香山-天景山斷裂活動(dòng)時(shí)代的光釋光測(cè)年

俞 崗， 尹功明 ， 王旭龍

(1.中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；2.廣東省地震局，中國(guó)地震局地震監(jiān)測(cè)與減災(zāi)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510070；3.中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所，黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075）

0 引言

青藏高原東北緣晚新生代的大規(guī)模構(gòu)造變形以地殼縮短和左旋走滑為特征，在北北東-北東向區(qū)域主壓應(yīng)力作用下，形成一系列北西西走向并具有左旋走滑分量的逆沖斷裂和褶皺帶，其中，在青藏高原東北隅發(fā)育一系列向北東凸出的弧形斷裂帶，其中最主要的三條斷裂帶從北到南分別為牛首山-羅山斷裂帶、香山-天景山斷裂帶和天祝-海原斷裂帶。

香山-天景山斷裂帶正處于青藏高原東北緣弧形構(gòu)造帶的中間，西起祁連山東端的古浪附近，向東沿長(zhǎng)嶺山、天景山、桃山、廟山等山前斷裂斷續(xù)延伸，直至六盤山北端，總長(zhǎng)約200 km，斷裂性質(zhì)為走滑兼逆沖（圖1）。該斷裂帶的中東部分稱為中衛(wèi)-同心斷裂帶，由于1709年中衛(wèi)南71/2級(jí)地震發(fā)生在該斷裂帶上，對(duì)中衛(wèi)-同心斷裂帶內(nèi)的地震斷層、最新活動(dòng)斷裂、地貌面、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征和活動(dòng)開始時(shí)代等進(jìn)行了大量研究[1～10]，并認(rèn)為此斷裂是從上世新開始活動(dòng)至今仍在活動(dòng)的大型斷裂帶。汪一鵬等[4]、閔偉等[5]在孟家灣一帶也進(jìn)行過探槽開挖，揭示出三次活動(dòng)從早到晚依次為8.57±0.5 ka、5.45±0.2 ka和0.3 ka。

圖1 香山-天景山斷裂帶展布[1]Fig.1 The distribution map of Xiangshan-Tianjingshan fault

由于前人工作僅揭露出全新世的古地震事件，對(duì)于該斷裂帶更早時(shí)期的構(gòu)造事件的年代學(xué)研究很有必要，這對(duì)于理解斷裂的活動(dòng)性以及青藏高原東北緣第四紀(jì)運(yùn)動(dòng)特征都有科學(xué)意義。

近期，寧夏地震局為研究香山-天景山斷裂活動(dòng)性，在長(zhǎng)流水溝斷層露頭以西4 km左右， 孟家灣村南(37°26′10″N， 104°55′40″E)開挖出了一個(gè)探槽（圖 2）。 第四紀(jì)相關(guān)地層為風(fēng)成沙，本文就此探槽的年代學(xué)研究結(jié)果作報(bào)道供同行參考。

1 香山-天景山斷裂孟家灣探槽

孟家灣探槽位于山地陡坎前緣。探槽揭露顯示：石炭統(tǒng)泥巖、灰?guī)r（圖3中的右側(cè)地層）逆沖于晚第四紀(jì)風(fēng)成沙（圖3中左側(cè)黃色地層）之上，接觸關(guān)系明顯。受開挖深度限制，風(fēng)成沙揭示出的厚度為5 m，即這次活動(dòng)事件的逆沖量至少高達(dá)5 m（圖3）。風(fēng)成沙是光釋光測(cè)年的理想材料。在風(fēng)成沙中從上至下采集了3個(gè)光釋光樣品，野外編號(hào)分別為2012-STP-17、2012-STP-18、2012-STP-19，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室編號(hào)分別為 IEE3847、IEE3848、IEE3849。斷層活動(dòng)后的后期堆積物極薄，所以沒有采集。

圖2 香山-天景山斷裂孟家灣村南探槽位置[1]Fig.2 The trench location of Xiangshan-Tianjingshan fault at Mengjiawan village

圖3 香山-天景山斷裂孟家灣探槽剖面及光釋光采樣點(diǎn)位置Fig.3 The trench profile of Xiangshan-Tianjingshan fault and OSL samples position in the trench

2 光釋光測(cè)年結(jié)果

所采測(cè)年樣品均在西安黃土與第四紀(jì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室做測(cè)年測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)室獲得90～125 μm的石英顆粒用于光釋光測(cè)年。等效劑量通過單片再生法測(cè)定，每個(gè)樣品測(cè)定了5個(gè)片子，建立了生長(zhǎng)曲線，具體的實(shí)驗(yàn)過程和數(shù)據(jù)處理見文獻(xiàn)[11]。天然和再生劑量輻照后的加熱條件為260℃10 s；試驗(yàn)劑量為220℃10 s。圖4給出了測(cè)定和計(jì)算等效劑量的過程，其中圖4a是樣品IEE3847，IEE3848和IEE3849的石英顆粒天然和再生OSL信號(hào)衰減曲線；圖4b是天然和再生劑量與其后試驗(yàn)劑量光釋光信號(hào)的關(guān)系，直線的斜率為靈敏度校正后的天然和再生光釋光強(qiáng)度；圖4c是通過對(duì)比天然與不同再生劑量產(chǎn)生的光釋光信號(hào)來計(jì)算樣品的等效劑量值。所有的測(cè)年結(jié)果見表1，其中環(huán)境劑量是通過測(cè)定鈾、釷和鉀元素計(jì)算的。

圖4給出了3個(gè)樣品的測(cè)試結(jié)果。圖4a表示石英樣品的光釋光信號(hào)靈敏度高，衰減快，指示這些石英顆粒的光釋光信號(hào)主要以快速組分為主，適合于用單片再生劑量法光釋光測(cè)年。圖4b為天然、再生劑量與試驗(yàn)劑量光釋光信號(hào)響應(yīng)關(guān)系，表征了不同天然、再生劑量的光釋光信號(hào)響應(yīng)與試驗(yàn)劑量的光釋光響應(yīng)是成比例的，證明了試驗(yàn)劑量可以校正石英光釋光信號(hào)感量的變化。圖4c表示3個(gè)樣品的生長(zhǎng)曲線和等效劑量的確定，樣品IEE3847、IEE3848和IEE3849等效劑量值均處于線性生長(zhǎng)范圍。這是由于Wang等[11]已經(jīng)證實(shí)，應(yīng)用天然、再生與試驗(yàn)劑量的光釋光信號(hào)比例可以有效克服較老年齡樣品的測(cè)年應(yīng)用，因?yàn)樵摂?shù)據(jù)處理方法克服了單片再生法的信號(hào)積累問題。本文所測(cè)樣品的等效劑量都處于可信范圍。根據(jù)表1結(jié)合圖4，可以看出，3個(gè)樣品的年齡值自下而上分別為26.14±1.08ka、30.36±1.10ka、57.41±2.36ka，為正序結(jié)構(gòu)。

表1 樣品光釋光年齡Table 1 OSL ages of the samples

圖4 石英的光釋光衰減曲線(a)、天然和再生光釋光信號(hào)與試驗(yàn)劑量產(chǎn)生的光釋光信號(hào)的關(guān)系(b)以及確定等劑劑量的劑量響應(yīng)曲線(c)Fig.4 (a)OSL decay curve of quartz;(b)Relationship of nature and regeneration OSL signals;(c)Dose response curve of agents dose

3 結(jié)果與討論

香山-天景山斷裂形成于加里東運(yùn)動(dòng)期，是走廊過渡帶中的一條重要構(gòu)造帶，其下切深度約20 km，屬于基底斷裂，全長(zhǎng)約200 km整體呈一向北東方向凸出的弧形，弧頂位于天景山北麓一帶。新生代第三紀(jì)及其以前，斷裂帶活動(dòng)以較強(qiáng)烈的疊瓦狀向北逆沖為特征；進(jìn)入第四紀(jì)，大致與海原活動(dòng)斷裂帶同期，活動(dòng)方式轉(zhuǎn)為逆-左旋走滑[12、13]。

從晚更新世末次期早期以來，騰格里沙漠開始擴(kuò)張，現(xiàn)今一直在堆積，在中衛(wèi)沙坡頭一帶形成巨大的沙丘。而孟家灣村位于騰格里沙漠南緣，山地與沙漠的交接處。同時(shí)，處于沙漠風(fēng)帶的下向，即孟家灣地區(qū)（沙坡頭）由于受南部山地的阻擋，從北西方向吹來的風(fēng)沙在此堆積。因此，本探槽開挖地點(diǎn)從晚更新世末次期早期約70 ka以來風(fēng)沙堆積是連續(xù)的。而探槽中被壓風(fēng)成沙最新的年齡為26.14±1.08 ka，這個(gè)時(shí)間從氣候上來分析，應(yīng)該是更加寒冷期，風(fēng)沙活動(dòng)更強(qiáng)大。所以，可以推測(cè)在香山-天景山斷裂活動(dòng)之前，被壓風(fēng)成沙沒有堆積間斷，所以，被壓風(fēng)成沙的年齡可以代表這次活動(dòng)時(shí)代。

孟家灣村南最新探槽揭露表明，在距今約26.14±1.08 ka，極有可能為22.09±0.4 ka與26.14±1.08 ka之間，香山-天景山斷裂發(fā)生了一次逆沖量至少高達(dá)5 m的活動(dòng)，導(dǎo)致石炭紀(jì)的煤系地層逆沖于晚更新世風(fēng)成沙之上。

致謝：本文研究探槽剖面由寧夏地震局柴熾章研究員、焦德成研究員、杜鵬、雷啟云等開挖，并允許我們進(jìn)行年代學(xué)研究，在此表示衷心感謝。

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