面的產狀為180°∠58°。在該剖面南部不遠處可見兩個向東傾的小型正斷層，其產狀分別為83°∠60°、96°∠60°，為紅山嘴斷裂的次級斷裂，表明紅山嘴斷裂活動在第三紀之后即昌吉河群形成之后。在開干溝北部存在一不整合面，新疆群不整合覆蓋在西域組地層之上。下部西域組地層的產狀為347°∠28°，下部地層的砂巖中取細砂樣（樣品編號：KGG01-B1）ESR年齡測試結果為913±100ka。

四、區域構造發展期次

新疆伊犁霍城平原區為逆沖褶皺帶，大體為由N向S的逆沖推覆構造，其中不乏疊瓦狀斷裂、正斷裂以及反向逆沖斷裂。根據資料文獻、野外觀察以及室內試驗，可以將該地區的構造活動分為3期，時間分別為早更新世、中更新世、晚更新世—全新世。

早更新世時，該區內受到南北向擠壓，伊犁盆地西北緣形成紅山嘴斷裂與霍城斷裂，形成兩條重要的控盆斷裂；中更新世時，區內持續受到南北向擠壓，擠壓力傳播蔓延進入盆地，使第四紀地層變形，形成隔擋式薄皮褶皺；晚更新世時，區內仍受南北向擠壓，在西北邊緣沙漠的北緣形成可克達拉斷裂。研究區內構造隨著時間步步向南發展，地勢由北向南慢慢變緩。

五、結論

（1）新疆伊犁盆地位于天山造山帶中，隸屬塔里木板塊，新生代以來受到西伯利亞板塊、華北板塊與揚子板塊擠壓。

（2）新生界地層卷入推覆構造中，新疆伊犁盆地西北緣形成一系列逆沖斷層，由北向南依次為薩爾布拉克斷裂、蘆草溝斷裂、紅山嘴斷裂、可克達拉斷裂、霍城斷裂，主要包含在三期構造活動中，具有層層向南推進的特征，因地層收縮量大，表現為逆沖疊瓦式組合，夾有一些反向逆沖斷裂及正斷裂，其中發育逆沖推覆褶皺其基地未被卷入，為薄皮構造。在野外斷裂構造處可以看到具體表現為錯動地層、“δ”構造、牽引構造、破碎帶、鏡面、擦痕，借此來判斷斷裂的性質。

（3）薩爾布拉克斷裂空間上呈NWW向展布，由北向南逆沖，其延伸最長，為科古琴山的山前斷裂。

（4）紅山嘴斷裂空間上呈NWW向展布，斷層面傾向330°～340°，傾角為50°～60°，該斷裂兩側地層年代差異較大，南側為第四紀地層，北側為新近紀地層，結合衛星圖、地質圖可知紅山嘴斷裂產生于早更新世早期，結合鉆孔與野外觀察，紅山嘴斷裂切穿了早更新世、中更新世、晚更新世的地層，可知其屬于活動斷裂。

（5）伊犁盆地東北部的控盆斷裂為霍城斷裂，該斷裂空間上呈NW向，展布、地表表現為逆沖斷層，由東北及北方向南逆沖。再結合野外樣品的室內處理及野外地層穿切關系，可知霍城斷裂其次級斷裂存在同沉積斷裂，可判斷出霍城斷裂形成于第三紀時。

（6）霍爾果斯-大西溝褶皺為隔槽式褶皺。在研究區西北部，褶皺帶為前陸沖斷褶皺帶，自北向南呈隔槽式。在造山帶區由一個窄的向斜和一個大型箱式背斜組成。褶皺空間上呈NS向分布，北起薩爾布拉克斷裂，南止紅山嘴斷裂，主要由昌吉河群紅層和新疆組礫石層地層組成。

（7）綜合各種野外現象、實驗數據，得出研究區在第四紀以來發生過三次大的構造變形，整體為褶皺沖斷帶。