断面穿切3个一级构造单元,即:塔里木板块、哈萨克斯坦-准噶尔板块、西伯利亚板块。涉及6个二级构造单元和16个三级构造单元。 两条构造缝合带,即:纳伦-那拉提构造缝合带和额尔齐斯-布尔根构造缝合带把3个一级构造单元划分开来。综合已有的地质和地球物理数据,不管是地质发育上,还是地球物理的速度结构、电性结构、布格重力异常、航磁异常等,都显示出3个一级构造单元上各种特征的差异。 分述如下:
一、塔里木板块
塔里木板块尽管是类似于中朝地台的古老克拉通,但是涉及本断面的仅是其北部边缘的两个二级构造单元,即:塔里木北缘古生代弧盆构造带和塔里木中央地块。 后者仅涉及其北缘的三级构造单元。
基底:塔里木板块由结晶基底和褶皱基底组成,其结晶基底是木扎尔特群、兴地塔格群、达格拉希克拉克群组成,属角闪岩相的变质岩。 库尔勒断裂附近有含麻粒岩相的更为深层的基底岩石出露。 其褶皱基底由中新元古界、下古生界和上古生界3套褶皱构造层组成。
中新生界盖层:中新生界盖层主要发育在塔里木盆地。 断面所涉及的是库车中新生代坳陷,总厚度达8000m以上。 在中天山的大、小尤路都斯盆地中亦有不完整的中新生界沉积,厚度不大。 反映了中新生代以来,特别是新生代以来,天山地区的强烈隆升和塔里木盆地北缘的明显坳陷接受沉积。 显示出反差极大的升降运动样式。
岩石圈:由大地电磁测深得到的岩石圈厚度由南侧的近115 km向北逐渐加深至135km左右。纳伦-那拉提构造缝合带的北侧有一明显增厚梯度带,厚度最大达到160 km。 在塔里木北缘古生代弧盆构造带下部,人工地震测深得到65～75 km的上地幔顶部存在一层几乎涵盖整个天山的低速层,P波速度仅只有6.8～7.2km/s。 与下地壳的速度相当,该低速层的规模、位置与性质显然对解释天山形成的动力学过程是重要的。
莫霍面:塔里木地块的莫霍面深45 km,Pm速度8.00 km/s。塔里木北缘古生代弧盆构造带下的莫霍面深55 km,二者在库车北附近有一明显的4～5 km的不连续,Pm速度7.95 km/s。
地壳结构:以库车南的莫霍面不连续为界,分为南北两段截然不同的地壳结构。 南段地壳结构简单,分层速度界面近乎平行,仅在库车南侧的中上地壳夹有低速体。 下地壳存在一相对连续的壳幔过渡带,速度为6.7～7.0km/s。 北段地壳结构甚为复杂,哈尔克山的霍拉山断裂是一深断裂,将地壳结构区分为两段,其莫霍面也有2 km的位错,北侧上隆壳内结构相对复杂,含多层低速导层。 这种结构分区特点与二级和三级构造分区相一致。 库车南的简单结构反映稳定的塔里木中央地块。 库车北的复杂地壳结构体现的是板块边缘构造带因强烈构造作用而形成的复杂结构。 同样是复杂结构的地壳则反映不同三级构造单元的构造演化过程的不同。 布格重力异常以及上延10 km,20 km,30 km,40 km的重力异常的明显反映出以库尔勒断裂为界的两个二级构造单元的区别(见第八章)。航磁异常、化极异常等都显示有同样的二级构造单元区别特征。
显然,综合这些特征,从浅部到深部,地质上的构造单元分区与地球物理的特征分区是相一致的。综合地球物理场可以反映三级构造单元。 简单结构代表相对稳定的构造单元,复杂结构则与造山带紧密相关。
二、哈萨克斯坦-准噶尔板块
该构造单元涉及了准噶尔微板块和伊犁地块两个二级构造单元和9个三级构造单元。
基底:沿断面的准噶尔微板块未见结晶基底。其主体大部分被巨厚的中新生界所覆盖,边缘部分则出露巨厚的古生界褶皱基底,包括石炭系及之前的古生界。其南侧板缘构造带还包括有中、新元古代的地层。从变质相来看,相当于加里东旋回的古生界的变质相要略深一些,以绿片岩相为主。 而相当于华力西旋回的上古生界(不包括二叠系)的变质相则要浅一些,以低绿片岩相为主。 对其是否有结晶基底的问题,至今仍然是一个争议的问题。 不过,从其显示的整体地球物理场特征及其边缘出露的零星露头,推测是存在有结晶基底的。其南部板缘出露的相当于古元古界上部的温泉群,虽然不是直接出露在断面条带内,但推测是代表准噶尔微板块的结晶基底。 伊犁地块属于哈萨克斯坦-准噶尔板块的另一个二级构造单元,虽然在断面条带中涉及的范围不大,但它发育有明确的结晶基底,相当于古元古界上部的那拉提群,是一套中深变质的片麻岩、混合岩组成。 主要沿纳伦-那拉提构造缝合带出露。
中新生界盖层:断面南北分别由于天山和阿尔泰山的造山作用隆升,仅有小型的断陷盆地内有中新生界沉积。 三级构造单元准噶尔中央地块有着连续的中新生界沉积,最厚的部位在北天山北侧,厚达10 000余米,呈南厚北薄的特征。
岩石圈:岩石圈厚度显示中间薄边缘厚的特点。 中部的准噶尔中央地块岩石圈厚度稳定,为120 km。南北增厚,准噶尔北缘古生代弧盆构造带下的岩石圈厚度达180 km。 准噶尔南缘古生代弧盆构造带下的岩石圈厚度达160 km。 但在65～75 km的深度存在一明显的低速层,P波速度仅为6.8 ～7.2 km/s,可以涵盖整个天山,与塔里木北缘古生代弧盆构造带下部的土地幔顶部的低速体连成同一整体。
莫霍面:显示南北两侧加深的趋势,最浅的部位在北天山北侧的乌苏北,仅为44 km,该部位亦是准噶尔南侧中新生界沉积最厚的部位附近。Pm波为7.92 km/s。 向南准噶尔南缘古生代弧盆构造带下莫霍面向南明显加深,最深处达55 km。 Pm波速7.88km/s。 位于纳伦-那拉提构造缝合带下,莫霍面上隆至50 km,Pm波速7.88 km/s。 乌苏向北,准噶尔中央地块和准噶尔北缘古生代弧盆构造带下的莫霍面起伏和缓,逐渐加深,从44 km深变到56 km左右。 两构造单元的分界附近,有一陡变带,变化梯度加大,Pm波速为7.95～8.00 km/s。在天山下部莫霍面起伏形态呈一“W”形。 与布格重力异常的形态相似。
地壳结构:横向上显示出明显的三分区,大致对应相应的构造单元。南段从奎屯南进入天山至纳伦-那拉提构造缝合带,壳内结构复杂,地壳分层不连续且破碎。下地壳存在多个低速高导体。 整个地壳的平均速度低,仅为6.1～6.15 km/s,似乎存在不太连续的壳幔过渡带。 奎屯北至乌尔禾段相当于准噶尔中央地块,其地壳结构显得完整有序,地壳平均速度6.4～6.5 km/s,比两侧都高,而中地壳顶部存在一数千米厚的明显高速层。 航磁异常表现为完整的高磁异常,推测为高磁性的结晶基底。 下地壳不存在壳幔过渡带。 乌尔禾至布尔津段相当于准噶尔北缘古生代弧盆构造带,其两侧的边界是明显的,北侧以额尔齐斯-布尔根构造缝合带为界,南侧的上、中、下地壳结构与准噶尔中央地块之间显现出明显的不连续。该处是测线斜穿乌尔禾断裂和达尔布特断裂的部位,形成一逾60 km的复杂畸变带。 中地壳存在两层低速层,不显示更次一级的构造单元划分。 平均地壳速度6.26～6.28 km/s,下地壳存在6.7～7.4 km/s的壳幔过渡带。 电性结构上的三段区分是明显的。 准噶尔中央地块中地壳上部存在一层高导层,部位与速度结构上的高速层相近。
可以看出,尽管浅部的地质研究可以把构造单元划分为三级、四级甚至五级,但从各种地球物理探测可以得到,大尺度的分界和三级构造单元的区别是明显的,部分四级构造单元在浅表是可以区别的,但在深部上的区别就不明显了,如南北两侧的三级构造单元,准噶尔南缘古生代弧盆构造带和准噶尔北缘古生代弧盆构造带都分别显示各自独特的完整结构和构造。但其四级构造单元在深部的区别就不那么明显了。 从重磁异常特征上看,二级构造分区是明显的,最大的特点就是准噶尔中央地块与塔里木中央微板块,有着相似的异常特征。
伊犁地块作为哈萨克斯坦-准噶尔板块的二级构造单元,地质上的区分是明显的,重磁异常上亦可以区分。但由于断面探测剖面所涉及的范围仅是相对狭窄的条带,在深部便不显示出明显的特征来。
三、西伯利亚板块
断面仅涉及其南缘的一小部分,本书划分出一个二级构造单元,即阿尔泰古生代弧盆构造带,再细分3个次级构造单元:北阿尔泰哈纳斯-可可托海早古生代岩浆弧和南阿尔泰晚古生代陆缘构造带(弧盆构造带,含壳兰泥盆纪—石炭纪弧后盆地和卡尔巴-雷纳姆石炭纪—二叠纪岩浆弧)。
基底:西伯利亚的核心部分是古老的克拉通,具有太古界和古元古界的结晶基底。 但断面所涉及的是其南部边缘的一小部分。 出露的最古老的结晶基底相当于中元古界蓟县系的一套低角闪岩相的变质岩。 尽管沿着一些断裂带上有零星出露的角闪岩相或麻粒岩相的变质岩。 却因是断层作用从深部带上来,所能获得的信息证据太少,且影响因素也多,故无法确认真正的地质年代。 西伯利亚板块主体的中元古界至古生界本应是未变质的地台型盖层。 但涉及在断面中的则是该板块边缘的阿尔泰古生代弧盆构造带。 由于西伯利亚板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块之间的碰撞缝合,使得从震旦纪至古生代的石炭纪地层均卷入了绿片岩相的区域变质作用,形成其褶皱基底。
中新生界盖层:断面所涉及的构造单元自晚古生代以后就一直处于褶皱隆升状态,没有完整的中新生界沉积。 仅只有山间盆地内的零星堆积。
岩石圈:由于断面涉及范围不大,岩石圈的厚度从其南缘的额尔齐斯-布尔根构造缝合带下的160 km左右,向北缓慢加深达168 km左右。 且只显示大的一级构造单元的变化特征。
莫霍面:莫霍面深度55 km,起伏不大。 在额尔齐斯-布尔根构造缝合带附近有一变薄的梯度,南侧莫霍面深53 km,地壳平均速度为6.35 km/s。 Pm为8.0 km/s,类似于古生代造山带的典型特征,只是地壳厚度略高。
地壳结构:壳内的地震波速度结构相对简单,有序变化,并不显现出不同的二级构造单元的差异或不连续。20～30 km之间存在一6.2 km/s低速层,相对稳定。 电性结构似乎要复杂一些,可以划分出不同的三级构造。 在20～30 km之间,存在一层电阻率相对低的层位。 显然,这是中地壳地质作用过程的反映。 该低速高导层在南端被构造缝合带明显截断。
从深部构造上看,额尔齐斯-布尔根构造缝合带作为两大板块的分界是明确的。 所在部位是岩石圈最厚达180 km。 从重磁异常特征上看,似乎缝合带两侧有着可以区分的特征。但是与天山地区的纳伦-那拉提构造缝合带相比,从规模上、地壳结构复杂性均要逊色得多。相对简单的结构可能表明所受的新构造影响的强弱。
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