河西走廊及其鄰區(qū)活動(dòng)構(gòu)造圖像及構(gòu)造變形模式

鄭文俊

(中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029)

河西走廊及其鄰區(qū)活動(dòng)構(gòu)造圖像及構(gòu)造變形模式

鄭文俊

(中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029)

印度板塊與歐亞板塊碰撞后，形成了世界上最大最高的高原——青藏高原，高原的大幅度隆升造就和改變了整個(gè)亞歐大陸的構(gòu)造格局，同時(shí)對亞洲地區(qū)的氣候和環(huán)境也產(chǎn)生了巨大的影響。河西走廊及其鄰區(qū)是青藏高原北部高原向北擴(kuò)展的最前緣，也是對高原變形響應(yīng)最為敏感的地區(qū)之一。該地區(qū)發(fā)育有大量的晚第四紀(jì)活動(dòng)斷裂，是通過斷裂構(gòu)造活動(dòng)習(xí)性及構(gòu)造轉(zhuǎn)換研究高原變形過程的理想?yún)^(qū)域，同時(shí)這一地區(qū)也是在青藏高原北部兩大主控邊界斷裂——阿爾金斷裂和海原—祁連山斷裂帶，所夾持下的構(gòu)造轉(zhuǎn)換和構(gòu)造變形的關(guān)鍵位置。高原邊緣主控邊界走滑斷裂的變形是怎樣分布的和如何消失的?變形是如何被吸收轉(zhuǎn)換成不同走向、不同性質(zhì)構(gòu)造的?變形是如何遷移到與其平行構(gòu)造上而不發(fā)生衰減的?這些和其他許多有關(guān)斷裂滑動(dòng)速率的問題及高原北部斷裂的相關(guān)問題，對于研究青藏高原北部的構(gòu)造變形和構(gòu)造轉(zhuǎn)換具有十分重要的意義。

本論文通過對位于青藏高原北部的河西走廊及其鄰區(qū)主要斷裂滑動(dòng)速率的精細(xì)研究，同時(shí)總結(jié)前人在該地區(qū)的研究成果特別是主控邊界斷裂上滑動(dòng)速率的研究成果，獲得較為完整的青藏高原北部活動(dòng)構(gòu)造幾何圖像和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。并以斷裂帶上滑動(dòng)速率(位移分布)及構(gòu)造轉(zhuǎn)換為研究的主要內(nèi)容，結(jié)合現(xiàn)今GPS觀測數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)了該地區(qū)晚新生代以來的構(gòu)造變形模式，探討了構(gòu)造變形的動(dòng)力學(xué)機(jī)制以及高原北部地區(qū)構(gòu)造變形與構(gòu)造隆升的關(guān)系。本論文主要取得的認(rèn)識(shí)如下:

合黎山南緣斷裂是位于河西走廊盆地北側(cè)的控盆斷裂，斷裂以擠壓逆沖為主要活動(dòng)方式，合黎山的地貌隆升伴隨著斷裂的活動(dòng)。斷裂分段與地貌分段有完全的一致性，說明合黎山隆升的主要構(gòu)造作用方式是斷層作用。斷裂依據(jù)幾何結(jié)構(gòu)分為3段，各段斷錯(cuò)位移的分布具有明顯的弧形分布特征，整個(gè)斷層的斷錯(cuò)位移則顯示不對稱的東高西低的弧形分布，斷層的平均逆沖滑動(dòng)速率東段(猴兒頭段)為0.34±0.10 mm/a，東段北側(cè)分支(梧桐井段)為0.14±0.10 mm/a，中段0.24±0.06 mm/a，西段為0.18±0.07 mm/a，斷裂僅在兩端存在局部的左旋位移特征。

沿合黎山南緣斷裂探槽開挖、地表破裂帶遺跡的考察及歷史地震考證結(jié)果證實(shí)，合黎山南緣斷裂上至少發(fā)生過3次強(qiáng)地震事件，最早一次是距今約5000年左右的一次強(qiáng)地震事件，形成了全斷裂破裂，另外兩次該地區(qū)有歷史記載的地震事件，公元180年表氏級地震形成不少于60 km的地表破裂，而公元756年的高臺(tái)北7級地震僅在斷裂東段發(fā)生了地表破裂，破裂長度20～30 km。地震不具備準(zhǔn)周期復(fù)發(fā)的特征，與斷裂活動(dòng)模式相統(tǒng)一的是地震活動(dòng)均是自東向西發(fā)生斷裂破裂的和斷裂擴(kuò)展的。

橫跨合黎山不同段落的DEM剖面顯示了不同地貌單元段的斷層作用方式是有差異的，但總體是斷層活動(dòng)促使合黎山地區(qū)向河西走廊盆地內(nèi)掀斜為主要特征。平行于山脈走向的DEM剖面和斷裂帶上位移(滑動(dòng)速率)的分布有相同的模式，均為自東向西傾斜，地貌單元的特征也反映了合黎山自東向西逐漸隆起的構(gòu)造活動(dòng)特征。斷裂位移的分布特征與斷裂帶上強(qiáng)地震分布與規(guī)模確定了斷層帶上的位移分布是一種特征地震模式與位移變化模式的結(jié)合。斷裂的構(gòu)造變形模式和運(yùn)動(dòng)特征是以擠壓隆升為主，伴隨著合黎山及兩側(cè)向河西走廊盆地內(nèi)整體掀斜，其動(dòng)力來源主要是南側(cè)的青藏高原的擠壓和北部阿拉善板塊南緣一帶的上地殼的縮短彎曲擠出。

河西走廊北側(cè)及內(nèi)部的一些斷層研究結(jié)果表明:嘉峪關(guān)黑山斷裂是晚更新世活動(dòng)的高角度逆沖斷層，其晚更新世以來的逆沖滑動(dòng)速率為0.26±0.06 mm/a;金塔南山斷裂全新世有活動(dòng)，斷層性質(zhì)也以逆沖為主，其晚更新世以來的逆沖滑動(dòng)速率為0.22±0.05 mm/a;嘉峪關(guān)—文殊山斷裂是河西走廊盆地內(nèi)部的一條分隔酒西盆地和酒東盆地的斷層，斷裂全新世活動(dòng)具有明顯的分段性，現(xiàn)代地貌及構(gòu)造變形顯示了“反向翹起”的構(gòu)造模式，斷裂帶上晚第四紀(jì)的逆沖滑動(dòng)速率為0.30±0.05 mm/a;對于河西走廊北部向東擴(kuò)展的慕少梁斷裂和大車場—阿右旗斷裂，其地貌調(diào)查和遙感解譯結(jié)果認(rèn)為斷裂活動(dòng)主要以自北向南的高角度逆沖為主要運(yùn)動(dòng)方式，斷裂晚第四紀(jì)活動(dòng)性較弱。

祁連山北緣斷裂的斷層運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的調(diào)查結(jié)果顯示，佛洞廟—紅崖子斷裂西段以逆沖為主，東段轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏇_兼具左旋走滑的特征，斷裂全新世活動(dòng)明顯，局部保留有地震破裂帶的遺跡，斷裂晚第四紀(jì)逆沖滑動(dòng)速率為0.41±0.09 mm/a，其東段的左旋走滑速率為1.20±0.15 mm/a;榆木山北緣斷裂斷錯(cuò)了全新世早期的地貌面，其斷裂西段的晚第四紀(jì)逆沖滑動(dòng)速率為0.55±0.15 mm/a，左旋走滑速率為0.95±0.11 mm/a，而對“駱駝城陡坎”的調(diào)查結(jié)果認(rèn)為，該地貌特征不是斷層陡坎，而是古代水利工程的遺跡，榆木山的構(gòu)造變形是祁連山向北的擴(kuò)展過程，其隆升變形為近對稱形態(tài)的發(fā)育和發(fā)展過程;古浪斷裂的滑動(dòng)速率補(bǔ)充研究的結(jié)果為皇城—雙塔斷裂全新世逆沖滑動(dòng)速率為0.39±0.04 mm/a，而天橋溝—黃羊川斷裂全新世以來的左旋走滑速率為2.66±0.38 mm/a;祁連山西端昌馬斷裂西段滑動(dòng)速率的補(bǔ)充測量和估算結(jié)果是晚第四紀(jì)逆沖滑動(dòng)速率為0.14±0.02 mm/a，左旋走滑速率為1.17±0.04 mm/a，遠(yuǎn)比前人研究結(jié)果3.3～4.3 mm/a的左旋滑動(dòng)速率要小得多。

青藏高原北部斷裂晚第四紀(jì)滑動(dòng)速率及現(xiàn)今GPS觀測揭示了青藏高原向北擴(kuò)展與高原邊緣隆升的運(yùn)動(dòng)特征。主要斷裂晚第四紀(jì)滑動(dòng)速率及跨斷裂GPS應(yīng)變速率的結(jié)果表明，青藏高原北部邊緣的斷裂以低滑動(dòng)速率(＜10 mm/a)為主，特別是兩條邊界斷裂阿爾金斷裂和海原—祁連山斷裂。兩條主控邊界斷裂上的滑動(dòng)速率沿?cái)嗔训姆植甲兓卣黠@示了斷裂間滑動(dòng)速率轉(zhuǎn)換及調(diào)整。阿爾金斷裂自95°E以西的8～12 mm/a穩(wěn)定滑動(dòng)速率，向東逐漸降低到最東端約為1～2 mm/a，而海原斷裂自哈拉湖一帶開始發(fā)育后滑動(dòng)速率為1～2 mm/a，到祁連一帶(101°E以東)增大到相對穩(wěn)定的4～5 mm/a，直到過海原后轉(zhuǎn)向六盤山一帶，滑動(dòng)速率降低到1～3 mm/a，甚至更低?；瑒?dòng)速率的變化及分布特征顯示，阿爾金斷裂的左旋滑動(dòng)主要是通過祁連山內(nèi)部隆起及兩側(cè)新生代盆地變形引起的縮短來吸收的，海原—祁連山斷裂的低滑動(dòng)速率及沿?cái)嗔堰\(yùn)動(dòng)學(xué)特征表明斷裂尾端的隴西盆地變形及六盤山的隆起是斷裂左旋走滑速率的主要吸收方式。

青藏高原北部地區(qū)是由北東東向的阿爾金斷裂、北西西向的海原—祁連山斷裂帶及隆起的祁連山區(qū)及其北部的河西走廊及阿拉善板塊的邊緣所組成，主邊界斷裂的左旋走滑，祁連山北部及邊緣斷裂的擠壓逆沖、河西走廊內(nèi)部隆起及北部斷裂的調(diào)節(jié)作用是高原邊緣活動(dòng)構(gòu)造圖像的主要特征，這3部分共同構(gòu)成了高原北部邊緣完整的活動(dòng)構(gòu)造圖像。阿爾金斷裂和海原—祁連山斷裂之間的轉(zhuǎn)換是通過高原北部邊緣隆起山區(qū)的逆沖斷層來完成的，高原變形的吸收主要是通過主控邊界斷層上的走滑速率、過渡轉(zhuǎn)換區(qū)逆沖斷層的逆沖滑動(dòng)速率和高原邊緣的高海拔來完成，另外是不同塊體內(nèi)部和邊緣的主要新生代盆地的褶皺變形也吸收了少部分地殼變形。祁連山內(nèi)部及邊緣的逆沖斷層提供了高原邊緣近60%的地殼縮短，阿爾金斷裂及海原—祁連山斷裂控制下的青藏高原北部邊緣的構(gòu)造變形機(jī)制，是在3個(gè)剛性塊體所阻擋下的通過內(nèi)部旋轉(zhuǎn)或構(gòu)造性質(zhì)轉(zhuǎn)換來完成的。河西走廊不同位置構(gòu)造形態(tài)和地貌特征的變化，是青藏高原北部兩大塊體相互作用過程中，運(yùn)動(dòng)方向和動(dòng)力變化的結(jié)果。河西走廊北部山脈地貌形態(tài)、斷裂構(gòu)造活動(dòng)及構(gòu)造隆升的特征顯示了走廊北部的各主要斷裂的發(fā)育發(fā)展可能是相互獨(dú)立的，其形態(tài)和擴(kuò)展方向說明了其構(gòu)造形成和擴(kuò)展的趨勢和動(dòng)力方向，各斷層有明顯的不一致，不是以往所說的自西向東的發(fā)育發(fā)展過程，河西走廊北部的斷裂(特別是中段)是青藏高原擠壓作用下地殼縮短作用的結(jié)果。

青藏高原北部變形模式及變形機(jī)制討論表明，青藏高原北部邊緣的變形是一種分布式的連續(xù)變形，變形發(fā)生自高原內(nèi)部，邊界斷裂的走滑被高原內(nèi)部變形所吸收。同時(shí)，祁連山北緣和內(nèi)部斷裂及河西走廊北部的斷裂所表現(xiàn)的逆沖為主的活動(dòng)性質(zhì)，對地殼增厚模式所強(qiáng)調(diào)的由逆沖斷層和地殼增厚及局部高海拔來分解吸收地殼變形的說法是支持的。

河西走廊;青藏高原北部;活動(dòng)構(gòu)造;幾何圖像;晚第四紀(jì)滑動(dòng)速率;GPS觀測;構(gòu)造轉(zhuǎn)換;構(gòu)造變形

(作者電子信箱，鄭文俊:gszhwj@163.com)

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10.3969/j.issn.0235-4975.2010.03.009