青藏高原东北缘弧形构造带新生代沉积地层与构造地貌：耦合关系与演化印记

青藏高原东北缘弧形构造带新生代沉积地层与构造地貌：耦合关系与演化印记一、引言1.1研究背景与意义青藏高原作为地球上最年轻且海拔最高的高原，其隆升与演化是新生代以来全球最为重大的地质事件之一，对全球气候、生态系统及地球内部动力学过程均产生了深远影响。青藏高原东北缘弧形构造带，地处青藏高原、鄂尔多斯地块与阿拉善地块的交汇部位，介于海原断裂带与罗山−牛首山断裂带之间，是青藏高原北东向扩展的前锋地带。特殊的大地构造位置，使其成为研究高原隆升过程、构造变形机制以及区域环境演变的关键区域。新生代以来，该弧形构造带历经复杂的构造演化历史。受太平洋板块向西俯冲于亚欧板块之下的远程效应影响，经历了北西—南东向的构造伸展和地壳沉降过程；又在青藏高原北东向扩展增生的控制下，发育北东—南西向构造挤压和北西西—南东东至北北西—南南东向走滑剪切变形。这些构造运动在弧形构造带内留下了丰富的地质记录，新生代沉积地层完整地保存了构造带的构造活动特征、气候演变过程和盆地对青藏高原东北缘新生代构造隆升的沉积学响应，而构造地貌则直观地展现了构造运动与地表过程相互作用的结果。研究青藏高原东北缘弧形构造带新生代沉积地层，对于揭示区域构造演化历史具有不可替代的作用。通过对沉积地层的岩性、沉积相、地层接触关系以及年代学等方面的研究，可以重建不同时期的沉积环境，推断构造运动的发生时间、强度和方式。例如，通过对古近系寺口子组和清水营组、新近系彰恩堡组和干河沟组等地层的研究，能够了解弧形构造带在不同地质时期是处于伸展构造背景还是挤压构造背景，以及构造转换的时间节点。准确厘定这些地层的沉积时代，对于深入理解青藏高原东北缘弧形构造带内构造变形和沉积充填过程至关重要，有助于解决目前弧形构造带内新生代地层序列和沉积时代存在的诸多争议，为建立更加完善的区域地质演化模型提供基础数据。构造地貌是构造运动与地表过程长期相互作用的产物，研究青藏高原东北缘弧形构造带的构造地貌，能够为揭示构造活动和地表过程的相互关系提供关键线索。海原断裂带、香山−天景山断裂带等大型断裂带控制了区域山脉、盆地的分布格局，断裂的活动导致山体隆升、盆地沉降，形成了现今的地形地貌。河流阶地、冲积扇等构造地貌单元记录了河流下切、地壳抬升等信息，通过对这些地貌单元的研究，可以定量分析构造活动的速率和幅度，进而探讨构造运动对区域地貌演化的控制作用，以及地表过程（如流水侵蚀、堆积等）对构造变形的响应机制。青藏高原东北缘弧形构造带的研究不仅具有重要的理论意义，在资源勘探、地质灾害防治等实际应用领域也具有关键作用。在资源勘探方面，该区域复杂的地质构造条件蕴藏着丰富的矿产资源和能源资源，深入了解其地质构造演化历史，有助于预测矿产资源的分布规律，提高资源勘探的效率和准确性。在地质灾害防治方面，该区域是地震、滑坡、泥石流等地质灾害的高发区，研究构造地貌特征和构造活动规律，能够为地质灾害的风险评估和防治提供科学依据，有助于制定合理的防灾减灾措施，保障人民生命财产安全和区域经济的可持续发展。1.2国内外研究现状自20世纪中叶以来，青藏高原东北缘弧形构造带的新生代沉积地层与构造地貌研究逐渐成为国内外地质学界的研究热点。国外学者如Burchfiel等在20世纪90年代通过地质填图和构造解析，初步揭示了该区域复杂的构造格局，认为其受到青藏高原北东向扩展和太平洋板块俯冲远程效应的共同影响，为后续研究奠定了基础框架。国内学者张进、张培震等在21世纪初，利用地质、地球物理等多学科手段，对弧形构造带的断裂构造、盆地演化等进行了系统研究，明确了弧形构造带内主要断裂带（如海原断裂带、香山−天景山断裂带等）的几何学、运动学特征以及新生代盆地的形成演化机制。在新生代沉积地层研究方面，早期的工作主要集中于岩石地层的划分与对比。甘肃省地质矿产局、宁夏回族自治区地质矿产局在20世纪八九十年代的区域地质调查中，将弧形构造带内的新生代地层自下而上划分为古近系固原群和新近系甘肃群两大部分。随着研究的深入，通过对沉积相、地层接触关系等的详细分析，固原群和甘肃群被进一步细分。董晓朋等人系统研究了弧形构造带内古近纪至新近纪沉积序列和地层时代，结果显示弧形构造带内寺口子组、清水营组、彰恩堡组和干河沟组的沉积时代分别为中晚渐新世、晚渐新世—早中新世、中中新世—晚中新世和晚中新世—上新世，重新厘定了古近纪—新近纪两期不整合及其大地构造意义。马杰等人对青藏高原东北缘北联池剖面清水营组孢粉组合特征进行研究，认为清水营组沉积的地质时代属于中晚渐新世—中新世早期，反映了暖温带较温和湿润的古环境古气候背景。在构造地貌研究领域，学者们利用数字高程模型（DEM）、遥感影像等技术手段，对弧形构造带的山脉隆升、盆地沉降、河流阶地等构造地貌特征进行了定量分析。李红强等人基于30m分辨率数字高程模型(DEM)数据，采用ArcGIS空间分析技术，提取了祁连山内部门源盆地北缘横穿山体的15条河道的面积−高程积分(HI)和积分曲线(HC)，分析了盆地北缘东、西段的地貌发育差异及其与活动构造的关系。雷启云、Liu等通过对弧形构造带内新生代盆地的遥感解译和野外调查，分析了盆地的形态、边界断裂以及沉积充填特征，探讨了盆地演化与区域构造运动的关系。尽管国内外学者在青藏高原东北缘弧形构造带新生代沉积地层与构造地貌研究方面取得了丰硕成果，但仍存在一些不足之处与待解决的问题。在沉积地层方面，虽然对地层的划分和时代确定取得了一定进展，但部分地层的沉积时代仍存在争议，如寺口子组和清水营组的精确时代划分还需要更多的年代学证据和沉积学分析。对沉积地层中蕴含的古气候、古环境信息的提取和解读还不够深入，需要综合运用多种分析方法，如孢粉分析、稳定同位素分析等，重建更加详细的古气候、古环境演化序列。在构造地貌研究中，虽然对山脉、盆地等宏观地貌特征有了较好的认识，但对一些微观构造地貌现象，如断层崖的精细测量、褶皱枢纽的变化等研究还相对薄弱，难以准确揭示构造活动的细节和演化过程。在构造地貌的定年方面，目前常用的方法（如光释光测年、宇宙成因核素测年等）存在一定的局限性，定年结果的精度和可靠性有待提高，制约了对构造地貌演化历史的精确重建。在沉积地层与构造地貌的耦合关系研究方面，目前的研究大多侧重于单一领域，缺乏对两者相互作用机制的系统分析。沉积地层的沉积过程如何响应构造地貌的变化，构造地貌的演化又如何影响沉积地层的分布和特征，这些问题还需要进一步深入研究。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容新生代沉积地层特征研究：对青藏高原东北缘弧形构造带内的古近系寺口子组、清水营组，新近系彰恩堡组、干河沟组等地层进行详细的野外地质调查。观察地层的岩性特征，包括岩石的颜色、成分、结构等；分析沉积相类型，通过识别沉积构造（如交错层理、平行层理、波痕等）、粒度分布以及生物化石等标志，确定沉积相，如冲积扇相、扇三角洲相、浅湖相、河流相等，绘制地层柱状图和沉积相剖面图，重建不同时期的沉积环境。构造地貌特征研究：利用高分辨率数字高程模型（DEM）数据，结合遥感影像解译，对弧形构造带的山脉、盆地、河流阶地、冲积扇等构造地貌单元进行识别和分析。测量山脉的隆升幅度、盆地的沉降速率，通过对比不同时期的地形数据，确定构造地貌的演化趋势；对河流阶地进行详细测量，包括阶地的级数、高度、宽度、拔河高度等参数，分析阶地的形成时代和成因，建立河流阶地序列，探讨河流下切与地壳抬升的关系；研究冲积扇的形态、规模、物质组成以及扇体的迁移规律，分析冲积扇的形成与构造活动和气候变化的关系。沉积地层与构造地貌耦合关系研究：分析沉积地层与构造地貌的时空耦合关系。从时间上，对比沉积地层的沉积时代与构造地貌的形成时代，确定构造运动与沉积作用的先后顺序和相互影响；从空间上，研究沉积地层的分布与构造地貌的格局之间的关系，如盆地的沉积充填特征与盆地边界断裂的活动性之间的联系，河流阶地的分布与区域构造应力场的关系等。探讨构造运动如何控制沉积作用，如构造隆升导致沉积基准面下降，引发河流下切，形成河流阶地，同时改变沉积环境，使沉积物的粒度、成分等发生变化；分析沉积作用对构造地貌的反馈作用，如沉积物的堆积可能会改变区域的地形地貌，影响构造应力的分布，进而影响构造活动的强度和方式。新生代构造演化历史重建：综合新生代沉积地层和构造地貌的研究成果，结合区域地质背景，重建青藏高原东北缘弧形构造带新生代的构造演化历史。确定不同构造演化阶段的构造应力场方向、构造运动的性质（伸展、挤压、走滑等）和强度，分析构造运动的驱动机制，探讨青藏高原北东向扩展以及太平洋板块俯冲远程效应在不同时期对弧形构造带构造演化的影响。1.3.2研究方法地质调查方法：进行详细的野外地质调查，对新生代地层的露头进行系统观测和描述。测量地层的产状，记录地层的接触关系（整合、不整合等），绘制地质剖面图和平面地质图，建立区域地层格架。在野外调查中，注意收集构造变形证据，如褶皱、断裂、节理等，分析构造变形的特征和分布规律，为研究构造演化提供基础资料。年代测定方法：运用多种年代测定技术，确定新生代地层的沉积时代和构造地貌的形成时代。对于古近系和新近系地层，采用古地磁测年、裂变径迹测年、电子自旋共振（ESR）测年等方法，结合生物地层学方法（如孢粉分析确定地层时代），精确厘定地层的沉积时代。对于河流阶地、冲积扇等构造地貌单元，采用光释光（OSL）测年、宇宙成因核素测年等方法，确定其形成年代，为研究构造地貌的演化提供时间约束。遥感与地理信息系统（GIS）技术：利用高分辨率遥感影像（如Landsat、Sentinel等卫星影像）进行构造地貌解译，识别山脉、盆地、河流、断裂等地貌和构造特征，绘制构造地貌解译图。运用GIS技术对DEM数据进行处理和分析，提取地形地貌参数，如坡度、坡向、地形起伏度、面积−高程积分（HI）等，通过空间分析方法，研究构造地貌的空间分布规律和演化趋势，直观地展示沉积地层和构造地貌的空间关系。沉积学分析方法：对采集的沉积岩样品进行粒度分析、岩石薄片鉴定、地球化学分析等。粒度分析采用激光粒度仪，获取沉积物的粒度参数（如平均粒径、分选系数、偏态等），推断沉积环境和水动力条件；岩石薄片鉴定通过显微镜观察岩石的矿物组成、结构构造，确定岩石类型和沉积相；地球化学分析包括主量元素、微量元素和稀土元素分析，采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）等仪器，分析沉积物的源区特征和沉积环境的氧化还原条件等。构造解析方法：对弧形构造带内的褶皱、断裂等构造进行详细的构造解析。测量褶皱的枢纽、轴面产状，分析褶皱的形态类型（紧闭褶皱、开阔褶皱等）和形成机制；研究断裂的几何学特征（如断裂走向、倾向、倾角）、运动学特征（正断层、逆断层、走滑断层等），通过断层擦痕、阶步等构造标志确定断层的运动方向和位移量，结合区域构造应力场分析，探讨构造变形的演化过程和动力学机制。二、区域地质背景2.1地理位置与范围青藏高原东北缘弧形构造带位于青藏高原、鄂尔多斯地块及阿拉善地块的交汇部位，地理坐标大致介于东经104°-107°，北纬36°-38°之间，处于我国宁夏回族自治区南部、甘肃省东部地区，是青藏高原向东北方向扩展的前锋地带。其特殊的大地构造位置，使其成为研究板块运动、构造变形和区域地质演化的关键区域。该构造带介于海原断裂带与罗山−牛首山断裂带之间，像一个楔形体镶嵌在三大地块之间，控制着区域地质构造的基本格局。海原断裂带作为青藏高原东北缘的一条重要边界断裂，呈北西-南东向展布，是一条全新世活动强烈的左旋走滑断裂，历史上曾发生过1920年海原8.5级大地震，对区域地质构造和地貌演化产生了深远影响。罗山−牛首山断裂带则是青藏高原与鄂尔多斯地块和阿拉善地块的分界断裂，断裂带两侧的地质历史、现今地貌和地球物理特征都存在着明显差异，西南侧是祁连山加里东期造山带，地貌特征表现为一系列不对称的弧形山地和盆地，东北侧为相对稳定的鄂尔多斯地块和阿拉善地块。在地貌上，青藏高原东北缘弧形构造带呈现出复杂多样的特征，山脉与盆地相间分布。主要山脉有香山、天景山、烟筒山、罗山、牛首山等，这些山脉多呈北西-南东向或近南北向展布，山体陡峭，地势起伏较大，海拔一般在2000-3000米之间，部分山峰超过3000米。山脉的隆升主要是由于新生代以来印度板块与欧亚板块碰撞挤压，导致青藏高原向北东方向扩展，使得该区域受到强烈的构造挤压作用，地壳缩短增厚，山体隆升。例如，香山-天景山断裂带的左旋走滑逆冲活动，使得香山和天景山不断隆升，形成了现今的地貌形态。山间盆地主要有兴仁堡盆地、同心盆地、清水河盆地和红寺堡盆地等，这些盆地呈串珠状分布于断裂带之间，盆地内部地势相对平坦，海拔一般在1500-2000米之间。盆地的形成与断裂活动密切相关，断裂的活动导致地壳下沉，形成了盆地的雏形，随后在沉积作用的影响下，盆地逐渐被充填。以同心盆地为例，其边界受到香山-天景山断裂带和烟筒山断裂带的控制，在断裂活动的影响下，盆地不断沉降，接受了来自周边山地的碎屑物质沉积，形成了厚度较大的新生代地层。青藏高原东北缘弧形构造带的范围在地质历史时期并非固定不变，而是经历了复杂的演化过程。在新生代早期，受太平洋板块向西俯冲于亚欧板块之下的远程效应影响，该区域经历了北西—南东向的构造伸展和地壳沉降过程，形成了一系列断陷盆地，沉积了厚层的古近系地层。随着青藏高原北东向扩展增生，自早中新世开始，该区域受到强烈的构造挤压和走滑剪切变形，断裂活动加剧，山脉隆升，盆地收缩，构造带的范围逐渐向东北方向扩展，形成了现今的构造地貌格局。2.2大地构造背景青藏高原东北缘弧形构造带地处青藏高原、鄂尔多斯地块与阿拉善地块的交汇部位，大地构造位置独特，其构造演化受到多种板块相互作用的影响，其中太平洋板块俯冲的远程效应以及青藏高原北东向扩展是控制该区域构造变形和沉积充填过程的关键因素。新生代以来，太平洋板块以大约每年5-10厘米的速度向西俯冲于亚欧板块之下，这种强烈的板块运动产生的远程效应深刻影响了青藏高原东北缘弧形构造带的构造演化。在远程效应的作用下，弧形构造带经历了北西—南东向的构造伸展和地壳沉降过程。从区域地质资料来看，在古近纪时期，该构造带内形成了一系列断陷盆地，如兴仁堡盆地、同心盆地等，这些盆地内沉积了厚层的古近系地层，以寺口子组和清水营组为代表。寺口子组主要岩性为冲积扇和扇三角洲沉积体系的紫红色中厚层粗砂岩、砾岩，反映了当时较强的水动力条件和快速堆积的沉积环境，这与构造伸展背景下盆地边缘地形高差较大、物源供应充足相吻合；清水营组下段岩性为蓝灰（含石膏）、紫红色泥岩、粉砂质泥岩与灰白、浅灰、砖红色中—厚层（含泥）石膏岩不等厚互层，夹石膏质砂岩、粉砂岩、细砂岩、含细砾中粒长石石英砂岩等，显示出在构造沉降过程中，盆地水体逐渐加深，气候干旱，蒸发作用强烈，形成了大量的石膏沉积。随着印度板块与欧亚板块持续碰撞挤压，青藏高原开始向北东方向扩展增生，这一过程对青藏高原东北缘弧形构造带产生了更为直接和显著的影响。自早中新世开始，弧形构造带在青藏高原北东向扩展的控制下，发育北东—南西向构造挤压和北西西—南东东至北北西—南南东向走滑剪切变形。以香山−天景山断裂带为例，该断裂带主体发育于香山和天景山北麓，断裂带的运动特征总体上为左旋走滑兼具逆冲活动，其东段和西段运动特征有较大差别，西段断层运动以左旋走滑为主兼有逆冲分量，东段断层运动以逆冲为主。这种复杂的断裂运动方式导致了区域内山脉的隆升和盆地的变形，如香山和天景山在断裂活动的作用下不断隆升，而位于断裂带之间的盆地则受到挤压变形，沉积环境也随之发生改变。在构造挤压和走滑剪切变形的影响下，弧形构造带内的地层发生了明显的褶皱和断裂变形。通过野外地质调查发现，新近系彰恩堡组和干河沟组地层中发育大量紧闭褶皱和逆冲断层，褶皱枢纽和轴面产状多变，反映了复杂的构造应力场。在同心盆地的边缘，彰恩堡组地层与下伏清水营组地层呈角度不整合接触，表明在早中新世之后，区域构造运动发生了明显的转变，由早期的伸展构造背景转变为挤压构造背景，这种构造转变对区域的沉积作用和地貌演化产生了深远影响。此外，区域地球物理资料也为弧形构造带的大地构造背景提供了重要证据。重力和磁力异常数据显示，该构造带内存在明显的构造边界和深部构造差异，海原断裂带、香山−天景山断裂带等大型断裂带对应着明显的重力梯度带和磁力异常带，表明这些断裂带是深部构造活动的集中体现，控制着区域的构造格局和演化。2.3新生代区域构造演化概述新生代以来，青藏高原东北缘弧形构造带经历了复杂而多样的构造演化过程，这一过程深刻地塑造了该区域现今的地质构造格局和地貌形态。其构造演化主要包括构造伸展、挤压以及走滑剪切变形等重要过程，这些过程相互交织，在不同的地质时期占据主导地位，对区域内的沉积作用、地层发育以及山脉和盆地的形成演化产生了深远影响。在新生代早期，受太平洋板块向西俯冲于亚欧板块之下的远程效应影响，青藏高原东北缘弧形构造带经历了北西—南东向的构造伸展和地壳沉降过程。从区域地层发育来看，这一时期形成了一系列断陷盆地，如兴仁堡盆地、同心盆地等，盆地内沉积了厚层的古近系地层。古近系寺口子组主要岩性为冲积扇和扇三角洲沉积体系的紫红色中厚层粗砂岩、砾岩，这种粗碎屑沉积反映了当时较强的水动力条件，是构造伸展背景下盆地边缘地形高差较大、物源供应充足的体现。随着地壳沉降的持续进行，盆地水体逐渐加深，气候条件也发生了相应变化，沉积环境逐渐转变为相对稳定的湖泊环境，这一时期沉积的清水营组下段岩性为蓝灰（含石膏）、紫红色泥岩、粉砂质泥岩与灰白、浅灰、砖红色中—厚层（含泥）石膏岩不等厚互层，夹石膏质砂岩、粉砂岩、细砂岩、含细砾中粒长石石英砂岩等，其中大量石膏的沉积表明当时气候干旱，蒸发作用强烈，是在构造沉降过程中特定气候和沉积环境下的产物。自早中新世开始，随着印度板块与欧亚板块的持续碰撞挤压，青藏高原向北东方向扩展增生，青藏高原东北缘弧形构造带的构造演化进入了一个新的阶段，在青藏高原北东向扩展的控制下，该区域发育北东—南西向构造挤压和北西西—南东东至北北西—南南东向走滑剪切变形。以香山−天景山断裂带为例，该断裂带主体发育于香山和天景山北麓，断裂带的运动特征总体上为左旋走滑兼具逆冲活动，其东段和西段运动特征有较大差别，西段断层运动以左旋走滑为主兼有逆冲分量，东段断层运动以逆冲为主。这种复杂的断裂活动导致了区域内山脉的隆升和盆地的变形。在山脉隆升方面，香山和天景山在断裂活动的作用下不断隆升，山体逐渐增高，地势起伏增大；在盆地变形方面，位于断裂带之间的盆地受到挤压变形，盆地形态发生改变，沉积环境也随之发生显著变化。在构造挤压和走滑剪切变形的影响下，弧形构造带内的地层发生了明显的褶皱和断裂变形。野外地质调查发现，新近系彰恩堡组和干河沟组地层中发育大量紧闭褶皱和逆冲断层，褶皱枢纽和轴面产状多变，反映了复杂的构造应力场。同心盆地边缘彰恩堡组地层与下伏清水营组地层呈角度不整合接触，这一不整合界面的存在表明在早中新世之后，区域构造运动发生了明显的转变，由早期的伸展构造背景转变为挤压构造背景，这种构造背景的转变对区域的沉积作用和地貌演化产生了深远影响。晚中新世至上新世，青藏高原东北缘弧形构造带持续快速隆升，并且走滑断裂体系的发育进一步分割了新生代盆地。这一时期，区域构造活动更为强烈，山脉隆升速度加快，盆地被进一步改造，形成了现今复杂多样的构造地貌格局。例如，海原断裂带作为青藏高原东北缘的一条重要边界断裂，全新世活动强烈，其左旋走滑运动对区域构造地貌的演化起到了关键作用，控制了山脉、盆地的分布格局以及河流的走向和演化。三、新生代沉积地层特征3.1地层序列与划分在青藏高原东北缘弧形构造带内，古新世地层普遍缺失，而古近纪—新近纪地层则广泛发育，自下而上依次划分为古近系寺口子组和清水营组，新近系彰恩堡组和干河沟组。早期的地质填图工作将其岩石地层单元自下而上划分为古近系固原群和新近系甘肃群两大部分，其中固原群涵盖寺口子组和清水营组，甘肃群包含彰恩堡组以及干河沟组。随着区域地质调查和沉积学研究工作的不断深入，甘肃群和固原群的划分被取消，地层被重新划分为寺口子组、清水营组、红柳沟组和干河沟组。2017年，宁夏地调院在《中国区域地质志宁夏志》中，将“红柳沟组”正式更名为“彰恩堡组”。这一地层序列的划分与厘定，为深入研究该区域新生代的地质演化提供了重要的基础框架，不同地层单元蕴含着丰富的地质信息，记录了区域构造运动、沉积环境变迁以及古气候演变等重要过程。3.1.1古近系古近系地层在青藏高原东北缘弧形构造带内主要包括寺口子组和清水营组，它们的沉积特征、分布范围以及相互之间的接触关系，对于揭示该区域古近纪时期的地质演化过程具有关键意义。寺口子组在弧形构造带西南部和东北部有出露，不过其分布相对局限，厚度较小，一般仅为几百米。该组主要岩性组合为冲积扇和扇三角洲沉积体系的紫红色中厚层粗砂岩、砾岩。在弧形构造带西南部的隆德至固原地区，古近系寺口子组与下白垩统乃家河组呈平行不整合接触，这一接触关系表明在白垩纪末期至古近纪早期，该区域经历了一定的构造运动，导致沉积间断，之后在相对稳定的构造环境下，寺口子组开始沉积。在弧形构造带东北部的同心地区，寺口子组则与下白垩统庙山湖组呈角度不整合接触，角度不整合的存在进一步说明该区域在白垩纪末经历了强烈的构造变形，使得下伏地层发生褶皱、抬升，遭受剥蚀，之后在古近纪时期，新的沉积物在其上堆积形成寺口子组。同时，寺口子组与上覆清水营组为整合接触，反映了从寺口子组沉积到清水营组沉积期间，沉积环境相对稳定，没有发生明显的构造运动导致的沉积间断。清水营组在弧形构造带内分布较为广泛，在西南部的隆德地区观音店剖面和固原地区寺口子剖面研究较为详细。根据石膏层厚度变化，大致可将清水营组分为两段：下段岩性为蓝灰（含石膏）、紫红色泥岩、粉砂质泥岩与灰白、浅灰、砖红色中—厚层（含泥）石膏岩不等厚互层，夹石膏质砂岩、粉砂岩、细砂岩、含细砾中粒长石石英砂岩。其中，大量石膏的出现表明当时气候干旱，蒸发作用强烈，水体中盐分不断浓缩沉淀形成石膏，同时也反映了沉积环境相对稳定，水体流动性较弱，有利于石膏的沉积保存。该段沉积相主要为浅湖相，说明在古近纪时期，该区域存在相对稳定的湖泊环境，接受了来自周边地区的碎屑物质和化学沉积物质。上段为紫红色泥岩、粉砂质泥岩夹少量黄绿、蓝灰色含膏泥岩、中层泥质石膏岩、中薄层粉砂岩和细砂岩及白色条带。上段沉积环境与下段相比，水体变浅，沉积动力条件有所增强，可能受到季节性洪水等因素影响，使得碎屑物质供应增加。清水营组与下伏寺口子组整合接触，表明两者沉积过程具有连续性，沉积环境逐渐发生演变；而与上覆彰恩堡组呈角度不整合接触，这一不整合界面的存在标志着区域构造运动发生了重大转变，从早期相对稳定的沉积环境转变为挤压构造背景，导致地层发生褶皱变形，沉积间断。3.1.2新近系新近系地层在青藏高原东北缘弧形构造带内主要由彰恩堡组和干河沟组构成，它们记录了该区域新近纪时期独特的地质信息，对于了解这一时期的沉积环境演变、构造运动特征等方面具有重要价值。彰恩堡组是一套以河湖相为主的沉积物组合，主要包含粘土、砂岩和砾岩。该组地层富含多种化石，包括爬行动物和哺乳动物如Percrocutaprimordialis、Platybelodontongxinensis、Huaqingtheriumqiui、Caementodontongxinensis、Brachypotheriumbrachypus、Kubanochoerusgigas等多种物种，以及利齿猪、皇冠鹿等，此外，还发现了多种腹足类、轮藻和介形类化石。丰富的化石种类反映了当时生物多样性较高，生态环境较为适宜生物生存，同时也为确定地层的沉积时代和古生态环境提供了重要依据。彰恩堡组的地层层序位于清水营组之上，与之形成平行不整合关系，平行不整合的存在表明在清水营组沉积之后，区域经历了一定的构造运动，导致沉积间断，但没有发生强烈的褶皱变形，之后在新的沉积环境下，彰恩堡组开始沉积。其上方则与干河沟组呈现整合或平行不整合的接触状态，这种接触关系反映了区域构造运动和沉积环境在彰恩堡组沉积末期到干河沟组沉积初期的变化情况，如果是整合接触，说明沉积过程相对连续，沉积环境变化较小；如果是平行不整合接触，则表明存在沉积间断和一定程度的构造运动。该组地层厚度变化较大，范围在165至700米之间，厚度的变化与区域构造活动和沉积环境的差异密切相关，在构造沉降较快、物源供应充足的区域，地层厚度较大；而在构造相对稳定、物源供应较少的区域，地层厚度相对较小。干河沟组主要岩性为一套河流相的砂质碎屑沉积，包含砾岩、砂岩、粉砂岩及泥岩等。从沉积构造来看，常见大型交错层理、板状交错层理等，这些沉积构造指示了较强的水动力条件，是河流快速流动、搬运和沉积作用的结果，反映了当时该区域存在较为活跃的河流系统，河流携带大量碎屑物质并在合适的位置堆积形成干河沟组地层。其与下伏彰恩堡组呈整合或平行不整合接触，整合接触时，说明沉积环境的转变是渐变的，河流相逐渐取代了彰恩堡组的河湖相沉积；平行不整合接触则表明存在沉积间断，可能是由于构造运动导致地形抬升，遭受剥蚀，之后河流相沉积开始。干河沟组在区域内的出露情况与构造地貌密切相关，多分布于盆地边缘和河流流经区域，在盆地边缘，由于靠近物源区，沉积物粒度较粗，以砾岩和砂岩为主；而在河流下游或远离物源区的部位，沉积物粒度逐渐变细，粉砂岩和泥岩含量增加。3.2沉积相分析3.2.1冲积扇相冲积扇相是河流出山口处的扇形堆积体，当河流流出谷口时，摆脱了侧向约束，其携带物质便铺散沉积下来，平面上呈扇形，扇顶伸向谷口，立体上大致呈半埋藏的锥形。在青藏高原东北缘弧形构造带的古近系寺口子组中，冲积扇相沉积较为典型。寺口子组主要岩性为冲积扇和扇三角洲沉积体系的紫红色中厚层粗砂岩、砾岩，这表明当时的沉积环境具有较强的水动力条件。在冲积扇的扇根部位，沉积物主要由粗大的砾石组成，砾石呈棱角状或次棱角状，分选性差，磨圆度低，这是因为河流在出山口时流速急剧降低，粗大的砾石首先快速堆积，没有经过长时间的搬运和磨蚀。例如在弧形构造带西南部的露头中，可见到砾石直径可达数十厘米，砾石成分主要为石英岩、砂岩等，这些砾石来源于周边的基岩山区，是河流强烈侵蚀搬运的结果。随着向扇中部位过渡，沉积物粒度逐渐变细，以砂和砾石的混合沉积为主，分选性有所改善，磨圆度也有所提高。砂体常呈透镜状或条带状分布于砾石层之间，发育交错层理，这反映了水流在搬运过程中具有一定的方向性和波动性，导致砂体在不同方向上的堆积形成交错层理。在扇缘部位，沉积物则主要为粉砂和粘土，分选性较好，磨圆度较高，常发育水平层理，这是由于水流在扇缘处流速进一步降低，细粒物质得以缓慢沉积，形成较为稳定的水平层理。冲积扇相的形成机制与区域构造活动和气候变化密切相关。在新生代早期，受太平洋板块向西俯冲于亚欧板块之下的远程效应影响，青藏高原东北缘弧形构造带经历了北西—南东向的构造伸展和地壳沉降过程，使得区域地形高差增大，河流的侵蚀和搬运能力增强。当河流携带大量碎屑物质流出山口时，由于地形坡度骤减，水流分散，流速降低，碎屑物质在山口处堆积形成冲积扇。此外，气候变化也会影响冲积扇的形成，在湿润气候条件下，河流流量增大，携带的碎屑物质增多，有利于冲积扇的扩展；而在干旱气候条件下，河流流量减小，碎屑物质供应不足，冲积扇的发育则受到限制。从分布规律来看，冲积扇相主要分布在弧形构造带内盆地的边缘，特别是靠近山脉的一侧。在兴仁堡盆地、同心盆地等新生代盆地的边缘，均有冲积扇相沉积的出露。这些盆地边缘的冲积扇相沉积，记录了盆地演化过程中周边山脉的隆升和剥蚀历史，以及河流的变迁和沉积作用的变化。3.2.2扇三角洲相扇三角洲相是由冲积扇直接进入稳定水体（湖泊或海洋）形成的沉积体，它兼具河流和湖泊（或海洋）的沉积特征。在青藏高原东北缘弧形构造带的古近系寺口子组中，除了冲积扇相沉积外，还发育有扇三角洲相沉积。扇三角洲相的沉积构造较为复杂，在扇三角洲平原亚相，主要发育辫状河道沉积，可见大型板状交错层理、槽状交错层理，这是由于辫状河道水流湍急，携带大量粗碎屑物质，在河道迁移和摆动过程中形成了这些交错层理。河道底部常见冲刷面，表明水流对下伏沉积物具有较强的侵蚀作用。在扇三角洲前缘亚相，以水下分流河道和河口坝沉积为主。水下分流河道的沉积物粒度较粗，多为中粗砂，发育交错层理和波状层理，其形态呈长条状，向湖盆方向延伸。河口坝则是河流携带的沉积物在河口处堆积形成的，沉积物粒度较细，以细砂和粉砂为主，分选性较好，常发育水平层理和小型交错层理。在扇三角洲前缘与前扇三角洲的过渡地带，可见到滑塌构造，这是由于前缘沉积物在重力作用下发生滑动和坍塌形成的，反映了沉积过程中的不稳定因素。扇三角洲相的物质来源主要是周边山脉的风化剥蚀产物。在新生代早期，受构造运动影响，周边山脉隆升，岩石遭受风化剥蚀，形成大量碎屑物质，这些碎屑物质被河流搬运至盆地边缘，在稳定水体的作用下，形成扇三角洲沉积。例如，在弧形构造带东北部的同心地区，周边山脉的岩石类型主要为花岗岩、砂岩等，这些岩石风化剥蚀后形成的碎屑物质，通过河流搬运进入湖泊，形成扇三角洲相沉积。通过对沉积物的碎屑成分分析发现，其中石英、长石等矿物含量较高，与周边山脉的岩石成分相吻合，进一步证实了物质来源。扇三角洲相的沉积环境表明当时该区域存在相对稳定的湖泊水体，同时又受到河流的强烈影响。扇三角洲相的发育与构造活动密切相关，在构造伸展背景下，盆地边缘地形高差较大，河流作用增强，有利于扇三角洲的形成和发育。随着构造运动的变化，沉积环境也会发生改变，如果构造活动减弱，湖泊水体面积扩大，扇三角洲相可能会逐渐向湖泊相转化；反之，如果构造活动增强，河流作用加剧，扇三角洲相则可能会进一步向盆地内部推进。3.2.3浅湖相浅湖相是湖泊沉积体系中的一个亚相，其沉积物特征、生物化石组合与沉积环境演变密切相关。在青藏高原东北缘弧形构造带的古近系清水营组下段，浅湖相沉积较为典型。清水营组下段岩性为蓝灰（含石膏）、紫红色泥岩、粉砂质泥岩与灰白、浅灰、砖红色中—厚层（含泥）石膏岩不等厚互层，夹石膏质砂岩、粉砂岩、细砂岩、含细砾中粒长石石英砂岩。这些沉积物特征反映了当时的沉积环境相对稳定，水体较浅。泥岩和粉砂质泥岩的沉积表明水动力条件较弱，细粒物质得以在平静的水体中缓慢沉积。而大量石膏岩的出现则是气候干旱的重要标志，在干旱气候条件下，湖泊水体蒸发强烈，盐分不断浓缩，最终结晶形成石膏。生物化石组合在浅湖相沉积中也具有重要指示意义。在清水营组下段的浅湖相沉积中，发现了丰富的介形虫化石，介形虫是一类水生微体生物，对水体环境的变化较为敏感。其化石的大量出现表明当时湖泊水体具有一定的盐度和温度条件，适合介形虫生存。此外，还发现了少量的轮藻化石，轮藻是一种水生藻类，其生长需要一定的光照和水体营养条件，轮藻化石的存在进一步说明当时湖泊水体较浅，光照充足，水体营养物质丰富。沉积环境演变方面，从清水营组下段到上段，沉积环境发生了明显的变化。下段以浅湖相沉积为主，沉积环境相对稳定；而上段为紫红色泥岩、粉砂质泥岩夹少量黄绿、蓝灰色含膏泥岩、中层泥质石膏岩、中薄层粉砂岩和细砂岩及白色条带，表明水体变浅，沉积动力条件有所增强，可能受到季节性洪水等因素影响，使得碎屑物质供应增加。这种沉积环境的演变可能与区域构造运动和气候变化有关，在构造沉降过程中，湖泊水体逐渐加深，形成浅湖相沉积；随着构造运动的调整，盆地边缘地形发生变化，河流作用增强，导致水体变浅，沉积环境向更具动力的方向转变。3.3年代学研究3.3.1测年方法介绍古地磁测年是基于地球磁场的极性变化来确定地层年代的方法。地球磁场在地质历史时期会发生极性反转，即地磁北极变为地磁南极，地磁南极变为地磁北极，这些极性变化被记录在地层中的磁性矿物中。通过测量地层中磁性矿物的磁化方向和强度，与已知的地磁极性年表进行对比，就可以确定地层的沉积年代。例如，在青藏高原东北缘弧形构造带的研究中，对寺口子组地层进行古地磁测年时，首先采集定向岩芯样品，在实验室中利用超导磁力仪等设备测量样品的天然剩余磁化强度，分析其磁化方向和极性。若测量结果显示该地层的磁性特征与已知地磁极性年表中某一时期的特征相匹配，如与渐新世时期的地磁极性特征一致，就可以初步确定寺口子组的沉积年代为渐新世。孢粉分析测年则是利用植物孢粉在不同地质时期的组合特征来推断地层年代。不同植物在不同的地质时期生长，其孢粉会随着沉积物一起堆积在地层中，形成特定的孢粉组合。通过对地层中孢粉的种类、数量和相对含量进行分析，与已知的孢粉演化序列和年代框架进行对比，从而确定地层的时代。在研究清水营组时，对采集的样品进行孢粉分析，鉴定出其中的孢粉类型，统计其含量。若发现孢粉组合中以桦木科、胡桃科和榆科等落叶阔叶植物花粉为主，同时出现少量热带—亚热带植物花粉，结合区域孢粉研究成果，与中晚渐新世—中新世早期的孢粉组合特征相吻合，进而推断清水营组的沉积年代为中晚渐新世—中新世早期。放射性同位素测年是利用放射性同位素的衰变规律来测定地质体的年龄。放射性同位素具有一定的半衰期，即放射性原子衰变一半所需的时间，在衰变过程中，放射性同位素会逐渐转变为稳定的子体同位素。通过测量样品中放射性同位素及其子体同位素的含量，根据衰变公式就可以计算出样品的年龄。在青藏高原东北缘弧形构造带的年代学研究中，对于一些火山岩夹层或含有放射性矿物的地层，常用的放射性同位素测年方法有钾-氩（K-Ar）测年、氩-氩（Ar-Ar）测年等。例如，对含有钾长石等矿物的岩石样品进行K-Ar测年，测量样品中钾-40（K-40）和氩-40（Ar-40）的含量，根据K-40的半衰期（12.5亿年）和衰变公式，计算出岩石的形成年龄，从而确定该地层的沉积年代下限。3.3.2各层年代确定依据多种测年方法的综合应用，目前对青藏高原东北缘弧形构造带内各层沉积年代有了较为明确的认识。寺口子组的沉积时代为中晚渐新世。通过古地磁测年，寺口子剖面磁性地层学测试结果记录了15个正极性和14个反极性，与标准极性序列（lourensetal,2004）C11n.1n—C21n，C11r-1—C20r对应很好，表明寺口子组沉积年龄为29.401-49.906Ma（E2-E31），与鄂尔多斯盆地周缘断陷具有统一的时限。这一测年结果与区域地质背景相吻合，在渐新世时期，受太平洋板块向西俯冲于亚欧板块之下的远程效应影响，弧形构造带经历了北西—南东向的构造伸展和地壳沉降过程，为寺口子组的沉积提供了构造背景。清水营组的沉积时代为晚渐新世—早中新世。孢粉分析结果显示，北联池剖面清水营组孢粉组合特征中被子植物花粉占绝对优势，裸子植物花粉和蕨类植物孢子含量很少，结合现有区域孢粉的研究成果，综合分析认为清水营组沉积的地质时代属于中晚渐新世—中新世早期。同时，放射性同位素测年等方法也进一步佐证了这一年代范围。在晚渐新世—早中新世，区域构造环境相对稳定，沉积作用持续进行，清水营组在这样的环境下逐渐沉积形成，其岩性特征和沉积相变化也反映了这一时期沉积环境的演变。彰恩堡组的沉积时代为中中新世—晚中新世。该组地层富含多种化石，包括爬行动物和哺乳动物以及多种腹足类、轮藻和介形类化石，这些化石组合特征与中中新世—晚中新世的生物演化阶段相符合。此外，通过对地层中一些火山岩夹层的放射性同位素测年，以及与相邻地层的接触关系分析，进一步确定了彰恩堡组的沉积年代。在中中新世—晚中新世，青藏高原北东向扩展对弧形构造带的影响逐渐增强，区域构造运动导致沉积环境发生改变，彰恩堡组的沉积特征也反映了这一时期构造挤压和沉积作用的相互关系。干河沟组的沉积时代为晚中新世—上新世。干河沟组主要岩性为一套河流相的砂质碎屑沉积，常见大型交错层理、板状交错层理等沉积构造，反映了较强的水动力条件。通过光释光（OSL）测年等方法对河流阶地和冲积扇等与干河沟组相关的地貌单元进行测年，结合地层对比和区域构造演化分析，确定其沉积时代为晚中新世—上新世。在这一时期，弧形构造带持续快速隆升，走滑断裂体系的发育进一步分割了新生代盆地，干河沟组的沉积特征与这种构造背景下的河流演化和沉积过程密切相关。年代确定过程中也存在一定的可靠性与不确定性。可靠性方面，多种测年方法相互验证，使得年代结果具有较高的可信度。不同测年方法基于不同的原理和地质过程，当它们得出相近的年代结果时，增加了年代确定的可靠性。例如，对于清水营组，孢粉分析测年和放射性同位素测年结果相互印证，共同确定了其沉积年代。不确定性主要来源于测年方法本身的局限性、样品的代表性以及地质过程的复杂性。测年方法存在一定的误差范围，如放射性同位素测年中，样品的化学处理、测量仪器的精度等因素都会影响测年结果的准确性；样品的代表性也至关重要，如果采集的样品不能完全代表地层的沉积时代，就可能导致年代确定的偏差。地质过程的复杂性，如构造运动导致地层的褶皱、断裂和变形，可能会影响测年样品的原始沉积状态，从而增加年代确定的不确定性。四、构造地貌特征4.1主要构造地貌类型4.1.1高山地貌青藏高原东北缘弧形构造带的高山地貌是区域内重要的地貌类型之一，其形成与演化受到板块运动和构造活动的深刻影响。该构造带内主要山脉包括香山、天景山、烟筒山、罗山、牛首山等，这些山脉呈现出独特的形态和走向特征。从形态上看，山体陡峭，地势起伏较大，具有明显的高差变化，这是由于长期的构造隆升和强烈的外力侵蚀共同作用的结果。在构造隆升过程中，地壳缩短增厚，山体不断抬升；而外力侵蚀，如流水侵蚀、风力侵蚀等，又对山体进行塑造，使得山体形态更加陡峭。山脉的海拔高度大多在2000-3000米之间，部分山峰超过3000米，如罗山的主峰海拔达到2624.5米。这种海拔高度的差异反映了山脉在构造运动中的不同隆升幅度，较高海拔的山峰往往经历了更为强烈的构造挤压和隆升作用。在山脉走向方面，它们多呈北西-南东向或近南北向展布，这种走向与区域构造应力场密切相关。新生代以来，受印度板块与欧亚板块碰撞的远程效应以及青藏高原北东向扩展的影响，区域构造应力场以北东—南西向挤压和北西西—南东东至北北西—南南东向走滑剪切为主，导致山脉在这种应力作用下呈现出相应的走向。例如，香山-天景山断裂带的左旋走滑逆冲活动，使得香山和天景山沿断裂带走向隆升，形成了北西-南东向的山脉形态。高山地貌的形成与演化过程是一个复杂的地质过程，经历了漫长的地质历史时期。在新生代早期，受太平洋板块向西俯冲于亚欧板块之下的远程效应影响，该区域经历了北西—南东向的构造伸展和地壳沉降过程，为山脉的形成奠定了基础。随着印度板块与欧亚板块持续碰撞挤压，青藏高原向北东方向扩展增生，自早中新世开始，区域内发育强烈的构造挤压和走滑剪切变形，使得地壳缩短增厚，山脉开始隆升。在山脉隆升过程中，不同时期的构造活动强度和方式的变化，导致山脉的隆升速度和幅度也发生改变，进而影响山脉的形态和海拔高度。例如，在晚中新世至上新世，青藏高原东北缘弧形构造带持续快速隆升，走滑断裂体系的发育进一步分割了新生代盆地，这一时期山脉的隆升速度加快，山体高度增加，地形起伏更为显著。4.1.2高原地貌青藏高原东北缘弧形构造带的高原地貌，范围较为广阔，涵盖了多个山间盆地和周边的低山丘陵区域。其地势起伏相对较小，整体较为平坦，但在局部地区仍存在一定的高差变化。在同心盆地、清水河盆地等区域，地势相对平缓，海拔一般在1500-2000米之间，这是由于盆地在形成过程中，受到沉积作用的影响，沉积物不断堆积，使得盆地内部地势逐渐趋于平坦。然而，在盆地边缘与山脉交接处，地势起伏较大，高差可达数百米，这是因为山脉的隆升导致盆地边缘地形抬升，形成了明显的地势变化。从地表形态来看，高原地貌主要由平坦的地面和低矮的丘陵组成，地面上分布着一些季节性河流和湖泊的遗迹。在一些干涸的湖盆地区，可见到盐渍化的地面和残留的湖相沉积物，这些都是过去湖泊存在的证据，反映了高原地貌在地质历史时期的沉积环境变化。低矮的丘陵则多由松散的沉积物组成，经过长期的风化和侵蚀作用，形成了相对平缓的地形。高原地貌的形成与区域构造演化密切相关。在新生代早期，受太平洋板块俯冲的远程效应影响，区域经历了构造伸展和地壳沉降，形成了一系列断陷盆地，为高原地貌的形成奠定了基础。随着青藏高原北东向扩展，区域构造应力场发生改变，进入挤压构造背景，盆地受到挤压变形，周边山脉隆升，使得盆地边缘的地势逐渐抬高，形成了高原地貌的雏形。在后续的地质历史时期，沉积作用和风化侵蚀作用对高原地貌进行了进一步的塑造。河流携带的泥沙在盆地内堆积，使得地面逐渐填平，而风化侵蚀作用则对丘陵和山地进行削蚀，使地形更加平缓。例如，在新近纪时期，区域内沉积了厚层的彰恩堡组和干河沟组地层，这些沉积物的堆积对高原地貌的塑造起到了重要作用，使得高原地貌的地势更加平坦。4.1.3断裂带地貌青藏高原东北缘弧形构造带内的断裂带地貌特征明显，构造活动强烈，对区域地貌的形成和演化产生了深远影响。主要断裂带包括海原断裂带、香山−天景山断裂带、烟筒山断裂带和罗山−牛首山断裂带等，这些断裂带的走向和运动方式各不相同，但都控制了区域山脉、盆地的分布格局。海原断裂带呈北西-南东向展布，是一条全新世活动强烈的左旋走滑断裂，其左旋走滑运动导致断裂两侧的山体发生相对位移，形成了明显的断层崖和线性沟槽。在断裂带上，可见到一系列呈雁列式排列的断层崖，高度可达数米至数十米，这些断层崖是断裂活动的直接证据，反映了断裂在近期的活动情况。香山−天景山断裂带主体发育于香山和天景山北麓，断裂带的运动特征总体上为左旋走滑兼具逆冲活动，其东段和西段运动特征有较大差别，西段断层运动以左旋走滑为主兼有逆冲分量，东段断层运动以逆冲为主。这种复杂的运动方式使得断裂带两侧的山体隆升和变形，形成了不对称的地貌形态，在断裂带上升盘，山体陡峭，地势较高；在下降盘，地势相对较低，形成了山间盆地或谷地。断裂活动的证据还包括地层的错动、褶皱和变形等。在野外地质调查中，发现断裂带附近的地层发生明显的错动，不同地层之间的接触关系紊乱，呈现出复杂的构造变形特征。例如，在烟筒山断裂带附近，新近系地层与古近系地层呈角度不整合接触，且地层发生了强烈的褶皱和断裂，这表明在断裂活动过程中，地层受到强烈的挤压和错动，导致其形态和产状发生改变。断裂带对地貌的影响十分显著。断裂的活动导致山体隆升、盆地沉降，形成了现今山脉与盆地相间分布的地貌格局。断裂带的存在还控制了河流的走向和演化，河流往往沿着断裂带发育，在断裂带附近形成峡谷、瀑布等特殊地貌景观。例如，在海原断裂带附近，河流在断裂的控制下，形成了深切峡谷，河水湍急，峡谷两侧的山体陡峭，这些地貌特征都是断裂活动对河流地貌影响的体现。4.1.4河流谷地地貌青藏高原东北缘弧形构造带的河流谷地地貌形态多样，主要由河流的侵蚀和堆积作用塑造而成。区域内主要河流有清水河、苦水河等，这些河流在长期的地质历史时期中，对地表进行侵蚀和搬运，形成了各具特色的河谷地貌。从形态上看，河流谷地呈现出宽窄相间的特征。在河流上游，由于地形坡度较大，河流流速较快，下切侵蚀作用强烈，形成了深切峡谷，峡谷两岸的山体陡峭，谷深可达数十米至数百米。例如，清水河上游的峡谷段，河谷狭窄，谷壁直立，谷底宽度仅数米至数十米，这是河流强烈下切侵蚀的结果。随着河流向下游流动，地形坡度逐渐减小，河流流速降低，侧蚀作用增强，河谷逐渐展宽，形成了较为宽阔的河谷平原。在河谷平原上，河流蜿蜒曲折，发育了河漫滩、阶地等地貌单元。河流的侵蚀堆积作用对河谷地貌的形成和演化起到了关键作用。在河流侵蚀作用方面，下切侵蚀使得河谷加深，侧蚀作用使得河谷拓宽。在不同的地质时期，河流的侵蚀作用强度和方式不同，导致河谷地貌的演化过程也有所差异。在构造抬升时期，河流基准面下降，下切侵蚀作用增强，河谷加深；而在构造相对稳定时期，侧蚀作用占主导，河谷逐渐拓宽。在河流堆积作用方面，当河流流速降低时，携带的泥沙等物质会在河谷内堆积，形成河漫滩、阶地等堆积地貌。河漫滩是河流在洪水期淹没、枯水期露出的滩地，由河流携带的细粒物质堆积而成；阶地则是河流下切侵蚀过程中，在河谷两侧形成的阶梯状地貌，每一级阶地都代表了河流的一次下切和堆积过程。通过对河流阶地的研究，可以揭示河谷的演化历史。河流阶地的级数、高度、宽度等参数记录了河流下切和堆积的信息，通过对这些参数的测量和分析，结合年代学方法，可以确定阶地的形成时代和演化序列。例如，在苦水河的河谷中，发现了多级河流阶地，通过光释光测年等方法，确定了不同阶地的形成时代，从而重建了苦水河河谷的演化历史，发现该河谷在过去的数百万年中经历了多次下切和堆积过程，这与区域构造运动和气候变化密切相关。4.2地貌演化过程4.2.1新生代早期地貌在新生代早期，受太平洋板块向西俯冲于亚欧板块之下的远程效应影响，青藏高原东北缘弧形构造带经历了北西—南东向的构造伸展和地壳沉降过程，这一时期的地貌形态主要表现为一系列断陷盆地和低缓的山地。区域内形成了兴仁堡盆地、同心盆地等断陷盆地，这些盆地呈北西-南东向展布，与构造伸展方向一致。断陷盆地的形成是由于构造伸展导致地壳变薄，岩石圈发生破裂，形成正断层，使得地块下沉，形成盆地雏形。在盆地边缘，由于地形高差较大，河流作用强烈，形成了冲积扇和扇三角洲等沉积体系，如古近系寺口子组中的冲积扇和扇三角洲沉积，其岩性主要为紫红色中厚层粗砂岩、砾岩，反映了较强的水动力条件和快速堆积的沉积过程。低缓的山地则分布在盆地周边，这些山地主要由古老的变质岩和沉积岩组成，在长期的风化剥蚀作用下，地势相对平缓。山地的隆升幅度较小，没有形成现今高耸的山脉地貌。在山地与盆地之间，存在着一些小型的河流和湖泊，河流将山地的风化剥蚀产物搬运至盆地内沉积，而湖泊则起到了沉积中心的作用，接受来自河流的碎屑物质和化学沉积物质。在清水营组下段的沉积中，出现了大量的石膏沉积，表明当时存在相对稳定的湖泊环境，气候干旱，蒸发作用强烈，水体中的盐分不断浓缩沉淀形成石膏。从区域构造背景来看，这一时期的地貌演化主要受太平洋板块俯冲的远程效应控制，区域构造应力场以伸展为主，使得地壳发生沉降和断裂，为断陷盆地的形成提供了构造条件。同时，气候条件也对地貌演化产生了重要影响，干旱的气候使得河流流量较小，搬运能力有限，沉积作用主要集中在盆地内，形成了以细粒沉积物为主的沉积地层。4.2.2新生代中期地貌演变新生代中期，随着印度板块与欧亚板块持续碰撞挤压，青藏高原开始向北东方向扩展增生，这一过程对青藏高原东北缘弧形构造带的地貌演变产生了深远影响。自早中新世开始，弧形构造带在青藏高原北东向扩展的控制下，发育北东—南西向构造挤压和北西西—南东东至北北西—南南东向走滑剪切变形，区域内的山脉开始隆升，盆地受到挤压变形。在山脉隆升方面，香山−天景山断裂带、烟筒山断裂带等活动强烈，断裂带的左旋走滑逆冲活动使得香山、天景山、烟筒山等山脉不断隆升，山体逐渐增高，地势起伏增大。以香山为例，在断裂活动的作用下，山体抬升，岩石发生褶皱和断裂，形成了陡峭的山坡和高耸的山峰，海拔逐渐升高。同时，山脉的隆升也导致了地形高差的增大，进一步加强了河流的侵蚀作用，河流下切加深，形成了深切峡谷。盆地受到挤压变形，形态发生改变，沉积环境也随之发生变化。同心盆地、清水河盆地等在构造挤压作用下，盆地边缘的地层发生褶皱和断裂，盆地面积缩小，沉积中心发生迁移。在沉积环境方面，由于山脉隆升，物源区的岩石遭受强烈风化剥蚀，碎屑物质供应增加，沉积相也发生了变化。新近系彰恩堡组主要为一套以河湖相为主的沉积物组合，其中的砾岩、砂岩等粗碎屑沉积增多，反映了水动力条件增强，这与盆地受到挤压变形，河流搬运能力增强有关。此外，新生代中期的气候变化也对地貌演变产生了一定影响。随着山脉隆升，区域气候发生改变，降水分布不均，山地的迎风坡降水增多，形成了一些小型的冰川和积雪，而背风坡则气候干旱，风力作用增强，形成了一些风蚀地貌。这种气候变化进一步塑造了区域的地貌形态，使得山地和盆地的地貌特征更加复杂多样。4.2.3新生代晚期至今地貌特征形成新生代晚期至上新世，青藏高原东北缘弧形构造带持续快速隆升，并且走滑断裂体系的发育进一步分割了新生代盆地，这一时期形成了现今复杂多样的地貌特征。海原断裂带、香山−天景山断裂带等走滑断裂活动强烈，这些断裂带的左旋走滑运动使得断裂两侧的山体发生相对位移，形成了明显的断层崖和线性沟槽，进一步加剧了地形的起伏。在海原断裂带上，可见到一系列呈雁列式排列的断层崖，高度可达数米至数十米，这些断层崖是断裂近期活动的直接证据，反映了断裂带对地貌的强烈改造作用。山脉的隆升仍在持续进行，罗山、牛首山等山脉在构造挤压作用下，不断隆升，山体高度进一步增加，地势更为陡峭。同时，山脉的隆升也导致了河流的溯源侵蚀和下切作用加剧，河流不断加深河谷，形成了多级河流阶地。在清水河、苦水河等河流的河谷中，发育了多级河流阶地，每一级阶地都代表了河流在不同时期的下切和堆积过程，通过对河流阶地的研究，可以揭示河流的演化历史和区域构造运动的阶段性。新生代盆地被走滑断裂体系进一步分割，形成了多个相对独立的小盆地，如兴仁堡盆地、同心盆地等被断裂分割成不同的小块，盆地的沉积环境和演化过程也因此发生改变。在盆地内部，由于地形的变化和河流的改道，沉积相也变得更加复杂多样，出现了冲积扇、河流相、湖泊相等多种沉积相的交替分布。第四纪以来，全球气候波动频繁，对青藏高原东北缘弧形构造带的地貌演化也产生了重要影响。在冰期，气候寒冷，冰川作用增强，山脉上发育了大量的冰川，冰川的侵蚀和堆积作用塑造了独特的冰川地貌，如角峰、U形谷等；在间冰期，气候变暖，冰川退缩，河流作用增强，对地貌进行了进一步的改造。这种气候波动与构造运动相互作用，共同塑造了现今青藏高原东北缘弧形构造带复杂多样的地貌特征。五、沉积地层与构造地貌的耦合关系5.1构造运动对沉积地层的控制5.1.1伸展构造与沉积响应在新生代早期，受太平洋板块向西俯冲于亚欧板块之下的远程效应影响，青藏高原东北缘弧形构造带经历了北西—南东向的构造伸展和地壳沉降过程，这一伸展构造背景对区域沉积地层产生了显著影响。在这一时期，区域内形成了一系列断陷盆地，如兴仁堡盆地、同心盆地等，这些盆地呈北西-南东向展布，与构造伸展方向一致。断陷盆地的形成机制主要是由于构造伸展导致地壳变薄，岩石圈发生破裂，形成正断层，使得地块下沉，为沉积作用提供了空间场所。在断陷盆地内，沉积物堆积特征明显。盆地边缘地形高差较大，河流作用强烈，形成了冲积扇和扇三角洲等沉积体系，如古近系寺口子组中的冲积扇和扇三角洲沉积，其岩性主要为紫红色中厚层粗砂岩、砾岩。这些粗碎屑沉积物反映了较强的水动力条件，是构造伸展背景下盆地边缘地形高差较大、物源供应充足的体现。在冲积扇沉积中，扇根部位沉积物主要由粗大的砾石组成，砾石呈棱角状或次棱角状，分选性差，磨圆度低，这是因为河流在出山口时流速急剧降低，粗大的砾石首先快速堆积，没有经过长时间的搬运和磨蚀。随着向扇中部位过渡，沉积物粒度逐渐变细，以砂和砾石的混合沉积为主，分选性有所改善，磨圆度也有所提高，砂体常呈透镜状或条带状分布于砾石层之间，发育交错层理，反映了水流在搬运过程中具有一定的方向性和波动性。在扇缘部位，沉积物则主要为粉砂和粘土，分选性较好，磨圆度较高，常发育水平层理，这是由于水流在扇缘处流速进一步降低，细粒物质得以缓慢沉积，形成较为稳定的水平层理。从沉积相分布来看，断陷盆地内自盆地边缘向中心，沉积相呈现出明显的规律性变化。盆地边缘主要为冲积扇相和扇三角洲相沉积，向盆地中心逐渐过渡为浅湖相沉积。这种沉积相的分布与构造伸展背景下的地形和水动力条件密切相关。在盆地边缘，地形高差大，河流携带大量碎屑物质快速堆积，形成冲积扇和扇三角洲；而在盆地中心，水动力条件相对较弱，水体较为平静，适合细粒物质的沉积，形成浅湖相。例如，在同心盆地，古近系寺口子组在盆地边缘为冲积扇和扇三角洲沉积，而在盆地中心则逐渐过渡为清水营组的浅湖相沉积，清水营组下段岩性为蓝灰（含石膏）、紫红色泥岩、粉砂质泥岩与灰白、浅灰、砖红色中—厚层（含泥）石膏岩不等厚互层，夹石膏质砂岩、粉砂岩、细砂岩、含细砾中粒长石石英砂岩等，反映了浅湖相沉积环境相对稳定，水体较浅，气候干旱，蒸发作用强烈，水体中的盐分不断浓缩沉淀形成石膏。5.1.2挤压构造与沉积特征变化自早中新世开始，随着印度板块与欧亚板块持续碰撞挤压，青藏高原向北东方向扩展增生，青藏高原东北缘弧形构造带进入挤压构造背景，这一构造背景对区域沉积地层产生了深刻的影响，导致地层变形、不整合界面形成以及沉积相改变。在挤压构造作用下，区域内的地层发生了明显的褶皱和断裂变形。野外地质调查发现，新近系彰恩堡组和干河沟组地层中发育大量紧闭褶皱和逆冲断层，褶皱枢纽和轴面产状多变，反映了复杂的构造应力场。以同心盆地边缘为例，彰恩堡组地层与下伏清水营组地层呈角度不整合接触，这一不整合界面的形成是由于挤压构造运动导致下伏清水营组地层发生褶皱、抬升，遭受剥蚀，之后在新的沉积环境下，彰恩堡组开始沉积。角度不整合界面的存在表明区域构造运动发生了明显的转变，从早期相对稳定的伸展构造背景转变为挤压构造背景，沉积环境也发生了显著变化。挤压构造还导致了沉积相的改变。随着区域构造挤压作用的增强，山脉隆升，地形高差增大，河流的侵蚀和搬运能力增强，沉积相从早期相对稳定的浅湖相、河湖相逐渐转变为河流相和冲积扇相。新近系干河沟组主要岩性为一套河流相的砂质碎屑沉积，包含砾岩、砂岩、粉砂岩及泥岩等，常见大型交错层理、板状交错层理等沉积构造，这些构造指示了较强的水动力条件，是河流快速流动、搬运和沉积作用的结果。在盆地边缘，由于山脉隆升，物源区的岩石遭受强烈风化剥蚀，碎屑物质供应增加，形成了粗碎屑的冲积扇相沉积，沉积物粒度较粗，分选性差。而在盆地内部，河流相沉积占据主导，河流携带的碎屑物质在盆地内堆积，形成了不同粒度的砂质和泥质沉积物，沉积相的这种变化反映了挤压构造背景下区域沉积环境的动态演变过程。5.1.3走滑构造对沉积的影响青藏高原东北缘弧形构造带内发育北西西—南东东至北北西—南南东向走滑剪切变形，以香山−天景山断裂带、海原断裂带等为代表的走滑断裂活动对区域沉积过程产生了多方面的影响，包括断裂活动、盆地分割以及沉积物搬运沉积变化等。走滑断裂活动导致了区域内断裂系统的复杂化。以香山−天景山断裂带为例，该断裂带主体发育于香山和天景山北麓，断裂带的运动特征总体上为左旋走滑兼具逆冲活动，其东段和西段运动特征有较大差别，西段断层运动以左旋走滑为主兼有逆冲分量，东段断层运动以逆冲为主。这种复杂的走滑断裂活动使得断裂带附近的地层发生错动、变形，形成了复杂的构造格局，影响了沉积物的堆积和保存条件。在断裂带附近，由于断层的活动，地层的连续性被破坏，可能导致地层缺失、重复或错断，从而影响沉积地层的完整性和沉积序列的连续性。走滑构造还导致了新生代盆地的分割。晚中新世至上新世，青藏高原东北缘弧形构造带走滑断裂体系的发育进一步分割了新生代盆地，如兴仁堡盆地、同心盆地等被断裂分割成不同的小块。盆地的分割使得各个小盆地的沉积环境相对独立，物源供应、水动力条件等因素发生变化，进而影响了沉积物的搬运和沉积过程。被分割的小盆地可能具有不同的沉降速率和沉积速率，导致沉积物的厚度和岩性在不同小盆地之间存在差异。在靠近断裂带的小盆地边缘，由于地形高差较大，可能形成粗碎屑的冲积扇沉积；而在小盆地内部，水动力条件相对较弱，可能以细粒的河流相或湖泊相沉积为主。在沉积物搬运沉积方面，走滑构造引起的断裂活动改变了区域的地形地貌，从而影响了河流的流向和沉积物的搬运路径。河流往往沿着断裂带发育，在断裂带附近形成峡谷、瀑布等特殊地貌景观，这些地貌特征改变了水流的速度和方向，使得沉积物的搬运和沉积过程变得更加复杂。在走滑断裂的端部或弯曲部位，由于应力集中，可能形成局部的拉张或挤压区域，影响沉积物的堆积方式和沉积相的分布。在拉张区域，可能形成断陷盆地，接受大量的沉积物堆积，沉积相以冲积扇、扇三角洲等粗碎屑沉积为主；而在挤压区域，沉积物可能受到挤压变形，形成褶皱和断层，沉积相也可能发生改变，如从河流相转变为冲积扇相或洪积相。5.2沉积地层对构造地貌的记录5.2.1地层不整合反映的构造事件地层不整合是沉积间断的重要标志，它记录了区域构造运动的重要信息，通过对地层不整合界面的研究，可以推断构造运动的时期、性质与强度。在青藏高原东北缘弧形构造带内，古近系与新近系地层之间存在明显的不整合界面，以同心盆地边缘为例，新近系彰恩堡组与下伏古近系清水营组呈角度不整合接触。这一不整合界面的存在表明在早中新世之后，区域构造运动发生了重大转变。从地层特征来看，下伏清水营组地层在构造运动的影响下发生褶皱、抬升，遭受剥蚀，之后在新的沉积环境下，彰恩堡组开始沉积。这种角度不整合反映了区域经历了强烈的构造挤压作用，导致地层发生变形，是构造运动性质为挤压的重要证据。通过对不整合界面上下地层的年代测定，可以确定构造运动的时期。利用古地磁测年、放射性同位素测年等方法，确定清水营组的沉积时代为晚渐新世—早中新世，彰恩堡组的沉积时代为中中新世—晚中新世，从而推断出不整合所代表的构造运动发生在早中新世与中中新世之间。这一时期，随着印度板块与欧亚板块持续碰撞挤压，青藏高原向北东方向扩展增生，使得青藏高原东北缘弧形构造带受到强烈的构造挤压，导致地层变形，形成不整合界面。地层不整合的强度可以通过不整合界面的起伏程度、地层缺失的厚度以及褶皱变形的强度等方面来推断。在同心盆地边缘，不整合界面起伏较大，地层缺失明显，下伏清水营组地层褶皱紧闭，这些特征表明构造运动强度较大，对区域地层产生了深刻的影响。相比之下，在一些局部地区，地层不整合表现为平行不整合，如干河沟组与下伏彰恩堡组在部分区域呈平行不整合接触，这反映了构造运动相对较弱，主要表现为地壳的升降运动，没有导致地层发生强烈的褶皱变形。5.2.2沉积物特征指示的构造活动沉积物特征是沉积地层对构造活动的重要记录，通过对沉积物粒度、成分、沉积构造等特征的分析，可以反演构造活动历史。在青藏高原东北缘弧形构造带内，古近系寺口子组主要岩性为冲积扇和扇三角洲沉积体系的紫红色中厚层粗砂岩、砾岩，这些粗碎屑沉积物反映了较强的水动力条件。在构造伸展背景下，区域内地壳沉降，盆地边缘地形高差较大，河流流速快，搬运能力强，能够将粗大的砾石等碎屑物质搬运至盆地边缘堆积，形成粗碎屑沉积。砾石的成分主要为石英岩、砂岩等，这些成分与周边山脉的岩石类型一致，表明物源主要来自周边山脉的风化剥蚀，而构造运动导致的地形起伏变化控制了物源的供应和沉积物的搬运路径。沉积构造也是反映构造活动的重要标志。在新近系干河沟组中，常见大型交错层理、板状交错层理等沉积构造，这些构造指示了较强的水动力条件，是河流快速流动、搬运和沉积作用的结果。在挤压构造背景下，山脉隆升，地形高差增大，河流的侵蚀和搬运能力增强，形成了这些反映较强水动力条件的沉积构造。而在一些相对稳定的沉积环境中，如古近系清水营组下段的浅湖相沉积，主要发育水平层理，反映了水动力条件较弱，沉积环境相对稳定。沉积物的粒度分布也能反映构造活动的特征。通过对沉积物粒度分析，可以获取平均粒径、分选系数、偏态等参数。在构造活动强烈的时期，如山脉隆升阶段，物源区岩石遭受强烈风化剥蚀，大量粗碎屑物质被搬运至沉积区，沉积物粒度较粗，分选性差；而在构造相对稳定时期，沉积物粒度较细，分选性较好。例如，在同心盆地边缘，随着构造挤压作用的增强，新近系地层中沉积物粒度逐渐变粗，分选性变差，这与区域构造活动的增强密切相关。5.3案例分析——以典型盆地为例5.3.1盆地沉积地层特征选取同心盆地作为典型案例，深入剖析其沉积地层特征。同心盆地位于青藏高原东北缘弧形构造带，其新生代沉积地层较为发育，完整地记录了区域构造演化和沉积环境变迁的信息。同心盆地的新生代沉积地层自下而上依次为古近系寺口子组、清水营组，新近系彰恩堡组和干河沟组。寺口子组主要岩性为冲积扇和扇三角洲沉积体系的紫红色中厚层粗砂岩、砾岩，砾石成分主要为石英岩、砂岩等，反映了较强的水动力条件和快速堆积的沉积环境。在盆地边缘的露头中，可见砾石呈棱角状或次棱角状，分选性差，磨圆度低，这是由于河流在出山口时流速急剧降低，粗大的砾石首先快速堆积，没有经过长时间的搬运和磨蚀。清水营组下段岩性为蓝灰（含石膏）、紫红色泥岩、粉砂质泥岩与灰白、浅灰、砖红色中—厚层（含泥）石膏岩不等厚互层，夹石膏质砂岩、粉砂岩、细砂岩、含细砾中粒长石石英砂岩等，显示出在构造沉降过程中，盆地水体逐渐加深，气候干旱，蒸发作用强烈，形成了大量的石膏沉积。在盆地中心部位，泥岩和粉砂质泥岩的含量较高，反映了水动力条件较弱，细粒物质得以在平静的水体中缓慢沉积。清水营组上段为紫红色泥岩、粉砂质泥岩夹少量黄绿、蓝灰色含膏泥岩、中层泥质石膏岩、中薄层粉砂岩和细砂岩及白色条带，表明水体变浅，沉积动力条件有所增强，可能受到季节性洪水等因素影响，使得碎屑物质供应增加。彰恩堡组是一套以河湖相为主的沉积物组合，主要包含粘土、砂岩和砾岩，富含多种化石，包括爬行动物和哺乳动物以及多种腹足类、轮藻和介形类化石，丰富的化石种类反映了当时生物多样性较高，生态环境较为适宜生物生存。在盆地内，彰恩堡组的厚度变化较大，在盆地边缘靠近物源区，厚度相对较大，可达700米左右，沉积物粒度较粗，以砾岩和砂岩为主；而在盆地中心部位，厚度相对较小，约为165米，沉积物粒度较细，以粘土和粉砂岩为主。干河沟组主要岩性为一套河流相的砂质碎屑沉积，包含砾岩、砂岩、粉砂岩及泥岩等，常见大型交错层理、板状交错层理等沉积构造，指示了较强的水动力条件，是河流快速流动、搬运和沉积作用的结果。在盆地内，干河沟组的沉积相呈现出明显的分带性，在河流上游，以砾岩和粗砂岩沉积为主，反映了较强的水动力条件；在河流下游，以粉砂岩和泥岩沉积为主，水动力条件相对较弱。5.3.2盆地构造地貌特征同心盆地的构造地貌特征明显，受到区域构造运动的强烈控制。盆地边界主要受香山−天景山断裂带和烟筒山断裂带的控制，这两条断裂带均为左旋走滑兼具逆冲活动的断裂。香山−天景山断裂带主体发育于香山和天景山北麓，其东段和西段运动特征有较大差别，西段断层运动以左旋走滑为主兼有逆冲分量，东段断层运动以逆冲为主。烟筒山断裂带同样具有复杂的运动特征，其活动导致了盆地边缘的地形抬升和地层变形。受断裂活动影响，盆地边缘形成了明显的断层崖和线性沟槽。在香山−天景山断裂带附近，可见一系列呈雁列式排列的断层崖，高度可达数米至数十米，这些断层崖是断裂活动的直接证据，反映了断裂在近期的活动情况。盆地内部地势相对平坦，但在局部地区仍存在一定的起伏，这是由于盆地在形成过程中，受到沉积作用和构造运动的共同影响，沉积物的堆积和地层的变形导致了地势的变化。盆地的演化与断裂活动密切相关。在新生代早期，受太平洋板块俯冲的远程效应影响，区域经历了构造伸展和地壳沉降，形成了同心盆地的雏形。随着青藏高原北东向扩展，区域构造应力场发生改变，进入挤压构造背景，盆地受到挤压变形，边缘的地层发生褶皱和断裂，盆地面积缩小，沉积中心发生迁移。在新近纪时期，走滑断裂体系的发育进一步分割了同心盆地，使得盆地内部的沉积环境和地貌特征变得更加复杂多样。5.3.3二者耦合关系剖析同心盆地的沉积地层与构造地貌之间存在着密切的耦合关系。在新生代早期，受伸展构造控制，盆地边缘地形高差较大，河流作用强烈，形成了寺口子组的冲积扇和扇三角洲沉积，沉积地层记录了这一时期构造伸展导致的地形变化和沉积响应。随着构造沉降的持续进行，盆地水体逐渐加深，形成了清水营组的浅湖相沉积，反映了沉积环境的逐渐稳定。自早中新世开始，区域进入挤压构造背景，山脉隆升，盆地受到挤压变形，这一构造运动在沉积地层中表现为彰恩堡组与下伏清水营组呈角度不整合接触，地层发生褶皱和断裂变形。同时，挤压构造导致沉积相改变，河流相和冲积扇相逐渐取代了早期的浅湖相和河湖相沉积，干河沟组的河流相沉积特征就是这一时期构造运动和沉积响应的体现。走滑断裂活动对同心盆地的沉积地层和构造地貌也产生了重要影响。香山−天景山断裂带和烟筒山断裂带的走滑运动导致盆地边缘地形变化，控制了河流的流向和沉积物的搬运路径。在断裂带附近，由于地形高差较大，形成了粗碎屑的冲积扇沉积；而在盆地