魏榮珠， 李好斌， 徐朝雷， 張兆琪， 劉成如

(1.山西省地質(zhì)調(diào)查院，太原 030001； 2.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030001；3.山西省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊，榆次 030600)

對山西隆起區(qū)中新生代構(gòu)造演化的認(rèn)識

魏榮珠1， 李好斌2， 徐朝雷3， 張兆琪1， 劉成如1

(1.山西省地質(zhì)調(diào)查院，太原 030001； 2.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030001；3.山西省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊，榆次 030600)

對山西隆起區(qū)中新生代構(gòu)造演化的認(rèn)識，是探討華北陸塊演化、破壞等科學(xué)問題的基礎(chǔ)。在中新生代期間，不論是巖石圈的差異演化、構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換、巖漿活動，還是地貌反轉(zhuǎn)，位于華北陸塊中心部位的山西地區(qū)總是處于過渡帶的位置。該地理位置說明了該區(qū)在華北陸塊演化研究中的重要性。在近年1∶5萬、1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果及以往研究資料的基礎(chǔ)上，以中生代區(qū)域性斷裂、新生代汾渭裂谷及山體隆升為主要研究內(nèi)容，探討山西隆起區(qū)中新生代巖石圈從增厚到減薄、構(gòu)造體制從擠壓到伸展轉(zhuǎn)換，以及隨華北陸塊一起經(jīng)歷地貌格局從東高西低到西高東低轉(zhuǎn)換的構(gòu)造演化進(jìn)程。研究認(rèn)為，山西地區(qū)中新生代構(gòu)造體系的發(fā)育從屬統(tǒng)一的區(qū)域動力學(xué)環(huán)境，周邊板塊之間的相互作用引起深部軟流圈變化： 軟流圈下沉，巖石圈則相對增厚，地殼垂向伸展，橫向收縮； 軟流圈上涌，巖石圈相應(yīng)減薄，地殼水平伸展。軟流圈的變化對該地區(qū)中新生代構(gòu)造變形、沉積格局、巖漿活動等方面起著控制作用。

山西隆起區(qū)； 離石斷裂； 太行山斷裂； 汾渭裂谷； 中新生代構(gòu)造演化

0 引言

山西省位于華北陸塊中部。華北克拉通是世界上最古老的克拉通之一，從西向東依次為西部鄂爾多斯盆地、中部過渡區(qū)以及東部華北盆地。華北克拉通的活化問題一直是學(xué)術(shù)界的熱點問題。中生代以來，華北克拉通之下巖石圈地幔發(fā)生減薄、破壞，其破壞中心位于東部地塊，而西部地塊基本保持完整，山西隆起區(qū)就處于中部過渡區(qū)內(nèi)。研究區(qū)內(nèi)中生代斷裂、褶皺發(fā)育，新構(gòu)造較為活躍，發(fā)育NNE向太行山脈和呂梁山脈，汾渭地塹縱貫其中。對斷裂構(gòu)造及盆山演化進(jìn)行研究是認(rèn)識與了解大陸變形最直接有效的途徑[1-2]。

本區(qū)研究程度較高，資料較為豐富，是研究華北地區(qū)活動構(gòu)造的理想場所。以往相關(guān)研究一般是將離石斷裂作為鄂爾多斯盆地東部邊界，太行山斷裂作為華北盆地西部邊界； 或是對離石斷裂、太行山斷裂和汾渭裂谷單獨進(jìn)行討論，而將三者作為一個整體和連續(xù)演化的專門研究相對較少。本文在近年1∶5萬、1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及以往研究資料和成果的基礎(chǔ)上，選擇中生代區(qū)域性斷裂、新生代活動斷裂及盆山耦合為主要研究內(nèi)容，探討山西隆起區(qū)中新生代構(gòu)造演化進(jìn)程。

1 研究區(qū)大地構(gòu)造背景及地質(zhì)概況

華北克拉通具有大于2.5 Ga的變質(zhì)結(jié)晶基底，中元古代為古勞亞大陸的一部分，并與Rodinia共存； 至奧陶紀(jì)晚期，中國北方與北美分裂，古勞亞大陸分裂解體，導(dǎo)致北太平洋形成[3]。晚海西期—印支期，北側(cè)古亞洲洋自西向東關(guān)閉，形成南天山—索倫—西拉木倫縫合帶； 古西域洋自東向西關(guān)閉，形成秦嶺—大別造山帶。印支期完成了中國東部主要陸塊的南北、東西向聚合，在華北克拉通南北邊緣形成近EW向展布的造山帶[4-6]。

雖然受到加里東、海西及印支運動南北板塊活動影響和大幅度差異升降，華北陸塊仍然保持穩(wěn)定狀態(tài)，硅鋁殼化明顯、成熟，是成熟陸殼。燕山期陸殼成熟度受到破壞或改造，開始了華北陸塊的中新生代陸內(nèi)改造過程。

山西隆起區(qū)出露的主要地質(zhì)體有： 早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底，中南部、東部的中新元古界，寒武系—奧陶系，石炭紀(jì)—二疊紀(jì)含煤巖系，中上二疊統(tǒng)，三疊系，侏羅系。古生界和中生界總厚度約5 300 m。

這些前期形成的地質(zhì)體被中新生代構(gòu)造改造和破壞，其現(xiàn)今的空間分布也為中新生代構(gòu)造活動提供了直觀的依據(jù)(圖1、圖2)。

圖1 山西省地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch of Shanxi Province

圖2 山西隆起區(qū)橫向構(gòu)造剖面示意圖Fig.2 Cross-section of transverse structure for Shanxi uplift area

2 中生代區(qū)域性斷裂

如圖1所示，山西省境內(nèi)區(qū)域性斷裂主要有離石斷裂(F1)、太行山斷裂(F2)、狐偃山—太岳山斷裂(F3、F4)、唐河斷裂(F5)、橫河斷裂(F6)。其中，唐河斷裂F5位于山西省北部，斜貫于晉東北恒山、五臺山東段； 橫河斷裂F6位于山西的南部，為太行山和中條山的分界線。這2條斷裂走向均呈NW向，分別為山西隆起區(qū)的北界和南界，北側(cè)、南側(cè)分別為華北板塊北緣、南緣板內(nèi)活動帶。本文主要討論山西隆起區(qū)內(nèi)離石斷裂F1、太行山斷裂F2和狐偃山—太岳山斷裂F3。

2.1 主要斷裂特征

2.1.1 離石斷裂(F1)

離石斷裂線位于呂梁山西坡，總體呈SN向縱貫山西省西部，長度大于400 km。通常將離石斷裂作為分割鄂爾多斯塊體與山西斷隆的邊界，認(rèn)為這是一條切割地殼的深斷裂[7-9]。近年的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，地表觀察離石斷裂沿走向變化較大，且發(fā)育不連續(xù)，離石市興縣以北、興縣—中陽縣和中陽縣以南，離石斷裂分為南段、中段和北段。

北段斷裂在地表表現(xiàn)不明顯，沿斷裂兩側(cè)古生界基本連續(xù)，斷裂主要順奧陶系馬家溝組與石炭系—二疊系之間平行不整合面發(fā)育，無明顯斷距，以發(fā)育一系列SN向膝狀撓曲帶為特征，巖層褶曲極發(fā)育[10-13]。因此，有人將斷裂特征不明顯的北段稱為邊界帶[14]或晉西撓褶帶[15]。

中段由一系列NNE—SSW走向、右行雁列、高角度逆沖斷裂組成。斷裂線性特征清晰，地表破碎帶發(fā)育，斷距較小。在離石縣以北存在有與主斷裂傾向相反的逆沖斷裂，為呂梁斷隆向西逆沖之反沖斷層[10,14]，沿斷裂附近多見早前寒武紀(jì)變質(zhì)結(jié)晶基底出露。

南段以斷面東傾的逆沖斷層發(fā)育為特征，斷裂特征清楚、明顯，以往曾稱為“紫荊山斷裂”。斷裂兩側(cè)均顯示具有強(qiáng)烈的擠壓特征，地層直立，甚至倒轉(zhuǎn)，伴隨有一系列與斷裂走向平行的背、向斜構(gòu)造。在紫荊山一帶，斷裂帶由一系列斷面東傾的疊瓦狀逆沖斷層組成，早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖由東向西逆沖于奧陶系馬家溝組二段之上，斷距大于1 000 m，斷層破碎帶寬150～200 m，斷層上盤片麻巖中發(fā)育灰黃色碎粒巖、碎粉巖、構(gòu)造透鏡體、破劈理等； 斷層下盤斷面附近馬家溝組灰?guī)r發(fā)生牽引褶皺現(xiàn)象。向西在隰縣諳正村附近馬家溝組灰?guī)r又逆沖于石盒子組泥巖之上，下盤石盒子組構(gòu)成巖層產(chǎn)狀直立帶[16-17]。

2.1.2 太行山斷裂(F2)

太行山地區(qū)近乎平行發(fā)育著2條重要的斷裂： 太行山大斷裂和太行山山前斷裂，統(tǒng)稱為太行山東麓斷裂帶[18]。本文所指的太行山斷裂F2為太行山大斷裂的南段，即前人所稱晉(城)—獲(鹿)斷裂[19]。據(jù)近年1∶5萬、1∶25萬野外區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作，太行山斷裂在山西省境內(nèi)由北向南特征如下：

在昔陽、和順一帶，斷裂總體走向5°～25°，斷層面產(chǎn)狀： (270°～295°)∠(35°～85°)，主斷裂斷面清晰，呈舒緩波狀，平面上呈弧型，多處可見逆掩現(xiàn)象，西側(cè)中元古界長城系逆沖于東側(cè)奧陶系之上，斷距400～600 m[20-21]。

在黎城一帶，早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖、長城系由北西向南東逆沖于三山子組之上，斷面傾向總體為北西向，傾角55°～64°不等，斷層垂直斷距大于1 000 m，最大斷距可達(dá)1 300 m左右[22]。向南至長治一帶，垂直斷距減小，一般不超過100～200 m，斷裂帶寬度2 ～6 km[23]。

在高平—晉城一帶，逆沖擠壓結(jié)構(gòu)比較明顯。斷裂帶寬度減小，斷距也減小。沿斷裂褶皺構(gòu)造較明顯，呈NE25°左右方向斜貫全區(qū)，由多個次級褶皺構(gòu)造呈左階式排列組成。這些褶皺北部相對開闊，中部相對緊閉，南部翼部出現(xiàn)斷層，反映左行式活動的特點。卷入該構(gòu)造帶的地層為奧陶系、石炭系及二疊系[24]。

2.1.3 狐偃山—太岳山斷裂(F3,F4)

狐偃山—太岳山斷裂位于山西隆起區(qū)中心部位，是介于離石斷裂F1和太行山斷裂F2之間的一條區(qū)域性斷裂，總體呈SN向產(chǎn)出。狐偃山—太岳山斷裂分南北兩部分出露，北部狐偃山段和南部太岳山段被新生代汾渭裂谷中部的晉中盆地分隔。

(1)狐偃山段斷裂(F3)。狐偃山段斷裂北起婁煩縣白家灘，向南經(jīng)交城古洞道、文水縣東社，神堂以南被新生界掩蓋。斷裂發(fā)育在呈SN向展布的箱狀背斜兩翼，背斜西翼斷裂斷面傾向東，東盤早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖逆沖于寒武系、奧陶系之上； 背斜東翼由斷面西傾的疊瓦狀單沖型逆沖推覆斷層和伴生褶皺組成，總體為西盤奧陶系下部層位逆沖于東盤奧陶系上部層位之上。該構(gòu)造在剖面上具分帶性，由西向東大致可分為中帶、峰帶、外緣帶3個帶。峰帶由6條逆沖斷層夾楔狀沖斷席組成，呈向上撒開的疊瓦扇，斷面均呈舒緩波狀，在山脊上變陡，而在山溝中變緩，呈凹面向上的弧形，傾角30°～70°。累計6條逆斷層斷距達(dá)300 m以上。汾陽市大南峪北二疊系石盒子組之上殘存有奧陶系灰?guī)r的飛來峰[25]。

(2)太岳山段斷裂(F4)。太岳山段斷裂發(fā)育在霍山背斜西翼，分布于靈石—霍縣之間。由一系列呈SN向的逆沖斷層組成。主斷層斷面產(chǎn)狀向東傾，東盤早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖逆沖于寒武系、奧陶系之上，西盤寒武系、奧陶系褶曲發(fā)育，形成一系列沖斷楔狀體，斷距均在1 000 m以上。在主斷裂的西側(cè)還發(fā)育與主斷層近平行的次級高角度逆沖斷層，可見寒武系張夏組和崮山組逆沖于奧陶系三山子組白云巖之上，巖層產(chǎn)狀變化較大，沖斷特征明顯，斷面平直光滑，具有擦痕鏡面，斷面兩側(cè)發(fā)育有拖拉牽引現(xiàn)象，具有明顯的壓性結(jié)構(gòu)面特征[16,26]。

2.2 斷裂與巖漿活動

根據(jù)華北地區(qū)巖相古地理資料，三疊紀(jì)—中侏羅世，本區(qū)仍屬于鄂爾多斯盆地的一部分，山西與兩側(cè)地區(qū)的巖相古地理和地層分布無明顯差異[27]，表明太行山斷裂和離石斷裂在該時期尚未形成。進(jìn)入晚侏羅世，強(qiáng)烈的逆沖斷裂開始活動。逆沖斷裂構(gòu)造的活動時間為燕山期，晚侏羅世—早白堊世為強(qiáng)烈活動期[28]。

早白堊世，在山西省境內(nèi)多處發(fā)生巖漿侵入事件。在西部離石斷裂有紫金山巖體，形成于(138.3±1.1)Ma[29]、(138.7～125.0)Ma[30-31]； 柳林尖家溝金伯利巖，年齡為144 Ma[32]； 萬榮孤峰山花崗閃長巖巖體，年齡為(132.2±9.2)Ma[33]、(127±2)Ma[34]。中部狐偃山—太岳山斷裂中分布有狐偃山石英二長巖，年齡為130 Ma[34]； 二峰山霓輝二長巖，年齡為130 Ma[34]，塔兒山二長閃長斑巖，年齡為127 Ma。在太行山斷裂東側(cè)有主要由橄欖角閃輝長巖、角閃輝長-閃長巖和閃長巖組成的平順雜巖體，年齡分別為(123.4±1.7)Ma 和(125.3±2.3)Ma[35-36](圖1)。各巖體形成時代多集中于早白堊世。華北克拉通巖石圈減薄與破壞作用的峰期時間為早白堊世[37-41]。因此，區(qū)內(nèi)巖體的形成時間與華北克拉通巖石圈減薄與破壞作用的峰期時間基本同時。

研究表明，該期巖體均是伸展背景下，起源于富集巖石圈地幔部分熔融并底侵到下地殼，所帶的高熱流引起古老下地殼(特別是TTG)的部分熔融，形成花崗質(zhì)巖漿，然后形成混合巖漿，再經(jīng)過分離結(jié)晶作用形成[29，34，36]。

2.3 構(gòu)造層次特征

下古生界底部不整合面當(dāng)時所處的垂向位置為在地表以下5～6 km(古生界和中生界厚度總和)。表現(xiàn)為有基底卷入的逆沖斷層，規(guī)模較大，斷面傾角50°～75°，斷距1 000 m左右，斷層附近寒武系底部巖層多直立，甚至倒轉(zhuǎn)，多處發(fā)育與主逆沖方向相反的反沖斷層。

上古生界(4～5 km)中多表現(xiàn)為規(guī)模較小的逆斷層，垂直斷距較小，一般100～300 m，并伴隨有較緊閉的褶皺，部分地段可能在斷裂活動后期已開始抬升，斷層效應(yīng)不明顯，未見明顯的垂直斷距，如晉西北離石斷裂北段表現(xiàn)為撓褶帶。

中生界中基本未發(fā)現(xiàn)有斷距的斷層，表現(xiàn)為相對開闊的褶皺。因此，逆沖斷裂在垂向上能影響到的上界為中生代地層的下部，即地表以下3 000 m左右。

中生代期間斷裂垂向分層性質(zhì)表現(xiàn)明顯，活動順序為由下向上生長，自下而上變形強(qiáng)度逐漸減弱，構(gòu)造樣式演變序列為推覆→逆沖→褶皺，反映了斷裂隨著變形環(huán)境的差異，變形特征也發(fā)生變化，即變質(zhì)基底的脆韌性變形→下古生界的韌脆性變形→上古生界內(nèi)的脆性變形。沿走向出現(xiàn)的分帶性除逆沖作用規(guī)模的原生差異外，更主要的是由于后期剝蝕基準(zhǔn)面不同而造成的地表出露差異[19]。因此，現(xiàn)在地表的沿斷裂走向分段性是垂向分層性的表現(xiàn)形式，是由于隆升剝蝕程度暴露在地表的結(jié)果。同時，該期斷裂也是造成古老地質(zhì)體在地表現(xiàn)今分布狀態(tài)的主要因素，隆起區(qū)內(nèi)所有前新生代地質(zhì)體在平面上的分布在燕山運動中已基本定型。

2.4 形成機(jī)制討論

山西隆起區(qū)中生代以產(chǎn)生逆沖推覆斷裂為特征。逆沖推覆在時間上往往出現(xiàn)于造山期的早中階段，在空間上往往發(fā)生于造山帶的中深層次[42]。燕山期，華北地區(qū)受EW向擠壓應(yīng)力作用影響，在中下地殼中形成自東向西滑動的逆沖拆離系統(tǒng)[14，43]。構(gòu)造變形是在具有強(qiáng)硬的結(jié)晶基底及穩(wěn)定的沉積蓋層組成的克拉通淺層地殼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)生的[44]，收縮變形大多有基底卷入[45]。逆沖推覆具有薄皮逆沖和多重、多種、多層逆沖的分帶、分層、分期逆沖的規(guī)律[46]，這些變形可能導(dǎo)致地殼急劇增厚。

構(gòu)造樣式上，太行山斷裂向東逆沖，離石斷裂向西逆沖，共同構(gòu)成背沖型逆沖構(gòu)造。離石斷裂塊體邊界特征清楚，褶皺-沖斷系統(tǒng)向西一致收斂于離石斷裂，表明山西隆起區(qū)晚中生代構(gòu)造變形受到離石斷裂邊界條件的控制[47]。

3 新生代盆山耦合關(guān)系

3.1 汾渭裂谷帶

汾渭裂谷帶位于華北板塊中心部位，主體在山西，延伸至陜西關(guān)中，長期以來一直受到眾多研究者的重視[48-59]。該裂谷系呈“S”型，自北而南依次有大同盆地、忻定盆地、晉中盆地、臨汾盆地、運城盆地和芮城盆地(渭河盆地山西部分)，盆地邊界和內(nèi)部發(fā)育大量的活動斷層，山西境內(nèi)各盆地基本特征見表1。

汾渭裂谷帶各斷陷盆地邊界主要由規(guī)模較大的活動斷裂構(gòu)成，走向有NNE、NE、NEE及NWW向，性質(zhì)為正斷層或正走滑斷層。盆地的伸展運動一般是圍繞著主干的鏟形正斷層展開的，斷裂不完全是燕山期或更早期構(gòu)造的繼承和反向發(fā)展，多數(shù)為新生斷層。主要控盆斷層一般長50～100 km，個別大于或達(dá)150 km，傾角上陡(傾角60°～75°)下緩(傾角30°～40°)。上盤沿弧形凹面下滑或斜滑過程中，必然要產(chǎn)生反向或同向的次生斷裂系列和巖塊的解體、旋轉(zhuǎn)和掀斜，形成一系列半地塹和半地壘構(gòu)造，它們在平面上也是斜列成群出現(xiàn)，組成盆-嶺構(gòu)造系。

表1 山西境內(nèi)各盆地基本特征Tab.1 Basic geological feature of basins in Shanxi

注： ①峙峪古人類文化遺址(上部)； ②徐家窯人類文化遺址(中部)； ③丁村人類文化遺址(中部)； ④鹽湖成鹽段。

3.2 基巖山體的隆升

山地的抬升-剝蝕和盆地的沉降-堆積是對立統(tǒng)一的地質(zhì)作用過程。山西隆起區(qū)晚侏羅世開始全面抬升，白堊紀(jì)晚期，隨著太行山、呂梁山的整體隆升，擠壓作用逐漸減弱、消失，垂直隆升作用取代逆沖斷裂，成為新生代期間主要構(gòu)造活動形式。依據(jù)山體不同部位的裂變徑跡年齡，針對呂梁山、太行山山系在新生代的快速隆升方面有人作了大量工作。

(1)關(guān)于呂梁山的隆升，趙俊峰等[60]認(rèn)為： 晚白堊世以來是呂梁山地區(qū)主要的隆升期，可進(jìn)一步分為緩慢隆升(100～(21±2) Ma)、加速隆升((21±2)～8 Ma)及強(qiáng)烈隆開(8 Ma以來)3個抬升演化階段。李建星等[61]將呂梁山新生代隆升過程細(xì)分為(58±3) Ma、(40±3) Ma、(30±3) Ma、(23±3) Ma和(10±3) Ma 5個階段。

(2)對太行山隆升時限的研究，部分學(xué)者認(rèn)為其初始隆升在中侏羅世[62]。張家聲等[63]的研究得出太行山的隆起有2個快速變動階段： 68～52 Ma和23～18 Ma; 徐杰等[64]根據(jù)太行山發(fā)育的三級夷平面，認(rèn)為太行山經(jīng)歷了古近紀(jì)隆升—穩(wěn)定、新近紀(jì)隆升—穩(wěn)定和第四紀(jì)隆升，亦即幾次間歇性的形成過程。太行山西側(cè)沁水盆地樣品磷灰石裂變徑跡證據(jù)也顯示，太行山在新生代的抬升是不均衡的，前新生代的剝蝕夷平-準(zhǔn)平原化后，古近紀(jì)初經(jīng)歷了隆升，再到古近紀(jì)末的剝蝕夷平，最后到新近紀(jì)的快速隆升[65]。

部分學(xué)者還針對太行山南、中、北各段的造山過程分別展開了詳細(xì)的研究： 慶建春等[66]認(rèn)為，太行山晚白堊紀(jì)末以來的隆升為分階段幕式過程，經(jīng)歷了3 期快速隆升，依次為74～58 Ma、46～31 Ma及15 Ma左右，且太行山中部隆升速率大于南北兩端； 馬寅生等[67]認(rèn)為，太行山南緣地區(qū)以新生代以來的隆升為特征，分為包括始新世、中新世至上新世中期、早更新世晚期以來的3個快速隆升階段； 龔明權(quán)[68]認(rèn)為，太行山南段的隆升成山是在中生代末期至始新世之前整個華北乃至更大范圍的北臺期夷平面基礎(chǔ)上發(fā)育起來的； 李庶波等[69]研究顯示，南太行山地區(qū)初始隆升始于100 Ma 前，100～50 Ma 的構(gòu)造抬升相對平靜，50～40 Ma 及10 Ma 左右以來隆升速度加快，是太行山地區(qū)的主要隆升期。

(3)另外，徐芹芹等[70]收集了前人針對燕山山脈、太行山、大青山、賀蘭山、呂梁山、蒙山以及泰山開展的磷灰石裂變徑跡年齡數(shù)據(jù)，共計259 個年齡數(shù)據(jù)。統(tǒng)計分析結(jié)果表明，中國北方東部地區(qū)晚中生代以來，不同山體的隆升過程有所差異，但它們都集中體現(xiàn)出66～42 Ma的抬升冷卻階段，說明晚白堊世至古新世甚至始新世早中期的抬升運動在本區(qū)及鄰區(qū)具有整體性，可能普遍經(jīng)歷了古新世—早始新世的區(qū)域性強(qiáng)隆升-剝露作用，致使本區(qū)及鄰區(qū)普遍缺失晚白堊世和古新世地層，并形成了始新統(tǒng)與下伏前新生界地層間的區(qū)域性不整合面。

3.3 盆山耦合關(guān)系

綜上所述，山西隆起區(qū)新生代盆山耦合有以下特點：

(1)山西隆起區(qū)在古近紀(jì)末與周邊在地形地貌上還沒有太大的差別，且隆起區(qū)內(nèi)各山系的快速隆升期在時間上具有一致性，山西地區(qū)整體2 000 m左右的高地是新近紀(jì)以來地殼均衡式垂直隆升的結(jié)果。

(2)上新世中期、早更新世晚期是2個快速隆升階段。上新世礫巖在兩側(cè)山體山前沖溝中的分布、上新世和早更新世斷陷盆地中的巨厚沉積(表1)，反映了山體的強(qiáng)烈隆升、剝蝕和盆地的快速下沉、沉積同時發(fā)生，彼此耦合。

(3)汾渭裂谷帶是疊加在山西隆起區(qū)(燕山期復(fù)背斜)核部之上的上疊盆地，從地質(zhì)圖(圖1、圖2)可以看出，隆起區(qū)內(nèi)所有前新生代地質(zhì)體在平面上的分布在燕山運動中已基本定型。從裂谷帶兩側(cè)山系基巖出露情況反映，前新生代地質(zhì)體基本保留了原來的構(gòu)造格局，新生代期間未發(fā)生明顯的旋轉(zhuǎn)和側(cè)向水平位移。

(4)山西隆起區(qū)新生代山體隆升和盆地沉降是大陸內(nèi)部中上地殼中發(fā)生的構(gòu)造變形，以垂直升降為主，是由軟流圈物質(zhì)上涌所形成的，與板塊碰撞或其遠(yuǎn)程效應(yīng)無直接的關(guān)系[71-72]。

4 中新生代構(gòu)造演化討論

4.1 地貌格局的演化

從區(qū)域巖相古地理和沉積地層可以看出，中新生代期間，華北地區(qū)經(jīng)歷了東高西低—全區(qū)夷平—西高東低的地形倒轉(zhuǎn)過程： ①三疊紀(jì)—早白堊世，華北地區(qū)總體東高西低，該時期也是西部鄂爾多斯盆地的發(fā)育時限，沉積中心位于西部； ②晚白堊世—古近紀(jì)，華北地區(qū)整體抬升，再沒有區(qū)域性廣泛沉積，全區(qū)整體遭受剝蝕，東西地勢差異性逐漸減小，是整體上地形夷平的過程； ③中新世晚期之后，華北東部地區(qū)大規(guī)模沉陷，地形逐漸西高東低，持續(xù)達(dá)2億多年的東隆西降格局于中新世晚期(8 Ma)反轉(zhuǎn)易位，東部開始沉降，地形倒轉(zhuǎn)過程完成[73-74]。

山西地區(qū)在地形倒轉(zhuǎn)過程始終處于中部過渡帶的位置: ①古代生末期，本區(qū)及周邊都處于大型石炭紀(jì)—二疊紀(jì)華北克拉通內(nèi)盆地中，山西早中生代地層與晚古生代地層基本為連續(xù)沉積; ②中生代，鄂爾多斯盆地疊加在前期盆地之上，直至中侏羅世，本區(qū)仍屬于鄂爾多斯盆地的一部分[73]，期間晚三疊世—早侏羅世時曾經(jīng)歷短暫的抬升、剝蝕，造成下侏羅統(tǒng)永定莊組不整合在前期地層之上，是印支運動在本區(qū)的反映; ③晚侏羅世—古近紀(jì)末，山西地區(qū)主體處于穩(wěn)定隆升、剝蝕階段，沉積缺失; ④中新世以來，山西地區(qū)整體相對于西側(cè)黃土高原1 000 m左右、東側(cè)華北平原整體2 000 m左右的高地地形地貌才逐步形成，山西境內(nèi)汾河、桑干河、滹沱河、漳河和沁河五大流域的分水嶺在晚更新世末才最終定型。

4.2 巖石圈的減薄

華北克拉通自古元古代末形成直到中生代初期的漫長地質(zhì)歷史中，基本保持構(gòu)造穩(wěn)定。從晚三疊世開始，其穩(wěn)定性才發(fā)生了變化，中新生代期間，克拉通遭受了強(qiáng)烈的改造?，F(xiàn)今華北克拉通東、中、西部巖石圈厚度表現(xiàn)出明顯的區(qū)域性差異。在南北向大興安嶺—太行山重力梯度帶以東，華北東部普遍分布薄的地殼(<35 km)和巖石圈(<100 km)； 中西部則有相對較厚的地殼(40～50 km)和厚度變化較大的巖石圈(80～200 km)，其中最厚的巖石圈(約200 km)位于穩(wěn)定的鄂爾多斯地塊，表明西部可能還保留著太古宙克拉通的核心部分[75-77]。

圖3 演化模式示意圖Fig.3 Evolution pattern sketch

山西地區(qū)除薄于100 km巖石圈為特征的狹長汾渭裂谷帶外，其他區(qū)域的巖石圈都厚于120 km，總體上與西部鄂爾多斯地塊相當(dāng)，與華北東部差異明顯。中新生代巖漿活動也顯示，從東向西強(qiáng)度漸弱，中生代巖漿活動西部邊界為離石斷裂一帶，新生代巖漿活動只出現(xiàn)于汾渭裂谷和太行山地區(qū)。

4.3 演化模式

山西隆起區(qū)位于華北陸塊中心部位，遠(yuǎn)離板塊邊界，從其形成的動力學(xué)機(jī)制來看，尚無證據(jù)能證明它和板塊邊界的活動有直接關(guān)系?？赡艿难莼Ｊ绞前鍓K運動引起深部軟流圈時空上的不均一變化，軟流圈變化和板塊內(nèi)部大陸巖石圈的相互活動促使了陸內(nèi)造山帶的發(fā)生。軟流圈上涌，巖石圈相應(yīng)減薄，地殼水平伸展； 軟流圈下沉，巖石圈則相對增厚，地殼垂向伸展，橫向收縮。

(1)山西地區(qū)三疊紀(jì)時巖石圈相對穩(wěn)定，構(gòu)造活動不明顯，表現(xiàn)為整體抬升和沉降(圖3(a))。

(2)山西地區(qū)中生代中后期處于巖石圈增厚階段，地殼處于EW向擠壓環(huán)境(圖3(b))，形成燕山期近SN向逆沖斷裂和同方向的開闊背向斜。

(3)中生代晚期—新生代，山西地區(qū)中部軟流圈NNE向帶狀上涌，構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換，由EW向擠壓環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺弓h(huán)境，軟流圈上涌及側(cè)流對巖石圈產(chǎn)生的引張力形成了強(qiáng)烈的伸展作用，汾渭裂谷逐漸形成(圖3(c))。

5 結(jié)論

(1)山西隆起區(qū)在燕山期主要形成斷裂和褶皺。斷裂活動垂向分層性質(zhì)表現(xiàn)明顯，由下向上生長，自下而上變形強(qiáng)度逐漸減弱，在下古生界及其底部表現(xiàn)為有基底卷入的逆沖斷層，規(guī)模較大，斷距1 000 m左右； 上古生界中表現(xiàn)為逆斷層，斷距一般100～300 m，并伴隨有較緊閉的褶皺； 中生界中基本未發(fā)現(xiàn)有斷距的斷層，表現(xiàn)為相對開闊的褶皺。現(xiàn)在地表沿斷裂走向的分段性是垂向分層性的表現(xiàn)形式，是由于后期隆升、剝蝕程度差異在地表造成的結(jié)果。

(2)山西隆起區(qū)新生代山體隆升和盆地沉降是大陸內(nèi)部中上地殼中發(fā)生的構(gòu)造變形，以垂直升降為主。山體的強(qiáng)烈隆升、剝蝕和盆地的快速下沉、沉積主要發(fā)生于上新世中期、早更新世晚期。

(3)通過山西隆起區(qū)盆地沉積特征、構(gòu)造演化的研究，探討了中新生代期間華北地區(qū)經(jīng)歷的東高西低—全區(qū)夷平—西高東低的構(gòu)造地貌演變過程。

(4)討論了山西隆起區(qū)中新生代構(gòu)造演化模式： 三疊紀(jì)時巖石圈相對穩(wěn)定，本區(qū)構(gòu)造活動不明顯，表現(xiàn)為整體抬升和沉降； 燕山期處于巖石圈增厚階段，地殼處于東西向擠壓環(huán)境，形成近南北向逆沖斷裂和同方向的開闊背向斜； 新生代，山西地區(qū)中部軟流圈NNE向帶狀上涌，構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換，由EW向擠壓環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺弓h(huán)境，軟流圈上涌及側(cè)流對巖石圈產(chǎn)生的引張力形成了強(qiáng)烈的伸展作用，汾渭裂谷逐漸形成。

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(責(zé)任編輯： 刁淑娟)

Review on Meso-Cenozoic tectonic evolution in Shanxi uplift

WEI Rongzhu1， LI Haobin2， XU Chaolei3， ZHANG Zhaoqi1， LIU Chengru1

(1.ShanxiInstituteofGeologicalSurvey，Taiyuan030001，China; 2.CollegeofMiningandTechnology，TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030001，China; 3.RegionalGeologicalSurveyParty,ShanxiBureauofGeologyandMineralExplorationandDevelopment,Yuci030600，China)

The review about the Meso-Cenozoic tectonic evolution in Shanxi uplift is an important component for studying the North China Craton evolution and destruction process. The Shanxi area, in the center of North China Craton, is always in the transition zone whenever the lithosphere movement events like differential evolutions, tectonic transition, magmatic activity and physiognomy-reverse happen. This predominant location indicates the important significance of this area in North China Craton study. On the basis of the results of 1∶50 000 and 1∶250 000 geological surveys, the paper studys Mesozoic regional fracture, Cenozoic Fen-Wei rift valley and mountain uplift, analyze the following tectonic evolution processes: Mesozoic lithosphere in Shanxi uplift from thickening to thinning, the tectonic transition from compression to extension, and geomorphic pattern from “east-high, west-low” to “west-high, east-low”, and conclude that Meso-Cenozoic tectonic systems evolution is subjected to the uniform regional dynamic setting. The deep asthenosphere transformation is caused by the interaction between surrounding blocks. As asthenosphere sinks, lithosphere would become relatively thickening, and crust would extend in vertical and shrink in transverse. While asthenosphere upwells, lithosphere would become relatively thinning, and crust would extend in horizontal. Meso-Cenozoic tectonic deformation, sedimentary pattern and magmatic activity are controlled by asthenosphere transformation.

Shanxi uplift; Lishi fault; Taihang Mountain fault; Fen-Wei rift valley; Meso-Cenozoic tectonic evolution

10.19388/j.zgdzdc.2017.01.04

魏榮珠，李好斌，徐朝雷，等.對山西隆起區(qū)中新生代構(gòu)造演化的認(rèn)識[J].中國地質(zhì)調(diào)查,2017,4(1): 24-34.

2016-06-16；

2016-07-18。

中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所“山西區(qū)域地質(zhì)調(diào)查片區(qū)總結(jié)與服務(wù)產(chǎn)品開發(fā)(編號： 121201102000150012-05)”項目資助。

魏榮珠(1966—)，男，教授級高級工程師，多年從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究工作。Email： jzweirongzhu@126.com。

P542

A

2095-8706(2017)01-0024-11