2.4.1 岩石圈结构单元划分的依据
岩石圈结构，由于其本身在纵向和横向上的不均一性可以进行一些不同的划分。从现在所掌握的资料和数据来看，人们目前通过不同的地质、地球物理和地球化学等方法，对不同地区甚至整个地壳的结构提出了一些看法。而其中主要的是不同的地球物理方法，因为这些方法对地壳深部的某些性质提供了重要的依据。地质学的研究由于主要是对地表出露的或较浅深度上的岩石所进行的，因而对岩石圈深部构造所提出的认识很大程度上是通过推理或判断来进行，因此也受到了相当程度的限制。而地球物理资料，尽管在一定程度上具有多解性，但还是为我们认识岩石圈深部的状态提供了许多重要的信息，包括不同层圈岩石的密度、速度、温度、磁性和电阻率等。目前我们也还只能通过不同层圈的这些特性来推断它们的状态。尤其是对莫霍面以下的软流圈，目前也只能更多地依赖天然地震层析成像的技术进行某种程度上的推断性的解释。关于地球化学方法，对于认识不同层圈的岩石学特性有着重要的意义，但由于种种条件的限制，所能提供的深部资料是很有限的。我们也只能从有限的资料做一些推断。
另一方面，对岩石圈结构单元的划分方法上有很大的差异。这是由于现今的岩石圈是几十亿年地质构造运动的产物，或者说是其结果。在地质学上，大地构造单元的划分比较重视地质历史中的过程和状态;而现在岩石圈结构单元的划分，应该说，更重视目前的状态和结果。因此两者之间有着一定的不同。
因此，从本项目的岩石圈结构单元划分来讲，需要重点考虑的因素就包括:①区域岩石圈的厚度;②区域岩石圈的结构和物质组成;③边界条件。
从上面的讨论已经可以看出，岩石圈的厚度和结构状态，主要依靠区域的地球物理资料来进行推断。物质组成除了少量的深源包体带来的信息外，也只能从地球物理资料来分析。在这样的情况下对本区的岩石圈结构单元进行概略性的划分。
2.4.2 本区岩石圈结构单元的划分
从全国范围来讲，本区仅属于其中的西部区域的一个二级单元，专项组将其称为“西部盆山构造区”。总体来说，本区以岩石圈厚度大，变化大为主要特色。在本区内部，可以看到在不同的盆地下面和山体之下，岩石圈的结构特别是上部的地壳结构有着很大的不同。因此作为一个二级构造单元内的进一步划分，这里将以地壳结构的差别以及切割到莫霍面的断裂作为主要依据。在这个“西部盆山构造区”中将作以下的划分(图2.4.1):①阿尔泰山脉(Ⅲ1);②准噶尔盆地(Ⅲ2);③天山山脉(Ⅲ3);④塔里木盆地(Ⅲ4);⑤昆仑-喀喇昆仑山脉(Ⅲ5);⑥阿拉善盆地(Ⅲ6)。
2.4.2.1阿尔泰山脉(Ⅲ1)
这是本区最北面的一个分区。在地形上，如前所述，从北面的阿尔泰山，平均海拔为3000m，最高峰可达4000m;构成了盆山构造区最北面的一个造山带。
有关地壳结构，根据沙雅-布尔津断面的资料，莫霍面深度为55km，起伏不大，南侧在额尔齐斯-布尔根缝合带附近稍浅，为53km，地壳平均速度为6.35km/s。岩石圈厚度在其南缘的缝合带之下为160km，向北平缓加深至168km。
可可托海-阿克塞断面的资料，本区地壳厚度在50km左右，两者的差别不大，总之是一个地壳变厚的地区。这也表明了这个以古生代造山作用为主的山系，目前仍具有明显的山根。
有关本区岩石圈厚度的资料，目前来看有较大的出入，总体来看可能属于岩石圈减薄的地区。
2.4.2.2 准噶尔盆地(Ⅲ2)
盆地主体已为古尔班通古特沙漠所覆盖，盆地平均海拔800～900m，在地形上成为一个明显的洼地。由于在盆地周边先后发现了克拉玛依、准东等一系列油田，目前已经成为我国西部一个重要的油气产区。
根据沙雅-布尔津断面的资料，准噶尔盆地的地壳结构，在盆地南缘的乌苏最薄，仅44km，P波速度为7.92km/s，向南在北天山莫霍面加深到55km，P波速度为7.88km/s;乌苏向北，准噶尔中部和北缘莫霍面起伏平缓，逐渐加深，从44km逐渐加深到56km左右。
而在可可托海-阿克塞断面中，所涉及的部分被分为两个幔隆区和一个幔坳区，分别为:将军庙幔隆区，深约45～47km;北天山幔坳区，深约53km;哈密幔隆区，深约44km。其中的将军庙幔隆区相当于准噶尔盆地的东端，可见其莫霍面厚度总体在45～47km左右。
岩石圈结构亦显示中间薄、边缘厚的特点。准噶尔盆地中部为120km。向南北增厚，北缘可达180km，南缘为160km。
由此可见，准噶尔盆地在地壳结构上是一个独立的Ⅲ级构造单元，具有其明显的特点，而从更深的岩石圈来看，其独立性似乎又不很明显，这就向我们提出了一个需要进一步思考的问题:准噶尔盆地的基底究竟是什么?
2.4.2.3 天山山脉(Ⅲ3)
为高耸的天山山脉，平均海拔可达3000～4000m，最高峰海拔近7000m，是本区主要的特色之一。它分隔了南北两侧的两个大型盆地，具有其独特的地壳结构特征和发展演化历史，也是近代重要的地震活动带之一。特别是天山内大量重要的金属和非金属矿产资源，已经使其成为国内外学者关注的地区。也是近年来研究相对较多的地区，大量论著提出了许多不同的观点和认识。
图2. 4. 1 中国西北盆山地区的岩石圈结构分区略图
如前所述，天山在地质上分属哈萨克斯坦-准噶尔板块和塔里木板块，由于古生代后期，古亚洲洋闭合，两侧板块碰撞拼合，形成了古天山的雏形。新生代后期，强烈的地壳构造运动，剧烈的隆升，导致现代高耸的天山山脉出现。
在构造形式上，天山具有其明显的特征，呈花瓣状展开。天山沿着南北两侧的边界断裂———北侧的北天山山前断裂和南侧的南天山山前断裂分别向两侧逆掩推覆，形成了两侧的推覆构造，古生代地层被分别推到了两侧盆地的中、新生界之上。这一构造形式的形成，显然是由于新生代时期的挤压应力所造成。
从天山的地壳结构来看，其最大的特点是具有明显的山根，也就是其地壳厚度比两侧的盆地要大得多。独山子-泉水沟断面的资料表明，北天山地区的地壳结构和前面所说的准噶尔地区有一定的相似之处。但在中天山地区地壳加厚，厚度可达54～62km，同时地壳也可分为三层(图2.4.2)。其中，上地壳有所减薄，仅4～10km，波速为5.8km/s。显然这是因为中天山的强烈隆升，导致上地壳被剥蚀而致。中地壳亦可分为上下两层。上层厚5～13km，密度为2.80g/cm3，波速为6.10km/s;下层厚8～20km，波速为6.30～6.40km/s。下地壳在中天山地区厚18～25km，密度为3.00g/cm3，波速为6.90km/s。可见天山的地壳加厚是由于中、下地壳的厚度加大而造成的。
天山地区地壳结构的另一个特点是在中地壳之下有一个明显的低速层。中天山地区低速层埋深22～36km，厚3～8km，波速为5.60km/s。
这里涉及的南天山地区，具有与其南侧塔里木类似的地壳结构，特别是较薄的中地壳，和相似的地壳速度结构。但南天山在中生代以后的造山作用过程中，地壳结构也发生了明显的变化，其突出表现为:①天山的低速层已经延伸到了南天山之下，而且厚度可达5～10km;②随着天山的上隆和遭受剥蚀，南天山上地壳开始减薄，厚度仅为8～15km;③随着塔里木向天山下面的俯冲的不断进行，南天山的下地壳明显有所加厚，厚度一般已达25km左右;④在天山上隆和造山过程中频繁的岩浆活动在南天山的中上地壳部分造成了较多的中酸性岩浆产物。
但根据赵俊猛(2001)的资料，天山地区，在莫霍面之下，上地幔顶部有一低速层，并具有较高的热流值，他称之为“壳幔过渡带”。并指出:天山地区的壳幔过渡带是由7～8个薄层叠合而成。这一过渡带的存在是天山隆升的重要原因，而且也是天山强烈岩浆活动的物质来源。
向东至可可托海-阿克塞断面所涉及的东天山地区，地壳厚度为53～55km，同时也有异常的上地幔出现，在苦水-红柳园及北天山下，速度值较低，为7.1～7.7km/s。
由此可见，天山地区具有独特的地壳结构，作为一个独立的Ⅲ级构造单元予以单独划出是有必要的。至于天山的形成与演化，观点和争议较多，此处只指出两点:一是天山的形成是一个长期的历史发展过程，华力西期的碰撞导致三叠纪时形成具有一定规模的古天山，新生代后期的挤压才形成了现代雄伟的天山山脉;二是现代天山的形成和其深部上地幔-下地壳的组成和状态有直接的联系，天山山根的出现，和强烈的挤压有关，同时也造成了区域性的重力不均衡。中新生代时期，新疆天山地区岩浆活动不发育，而构造活动强烈，是否意味着这时是以水平挤压为主要构造动力，而地幔热物质的运动则处于相对次要的位置上。
图2. 4. 2 天山地区的地壳结构型式
2.4.2.4 塔里木盆地(Ⅲ4)
是我国最大的内陆盆地。盆地周边为山前雪水灌溉的绿洲，盆地内为辽阔的塔克拉玛干大沙漠所覆盖，成为世界著名的大沙漠之一。盆地平均海拔1000～1200m。在盆地周边已经发现并进行开采的有大量煤炭和盐类矿产资源，盆地内的油气资源正吸引着国内外的注意，正在进行大规模的勘探与开发。与此同时，研究工作也在不断加强和深入。
从演化历史来看，塔里木在大部分地质历史时期中，以稳定陆壳上的浅海盆地为主要特色，仅在其边缘部分因受周边洋盆活动的影响而有所复杂化。中生代开始，海水退出成为陆相盆地，并随着两侧天山和昆仑山的碰撞造山而形成磨拉石型前陆盆地。
在地壳结构上，塔里木具有厚度不大，变形微弱的特点。总体上，塔里木地壳也以三分为特征，但没有明显的低速层(图2.4.3)。独山子-泉水沟断面通过地震折射波所获得的地壳结构图像为:盆地内地壳厚度仅41～42km，向两侧山区逐渐加厚，在北侧的南天山和南侧的和田附近均已达50km以上。上地壳包括了塔里木盆地内巨厚的沉积盖层和发育良好的结晶基底，故其上地壳厚达15～20km，P波波速为5.40～6.20km/s。中地壳在盆地之下厚度相对较小，仅8～12km，波速为6.00(6.10)～6.30km/s。其下的下地壳也可分为上下两层。上层波速为6.50～6.60km/s;下层波速为6.80(7.00)～7.30km/s。下地壳总厚为16～22km。由此可以看出塔里木盆地和其周边山区的地壳结构有明显的不同。
塔里木作为一个Ⅲ级岩石圈构造单元，具有总体变形微弱的特点。宏观上来看，盆地内部上、中和下地壳具有相似的变形面貌，仅在南北两侧，可见塔里木的地壳向两侧山系之下俯冲。特别是在北侧，南天山作为塔里木板块的一部分俯冲到了天山之下，下插深度可达莫霍面。也正是由于这一俯冲和碰撞挤压，导致南天山急剧上隆而成为地貌上的天山的一部分。塔里木向南的俯冲，在20世纪后期曾有许多学者进行过讨论，以邓万明和S.D.Willett最著名。地表和浅层的地球物理也证实了西昆仑北缘的铁克里克向北推覆于塔里木盆地之上。至于更深的部位，独山子-泉水沟断面的深地震反射剖面表明至少在昆仑山地区没有长距离向南俯冲的可能，而是一些重大的走滑断裂化解了来自青藏高原的向北的挤压应力。因此塔里木作为Ⅲ级构造单元，在岩石圈的活动过程中更重要的作用是作为一个刚性的块体在传递应力。
至于塔里木的浅层构造变形，近年来大量有关油气勘探进行的地质和地球物理工作，为研究提供了丰富的资料。这些资料表明，盆地内的浅层构造大部分是在挤压构造应力作用下所形成的，包括不同的褶皱构造、断裂及有关的油气圈闭等，特别是一些浅层的推覆，更表明这些构造的形成背景是以挤压应力为主导的。
塔里木岩石圈的另一个特点是其地温梯度和大地热流值均很低。从石油勘探所取得的资料，其地表热流值一般在42～56mW/m2之间，平均仅为50mW/m2左右。同时表现出盆地中央隆起部位热流值高，盆地边缘凹陷中热流值低的特点(王良书等，1996)。这一状态显然和塔里木板块内部没有强烈的岩浆活动有直接的关系。
目前的资料表明，塔里木板块南北两侧的南天山和铁克里克在晚古生代-中生代时期均有强烈的岩浆活动，这些活动和板块边缘的构造作用直接有关;而板块内部，除了早二叠世的暗色岩喷发以外，尚无其他岩浆活动的报道。中生代晚期至新生代时期的岩浆活动主要在昆仑-喀喇昆仑和南天山地区;而塔里木内部目前仅见于边缘少部分地区，如南侧的克里阳和西北部的柯坪等地，均属基性岩脉或岩墙的形式。这一状态和盆地内较低的大地热流分布直接有关，也反映了塔里木盆地深部的岩石圈在现阶段处于一种不活动的状态，这和前面讨论的变形特征也是一致的。
图2. 4. 3 塔里木盆地的地壳结构
2.4.2.5 昆仑-喀喇昆仑山区(Ⅲ5)
这是一片高耸入云的雪山，已属青藏高原的北缘。本区和北侧的塔里木之间以昆仑山前的大型逆掩推覆断裂为界。这里平均海拔3500～4500m，最高峰为世界第二高峰———乔戈里峰，海拔8600m。由于这里的各种条件均非常困难，因此其研究程度也相对较低。目前仅有少量的地震测深、大地电磁以及航磁、重力等资料。
秦国卿等(1994)沿新藏公路所作的大地电磁测深资料，反映了本区的岩石圈中存在着若干个不同的低阻层。其中，两个出现在地壳部分，埋深分别为10～35km和55～65km。上地幔顶部在100～150km处有一个上地幔低阻层，另一个低阻层则位于350～550km处。
根据独山子-泉水沟断面的资料，从昆仑山前断裂往南本区地壳厚度逐渐增大，从山前地带的55km左右，向南至喀喇昆仑地区增大至70～75km左右，逐渐成为青藏岩石圈的一部分。特别是具有明显变厚的下地壳和中地壳。在中地壳顶部出现一层明显的低速层，这和已有的大地电磁测深所获得的高导层大体是一致的。从已获得的资料来看，昆仑构造带地壳总厚65～75km，可分为三层，并且其中具有一个明显的低速层(图2.4.4)。上地壳厚15～18km，密度为2.59～2.79g/cm3，P波波速为5.30～6.15km/s。其下为中地壳。中地壳厚20～24km，密度为2.91～2.93g/cm3，波速为6.40～6.60km/s。其顶部有一个低速层，厚8～10km，密度为2.66～2.68g/cm3，波速为6.10km/s;下地壳厚约22～25km，密度为2.98～3.00g/cm3，波速为6.70～6.90km/s。
由此可见，昆仑构造带具有独特的地壳结构，显然和南侧青藏高原的隆升和地壳加厚有直接的关系。
由于本区已经属于青藏高原的一部分，这里不再作详细讨论。
2.4.2.6 阿拉善盆地(Ⅲ6)
位于本区东部，基本上以阿尔金断裂为其北界。南以合黎山、龙首山为界，与河西走廊盆地相隔。东以贺兰山为界，向东为银川盆地，因阿拉善与贺兰山之间的边界已在东经105°以东(阿拉善左旗以东)，故对此边界的讨论从略。本区主体已为巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠所覆，故历年来的研究程度极低，基本上没有专门的研究，只有一些面上的、区域性的工作。从全国的重力图来看，阿拉善位于两个明显的重力梯度带之间，而且可以见到其布格重力异常呈现向东逐渐升高的趋势，由－240逐渐升高至－160左右。总体呈现比较平缓的变化。从相关的地壳厚度来看，本区亦位于两个地壳厚度递变带之间，地壳厚度由西往东逐渐减薄，从北祁连的52～54km向东逐渐减薄为45～48km。
根据崔作舟(1999)资料，本区和北山地区都属于中新生代的稳定沉降区，地壳结构和相邻的祁连-河西走廊及贺兰山-银川地区均有所不同。这里的地壳厚度相对较小，地壳平均速度为6.25km/s;地壳结构简单，为双层地壳结构。其上地壳可分为三个速度层:第一层为速度梯度层，纵波速度为5.6～6.1km/s，层平均速度为5.8km/s，层厚4～5km;第二层为6.2km/s的常速层，层厚为11km;第三层的速度为6.05～6.08km/s，它显然为速度逆转层，但不属于低速层的范围，此层厚约8km。本区下地壳也可分为两个速度层。第四层的速度为6.5km/s，层厚约8km;第五层的层速度为6.85～6.90km/s，层厚为10～12km。该地区上地幔顶部的速度为8.22km/s。
图2. 4. 4 西昆仑地区的地壳结构型式
值得注意的是，新生代以来，本区周边具有强烈的地震活动性，已经记录到大量大地震。显然是和本区处在几个不同的大区的交界有关。南侧的青藏板块向北的推挤、北侧西伯利亚板块的相对向南的运动以及东侧太平洋板块的运动，共同控制了本区新生代时期强烈的地震活动性。