青海湖的地质构造背景及形成演化.pdf

1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 青海湖的地质构造背景及形成演化 边千韬 刘嘉麒 罗小全 肖举乐 中国科学院地质与地球物理研究所 北京 100029 摘 要 青海湖地区位于3个构造单元及多条深断裂的交汇部位 结构复杂 强度较弱 上新 世出现断陷 中更新世成湖 湖盆可划分为3个地垒和3个次级断陷盆地 其形成和演化受中祁连 南缘大断裂带 宗务隆山 青海南山大断裂带和黑马河 达日大断裂带重新活动及其它NWW NW NNW SN NE向断裂的活动及伴随的差异隆升所控制 与青藏高原的隆升演化有密切关系 尤其是 可能与青藏高原发生后造山伸展作用有关的应力场转变造成的负反转构造有重要关系 中中新世夷 平面形成以来的新构造活动和青海湖的形成演化具明显的脉动性 中中新世以来的新构造活动可分 为5个阶段 青海湖形成演化过程可大致分为9期 关键词 青海湖 地质背景 新构造 差异隆升 青海湖位于青藏高原东北隅 海拔3 196 6m 湖水面积4 400km2 一般水深为21m 最大水 深25 5m 是中国第一大咸水湖 青海湖地处青藏高原与黄土高原的过渡地带 受到东亚季风 和西风带的影响 其沉积物中有这些气候系统及环境变化的丰富 敏感的记录 是研究新生代 气候和环境的天然实验室 青海湖地区的地质构造研究可追溯到30年代孙健初在本区的考 察 他首次提出青海湖是因地层断陷 倒淌河倒流而形成的科学论断 孙健初 1938 1957年 起 青海省地质矿产局开展了区域地质和物探工作 确定了湖盆南缘新构造活动属正断层性质 布哈河下游河谷两侧断层及延伸到本区的深断裂 青海省地质矿产局 1991 中国科学院兰州 地质研究所等4个单位 1961 1962 进行了综合科学考察 首次较系统地阐述了本区地质构造 特征和青海湖的形成演化 中科院兰州地质研究所 1979 中国科学院青海盐湖研究所组织的 中 澳 瑞联合科学考察 1985 1987 首次做了湖盆浅层地震工作 探测出一些湖底断层包括同 生正断层 中科院兰州分院中科院西部资源研究中心 1994 袁宝印等 1990 也对青海湖的形 成演化做过研究 袁宝印等 1990 本项研究利用了前人工作取得的宝贵资料和成果 根据新 的野外考察结果对青海湖的地质构造背景及其形成演化过程做了描述和分析 所阐述的一些新 认识对本区乃至青藏高原的研究有一定意义 1 区域地质背景 青海湖位于南祁连早古生代裂陷槽 青海南山晚古生代 中生代复合裂陷槽和中祁连地块 这3个构造单元的交汇部位 图 1 区内主要断裂有 1 中祁连南缘断裂带 走向NWW NW NWW 倾向NE 倾角50 70 长400km 主要活动时期为早古生代 陈炳蔚等 1996 多期活动 晚中生代以来的活动对 哈拉湖 青海湖的形成有控制作用 沿此断裂有浅源地震发生及温泉生成 2 宗务隆山 青海 南山断裂带 其为青海湖 北淮阳大断裂带的西段 西起大柴旦附近 东经青海湖南缘东延 走 向NWW 倾向SW 倾角50 70 形成于早古生代 长期活动 电测深资料表明 它在青海湖 22 1 20 26 2000年3月 地 震 地 质 SEISMOLOGY AND GEOLOGY Vol 22 No 1 Mar 2000 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 图1 青海湖地区大地构造位置图 Fig 1 Sketch map showing tectonic setting of the Qinghai Lake area NQ北祁连造山带 ZQ中祁连地块 LJ拉脊山裂谷 SQ南祁连早古生代裂陷槽 QN青海南山晚古生代 中生代复合裂陷槽 QD柴达木地块 中祁连地 块北缘深断裂带 中祁连地块南缘深断裂带 拉脊山深断裂带 宗务隆山 青海南山大断裂带 鄂拉山大断裂带 祁连 茶卡 治多断裂带 黑马河 达日大断裂带 海晏 年保玉则断裂带 1大断裂 2遥感和地球物理资料解译的大断裂 南缘现在为正断层性质 中科院兰州地质研究 所 1979 3 黑马河 达日断裂 北起全吉 向 南过青海湖西缘 黑马河 青海南山 大河坝 阿 尼玛卿山 甘德 达日 南延入四川 与白玉 巴 塘 中甸断裂相连 它是青藏高原东北地区一 条很重要的南北向断裂 青海省地质矿产局 1991 地球物理资料表明该断裂具南北向重 力梯级带 鄂拉山以北 断裂西侧为强度较高 大小不等的航磁异常密集区 东侧则为异常平 静区 图2 青海湖地区新构造略图 Fig 2 Neotectonic sketch map of the Qinghai Lake area 1 级夷平面 2 级夷平面 3 山麓剥蚀面 4 断裂 5 隆起带界限 6 湖水等深线 大通山隆起带 干子河 湟水地堑 团保山 日月山隆起带 布哈河地堑 青海湖断陷盆地 V1 北部次级断陷盆地 V2 黑山 海心山地垒 V 3 南部次级断陷盆地 V 4 三块石地垒 V 5 二郎尖地垒 V 6 东南部次级断陷盆地 VI 倒淌河地堑 VII 青海南山隆起带 中祁连地块南缘断裂带 拉脊山断裂带 黑马河 达日大断裂带 宗务隆山 青海南山大断裂带 海晏 年保玉则断裂带 2 中新世以来的新构造分区与构 造特征 中新世以来本区随着青藏高原的明显隆 升 先存断裂复活 新断裂产生 发生显著的差 异隆升 形成若干大小不同的隆起带 断 或坳 陷带 地垒和地堑 参考前人资料 大致将本区分为大通山 团保山 日月山和青海南山3个隆 121期边千韬等 青海湖的地质构造背景及形成演化 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 起带 干子河 湟水 布哈河和倒淌河3个地堑以及青海湖断陷盆地等7个构造单元 青海湖 断陷盆地又进一步分为黑山 海心山 三块石和二郎尖3个地垒及北部 南部和东南部3个次 级断陷盆地 图 2 1 大通山隆起带 位于青海湖以北 自北而南依次发育 级夷平面及山麓剥蚀面 北 部 级夷平面海拔4 200 4 500m 急剧隆升和侵蚀切割造成陡坡高山地形 具角峰 鱼脊峰 冰 碛物等古冰川遗迹 中部 级夷平面海拔3 800 4 000m 南部为山麓剥蚀面 海拔3 500 3 600m 属多层台山 台地已被河流切割 河谷形态多为 U 形 均有 谷中谷 现象 说明此区 一直处于间歇性的上升过程中 2 干子河 湟水地堑 此地堑北界是洪合日河脑逆断层 南界为拉脊山逆断层 此断层兼 具右旋走滑性质 3 团保山 日月山隆起带 此隆起带呈NNW向展布 海拔3 500 4 389m 急剧隆升和 侵蚀切割造成陡坡中高山地形 具齿状山脊 大坂山最高峰发育冰川刻蚀地形 残留有 级夷 平面 宽阔的倒淌河谷是古布哈河 倒淌河谷的遗迹 分布在 级夷平面之下 且不低于山麓 剥蚀面 说明这条古河属于早 中更新世 中 晚更新世湖盆闭塞 表明本区到中更新世时已 隆升到使倒淌河倒流的程度 4 布哈河地堑 此地堑西起天峻 东入青海湖 NWW向展布 长76km 物探资料证实 布 哈河地堑北界有一近于垂直的大断裂 向NNE陡倾 它切割了志留系 第四系 断裂北侧上 新统很薄或很快缺失 而南侧上新统厚达200m 反映此断裂可能在上新世 早更新世时为同生 逆断层 断层面向北陡倾 北盘上升 中更新世此断层转变为同生正断层 北盘下降 致使北盘中 图3 布哈河下游河谷北缘负反转构造 据青海省地矿局物探队电测深资料 Fig 3 Negative inversion structure on the north margin of the lower reaches of the Buha river Q2 4中更新统 全新统 Q1 2早 中更新统 N上第三系 S志留系 青海省地矿局物探队 1960 青海湖盆地南缘及布哈河地区物探工作结果报告 更新统 全新统的厚度显著大于南盘 图 3 暗示本区古应力场由挤压转为拉张 形成负反 转构造 湖盆南缘的正断层系以及浅层地震测 量揭示出的湖底发育的一系列高角度同生正断 层 中科院兰州分院中科院西部资源研究中心 1994 均可能为中更新世以来由逆断层转换而 成 这暗示青藏高原存在发生后造山伸展作用 的可能性 考虑到世界上主要造山带碰撞至伸 展作用的间隔多在碰撞后40Ma左右 本区则发 生在青藏高原与印度板块碰撞后40Ma多一点 时间 在时间上与世界上主要造山带的情况吻 合 青藏高原存在发生后造山伸展作用的可能 性是值得重视的 青海湖地区的负反转构造可 能与青藏高原发生后造山伸展作用有关 也可 能与青海湖地区特有的边界条件和动力学有关 负反转构造发生的时间也与青海湖形成时间 吻合 暗示二者有密切关系 促使湖盆扩大加深 22地 震 地 质22卷 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 5 青海湖断陷盆地 湖盆的北缘和东缘主要受中祁连南缘断裂带的新活动和团保山 日 月山强烈隆起带的控制 在尕海北侧花岗闪长岩中见与中祁连南缘断裂带平行的小断层兼具 右旋走滑性质 可能此深断裂在中新世以来的新活动也兼具右旋走滑性质 湖盆的南缘主要受 宗务隆山 青海南山大断裂带重新活动和青海南山隆起带的控制 湖盆南缘宗务隆山 青海 南山大断裂带现在表现为正断层性质 湖盆的西缘最复杂 主要控制因素是SN向的黑马 河 达日断裂带的新活动和布哈河 倒淌河断裂带 湖盆西缘呈SN向展布的面貌主要受前者 控制 海盆总体上具掀斜构造特征 向东南倾斜 青海湖断陷盆地又可进一步分为北部 南部 和东南部3个次级断陷盆地及黑山 海心山 二郎尖和三块石3个地垒 它们在浅层地震资料 上有明显反映 中科院兰州分院中科院西部资源研究中心 1994 1 黑山 海心山地垒 横亘 于青海湖中部 隔开南北两个次级断陷盆地 其南北两侧以同生断层为界 中科院兰州分院中 科院西部资源研究中心 1994 黑山由志留系浅变质岩组成 为一断块山 山顶平坦 属山麓剥 蚀面 其北侧哈达滩2级湖阶地上的湖相沉积物的时代属中 晚更新世 此阶地距黑山很近 但剖面中却没有取材于黑山的变质岩屑 暗示在中 晚更新世时 黑山尚属潜山 其抬升应在 晚更新世末 该地垒上的海心山拔湖70m 岛缘悬崖陡立 发育4级浪蚀阶地 说明晚更新世以 来 该地垒有多次间歇性上升 2 北部次级断陷盆地 位于黑山 海心山地垒以北 周围被断裂 特别是同生断裂所围限 全湖最大水深位位于海心山以北12km处 3 南部次级断陷盆地 处于 黑山 海心山地垒之南 周围被断裂或同生断裂所围限 4 二郎尖地垒 为一楔形地垒 两侧以 同生断裂为界 中科院兰州分院中科院西部资源研究中心 1994 呈NE方向插入青海湖 隔开 南部次级断陷盆地和东南部次级断陷盆地 5 东南部次级断陷盆地 位于二郎尖地垒以东 周 围被断裂或同生断裂所围限 6 三块石地垒 处于湖的西南部 有7块密集在一起的礁石露出 水面 岩性和走向与湖边中三叠统灰岩一致 但倾向相反 说明二者之间有构造变动 此地垒呈 NWW向展布 两侧以同生断裂为界 中科院兰州分院中科院西部资源研究中心 1994 6 倒淌河地堑 原为与青海湖 布哈河相连的统一大地堑 后来中段发展成青海湖断陷盆 地 东段便称为倒淌河地堑 其中有次级地垒 例如将军台 7 青海南山隆起带 此隆起带也属多层台山 发育两级夷平面和山麓剥蚀面 由于隆升的 不均衡性 有西高东低的趋势 茶卡北山 象皮山 哈图山等山脊部分发育冰川刻蚀地形 象皮 山山顶上保存有I级夷平面 高度为3 800 4 300m 山势由南向北层层下降 3 中中新世以来的构造演化及青海湖的形成演化 中中新世的夷平面不存在显著的湖盆面貌 图 4a 此后的构造演化可大致分为5个阶 段 青海湖的形成演化大致可分为9期 1 中中新世 上新世差异隆升阶段 构造洼地期 中中新世之后 该区随着青藏高原的明 显隆升 老断裂重新活动 新断裂产生 统一的中中新世夷平面解体 发生显著的差异隆升 升 起的部分成为I级夷平面 图 4b 其抬升起的时间是晚中新世 上新世 以下事实可资佐证 共和盆地内厚达千余米 从上新统开始的共和群多直接覆于前新生代褶皱基底之上 这说明上 新世已出现盆岭地貌 在盆地中堆积很厚的上新统的同时 盆地周围升起了I级夷平面 本区 32 青海省地矿局物探队 1960 青海湖盆地南缘及布哈河地区物探工作结果报告 1期边千韬等 青海湖的地质构造背景及形成演化 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 布哈河 青海湖 倒淌河断陷带开始发育 形成构造洼地 图4 中中新世以来青海湖形成演化示意图 Fig 4 North2south schematic neotectonic section through the Qinghai Lake area showing the formation and evolution of the Lake since Middle Miocene F1青海南山南缘断裂 F2宗务隆山 青海南山大断裂带 F3和F4布哈河 倒淌河断裂带 F5和F6中祁连地块南缘断裂带 F7拉脊山断裂带 级夷平面 级夷平面 山麓剥蚀面 HP黄土冲积平原 HR黄河古河道 GP共和盆地 NS青海南山 SSP南部次级断陷盆地 HHH黑山 海心山地垒 NSP北部次级断陷盆地 CH尕海 DTS大通山 1黄土 2沙丘 3前中新世 4大断裂 2 上新世中期地壳相对稳定阶段 在此时期侵蚀出 级夷平面 3 上新世末期 早更新世第2次强烈差异隆升阶段 地堑期 此时期 本区随着青藏高原 的急剧隆升又发生一次强烈断块差异隆升运动 青海南山南麓 上第三系被早 中更新统不整 合覆盖 是此次运动的标志之一 这次运动使I级夷平面上升到雪线以上 同时在其边缘升起 了II级夷平面 图4c 新生山地进一步增大 两级夷平面开始组成环绕布哈河 青海湖 倒 淌河断陷带的阶梯式地形 这时 布哈河 青海湖倒淌河断陷带进一步发育成地堑 4 中更新世相对稳定阶段 河湖并存期 中更新世隆升减缓 侵蚀出山麓剥蚀面 布哈 河 青海湖 倒淌河地堑进一步发育 并与黄河谷地相连 青海湖段进一步发育成断陷盆地 这时正值间冰期 气候温湿 降水量增加 加之冰川消融 使地堑内水量大增 形成相当规模的河 流 在该断陷盆地内集水成湖 形成河湖并存状态 图2d 其时限暂定为距今21 35万 a 中科 院兰州分院中科院西部资源研究中心 1994 中更新统湖相沉积的分布表明 当时的青海湖比 现在东西更长 南北更窄 更象个地堑 5 中更新世末期 晚更新世第3次强烈差异隆升阶段 全盛期 此次隆升使山麓剥蚀面 升起 团保山 日月山一带隆升最为强烈 使倒淌河转向西流 堵塞了古湖的出口 青海湖由外 42地 震 地 质22卷 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 泄湖变成闭塞湖 中更新世末期 青4孔沉积物突然从浅水湖相变为含黄铁矿结核的较深水湖 相 青5孔从黄土冲积相变为浅湖相 也说明在中更新世末期青海湖业已闭塞 此时期 老断 裂 新断裂 同生断裂活动增强 青海湖进一步扩大加深 湖盆内黑山 海心山 二郎尖和三块石 3个地垒开始差异抬升 将湖盆分割为3个次级断陷盆地 此时已奠定了目前青海湖形态的基 础 由于湖盆闭塞和气候继续向温湿转化 导致水位上升 湖面扩大 出现了一个全盛时期 图 2e 时限可能为16 22万a B P 中科院兰州分院中科院西部资源研究中心 1994 青4孔 上旋回的沉积相表明 这时水盆地显著加深 沉积物显著变细 从青5孔开始出现湖相沉积来 看 这时湖面更为广阔 以至南缘的黄土冲积平原 Q 1 2 亦被湖水淹没 青海湖的形成演化过程在经历了构造洼地 地堑 河湖并存和全盛期之后 主要由于气候变 化使湖盆发生波动退缩 此过程又可分为5期 1 晚更新世8 11 5万a B P 湖盆第1次波动 退缩期 青海湖缩小 2 晚更新世3 6万a B P 青海湖第1次复兴期 随着末次冰期的间冰阶 世界性增温 本区气候转暖 青海湖又得到了发展 3 晚更新世末期 约1 8 3万a B P 青海 湖第2次退缩期 此时处于末次冰期 气候干旱 青海湖第2次退缩 约在1 8万a前青海湖的 面积 水深要比现今小得多 4 全新世中期 约5 000 2 600a B P 第2次复兴阶段 末次冰期 后 气候转温湿 湖水水位波动上升 形成较为稳定的高湖面 湖水水位比现今高11 13m 陈克 造等 1990 5 全新世晚期第3次退缩期 2 600a B P 现今 此时期由于气候向干旱转化 青海湖发生第3次退缩 在青海湖缩小过程中 尕海 耳海 新尕海等子湖相继脱离母体 4 结语 1 青海湖地区是多条深断裂汇聚之地 构造变形强烈 新构造分区分为大通山 团保山 日月山和青海南山3个隆起带 干子河 湟水 布哈河和倒淌河3个地堑以及青海湖断陷盆地 等7个构造单元 青海湖断陷盆地又进一步分为黑山 海心山 三块石和二郎尖3个地垒及北 部 南部和东南部3个次级断陷盆地 2 青海湖的形成演化受控于完整性差 强度较低的岩石圈以及与青藏高原隆升演化相联 系的应力场的转变 中祁连南缘大断裂带 宗务隆山 青海南山大断裂带和黑马河 达日大断 裂带重新活动及其它NWW NW NNW SN NE向断裂的活动及伴随的脉动性差异隆升 古 气候的波动变化也是一个重要因素 湖盆的分割主要受同生正断层控制 致谢 中国科学院青海盐湖研究所给予资料和野外考察方面的帮助 青海省地质矿产局资 料处 青海省有色地勘局资料室和中国科学院地质研究所资料室提供了大量资料 谨此一并致 谢 1999年4月收稿 1999年9月改回 参 考 文 献 陈炳蔚 姚培毅 郭宪璞 等 1996 青藏高原北部地体构造与演化 北京 地质出版社 69 79 陈克造 Bowler J M Kelts K 等 1990 四万年来青藏高原的气候变迁 第四纪研究 1 21 30 青海省地质矿产局 1991 青海省区域地质志 北京 地质出版社 556 559 孙健初 1938 青海湖 地质论评 3 5 507 512 袁宝印 陈克造 Bowler J M 等 1990 青海湖的形成与演化趋势 第四纪研究 3 233 243 中国科学院兰州地质研究所等 1979 青海湖综合考察报告 北京 科学出版社 1 22 521期边千韬等 青海湖的地质构造背景及形成演化 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 中国科学院兰州分院中国科学院西部资源研究中心 1994 青海湖近代环境的演化和预测 北京 科学出版 社 3 9 GEOTECTONIC SETTING FORMATION AND EVOLUTION OF THE QINGHAI LAKE Bian Qiantao Liu Jiaqi Luo Xiaoquan Xiao Jule Institute of Geology Chinese Academy of Sciences Beijing 100029 Abstract The Qinghai Lake area is situated at the juncture of 3 tectonic units and several deep faults so tectonic deformafion is exfensive there Fault depression took place in Pliocene and the Qinghai Lake formed in Middle Pleistocene The Lake basin can be divided into 3 horsts and 3 second or2 der fault basins The formation and evolution of the Qinghai Lake had been mainly controlled by removement of south marginal large fault belt of Middle Qilian block ZhongwulongshanQing2 hainanshan large fault belt and HeimaheDari large fault belt the movement of faults with strikes in NWW NW NNW SN and NE and regional differential uplift