（构造地质学专业论文）宁夏海原断裂带山前河谷的基本特征及所反映的构造运动.pdf

宁夏海原断裂带山前河谷的基本特征 及所反映的构造运动 地球科学系构造地质学 刘世宁 导师：张珂 摘要 青藏高原的形成演化是当今地学研究热点，是解决新生代许多重大问题的关 键。青藏高原内部以整体抬升为主；边缘以差异抬升为主，地形反差明显，因而 其边缘比内部对构造演化表现得更加清楚，是揭开高原形成演化之谜的关键。 宁夏海原断裂带是紧靠青藏高原东北缘的重要边界断裂，具有规模大、切割 深、挤压变形强、左旋走滑量大，以及发震强度大等特点，成为青藏高原东北缘 研究的焦点。 然而，园河等大型河流横穿海原断裂带后，河道并没因断裂走滑影响而弯曲。 前人虽针对断裂带进行过大量的研究，但却未能解释园河等没有因断裂大幅度走 滑而弯曲的现象。显然，运用水系错断或同步弯曲现象研究断裂走滑运动的传统 研究方法在此遇到了困难。 研究表明，河流在穿越走滑断层除了发生错断或同步弯曲外，还能形成不对 称谷地的现象，特别是对于侵蚀力大的河流，这些河流不会因断层的走滑运动发 生弯曲，而只表现出谷地发育的不对称性，断层走滑量等于不对称谷地的宽度， 据此可计算谷地形成以来断层走滑量。 论文对穿越断裂的园河、贺堡河、杨坊河、马营河和沙沟河进行了详细考察， 并实测这些河流阶地的高度、宽度，将海原断裂带山前河流阶地划分为堆积阶地 与基座阶地两类。通过对这两类阶地的研究得出不同阶地对应不同构造成因的认 识：基座阶地反映了海原断裂带北盘由西向东的掀斜及由东向西的运动；堆积阶 地则反映了香山一天景山断裂活动造成下游峡谷的堵塞事件。 此外，结合基座阶地上覆沉积物的古地磁定年与黄土一古土壤粒径分析，推 算出早更新世以来本区构造运动与河流地貌演化过程。河流的出现顺序依次为园 河、马营河、贺堡河、杨坊河、沙沟河。海原断裂带早更新世晚期以来左旋走滑 最大位移为7 k m ，走滑速率为6 7 3 m m a 。 海原断裂带和香山一天景山断裂带的活动使两套特征各不相同的阶地系统 叠加在一起，而这些阶地，又被黄土所覆盖。我们的工作，就是筛分出相互叠加 的阶地系统，揭示了两套阶地系统的构造成因，把黄土这层“面纱”揭开，还构 造运动与地貌演化的真实面目。 关键词：海原断裂带，河谷，不对称谷地，基座阶地，堆积阶地 i i t h eg e o m o r p h i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h er i v e r v a l l e y si nf r o n to fm o u n t a i nr a n g e o ft h eh a i y u a nf a u l tz o n e ，n i n g x i ah u i a u t o n o m yr e g i o na n d i t se x p r e s s i o no n n e o t e c t o n i cm o v e m e n t s t r u c t u r eg e o l o g y l i us h i n i n g s u p e r v i s o r ：z h a n gk e a b s t r a c t t h ef o r m a t i o na n de v o l u t i o no ft h eq i n g i l a i t i b e tp l a t e a ui sak e yt ob e t t e r r e s o l v em a n yi m p o r t a n tp r o b l e m si nc e n o z o i cg e o s c i e n c e s t e c t o n i ce v o l u t i o ni s s o m e t i m e sm o r eo b v i o u sa l o n gt h em a r g i n a lt h a nt h ei n t e r n a la r e ao ft h ep l a t e a u b e c a u s eo fw h o l eu p l i f ti n s i d eb u tc o n t r a s tu p l i f tm a r g i n a l l y t h eh a i y u a nf a u l tz o n ei sa ni m p o r t a n tt e c t o n i cb o u n d a r yc l o s et ot h en o r t h e a s t m a r g i no ft h eq i n g h a i t i b e tp l a t e a u i ti sc h a r a c t e r i z e db yi t sl a r g es c a l e ，d e e pc u t i n t ot h ec r u s t ，a p p a r e n ts i n i s t r a ls l i p ，a n di n t e n s i v ee a r t h q u a k e s ，w h i c hm a k ei t b e c o m eo n eo ft h ef o c a la r e at os t u d yn o r t h e a s tm a r g i no ft h ep l a t e a u h o w e v e r , w h e nl a r g er i v e r s ，e g ，t h ey u a nh er i v e r , c r o s s i n gt h eh a i y u a n f a u l t z o n e ，t h e i rv a l l e y ss h o wn oo f f s e tb u ts t i l ls t r a i g h t t h ef o r m e rr e s e a r c h e r sh a dp a i d m o r ea t t e n t i o nt os t r u c t u r a ld e f o r m a t i o na l o n gt h ef a u l tz o n e ，b u tt h e yd i d n te x p l a i n f e a t u r ea b o v e o b v i o u s l y , t h et r a d i t i o n a lm e t h o dm e e t sd i f f i c u l t yt h a tt h eh o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n to fas t r i k e s l i pf a u l ts i n c et h ef o r m a t i o no fa no f 氏e to rd e f l e c t i o n c h a n n e l sc a nb em e a s u r e db yt h ea m o u n to f0 f ! f e t i no u rr e s e a r c h ，w h e n l a r g e r r i v e r s c r o s s i n gs t r i k e s l i pf a u l t s ，h o w e v e r , s o m e t i m e ss h o wn e i t h e ro f f s e tn o ro n l yas m a l la m o u n to fo f f s e tc o m p a r e dt os m a l l e r r i v e r sc r o s s i n gt h es a m ef a u l t s t h el a r g e rr i v e r sw i t hh i g h e re r o s i o n a lr a t em a yw i d e n t h e i rv a l l e y sa s y m m e t r i c a l l yd o w n s t r e a mo fs t r i k e s l i pf a u l t s ，r a t h e rt h a nb e i n g b e h e a d e do rd e f l e c t e d t h ea m o u n to fh o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to ft h ef a u l ti se q u a lt o t h ew i d t ho ft h ea s y m m e t r i c a lv a l l e y w ec a ne s t i m a t et h ea m o u n to fh o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n to ft h ef a u l tb ym e a s u r i n gt h ew i d t ho ft h ev a l l e y w eh a v ei n v e s t i g a t e dt h er i v e r sc r o s s i n gt h eh a i y u a nf a u l tz o n e ，s u c ha st h e y u a n h e ，h e b a o h e ，y a n g f a n g h e ，m a y i n g h ea n ds h a g o u h er i v e r s ，a n dm e a s u r e dt h e i r t e r r a c eh e i g h t sa n dw i d t h s w 色d i v i d et h et e r r a c e si n t ot w ok i n d s ：b e d r o c ks e a t e d t e r r a c ea n df i l lt e r r a c e t h ef o r m e ri sr e l a t e dt oe a s t w a r dt i l ta n dw e s t w a r dm o v e m e n t o fn o r t h e r nb l o c ko ft h eh a i y u a nf a u l tz o n e a n dt h el a t t e ri sp r o b a b l yr e l a t e dt ot h e d o w n s t r e a mb l o c k i n gi nt h es h i x i a k o ug o r g e ，c a u s e db yt e c t o n i cm o v e m e n to ft h e x i a n g s h a n g t i a n j i n g s h a nf a u l tz o n e b a s e do np a l e o m a g n e t i cd a t i n ga n dg r a i ns i z ea n a l y s i st o l o e s s - p a l e o s o i l s e q u e n c ec o v e r e do nt h eo l d e s tb e d r o c ks e a t e dt e r r a c eo ft h ey u a n h er i v e r , w e c o n c l u d ee v o l u t i o no fb o t hr i v e r sa n dt e c t o n i cm o v e m e n ti n t h i sa r e as i n c ee a r l y p l e i s t o c e n e t h ef o r m a t i o no r d e ro ft h er i v e r sa sf o l l o w ：t h ey u a n h e ，m a y i n g h e ， h e b a o h e y a n g f a n g h ea n ds h a g o u h er i v e r s i n c el a t ee a r l yp l e i s t o c e n et h em a x i m u m i i i s i n i s t r a ld i s p l a c e m e n to ft h eh a i y u a nf a u l th a sr e a c h e d7 k m ，a n dt h ea v e r a g es l i pr a t e w a s6 7 3 m m a t h ea c t i v em o v e m e n to ft h eh a i y u a na n dx i a n g s h a n - t i a n j i n g s h a nf a u l tz o n e s e f f e c t e dt h ef o r m a t i o no ft h et w ok i n d so ft e r r a c e ss t a c k e dt o g e t h e r , w h i c hw e r e b u r i e db yt h el o e s s w h a tw eh a v ed o n ei su n c o v e r i n gt h ev e i lo fl o e s s ，s i e v i n gt h e t w ok i n d so ft e r r a c es y s t e m s ，r e v e a l i n gt h et e c t o n i cf o r m a t i o n ，a n de x h i b i t i n gt h et r u t h o ft e c t o n i cm o v e m e n ta n dl a n d f o l i ne v o l u t i o n k e yw o r d s ：h a i y u a nf a u l tz o n e ，r i v e rv a l l e y , a s y m m e t r i c a lv a l l e y , b e d r o c k s e a t e d t e r r a c e ，f i l lt e r r a c e i v 中山大学硕士学位论文 第一章引言 青藏高原的形成演化是当今地学研究的重点和热点，是解决新生代许多重 大问题的关键。青藏高原内部以整体抬升为主，隆升幅度很大，而周边则以差 异抬升为主，地形反差明显，青藏高原的形成演化，在周边比其内部常表现得 更加明显和清楚，并在周边地区留下了高原形成演化的丰富记录，是揭开高原 形成演化之谜的关键。运用构造地貌学研究青藏高原的抬升和形成演化是一项 十分有效的手段。 海原断裂带是青藏高原东北缘的一条重要的边界断层，以大幅度的逆掩和 显著的走滑而著称，形成了强烈的变形带，造成了明显的地貌反差，并在各段 落首尾相接地方形成拉分盆地，使一系列水系错断或同步弯曲，在水系中保存 了断裂带活动的丰富记录，是研究青藏高原形成演化的重要地区，受到中外学 者的瞩目。 构造运动是地貌演化的重要营力，大地构造学和构造地质学与地貌学的融 合，产生了一门交叉学科构造地貌学。构造地貌学的发展可以追溯到1 9 世 纪。美国学者d a v i s 于1 8 8 9 年发表了河流发育循环，1 8 9 9 年发表了地貌 循环，提出“侵蚀轮回”学说，认为“地形是构造、营力和时间的函数”。奠 定了近代地貌学发展的基础。与此同时，德国地貌地质学家w p e n c k 从水工学 和地形调查测量方面出发对地形进行研究，创立了坡面发育理论。其在1 9 2 4 年 发表的地形分析一书中，试图用数学方法分析坡面演化，进而解释地壳运 动。d a v i s 在其地理循环理论中，强调了构造运动是地貌循环发展的动因；地貌 先构造抬升，后外力剥蚀下降，如此循环往复( d a v i s ，1 9 0 9 ) ；而w p e n c k 则认 为构造运动和外力作用作是同时进行的( p e n c k w 1 9 5 3 ) 。 2 0 世纪6 0 年代，以h a c k 为代表的现代地貌学派，向d a v i s 和p e n c k 等为 代表的经典地貌学理论发起了挑战，提出了动力平衡的新理念( h a c ktj ，1 9 6 0 ， 1 9 6 5 ) ，指出真实地貌是一个开放体系，各种因素都影响着地貌的发展，开放体 系中地貌发展演化的路径有多条，相同的结果可能源于不同的原因，从而更加 丰富了构造地貌学理论。 河流对构造运动反应特别敏感，河流地貌是研究构造运动的重要手段，特 别是河流阶地，可以揭示构造抬升与水平运动的重要信息。同时，河流阶地的 形成又往往与气候变化有关，是对构造运动和气候变化的复杂响应。中外学者 历来十分重视河流阶地的研究，从中获取构造运动和气候变化的丰富信息，进 宁夏海原断裂带山前河谷的基本特征及所反映的构造运动 行了许多重要尝试和探索。例如朱照宇( 1 9 8 9 ) 根据黄河中游各流域大量地质 地貌实测资料，以连通各河流全线的各级阶地中沉积物与古土壤的层位关系为 主线，得出黄河中游及其主流诞生于更新世早中期的认识。潘保田等( 2 0 0 0 ) 对祁连山东段沙沟河阶地的研究表明，祁连山东段最近8 3 0 k a 存在5 次强烈隆 升事件。胡小猛( 2 0 0 1 ，2 0 0 2 ) 对汾河流域盆地及阶地特征的研究得出较大的 抬升与构造运动有关、而小的波动与气候变化有关等结论。刘小风等( 2 0 0 1 ) 运用构造一气候相互作用的基本原理，把河流阶地与黄土中的古土壤进行对比 来确定阶地的时代，在此基础上研究构造的抬升和抬升速率( 刘小凤，刘百篪， 2 0 0 1 ) 。 水系及其变化也是构造地貌学的重要手段，通过详细地探讨各河流的地理 位置、走向、河流的坡度、弧度，以及水系通过地区的岩性差异，发现在大尺 度的构造背景下，河流的发育主要受构造影响( m e b r o o k f i e l d ，1 9 9 8 ) 。 水系的错断或同步弯曲是断层走滑运动的表现，其规律为国内外学者所熟 悉( r a m i r e z h e r r e r ae ta 1 ，1 9 9 4 ；l ia n dy a n g ，1 9 9 8 ) ，根据水系被错断的距离或 同步弯曲偏离上游河道的距离可推断断层走滑错动幅度( w e s n o u s k ye ta 1 ，1 9 9 1 ； z h a n ge ta 1 ，1 9 8 8 ) 。实际上，相对较小的河流通过走滑断层时常被错断，某些 大河流则不尽如此( s u m m e r f i e l d ，1 9 8 7 ；z h a n ge ta l ，2 0 0 4 ) 。z h a n g 等( 2 0 0 4 ) 等 提出了断层走滑型不对称谷地的新模式，系统阐述了这种不对称谷地与水系同 步弯曲和错断的相互关系，解释了断层走滑型不对称谷地与断错水系和同步弯 曲水系相比，留下了更多更连续的沉积物，从而为研究断层运动的细节提供了 更好的条件。断层走滑型不对称谷地的发现，加深了断层走滑运动的地貌影响 的认识，丰富了构造地貌学的研究内容。 前人对海原断裂带开展了广泛深入的研究。1 9 5 8 年中国科学院地球物理研 究所郭增建等人对海原大地震进行了历时一个月的较大规模的实地考察；6 0 年 代初，阚荣举等对海原断裂带的西段进行了考察。两次考察初步查明了海原地 震断裂带的全貌( 据国家地震局兰州地质研究所等，1 9 8 0 ) 。有针对性的多学科 的专题研究开始于8 0 年代，国家地震局、宁夏地震局、甘肃地震局、宁夏地矿 局、甘肃地矿局、北京大学、兰州大学等单位的许多学者从不同的角度对海原 断裂带进行了多学科的综合研究，其中不乏中外合作研究项目，出版了一九 二。年海原大地震、海原活动断裂带、宁夏构造地貌等多部专著。8 0 年 代以来较系统深入的专项研究主要有：海原断裂带长达1 5 0 k m 的1 5 万地质填 2 中山大学倾士学位论文 图和活动断裂研究( 国家地震局地质研究所，宁夏回族自治区地震局，1 9 9 0 ， 邓起东，1 9 9 4 ) ：海原断裂带古地震的三维探槽研究( 冉勇康等，1 9 9 7 ) 。穿越 海原弧形山地和香山一天景山弧形山地的园河阶地测量( 方困祥，1 9 8 4 ，王圣 洁，1 9 9 2 ) 。黄河黑山峡口至青铜蛱河段的阶地测量( 王圣洁，1 9 9 2 ，周特先， 1 9 9 4 ，张圳，2 0 0 0 ) 。使这一地区的研究逐渐走向深入，取得r 可喜的成果。然 而，前人的研究也存在着一些问题。例如，不同现象之问的联系还不够，有的 学者只着重沿海原断裂带看问题，而有的学者只顺着河流测量阶地，不但没有 注意区分小l _ j 类型的阶地，仅天心阶地反映的垂直构造运动而没有注意运用阶 地研究水平运动，更没有注意阶地发育与断裂活动的关系，等等。 为了解决以上问题，系统地考察了海原断裂带山前的园河、贺堡河和马营 河等水系，测量了这些河流的阶地，并用古地磁定年，黄土古土壤粒径分析 等方法，重建了海原断裂及其山前地带的新构造活动史。 本文依次介绍研究区的地质地貌背景，海原断裂带河谷地貌的基本特征， 园河基座阶地的磁性地层和粒度分析，海原断裂带河谷地貌成冈解释，最后为 结语部分。 宁夏海原断裂带山前河咎的基本特征及所反映的构造运动 第二章地质地貌背景 2 1 地理位置 论文研究区位于青藏高原东北缘的宁夏海原县带( 图2 - 1 ) ，大约位于东 经1 0 5 2 5 e1 0 6 。，北纬3 6 5 。- 3 6 8 - 。海原断裂带的活动，使山地强烈隆升，山 前盆地压陷下降，地层岩石错断，并对河流的发育产生了深刻的影响。 2 2 地层岩石 本区出露的地层简要介绍如下。 2 2 1 前新生代地层 前新生代地层主要出露于南华山和西华山。 2 2 1 1 前寒武系海原群 下亚群出露于南华山分水岭以南，鸭儿湾灵光寺一带，呈北西向分布。 下部以绿帘阳起片岩、绿帘绿泥片岩、绿泥阳起片岩为主夹白云母石英片岩， 上部则为白云石英片岩等浅变质岩石。 4 中山大学硕士学位论文 中亚群主要出露于西华山主峰以东、南华山分水岭以北，曹洼一菜园一带 亦有出露。下部为厚状白云母大理岩夹少量白云石英片岩及含碳质白云石英片 岩；中部以硅质大理岩、白云母大理岩为主夹少量绿帘阳起片岩；上部则为钙 质白云石英片岩夹多层白云母大理岩。 上亚群分布于西华山主峰以西。下部为灰白色白云母石英片岩；中部以白 云石英片岩、绿泥白云石英片岩为主夹白云母大理岩、绿帘阳起片岩；上部则 以白云母大理岩及白云石英片岩为主，夹少量绿帘阳起片岩。 2 2 1 2 志留系 上志留统旱峡组分布于南华山乱堆子和西华山堡沟附近，与前寒武海原群 呈不整合接触。为紫红色砂岩、砾岩、细砂岩。 2 2 1 3 泥盆系 泥盆系雪山群呈小块状、点状出露于西华山干盐池以西和南、西华山北麓 断层位置芦子沟与山门之间；南华山以东也有大片出露。岩性为紫红色砂岩砾 岩粉砂岩。 2 2 2 新生代地层 本区古近纪和新近纪地层以其鲜艳的棕红色、砖红色最引人注目。其分布 较广，由新近系地层组成海原盆地的基岩。 本区第四系出露的主要是风成黄土，广泛分布在海原盆地最表层。其次为 冲积砾石、砂土、粘土等，分布于现代的河流冲沟位置。 2 2 2 1 古近系( e ) 古近系缺失古新统，始新统称寺口子组，渐新统称清水营组。古近系在本 区大片出露的地点在干盐池北东，西华山北麓。 寺口子组：属山麓相，湖泊相、河流相堆积。岩性为砖红色砾岩、砂岩夹 少量粉砂岩、砂质泥岩、本组与前新生代地层呈不整合或假整合接触。 清水营组：属河流一湖泊相碎屑、含盐沉积、分上下两个亚组，下亚组为 砖红色、桔红色砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩，含灰白色钙质结核。上亚组为紫 红色泥岩、砂质泥岩夹蓝灰色泥岩、灰岩和石膏。与寺口子组呈假整合或不整 宁夏海原断裂带山前河谷的基本特征及所反映的构造运动 合接触。 2 2 2 2 新近系( ) 中新统称红柳沟组，上新统称干河沟组。 红柳沟组：属河流相一湖泊相细碎屑沉积。岩性为橙黄、桔红色粉砂质泥 岩泥质粉砂岩，底部具砂砾岩、砂岩。与清水营组呈假整合或不整合接触。 干河沟组：属河流一湖泊相红色碎屑沉积。岩性为橙黄、土红色泥灰质粉 砂岩、砂质粘土，钙质粘土夹砂岩、含砾砂岩，砾岩及石膏。与红柳沟组呈整 合接触。主要见于沙沟河、园河、贺堡河和马营河的东岸；园河、杨坊河的西 岸；脱场堡以南，雾巴山一带。 2 2 2 3 第四系( q ) 下更新统： 下更新统砾岩呈点状出露，主要分布在园河西测支沟内，贺堡河西测支沟 也有出露，其次在条子沟一带。岩性为灰色、灰黑色、灰绿色、浅灰红色砾石 层，砾石分选及磨圆均较差，砾径3 一l o c m ，个别可达4 0 c m 。有的地段砾石层 之间夹有砂质黄土或透镜体，厚度1 - - 2 5 c m ，砾石层呈灰一灰绿色，砾石成份 为前寒武系变质岩、泥盘系砂岩和白垩系泥岩等。近水平产出，与下伏新近系 呈不整合接触。厚度2 8 m 。其成因将在下章详细介绍。 中更新统： 中更新统主要是黄土和河流阶地沉积。 上更新统： 上更新统马兰黄土在本区的分布面积最大，面状分布，广布于丘陵及不同 高度的各种地貌部位。为灰黄色、褐黄色粉砂质黄土，质地疏松，垂直节理发 育。分布面积达6 0 以上。 全新统： 本地区全新统沉积物主要为河流相的冲积砾石、砂、粘土等，其次为山麓 相的洪积砾石和砂土。 全新统河流相冲积层主要分布在沙沟、园河、贺堡河、杨坊河和马营河的 沟谷内。由灰、灰黄、灰褐色粘质砂土、砂质粘土、砂砾石层组成。构成河漫 滩及河流阶地。 中山大学硕士学位论文 全新统山麓相洪积层主要分布在南华山山前台地、洪积扇和沟谷中，由成 份复杂、砾径大小不一、磨圆度极差的砾石层组成。 2 2 3 岩浆岩 在南华山东部的油房园，乱堆子和曹洼村附近出露有三个侵入岩体，均为 花岗闪长岩岩株。二者均与前寒武系海原群呈侵入接触，而被上志留统所覆盖。 这一时代可能代表了南、西华山北麓断层的发生时代( 国家地震局地质研究所， 宁夏回族自治区地震局，海原活动断裂带，1 9 9 0 ：5 7 ) 。同时期的侵入岩还有分 布在蔡园南东和关门山附近的两处。 2 3 构造与地貌 在青藏高原东北缘发育了一系列巨大的，强烈活动的断层和褶皱，地貌上 展示出弧形山地与压陷盆地相间排列的格局，平面上几列山地与断裂带大致呈 弧形展布，几列弧形山地从南往北分别是：海原弧形山地、香山一天景山弧形 山地、烟筒山弧形山地以及牛首山一大罗山弧形山地，组成了著名的青藏高原 东北缘弧形构造地貌( 张珂，2 0 0 4 ) 。( 图2 1 ) 青藏高原东北缘自南西至北东分别有海原断裂带、香山一天景山断裂带、 烟筒山断裂带和牛首山一大罗山断裂带，这些断裂带均分布于上述四列弧形山 地的山前，平面上呈弧形，总体向北西撒开向南收敛，断裂带的逆冲和走滑运 动均十分显著( ，张珂，2 0 0 4 ) 。 研究区处于该巨大弧形构造体系之中的海原弧形山前，海原断裂带与香山 一天景山断裂带之间。 海原断裂南盘是高耸的南华山一西华山山脉( 照片3 1 ) ，山地走向北西一 南东，南华山最高峰马万山海拔2 9 5 4 6 m ，西华山最高峰海拔为2 7 0 3 7 m ，山地 平均海拔高度2 3 0 0 - - 2 9 0 0 m 。北盘是宽阔平坦的黄土塬，黄土覆盖下的海原盆 地及河流阶地。黄土塬海拔在1 4 0 0 1 7 0 0 m 之间，被若干河流切割。 2 3 3 1 海原活动断裂 宁夏海原活动断裂带西接祁连山，东连六盘山，长约4 5 0 k m 。断层总体走 向为北西向，可分出1 1 条次级断层( 国家地震局地质研究所，1 9 9 0 ) ，是青藏 高原东北缘地区最重要、最引人瞩目的断层带。断裂带分割了山体与盆地两种 宁夏海原断裂带山前河谷的基本特征及所反映的构造运动 地貌，构成一条醒目的山岳与盆地界线。 海原活动断裂带在重力上为一条明显的梯度带，反映出断裂带已切穿地壳。 与香山一天景山活动断裂带、烟筒山活动断裂带、牛首山一罗山活动断裂带等 三条活动断裂带相比较，海原活动断裂带具有规模大、下切深、单条次级断层 延伸长，而且第四纪以来还具有左旋走滑速率大、总位移幅度大和沿断裂带发 生的地震强度大等特点。( 国家地震局地质研究所，宁夏回族自治区地震局，海 原活动断裂带，1 9 9 0 ：4 7 ) 。 南、西华山北麓断层是海原活动断裂带中最主要的一条次级剪切断层。断 层东起曹洼，西到杨户章沟，断裂走向由北往南为北西西渐变为北西、北北西 方向；断面倾向南西，倾角4 0 8 0o ，切割早元古代海原群、志留系、上泥盆 统、白垩系和第三系。在断裂附近有加里东晚期花岗闪长岩体和花岗岩脉侵入。 是与本文关系最紧密的一条次级剪切断层。 沿海原断裂段，可见大量中、晚第四纪水系、河流阶地、山脊、冲沟以及 洪积扇等被断层左旋错动的现象。如南、西华山北麓断层中段水系都发生了左 旋弯曲的现象。 在西华山东侧哨马营、大沟门北西约1 5 k m 的冲沟中，可见早元古代海原 群白云母石英片岩逆冲到渐新统清水营组砂质泥岩之上。山前断裂破碎带宽达 1 0 余米到数十米，带内常见断层角砾岩与挤压片理化现象。老地层逆冲于新近 纪红层之上的现象还可见于南、西华山山前( 国家地震局地质研究所，宁夏回 族自治区地震局，1 9 9 0 ) 。沿海原断裂广布红柳沟组顶部角砾岩层，而且新近纪 红层也多处被逆掩。断裂的逆冲所影响的最新地层的时代一般只是早更新世( 国 家地震局地质研究所，宁夏回族自治区地震局，1 9 9 0 ) ，在荒凉滩南部的沙葱沟 附近，石炭系地层沿米家山一哈思山断裂向南逆冲于早更新世砾石层之上，石 炭纪地层强烈破碎或在断层面附近形成紧闭褶皱( 国家地震局地质研究所，宁 夏回族自治区地震局，1 9 9 0 ) 。这些现象表明，断裂带的强烈挤压发生于上新世 到早更新世，此后，挤压逆冲作用减弱。 2 3 3 2 香山一天景山断裂带 香山一天景山活动断裂带位于香山一天景山北麓，东起张家堡子以南，沿 香山，天景山，石峡口山前，终止于甘肃营盘水附近，全长约2 0 0 k m 。以红沟 梁为界，分为东西两段。两段的力学性质与活动历史都不相同。 中山大学硕士学位论文 在新生代香山一天景山有两个不同活动性质的阶段，早期阶段为强烈的挤 压，晚期为左旋走滑兼挤压。该断裂也是一条活动性很强的断裂。 两条断裂各自活动，对园河等河流形成与演化产生了深远的影响。 2 3 3 3 海原盆地 海原盆地是海原断裂带的山前压陷盆地，位于南、西华山北麓断层北盘， 形态近椭圆，长轴北西西向，约3 0 0 。- ，与海原断裂带的走向一致。长约4 2 k i n ， 宽约1 5 k m ，面积约5 0 0 k i n 2 。坳陷基底以2 5 3 0 。的坡度向南西倾斜，止于沙沟 河一海原隐伏断裂。( 宁夏回族自治区地质矿产局，1 9 9 0 ) 海原盆地沉积了较厚 的第四系松散沉积物，主要是黄土。地表地形总体上是南西高，北东低。 图2 2 海原盆地沉积等深线图( 据张珂，2 0 0 0 ) 9 宁夏海原断裂带山前河谷的基本特征及所反映的构造运动 3 1 概况 第三章海原断裂带河谷地貌的基本特征 海原断裂带山前发育五条相互平行的河流，依次为：沙沟河，园河，贺堡 河，杨坊河和马营河，河流在东北汇合后，穿越香山山脉、汇入宁夏第二大河 清水河( 图2 1 ) ，最终流入黄河。表面看来，上述河流并无特别之处， 但野外考察发现，宽阔的黄土塬下面有宽窄不一、类型不同的河流阶地，其中 园河、贺堡河、马营河等既有基座阶地也有堆积阶地，而沙沟河和杨坊河等仅 有堆积阶地而无基座阶地，就园河、贺堡河和马营河而言，基座阶地的特点也 不尽相同。 图3 1 研究区山地、盆地、断裂与水系的分布 ( 据1 1 0 万地形图编制) 3 2 园河 3 2 1 一般情况 园河是区内最大的河流，在海原山地的西南汇集各支流后，进入南、西华 山间的谷地，并穿越海原断裂带而入海原盆地，然后继续向东北流去，最后进 1 0 中山大学硕士学位论文 入石峡口峡谷，注入黄河的支流清水河，全长超过6 5 k m 。园河流出南、西华山 后，表面看来与一般西北地区的河流无异，但仔细考察，发现该河谷有东红西 黄现象，河谷东南谷坡呈红一橘红色，西北呈黄一土黄色。东南谷坡由新近纪 红粘土构成，西北谷坡被黄土覆盖，这是“东红西黄”的原因。 园河支流也有不对称现象，西侧支流长而密，东侧支流短而疏。例如，园 河西侧支流沟谷有老牛沟( 长5 k m ) 、东沟( 长4 k m ) 、范家湾沟( 长5 5 k m ) 、 干沟( 长3 k m ) 、暖泉沟( 长5 5 k m ) 、沙沟子( 长4 k m ) 、卷曹沟( 长6 k m ) 、 文家沟( 长2 5 k m ) 、烟筒沟( 长4 k m ) 、茨儿沟( 长6 k m ) 、干沟( 长2 5 k m ) 、 后路沟( 长3 5 k m ) 、油房沟( 长2 5 k m ) 。园河东侧则仅有姚家春沟、打马沟、 大干沟( 长3 k m ) 、燕子沟( 长2 5 k m ) 和一些无名短沟。( 斯钦嘎，2 0 0 6 ) 进一步考察发现，园河西侧不仅有黄土，其实黄土之下覆盖着以新近纪红 粘土为基座的阶地，沿园河西侧支谷向西北追索，发现这类阶地共有三级。 除基座阶地外，园河还可见三级拔河高度不等的堆积阶地。堆积阶地高度 一般低于基座阶地，下面从低到高介绍之。 3 2 2 堆积阶地特征 野外发现，园河普遍发育三级堆积阶地( 照片1 ) ，这些堆积阶地不仅见于 园河主河道，园河的支流或支沟中也普遍发育。 3 2 2 1 最低堆积阶地( t 1 ) 最低堆积阶地拔河7 , 、- , 8 m 。阶地分河床和河漫滩两层：河漫滩粉砂层，厚 5 m ；河床砾石层，厚2 m 。 3 2 2 2 次高堆积阶地( t 2 ) 拔河9 1 4 m 。河床砾石层特征与现代园河无异，砾石层厚约6 m ，中夹灰 绿色粉砂层，水平层理发育。砾石层上为灰绿色河漫滩粉砂层，发育水平层理， 厚5 m ，拔河l o m 。粉砂层被黄土覆盖。 3 2 2 3 最高堆积阶地( t 3 ) 拔河2 5 - - 3 3 m 。阶地分河床砾石和河漫滩粉砂两层。河漫滩粉砂层厚约 宁夏海原断裂带山前河谷的基本特征及所反映的构造运动 1 3 m ，砾石层厚约1 3 m 。阶地面以上为黄土。 受河流溯源侵蚀的影响，不同河段上述阶地的高度、级数并不相同，一般 下游阶地级数多，高度大，河流已经切入基岩，上游阶地级数减少，高度降低， 河床仍在松散沉积物之上。 三级堆积阶地的关系如图3 2 所示： & e 园河 图3 2 园河堆积阶地横剖面图 3 2 2 4 堆积阶地纵剖面特征 园河堆积阶地纵剖面显示，从t 1 到t 3 ，相邻阶地高差逐渐减小，向上游阶 地高度逐渐降低，各级阶地趋于收敛，从最底层开始逐渐向上游尖灭。t 3 ，t 2 广泛分布，下游间距为1 8 m ，上游为1 5 m 。t 2 ，t 1 间距为6 7 m 。 二：ln e ：，：m 图3 3 园河堆积阶地纵剖面图 ( f 代表海原断层) 1 2 ” 鸲 ” 强 幅 中山大学硕士学位论文 3 2 3 基座阶地特征 园河的基座阶地仅分布在河流的西侧，并被黄土所覆盖，野外追索发现， 园河的基座阶地卵石层保存良好，且分布广泛，经实地考察和测量，把基座阶 地划分为三级。 3 2 3 1 最低基座阶地( t 4 ) 最低基座阶地卵石层顶面海拔高度1 4 9 7 - 、一1 5 8 9 m ，拔河高度1 3 - - - 2 6 m 。卵 石层厚l 3 m ，卵石层胶结较好，致密坚硬，砾石磨圆次圆次棱角，成份复 杂，有较多的片岩等变质岩卵石，还有红色砂岩卵石，以及花岗岩、石英等卵 石。卵石层中含砂质透镜体，砂层中斜层理发育。 河漫滩相粉砂层厚约4 m ，灰绿色，水平层理发育，致密坚硬，上覆晚更新 世黄土，下伏新近纪红粘土基座。( 照片5 ) 该卵石层平面的宽度约l k m ，西界距园河l k m 。 3 2 3 2 次高基座阶地( t 5 ) 次高基座阶地卵石层顶面海拔高度1 5 8 3 , 、- , 1 6 2 8 m ，拔河高度4 2 m ( 照片3 ) 。 卵石层厚约1 、- - 2 m ，胶结较好，较致密坚硬。砾石磨圆中等，成份较复杂，含 紫红色砂岩、灰黑色角闪片岩，石英，花岗岩，石英砂岩，长石石英砂岩等。 卵石大小级别有l c m - - 2 c m ；6 c m ；1 0 c m 等( 照片4 ) 。 河漫滩相粉砂层，致密坚硬，水平层理发育，厚约1 3 m 。 卵石层展布的宽度约3 k m ，西界距园河4 k m 。 3 2 3 3 最高基座阶地( t 6 ) 最高基座阶地卵石层顶面海拔高度1 6 3 6 1 6 7 0 m ，拔河高度8 4 m ，总厚约 8 m 。其中粉砂夹层把砾石层一分为二：上砾石层的砾石粗大，胶结好，抗风化 能力强，厚约3 m 。砾石构成的斜层理产状为3 2 6 - 。z 2 5e ，指示向北的古水流方 向。砾石磨圆中等，成份较复杂，有紫红色砂岩，长石石英砂岩，石英，角闪 片岩，混合岩，花岗岩，石英砂岩，混合花岗岩，云母片岩等。下砾石层厚约 2 m ，出露不好。粉砂夹层呈土黄色，胶结好，较致密坚硬，厚约2 m ，水平层 理发育，并夹粗砂和细砂所组成的斜层理。斜层理产状：3 4 5e 么2 0e ，同样指示 1 3 宁夏海原断裂带山前河谷的基本特征及所反映的构造运动 由南向北的古水流方向( 照片2 ) 。 卵石层平面宽度约3 k m ，西界距园河已达7 k m 之遥。 上述三级基座阶地的砾石层成份、粒度、磨圆度均与现代园河相同，不同 之处是卵石层已经胶结，表现为“石板”。 胶结卵石层不太可能为西华山的山前洪积扇堆积，因为此处距西华山的距 离已达2 0 k m 以上，粗粒洪积物不太可能在距山前这么远的地方还维持这么稳定 的厚度。另外，卵石成分也较一般洪积物复杂，磨圆及分选也较为一般洪积物 好。所以，沉积物除属园河之外，其他来源的可能性不大。 三级基座阶地的关系如图3 4 所示： 高程 1 1 1 1 8 0 0 1 7 5 0 一 1 7 0 0 1 6 5 0 1 6 0 0 一 3 s s e 小拉克 图3 4 园河基座阶地横剖面图 3 2 3 4 基座阶地纵剖面特征 园河基座阶地纵剖面显示，从t 4 到t 6 ，阶地坡度减小，向上游阶地高度逐 渐降低，各级阶地趋于收敛，最后没于海原盆地之下。 1 4 中山大学硕士学位论文 鑫醛m 图3 5 园河基座阶地纵剖面图 饵代表海原断层) 3 2 4 基座阶地与堆积阶地的对比 基座阶地与堆积阶地特征迥然不同：基座阶地砾石层已经胶结，分布不对 称，呈面状分布于园河西侧，并被厚层黄土覆盖；堆积阶地沉积物松散，尚未 胶结，呈树枝状沿园河及其支谷分布，无不对称现象，仅较高阶地面上有黄土 覆盖。园河下游，次高基座阶地一般高于最高的堆积阶地，而往上游，最低基 座阶地逐渐被堆积阶地覆盖，仅可见堆积阶地。显然，基座阶地和堆积阶地分 属于新、老两套河流沉积，两套阶地的特征及变化，隐含着构造运动的重要信 息。 土n e 瘫麟m 图3 6 园河堆积阶地与基座阶地纵剖面对比图 ( f 代表海原断层) 啪 撇 瑚 啪 蕈| l 1 1 ， 嘲 啪 凇 蚴 渤 俄 懈 ” 循 铬 宁夏海原断裂带山前河谷的基本特征及所反映的构造运动 3 3 贺堡河 3 3 1 一般情况 贺堡河是区内次大河，在南华山汇集各支流后，穿越海原断裂带而入海原 盆地，然后继续向东北流去，最后在关桥下游与园河汇合，穿越石峡口峡谷， 注入清水河，全长超过3 5 k m 。 贺堡河下游河谷与园河类似，也有东红西黄现象，其成因也与园河相同。 并且，支流特征也与园河相似，即也有西侧支流长而密、东侧支流短而疏的不 对称现象。 与园河一样，贺堡河也分别发育三级拔河高度不等的堆积阶地( 照片6 ) 和基座阶地，其特征如下： 3 3 2 堆积阶地特征 3 3 2 1 最低堆积阶地( t 1 ) 最低堆积阶地拔河3 6 m 。阶地为河漫滩粉砂质粘土，不见河床砾石层。 粉砂层水平层理发育，厚3 - 6 m ( 照片7 ) 。 3 3 2 2 次高堆积阶地( t 2 ) 拔河9 1 4 m 。阶地下部为砾石层，上部为厚约1 0 m 的河漫滩粉砂层，水 平层理发育，粉砂层呈灰绿色。粉砂层上为黄土沉积。t 2 相对t3 是侵蚀阶地 ( 照片8 ) 。 3 3 2 3 最高堆积阶地( t 3 ) 拔河1 9 , - 一2 1 m 。阶地为河漫滩粉砂，阶地面以上覆盖黄土。下部河床砾石 与t 2 相连相同( 照片9 ) 。 贺堡河河床不见有基岩出露，仅在局部河段见到河床两侧出露基岩，推测 贺堡河没有下切到沉积物之中。 1 6 中山大学硕士学位论文 图3 7 贺堡河堆积阶地横剖面图 3 3 2 4 堆积阶地纵剖面特征 贺堡河堆积阶地纵剖面显示，从t 。到t 3 ，相邻阶地高差逐渐减小，向上游 阶地高度逐渐降低，各级阶地趋于收敛，从最底层开始逐渐向上游消失。t 3 ， t 2 广泛分布，t 3 拔河上游2 0 ，下游2 1 m ；t 2 拔河上游9 m ，下游1 1 m 。 图3 8 贺堡河堆积阶地纵剖面图 ( f 代表海原断层) 3 3 3 基座阶地特征 贺堡河是区内规模仅次于园河的河流，野外考察发现，贺堡河的三级基座 阶地也仅分布于河流西侧，并被黄土所覆盖，阶地特征与园河的相似，但宽度 却比园河窄很多。 1 7 宁夏海原断裂带山前河谷的基本特征及所反映的构造运动 3 3 3 1 最低级基座阶地( t 4 ) 最低级基座阶地( t 4 ) 见于海