多阶段构造背景下景观发育的结构控制因素:埃及苏伊士湾西北部北加拉拉高原的东缘陡坡

《Journal of African Earth Sciences》:Structural controls on landscape development in a multi-phase tectonic setting: the eastern escarpment of the North Galala Plateau, NW Gulf of Suez, Egypt

【字体: 时间:2026年03月21日 来源:Journal of African Earth Sciences 2.2

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  本研究通过整合详细野外测绘与高分辨率(12.5米)DEM分析,揭示北加拉拉高原东缘构造演化对地貌的控制机制。重点探讨继承性叙利亚弧压缩构造与奥利尼-上新世张性构造的相互作用,揭示构造格架如何塑造近线性断崖、多级地貌和结构控制的水系格局,为 rift 边缘地质灾害评估提供新依据。

  
穆罕默德·优素福|艾哈迈德·M·阿卜杜勒卡德尔|萨米尔·阿卜杜勒塔瓦布|瓦利德·A·M·奥吉拉
埃及开罗艾因沙姆斯大学理学院地质系,邮编11566

摘要

北加拉拉高原的东侧陡坡是苏伊士湾裂谷西侧翼的关键组成部分,它保留了独特的记录,展示了继承自叙利亚弧的压缩构造如何与渐新世-中新世的裂谷相关伸展作用相互作用,共同塑造了裂谷边缘的地貌。本研究结合了详细的野外测绘和高分辨率(12.5米)数字高程模型(DEM)分析,量化了从阿布达拉格河到基塞布河之间约70平方公里范围内的构造特征、地形起伏和排水系统。裂谷形成前的古生代晚期至始新世地层以断层边界为界形成块体,这些块体位于由NW-SE走向的正断层/断层段主导的隆起-裂谷构造中,同时还存在NE、N-S和E-W方向的断层,反映了多阶段的变形和局部块体旋转。我们绘制了22条正断层(其中一条为走滑断层),并测量了112个节理;断层和节理的矢量平均走向分别为约322.5°和333.6°,但两者都表现出较大的标准偏差,表明存在构造分散性和分段现象。最终形成的地貌特征包括由断层控制的近似线性的陡坡、以抗侵蚀性始新世石灰岩为顶部的地貌、受岩性对比影响的阶梯状山坡,以及逐渐过渡到以冲积扇为主的沿海平原的排水系统。我们将其演化过程分为两个阶段:(1)叙利亚弧的逆冲作用(桑托尼亚期-始新世)形成了崎岖的构造高地和不整合面;(2)晚渐新世-早中新世的伸展作用重新激活了原有的构造,通过footwall抬升和块体倾斜加剧了地形起伏,并建立了当前的结构格局。

引言

苏伊士湾裂谷边缘经历了复杂的构造演化,其中继承的压缩构造与后来的伸展断层作用相互作用,形成了复杂的地貌特征(Steckler, 1985; Colletta et al., 1988; Jarrige et al., 1990; Patton et al., 1994; Bosworth and McClay, 2001; Bosworth, 2024)。尽管对该地区裂谷发育进行了数十年的研究,但由于裂谷形成前的构造差异和多阶段变形历史,仍难以推断出相邻裂谷翼之间的构造控制因素对地貌演化的具体影响。特别是北加拉拉高原的东侧陡坡是苏伊士湾裂谷西侧抬升翼的关键部分(图1),但叙利亚弧的褶皱作用及其后续的裂谷相关断层作用对其现今地貌的塑造机制尚不明确。这一知识空白限制了我们评估继承构造如何影响裂谷边缘地貌和相关地质灾害的能力。解决这一问题需要对该过渡带内的构造特征和地貌表现进行综合分析。
本研究提供了北加拉拉高原东侧陡坡区域的详细构造和地貌测绘。与以往的区域性研究不同,我们的工作结合了高分辨率测绘和构造分析,揭示了断层系统在控制地貌演化中的作用。这些发现为了解苏伊士湾裂谷边缘的构造-地貌相互作用提供了新的见解。
苏伊士湾的西北侧边缘,尤其是北加拉拉高原的东侧陡坡,位于一个以NW-SE走向断层系统为主的构造复杂区域(Schütz, 1994; Bosworth et al., 1998)(图1)。本研究聚焦于北加拉拉高原的东侧陡坡,该区域西北以阿布达拉格河为界,东南以基塞布河为界,东侧边缘由苏伊士湾海岸线界定(图2)。研究区域覆盖约70平方公里,地层露头连续性好。
从地层学上看,该高原保存了从古生代晚期的砂岩和页岩(努比亚相)到始新世台地碳酸盐岩的完整且暴露良好的沉积序列,这些碳酸盐岩构成了显著的陡坡(Ghorab, 1961; Abdallah and Adindani, 1963; Kora, 1998; Kuss et al., 2000; Boukhary et al., 2009)。沿陡坡,裂谷形成前的地层序列在连续的露头中清晰可见。
这些地层以断层边界为界形成块体,并在隆起-裂谷构造中呈倾斜状态(图1b),反映了NW-SE方向裂谷相关构造的主导作用。构造抬升将较老的地层暴露在构造高地,而较新的沉积物则在相邻的裂谷中积累。从区域上看,北加拉拉高原和南加拉拉高原形成了一个相互连接的地貌系统,两者之间以阿拉巴河为分界线,这条河流也与NEE-WSW方向的褶皱带重合,因此既是构造边界,也是两个高原之间的地貌分界线(Embabi, 2018; Yousef et al., 2023)(图1b)。
当前的地貌格局是始于古生代至今的多阶段构造演化的结果(Jarrige et al., 1990; Moustafa and Khalil, 1995; Kuss et al., 2000; Yousef et al., 2023),主要经历了两个构造阶段:(1)晚白垩世-始新世的叙利亚弧压缩作用导致了褶皱和抬升;(2)渐新世-中新世的伸展作用使早期构造重新活化,通过footwall抬升和块体倾斜加剧了地形起伏,并形成了当前的结构格局(Patton et al., 1994; Kuss et al., 2000; Bosworth and McClay, 2001; Peijs et al., 2012; Yousef et al., 2023)。随后的裂谷后侵蚀作用进一步塑造了暴露的地貌。
这些事件共同塑造了北加拉拉高原东侧陡坡的地质动态地貌,其中活跃的构造和继承的构造决定了地形起伏、侵蚀作用、沉积物路径和排水系统。断层陡坡、抬升的块体和褶皱形成了地形梯度,驱动了侵蚀过程;而继承的构造和岩性差异则导致了差异化的侵蚀和受断裂控制的排水系统(Whipple and Tucker, 1999; Migo?, 2004; Bull, 2007; Burbank and Anderson, 2011)。变形方式(脆性断层与塑性褶皱)反映了构造机制和流变特性,留下了可用于推断构造历史的诊断性地貌特征(Twiss and Moores, 2007; Burbank and Anderson, 2011)。
理解继承的压缩构造如何与裂谷形成期的断层作用相互作用对于评估北加拉拉陡坡的地质灾害风险至关重要。陡峭的断层边界和受断裂控制的排水系统增加了滑坡、落石和山洪暴发的风险,威胁着苏伊士湾沿岸的基础设施和旅游业。本研究为未来在构造活跃的裂谷边缘进行坡体稳定性评估提供了构造框架。
本研究的主要目的是探讨继承的压缩构造如何与裂谷形成期的断层作用相互作用,从而控制北加拉拉高原东侧陡坡的地形表现和地貌过程。为此,我们实现了两个具体目标:(1)通过详细的野外测绘和构造测量来绘制和描述构造特征;(2)利用高分辨率DEM分析、坡体建模和排水提取来分析这些构造对地貌和排水模式的影响。这种综合方法有助于阐明构造控制对裂谷边缘地貌发育的影响,并为全球伸展盆地的地质灾害缓解和预测地貌学提供借鉴。

地质背景

苏伊士湾裂谷是红海裂谷系统北部的一个部分,通常被认为是一个主要由非洲板块和阿拉伯板块分离引起的非岩浆性大陆裂谷,形成时间约为2500万年前(Bosworth, 1995, 2015, 2024; Bosworth et al., 2005; Peijs et al., 2012)(图1)。然而,早期渐新世-中新世期间,裂谷形成伴随着岩脉活动和有限的火山活动,这与岩脉辅助的伸展作用而非大规模的裂谷岩浆作用一致(Bosworth et al., 2015)。

地层学

本文概述了苏伊士湾西部,特别是北加拉拉高原上古生代、中生代和新生代地层的岩层分布(图3)。东侧陡坡暴露了从晚石炭世到始新世的裂谷前地层序列,这些地层因断层侵蚀形成了大规模的重力滑动地貌。该地区的地层构造和变形特征由此得以体现。
地层序列从最老到最新依次包括...

数据集与方法

本研究结合了高分辨率DEM分析、详细的野外测绘以及定量构造和地貌分析,以探讨北加拉拉高原东侧陡坡的构造控制因素。研究区域位于北加拉拉高原的东侧陡坡,可通过艾因苏赫纳-扎法拉纳公路到达,该公路与苏伊士湾海岸线平行(图1)。此外,还有未铺设的道路可供进入。

构造分析

研究区域经历了多阶段的构造变形,形成了与区域构造框架密切相关的多种断裂模式。在卡什姆埃尔加拉拉和阿拉巴河之间(分别位于研究区域的北部和南部)可以识别出众多断层块体,这些断层块体影响了该区域的地形和排水系统(图2)。这些断层块体具有显著的位移,通常与北加拉拉的主要陡坡方向平行。

讨论

北加拉拉高原记录了多阶段的构造演化。桑托尼亚期-始新世的叙利亚弧压缩作用形成了崎岖的构造高地,该高地在中新世之前经历了强烈的侵蚀作用,剥去了大量白垩纪晚期-古近纪的覆盖层,局部暴露出了更古老的台地碳酸盐岩和背斜顶部的古生代碎屑岩(Kuss et al., 2000; Scheibner et al., 2000; Peijs et al., 2012; Bosworth et al., 2021)。这种被侵蚀的高地一直持续到...

对构造控制地质灾害的影响

从工程角度来看,陡峭的断层边界和受断裂控制的排水系统增加了滑坡、落石和山洪暴发的风险,威胁着苏伊士湾沿岸的基础设施和旅游业。本研究为构造活跃的裂谷边缘的坡体稳定性评估提供了构造框架。
本研究的主要贡献在于提供了北加拉拉高原东侧陡坡的精细构造图,并展示了断层构造如何控制陡坡地貌和排水模式。这种构造对地貌发育的控制作用在北加拉拉高原尚无先例,因此我们的成果为区域构造和地貌模型做出了重要补充。
北加拉拉高原的东侧陡坡是一个由构造作用形成并受岩性影响的地貌。

CRediT作者贡献声明

穆罕默德·优素福:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 初稿,监督,软件使用,资源获取,数据分析,概念化。艾哈迈德·M·阿卜杜勒卡德尔:撰写 – 初稿,软件使用,数据采集,数据分析。萨米尔·阿卜杜勒塔瓦布:撰写 – 审稿与编辑,监督,数据管理。瓦利德·A·M·奥吉拉:撰写 – 审稿与编辑,监督,数据管理

未引用的参考文献

Abd-Elshafy and Abd El-Azeam, 2010; Alaska Satellite Facility DAAC, 2025; Raghuvanshi, 2017; Sadek, 1926.

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者衷心感谢艾因沙姆斯大学理学院的地质系提供的实验室设施支持。同时,我们也感谢埃及科学研究与技术学院(ASRT)在项目编号1357下提供的资金支持以及野外工作所需的实验室条件。此外,还要感谢阿里·M·阿卜杜拉教授在野外工作期间的协助。
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