焉耆盆地北緣哈爾莫敦背斜區(qū)的活動(dòng)斷裂及其形成機(jī)制

李 安 楊曉平 黃偉亮 伊力亞爾

1)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，國(guó)家地震活動(dòng)斷層研究中心，北京 100029

2)新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊 830011

焉耆盆地北緣哈爾莫敦背斜區(qū)的活動(dòng)斷裂及其形成機(jī)制

李 安1)楊曉平1)黃偉亮1)伊力亞爾2)

1)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，國(guó)家地震活動(dòng)斷層研究中心，北京 100029

2)新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊 830011

逆斷裂-背斜是天山地區(qū)一種重要構(gòu)造形式。對(duì)逆斷裂-背斜區(qū)中的活動(dòng)斷裂和背斜之間的組合關(guān)系和形成機(jī)制的探討，有利于幫助我們認(rèn)識(shí)在擠壓應(yīng)力作用下形成的構(gòu)造系統(tǒng)。焉耆盆地北緣哈爾莫敦背斜是盆地北緣斷裂向盆地內(nèi)擴(kuò)展的新生逆斷裂-背斜。背斜主逆斷裂以30°左右的傾角向盆內(nèi)逆沖，現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。通過(guò)對(duì)哈爾莫敦背斜航片解譯和陡坎剖面測(cè)量以及對(duì)斷層的探槽開挖，認(rèn)識(shí)到在橫穿背斜河流的各級(jí)階地(地貌面)上，形成了3種具有不同性質(zhì)的斷裂，分別為背斜前翼(南翼)前的主逆斷裂、背斜前翼(南翼)上的反沖逆斷裂和背斜頂部的彎矩正斷裂。主逆斷裂在T1階地上形成了3條斷層陡坎，高度分別為4m、0.8m和1.8m;在T2階地上只形成1條16m的高陡坎。反沖逆斷裂在T2階地面上形成了2～4條反向陡坎，高度可達(dá)4m。彎矩正斷裂在背斜頂部除T1以外的各級(jí)階地上形成了最多10條的陡坎，單條陡坎高度可達(dá)14.5m。階地越老，斷層陡坎總高度也越大。分析3種斷裂的成因認(rèn)為:主逆斷裂控制著哈爾莫敦背斜的發(fā)育;反沖逆斷裂協(xié)助釋放擠壓應(yīng)力，反沖逆斷裂和主逆斷裂之間部分被擠出;變形背斜褶皺核部頂端產(chǎn)生局部張應(yīng)力環(huán)境，形成彎矩正斷裂。反沖斷裂和主逆斷裂屬于同期發(fā)育，但二者規(guī)模相差數(shù)倍，彎矩正斷裂與褶皺變形同期發(fā)育，伴隨著褶皺變形的起始，同步開始由背斜頂面向下逐步擴(kuò)展生長(zhǎng)。

逆斷裂 彎矩?cái)嗔?反沖斷裂 活動(dòng)背斜 形成機(jī)制 焉耆盆地

0 引言

印度板塊和歐亞板塊在早新生代發(fā)生碰撞，其后對(duì)歐亞板塊向北推擠持續(xù)至今，目前這一作用正廣泛地影響著青藏高原及其周邊，乃至歐亞大陸內(nèi)部的地質(zhì)構(gòu)造演化。這是地球演化史中極其重要的階段，在這個(gè)時(shí)期中形成了被稱為“世界屋脊”的青藏高原和帕米爾高原等。碰撞之后的擠壓應(yīng)力也對(duì)天山內(nèi)陸造山帶產(chǎn)生了巨大影響，使其成為世界上構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最為強(qiáng)烈的內(nèi)陸造山帶之一(Molnar et al.，1975，1978，1989;Tapponnier et al.，1977，1978;Avouac et al.，1993;Fu et al.，2003;Royden，2008)。正是這種板塊間匯聚作用影響著中國(guó)西部甚至整個(gè)中亞的地形地貌發(fā)育，同時(shí)也控制著這些地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的演化和破壞性地震的發(fā)生(Molnar et al.，1975;Tapponnier et al.，1977;王琪等，2000;王曉強(qiáng)等，2005)。自南天山地區(qū)有歷史地震記錄以來(lái)(1853年)，發(fā)生6級(jí)以上地震58次，7級(jí)以上地震7次，8級(jí)以上地震1次(1902年阿圖什8y4級(jí))，表明這一地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈(陳祥玉，1988)?，F(xiàn)今的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，帕米爾高原和塔里木板塊向N運(yùn)動(dòng)速率約20mm/a，而中天山向NE運(yùn)動(dòng)速率約9.6mm/a，南天山地區(qū)每年吸收了約10mm的地殼縮短量(王琪等，2000;王敏等，2003;王曉強(qiáng)等，2005)，也預(yù)示著南天山地區(qū)是一個(gè)大地震頻發(fā)和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，需要重點(diǎn)關(guān)注的地區(qū)之一。

目前不少學(xué)者對(duì)于新生代以來(lái)天山的變形樣式、變形強(qiáng)度的空間分布和起始時(shí)間進(jìn)行了研究，也得到了一定的認(rèn)識(shí)。地球物理學(xué)和地質(zhì)學(xué)研究結(jié)果表明，天山主要的變形分布在造山帶內(nèi)和山前坳陷內(nèi)的眾多近EW向的逆斷裂-褶皺帶，并且這種變形空間分布不均勻，呈現(xiàn)出南強(qiáng)北弱，西強(qiáng)東弱的特征(鄧起東等，2000;楊曉平等，2008)。通過(guò)測(cè)量和定年，初步得到了南北天山山前的一些逆斷裂-褶皺帶晚第四紀(jì)以來(lái)的地殼平均縮短速率范圍在2.3～17.3mm/a之間。這些結(jié)果大多與GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)相吻合。塔里木塊體東北部與天山接觸部位具有2.9～6mm/a的地殼縮短速率(Avouac et al.，1993;王敏等，2003;王曉強(qiáng)等，2005)。焉耆盆地是吸收這部分縮短量的區(qū)域之一。位于焉耆盆地北緣的和靜逆斷裂-褶皺帶是該盆地的主要活動(dòng)斷裂。

和靜逆斷裂-褶皺帶中段的哈爾莫敦背斜發(fā)育了多條斷裂，包括主逆斷裂、反沖斷裂和彎矩正斷裂。前人對(duì)類似的構(gòu)造形式有過(guò)一些研究，如1980年阿爾及利亞的阿斯蘭MS7.3地震，對(duì)于地震地表破裂帶的不同樣式的破裂形式進(jìn)行了研究，提出了活動(dòng)褶皺帶發(fā)生強(qiáng)烈地震時(shí)出現(xiàn)多種形式地震斷層的破裂形式(Philip et al.，1983);Yeats(1986)對(duì)由擠壓應(yīng)力狀態(tài)下形成的復(fù)雜破裂形式進(jìn)行了系統(tǒng)歸類分析。類似的彎矩?cái)嗔言谄钸B山也有發(fā)現(xiàn)(Meyer，1991)。

我們希望通過(guò)野外地質(zhì)考察得到的斷裂活動(dòng)情況，使用高精度差分GPS對(duì)褶皺帶內(nèi)哈爾莫敦背斜的各級(jí)階地(沖積扇面)進(jìn)行精確測(cè)量(誤差控制在10cm)獲得的褶皺變形程度參數(shù)，嘗試對(duì)和靜逆斷裂-褶皺帶哈爾莫敦背斜的構(gòu)造樣式和形成機(jī)制進(jìn)行探討。

1 構(gòu)造背景

和靜逆斷裂-褶皺帶位于南天山東段的焉耆盆地內(nèi)。該盆地被庫(kù)魯克塔格和天山圍限，是南天山東部的一個(gè)重要的山間盆地，盆地形態(tài)呈菱形，東西長(zhǎng)約200km，南北寬約100km(圖1)。對(duì)于其原型盆地成因許多學(xué)者提出了不同的解釋，存在較多的爭(zhēng)議。3種主流觀點(diǎn)分別認(rèn)為焉耆盆地是斷陷盆地(靳久強(qiáng)等，1999;吳富強(qiáng)等，1999a，b;張抗等，1999;劉新月等，2002;蔡佳等，2008)、類前陸盆地(陳文禮，2003;姚亞明等，2003;袁政文，2003;陳建軍等，2007)或拉分盆地(郭召杰等，1995)。盡管在形成機(jī)制上存在分歧，但這些觀點(diǎn)大多認(rèn)為盆地最初形成于中生代，且受天山變形控制。新生代以來(lái)，天山的新構(gòu)造活動(dòng)使得焉耆盆地進(jìn)一步坳陷，新生代沉積層厚度達(dá)到3,500m(劉新月等，2002)。現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力呈現(xiàn)SN向擠壓兼有走滑狀態(tài)，形成盆地南北緣斷裂向坳陷內(nèi)對(duì)沖的構(gòu)造格局(圖1a)。在焉耆盆地南北緣均發(fā)育全新世活動(dòng)斷裂(圖1b)，南緣開都河斷裂以走滑為主，平均右旋走滑速率約8mm/a;垂直位移速率約1mm/a。全新世沖溝被錯(cuò)斷或右旋拐彎，其具備發(fā)生7級(jí)以上大地震的能力(郭建明等，2003;林愛明等，2003)。

圖1 焉耆盆地地質(zhì)概況圖和地質(zhì)剖面(概況圖據(jù)林愛明等，2003修改)Fig.1 The geological map and profile of Yanqi Basin.

焉耆盆地北緣發(fā)育一系列向南逆沖的推覆構(gòu)造，它們發(fā)育在不同的地層中，但其構(gòu)造形態(tài)及其運(yùn)動(dòng)學(xué)特征基本一致。盆地北緣山麓可見若干條向南逆沖的疊瓦狀斷層系，斷層帶中心常常發(fā)育幾十cm厚的膠結(jié)松散的斷層角礫巖。其角礫排列方式及斷層面上方解石束的生長(zhǎng)方向等均指示由北向南的推覆(鄧起東等，2000)。焉耆盆地北緣斷裂在和靜縣北新生了一條長(zhǎng)達(dá)80km、寬度5～8km、近EW向展布的逆斷裂-褶皺帶。帶內(nèi)發(fā)育5個(gè)次級(jí)背斜，自西向東分別為夏爾木登背斜、哈爾莫敦背斜、阿爾夏特背斜、其根額勒背斜和浩特哈那背斜(圖1)。背斜的發(fā)育程度自西向東逐漸減弱(黃偉亮等，2011)，最西段的夏爾木登背斜核部出露上新世泥巖，與戈壁面高差約300m;最東段的其根額勒背斜與戈壁面高差僅4.5m。夏爾木登背斜和哈爾莫敦背斜南翼出露主逆斷裂和反沖斷裂，其他3個(gè)背斜以褶皺變形為主。

2 哈爾莫敦背斜的幾何形態(tài)

哈爾莫敦背斜軸向近EW，兩翼地層不對(duì)稱。南翼陡，傾向南，傾角達(dá)65°;北翼緩，傾向北，傾角在6°～10°(圖2)。背斜中部發(fā)育5級(jí)階地面(沖積扇面)。除T1沉積全新世地層外，其他階地面沉積晚更新統(tǒng)礫石層(Q3P)，為灰白色的砂礫石層，厚度一般為3～5m(圖2)，不整合覆蓋在獨(dú)山子組和西域礫巖之上。礫石層磨圓好，分選差。礫石直徑5～40cm不等，其間被粗砂和細(xì)礫石充填。其下不整合接觸的下更新統(tǒng)西域礫巖(Q1P)為灰色礫巖，膠結(jié)很好，礫石磨圓較好。哈爾莫敦背斜主逆斷裂產(chǎn)狀北傾30°左右，錯(cuò)斷了T1和T2階地。在高河漫灘上也有新近破裂的斷層陡坎，可見斷裂全新世活動(dòng)強(qiáng)烈。

圖2 哈爾莫敦背斜地質(zhì)剖面Fig.2 The geologic profile of the Haermodun anticline.

3 哈爾莫敦背斜的活動(dòng)斷裂

哈爾莫敦背斜發(fā)育了3種不同性質(zhì)的活動(dòng)斷裂，分別為主逆斷裂、反沖逆斷裂和彎矩正斷裂。

3.1 主逆斷裂

哈爾莫敦背斜中段主逆斷裂出露良好，在不同的地貌面上都保存了逆沖斷裂陡坎 (圖3)。在T1階地上，主逆斷裂形成3條近于平行、EW向延伸的斷裂陡坎。自南向北3條陡坎測(cè)量高度分別為4m、0.8m和1.8m。這3條陡坎向東延伸并在T2階地上合并為1條高達(dá)16m的斷層陡坎。在3條主逆斷裂上開挖的探槽揭露斷層傾角為15°～30°(圖4～6)。探槽中揭露的地層具有很好的一致性。主要可分為3套地層，分別為U3含砂質(zhì)的粗礫石層，粒徑在10～15cm，層中常存在砂質(zhì)透鏡體，透鏡體中的14C測(cè)年結(jié)果為(3 390±40)a BP;U2為含砂質(zhì)的小礫石層，粒徑多在5cm左右，偶爾有略大的礫石，14C測(cè)年結(jié)果為(1 690±40)a BP;U1為近地表土層和表土層，14C測(cè)年結(jié)果為(800±40)a BP。

主逆斷裂南側(cè)一支陡坎高度達(dá)到4m，實(shí)測(cè)的最南側(cè)陡坎地形中，T1階地的現(xiàn)代次級(jí)沖溝的微型階地上，還有高0.25～0.3m的最新斷層陡坎(圖4)。與之對(duì)應(yīng)，該斷裂在現(xiàn)代高河漫灘上形成的斷裂陡坎高度也在0.35～0.5m。高漫灘地表下0.5m礫石層植物莖14C樣品定年結(jié)果為(150±40)a BP和(60±40)a BP?；究梢詳喽ㄔ诮l(fā)生過(guò)一次可產(chǎn)生地表破裂的大地震。

在圖4中P3剖面位置開挖了探槽，探槽揭露地層如下:

U1 褐紅色地表土層;

U2 灰褐色含砂礫石層，粒徑一般在5～10cm，個(gè)別可達(dá)到15cm，礫石磨圓一般;下盤顏色略紅，含砂量高，礫石粒徑略小，結(jié)構(gòu)松散，陡坎前1.5m處水平層理有膝折變形，應(yīng)該為地震造成的變形;

圖3 哈爾莫敦各斷裂陡坎分布及其測(cè)量剖面位置Fig.3 Scarps distribution map of the Haermodun anticline and sites of topographic profiles.

U3 灰褐色礫石層，粒徑一般在10～15cm，下部稍粗，在15～20cm，膠結(jié)較好，個(gè)別可達(dá)到30cm，分選差，磨圓一般，中部夾有兩個(gè)堆疊在一起的粉細(xì)砂透鏡體，透鏡體內(nèi)有層理發(fā)育。下側(cè)透鏡體層理變形，傾向南，上部透鏡體中層理基本未變形，有一定膠結(jié)。根據(jù)粒徑大小和膠結(jié)情況，上盤地層可細(xì)分為兩層，U3-2較松散，粒徑一般10cm左右，個(gè)別可達(dá)到30～40cm;U3-1粒徑一般15cm左右，有一定膠結(jié)，礫石空隙間含較多的細(xì)砂。

A被錯(cuò)斷的老殘留崩積楔，粉細(xì)砂，含少量小礫石，粒徑一般1～2cm，被斷層錯(cuò)斷;

B崩積楔，含小礫石細(xì)砂，高0.5～0.6m;

斷層帶，礫石定向排列，極松散，斷層產(chǎn)狀N∠15°;

圖4 南側(cè)主斷裂陡坎實(shí)測(cè)地形及探槽剖面Fig.4 The topographic profile of south scarp and the trench across the main fault.

探槽中揭露至少2次，可能存在3次古地震事件。在斷層帶下盤可見上下2個(gè)坎前堆積楔體A和B，楔體A被斷層帶再次錯(cuò)斷，殘留高度約1.1m，上部的坎前堆積楔體B高度約0.5m，探槽南段的礫石層U3中，粉細(xì)砂透鏡體中層理發(fā)生傾斜，南傾10°～15°，但其下伏礫石層中并看不到明顯的礫石定向或其他的地震造成的變形，考慮到在此處斷層傾角很低，可能以“推土機(jī)”式作用造成砂質(zhì)透鏡體層理的掀斜。楔體A和B分別為2次古地震事件形成的崩積楔，同時(shí)探槽東側(cè)T1階地上的沖溝內(nèi)小階地上的地表陡坎預(yù)示了更新一次古地震事件 (圖4)。從殘留的崩積楔大小上分析，形成崩積楔A的第1次古地震強(qiáng)度很高，根據(jù)地震垂直位移量一般為被再次錯(cuò)斷后殘留的崩積楔高度的2～3倍估計(jì)(Tsukuda，1993)，第1次古地震事件的垂直位移量為2～3m，縮短量5～8m。

主逆斷裂中間一支陡坎坡角緩，近EW延伸長(zhǎng)度僅有500m左右，陡坎高0.8m(圖5)。探槽揭露地層如下:

U1 褐紅色表層土夾小礫石，粒徑2～5cm;

圖5 主逆斷裂中間陡坎實(shí)測(cè)剖面及探槽Fig.5 The topographic profile of middle scarp and the trench across the main fault.

U3 灰褐色粗砂礫石層，上部粒徑一般5～10cm，個(gè)別15～20cm，有鈣質(zhì)膠結(jié)現(xiàn)象，夾中砂或細(xì)砂透鏡體;下部松散，粒徑一般10～15cm，個(gè)別30～40cm，整層為由上至下粒徑略有變粗、礫石定向排列的斷層帶，斷層產(chǎn)狀350°∠25°～35°，斷層錯(cuò)動(dòng)了U2層中細(xì)砂透鏡體，使透鏡體變形成“S”型。

探槽中記錄了1次古地震事件，垂直位錯(cuò)量約0.3m，可能是某次古地震事件的次級(jí)破裂。該次古地震發(fā)生在U1之后，從強(qiáng)度上考慮更可能為南側(cè)陡坎探槽中形成崩積楔A的事件。

北側(cè)的主逆斷層陡坎延伸長(zhǎng)度約1km，坎高1.7～1.8m(圖6)。探槽揭露地層如下:

U1 表層褐紅色含粗砂中礫石層;

U2 灰白色或灰褐色含砂土較多的砂礫石層，粒徑一般5～10cm;

U3 灰褐色粗礫石層，粉土含量較高，粒徑一般10～15cm，個(gè)別可達(dá)30～40cm，上部松散，隨深度逐漸密實(shí);下部膠結(jié)略好且顏色稍發(fā)白;上盤中還可分3個(gè)亞層。U3-1為灰褐色砂礫石層，含粗砂量較大，膠結(jié)較好;U3-2為淺灰褐色粗礫石層，砂含量高，鈣質(zhì)膠結(jié);U3-3灰褐色粗礫石層，粒徑一般10～15cm，個(gè)別可達(dá)30cm，松散;

U4-1 灰褐色中粗礫石層，粒徑一般10～15cm，個(gè)別達(dá)50cm，礫石巖性以砂巖為主，個(gè)別為花崗巖;

U4-2 褐色細(xì)礫石層，粒徑一般0.5～1.5cm，粗砂含量很高，鈣質(zhì)膠結(jié);

A灰白色楔狀的斷層坎前堆積，成分為粉土和細(xì)砂，含少量礫石，粒徑3～5cm，局部極松散，微細(xì)層理發(fā)育，被斷層帶二次錯(cuò)斷;

斷層帶:帶中 U3和 U4礫石層彎曲變形，礫石松散易塌落，寬1.5m左右，斷層產(chǎn)狀350°∠30°，斷層帶邊界含粗砂較多;

可以辨認(rèn)出該探槽中有2次古地震事件，第1次事件發(fā)生在U2形成以后，形成斷層坎前堆積A，第2次事件將其再次錯(cuò)斷，根據(jù)坎前堆積厚度估計(jì)，第1次事件垂直位錯(cuò)量在1m左右;據(jù)坎前堆積錯(cuò)斷量初步估計(jì)，第2次事件垂直位移0.5～0.6m。

圖6 北側(cè)主斷裂陡坎實(shí)測(cè)地形剖面和探槽Fig.6 The topographic profile of the north scarp and the trench across the main fault.

圖7 T2階地上主斷裂陡坎實(shí)測(cè)地形剖面Fig.7 The topographic profile of the main fault scarp on T2terrace.

T1階地上的3條主逆斷層陡坎向東延伸到T2階地前，3條陡坎匯聚為1條，陡坎高度較高，在陡坎下有泉水出露。斷層上升盤(北盤)階地面保存完好，下降盤由于沖溝堆積物的充填未見原始階地面，實(shí)測(cè)得到的斷層陡坎高16m(圖7)，實(shí)測(cè)陡坎高度應(yīng)該小于真實(shí)陡坎的高度。

3.2 反沖斷裂

反沖斷裂則在主逆斷裂北側(cè)的背斜南翼上形成2～3排反向陡坎，單條陡坎高度0.45～4m不等，并在沖溝中出露反沖陡坎剖面。

在哈爾莫敦溝東的背斜南翼T2階地面中部發(fā)育3條坡向北、走向NEE的反沖陡坎(BRF)，延伸長(zhǎng)度約3.5km，沿垂直陡坎的走向在不同位置實(shí)測(cè)了多條地形剖面，單條陡坎高度最低的只有0.45m，最高的可達(dá)4m，多數(shù)為1～1.5m。在T2階地沖溝中出露了反沖陡坎地質(zhì)剖面 (圖8)。

圖8 T2階地上反沖逆斷裂Fig.8 Back-thrust faults on T2terrace.

3.3 彎矩正斷裂

哈爾莫敦背斜T2—T5階地面上發(fā)育多條坡向南和坡向北的彎矩?cái)鄬佣缚?(圖9)，南北長(zhǎng)500～800m。由于地貌面形成以來(lái)基本未受到剝蝕且沖溝切割較少，仍保存了面積廣大而平整的地表面，所以彎矩?cái)嗔研纬傻亩缚残螒B(tài)完整。南側(cè)坡向北的彎矩陡坎數(shù)量?jī)H2條但陡坎高度大;北側(cè)坡向南的彎矩陡坎數(shù)量4～9條，單條陡坎高度較小，且越遠(yuǎn)離背斜轉(zhuǎn)折端陡坎高度越小。對(duì)T5—T2階地的彎矩?cái)鄬舆M(jìn)行剖面測(cè)量(圖10)，T5階地殘留4條坡向南的陡坎，陡坎總高度26.5m，單條最大高度14.5m;T4階地坡向北陡坎2條，高度分別為1.1m和4m，坡向南陡坎8條，總高度22.4m，單條最大高度6m;T3階地坡向北陡坎高度5.3m，坡向南陡坎9條，總高度16m，單條最大高度3m;T2階地坡向北陡坎高度分別為3m和5m，坡向南陡坎6條，總高度15.5m，單條最大高度6.1m，陡坎高度逐漸減低。T1階地面上變形很小，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)背斜核部彎矩?cái)鄬拥拇嬖凇?/p>

彎矩正斷裂與背斜兩翼的地層變形程度存在一定關(guān)系。背斜南翼短而地層產(chǎn)狀變形大，在南翼有限空間內(nèi)形成的陡坎條數(shù)少而位錯(cuò)量大;背斜北翼長(zhǎng)且地層變形緩慢，因此形成條數(shù)多、單條位錯(cuò)小的多級(jí)彎矩陡坎。彎矩?cái)嗔逊从吵鲈跀D壓應(yīng)力作用下形成的背斜局部拉張作用仍可形成正斷裂。

圖9 T2階地上彎矩?cái)鄬佣缚睩ig.9 Bending moment fault scarps on T2terrace.

圖10 實(shí)測(cè)各階地上彎矩?cái)嗔讯缚财拭?位置見圖3)Fig.10 Topographic profiles of bending moment fault scarps.

4 結(jié)論和形成機(jī)制討論

位于天山山間坳陷中的焉耆盆地北緣老斷裂以高角度與天山山體接觸。和靜逆斷裂-褶皺帶為距離山前3～5km的第1排褶皺帶，是一個(gè)仍在發(fā)育的新生逆斷裂-背斜。在5km深的地震反射剖面上，斷層傾角為30°～40°(郭召杰等，1998;姚亞明等，2003;蔡佳等，2008)。低角度滑脫面應(yīng)存在于天山主山體下部。

和靜逆斷裂－褶皺帶中的哈爾莫敦背斜在向盆地內(nèi)逆沖變形的過(guò)程中發(fā)育了3種形式的斷裂，除主逆斷裂外還形成了反沖斷裂和彎矩?cái)嗔?Philip et al.，1983;Yeats et al.，1986;Namson et al.，1988;鄧起東等，2000)。它們發(fā)育在活動(dòng)背斜的不同位置，性質(zhì)也有差異，反映了背斜不同部位的應(yīng)力狀態(tài)(圖11)。

主逆斷裂控制著和靜逆斷裂－褶皺帶的發(fā)育，下盤地形地貌上沒(méi)有變形，地層的變形被主逆斷裂限制在上盤，上盤在沿?cái)鄬踊瑒?dòng)的同時(shí)發(fā)生褶皺變形。主斷裂北側(cè)的褶皺前翼(南翼)薄弱處產(chǎn)生反沖逆斷裂，主斷裂和反向斷裂之間部分被擠出(Suppe，1983;Erslev，1991)(圖11b)。變形背斜褶皺核部頂端產(chǎn)生局部張應(yīng)力環(huán)境，形成彎矩正斷裂。彎矩正斷裂形成機(jī)制是背斜向上褶皺，地層長(zhǎng)度不變的情況下以中性面為界，中性面地層既無(wú)擠壓也無(wú)拉張，中性面以上地層產(chǎn)生拉伸作用，下部地層產(chǎn)生擠壓作用。這種應(yīng)力釋放的結(jié)果即在背斜褶皺頂部地表發(fā)生拉張破裂，形成正斷層，破裂最易發(fā)生在地層彎曲變形最大的地方(圖11c)。

圖11 哈爾莫敦背斜斷層樣式組合及成因(據(jù)Philip et al.，1983修改)Fig.11 The fault models of the Haermodun anticline and their causes(Adapted from Philip et al.，1983).

伴隨的反沖逆斷裂和彎矩正斷裂與主逆斷裂和褶皺的發(fā)育程度具有一定關(guān)系，由于伴生的反沖斷層和彎矩?cái)鄬佣紝儆跍\部破裂(圖11a)，其破裂面深度有限，與逆斷裂滑脫面沒(méi)有貫通，一旦褶皺發(fā)育時(shí)間久遠(yuǎn)，變形強(qiáng)度很大，受剝蝕作用影響越大，發(fā)育在地表的構(gòu)造地貌現(xiàn)象會(huì)遭到剝蝕而消失，僅留下老地層中的斷層面;如果褶皺變形剛剛開始，由滑脫面?zhèn)鬟f上到地表的變形很微弱，不足以形成較大型的反沖和彎矩?cái)嗔选?/p>

由于和靜逆斷裂－褶皺帶形成過(guò)程中具有自西向東逐漸側(cè)向擴(kuò)展的特點(diǎn)(黃偉亮等，2011)，哈爾莫敦背斜西側(cè)的夏爾木登背斜發(fā)育程度更高，已經(jīng)受到較大的剝蝕，原有的階地面已經(jīng)不存在，看不到彎矩正斷裂陡坎，在穿過(guò)背斜的沖溝中仍可見到正斷層破裂面;哈爾莫敦背斜東側(cè)的阿爾夏特背斜頂部階地面上也未大范圍發(fā)育彎矩?cái)嗔眩瑥那写╇A地的沖溝壁上可以見到發(fā)生位錯(cuò)2～3m的正斷性質(zhì)的裂縫，應(yīng)該為彎矩?cái)嗔训碾r形。阿爾夏特背斜以東的其根額勒背斜拔河高度僅為4.5m，出露在背斜核部的正斷裂縫位錯(cuò)僅數(shù)十cm。因此，彎矩正斷裂是伴隨著褶皺變形的起始，同步開始由背斜頂面向下逐步擴(kuò)展生長(zhǎng)。

反沖逆斷裂除了在哈爾莫敦背斜出露外，在西側(cè)的夏爾木登背斜的地層中也有發(fā)現(xiàn)。在東側(cè)阿爾夏特背斜和其根額勒背斜未發(fā)育。反沖斷裂表現(xiàn)為與主逆斷裂的同期發(fā)育，夏爾木登背斜和哈爾莫敦背斜主逆斷裂出露地表，所以也發(fā)育了反沖斷裂。阿爾夏特和其根額勒背斜主逆斷裂未出露地表，同樣未發(fā)育反沖斷裂。反沖斷裂與主逆斷裂的規(guī)模相差較大，哈爾莫敦背斜T2面上主逆斷裂陡坎高達(dá)16m，反沖斷裂陡坎最高也僅有4m，二者高度相差數(shù)倍。

致謝 審稿專家對(duì)本文提出的建議幫助本文得以完善，在此表示由衷的感謝!

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ACTIVE FAULTS OF THE HAERMODUN ANTICLINE AND THEIR FORMATION MECHANISM IN THE NORTH
MARGIN OF THE YANQI BASIN

LI An1)YANG Xiao-ping1)HUANG Wei-liang1)Yiliyaer2)

1)National Center for Active Fault Studies，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China
2)Earthquake Administration of Xinjiang Uyger Autonomous Region，Urumqi830011，China

Reverse fault-anticline is an important structure form in Tianshan area.The study on the syntagmatic relation and formation mechanism between active faults and anticline in reverse faultanticline will help understand the structure system under extrusion stress.Haermodun anticline is a neogenic thrust-anticline in the north margin of the Yanqi Basin.It is the product of reverse fault extending to the inside of the basin.The main reverse fault of the anticline thrusts inwards the basin，with a dip angle of 30°.The present-day tectonic movement is intense along the fault.By interpreting aerial photos of the Haermodun anticline，measuring the scarp profiles and excavating trenches across the fault，we find that three different types of faults have been developed on the different levels of river terraces crossing the anticline，namely，the main reverse fault in front of the anticline forelimb(southern limb)，the back thrust fault on the forelimb and the bending-moment normal fault on the top of the anticline，respectively.The main reverse fault has produced three scarps on T1terrace，with heights of 4m，0.8m and 1.8m，respectively，and a high scarp on T2terrace with a height of 16m.The back thrust fault has produced 2-4 reverse scarps，with the height up to 4m The bending-moment normal fault has produced about 10 scarps on all levels of terraces except T1on the top of anticline，and the height of a single scarp can reach 14.5m.The older the terrace，the higher the total height of scarp.Analysis on the geneses of the three faults reveals that the main reverse fault controls the growth of the Haermodun anticline.The back thrust faults help the main reverse fault release the compressive stress，and the part between the main reverse fault and the back thrust fault is extruded.The bendingmoment normal fault is produced in the top of anticline.The top of the anticline is a tensional stress area.Back thrust fault and main reverse fault are synchronous.But the scale of back thrust fault is several times smaller than the main reverse fault.Bending-moment normal faults are synchronous with fold deformation.Accompanying the beginning of fold deformation，the bending-moment normal faults began to expand and grow gradually downwards from the top of anticline，synchronously.

reverse fault，bending-moment fault，back thrust fault，active anticline，formation mechanism，Yanqi Basin

P315.2

A

0253-4967(2011)04-0789-15

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.04.005

2011-08-23收稿，2011-11-04改回。

財(cái)政部重大專項(xiàng)“我國(guó)重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)活動(dòng)斷層地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)(南天山和靜逆斷裂-褶皺帶地質(zhì)填圖)”和國(guó)家自然科學(xué)基金(40572126)共同資助。

李安，男，1983年生，在讀博士研究生，研究方向?yàn)榛顒?dòng)構(gòu)造，電話:010-62009127，E-mail:antares_lee@163.com。