阿拉善地區(qū)地殼穩(wěn)定性研究

高洪雷，何建國，張松，孔維豪，田明明，黃賢芳

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029）

阿拉善地區(qū)地殼穩(wěn)定性研究

高洪雷，何建國，張松，孔維豪，田明明，黃賢芳

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029）

阿拉善作為中國西部的一個剛性塊體，巖石圈有效彈性厚度為40～50 km，地殼穩(wěn)定。新生代以來，由于受印度板塊向歐亞板塊俯沖的遠程效應(yīng)影響，阿拉善地塊發(fā)生構(gòu)造隆升，塊體周緣造山帶發(fā)生構(gòu)造活動，但塊體內(nèi)部宗乃山—沙拉扎山地區(qū)新生代期間為準平原化地貌，新構(gòu)造運動不發(fā)育。綜合分析阿拉善地區(qū)地殼穩(wěn)定性和巖體發(fā)育情況，筆者遴選出宗乃山—沙拉扎山侵入巖帶作為高放廢物處置庫備選場址的重點工作區(qū)。

高放廢物處置庫；阿拉善；地殼穩(wěn)定性；宗乃山—沙拉扎山

我國倡導積極發(fā)展核電的能源戰(zhàn)略，核電份額將很快突破2020年的設(shè)定目標，屆時每年從反應(yīng)堆中卸出的乏燃料連同已累積的核廢物都需要采取妥善的方法進行處理。把高放廢物處置在深部穩(wěn)定的地質(zhì)體中是目前公認的優(yōu)選方案，其中放射性廢物處置庫的選址工作是高放廢物處置系統(tǒng)的重要步驟，場址的選擇不僅要能對放射性廢物形成天然的圈閉，防止放射性核素向周圍環(huán)境遷移，還應(yīng)該能適宜于建設(shè)所需的工程屏障［1-2］。目前，我國已經(jīng)把甘肅北山預(yù)選區(qū)作為高放廢物處置的一個重點候選場址，在該區(qū)開展了大量工作。2008年，國家國防科技工業(yè)局向核工業(yè)北京地質(zhì)研究院下達了在西北地區(qū)開展高放廢物地質(zhì)處置庫備選區(qū)預(yù)選的任務(wù)。依照區(qū)域選址的基本標準，在大量收集前人資料和野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，筆者遴選出阿拉善地區(qū)作為高放廢物地質(zhì)處置庫備選場址。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

阿拉善工作區(qū)東以狼山—巴彥烏拉山為界，南以合山、龍首山與河西走廊相隔，西以弱水河與甘肅北山相望，北面鄰蒙古國，總面積為27萬km2。區(qū)內(nèi)分布著北大山、雅布賴山、宗乃山和沙拉扎山，巴丹吉林沙漠占據(jù)中西部大片區(qū)域，騰格里沙漠位于本區(qū)的東南部。

1.2 大地構(gòu)造位置與構(gòu)造單元劃分

阿拉善地塊位于華北板塊西北緣，哈薩克斯坦板塊南緣，北鄰西伯利亞板塊，是一個多構(gòu)造單元的結(jié)合部位。地塊內(nèi)部以烏套海—恩格爾烏蘇斷裂為界，劃分為南部華北板塊與北部哈薩克斯坦板塊兩大構(gòu)造區(qū)（圖1）。在印支中晚期，古蒙古洋殼在阿拉善地區(qū)完全消減，最終沿恩格爾烏蘇一線發(fā)生碰撞拼合在一起，形成了統(tǒng)一的阿拉善地塊［3］。

2 研究區(qū)巖體發(fā)育情況

阿拉善地區(qū)侵入巖分布廣泛，占基巖面積的一半以上，各個時代均有出露，但以古生代侵入巖的廣泛分布為特征，尤以二疊紀巖漿活動最為強烈，為區(qū)內(nèi)巖漿巖的主體［4］。其中早期元古代的的侵入巖多呈小巖株產(chǎn)出，分布面積不大，巖體經(jīng)歷長期的構(gòu)造作用，并被后期侵入體穿插變得支離破碎，呈殘留體形式存在，已不適合作為高放廢物處置庫選址巖體。在阿拉善地區(qū)產(chǎn)出的較新的侵入巖帶主要有兩個，分別是石炭紀—二疊紀發(fā)育的雅布賴山—巴音諾爾公—紅古爾玉林侵入巖帶和石炭紀—三疊紀發(fā)育的宗乃山—沙拉扎山侵入巖帶（圖2）。

2.1 雅布賴山—巴音諾爾公—紅古爾玉林侵入巖帶

該巖帶由石炭紀—二疊紀的花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖等組成，在不同地段分別侵入阿拉善巖群、渣爾泰山群以及元古代、早古生代侵入體，被中、新生代地層覆蓋。

石炭紀侵入的巖體有：諾爾公巖體，NEE向巖基，面積2 900 km2，主要由花崗巖組成；圖古日格巖體，NE向帶狀巖基，面積200 km2，以斜長花崗巖為主；罕烏拉巖體，NE向巖基，面積1 400 km2，由黑云母花崗閃長巖、二長花崗巖組成；浩來音阿木巖體，NE向巖基，面積900 km2，以黑云二長花崗巖為主。

二疊紀侵入的巖體有：雅布賴山花崗閃長巖體，出露面積達1 000 km2，巖體侵入于阿拉善巖群，兩側(cè)被中、新生代地層覆蓋。巖體內(nèi)含有大量中元古代中基性侵入巖和阿拉善巖群捕虜體。巖石類型有中細粒黑云母花崗閃長巖、似斑狀黑云母花崗閃長巖及似斑狀斜長花崗巖等；土克木廟巖體，NE向巖基，面積300 km2，由花崗巖、斜長花崗巖、二長花崗巖組成。

2.2 宗乃山—沙拉扎山侵入巖帶

該巖帶位于阿拉善中部沙拉套爾汗山—烏力吉—銀根一帶，近EW向展布，長約270 km，寬30～50 km，由石炭紀輝長巖類、中酸性火山巖、二疊紀、三疊紀花崗巖類組成，尤以二疊紀—三疊紀花崗巖形成的巨大巖基構(gòu)成本巖帶主體。巖帶受EW向斷裂控制明顯，石炭紀末期，由于強裂的拉張深陷，發(fā)生中酸性火山噴發(fā)，隨后出現(xiàn)深源基性巖漿上侵，至二疊紀—三疊紀，伴隨著斷裂構(gòu)造的進一步活動和發(fā)展，發(fā)生酸性巖漿的大規(guī)模侵入。

二疊紀—三疊紀花崗巖類最具代表性的是沙拉套爾汗巖體和烏力吉巖體，面積分別為1 600 km2和1 250 km2。沙拉套爾汗巖體構(gòu)成宗乃山主體，巖石類型有黑云母花崗巖、黑云母斜長花崗巖、黑云母花崗閃長巖，K-Ar同位素年齡值在223～263 Ma之間；沙拉扎山的巨大花崗巖巖基呈EW向延伸，習稱烏力吉花崗巖，烏力吉花崗巖體相帶不發(fā)育，以中粒結(jié)構(gòu)的花崗巖為主，巖體兩側(cè)可見細粒結(jié)構(gòu)花崗巖。

在該侵入巖帶內(nèi)部發(fā)育一系列NW走向的逆沖斷裂，斷裂貫穿于整個巖體內(nèi)部，但并沒有延伸入巖體南北兩側(cè)白堊紀盆地，被白堊紀沉積地層覆蓋，斷裂活動時間早于白堊紀。侵入巖帶東部烏力吉巖體中發(fā)育一系列的閃長玢巖、花崗斑巖脈體，脈體沿斷裂分布，近SN走向。

3 阿拉善地區(qū)地殼穩(wěn)定性分析

3.1 地震活動

阿拉善地區(qū)在20世紀50年代有地震記載以來，期間共發(fā)生7級地震1次，5級以上地震17次，弱震活動很頻繁，其地震分布特征明顯受構(gòu)造控制。阿拉善南緣的龍首山斷裂以及合黎山—北大山斷裂具有較強的地震構(gòu)造活動特征，東部的雅布賴山斷裂也是一條晚更新世活動斷裂。由阿拉善地區(qū)地震分布圖（圖3）可以看出，研究區(qū)內(nèi)地震只集中分布在以龍首山和雅布賴山所夾持的三角型區(qū)域內(nèi)，雅布賴山以北地區(qū)地震活動微弱。通過前人對阿拉善地區(qū)塊體內(nèi)部和邊緣幾次強震構(gòu)造的研究資料表明［5］，強震的發(fā)生與NE—NEE向斷裂的活動密切相關(guān)，阿拉善地區(qū)的地震活動集中分布于這些新生代走滑斷裂帶上。

3.2 新構(gòu)造運動

阿拉善位于中朝古板塊西部，其南側(cè)為正在隆起的青藏高原，北部是新生代活動的蒙古高原，東側(cè)為鄂爾多斯高原。中、新生代以來我國西部強烈而又頻繁的構(gòu)造變動，致使阿拉善地塊呈現(xiàn)出比較高的活動性。阿拉善地塊新生代變形在其周邊表現(xiàn)比較明顯，東緣的狼山地區(qū)，巴彥烏拉山地區(qū)以及南緣的龍首山—合黎山地區(qū)都有明顯的新構(gòu)造運動特征（圖4），在地塊內(nèi)部主要表現(xiàn)為一系列沉降的小盆地［6］。

3.2.1 狼山斷裂

斷裂位于阿拉善地塊東緣北部地區(qū)，是阿拉善地塊與鄂爾多斯地塊之間一條重要的NE向構(gòu)造帶，長約370 km。在狼山地區(qū)發(fā)育一套古新世沉積的紅褐色礫巖，礫石磨圓好，但分選性差，層面傾向SEE，這套紅色礫巖在狼山山腳至山頂都有分布，巖層厚度也較大，古新世后狼山地區(qū)發(fā)生了構(gòu)造抬升運動將古新世地層抬升到山體之上。

3.2.2 合黎山—北大山斷裂

斷裂西起合黎山南麓，東至羊圈溝以東，NWW轉(zhuǎn)EW向，再轉(zhuǎn)NEE向弧形延伸長125 km，由一系列近于平行的斷裂組成，具有明顯的左行走滑性質(zhì)。斷裂切割了晚更新世晚期洪積砂礫石層，地表形成高2～4 m斷崖陡坎。經(jīng)熱釋光測年，斷裂所切地貌面的形成年代為（22.2±2.3）～（27.1±2.8）ka［7］。根據(jù)探槽剖面揭露，斷裂直通地表，并形成明顯的地表破裂帶，說明該斷裂陡坎是經(jīng)過多次斷裂作用所形成的，為全新世活動斷裂。

3.2.3 龍首山斷裂帶

斷裂西起酒泉盆地北緣，向東經(jīng)張掖北側(cè)，山丹北側(cè)，然后經(jīng)金昌，插入武威盆地西北側(cè)，全長約370 km，總體走向NNW，傾向NE或SW。地貌上北側(cè)為前新生界構(gòu)成的基巖山地，南側(cè)為新生代盆地。斷裂性質(zhì)以擠壓逆沖為主，其中張掖以西地段和永昌以東地段新構(gòu)造活動較弱，為早、中更新世斷裂。斷裂中段（山丹以北地段，長約40 km）新構(gòu)造活動較強烈，地貌上斷裂呈直線形延伸。

3.2.4 雅布賴山斷裂帶

斷裂展布在內(nèi)蒙古自治區(qū)的阿拉善右旗，走向NE，長約120 km。衛(wèi)星影像上顯示為NE向的線型構(gòu)造。在雅布賴鎮(zhèn)東北約15 km處，不同級別的洪積扇上形成高度不同的斷層陡坎（圖5），通過遙感解譯，T3地貌面上斷層陡坎高約5 m，T2地貌面上斷層陡坎高約2 m，T1地貌面上未發(fā)現(xiàn)斷層陡坎。依據(jù)地貌面的切割程度和影像色彩，大致可以推斷出T3地貌面組成物質(zhì)為中更新世礫石層，T2地貌面組成物質(zhì)為晚更新世礫石層，T1地貌面組成物質(zhì)為全新世砂礫石層。根據(jù)斷層和地貌的關(guān)系，雅布賴斷裂在晚更新世發(fā)生了明顯的新構(gòu)造運動［8］。

3.3 地球物理場特征

阿拉善地區(qū)是一個前寒武紀的剛性塊體，地殼厚度變化平緩，地殼厚度變化對該區(qū)的地球物理場異常沒有太大影響［4］。在區(qū)域航磁異常上北部哈薩克斯坦板塊區(qū)主要是零偏負異常，近EW走向，南部華北板塊區(qū)航磁異常一般出現(xiàn)在零偏正的背景場上，以大片正異常為主，區(qū)域航磁異常的變化主要反映了研究區(qū)巖漿巖分布變化特點；布格重力異常在阿拉善地區(qū)是一種低背景場，南部華北板塊區(qū)要比北部哈薩克斯坦板塊區(qū)高，北部哈薩克斯坦板塊區(qū)重力異常的變化主要反映了地質(zhì)體密度的不同，南部華北板塊地區(qū)，由于新構(gòu)造運動的影響導致了山體隆升，布格重力場沿斷裂構(gòu)造形成重力線性密集帶。

3.4 地殼結(jié)構(gòu)特征

如果將軟流圈上的巖石圈等效成一個具有彈性的薄板，這個彈性板的厚度被稱為巖石圈有效彈性厚度。利用巖石圈有效彈性厚度的概念可以分析巖石圈的力學強度。巖石圈有效彈性厚度大者則不易變形，表現(xiàn)為地殼穩(wěn)定。阿拉善地區(qū)的巖石圈有效彈性厚度為40～50 km，是中等強度塊體［9］，抵抗地應(yīng)力作用的能力強，地殼穩(wěn)定。

阿拉善地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)簡單，為雙層結(jié)構(gòu)。酒泉—額濟納旗地學斷面穿過阿拉善地塊西部，為研究阿拉善地塊的地殼結(jié)構(gòu)特征提供了重要的資料［10］。由（圖6）可見，阿拉善地區(qū)地殼的層速結(jié)構(gòu)可以分為5層，其中第1、2層為上地殼，厚約17 km，主要為元古界和太古界深變質(zhì)巖組成，vp值5.93～6.3 km·s-1，地殼層速向下逐漸增大；在上地殼底部地殼層速發(fā)生逆轉(zhuǎn)，主要是由于糜棱巖、片麻巖和蛇紋巖層破碎、裂隙充水所致，vp值降低為5.90～6.05 km·s-1，逆轉(zhuǎn)層厚度約5 km；第4、5層為下地殼，主要是由太古界麻粒巖和鎂綠巖等組成，vp值6.4～7.20 km·s-1。阿拉善地區(qū)莫霍面vp值為8.20 km·s-1，地殼平均速度6.25 km·s-1，地殼平均厚度約45 km。

通過將阿拉善與華北地區(qū)地震剖面的地殼速度結(jié)構(gòu)圖進行對比，兩個地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)特征相似，這表明阿拉善地區(qū)可能與華北地臺一樣屬于穩(wěn)定的前寒武紀的剛性陸塊［10］。

3.5 祁連山造山帶對阿拉善南部地區(qū)區(qū)域地殼穩(wěn)定性影響分析

新生代以來，由于受印度板塊向歐亞板塊俯沖碰撞的遠程效應(yīng)影響，阿拉善地區(qū)南部的祁連山作為一個活動塊體向北東推擠（圖7），同時阿拉善地塊向祁連山塊體下部持續(xù)不斷的楔入，導致了祁連山造山帶向北東逆沖推覆于阿拉善地塊之上［11］，并且在二者之間形成了巨厚的沉積盆地，巨大的推擠應(yīng)力使得祁連山強烈隆升并造成了與河西走廊之間巨大的盆山差異。

阿拉善地塊作為一個剛性塊體，受到西南部祁連山造山帶向北東推擠應(yīng)力的作用在新生代發(fā)生了構(gòu)造抬升，抬升主要發(fā)生在塊體的周緣造山帶內(nèi)，并伴隨著山前盆地的沉積凹陷作用。

由于祁連山構(gòu)造帶NE向的推擠，阿拉善地塊南部與東部斷裂發(fā)生了近EW向和NE向的左行走滑，以北部狼山—雅布賴山和南部龍首山為界夾持的阿拉善三角地塊，在強大的擠壓作用下新生代期間向東側(cè)向擠出。沿地塊擠出構(gòu)造邊界發(fā)育的構(gòu)造帶亦是歷史地震活動帶，阿拉善地區(qū)歷史上多次的大型地震都分布于這些構(gòu)造地震帶中。

作為一個由走滑斷層圍限的塊體，阿拉善地塊向東的側(cè)向擠出作用消減了祁連山構(gòu)造帶NE向擠壓作用力，使得構(gòu)造活動由南向北越來越弱，塊體內(nèi)部保持著穩(wěn)定的狀態(tài)，阿拉善地塊內(nèi)部山地多系準平原化地貌，宗乃山地區(qū)山體呈低矮的山丘，與南部盆地之間海拔高差小于20 m，新生代期間新構(gòu)造運動不發(fā)育。

4 總結(jié)

阿拉善地塊是一個前寒武紀就已形成的剛性塊體，巖石圈有效彈性厚度為40～50 km，抵抗地應(yīng)力作用能力強，地殼穩(wěn)定。石炭紀—三疊紀阿拉善地區(qū)發(fā)生強烈的巖漿活動，發(fā)育了雅布賴山—巴音諾爾公—紅古爾玉林和宗乃山—沙拉扎山侵入巖帶，是筆者遴選出作為高放廢物處置庫的重點花崗巖體。

新生代以來，由于受印度板塊向歐亞板塊俯沖碰撞的遠程效應(yīng)影響，阿拉善地塊發(fā)生構(gòu)造隆升，在塊體周緣呈現(xiàn)出比較高的活動性，雅布賴山—巴音諾爾公—紅古爾玉林侵入巖帶在新生代發(fā)生較強烈的構(gòu)造活動，而位于地塊中部的宗乃山—沙拉扎山侵入巖帶，新構(gòu)造運動不發(fā)育，呈準平原化地貌特征，構(gòu)造環(huán)境比較穩(wěn)定。

綜合分析阿拉善地區(qū)地殼穩(wěn)定性與巖體發(fā)育情況，筆者遴選出宗乃山—沙拉扎山侵入巖帶作為高放廢物處置的重點候選場址，對其作為高放廢物處置庫適宜性的評價還需要進一步的研究。

致謝：感謝徐國慶高級工程師（研究員級）對本文提出的寶貴修改意見，感謝高陽博士在本文完成過程中提供的各種有益探討和幫助。

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Study on crustal stability of Alashan area

GAO Hong-lei，HE Jian-guo，ZHANG Song，KONG Wei-hao，TIAN Ming-ming，HUANG Xian-fang
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Alashan block is a stable block in the west of China with effective elastic thickness of lithosphere about 40-50 km.Due to the far field effect of the collision between Eurasian and Indian plate from Cenozoic，Alashan block was uplifted，and shew high level tectonic activity aroud the block，however，in the middle of block Zongnaishan-Shalazhashan area experienced peneplanation in Cenozoic and stayed steady.Considering the crust stability and granite distribution，we choose Zongnaishan-Shalazhashan granite pluton belt as major work area of high level radioactive waste repository.

high level radioactive waste repository；Alashan；crust stability；Zongnaishan-Shalazhashan

P56

A

1672-0636（2013）04-0237-08

10.3969/j.issn.1672-0636.2013.04.009

2013-07-02

高放廢物處置庫備選區(qū)選址項目（FZ2011）

高洪雷（1984—），男，山東費縣人，助理工程師，主要從事構(gòu)造穩(wěn)定性評價研究工作。E-mail：cowboy-1984@126.com