张国伟等^[13]从板块构造角度认为秦岭造山带的构造演化进入中、新生代, 尤其是晚白垩世以来, 处于以拉张断块、剪切平移、逆冲推覆构造为主要形式的强烈板内变形演化阶段, 主要表现为强烈的伸展和急剧隆升并伴随大规模岩浆活动, 新构造沿先期断裂发育、叠加、改造, 主断裂多表现为不同性质的多期活动。齐矗华等^[33]从构造地貌方面研究认为秦岭的隆升方式以断块活动为主要形式。滕志宏等^[34]依据中、新生代以来的沉积、构造、地貌以及古生物特征, 认为秦岭新生代构造隆升的方式有地垒式、掀斜式、振荡式和翘板式等4种运动方式, 并认为诱发秦岭地区新构造抬升的主要原因和动力学机制是华北地块自北而南, 扬子地块自南而北向秦岭造山带之下逆冲和秦岭地块深部软流圈抬升2种过程共同作用所致。Peltzer等^[15]通过构造变形和应力研究发现新生代以来印度板块向北挤压的远程应力传递对于秦岭隆升和渭河盆地的形成都起到了重要影响。

不同学者依据地貌学、地层学、古生物和热年代学等不同手段尝试恢复重建秦岭山脉新生代以来的构造隆升时限、幅度和速率, 但是由于研究思路的差异和方法的限制, 所得出的结论也大相径庭。

3.2.1 夷平面与河流阶地等地貌方法

张保升^[32]、齐矗华等^[33]和滕志宏等^[34]通过 “ 夷平面” 与河流阶地传统地貌学手段来认识秦岭在新生代的构造隆升过程。齐矗华等^[33]认为秦岭存在3期夷平面, 第一、二期夷平面以秦岭诸多次级高峰为代表, 均形成于新生代早期; 第三期夷平面分布广泛, 组成秦岭中山地貌主体, 形成于新近纪晚期; 此外, 在低山地区河流两侧还发育一级海拔1 100~1 300 m的波状起伏剥蚀堆积面, 形成于更新世早期。滕志宏等^[34]则将秦岭夷平面划分为5期, 其中第一、二、四、五期分别大致相当于齐矗华等^[33]的第一、二、三期夷平面剥蚀堆积面; 认为其分别形成于K₂- E₁(100~65 Ma)、E₂-E₃(40 Ma)、N₂(5 Ma)和Q₁(1.8 Ma)。另外增加了第三期夷平面, 形成时代为E₃-N₁(24 Ma), 海拔2 000~2 200 m。齐矗华等^[33]认为秦岭山区的主干河流发育有4级阶地, 在构造地貌分析的基础上, 以秦岭北缘渭河盆地和秦岭山脉内部的汉中盆地的平均海拔约500 m为基准面进行简单估算指出在新生代, 三级剥蚀面累计抬升量分别为2 500, 2 100 和1 000 m, 推算出秦岭在第四纪期间的年平均上升速率约为2.7 mm/a, 即第四纪以来共抬升7 020 m。进一步根据其确定的夷平面并结合河流阶地、新生代地层沉积厚度和考古资料并结合地球物理资料综合认为, 秦岭造山带新生代构造隆升是在白垩纪晚期构造隆升基础上, 于中新世迅速隆升, 而早更新世早期则是新构造活动最强烈时期。陕西地质矿产局^[18]根据地质地貌资料分析估算出秦岭在古近纪末抬升约2 500 m, 在新近纪末抬升1 500~1 800 m。秦岭北缘断裂是控制渭河盆地沉降和秦岭隆升的主控断层(图1, 2), 发生于1556年的华县8级大地震以及现今秦岭山前沿秦岭北缘断裂正在发育的一系列断层崖、岩石破裂、黄土裂缝和滑坡等地质灾害也均显示秦岭相对渭河盆地还在不断隆升^{[41, 42, 51~53]}。

3.2.2 古生物化石

哺乳动物是反映气候环境变化的重要标志^[54], 秦岭隆升最明显的效应莫过于生物分布的变化, 因此古生物证据对反映秦岭新生代隆升和环境演化有特殊意义。在秦岭南北和山间盆地新生代地层中发现了丰富的哺乳动物化石, 古生物学家对此进行了系统研究, 从中提取了秦岭地区新生代生物演化和气候环境变化的大量信息^{[12, 35~37, 39, 40]}, 只是明确将其与秦岭隆升直接联系起来的还比较少。薛祥煦等^{[12, 35, 37]}从生物迁移角度对秦岭东段山间盆地的哺乳动物化石进行研究后发现秦岭南北的动物化石在新生代大部分时期基本一致, 直到早中更新世以后才出现明显的分异, 据此指出秦岭在晚白垩世以来, 隆起最明显的时代为渐新世, 但由于后期的夷平作用, 直到早更新世末或中更新世初才开始达到现今高度, 成为南北坡动物迁移交流的屏障。薛祥煦等^[12]进一步依据在秦岭地区发现的动物群化石时代及发育的多级洞穴高差推算出秦岭东段早更新世晚期以来抬升1 000余米。

3.2.3 热年代学

磷灰石裂变径迹热年代计, 是测定山体隆升起始时间及幅度最有效的方法之一, 在世界范围得到了广泛的成功应用^[55], 近十几年来也被应用于秦岭的新生代隆升历史研究^{[29, 38, 56~62]}。万景林等^[56]对采自华山岩体的磷灰石样品进行裂变径迹分析认为:华山岩体最晚于渐新世或始新世已开始抬升, 抬升主要发生在新生代后期, 以缓慢、快速交替出现的方式进行。尹功明等^[57]对华山花岗岩进行了锆石和磷灰石裂变径迹热年代学研究, 结果表明华山山体最晚从中生代末68.2 Ma开始抬升, 早中新世(17.8 Ma)开始华山处于快速抬升阶段。吴中海等^[58]在华山的裂变径迹研究识别出发生于57~42 Ma, 32~22 Ma和约8 Ma的3次快速隆升。Liu等^[38]近年来利用磷灰石裂变径迹揭示秦岭经历了始于约50 Ma的小幅度快速冷却和约10 Ma的大幅度快速抬升冷却阶段, 前者可能是印度与欧亚板块碰撞在亚欧大陆内部的远程应力响应, 约10 Ma的快速伸展变形可能与青藏高原东北缘在该时期快速隆升和对外扩展有关, 此外还发现了分别发生于35 Ma和25 Ma的2次小型抬升冷却事件。Enkelmann等^[29]根据裂变径迹热年代学研究认为西南秦岭在9~4 Ma有快速剥露冷却作用。Wang等^[62]对天水地区的裂变径迹研究揭示西秦岭地区在新生代经历了49~41 Ma, 34~27 Ma, 25~19 Ma, 约13 Ma, 9.2~7.4 Ma和约3.6 Ma等6个比较显著的活动阶段, 并认为本地区的基本地貌框架是在第四纪以后形成的。Wang等^[63]用²³⁰Th对秦岭柞水乾佑河溶洞石笋样品进行了测定, 获得了35万年来的侵蚀速率。由于采样位置和样品的差异以及测年方法本身的局限, 不同学者根据热年代学方法所得出的秦岭新生代期间的隆升时限和速率有较大差异, 但综合起来可以看出秦岭在始新世— 渐新世中期开始快速隆升, 在渐新世晚期— 中新世早期变缓, 自晚中新世发生快速隆升, 并延续到第四纪^[16]。

3.2.4 盆地沉积和地层记录

将盆地和造山带作为整体来研究的盆山耦合思想为认识造山带的构造演化打开了一扇新的窗户^{[43, 45~49]}。由于与秦岭的构造隆升过程紧密相关, 渭河盆地和西秦岭北缘的天水盆地长期以来也受到地学界的普遍关注^{[26, 28, 31, 41, 45, 47, 49, 50, 64~67]}。因为受到秦岭和骊山在新生代发生的大规模掀斜抬升影响, 在渭河盆地南缘渭南— 蓝田地区发育了上千米厚的从始新世到全新世连续完整的新生代地层剖面, 富含大量古生物和古人类化石, 晚中新世以来还发育厚层的风成沉积, 是渭河盆地新生代地层出露最好的地区, 也是中国新生代地层发育最典型的地区之一^{[39, 40, 49]}。前人已经认识到渭河盆地新生代地层在记录秦岭新生代构造演化方面的重要价值, 并试图利用盆地沉积来恢复重建秦岭的新生代构造隆升历史^{[31, 36, 37, 41, 44, 45, 47]}。例如, Kaakinen等^[65]通过对灞河组沉积环境分析认为秦岭和渭河盆地南缘在11~7 Ma处于相对稳定的构造环境。Wang等^[66]和Wang等^[67]也分别通过对西秦岭北缘盆地地层分析恢复西秦岭隆升历史, 认为西秦岭在渐新世(约30 Ma)和中中新世(约16 Ma)发生2次明显的变形隆升, 均受到青藏高原生长的影响。

物源分析是联系盆地沉积与造山带隆升剥蚀事件之间的纽带^[68]。从盆山耦合角度来看渭河盆地的沉积物实际上是记录秦岭隆升的信息库, 因此把秦岭的构造隆升和渭河盆地的沉积记录以物源分析联系起来进行统一研究, 是精确描述秦岭新生代隆升历史的直观而系统的方法^{[26, 30, 31, 45, 47, 49]}。目前运用单矿物碎屑锆石U-Pb年龄谱来判断物源、分析古地理已经成为一种成熟可靠的方法^[68~74]。已有研究表明渭河盆地周边几个潜在物源区如东秦岭、西秦岭、鄂尔多斯地块有着不同的U-Pb年龄特征^[69~74]。最近, Wang等^[75]利用碎屑锆石物源示踪分析对天水盆地风尘堆积研究发现, 西秦岭在晚渐新世— 早中新世向北扩展隆升。这些研究结果不仅证实通过碎屑锆石U-Pb定年方法可以追踪渭河盆地和秦岭之间的物质联系, 更重要的是可据此在“ 盆山耦合” 思想指导下探索秦岭新生代以来的隆升剥蚀历史。

对于秦岭新生代隆升所产生的环境效应尤其是对于秦岭山脉何时隆升到足够高度可以改变大气环流和影响自然环境的分异而成为中国南北方地理分界线这一核心问题依然缺乏明确认识。薛祥煦等^{[12, 35, 37]}为探索秦岭隆升的环境效应研究提供了很好的开端, 其从生物迁移角度对哺乳动物化石的研究认为, 秦岭直到早更新世末或中更新世处才开始剧烈隆升接近现在高度, 成为南北坡动物迁移交流的屏障, 进而成为南北方分界线。但由于化石数量的限制和难以定量化分析, 使得利用古生物化石来认识秦岭隆升时限具有很大不确定性, 亟需新思路和方法的应用。其中, 日渐成熟的气候模拟手段为此提供了条件, 但尚未在秦岭地区系统开展。

受制于研究思路和手段限制, 迄今对于秦岭新生代隆升过程、幅度和速率研究大多还是定性或半定量的, 如古生物化石对于地层时代和气候环境都具有重要的指示意义, 但由于化石缺乏连续性和本身的局限而难以进行定量化研究, 热年代学数据也往往由于采样间距过大和矿物的封闭性难以有效保证而使得结果经常存在很大不确定性。传统上利用河流阶地和夷平面等地貌学手段来反演构造隆升受制于地貌证据的保存和野外判别。今后亟需将有效的古高程研究手段应用于秦岭研究中, 只有掌握秦岭地质历史的古高程变化信息, 才能真正根据秦岭的隆升剥蚀过程准确重建其演化历史。

虽然前人已经认识到渭河盆地沉积记录秦岭隆升过程的重要价值, 但限于研究手段的制约, 尚未真正建立起盆— 山之间的联系。只有在“ 盆山耦合” 思想指导下, 从渭河盆地南缘新生代地层物源变化入手, 研究渭河盆地与秦岭之间的物质联系, 进而探索渭河盆地新生代沉积演化及其与秦岭造山带隆升剥蚀过程之间的耦合关系, 这将对认识秦岭新生代构造演化具有重要意义。

对秦岭新生代以来的构造隆升与环境效应研究的关注程度与研究深度, 远比不上对青藏高原的。对于秦岭山脉何时隆升成为中国南北方地理分界线这一核心问题依然缺乏系统研究, 并存在很大争议。