大量研究表明，构造活动和气候波动均可驱动或影响山脉的地形地貌演化（DeCelles和Mitra，1995；Roe et al.，2008；Whipple，2009；Searle et al.，2017）；然而，如何区分气候和构造在造山带演化进程中的作用与贡献仍然是一个挑战。一方面，构造变形或地壳缩短可通过差异隆升及地表抬升，改变地表坡度与岩石破碎程度，进而增加河流侵蚀和搬运能力。另一方面，降水增加和冰川作用也会加强地表侵蚀速率，从而将更多的剥蚀物质输送到两侧的沉积盆地中（Zhang et al.，2001；Berger et al.，2008；Angela et al.，2018）。例如，越来越多的研究表明，晚新生代全球变冷似乎加强了造山带表面（特别是冰川覆盖区）的剥蚀作用（Berger et al.，2008；Whipple，2009；Thomson et al.，2010；Herman et al.，2013），导致相邻盆地内沉积物沉积速率显著增加（Zhang et al.，2001；Molnar，2004；Charreau et al.，2011），并伴随着物源信号的明显变化（Sun et al.，2010；Zhang et al.，2018；Angela et al.，2018）。因此，作为构造活动和气候变化的直接产物（Dadson et al.，2003；Litty et al.，2017），盆地内的沉积物可能记录了造山带地貌演化进程中的重要信息（Sun et al.，2004；Angela et al.，2018；Wei et al.，2018），是深入认识和理解构造-气候之间相互作用的有效载体。

中国天山是中亚地区最活跃的造山带之一（Lu et al.，2019）。相邻前陆盆地沉积并保存了较为连续的晚新生代地层，包括沉积厚度最大也是分布范围最为广泛的西域砾岩（Sun et al.，2004；Charreau et al.，2009）。目前，关于这套具有区域性特征的砾岩成因仍是一个争论的话题，因为山体快速隆升（Charreau et al.，2009；Lu et al.，2010），和更新世冰川作用增强（Zhang et al.，2001；Charreau et al.，2011）都可产生类似的粗碎屑沉积。考虑到这些晚新生代沉积物的物质组成与北天山的基岩岩性息息相关，其物源（演化）特征可能是揭示北天山晚新生代造山过程中气候与构造相互作用的关键。

图1.（a）中亚和青藏高原地形图。蓝色区域代表晚更新世冰川覆盖范围（Pfeffer et al.，2014；Li et al.，1991）。彩色箭头指示冰川覆盖区周边晚上新世-第四纪粗碎屑沉积物的位置。红色方框对应于图1b.（b）奎屯河流域地质图和样品位置。花岗岩的结晶年龄来源于Wang et al.（2007）和Han et al.（2010）。Ff＝北天山前缘断层；Fm＝北天山中部断层；Fb＝北天山后缘断层。粗红线代表北天山地区主要逆冲断层。

基于此，新构造与年代学实验室博士研究生赵旭东在导师张会平研究员指导下，联合华东师范大学吕红华教授，通过对北天山奎屯河流域干流、支流现代河沙以及前陆带独山子剖面晚新生代地层进行系统的碎屑锆石U-Pb和重矿物分析（图1），结合沉积相特征，探讨了构造和气候因素在北天山晚新生代演化进程中的角色与作用。主要获得如下结论和认识：

（1）北天山中新世中期仍处于较低的高度，地形起伏较小。直到大约7 Ma，一期重要的构造事件造成北天山剧烈抬升，形成了包括奎屯河在内的多个向北流的山区河流。

（2）晚上新世-更新世山前沉积物主要来自奎屯河流域的上游，而不是中游或现今的山前逆冲带。这表明，晚上新世北半球冰川作用可能导致高能河流系统的发育和侵蚀范围的扩张，进而造成3.3–2.5 Ma时期物源信号的变化。

（3）北天山在早更新世的演化过程可能遵循“临界锥楔理论” (critical-taper wedge theory)，突出了冰川作用在驱动构造活跃山脉侵蚀和地表过程中扮演的重要角色。

图2. 北天山晚中新世以来地形演化模式图。（a）8.7-6.8 Ma时期，北天山地区存在一个广阔的湖盆，表明当时处于构造平静期。（b）由于前新生代断裂的构造复活，中新世湖泊解体，沉积体系向辫状河系统演化。（c）3.3-2.5Ma, 冰川作用引起高能河流系统的发育和侵蚀范围的扩张。（d）冰川持续侵蚀和沉积物堆积共同降低了临界楔形锥度，抑制了断层向盆内方向的扩展。（e）构造活动促使断层继续向盆地方向扩展，楔形锥演变为超临界状态。（f）构造运动和持续干旱导致晚更新世以来河流系统的强烈下切。JB=准噶尔盆地。

上述研究成果以青藏科考项目为第一资助，发表于国际期刊Basin Research：

Xudong Zhao, Huiping Zhang*, Honghua Lv, Yuanyuan Lv, Xuemei Li, Kang Liu, Jiawei Zhang, Jianguo Xiong. Signatures of tectonic-climatic interaction during the Late Cenozoic orogenesis along the northern Chinese Tian Shan. Basin Research. 2020, 12466. https://doi.org/10.1111/bre.12466.

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/bre.12466.