晚更新世以来山前地貌面对构造活动与气候作用的响应

【摘要】：山前地貌的演化过程既反映了构造活动的变形特征,同时也是周缘气候波动记录的重要载体。如何识别并厘定气候与构造作用在地貌面演化过程中各自的贡献,是定量研究山前构造地貌中构造分量的关键。天山造山带位于中亚腹地,新生代以来受青藏高原挤压而再次复活隆升。天山自西向东可分为西南天山、西天山和东天山,气候上均受北半球西风带控制。西南天山柯坪塔格南麓和东天山巴里坤山南北麓山前均发育多期次的冲积扇面。这些层状地貌面的演化历史是我们定量分析天山自晚更新世以来新构造变形特征的宝贵资料。本论文以西南天山柯坪塔格南缘和东天山的巴里坤山南北麓山前多处典型构造地貌为研究对象,开展了精细地质填图、高精度无人机地形地貌测绘、宇宙成因核素~(10)Be定年、古地震学和沉积年代学等研究,并详细收集了周缘古气候和构造记录资料。在对比构造地貌成因及其变形特征、构造地貌面~(10)Be暴露年龄与古气候记录的基础上,综合古地震探槽取得的精细构造形变特征、古地震事件年代序列,我们厘定了西南天山柯坪塔格山前断裂不同段落的大地震复发行为和变形速率,获得了东天山巴里坤山南、北麓山前断裂和巴里坤盆地中央逆断裂相关褶皱的活动习性和长期变形速率。本论文取得的主要认识如下:首先,基于~(10)Be地表暴露定年得到两处研究区内24个冲积扇的废弃年龄分别集中分布于~10ka,~30ka,~50ka,~90ka和~150ka的5个时段,最老的为巴里坤奎苏台褶皱背斜顶面的年龄((163.91±15.41)ka)。这些冲积扇组成的层状地貌面均发育在构造抬升显著的冲沟出口和新生褶皱背斜附近。第二,~20ka至~160ka的冲积扇年龄序列具有~20ka等周期丛集的特点,与研究区周缘荒漠、湖泊及河流阶地等气候记录中的相对湿润期具有较好的一致性,且大致与19~23ka的岁差驱动的北半球气候旋回间隔匹配。说明老冲积扇体的废弃主要受气候波动的影响;~20ka以来,冲积扇的新老更替对构造抬升活动的响应更为直接,断错冲积扇~(10)Be暴露年龄更接近构造抬升事件的时间。第三,基于30m分辨率ASTER GDEM地形数据GIS处理得到的研究区山前冲积扇面HI指数的分布特征显示,巴里坤盆地东部山前冲积扇HI指数高值与构造抬升速率高值的分布较为一致,均位于逆断裂与新生褶皱发育的奎苏—野米子台一带;柯坪塔格山前地貌面HI指数的高低值分布与山前断裂活动强弱有着很好的对应。此外,HI高值区多分布在冲积扇前缘地带,可能与山前不断向南伸展的逆断裂褶皱新构造活动有关。第四,西南天山柯坪塔格山前断裂西段的西克尔处记录了复发周期为~3kyr的至少2次古地震事件,~5 ka以来断裂的缩短速率约1.1~1.7mm/a;东段三岔口处~6 ka以来记录到3次古地震事件,平均复发周期为~2kyr,断裂缩短速率为1.1~1.8mm/a;东天山巴里坤盆地南缘断裂以经度93.026°E为界,西段以左旋走滑为主,走滑速率为4.04~4.72±0.5mm/a;东段野米子台–奎苏一带的构造缩短速率为3~4mm/a。同样,在德外里获得哈密盆地北缘断裂的缩短速率为0.76~0.96mm/a。第五,在定量分析断错冲积扇构造作用与气候作用响应的基础上,发现西南天山柯坪塔格山前断裂活动依然延续逆断裂相关褶皱的变形特征,皮羌断裂东西两段~6ka以来滑动速率趋于一致;确定了晚更新世以来,巴里坤山中段构造活动累积的缩短速率为4.5~5mm/a,明显高于周缘走滑断裂系统3.1~4.7mm/a的水平滑动速率。说明晚更新世以来巴里坤山周缘的构造应变以挤压缩短为主,其中的左旋走滑断裂主要发挥分解和转换构造挤压应变的作用。最后,鉴于两处研究区内缺少高精度DEM数据,使提取的流域盆地并不能很好地反映~10m量级的构造作用。同时,两处研究区~20ka以来的古地震事件均缺乏更加细致的年代序列控制,因而难以跟周缘气候波动事件进行有效的区分。因此,若能进一步补充挖掘研究区内的古地震事件和构造地貌变形特征的相关参数信息,将为气候构造耦合信息更加复杂的~20ka以来构造地貌面演化模式的讨论提供更加丰富和可靠的证据支持。