賀蘭山的成因

賀蘭山脈位於寧夏回族自治區與內蒙古自治區交界處,南北長220公裡,東西寬20~40公裡。南段山勢緩坦,北段山勢較高,海拔2000~3000公尺。主峰海拔3556公尺,是寧夏與內蒙古的最高峰。山地東西不對稱,西側坡度和緩,沒入阿拉善高原,東臨銀川平原。山體表面為石質山地,土地瘠薄,巖石裸露。在賀蘭山深處蘊藏著豐富的地下礦藏。鉻、鎂、鐵、磷、賀蘭石的儲量可觀。另外還有磷灰巖、石英砂巖、灰巖、粘土巖等礦產。山區富含優質煤炭,煤田有9層煤,貯量約15億噸。蘇峪口至櫻桃溝一帶多生物化石。

賀蘭山西邊的鹽場是中國著名的池鹽生產區。吉蘭泰鹽場和賀蘭山西側的察汗佈魯克鹽池、雅佈賴鹽池、和屯鹽池等8處鹽池一起合稱為阿拉善鹽場。這些分佈在賀蘭山下的鹽場中,吉蘭泰鹽場、通湖鹽池產白鹽;察汗佈魯克鹽池產青鹽;和屯鹽池和昭化鹽池產紅鹽;梧桐海鹽池產黑鹽。

賀蘭山是如何形成的?

在理解賀蘭山的形成之前,要理解以下幾點:

1、 陸塊的運動性質;

2、 全球海陸演變的宏觀邏輯;

3、 洲際洪水及沙漠的形成機制;

4、 青藏高原北側向北的擴張和蒙古高原南側外緣向南擴張對陸塊的夾壓變形影響;

5、 肅北高原陸塊壓扁向東西兩側擴張對周邊地形的影響;

6、 因牽涉到陸塊之間關系描述,所以要熟識中國周邊的宏觀地形及位置關系。

下圖是青藏高原北緣和蒙古高原南緣之間的陸塊地形分析圖。

蒙古印度洋陸塊在向北運動形成蒙古高原後不久,陸塊內部熱量的持續釋放導致陸塊內部結構趨於不穩定,同時受上揚斯克山脈、西伯利亞高原西移擠壓的影響,導致蒙古高原外緣的阿爾泰山脈向西南擴張(見下圖綠線所示)。

澳洲星體撞擊事件及蒙古印度洋陸塊向北運動對印度非洲陸塊施加影響,導致印度和非洲陸塊背離撕裂。印度陸塊和非洲陸塊撕裂後向東北運動過程中,在孟加拉灣附近和向西南彎折的亞洲東南側陸塊碰撞膠結,膠結後的陸塊共同向北運動形成現在的青藏高原這一巨大的熔融膠質陸塊。青藏高原向北運動過程中,北緣發生慣性撕裂,形成現在的柴達木盆地及青海湖凹陷(見下圖紅色線條所示)。

青藏高原北緣在向北運動過程中,和向南擴張的蒙古高原南側發生擠壓。導致夾於中間的肅北高原陸塊(下圖淡藍虛線所示范圍)壓扁,向東西兩側擴張。

肅北高原陸塊向西擠壓對新疆地形的形成產生深遠影響,最主要是導致前期青藏高原向北旋轉移動過程中皺褶隆起形成的天山陸塊西退(見下圖黃線所示),回退的天山陸塊發生南北向擴張撕裂,形成現在的吐哈盆地。青藏高原北移擠壓,導致其和阿爾泰山脈外緣之間的水體抬升。洪水夾雜泥沙向西運行,在塔裡木盆地內沉積形成現在的塔克拉瑪幹沙漠(洪水運行方向見下圖白色箭頭所示)。

而在肅北高原東側,陸塊向東擠壓,導致雅佈賴山、阿拉善高原、陰山陸塊向東南扭曲隆起(見下圖淺黃線條所示);賀蘭山和阿拉善陰山陸塊南側撕裂,向東南滑脫(見下圖粉紅線條所示)。肅北高原向東擠壓,也導致水體受壓向東、東南、東北流淌,洪水攜帶的沙粒在溫度較低的陸塊表面沉積,形成現在的巴丹吉林、騰格裡、烏蘭佈和、庫佈齊、毛烏素沙漠以及鄂爾多斯-榆林沙地的巨量石英沙的沉積(見下圖白色箭頭所示)。

青藏高原北緣向北擠壓的同時,東側陸塊也受壓熔融堆積,當熔融膠質堆積高度超過陸塊自身承受強度的時,受慣性作用,發生若爾蓋漢中崩塌,撕裂向西南運行的巫山陸塊,形成現在四川盆地(見下圖藍線所示)。受肅北高原向東擠壓、青藏高原北緣東北的擠壓、若爾蓋漢中崩塌對秦嶺陸塊的向北扭曲、陰山-賀蘭山陸塊的東移擠壓的共同影響,導致黃土高原北側膠質皺褶隆起、南側脆性碎裂,形成現在黃土高原宏觀形態。黃土高原的東移擠壓擴張,導致關中平原到華北平原之間,在三門峽、鶴壁、平頂山附近形成向東南開放的喇叭口(圖中紫色線條所示)。黃土高原的東移擠壓,造成太行、呂梁山脈皺褶隆起的形成。太行山和秦嶺的撕裂以及黃土高原的東移擠壓,也導致秦嶺山系向南彎曲(見下圖藍綠線條所示)。

依據宏觀地形特征推斷,整個中國河西走廊周邊地形的形成是短時間內陸塊運動造成的結果。

以上是從宏觀角度解釋瞭賀蘭山和周邊地形演變的關系,那麼我們逐漸縮小,看賀蘭山地形特征是否符合肅北高原東移擠壓導致的陰山彎折及賀蘭山滑移撕脫和當前地形特征的形成。

下圖是賀蘭山和周邊地形之間的關系圖:

受青藏高原北移、蒙古高原向西南擴張、肅北高原東移的共同影響,亞佈賴山-阿拉善-陰山陸塊向東南扭曲,彎折過程中,造成地表膠質花崗巖出露,並在宏觀上呈現出連續的條狀山系(見下圖淡黃色線條所示)。在條狀山系皺褶隆起過程中,西側的亞佈賴山、中部的狼山、東側的大樺背山、大青山隆起最嚴重,其南側的山體溝壑也反映瞭陸塊的擠壓和宏觀柔性扭曲。陸塊在發生扭曲的同時,也伴隨著洲際洪水對山體表面的海侵,受水的冷卻影響,山體表面很難形成膠質熔融的圓潤山體,隻有山體表面巖石剛性碎裂形成的粗糙外表。受陰山彎折和陸塊東移擠壓的共同影響,在烏梁素海東側,大樺背山所在的長條山系和北側和陰山形成明顯的夾角,此為陸塊撕裂所致。北側山體從大樺背山撕裂後向北彎曲,而大樺背山滯留並有一定程度的南移,形成現在向西開放的喇叭口(見下圖淡黃色弧狀箭頭所示)。

受亞佈賴山-阿拉善高原-陰山陸塊向東南扭曲擠壓的影響,黃土高原陸塊整體受壓向東逆時針旋轉移位。陸塊的移位擠壓,導致黃土高原東南側前端陸塊表面剛性破損碎裂,形成涇河、渭河、黃河沿岸周邊密集枝杈狀地形的形成(也就是說,黃土高原表面豐富的溝壑並非水流風化切割形成,而是陸塊在擠壓過程中剛性碎裂形成的表面裂紋,雖然黃土高原松散的結構特征,在雨水沖蝕下,每年向黃河輸送大量泥沙,也能形成溝壑。但是從宏觀視角看。黃土高原表面溝壑外觀主要成因並非流水風化,風化作用可能隻是我們的錯覺。)。黃土高原陸塊的移位擠壓及表面裂紋的形成和陸塊力學特征是符合的,我們可以用厚重石膏板受橫向夾壓,研究表面裂紋的形成規律來判斷。黃土高原西北側,在現在的銀川-鄂爾多斯-榆林之間,陸塊表面保持完好,沒有形成枝杈狀裂紋,這與板狀陸塊的力學傳導特性相關(見下圖灰色虛線所示范圍)。

隨著黃土高原東移旋轉,對陸塊東側及南側產生擠壓,在東北側,呂梁山、陰山東側呈旋轉分離姿態(見下圖藍色粗線所示夾角)。呂梁山也在此擠壓過程中逐漸隆起,前期形成的平整膠質陸塊逐漸碎裂,但是在呂梁山的荷葉坪在山體隆起過程中,山頂還殘存有碎片狀的前期形成的柔性膠質陸塊表面,即現在的高山草甸(圖中藍圈所示位置)。

陸塊擠壓過程中熔融,向東南運動粘性聚集拉伸,形成雁門關附近條狀山系。在此條狀山系的南側,陸塊受壓形成五臺山膠質山體隆起(圖中黃圈所示位置)。陸塊擠壓形成嚴重的陸塊熔融,冷卻後形成禿頂山。山體表面土壤層遭受破壞,僅能生長草甸。

由於黃土高原陸塊東移是向北旋轉擠壓的,在西柏坡附近南北兩側陸塊發生嚴重擠壓,形成滹沱河峽谷的深切壓熔裂紋。伴隨滹沱河岸南側陸塊向北旋轉擠壓,西側陸塊粘性撕裂分離,形成現在的汾河谷地(見下圖藍線所示)。

在黃河東岸的臨縣有一圓錐狀山體--紫金山,此山是黃土高原向東移位擠壓過程中受太行山阻擋形成。此山和當前錐狀火山外觀及形成機制相同,都是陸塊基底部的熔巖在圍壓作用下,向頂部突破形成的隆起,唯一的區別是此處山體未發生噴發,沒有山頂圓錐狀的火山口孔洞(見下圖紅圈所示)。

亞佈賴山-阿拉善高原-陰山陸塊向東南扭曲擠壓,在導致黃土高原陸塊是向東逆時針旋轉擠壓的同時,也導致位於亞佈賴山-陰山之間、阿拉善高原東南側的賀蘭山陸塊向東南逆時針旋轉滑脫(滑脫方向見上圖中粉紅線條所示),賀蘭山陸塊在滑脫過程中,西南側有較大幅度的逆時針旋轉,導致整個賀蘭山長軸向東南扭曲(見圖中綠線所示)。滑脫的賀蘭山陸塊北側擠壓黃土高原陸塊的西側邊界,造成烏海市東部的桌子山隆起。

因黃土高原陸塊表面是相對剛性陸塊,桌子山西側的固化板狀陸塊向東翹起,並逐漸碎裂崩塌,形成當前外觀形態。

下圖是烏海市東側桌子山3D衛星視圖,受賀蘭山向東南滑動擠壓,剛性陸塊向東脆性折斷並翹曲隆起(見紅線所示),山體中部坍塌下陷,形成綠線所示范圍的凹陷。陸塊下陷造成斷層的砂巖外露,這就是丹霞地貌。

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煤礦的形成是陸塊在運動過程中,原先存在於地表的植被等有機質在外力作用下剝離聚集,並被熔融陸塊膠質坍塌覆蓋,形成封閉的包裹體,在陸塊運動過程中形成的地表高溫及輻射共同作用下碳化形成。桌子山西側的烏海煤礦、賀蘭山的與洪水攜帶的有機質受桌子山隆起阻擋有關。具體形成機制需結合賀蘭山陸塊的運動特征及黃土高原陸塊的物質來源進行綜合分析。

下圖是賀蘭山和北側高原關系圖。在阿拉善高原和陰山陸塊之間,有一缺口區域(見下圖藍色虛線區域),其空間占位和南側的賀蘭山很好吻合。賀蘭山向東南的滑脫(見紅線所示方向),除瞭導致烏蘭佈和沙漠凹陷的形成外(這裡可以判斷烏蘭佈和沙漠形成於賀蘭山形成之後),撕脫的粘性拖拽,造成黃線所示陸塊向南順時針粘性滑脫(旋轉方向見綠線所示)。

下圖是上圖黃線區域陸塊旋轉關節部位衛星視圖。旋轉的陸塊對北側造成擠壓,山體向東北隆起(紅線所示),陸塊向北的扭曲(綠線所示方向),造成陸塊邊緣出現向南開口的柔性膠質陸塊特有的皺褶凹陷(黃圈區域)。體現曾經的陸塊熔融特性。

賀蘭山陸塊從亞佈賴山-陰山之間、阿拉善高原一側向東南滑脫過程中,拖動山體西側外圍陸塊膜扭曲、羽狀隆起(見下圖綠線所示),賀蘭山陸塊內部結構在運動過程中也遭受破壞。其東側山體陸塊在扭曲過程中發生撕裂,滯留的陸塊斷尾保留在現在的銀川西側,較大的陸塊結構在運動中遭受破壞,粘性拉伸向東北扭曲,現在山體中形成明確的條索狀拉伸紋路(見下圖黃色線條所示),前端向北扭曲,推動宗別立鎮、石炭井附近的山體熔融,呈放射狀北移(見下圖綠色箭頭所示)。賀蘭山陸塊在扭曲過程中,西側山體也發生局部粘性撕脫,形成現在白芨溝山間谷地(見下圖粉紅線條所示)。

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賀蘭山的北側山體,宗別立鎮、石炭井鎮、白芨溝存在大型優質煤礦。而煤的形成與陸塊運動過程中高溫熔融陸塊物質包裹前端有機質形成的封閉礦體受陸塊運動過程中形成的熱和粒子輻射在短時形成,非常類似於現在我們山中燒炭。請以此機制思考此地煤礦的成因。

下圖是賀蘭山東側陸塊撕裂缺口(黃線所示)的地形圖和衛星視圖,缺口從銀川市西側一直到石嘴山西南,陸塊撕裂形成的遊離缺口長30公裡。其外觀和賀蘭山形成過程中的扭曲拉伸方向協調。此地產出賀蘭石,一種質地細密的泥巖硯石,請讀者結合賀蘭山的形成過程思考賀蘭石的成因。

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下圖是賀蘭山陸塊南側尾端的局部衛星視圖和地形圖。由於賀蘭山的形成過程是亞佈賴山-陰山之間、阿拉善高原東南側的陸塊向南逆時針旋轉滑脫形成。賀蘭山南側山體有南北向的拉伸。在賀蘭山南側外圍,陸塊物質受旋轉離心力的作用,向南向東旋轉撕裂(見紅色箭頭所示),形成當前中衛到吳忠一線西北側的戈壁高地。受此陸塊向東南旋轉擠壓的影響:在現在的中衛市周邊形成月牙狀凹陷綠洲、在中衛和吳忠之間的青銅峽附近,導致黃河東岸陸塊受壓,形成現在的牛首山隆起(黃線所示)。

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