青藏高原東北緣晚白堊世隆升剝露事件的年代學(xué)分析

0中新世以來的盆山格局青藏高原東北岸的昆侖-西秦嶺斷裂帶、西阿爾金斷裂帶和北祁山-六盤山斷裂帶的三個大型五星斷層和滑動地殼組成。這是高原向北東延伸的最新先進(jìn)地區(qū)。結(jié)構(gòu)運(yùn)動非常活躍，是研究龍盛時期和龍盛過程的有利區(qū)域（圖1a）。20世紀(jì)80年代開始圍繞青藏高原東北緣地層序列、地形地貌、沉積相、古生物、環(huán)境演化、構(gòu)造變形等問題前人取得諸多重要研究成果(孫秀玉等,1984;谷祖綱等,1992;劉夢儒,1992;潘保田1994;李吉均等,1996).方小敏等(1997,2004,2007)和Fangetal.(2005)先后對臨夏盆地、西寧盆地和貴德盆地的新生代沉積給出了全面系統(tǒng)的磁性地層學(xué)時代約束.在此基礎(chǔ)上,諸多學(xué)者從植物群落、沉積環(huán)境、沉積速率以及裂變徑跡熱年代學(xué)等多角度的研究表明東北緣的盆山格局的形成是多階段、非均變的復(fù)雜過程,揭示出中新世以來的多階段隆升信息(陳懷錄等,1996;鄧中林等,2000;宋春暉等,2001,2003a,2003b;方小敏等,2002;鄭德文等,2003,2006;鹿化煜等2004;王修喜等,2006;張培震等,2006;劉少峰等,2007;袁道陽等,2005,2007;張克信等,2008;王國燦等,2010).概括起來,東北緣盆地與周緣造山帶盆山耦合過程大致劃分為3個階段:古近紀(jì)時期,東北緣盆地為一個統(tǒng)一的昆侖山前擠壓型前陸盆地;中新世早期拉脊山隆升分隔了貴德盆地和西寧盆地;中新世中期約8Ma拉脊山和積石山強(qiáng)烈隆升形成了現(xiàn)今山間盆地的地貌格局.其中,古新世-漸新世階段的構(gòu)造隆升過程和盆山格局的揭示相對有限,對于東北緣盆地廣泛存在的西寧群沉積的南部邊界為拉脊山還是昆侖山存在較多的爭議;由于缺失古近紀(jì)地層,拉脊山在此時期是否經(jīng)歷過構(gòu)造隆升這一關(guān)鍵問題也尚未解決;同時基于古生物群落和沉積相的盆山耦合研究缺乏確切的年齡信息;此外,東北緣循化-化隆盆地中新世以來的沉積物源研究相對于周緣盆地的研究程度較低.因此,筆者選擇循化-化隆盆地和周緣造山帶作為研究區(qū),應(yīng)用磷灰石裂變徑跡低溫?zé)嵫莼瘹v史結(jié)合盆地的沉積物源分析,揭示循化-化隆盆地記錄的青藏高原東北緣新生代隆升的更多信息.1循化-化隆盆地原生紀(jì)循化-化隆盆地位于青藏高原東北緣與黃土高原交匯處,屬于祁連、昆侖和秦嶺三大褶皺系結(jié)合地帶的新生代沉降盆地,盆地長約130km,寬約40km,平均海拔約2000～2500m,由北西向展布的拉脊山、西秦嶺北緣逆沖帶和北北西向展布的積石山所圍限,形成盆山相間的菱形構(gòu)造地貌格局(圖1b),盆地被中部的德恒隆一加吾力隆起帶分為東西兩個次級盆地(潘保田等,1996).黃河是循化-化隆盆地主要河流,由西部的貴德盆地流入,下切形成多級階地,經(jīng)積石峽向東進(jìn)入隴西黃土高原的臨夏盆地(黃長生等,1998).循化-化隆盆地的基底為元古界化隆巖群,主要為片麻巖、角閃巖、大理巖、片巖和偉晶石英巖脈.不整合沉積于基巖之上的新生代地層為山麓相、河湖相紅色碎屑巖系,累計厚達(dá)2700余米(鄧中林等,2000).劃分為古近系他拉組(張克信等,2010),為一套礫巖、砂巖等粗碎屑巖組合;新近系貴德群,進(jìn)一步劃分為咸水河組和臨夏組,咸水河組以鈣質(zhì)泥巖為主夾少量砂礫巖,臨夏組以粗礫巖、石英砂巖為主夾少量鈣質(zhì)泥巖;第四系為一套沖積扇礫巖沉積,不整合覆蓋于新近系地層之上.循化-化隆盆地北部海拔3500m的拉脊山屬于中祁連造山帶,祁連山帶主體構(gòu)造格架奠定于早古生代,后經(jīng)歷了中生代、新生代的多期強(qiáng)烈構(gòu)造變形改造(曾廣策等,1997;王二七等,2000;左國朝等,2001).拉脊山主要由一套震旦系、寒武系、奧陶系和志留系的超基性巖、中基性火山巖、海相沉積巖以及加里東花崗巖組成(圖1b).主體構(gòu)造變形格架是由南北兩條擠壓逆沖斷裂帶組成的一組弧形斷裂構(gòu)造帶,剖面上斷層組合構(gòu)成背沖的花狀構(gòu)造.循化-化隆新生代盆地南界為西秦嶺北緣逆沖帶,逆沖帶以南主要由石炭系、二疊系和三疊系的復(fù)理石碎屑巖、硅質(zhì)巖、碳酸鹽巖以及印支期、燕山期花崗巖組成(郭進(jìn)京和韓文峰,2008),向北逆沖于循化-化隆盆地之上,此外有部分白堊系紫紅色陸相碎屑巖分布于西秦嶺逆沖帶北側(cè)附近.2分析與樣品分布2.1灰石的封閉溫度盆地沉積是剝蝕源區(qū)長期演化的產(chǎn)物,記錄了造山帶構(gòu)造隆升和剝露過程的大量信息.因此,通過盆地沉積相分析恢復(fù)循化-化隆盆地沉積環(huán)境演化過程,進(jìn)而對循化盆地他拉組、咸水河組等不同時代的層位以及盆地不同地區(qū)的沉積巖中的碎屑成分組成結(jié)構(gòu)與造山帶地層的巖性對比,結(jié)合對應(yīng)層位的古流向分析,構(gòu)建出造山帶剝露和構(gòu)造演化的基本框架.在此基礎(chǔ)上為精細(xì)刻畫循化-化隆盆地新生代盆山耦合過程,筆者采用高差-裂變徑跡年代學(xué)方法對盆地相鄰造山帶進(jìn)行系列磷灰石裂變徑跡年代學(xué)分析,磷灰石具有較低的封閉溫度,因此為揭示山帶隆升、剝露和冷卻速率、斷裂演化、盆山耦合過程和盆地?zé)嵫莼峁┝硕炕姆椒?裂變徑跡是放射性238U自發(fā)裂變對礦物晶格產(chǎn)生的電離損傷痕跡,升溫時先前記錄的徑跡發(fā)生退火消失,溫度下降到封閉溫度后,徑跡重新累積,即“時鐘”重新開始計時,從而記錄了巖石冷卻通過等溫面以來的時代(Naeser,1979).磷灰石和鋯石是兩種常見的測試礦物,鋯石的封閉溫度為240±50℃,磷灰石的封閉溫度為110±10℃(Gleadowetal.,1981;Hurford,1986;Brandonetal.,1998;Bernetetal.,2002;王國燦,2002).磷灰石裂變徑跡測試工作在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實驗室完成,采用外探測器法制樣,磷灰石樣品用環(huán)氧樹脂固定,并用5mol/L的HNO3蝕刻22s,然后用低鈾白云母作為外探測器與磷灰石制成定年組件,樣品在中國原子能科學(xué)研究院進(jìn)行熱中子輻射,磷灰石輻射劑量為8×1015cm-2,白云母的誘發(fā)裂變徑跡用40%HF室溫條件下蝕刻18min.徑跡統(tǒng)計在ZeissAxiolpan2顯微鏡和Autoscan系統(tǒng)中放大1000倍的條件下完成測試,基巖、碎屑樣品分別統(tǒng)計15和50個磷灰石顆粒年齡.計算的Zeta參數(shù)采用美國國家標(biāo)準(zhǔn)局SRM612鈾標(biāo)準(zhǔn)玻璃和標(biāo)準(zhǔn)磷灰石(Durango,31.4±0.6Ma)多次標(biāo)定值Zeta=346.28±14.19,徑跡年齡以國際通用高斯擬合軟件Binomfit處理,進(jìn)行年齡組二項式擬合和頻度分析.2.2樣品采集和分析本文磷灰石裂變徑跡采樣位置見圖1c,為了揭示循化-化隆盆地及周緣山系的隆升剝露歷史,由北向南依次系統(tǒng)采集了地形高差較大的北部拉脊山、中部循化-化隆盆地拉目峽、南部西秦嶺北緣逆沖帶的3個剖面.拉脊山主峰東側(cè)的化隆-樂都公路旁的6件樣品,采樣系統(tǒng)穿越了拉脊山主脊,其中T53-1位于拉脊山南坡逆沖斷層的下盤,巖性為花崗閃長巖;其余樣品為拉脊山北坡的寒武紀(jì)變質(zhì)砂巖、花崗斑巖.循化-化隆盆地循化縣南部拉目峽谷的7件樣品,位于南傾的逆沖推覆構(gòu)造帶上盤,巖性為元古界接觸變質(zhì)的基底片麻巖、混合巖化花崗巖,巖石U-Pb年齡為754.8±1.8Ma(1∶25萬臨夏幅),采樣海拔2100～2700m.西秦嶺尕楞口附近的6件樣品,位于一系列向北部循化-化隆盆地逆沖的西秦嶺北緣逆沖斷裂帶,海拔向南從主斷裂處的2600m逐漸增高到近高原面的3200m,巖性以三疊系長石石英砂巖、粉砂質(zhì)板巖為主,其中T51-13為侵入于三疊系的灰白色細(xì)粒花崗巖.3隆巖群基巖和上覆性巖循化-化隆盆地新生代第三系河湖相沉積厚千余米,地層由漸新統(tǒng)的他拉組、新近系中新統(tǒng)、上新統(tǒng)的咸水河組、臨夏組(相當(dāng)于貴德群)組成,不整合沉積于元古宙接觸變質(zhì)的化隆巖群基巖或白堊系礫巖之上,與上覆的第四系為平行不整合接觸.咸水河組從下而上劃分為中莊段、上莊段和東鄉(xiāng)段;臨夏組劃分為柳樹段和何王家段.關(guān)于盆地第三系的古地磁年代學(xué)取得重要進(jìn)展(季軍良等,2010),研究顯示他拉組年代為23.1～21.2Ma,咸水河組年代為21.2～9.6Ma(中莊段為21.2～16.0Ma、上莊段為16.0～14.6Ma、東鄉(xiāng)段為14.6～9.6Ma),臨夏組年代為9.6～5.0Ma(柳樹段9.6～7.3Ma、何王家段7.3～5.0Ma).3.1沉積相演化階段對循化縣西南的羊圈貢拜村古近系漸新統(tǒng)-上新世地層進(jìn)行了實測(圖2)(張克信等,2010).根據(jù)巖性和沉積特征劃分出11個沉積相,這些沉積相總體呈現(xiàn)出由底部粗碎屑向上漸變?yōu)榧?xì)碎屑和泥質(zhì)、膏鹽層沉積的規(guī)律旋回變化,結(jié)合沉積環(huán)境的特點(diǎn)合并劃分為4個演化階段:他拉組,咸水河組的中莊段、上莊段、東鄉(xiāng)段和臨夏組的柳樹段,臨夏組的何王家段和全新統(tǒng).3.1.1構(gòu)造-沉積條件他拉組的下部為巨厚層中-粗礫巖,中部礫石含量減少,石英砂巖含量增多,明顯表現(xiàn)出礫巖和砂巖的交替沉積,上部中-薄層鈣質(zhì)含細(xì)礫粉砂巖、鈣質(zhì)結(jié)核泥巖明顯增多,表明后期水動力條件明顯減弱(圖2a).沉積特征表明他拉組為一套沖積扇相沉積環(huán)境,說明他拉組當(dāng)時是近物源的山麓的深水沖積環(huán)境形成的,這種環(huán)境揭示了在他拉組前期的約23Ma循化-化隆盆地北緣開始受到造山隆升作用影響,大型沖積扇受拉脊山大斷裂控制,導(dǎo)致多個山口地帶形成沖積扇群,活動一直持續(xù)到約21Ma.3.1.2沉積旋回控制咸水河組的中莊段下部為以砂、礫巖為主的粗碎屑流的沉積和較好的定向排列構(gòu)造組合代表了扇三角洲相沉積體系;上部總體以粉砂、泥為主的細(xì)碎屑流,發(fā)育水平層理、波紋層理為特征的沉積組合代表了典型淡水湖泊沉積體系.因此,中莊組是由扇三角洲相環(huán)境-淡水淺湖相環(huán)境這樣2個沉積旋回組成.上莊段以中-薄層鈣質(zhì)、膏質(zhì)泥巖為主,這種含較多膏鹽層的沉積組合代表了微咸水湖沉積相環(huán)境(圖2c).東鄉(xiāng)段下部是由夾石膏層鈣質(zhì)膏泥巖,代表半咸水湖相和咸水湖相互層組成的交替沉積環(huán)境(圖2d).臨夏組的柳樹段為中-細(xì)礫巖(圖2e),是一套扇三角洲相沉積為主的地層.咸水河組的中莊-東鄉(xiāng)段和臨夏組的柳樹溝段沉積總體由沖積扇環(huán)境變?yōu)樯热侵藓秃喑练e為主,表明21.0～7.3Ma之間的循化-化隆盆地一直為較穩(wěn)定的剝蝕夷平期.3.1.3循化-化隆期巖相古地理臨夏組何王家段下部為中-粗礫巖,屬于沖積扇相沉積環(huán)境(圖2f).中部為礫粗砂巖和中-薄層狀長石石英中砂巖,屬于辮狀河相沉積.上部是鈣質(zhì)泥巖夾有灰白色含粉砂質(zhì)鈣質(zhì)結(jié)核,為淡水湖相沉積(圖2g).臨夏組何王家段由沖積扇環(huán)境變?yōu)檗p狀河相和湖相沉積為主,揭示了約7.3Ma開始循化-化隆盆地周緣山系經(jīng)歷過小幅快速隆升,后來隆升趨于平緩進(jìn)入穩(wěn)定期.3.1.4巨厚金質(zhì)盆地隆升期全新統(tǒng)與臨夏組何王家段之間為不整合接觸,何王家段為厚-巨厚層狀復(fù)成分礫巖夾長石石英粗砂巖,為沖積扇沉積環(huán)境(圖2h).這期間地層的缺失和沉積大量厚層的礫石層,說明進(jìn)入更新統(tǒng)以來循化-化隆盆地的周緣山系進(jìn)一步快速劇烈隆升.3.2成巖構(gòu)造過程盆地沉積物是盆地與山脈的“紐帶”,通過盆地沉積物物源的分析,可以有效的揭示剝蝕源區(qū)山脈剝露過程和構(gòu)造隆升事件(劉少峰等,2007).因此,筆者對循化-化隆盆地不同地區(qū)他拉組、咸水河組和臨夏組柳樹段的沉積地層中的礫石成分與周緣山系地層巖性對比,結(jié)合礫石扁平面的大量統(tǒng)計恢復(fù)古流向(陳妍等,2008),探討分析西秦嶺北緣逆沖帶和拉脊山的隆升構(gòu)造的具體過程.3.2.1盆地西部下緣前生質(zhì)區(qū)他拉組主要分布于西寧-民和盆地、化隆-循化盆地和拉脊山西段(圖3).循化南部他拉組底部的4個礫石成分統(tǒng)計點(diǎn)主要為灰色的變質(zhì)砂巖、砂巖、灰?guī)r、少量硅泥質(zhì)板巖和大理巖,砂巖占礫石的65%～90%,砂礫層中富含泥質(zhì),砂粒中富長石粘土礦物,粘土泥質(zhì)含量高反映了沉積時化學(xué)風(fēng)化較強(qiáng),物源顯示為近源的特點(diǎn)(圖4).往北礫石中出現(xiàn)少量的深灰色-灰綠色蛇綠巖、花崗巖、偉晶巖、脈石英.化隆南部拉目村的T51-8他拉組中粗粒砂巖夾含礫砂巖,礫石含量40%左右,成分主要為灰色變質(zhì)細(xì)砂巖,約占75%,還有板巖、脈石英及花崗巖,未見來自北部的元古界片麻巖,斜層理前積紋層指示水流方向由南東至北西.尖扎南部隆務(wù)大橋北的T52-4、T52-5他拉組復(fù)成分礫巖中灰-灰綠色砂巖約占70%,脈石英約占20%,少量板巖、硅質(zhì)巖、花崗巖,該點(diǎn)礫石成分中同樣未見片麻巖、混合變質(zhì)巖.通過以上7個觀測點(diǎn)分析表明他拉組同沉積時期,盆地中部和南部的礫石成分與盆地南部的西秦嶺北緣逆沖帶的三疊系的巖性組合特征一致,砂巖、板巖、脈石英主要來自古浪提組、果木溝組,灰?guī)r來自江里溝組(1∶25萬臨夏幅).他拉組時期沖積扇相的礫巖的古流方向主要為NW向、NE向,反映出他拉組同沉積時期盆地地勢南高北低的特征,這與之前礫石成分的分析一致,沉積物的物源來自于南部三疊系.而同樣位于循化南部的T50-4白堊紀(jì)早期河口群為一套巨厚層狀灰紫色礫巖,礫石成分:花崗巖約45%、灰綠色砂巖約20%、片麻巖13%、脈石英12%、其他約10%,與他拉組的礫石成分相比,礫石結(jié)構(gòu)有明顯不同,物源區(qū)主要來自下伏的前寒武基底變質(zhì)巖系而非西秦嶺北緣逆沖帶的三疊系復(fù)理石建造,說明白堊紀(jì)早期西秦嶺北緣逆沖帶還未隆起.盆地北部雄鄉(xiāng)縣出露的T53-13、T53-15他拉組湖相沉積的礫巖礫石成分:白云巖約66%、變質(zhì)砂巖脈約18%～40%、石英巖約16%～41%,花崗巖約18%,白云巖、石英巖和變質(zhì)砂巖含量較高的巖石組合特征與拉脊山的中元古代薊縣紀(jì)花石山群和長城紀(jì)湟中群巖性構(gòu)成一致,反映物源來自北部拉脊山地區(qū),意味著他拉組時期拉脊山已經(jīng)成為隆起區(qū),遭受剝蝕向循化-化隆盆地提供物源.3.2.2循化盆地北緣礫石巖咸水河組和臨夏組柳樹段主要分布于貴德盆地,此外在循化-化隆盆地西北部、同仁盆地、臨夏盆地和西寧-民和盆地局部沉積(圖5).循化-化隆盆地的南緣咸水河組和臨夏組柳樹段不發(fā)育,西秦嶺尕楞口的埡口盆地沉積中T51-13和T51-15的咸水河組和臨夏組柳樹段細(xì)礫復(fù)成分礫巖礫石成分組成:脈石英約50%～70%、灰綠色砂巖10%～25%、黑色硅質(zhì)巖15%、板巖約10%、花崗巖6%～10%,礫石成分顯示有較好的成分分選,反映物源相對較遠(yuǎn),經(jīng)歷一定距離的搬運(yùn);礫石成分與三疊紀(jì)的古浪提組、果木溝組、江里溝組巖性組合相似,物源仍然來自于南部,由于靠近的NE向區(qū)域性左旋走滑斷層活動時間為56～60Ma,可能伴隨大量熱液沿裂隙貫入形成巖脈,為埡口盆地提供沉積物源,因此2個統(tǒng)計點(diǎn)的脈石英含量總體較高.同仁盆地北部到同仁縣北T51-16、T51-17和T52-1的咸水河組和臨夏組柳樹段復(fù)成分礫巖中,礫石成分中灰色砂巖、變質(zhì)砂巖約65%、粉砂質(zhì)板巖約5%～27%、脈石英約13%、灰白色花崗巖約11%、灰?guī)r約11%.此外還有少量的硅質(zhì)巖、泥巖等,不同地點(diǎn)含量有所變化,但成分結(jié)構(gòu)基本一致,物源顯示出近源特點(diǎn),與尕楞口埡口盆地的物源顯示出同源性.循化-化隆盆地南部咸水河組和臨夏組柳樹段的洪沖積相古流向以NE、N向為主,反映出咸水河組和臨夏組柳樹段時期繼承了他拉組時期盆地地勢南高北低的特征,這與之前礫石成分的分析一致,說明了咸水河組和臨夏組柳樹段南部的物源區(qū)為西秦嶺北緣逆沖帶.循化縣南部咸水河組和臨夏組柳樹段的礫石成分統(tǒng)計點(diǎn)礫石成分中砂巖約68%、超基性巖約12%、花崗巖10%、凝灰?guī)r5%,礫石的巖石組合明顯區(qū)別于尕楞口的咸水河組和臨夏組柳樹段的礫石結(jié)構(gòu)特征,大量超基性、中性火山巖礫石和火山碎屑巖含量的明顯增加,與盆地北部的拉脊山東段的寒武紀(jì)六道溝組、深溝組的巖性組合特征一致(1∶25萬民和幅).循化盆地北緣阿岱三岔路口的拉脊山埡口T52-6和T52-7的咸水河組和臨夏組柳樹段礫石成分中砂巖40%～60%、花崗巖6%～25%、凝灰?guī)r4%～22%、石英巖16%、硅質(zhì)巖4%～19%和泥質(zhì)巖8%～14%,大量火山巖礫石、火山碎屑巖、石英巖礫石的增多,此外有一定量的硅質(zhì)巖、花崗質(zhì)巖石、泥巖.與拉脊山古生代的奧陶紀(jì)藥水泉組、阿夷山組、花抱山組和寒武紀(jì)六道溝組、深溝組的巖性組合特征一致.而這一時期循化-化隆盆地中部咸水河組和臨夏組柳樹段的古流向以SSW、SW向為主,這與之前礫石成分的分析相統(tǒng)一,說明了咸水河組和臨夏組柳樹段中部以北的物源區(qū)皆來自拉脊山地區(qū),反映出循化-化隆盆地的地勢由他拉組時期南高北低的特征轉(zhuǎn)變?yōu)橄趟咏M和臨夏組柳樹段時期北高南低的特征,揭示出在他拉組至向咸水河組和臨夏組柳樹段過渡的時間段內(nèi),拉脊山發(fā)生了較大規(guī)模的隆升,從而反轉(zhuǎn)了盆地整體的地貌格局.綜上所述,循化-化隆盆地沉積巖的物源特征由下白堊統(tǒng)河口群的前寒武紀(jì)基底單一物源變?yōu)闈u新統(tǒng)他拉組的周緣造山帶巖系多物源,說明西秦嶺北緣逆沖帶的隆升時限介于早白堊世與漸新統(tǒng)他拉組的沉積時代之間,沉積相所記錄的山麓洪積相以及古流向的反轉(zhuǎn)則揭示了拉脊山經(jīng)歷過漸新世晚期-中新世早期和中新世晚期兩次幕式抬升作用.由于循化-化隆盆地缺失古近紀(jì)地層,對于西秦嶺北緣逆沖帶的隆升時代以及拉脊山是否發(fā)生過更早期的隆升作用這兩個關(guān)鍵問題,筆者結(jié)合熱年代學(xué)進(jìn)一步研究.4年，測定了磷酸氫體的破壞直徑軌跡的結(jié)果和分析循化-化隆盆地周緣山系不同部位磷灰石裂變徑跡年齡測試結(jié)果見表1.4.1逆沖帶磷灰石年齡-高程分析對來自循化-化隆盆地南部的西秦嶺北緣逆沖帶尕楞口剖面的1件花崗巖磷灰石裂變徑跡樣品作為單一年齡處理,其余5件三疊系砂巖樣品的顆粒裂變徑跡年齡均使用Binomfit軟件進(jìn)行峰值擬合,除T51-14為單峰外,其他4件砂巖樣品的磷灰石裂變徑跡的P(χ2)檢驗大都小于1%,表明樣品的裂變徑跡年齡具有多組分特征,顆粒來自不同的源區(qū).進(jìn)行二項式峰值年齡擬合分組(如圖6),均具有2～3個峰值年齡,P1:55.7～88.0Ma,P2:95.1～112.7Ma,P3:121.7～146.5Ma.上述碎屑樣品年齡范圍介于早白堊世至始新世初,明顯小于相應(yīng)早三疊系沉積地層的年齡,說明了樣品沉積后經(jīng)歷了熱退火作用,但多組分的年齡結(jié)構(gòu)特征反映樣品沉積后只經(jīng)歷部分差異性退火作用,不同碎屑顆粒受到后期熱事件不同程度的改造,其中,裂變徑跡的中值年齡和較老的P2、P3峰值年齡區(qū)間為受后期熱事件影響的混合年齡,并不具有明確的地質(zhì)意義,而最年輕的P1峰值年齡可代表低退火溫度顆粒完全退火后記錄的最新構(gòu)造熱重置事件的年齡(BrandonandVance,1992).基于5件碎屑磷灰石裂變徑跡都出現(xiàn)集中于88.0～55.7Ma的P1峰值年齡以及花崗巖樣品T51-13年齡的73.9Ma年齡值進(jìn)行年齡-高程分析(圖7).年齡-高程圖所示(圖7),西秦嶺北緣逆沖帶白堊紀(jì)晚期到新生代隆升過程的規(guī)律性較為明顯,存在一個折點(diǎn)將磷灰石裂變徑跡年齡-高程曲線分為兩段,處于折點(diǎn)之上的樣品指示早期存在一個相對長期的緩慢隆升過程,處于折點(diǎn)之下的樣品反映了后期快速隆升的過程,折點(diǎn)指示的時間大致反映隆升的開始時間,由于經(jīng)過部分退火帶磷灰石會有一定程度的退火,真正的隆升時間略早于折點(diǎn)指示的時間(Greenetal.,1989).假設(shè)樣品以恒定的冷卻速率經(jīng)過部分退火帶,樣品開始隆升的時間t1與折點(diǎn)樣品表面年齡t2存在如下關(guān)系:t1=t2+TPAZ/2Vc,其中:TPAZ部分退火帶頂?shù)撞康臏夭顬?0℃;Vc為樣品冷卻速度(Wagneretal.,1989).西秦嶺北緣逆沖帶磷灰石裂變徑跡年齡-高程曲線顯示出一個緩慢隆升被相對快速隆升更替的過程,前期的視隆升速率約為8m/Ma,冷卻速度為0.28℃/Ma;后期的視隆升速率約為93m/Ma,冷卻速度為3.26℃/Ma,折點(diǎn)樣品表面年齡為73.9Ma,可知開始快速隆升的時間約為84Ma.表明西秦嶺北緣逆沖帶在約84Ma之前為緩慢隆升期,84.0～55.7Ma間為相對快速隆升期,快速視隆升速度約為93m/Ma,折點(diǎn)樣品在84Ma以前位于磷灰石早期部分退火帶底部,現(xiàn)今被抬升至高出地表3.1km,因此84Ma以來西秦嶺北緣逆沖帶總體隆升幅度約為6.1km.其中的兩件樣品出現(xiàn)55.7Ma和60.6Ma的較年輕峰值年齡,并且均靠近NE向的區(qū)域性左旋走滑斷層,可能反映近南北向擠壓抬升期該區(qū)域性斷裂活動的局部熱影響.4.2片麻巖隆升速率隨年齡的變化片麻巖為主的基底剝露區(qū),不同高程的7件樣品出現(xiàn)大約相對較集中的31～69Ma的中心年齡,總體上磷灰石裂變徑跡年齡與高程呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系,即年齡隨海拔的增高而增大(表1,圖8),具體分為早期緩慢隆升、中期相對快速隆升和后期隆升速率減慢3個階段的過程.其中,早期51～69Ma間的隆升速率極為緩慢約為0.38m/Ma;中期39～51Ma間隆升速率明顯加快,根據(jù)“年齡-地形高差法”,可以給出同一塊體內(nèi)片麻巖相應(yīng)年齡段的視隆升速率,通過線性回歸分析得出線性方程為:H(m)=23.191×T(Ma)+1341.147,高程與年齡兩者之間的相關(guān)性系數(shù)R=0.713,極為顯著的線性相關(guān)性說明受到了同一構(gòu)造隆升作用的事件的影響,39～51Ma間的平均隆升速率為23m/Ma;進(jìn)入后期約31～39Ma隆升速率僅為9m/Ma,隆升作用呈減慢趨勢,反映這一期構(gòu)造隆升逐漸衰退.綜上所述,循化-化隆盆地地區(qū)隆升開始于白堊紀(jì)末期約69Ma,始新世約51Ma開始進(jìn)入相對較劇烈的抬升剝露期并且一直持續(xù)到始新世中期約39Ma,之后隆升作用逐漸減弱,結(jié)束于漸新世約31Ma.4.3磷灰石的點(diǎn)波場特征表3拉脊山中脊兩側(cè)的磷灰石裂變徑跡測年分析結(jié)果顯示(表1,圖9),拉脊山南坡1件花崗閃長巖年齡較老為103.4±5.9Ma;北坡1件花崗斑巖年齡為44.2Ma,3件砂巖碎屑樣品的P1年齡介于40.7～50.1Ma,顆粒占測年磷灰石50%以上,為最大峰值;最北部的1件樣品T53-10獲得最年輕的P1峰值年齡為25.8Ma.砂巖樣品較老的P2、P3峰值年齡反映了低鈾含量的古老磷灰石在后期構(gòu)造熱事件中裂變徑跡未受到徹底的熱重置,峰值年齡不具有明顯的地質(zhì)意義,而P1則反映了樣品因剝露冷卻或構(gòu)造熱事件后離開磷灰石裂變徑跡封閉溫度等溫面的時間.如圖9的P1峰值年齡-高程的關(guān)系所示,樣品高程由南向北逐漸降低,但是磷灰石裂變徑跡的P1峰值年齡與高程無相關(guān)性,位于拉脊山主脊逆沖斷裂下盤的樣品T53-1具有明顯較老的年齡為103.4Ma,而位于主脊逆沖斷裂與拉脊山北坡斷裂之間斷塊的4件樣品,高差近500m,但其磷灰石裂變徑跡的P1峰值年齡相對一致,集中于約40～50Ma.這種特殊的空間分布規(guī)律表明,拉脊山主脊逆沖斷裂帶在40～50Ma間發(fā)生強(qiáng)烈的逆沖活動,導(dǎo)致上盤巖石的快速冷卻.6件樣品中位于拉脊山北坡逆沖斷裂北側(cè)上盤的樣品同樣出現(xiàn)了最年輕的25.8Ma的P1峰值年齡,位于逆沖斷裂上盤的樣品年齡明顯小于下盤的樣品,揭示出該逆沖斷裂在漸新世25Ma左右發(fā)生過逆沖活動,清楚地反映了拉脊山在古近紀(jì)末期的又一期斷塊構(gòu)造隆升作用.綜上可知,拉脊山進(jìn)入新生代先后經(jīng)歷過兩期構(gòu)造隆升:第一期始新世的年齡樣品覆蓋了拉脊山造山帶的主體,揭示出拉脊山造山帶始新世階段存在快速構(gòu)造隆升,更南的循化-化隆盆地中部拉目峽在始新世同樣處于相對較劇烈的抬升剝露階段,證實了循化-化隆盆地至拉脊山一帶在始新世期間處于的隆升剝露階段;第二期則是在前一期隆升作用的基礎(chǔ)上在漸新世晚期發(fā)生的又一次更大規(guī)模的構(gòu)造隆升作用.5循化-化隆盆地基底、逆沖帶和拉脊山構(gòu)造格局分析系統(tǒng)分析循化-化隆盆地及周緣造山帶的裂變徑跡年代學(xué)的證據(jù),結(jié)合盆地沉積環(huán)境、古流向和物源源區(qū)分析,揭示出青藏高原東北緣的循化-化隆盆地基底、西秦嶺北緣逆沖帶和拉脊山經(jīng)歷過幾次明顯的構(gòu)造抬升剝露冷卻事件,控制了循化-化隆盆地的發(fā)育和演化.5.1西秦北緣拉目峽隆升期k第一期相對較強(qiáng)的構(gòu)造隆升大約開始于白堊紀(jì)晚期約84Ma并一直持續(xù)到始新世中期約39Ma.最初,西秦嶺尕楞口磷灰石裂變徑跡峰值P1年齡表明在約84Ma之前緩慢隆升,隆升速率約為8m/Ma;84～56Ma間為相對快速隆升期,相當(dāng)于晚白堊世-古新世晚期,快速隆升速度約為93m/Ma.鄭德文等(2003)對于循化-化隆盆地東部的臨夏盆地的熱年代學(xué)研究,測得盆地中部位于下部相當(dāng)于他拉組和咸水河組地層的淺埋藏未發(fā)生退火的碎屑磷灰石裂變徑跡年齡P1峰值年齡多介于60.8～80.9Ma,這種年齡組成與西秦嶺尕楞口的峰值P1年齡基本一致;物源分析也表明循化-化隆盆地白堊紀(jì)早期河口群物源主要來自下伏前寒武紀(jì)基底而非西秦嶺三疊系復(fù)理石建造,都說明在晚白堊世-古新世時期NW-SE延伸長達(dá)250km以上的西秦嶺北緣逆沖帶發(fā)生過大規(guī)模的整體性的構(gòu)造隆升活動,之后成為循化-化隆盆地和臨夏盆地的南部邊界和蝕源區(qū).西秦嶺構(gòu)造隆升受控于一系列的逆沖斷層,形成前陸褶皺-沖斷帶,由于其隆升活動時間大致在晚白堊世-古新世晚期,因此最早的逆沖作用錯斷了循化-化隆盆地西南緣的白堊紀(jì)河口群并強(qiáng)烈地主導(dǎo)了其構(gòu)造變形,但對盆地南緣文都大寺和隆務(wù)峽附近漸新世晚期沉積的他拉組變形影響不明顯(圖1c,10a),從而限定了逆沖活動的下限時間,即他拉組沉積的最老地層時代,這期構(gòu)造隆升導(dǎo)致盆地新生代他拉組底部的角度不整合面的形成.Clarketal.(2010)通過對臨夏盆地以南的西秦嶺北緣構(gòu)造帶深成巖的磷灰石(U-Th)/He測年結(jié)果也揭示出西秦嶺北緣構(gòu)造帶在始新世45～50Ma發(fā)生過構(gòu)造隆升活動.向北循化-化隆盆地中部的拉目峽隆升時間稍晚于西秦嶺,開始于晚白堊世末期約69Ma并延續(xù)到31Ma.始新世約51Ma之前是極為緩慢的隆升期,隆升速率為0.38m/Ma;自51Ma后進(jìn)入了相對較劇烈的抬升剝露期并且持續(xù)到39Ma,隆升速率約為23m/Ma;之后的隆升作用明顯減弱,結(jié)束于約31Ma.循化-化隆盆地拉目峽頂部可見漸新世中期-中新世早期的他拉組紅色河湖相碎屑巖角度不整合沉積于元古界化隆巖群和白堊紀(jì)河口群之上(圖10b和10c),兩者的角度不整合也證明了他拉組沉積前存在由于構(gòu)造隆升所致的一個較長的沉積間斷期.盆地中部的拉目峽化隆巖群基底的隆升時間滯后西秦嶺北緣逆沖帶的隆升時間約15Ma的原因與應(yīng)力由南向北的擴(kuò)展傳遞有關(guān).王志才等(2006)的研究表明西秦嶺北緣逆沖帶由南向北具有明顯的分帶特征:后緣基底沖斷帶發(fā)育由三疊系隆務(wù)河群砂板巖組成的倒轉(zhuǎn)褶皺強(qiáng)變形構(gòu)造,其中東山溝背斜SW翼緩且NE翼陡(圖10d);向北的前緣褶皺沖斷帶,發(fā)育白堊紀(jì)粉砂質(zhì)泥巖夾砂礫巖組成的寬緩褶皺;北部他拉組地層組成的前緣褶皺變形帶,明顯變形主要發(fā)生在斷裂面附近;循化-化隆盆地內(nèi)部地層變形逐漸變?nèi)?西秦嶺北緣前陸褶皺-沖斷帶構(gòu)造變形南強(qiáng)北弱,變形歷史南長北短,反映了區(qū)域應(yīng)力在由南向北傳遞的過程中逐漸減弱.更北的拉脊山主脊逆沖斷裂帶的這一期活動開始于始新世50Ma左右并一直持續(xù)到約40Ma.拉脊山剖面P1峰值年齡相對一致,集中于約40～50Ma,這種特殊的空間分布規(guī)律是由于拉脊山主脊逆沖斷裂在始新世發(fā)生逆沖活動,挾持于斷裂間的斷塊整體構(gòu)造隆升,同時快速通過封閉等溫面快速冷卻所致.拉脊山造山帶始新世階段存在快速的構(gòu)造隆升,這與循化-化隆盆地內(nèi)部拉目峽晚白堊紀(jì)約69Ma發(fā)生了相對較劇烈的隆升時間相比,滯后了約19Ma,同樣反映出整個青藏高原東北緣受到由南向北擠壓的區(qū)域應(yīng)力傳遞的滯后效應(yīng).青藏高原東北緣這一期區(qū)域廣泛存在的構(gòu)造抬升事件可能與印度板塊和歐亞板塊初始俯沖碰撞的匯聚作用有關(guān),隨著SSW-NNE向主應(yīng)力的擠壓作用進(jìn)一步增強(qiáng),東北緣發(fā)生了構(gòu)造變形,強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動使西秦嶺逆斷層持續(xù)活動向北逆沖,這期構(gòu)造抬升在青藏高原的東北緣具有一定的普遍性.Yinetal.(2002)沉積地層學(xué)的研究證明青藏高原北部的地殼增厚發(fā)生時間早于漸新世,在柴達(dá)木盆地南北緣的祁漫塔格和柴北逆沖斷裂大約為49Ma.Jolivetetal.(2001)對柴達(dá)木盆地周緣裂變徑跡研究結(jié)果揭示出沿東昆侖斷裂和阿爾金斷裂在始新世-早漸新世(40±10Ma)發(fā)生了剝露速率的快速增加.Dupont-Nivetetal.(2004)和Hortonetal.(2004)通過古地磁研究認(rèn)為西寧-民和盆地在晚古近紀(jì)29～45Ma發(fā)生了24°的順時針旋轉(zhuǎn).王岸等(2010)和袁萬明等(2005)研究,發(fā)現(xiàn)古新世-始新世階段東昆侖造山帶存在區(qū)域性的構(gòu)造隆升.因此,包括循化-化隆盆地及周緣山系在內(nèi)的青藏高原東北緣地區(qū)應(yīng)該是印度-歐亞板塊碰撞同時期的變形前緣,導(dǎo)致兩者具有隆升時間上的一致性.這期構(gòu)造隆升作用在循化-化隆盆地中部的拉目峽后期一直持續(xù)到約31Ma,青藏高原東北部普遍記錄了同時代的構(gòu)造運(yùn)動,隴東、隴西盆地發(fā)育此時期的平行不整合或角度不整合(甘肅地質(zhì)志);蘭州盆地在約32Ma發(fā)生基底隆升,沉積環(huán)境由鹽湖環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)樯角昂榉e與辮狀河流沉積,形成巨厚的標(biāo)志性的黃色砂巖層,其與下伏地層呈平行不整合接觸(岳樂平等,2000),表明這一期的抬升過程也具有區(qū)域整體性.此時拉脊山東部的積石山還未隆起,化隆-循化盆地向東與同時期的臨夏盆地相連為一個統(tǒng)一的輕微彎折的大型西秦嶺山前撓曲盆地,兩者具有相同的構(gòu)造演化歷史(范馬潔和宋春暉,2003),臨夏盆地古地磁測年表明厚層紅色風(fēng)化殼的夷平面基底是在約30Ma解體斷陷沉積,最老地層的古地磁年齡約為29Ma(方小敏等,1997),與循化-化隆盆地隆升作用的結(jié)束時間一致,由此推測循化-化隆盆地拗陷接受沉積的初始時代應(yīng)該在30Ma左右,循化-化隆盆地他拉組地層底部年齡最老應(yīng)該不超過30Ma,由他拉組上部實測剖面的沉積速率外延估算他拉組的總厚度約700m.綜合上述,漸新世前的古近紀(jì)時期,從西秦嶺北緣逆沖帶至拉脊山逆沖帶的循化-化隆地區(qū)處于整體構(gòu)造相對抬升階段.西秦嶺北緣逆沖帶的隆升使之成為循化-化隆盆地和臨夏盆地的南部邊界和物源區(qū);拉脊山的隆升分割了西寧-民和盆地和循化-化隆盆地,控制了兩側(cè)盆地形成不同的沉積演化并提供物源,北部的西寧-民和盆地在此時期廣泛沉積了巨厚的古近紀(jì)西寧群E1-2x(30～52.5Ma)(劉夢儒,1992;方小敏等,2007),南部的循化-化隆地區(qū)受區(qū)域隆升作用的影響缺失了古新世-始新世的西寧群,循化-化隆盆地拗陷沉積的初始時代為30Ma,僅沉積了漸新世中期-中新世早期的他拉組E3N1t(29.0～21.2Ma)(圖11b).5.2拉脊山構(gòu)造隆升事件第二期為拉脊山的雙向逆沖隆升,隆升開始于漸新世晚期約26Ma,并可能延續(xù)到中新世早期約21Ma.拉脊山中段北坡逆沖斷裂的上盤樣品出現(xiàn)了最年輕25.8Ma的P1峰值年齡;循化-化隆盆地他拉組物源分析表明北部物源多來自于拉脊山;同時他拉組沉積環(huán)境為一套洪沖積扇相,說明他拉組當(dāng)時是近物源的山麓深水沖積環(huán)境形成的,共同揭示了拉脊山構(gòu)造帶在古近紀(jì)末期約26Ma開始的又一期構(gòu)造隆升事件.隆升作用受控于逆沖斷裂活動使被斷層分隔的古生代寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)的巖片開始雙向逆沖隆升,形成對沖的花狀構(gòu)造,古近紀(jì)時期處于隆升剝蝕的原始夷平面也因此遭到破壞(圖11c),循化-化隆盆地受到隆升作用的影響快速坳陷接受沉積,隆升持續(xù)到他拉組沖積扇相結(jié)束沉積,約為21Ma.Leaseetal.(2011)對拉脊山東段進(jìn)行了磷灰石(U-Th)/He研究,中部主脊的測年結(jié)果多介于21.6～22.7Ma之間,也揭示出拉脊山構(gòu)造帶在中新世初期約22Ma開始發(fā)生大規(guī)模的加速構(gòu)造隆升剝蝕,冷卻速率達(dá)到了10～20℃/Ma,剝蝕速率達(dá)到了500～1000m/Ma.此次隆升作用使循化-化隆盆地成為挾持于拉脊山逆沖帶和西秦嶺構(gòu)造帶之間的山前擠壓型前陸盆地,隨著盆緣造山帶的持續(xù)擠壓導(dǎo)致循化-化隆盆地繼續(xù)沉降,盆地沉積范圍逐漸擴(kuò)大并過渡到淡水淺湖相環(huán)境,21Ma以后拉脊山逆沖帶和西秦嶺構(gòu)造帶由構(gòu)造隆升進(jìn)入構(gòu)造的相對穩(wěn)定時期,盆地層進(jìn)入補(bǔ)償型前陸盆地沉積時期.5.3青海湖東北緣磷灰石山隆升期2002年至今第三期是拉脊山-積石山強(qiáng)烈的構(gòu)造隆升,隆升期約為5～8Ma.循化-化隆盆地沉積相分析表明,臨夏組柳樹段的