(一)运动方向
印支初期,因受中亚—蒙古海槽最后闭合的影响,华北古板块内煤田逆冲推覆构造的运动方向为近南北向,与华北古板块南北缘的碰撞带近于垂直。而处于西缘的本研究区因受特提斯洋壳和欧亚板块南北向的相互挤压,仅在卫宁北山一带形成许多近东西向的褶皱和逆冲断层,同时还使区内贺兰山以西地区地壳增厚隆起,向其东部低洼地区进行蠕散流动发生逆冲。
印支晚期由于本区位于特提斯洋壳向东北挤压的前峰部位,受特提斯洋壳扩张和向北偏东的俯冲力,推使前缘呈三角形且坚硬的阿拉善地块向北移动,在受到北部阻力的作用后,阿拉善地块转向东移,从而对鄂尔多斯地块西缘产生了强烈的挤压作用,使贺兰山裂谷内沉积巨大厚度的中元古代—中生代地层发生褶皱隆起,并向东发生逆冲推覆作用,使盖层内特别是晚古生代煤系内出现轴面倾向西的强烈褶皱并在褶皱翼部剪切裂开形成由西向东逆冲的推覆构造。
至此,华北板块西缘南北向逆冲推覆构造带开始形成,并由分属不同的地体向华北古板块的西缘逆冲推覆。换句话说,就是板块之间的相互碰撞活动由板缘向板内发展,直到板块中心部位。
燕山早期,在华北古板块内燕山早期造山运动十分强烈,除由板缘指向板内的逆冲推覆构造于燕山中期达到高潮外,同时造成在印支期隆起坳陷基础的由隆起指向坳陷的逆冲推覆,这一点在西缘南北向构造带表现最为突出,燕山中期逆冲推覆构造活动最为强烈,也是向东发展最盛时期。例如,南北向构造带北段以小松山断裂和古黄河断裂为代表的逆冲断裂构造,运动方向表现为由西向东。南段(马家滩—固原一带)则以青铜峡—固原断裂、韦州—安国断裂、青龙山—平凉断裂、惠安堡—沙井子断裂以及马家滩—柳条井断裂为代表的逆冲断裂构造。由于逆冲推覆强度的不同,造成不同地段运动方向的差异,由西南向北东方向逐渐转变为由西向东推覆。
燕山晚期,青藏板块活动的加强,先期逆冲断裂继续由西向东活动,并且逐渐达到高潮,研究区大部分地区都表现强烈,在南北向构造带北段贺兰山东麓至陶乐一带出现由东向西反向逆冲的断层,南段在马家滩一带沿逆冲推覆构造体系的前缘也产生许多由北东向南西反向逆冲推覆的断层,并伴随着后期滑动作用。
喜山期,早期由于太平洋板块俯冲方向的偏转(由北北西改为北西西),使得华北板块东西向挤压应力松弛,但在东特提斯洋最后封闭,印度板块与欧亚板块碰撞,使得位于华北板块西南缘的南北向构造带产生更强烈的北东向挤压和右旋剪切。但逆冲推覆活动则较前要弱,主要表现在西南部六盘山弧形构造带持续活动,并于喜山中期(古—新近纪末)逐渐达到高潮,并沿早期的弧形构造发生强烈逆冲推覆,运动方向表现为由西南指向北东,形成了向北东突出的六盘山弧形逆冲带。但有两个现象值得注意:一个是这些条状断块的规模由南向北减小,表现在逆冲断块的宽度逐渐减小;另一个特点是切割这些条状块体的北西西向逆冲断裂均作左旋走滑活动,而其北北西到南北向的东部边界则表现出强烈的挤压性质,后期虽强度减弱,但至今仍在继续活动。
(二)运动距离
逆冲推覆构造的运动距离与它在大地构造的位置密切相关,即随距离板内碰撞带的远近而变化。一般由板缘指向板内的巨型或大型基底推覆构造运动距离较大,在同一逆冲系统内后缘主逆冲断裂运动距离较大。例如,区内南北向构造带的北部小松山逆冲推覆距离约5km,而在罗山至马家滩一带的逆冲推覆构造带的后缘,自西而东发育着4条主要逆冲断裂(韦州—安国、青龙山—平凉、惠安堡—沙井子、马家滩—柳条井),其运动距离可达23.5km左右(收缩比为43%,重叠率达75.8%,据汤锡元1992),但在其前缘逆冲断裂只在盖层发育,运动距离只有3~4km,相差很远,但整个逆冲推覆构造运动距离总合起来又可能达到30~40km。(www.xing528.com)
而在六盘山弧形构造带内的南部海原一带,西华山—六盘山逆冲断裂的运动距离12~14.5km,自早更新世中晚以来其位移速率可达11.7~19.2mm/a。北部香山—清水河逆冲断裂位移总量较小,为3.2~4km,滑动速率为2.7~5.5mm/a,其缩短量大大小于东南端六盘山—小关山地区。
(三)动力学特征
研究区内推覆构造形成的主要时期为印支晚期、燕山中期以及喜山运动第Ⅲ幕。这一时期板块之间的相互运动,尤其是中生代以来特提斯构造域的发展对推覆构造的形成起着决定性的作用。
区内南北向逆冲推覆构造的主要力源来自于西伯利亚古板块、华北古板块和华南古板块之间的相互作用以及印度板块对欧亚大陆的俯冲碰撞所产生的应力作用。但在不同的地质历史时期,不同的大地构造位置,板缘应力对板内变形的影响是不相同的。
研究区内推覆构造开始出现于印支晚期,此时构造运动特点表现为向北移动的特提斯洋壳和欧亚板块,除产生强大的南北向挤压应力外,同时还产生右旋剪切作用(即表现在通过一系列六盘山弧形逆冲断层将应力释放)。但对青铜峡—固原断裂以东,华北地台主体仍为近东西向褶皱构造,逆冲推覆构造已在板块两侧造山带内发生,对板内的影响尚处于孕育或递进发展阶段。
晚三叠世后,秦岭、南祁连等海槽最后封闭时,逆冲带才发生强烈活动。主要的构造应力来自特提斯洋壳对欧亚大陆北东向运动而产生的西南向北东方向的挤压应力,以致使区内石炭二叠纪煤田中普遍发育了由西或西南向东或近北东的逆冲推覆构造(使全区强烈隆起,遭受剥蚀,剥蚀幅度由西向东减少)。
燕山期区内构造应力场基本继承性地处于前期应力场之中,即六盘山弧形构造带仍以北东向挤压为主,南北向构造带除东西向挤压仍然强烈外,并在其北段产生左行扭动(如正义关断裂,中期表现以左行由北向南逆冲推覆,晚期则表现以右行走滑为主,在石炭井三矿以及正义关矿区地表可见断裂两侧煤系地层走向亦被前端牵引而转变)。在其南段逆冲推覆活动于燕山中期表现得最为强烈,其构造应力方向与六盘山弧形构造带的东翼相同,早期则以北东—南西向挤压为主,后期则以左行挤压为主。
总体来看,燕山期华北古板块在与西部阿拉善地块以及西南部块体的陆内碰撞具有不同的强弱特点。逆冲推覆构造活动由板缘向板内发展逐渐趋于成熟。例如,南北向构造带的北段(贺兰山一带),由于阿拉善地块向东运动,燕山中期受力最强,向东产生逆冲推覆构造活动明显,燕山晚期强度则较弱。而南段(北起马家滩,南至陇县)虽说燕山早期也有逆冲推覆活动,但远远小于燕山中期,主要构造大都在燕山中期定型,反映出当时逆冲推覆构造表现最为强烈。燕山晚期也曾发生中等强度的构造活动。而到了喜山期由于印度板块对欧亚大陆的俯冲碰撞加剧,青藏高原隆起,并使六盘山弧形构造带发生强烈的构造活动,在六盘山弧顶区产生了强烈挤压。据邓起东(1992):自早更新世初以来,本区在主压应力方位为北东东向和构造应力场作用下,由于北侧阿拉善块体和东侧鄂尔多斯块体的阻挡,形成了一系列弧形断裂带,这些弧形断裂带将本区地壳切割成若干走向北西至北西西的条状断块;这些条状断块分别向东滑动,但其滑动速率由南向北递减,使得区内的北西西向断裂均作左行走滑运动;在条带状断块的东南端产生挤压,形成北北西向挤压区,挤压区内地壳发生局部缩短。至今,这一动力学过程仍在继续之中。
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