博罗霍洛复杂构造带

博罗霍洛复杂构造带是斜接于天山东西复杂构造带之上的一个规模巨大的北西西向复杂构造带,是以博罗霍洛-卡瓦布拉克断褶构造带为主体,与其北侧的艾丁湖沉降构造带、南侧的伊犁-焉耆沉降构造带及发育不全的萨阿尔明-科克铁克断褶构造带共同组成。东西长达1100km。它们以自己独特的、有规律的构造形迹组合,稳定的构造线方向,宏大的规模以及特有的构造发育历史而区别于纬向构造体系,并使天山地区的地质构造更加复杂。李四光教授曾多次指出:天山纬向构造带由于受到其他构造因素的干扰而往北挪动了。因此,西域系与天山地区纬向构造体系的复合,是造成天山西段北挪的主要因素。

博罗霍洛复杂构造带由北向南可以分为5个二级构造带:

(1)艾比湖-艾丁湖沉降带

该带展布于天山北麓,博罗霍洛-卡瓦布拉克断褶构造带北侧。它在准噶尔盆地的南缘及吐鲁番盆地的西端与纬向构造体系的2个沉降构造带(即乌苏-奇台沉降构造带和伊犁-哈密沉降构造带)斜接复合。两大构造体系的负向复合部位坳陷最深,恰好是2个大的湖泊洼地所在的部位。该沉降带的北部与纬向构造带的乌苏-奇台沉降构造带的复合部位形成了艾比湖,与伊犁-哈密沉降带的复合部位形成我国最低的内陆湖泊艾丁湖(高程为-154m)。

该沉降构造带总体作北西西方向延伸,但带内的盆地和坳陷中心都作东西向延伸,由西北向东南分别为艾比湖凹陷、玛纳斯凹陷、柴窝堡湖凹陷及艾丁湖凹陷,它们彼此以150~200km为间隔,由西北向东南斜列,形成多字型沉降带。

由于博罗霍洛-卡瓦布拉克断褶构造带新生代以来强烈隆起,并沿隆起部边缘的北西西向压扭性大断裂发生强烈的右行滑动,因而造成一方面盆地的南缘不断北移,二叠纪、三叠纪、侏罗纪、古近纪、新近纪地层都相继隆起,在天山北缘形成低山。另一方面,隆起带内的中、新生代地层都受到褶皱、断裂的破坏。这些褶皱、断裂与北西西向主干断裂组成入字型形式,同时众多褶皱本身又彼此斜列,显示多字型构造的特点。这些低级序的入字型、多字型构造都共同标示了主干断裂具有右行压扭性质。

该沉降构造带是二叠纪以来逐步发育起来的。地层以二叠系、中-新生界为主。下二叠统为一套滨海相及海陆交互的灰绿色碎屑岩建造,以显著的角度不整合覆盖于石炭系之上。上二叠统-下三叠统为紫红、灰绿色砾岩、砂岩、泥岩为主的红色碎屑岩建造。三叠纪中、上统为灰绿色为主的泥岩、砂岩夹煤线。侏罗系中、下统为灰绿色砂岩、泥岩、砾岩及煤层,为主要含煤建造;上统为红色泥岩、砂岩、砾岩。白垩系下统以湖相杂色条带泥质岩为主;上统则属河流相的碎屑岩。古近-新近系为红色碎屑岩建造。

(2)博罗霍洛-卡瓦布拉克断褶构造带

该带西起伊犁盆地北缘的博罗霍洛山、科古琴山,往东经依连哈比尔尕山直至卡瓦布拉克塔格一带。再向东去,由于强大的原始东西向构造带,即拉台克-库鲁克塔格-阿拉塔格断褶构造带的限制而大大减弱。同时被阿尔金系的北东东向构造带切断,在北山地区只是零星的片段包容于阿尔金系的北东向构造带之中,隔河西走廊与甘肃省境内的祁连山地区北西西构造遥相对应。

该带在新疆境内延伸1300km,它的主体由博罗霍洛复背斜、依连哈比尔尕复背斜、卡瓦布拉克复背斜、克孜勒塔格复向斜等组成。

①博罗霍洛复背斜:西起赛里木湖畔,东至胜利达坂以东,呈北西西向狭长条带展布。复背斜核部主要由震旦亚界和古元古界组成,以志留纪地层出露最广,该地层普遍受不同程度的变质,以中-浅变质的海相碳酸盐岩和碎屑岩建造为主,组成北西西或近东西向的紧闭线性褶皱。褶皱多数不对称,有时倒转,一般向南西方向倒转。褶皱两翼倾角一般40°~80°。无论是复背斜核部或者翼部低级小褶曲都十分复杂。复背斜两翼由泥盆-石炭系的浅变质的火山碎屑岩、火山熔岩及碳酸盐岩组成。复背斜的轴部和两翼都为一系列北西西向的大型压扭性断裂顺走向切割,使复背斜构造显得不够连续和完整。

复背斜西北端科古琴山一带,核部由前寒武系和下古生界组成一系列近东西向的背、向斜,一些近东西向的压性断裂,由北西向南东呈左列式多字型斜列(图2.18)。

图2.18 科古琴山一带北西西向斜列的多字型构造

每一个次级褶皱长达50~80km,褶皱轴面常常向南倒转,褶皱轴面和压性断裂面均以50°~70°的倾角向北倾斜,背斜轴之间具有20km左右的间隔,这一多字型构造清楚地反映了北西西向构造带具有右旋扭动特征。同时科古琴山复背斜核部由前寒武纪地层组成的东西向褶皱可能反映了早期东西向构造的特点,是北西西复向斜叠加于东西向构造之上的一个典型事例。复背斜的两翼泥盆-石炭纪地层明显的呈北西西走向不整合覆盖于其上,两者有着较大的交角。

博罗霍洛复背斜的东南段,背斜轴部出露更窄,多字型排列形式不显著,以北西西方向的紧闭线性褶皱为主,反映出更强烈的北东-南西方向的挤压,右旋扭性质相对较弱。

②依连哈比尔尕复背斜:以中泥盆统为核部,石炭纪地层组成两翼,构成一个完整的复背斜构造。但由于一系列与褶皱轴向一致的压扭大断裂的切割,构造形态已遭破坏,总体看来,它应属博罗霍洛复背斜北翼的大型次褶皱。

依连哈比尔尕复背斜核部中泥盆统以一套厚度近万米的千枚岩化的灰绿-灰色细火山碎屑建造为主,夹少量碎屑岩和碳酸盐沉积。复背斜南翼基本为断裂破坏,只以狭长的断块形式保留下石炭统的灰黑色碎屑岩、灰岩及凝灰岩。复背斜的北翼保存完整,以中石炭统为主。为一套灰黑色火山碎屑岩,下二叠统是一套紫红色-灰绿色的中-基性、中-酸性火山岩。复背斜内部次级褶皱复杂,挤压十分强烈,地层倾角普遍为60°~85°,大型压扭断裂往往与地层走向一致地顺北西西方向延伸,使复背斜北翼形成由南向北推覆的叠瓦式断裂系。依连哈比尔尕复背斜带内,侵入岩不发育,基本没有较大的侵入岩体出露,只在大型压扭性断裂带附近有脉状、长条状或串状超基性岩体分布,并形成较好的玉石矿带。

③卡瓦布拉克复背斜:主要由震旦亚界的变质岩系组成,上部为一套碳酸盐岩,称卡瓦布拉克群;下部为一套片麻岩、结晶片岩,称星星峡群。复背斜的北翼被卡瓦布拉克大断裂切割破坏,南翼主要由厚度很大的泥盆系组成,其下部为碎屑岩建造,上部为碳酸盐岩建造。复背斜总体走向为北西西向,在它的东南段加尔布拉克一带,由于阿尔金系的帕尔岗大断裂将该复背斜拦腰截断,发生较大幅度的左行扭动,使复背斜的西部相对南移,东部相对北推,复背斜的次级褶皱表现为比较完整的北西西走向的紧闭型褶皱,褶皱轴多数向西倾伏(倾伏角30°~40°)。轴面向南倾斜,其北翼地层产状较陡,一般70°~80°,并且常常出现向南倾斜的倒转产状,南翼地层产状较缓,一般在40°~60°。

④克孜勒塔格复向斜:位于卡瓦布拉克复背斜西南,焉耆盆地东北,包括向东南延续部分的梧桐沟-卧龙岗复向斜。

克孜勒塔格复向斜总体走向为北西西向,东南端的卧龙岗一带,由于虾形山地带状构造的干扰局部转为南北向。复向斜的核部由下石炭统及中、上泥盆统的一套以碳酸盐岩建造为主,部分为碎屑岩组成。两翼由下泥盆统和志留系的浅变质的千枚岩、片岩组成。早石炭世地层常以角度不整合覆盖在泥盆系之上,存在于向斜的核部,它们除受到北西西向构造的控制外,同时受到东西向构造体系的控制。复向斜内部的次级褶皱比较复杂,单个背斜、向斜尚有偏向东西方向的趋势,但总体由北西向南东构成一个北西西向的多字型斜列形式,反映了北西西构造带的右行压扭性质。

从岩相古地理的分析可知,该复向斜是在早古生代末期以后形成的沉积槽地的基础上发育起来的。志留纪末卡瓦布拉克复背斜带已经受挤压隆起,泥盆纪时在隆起的南侧形成北西西向的海槽。早泥盆世以陆源碎屑沉积岩为主,中泥盆世沉积了浅海碳酸盐岩建造,晚泥盆世在克孜勒塔格一带发生强烈的火山活动,沉积了一套中、酸性火山岩和火山碎屑岩。但东南哈孜尔布拉克一带仍然为陆源碎屑岩和浅海碳酸盐岩建造。泥盆系沉积厚度5000m以上。这样一个长期处于稳定的沉降状态之半封闭狭长海槽,为沉积型铁矿的形成创造了良好的古地理环境,成为受西域系控制的一个重要成矿带。

博罗霍洛-卡瓦布拉克断褶构造带除包括上述一系列复背斜、复向斜之外,还发育着一系列大型北西西向平行延伸的压扭性大断裂,其中最重要的有乌拉斯台大断裂(即天山北缘大断裂或乌鲁木齐凹陷南缘大断裂)、亚玛特大断裂、科克巴斯套断裂、兰特达坂断裂、胜利达坂断裂(即依连哈比尔尕大断裂)、松树达坂大断裂(即博罗霍洛大断裂)、科克琴大断裂、马鞍桥大断裂、卡瓦布拉克大断裂、乌勇布克断裂等。这些断裂长度都在数千米以上,其中大断裂规模近百万米。它们的断裂面多数向复背斜带的核部倾斜,层层向外推掩,构成叠瓦式构造,尤以博罗霍洛复背斜的北翼更加明显。这些大型压性断裂与褶皱走向近于平行,都有较宽的断裂破碎带,形成较宽的动力变质带。破碎带和动力变质带中片理、劈理、挤压透镜体、小型伴生褶曲等,与主干断裂近于平行,或者有不大于15°的交角,清楚地说明主干断裂有强烈的挤压或压扭性质。同时断裂带两侧形成了一系列牵引弧型构造、派生旋转构造、入字型构造以及断裂之间褶曲斜列成的多字型构造等,都一致地反映了这些北西西向大断裂具有强烈的右行扭动性质。

这些北西西向大断裂一般都具有长期活动的历史,控制了志留纪、泥盆纪的沉积物分布,切割了古生代和古生代以前的地层,部分切割了古近-新近纪及第四纪的地层。控制了各种类型的不同时代的侵入岩体,超基性岩一般都顺断裂带分布。根据北西西向断裂带内中、新生代沉积盆地的形态,近期地震活动和温泉的分布,可以看出这些断裂最新活动仍很强烈。

博罗霍洛-卡瓦布拉克构造带多期多种类型的侵入岩体广泛发育,主要分布在博罗霍洛复背斜和卡瓦布拉克复背斜的核部。岩体延伸方向与区域构造线的方向一致,呈北西西-南东东向。元古宙和早古生代的侵入岩主要为花岗岩类(γ2和γ3),它们普遍遭到不同程度的变质作用,主要岩石有片麻状花岗岩、糜棱岩、花岗岩、斜长片麻岩、混合岩等,分布小,岩体规模也不大。广泛而大片出露的是晚古生代的多种侵入岩,从库米什到卡瓦布拉克一带所采为数不多的花岗岩同位素样品看,主要集中在这样3个时期:410~439Ma、333~350Ma、225~248Ma,分别相当于志留纪、泥盆纪末至石炭纪、二叠纪末。岩石成分从超基性-酸性都有。超基性、基性及中性侵入岩体一般规模较小,常呈岩株、岩枝和岩盖状产出,顺断裂带呈串珠状分布。中-酸性侵入岩体则主要以大规模的岩基出现,它们显著的特点是岩体的形状、延伸方向和岩体的排列都严格地受到西域构造体系和纬向构造体系的复合控制。在胜利达坂断裂和松树达坂断裂之间的挤压破碎带给岩浆岩的侵入提供了导浆通道和活动空间,形成了宽30~50km,延伸近1000km的构造岩浆岩带。这一构造岩浆岩带也是天山地区重要的控矿构造带,尤其是当它与纬向构造体系及阿尔金构造体系三者交接复合的部分,构成了天山地区最有利的成矿部分。

(3)祁连山构造带

分布于祁连山及其南、北缘。该构造带形成于志留纪末期的构造运动,泥盆系角度不整合于志留系之上,该运动造成一系列走向北西320°~330°方向的褶皱、逆冲断裂以及它们之间夹持的岩块、坳褶带共同组成西域构造体系。自北而南划分为:龙首山断褶带、走廊复向斜带、走廊南山-冷龙岭断褶带、托来南山-大通山断褶带、乌兰达坂山-拉脊山复向斜带等。

本区西域系构造形态特征与祁吕山字形系差别较大。它褶皱强烈,多呈紧密线状,延伸远,规模大,与褶皱平行伴生的压性、压扭性断裂成群出现。这一构造体系的早古生代的沉积物,以较厚碎屑岩、碳酸盐岩为主夹大量中基性火山岩为特点,总厚度达20000m,其中火山岩年龄486~445Ma(夏林圻等,2001)。

寒武-志留系内有、酸性岩体侵入,锆石U-Pb年龄为450Ma左右(苏建平等,2004),其方向与上述断裂、褶皱一致。它还控制本区几个早古生代基性、超基性岩带,并分布于该体系褶皱之轴部附近,其中北祁连山西段石居里辉长岩的锆石U-Pb年龄为457.9Ma(宋忠宝等,2007),而白银矿田基性火山岩的LA-ICP-MS同位素年龄为465Ma(李向民等,2009)。

(4)伊宁-焉耆沉降构造带

博罗霍洛-卡瓦布拉克断褶构造带的南侧为伊宁-焉耆沉降构造带。该带由西向东有伊宁盆地,大、小尤尔都斯盆地,焉耆盆地等一系列规模不大的中、新生代盆地。该带总体呈北西西方向展布,但单个盆地又都有近东西向展布的趋势。盆地的边缘受到东西向、北西向和北东向断裂控制,常呈菱形和三角形盆地,由西北向东南依次斜列,构成多字型。这些盆地是在古生代的褶皱基底上发育起来的,盆地内部主要由侏罗纪、古近-新近纪、第四纪的沉积物组成。

二叠纪末强烈的地壳运动使该区褶皱隆起遭受剥蚀,三叠纪该带基本上没有接受沉积,晚侏罗世,在天山地区基本夷平的基础上开始沉降,接受了一套河、湖、沼泽相的含煤建造沉积,由于气候湿润温暖,这些沉积盆地都具备良好的成煤条件。白垩纪时,随天山整体又一次抬升,该带内和盆地普遍缺失白垩纪沉积。古近-新近纪基本上继承了侏罗纪的盆地,但沉积范围进一步扩大,形成一个大体连通的沉降构造带,以红、褐色砂岩、泥岩及砾岩层为主,新近纪末至第四纪初期由喜马拉雅运动,使天山整体又一次大规模抬升,大、小尤尔都斯盆地都已抬升到3000m。古近-新近纪连通的盆地,由于第四纪的侵蚀切割而分裂成一系列较小的盆地,这些第四纪的小型盆地也清楚地显示多字型排列,以焉耆盆地东段表现得最为典型。

第四纪以来,这个统一的古近-新近纪盆地解体,分隔成博斯腾湖凹陷、乌宗布拉凹陷以及在两者之间的克孜勒凹陷带。克孜勒凹陷带是在2个凹陷之间的北西西向的相对隆起带。内部由一系列近东西向排列的更次一级的凹陷和隆起组成。这些次级盆地单个长为80~150km,宽10~15km,2个盆地的间隔与盆地的宽度相当。这些盆地与隆起,由西北向东南一个一个地斜列,至少有6个比较完整的盆地构成形态完美的多字型构造,显示了西域系的沉降构造带在挽近期复活,发生了显著的右旋扭动。这些隆起和凹陷的边缘常常是压性断裂控制。克孜勒塔格的南缘见到石炭纪地层推覆到古近-新近纪地层之上,说明这一多字型构造的形成,或者说统一的古近-新近纪沉降盆地的解体时在古近-新近纪以后。

(5)萨阿尔明-科克铁克断褶构造带

该带展布与博斯腾湖凹陷西南面,塔里木盆地以北,南天山的中段。主要由北边的萨阿尔明复背斜,中间的琥拉山挤压带,南边的科克铁克复向斜3部分组成。其北与伊宁-焉耆沉降带没有明确界线。伊宁-焉耆沉降构造带是中、新生代以后发育起来的,叠加在古生代构造带之上,与萨阿尔明-科克铁克断褶构造带的北部是上、下两个成因上有联系而生成时期不同的构造层。

①萨阿尔明复背斜:轴向北西西,主要由中泥盆统的一套厚达5000~8000m的碳酸盐岩和海相碎屑岩组成。枢纽呈波状向东倾伏,翼部发育一系列次一级的背斜、向斜及层间褶曲。这些次级褶皱轴面多数向北倾,呈陡斜-倒转的紧闭褶皱形态。复背斜内较大的断裂亦为北西西向,多属高角度冲断裂性质。侵入岩不发育,只在博斯腾湖凹陷的西北面出露大型花岗岩基(γ),长轴与主要构造线方向一致。

②琥拉山挤压带:夹于北西西向的琥拉山断裂和开都河断裂之间,总长200km,宽8~10km,中间狭窄,两头较宽。该挤压带东段和西段有明显的差异,东段主要由震旦亚界长城系一套片岩、片麻岩等古老变质岩系组成北西西向的挤压变质带。挤压变质带内多种侵入岩体发育,带内无论是紧闭褶皱轴、片理、片麻理,还是长条状侵入岩体和主干压性断裂都一致地呈北西西向。琥拉山挤压带的西段主要由上石炭统的一套巨厚的泥质粉砂岩组成,同时出露少量的由巨厚的陆相砾岩组成的二叠纪地层。晚石炭世的巨厚的沉积,可能是在强烈挤压的早期构造应力松弛以后,在挤压带两侧的断裂发生凹陷而形成的。但晚石炭世地层也受到强烈的挤压作用,褶皱形态十分复杂,小型褶曲非常发育。常见到倒转、尖棱、平卧等多种形态的褶曲,总体上构成一个大型不对称式背斜构造,背斜轴面向南倾斜。

③科克铁克向斜:主要由中、上石炭统的凝灰砂岩、凝灰岩组成。该部以泥质粉砂岩为主。向斜中段为北西西向,两端转为东西向,总体略具反S型。褶皱复杂,多为紧闭线状褶曲,两翼基本对称,形状较陡,倾角普遍都在70°以上。南翼部分地区呈现不同程度向南倒转的趋势,由同斜的次级褶曲发育,并随之而生高角度的逆断层。侵入岩活动不强烈,但超基性-酸性各侵入体均有出露。一般呈岩株、岩枝状,严格受构造控制,分布于断裂或裂隙发育地段。内生金属矿产的分布也受到这些断裂岩浆的控制。