烏蘭烏拉湖-玉樹斷裂東段晚第四紀滑動速率

黃學猛 杜 義 何仲太 馬保起 謝富仁

(中國地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085)

烏蘭烏拉湖-玉樹斷裂東段晚第四紀滑動速率

黃學猛 杜 義 何仲太 馬保起 謝富仁

(中國地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085)

烏蘭烏拉湖-玉樹斷裂是巴顏喀拉地塊與羌塘地塊分界地帶的一條重要活動斷裂。該斷裂東段晚第四紀以來活動強烈，斷錯地貌特征明顯，為全新世活動的左旋逆沖斷裂。利用后差分GPS對階地與洪積扇斷錯地貌進行了精細測量，并結(jié)合碳十四(14C)和光釋光(OSL)測年結(jié)果對地貌面年代進行限定，獲得該斷裂東段晚更新世晚期以來的垂直位錯量為5.5～6.3m，平均垂直滑動速率為0.23 ～0.28mm/a;全新世以來的垂直位錯量為 2.2 ～4.3m，平均垂直滑動速率為 0.40 ～0.63mm/a;晚第四紀以來的平均左旋滑動速率為4～6mm/a。為該斷裂的地震危險性分析和相鄰活動地塊的運動學特征探討提供了基礎(chǔ)資料。

烏蘭烏拉湖-玉樹斷裂 晚第四紀 巴塘盆地 滑動速率

0 引言

烏蘭烏拉湖-玉樹斷裂由數(shù)條密集的NW向次級斷裂組成，西起烏蘭烏拉湖，向SE經(jīng)風火山、治多、玉樹南，在相古一帶與甘孜-玉樹斷裂相交。前人對甘孜-玉樹斷裂的晚第四紀活動特征做過較多研究(聞學澤等，1985，2003;李閩峰等，1995;周榮軍等，1996，1997;彭華等，2006;Wang et al.，2008;Zhai et al.，2011)，認為甘孜-玉樹斷裂晚第四紀左旋走滑活動強烈，并且與大地震的發(fā)生有密切關(guān)系。目前對烏蘭烏拉湖-玉樹斷裂的研究很少，僅吳章明等(1993，1994)在斷裂的西段風火山一帶發(fā)現(xiàn)沖溝、河漫灘、階地左旋位錯現(xiàn)象和比較完整的地震地表破裂帶，認為該斷裂風火山一帶晚第四紀有強烈的活動。斷裂東段的年吉措—巴塘盆地一帶的晚第四紀活動性尚不清楚。

烏蘭烏拉湖-玉樹斷裂東段展布于年吉措—巴塘盆地一帶，斷裂走向NW，傾向SW，傾角70°左右，控制巴塘盆地的南緣(圖1)。本文對該段的活動地貌特征進行遙感影像解譯和實地野外考察，對典型的斷錯階地與洪積扇進行了精細測量及年代測試，初步分析該斷裂晚第四紀的滑動速率。

1 斷錯地貌特征

烏蘭烏拉湖-玉樹斷裂東段穿過巴塘盆地南側(cè)，盆山高差達千余m。第四紀時期巴塘盆地為外流的沉積體系，受到斷裂活動、第四紀冰期與干旱等氣候波動和山麓地帶沖洪積水系動態(tài)平衡等因素的影響，在巴塘盆地內(nèi)南緣形成了3級地貌面。其中第3級地貌面由T3階地組成，第2級地貌面由T2階地和巴塘盆地面聯(lián)合組成，第1級地貌面由T1階地和洪積扇組成。

該斷裂晚第四紀以來表現(xiàn)出左旋走滑活動和高角度逆沖運動，斷裂沿線的洪積扇、階地、沖溝、冰磧壟、山脊等呈現(xiàn)明顯斷錯特征。

圖1 烏蘭烏拉湖-玉樹斷裂東段構(gòu)造略圖Fig.1 Sketch tectonic map of the eastern segment of Wulanwulahu-Yushu Fault.

1.1 斷錯河流階地

斷錯河流階地較為典型的地點有下巴塘和扎達兩處。

在下巴塘，各曲河由南側(cè)山地向北流入巴塘盆地，在斷裂兩側(cè)均發(fā)育2級階地(圖2a)。T1級階主要分布在河流的左岸地，為堆積階地，呈明顯的二元結(jié)構(gòu)，下部河床相礫石為次圓狀，粒徑一般在2～10cm，礫石層上覆厚約0.2m的河漫灘相細砂層，階地面寬闊。T1階地面在上升盤拔河高度約6m，在下降盤拔河高約3m。盆地中的T2級階地為堆積階地，拔河高度為6m，主要由中、粗礫石層組成，表層無明顯的細粒加積層，個別地段的礫石層中夾雜有粉細砂透鏡體。山地中T2為基座階地，拔河高度為12m。

利用后差分GPS對斷裂兩側(cè)的階地面進行精細測量，獲得了該點的平面圖(圖3a)。在斷層通過處，T1階地面上形成高2～3m的斷層陡坎(圖3b)，陡坎較為平直，傾向北。T2階地面上保留了2條近平行的陡坎，北側(cè)斷層陡坎距山體約200m，高約4m，該陡坎與河左岸T1階地上的陡坎連續(xù)分布。南側(cè)斷層陡坎緊靠山邊，高2～3m(圖3c)。南側(cè)陡坎下方見褐黃色基巖擠壓楔入階地礫石層內(nèi)，顯示出斷層具有長期活動歷史，大量礫石的扁平面呈近直立地定向排列(圖4)，斷層的產(chǎn)狀為90°/S∠70°。在盆地中河流左岸的河漫灘上發(fā)育3條廢棄河道，受山前斷裂左旋走滑活動的影響，后來河流截彎取直，改道的最大距離約為150m。

圖2 烏蘭烏拉湖-玉樹斷裂東段典型斷層陡坎Fig.2 Typical fault scarps along the eastern segment of Wulanwulahu-Yushu Fault.

在扎達，扎曲河由南側(cè)山地向北流入巴塘盆地，在出山口處發(fā)育3級階地，T1階地拔河高度8m，為基座階地，基座之上主要為礫石層，厚約2m，礫石磨圓較好。T2階地為基座階地，拔河高度為20～26m，階地上礫石層厚約10m，階地面較為寬整，階地后緣高出前緣6m左右，該級階地與巴塘盆地的盆地面共生。T3階地為基座階地，拔河高度為50m(圖5)。階地面在出山口處連續(xù)分布，實測了16條階地橫剖面，剖面間距為10～100m，階地縱剖面如圖6所示，階地被明顯斷錯，其中T3階地在出山口處形成高約30m的斷層崖。利用后差分GPS對斷裂兩側(cè)的階地面進行精細測量，獲得了該點的平面圖(圖7a)，在斷層通過處，T1、T2階地上形成一條走向近EW的陡坎(圖2b)，其中T1階地上斷層陡坎高約3m(圖7b)，T2階地上的斷層陡坎高約6m(圖7c)。

1.2 斷錯洪積扇

巴塘盆地南側(cè)盆山高差較小，沖溝的規(guī)模相對較小，只發(fā)育一級洪積扇，覆蓋在主盆地面上，與T1階地同期。

在上巴塘玉樹機場南側(cè)，相鄰的3條沖溝從山中流出，在山前形成3個洪積扇，洪積扇前緣發(fā)育線性的斷層陡坎(圖2c)，利用后差分GPS對該點進行精細測量，獲得了該點的平面圖 (圖8a)，陡坎高約4m(圖8b，c)。

圖3 下巴塘階地位錯實測圖Fig.3 Measured topographic map of dislocation on terraces at Xiabatang.

圖5 扎達扎曲河階地橫剖面圖Fig.5 Cross-section of the Zhaqu River terraces at Zhada.

圖6 扎達扎曲河階地縱剖面圖Fig.6 The longitudinal terrace profile along the Zhaqu River at Zhada.

1.3 斷錯沖溝、山脊、冰磧壟

在巴塘盆地西南角發(fā)育多條近SN向的沖溝，在盆地邊緣呈明顯的左旋位錯，沖溝位錯50～150m，并且一條近SN向的冰磧壟左旋位錯600m左右(圖2d，9)。根據(jù)前人(鄭本興等，1995;周尚哲，1995)對該地區(qū)第四紀冰磧物的研究，該地區(qū)廣泛分布了倒數(shù)第2次冰期的冰磧物，推測該冰磧壟的年代約為距今150ka。此外，該斷裂左旋走滑現(xiàn)象還表現(xiàn)為河流階地的不對稱分布。

2 斷錯地貌的年齡

該地區(qū)發(fā)育一級洪積扇和3級階地，野外對河流階地、洪積扇的沉積物進行了系統(tǒng)的分析和采樣，樣品分布于不同的地貌面中(圖10、表1，2)。本文采用的測年方法為光釋光(OSL)和碳十四(14C)測年法。

圖7 扎達階地位錯實測圖Fig.7 Measured topographic map of dislocation on terraces at Zhada.

圖8 上巴塘洪積扇位錯實測地貌圖Fig.8 Measured topographic map of dislocation on alluvial fans at Shangbatang.

圖9 巴塘盆地西南角綜合地貌圖Fig.9 Landforms around the southwestern corner of Batang Basin.

圖10 烏蘭烏拉湖-玉樹斷裂東段地貌面采樣點位置與年齡Fig.10 Sample positions and ages along the eastern segment of Wulanwulahu-Yushu Fault.

在上巴塘，橫跨上巴塘洪積扇斷層陡坎開挖探槽，在探槽剖面內(nèi)見黑色泥炭，厚約50cm，在距洪積扇地表0.8m和1.0m處分別用黑色塑料袋采集了泥炭樣(14C-01、14C-02、圖10a)，其樹輪校正年齡分別為距今(9.495 ±0.045)ka和(7.555 ±0.055)ka(表1)。在距地表 1.2m處用不銹鋼管采集光釋光樣品(OSL-01)，測得結(jié)果為距今(6.89±0.57)ka(表2)。14C年齡與光釋光年齡具有較好的一致性，屬全新世早-中期，由于取樣點位置較深，為洪積扇下伏地層的年代，代表洪積扇形成年齡的下限值。

在下巴塘，在距T1階地面下0.5m處取粉細砂樣品(OSL-03、OSL-07、圖10b)，其光釋光年齡分別為距今(4.27 ±0.38)ka、(5.56 ±0.79)ka(表2)，屬全新世中期。在距 T2階地面以下1m處取粉細砂樣品(OSL-16、OSl-17、圖10c)，光釋光年齡分別為距今(27.65±3.33)ka、(22.55±2.01)ka(表2)，屬晚更新世晚期，由于取樣點均在地貌面以下較深位置，此處年代代表地貌面年齡的下限值。

在扎達，T2階地的局部地段發(fā)育粉砂層透鏡體，在距T2階地面以下3m處取粉細砂樣品(OSL-15、圖10d)，光釋光年代為距今(24.21±2.17)ka(表2)，屬晚更新世晚期，代表 T2階地面年齡的下限值。

綜上所述，洪積扇年代為距今(6.69 ±0.04)ka至(9.495 ±0.045)ka，屬全新世早 -中期;T1階地年代為距今(4.27±0.38)ka至(5.56±0.79)ka，屬全新世中期;T2階地年代為距今(22.55 ±2.01)ka至(27.65 ±3.33)ka，屬晚更新世晚期。

3 斷裂帶晚第四紀滑動速率

計算斷層平均滑動速率的公式為V=D/T，其中V為斷層平均滑動速率，D為地質(zhì)地貌體的位移量，T為參考地質(zhì)地貌體斷錯的起始時間?；瑒铀俾收`差(ΔV)由誤差傳播理論導出的一階近似公式其中、ΔU為累積位移的均值和標準差，、ΔT為起始年代均值和標準差(聞學澤，1995)。本文主要是根據(jù)階地、洪積扇位錯以及地貌面年代限定計算平均滑動速率(表3)。

據(jù)以上分析可知，T2階地的垂直斷錯量為5.5～6.3m，其年代為距今22～27ka，以此估算的晚更新世晚期以來的平均垂直滑動速率為0.23～0.28mm/a;T1階地與洪積扇面的垂直斷錯量為2.2～4.3m，其年代為距今(4.3～9.5)ka，以此估算的全新世早中期以來的平均垂直滑動速率為0.40～0.63mm/a。利用水系位錯估算得到的平均水平滑動速率為6mm/a，利用冰磧壟估算的中更新世晚期以來的平均左旋走滑速率為4mm/a。吳章明等(1993，1994)在該斷裂西段風火山一帶見河漫灘、階地左旋位錯57m，在地貌上見高10多m的斷層陡坎，表明該斷裂西段風火山一帶活動較強，如果以此處T1階地的年代(5.56±0.79)ka作為河漫灘、階地57m位錯的起始年代，該斷裂西段平均左旋滑動速率約為10mm/a。

4 討論

影響滑動速率的兩個參數(shù)是位錯量和起始位錯時間。對于位錯量的確定，在野外采用南方測繪儀器公司的9200便攜式后差分GPS測量系統(tǒng)進行實地測量，在信號好的情況下，測量誤差一般＜50cm。另一個需要確定的參數(shù)是地貌位錯的起始時間，這是當前活動斷裂研究較為困難的問題之一，不同的研究者在同一條斷裂上利用不同的地貌體年代獲得的滑動速率可以相差3倍(張培震等，2008)。本文年代學方法主要采用14C和OSL測年法，二者進行相互校驗。

利用地貌面位錯計算滑動速率，由于地貌面位錯事件發(fā)生在地貌面形成之后，并且本研究中樣品取自距地貌面以下0.5～1.0m，所測得的年齡為地貌面年齡的下限，依此計算得到的滑動速率值偏小。此外，考慮到最新地震事件離逝時間的影響，利用不同級別地貌面計算的滑動速率誤差有所不同，高級別地貌面記錄了較多的地震事件，誤差會被平均化，離逝時間的影響較小，所獲得的速率可靠性較強;低級別的地貌面記錄的地震事件較少，如河漫灘、T1階地和最新洪積扇所記錄的地震事件可能只有一次，沒有一個完整的地震事件周期，離逝時間對速率計算影響較大，所獲得的滑動速率可靠性較差。本研究中全新世以來東段0.40～0.63mm/a的垂直滑動速率，以及風火山一帶10mm/a的水平滑動速率有所偏大。利用水系位錯計算滑動速率，對于水系的形成年代，根據(jù)水系形成過程中的侵蝕與堆積的先后順序，其年代應(yīng)晚于被它切割的最新地層，而早于它所堆積的最老地層，如果以高階地的年代代替水系的形成年代，所獲得的速率會相應(yīng)偏大。本研究中，以水系位錯和高階地年代所得6mm/a的滑動速率有所偏大。

5 結(jié)論

烏蘭烏拉湖-玉樹斷裂東段在遙感影像上線性特征明顯，控制著巴塘盆地的形成與發(fā)育，斷裂沿線洪積扇、階地上斷層陡坎斷續(xù)展布，局部地段山脊、沖溝被左旋斷錯，該斷裂為全新世活動的左旋逆沖斷裂。

根據(jù)階地面與洪積扇面位錯測量及其地貌面年代限定，得到烏蘭烏拉湖-玉樹斷裂東段晚更新世晚期以來的垂直位錯量為5.5～6.3m，平均垂直滑動速率為0.23～0.28mm/a;全新世早-中期以來的垂直位錯量為2.2～4.3m，平均垂直滑動速率為0.40～0.63mm/a。

根據(jù)水系與冰磧壟位錯估算的巴塘盆地一帶晚第四紀以來的平均水平左旋滑動速率為4～6mm/a。

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LATE QUATERNARY SLIP RATE ON THE EASTERN SEGMENT OF THE WULANWULAHU—YUSHU FAULT

HUANG Xue-meng DU YiHE Zhong-taiMA Bao-qiXIE Fu-ren
(Institute of Crustal Dynamics，China Earthquake Administration，Beijing 100085，China)

Wulanwulahu-Yushu Fault is an important active fault at the boundary area between Bayankala block and Qiangtang block.The slip rate of this fault in the late Quaternary is of fundamental importance for analyzing the seismic hazards and kinematic characteristics of neighboring active blocks.Due to the limited field conditions，the study of the late Quaternary fault activity on the eastern segment of this fault is rare.On the basis of interpretations of remote sensing images and field investigation，the eastern segment of this fault is active since late Quaternary and the offset geomorphic features are prominent，displaying left-lateral and high-angle thrust faulting.Using the methods of detailed geomorphic mapping，geological survey，differential GPS survey，optically stimulated luminescence(OSL)dating and radiocarbon(14C)dating，this paper makes an analysis of the late Quaternary geomorphic features and slip rate of the eastern segment of this fault.Four typical sites on the fault，including Xiabatang，Zhada，Shangbatang and southwest corner of Batang Basin，were selected for the field investigation.At Xiabatang，the vertical slip rate of the fault is 0.23 ～0.28mm/a since around 22 ～27ka BP，0.40 ～0.51mm/a since 4 ～5ka BP，and left lateral slip rate is 6.0mm/a since 27ka BP.At Zhada，the vertical slip rate is 0.23mm/a since around 24ka BP.At Shangbatang，the vertical slip rate is 0.45 ～0.63mm/a since around 6 ～9ka BP.At southwest corner of Batang Basin，the left lateral slip rate is 4.0mm/a since 150ka BP.

The average vertical slip rate of the eastern segment of Wulanwulahu-Yushu Fault is 0.23 ～0.28mm/a since late Pleistocene，the average vertical slip rate is 0.40 ～ 0.63mm/a since early-mid Holocene，and the left lateral slip rate is about 4 ～6mm/a since late Quaternary.

Wulanwulahu-Yushu Fault，late Quaternary，Batang Basin，slip rate

P315.2

A

0253-4967(2011)04-0889-12

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.04.013

2011-10-10收稿，2011-10-30改回。

中國地震局青海玉樹7.1級地震科學考察項目資助。

黃學猛，男，1983年生，2010年在中國地震局地殼應(yīng)力研究所獲得理學碩士學位，研究實習員，主要從事活動構(gòu)造方面的研究，電話:010-62846756，E-mail:huangmeng 00000@163.com。