鉆探揭示的黃河斷裂北段活動(dòng)性和滑動(dòng)速率

雷啟云 柴熾章 鄭文俊 杜 鵬 謝曉峰王 銀 崔 瑾 孟廣魁

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)寧夏回族自治區(qū)地震局，銀川 750001

0 引言

銀川盆地是鄂爾多斯周緣一系列新生代斷陷盆地之一，新生代沉積巨厚，曾發(fā)生了1739年平羅8級(jí)大震，是一個(gè)受斷裂活動(dòng)控制、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈、地震頻發(fā)的新構(gòu)造單元(國(guó)家地震局“鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系”課題組，1988)。盆地內(nèi)發(fā)育4條主要活動(dòng)斷裂，自西向東依次為賀蘭山東麓斷裂、蘆花臺(tái)隱伏斷裂、銀川隱伏斷裂及黃河斷裂(圖1)。經(jīng)過多年的研究，對(duì)前3條斷裂的幾何展布、活動(dòng)時(shí)代、活動(dòng)分段、古地震及滑動(dòng)速率等方面均有較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)(張維歧等，1982;廖玉華等，1982;鄧起東等，1984;Deng et al.，1996;雷啟云等，2008，2011;杜鵬等，2009;柴熾章等，2011)。然而，對(duì)黃河斷裂的研究則僅限于其南裸露段(廖玉華等，2000;柴熾章等，2001，2011)，其北由于呈隱伏狀，斷裂的分布和活動(dòng)性長(zhǎng)期未能開展研究。

圖1 銀川盆地構(gòu)造略圖及鉆探剖面位置圖Fig.1 Sketch map of geology surrounding the Yinchuan Basin and the position of composite drilling section.

黃河斷裂是銀川盆地的東邊界，北段隱伏，南段裸露，全長(zhǎng)達(dá)160km。跨盆地的人工地震深反射剖面顯示該斷裂向下切割了殼幔邊界，而發(fā)生平羅8級(jí)地震的賀蘭山東麓斷裂(長(zhǎng)145km)約在19km深處與其交會(huì)(方盛明等，2009)?？梢?，黃河斷裂是銀川盆地內(nèi)長(zhǎng)度最大、切割最深的一條深大斷裂。中國(guó)大陸活動(dòng)地塊研究表明，一級(jí)地塊的邊界，一般是區(qū)域性深大斷裂，并控制著8級(jí)以上大地震的發(fā)生，而次一級(jí)地塊的邊界，則是規(guī)模相對(duì)小、切割巖石圈深度相對(duì)較淺的斷裂帶，相應(yīng)控制的地震級(jí)別也低(張培震等，2003;張國(guó)民等，2005)。那么，在銀川盆地內(nèi)，作為深大斷裂的黃河斷裂是否比切割相對(duì)淺的賀蘭山東麓斷裂具有更高的發(fā)震能力?黃河斷裂在銀川盆地的形成演化中又具有什么地位?然而，由于缺乏對(duì)黃河斷裂北段活動(dòng)時(shí)代和滑動(dòng)速率的定量研究，制約了對(duì)這些問題的完整認(rèn)識(shí)。

本文選擇黃河斷裂北段的陶樂鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)為研究場(chǎng)點(diǎn)，在石油地震勘探的基礎(chǔ)上，以淺層地震勘探結(jié)果為依據(jù)，在陶樂鎮(zhèn)九隊(duì)布設(shè)一排鉆孔聯(lián)合剖面開展定量研究，揭示了黃河斷裂北段的最新活動(dòng)時(shí)代，并估算了晚更新世以來的平均滑動(dòng)速率。

1 鉆探基礎(chǔ)

在陶樂鎮(zhèn)的南、北附近各有1條石油地震剖面，均較清楚地揭示了黃河斷裂，根據(jù)這2條剖面可初步推測(cè)斷裂的分布(圖1)。鑒于石油地震剖面對(duì)斷裂在淺層的定位精度較低，在陶樂鎮(zhèn)南部，首先布設(shè)了淺層人工地震陶樂1測(cè)線(4m道間距)，以進(jìn)一步限定斷裂的位置以及在淺部的斷錯(cuò)情況。陶樂1測(cè)線起于黃河?xùn)|岸，SE向延伸，止于203省道，全長(zhǎng)2 000m。該測(cè)線揭示了5條特征明顯的斷層，除FP18西傾外，其他斷層都為東傾，F(xiàn)P18是本測(cè)線規(guī)模最大的一條斷層，其他斷層都在不同深度歸并于FP18上，據(jù)此確定其為黃河斷裂的主斷裂?？梢耘袛嗟腇P18最淺錯(cuò)斷波組為T2，對(duì)應(yīng)的斷距為4～6m，上斷點(diǎn)埋深42～45m，上斷點(diǎn)地面投影位置為樁號(hào)963m(圖2)。

圖2 陶樂1人工淺層地震反射時(shí)間剖面Fig.2 Stack time section of seismic reflection in Taole profile 1.

為了更精準(zhǔn)地確定斷裂在淺層的斷錯(cuò)情況，為鉆探剖面的布設(shè)提供更可靠的依據(jù)，重合陶樂1測(cè)線又布設(shè)了2m道間距的陶樂1—1′測(cè)線。該測(cè)線起于陶樂1測(cè)線樁號(hào)200m處，終于陶樂1測(cè)線樁號(hào)1 400m處，測(cè)線全長(zhǎng)1 200m，測(cè)線采用陶樂1測(cè)線的樁號(hào)體系。從該剖面上可判斷的FP18最淺錯(cuò)斷波組為T2上的一個(gè)弱層位，對(duì)應(yīng)的斷距為2～4m，上斷點(diǎn)埋深42～45m，其在地面的投影位置仍位于樁號(hào)963m處(圖3)。

根據(jù)陶樂1—1′測(cè)線確定的斷層位置，重合該測(cè)線布設(shè)了1排鉆孔剖面。剖面位于陶樂鎮(zhèn)九隊(duì)附近，以淺層地震測(cè)線1—1′所解釋的斷層上斷點(diǎn)樁號(hào)(963m)為參照，在該點(diǎn)之東65m布設(shè)Z1孔為剖面東端，于該點(diǎn)以西25m處布設(shè)Z2孔為剖面西端，根據(jù)鉆孔聯(lián)合剖面對(duì)折定位方法(雷啟云等，2011a)，在兩孔之間先后實(shí)施了孔Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8和Z9。為排除次級(jí)斷層的存在以及更準(zhǔn)確限定已探測(cè)斷層的位置，分別布設(shè)了鉆孔Z10和Z11。該剖面全長(zhǎng)為100m，由11個(gè)鉆孔組成，孔間距自西向東依次為10m、12.5m、10m、2.5m、2m、1.5m、2.5m、11m、15m和30m，單孔孔深最大81.10m，最小16.75m，累計(jì)進(jìn)尺654.90m，巖心累計(jì)長(zhǎng)585.23m，平均采心率達(dá)89.4%。

2 鉆探結(jié)果

2.1 標(biāo)志層及斷距

根據(jù)各個(gè)鉆孔巖心的顏色、巖性、結(jié)構(gòu)等特征，進(jìn)行綜合對(duì)比，將鉆孔剖面地層劃分為5大層(表1、圖4)，在此基礎(chǔ)上確定了5層標(biāo)志層(表2)。根據(jù)標(biāo)志層的展布趨勢(shì)和所揭示的楔狀巖心，該鉆孔聯(lián)合剖面揭示了2條斷層。各標(biāo)志層的特征及所反映的斷層斷錯(cuò)特征簡(jiǎn)述如下:

圖3 陶樂1—1′人工淺層地震反射時(shí)間剖面Fig.3 Stack time section of seismic reflection in Taole profile 1-1′.

標(biāo)志層B0 為剖面中層①，巖性為褐黃、灰褐色黏性土層，頂為地面，底界和粉細(xì)砂層相接，鉆孔巖心巖性變化界線明顯，易于分辨。該層底界在斷層附近埋深相近，小間距鉆孔(Z4、Z6、Z7、Z8和Z11)間無顯著位移差，層位近于水平，在剖面兩側(cè)呈現(xiàn)自然的坡度變化，因此，該層底界作為斷層f1上斷點(diǎn)的上限。該層在推測(cè)斷層附近埋深為6.65m。

標(biāo)志層B1 為層②中一套灰褐色含礫粉細(xì)砂，埋深15m左右，有起伏，在剖面兩側(cè)相對(duì)較厚，約1.5m，中部則變薄，厚不足0.5m。該層普遍含有大量粒徑2～15mm次棱角或磨圓較好的礫石，并雜有泥質(zhì)，局部呈灰黑色。在各孔中均有揭露，且出現(xiàn)位置相近，從地表至此的巖性序列變化也相同，和上下純凈的粉細(xì)砂層相比，其特征明顯，易于辨別。根據(jù)該層在相鄰鉆孔間的延伸趨勢(shì)和厚度變化，判斷斷層f1在孔Z7和Z8間錯(cuò)斷該層，頂、底界斷距相同，均為0.96m。

標(biāo)志層B2 為層②下部一套淺棕紅色黏土夾層，局部夾有粉細(xì)砂薄透鏡體，埋深于27～31m處，厚度0.8～1.4m。因夾于純凈粉細(xì)砂層之中，極易分辨和對(duì)比?？譠3和Z10中該層底部的測(cè)年結(jié)果也支持對(duì)該層的劃分。對(duì)比相鄰鉆孔之間的坡降變化，推測(cè)斷層f1在孔Z4和Z8間錯(cuò)斷該層，斷層附近厚度相近，頂、底界斷距相同，均為1.2m。

標(biāo)志層B3 為剖面中層③，巖性以黏性土層為主，剖面西側(cè)夾一約4m厚的粉細(xì)砂層。埋深于31.93～55.24m處，厚度變化較大，最大厚度20.82m，最小厚度10.30m，西側(cè)厚度大于東側(cè)。該層上、下均為純凈粉細(xì)砂，且上部黏性土以褐灰色為主，下部以棕紅色為主，各鉆孔中均可對(duì)比。該層頂面起伏較大，推測(cè)受到?jīng)_刷。斷層f1在孔Z4和Z9間錯(cuò)斷標(biāo)志層，底界斷距約為1.2m，頂界由于受沖刷影響，難以直接判斷，但根據(jù)標(biāo)志層B2底界斷距也為1.2m，由此推測(cè)頂界和底界斷距相當(dāng);另外，斷層f2在孔Z6和Z11間錯(cuò)斷該層頂界，斷距為1.38m，大致在孔Z4和Z6間錯(cuò)斷該層底界，斷距為2.18m。

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圖4 陶樂鎮(zhèn)九隊(duì)孔聯(lián)合地質(zhì)剖面Fig.4 The composite drilling geological section in No.9 village of Taole town.

表2 陶樂鎮(zhèn)九隊(duì)鉆孔聯(lián)合剖面標(biāo)志層斷層附近斷距列表Table 2 Fault displacements of key beds revealed by the composite drilling section in No.9 village of Taole town

標(biāo)志層B4 為剖面中層⑤，埋深于50m以下，巖性以黏性土為主，剖面東側(cè)夾有厚約7.8m的細(xì)砂層，上部以棕紅色為主，中下部以褐黃色為主。該層頂界較平緩，斷層附近落差變化明顯。斷層f1在孔Z4和Z9間錯(cuò)斷該層頂界，斷距為5.26m;斷層f2在孔Z3和Z4間錯(cuò)斷該層頂界，斷距為2.18m，另外在孔Z4中62.83m處取得一楔狀巖心，斷面明顯，存有明顯擦痕，推測(cè)由f2所為(圖4)。

2.2 主要標(biāo)志層沉積年齡

為了確定各標(biāo)志層的沉積年代，在B0、B1和B2底部分別采取鉆孔年齡樣品送實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，結(jié)果見表3。從年齡樣品分布看:針對(duì)標(biāo)志層B0，在其底部的粉細(xì)砂層中采集1個(gè)14C樣品，其結(jié)果為(3.625±0.035)ka BP;針對(duì)標(biāo)志層B1，在其底部有Z9-Y6、Z5-Y9和Z5-C14-1 3個(gè)樣品年齡控制，其中前兩者為釋光樣品，后者為14C樣品，它們的測(cè)試年齡分別為(49.2±2.65)ka BP、(15.9±0.87)ka BP和(28.16±0.12)ka BP;針對(duì)B2，在其底部獲得Z9-Y10、Z10-Y7及 Z3-Y11 3個(gè)釋光樣品的年齡結(jié)果，分別為(228.7±13.3)ka BP、(130.6±9.8)ka BP和(127.4±8.5)ka BP(圖4)。

表3 陶樂鎮(zhèn)九隊(duì)鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面鉆孔樣品年齡測(cè)試結(jié)果Table 3 The dating result of borehole samples in No.9 village of Taole town

從測(cè)試結(jié)果看，對(duì)同一地層界線，各樣品測(cè)試結(jié)果間的吻合程度較差，僅從樣品年齡無法確定哪一年齡較為合理可用，必須通過一定的方法進(jìn)行取舍。首先通過各樣品間的相互檢驗(yàn)并從統(tǒng)計(jì)的角度分析。B2底界有2個(gè)年齡結(jié)果相互很接近，而另一結(jié)果相差較遠(yuǎn)，因此認(rèn)為2個(gè)相近的年齡結(jié)果較真實(shí)地反映了該界線的年齡，所以，確定B2底的沉積年齡為(130.6±9.8)ka BP或(127.4±8.5)ka BP，取兩者平均值為(130±9.2)ka BP。在認(rèn)為該年齡較真實(shí)地反映了B2底的沉積年齡的前提下，考慮剖面處于水下沉積環(huán)境，假設(shè)其沉積速率較接近且不存在較大的沉積間斷，并認(rèn)為14C測(cè)試比釋光測(cè)試更準(zhǔn)確。據(jù)此，認(rèn)為所獲得3個(gè)測(cè)試結(jié)果中，Z5-C14-1的結(jié)果可作B1底界沉積年齡，其值為(28.16±0.12)ka BP。而在B0底部探槽所獲得14C結(jié)果為(3.625±0.035)ka BP，和其他測(cè)試結(jié)果無沖突，認(rèn)為其能反映B0底界的沉積年齡。

鑒于樣品位置和相應(yīng)鉆孔中各標(biāo)志層底界較相近，同時(shí)考慮樣品測(cè)試的誤差以及沉積速率的不確定性，這里直接采用樣品年齡作為各標(biāo)志層底界的沉積年齡，不另行處理。即標(biāo)志層B0、B1和B2底界的沉積年齡分別為(3.625±0.035)ka BP、(28.16±0.12)ka BP和(130±9.2)ka BP。

2.3 斷裂活動(dòng)時(shí)代及滑動(dòng)速率

2.3.1 活動(dòng)時(shí)代

鉆孔剖面揭示出2條斷層，f1是活動(dòng)相對(duì)較新的斷層，錯(cuò)斷標(biāo)志層B1，而未錯(cuò)斷標(biāo)志層B0，限于標(biāo)志的分布和鉆探的局限性，只能確定該斷層的上斷點(diǎn)在這2個(gè)標(biāo)志層之間，即在埋深6.3～15.5m之間。由標(biāo)志層的沉積年齡限定該斷層的最新活動(dòng)時(shí)代在晚更新世晚期或全新世。另一條斷層f2限定于標(biāo)志層B3和B2之間，錯(cuò)斷B3頂界而止于B2底界，因此，確定該斷層的上斷點(diǎn)埋深為25.6～36.5m，根據(jù)測(cè)年結(jié)果判定，該斷層晚更新世以來未有顯著活動(dòng)。因此，f1是黃河斷裂的主斷裂，最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世晚期或全新世。

2.3.2 滑動(dòng)速率

根據(jù)各個(gè)標(biāo)志層斷距大小，可分析斷層的活動(dòng)過程。發(fā)現(xiàn)在地層沉積過程中，2條斷層具有交替活動(dòng)的特征。早期，僅f1活動(dòng)，在層④沉積期間，斷層位移4.06m;在層③沉積中，f1沒有活動(dòng)，f2開始活動(dòng)，在此期間f2累積位移為0.8m;在層②開始沉積之初，f2仍然有活動(dòng)，但在B2開始沉積時(shí)停止活動(dòng)，此間f2的累積位移1.38m;在B2沉積之后、B1沉積之前，f1又開始活動(dòng)，但此間的累積位移較小，為0.24m;B1沉積之后、層①沉積之前，f1繼續(xù)活動(dòng)，累積位移為0.96m，層①沉積過程中f1再未有活動(dòng)。

結(jié)合標(biāo)志層B0、B1和B2的沉積年齡，可以估算不同時(shí)段斷層的滑動(dòng)速率，(130±9.2)ka BP～(8.16±0.012)ka BP間斷層累積位移僅為0.24m，估算該時(shí)段速率為0.002 4mm/a;(28.16±0.12)ka BP～(3.625±0.035)ka BP累積位移0.96m，估算該時(shí)段速率為0.04mm/a。

另外，利用標(biāo)志層的累積位移也可以估算出較長(zhǎng)時(shí)期的斷層平均滑動(dòng)速率。若視B2底界為晚更新世的地層界線，其斷距則可反映斷層晚更新世((130±9.2)ka BP)以來的累計(jì)位移(1.2m)，則獲得晚更新世以來的滑動(dòng)速率為0.01mm/a。同理，若視標(biāo)志層B1底界斷距為該地層形成以來斷層活動(dòng)的累計(jì)位移，則獲得斷層晚更新世晚期((28.16±0.12)ka BP)的累計(jì)位移為0.96m，相應(yīng)滑動(dòng)速率為0.034mm/a。應(yīng)當(dāng)指出，由于B1和B2頂?shù)讛嗑嘞嗤?，表明?biāo)志層記錄的斷層位移的開始累積的時(shí)間要晚于B1和B2沉積形成的時(shí)間，但具體時(shí)間又難以識(shí)別和限定，因此，上述垂直滑動(dòng)速率應(yīng)當(dāng)偏小于真實(shí)斷層滑動(dòng)速率。

可見，在晚更新世以來，斷層活動(dòng)規(guī)模較弱，而且主要活動(dòng)期集中于晚更新世晚期—全新世早中期。因此認(rèn)為(28.16±0.12)ka BP～(3.625±0.035)ka BP時(shí)段內(nèi)的斷層滑動(dòng)速率最接近于斷層的實(shí)際，也最能反映斷層未來活動(dòng)水平，因此最終確定黃河斷裂北段的平均滑動(dòng)速率為0.04mm/a。

3 討論

3.1 黃河斷裂晚第四紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)度及發(fā)震能力

黃河斷裂不論是在地貌顯示上，還是活動(dòng)強(qiáng)度上，南北存有明顯差異。大致以月牙湖為界，南段為裸露斷層，控制著洪積臺(tái)地和盆地的分界，而北段主要呈隱伏狀，沒有顯著的地貌變化。黃河斷裂為晚更新世末或全新世活動(dòng)斷層，但在活動(dòng)強(qiáng)度上南北段具有顯著的差別。北段活動(dòng)性明顯偏弱，晚更新世以來的累積位移僅為0.96m，平均滑動(dòng)速率為0.04mm/a，而南段晚第四紀(jì)發(fā)生過多次古地震事件，同震位移最大達(dá)2.4m，平均滑動(dòng)速率為0.24mm/a(柴熾章等，2000;廖玉華等，2001)?？梢姡S河斷裂南段在晚第四紀(jì)的活動(dòng)遠(yuǎn)強(qiáng)于北段。

另外，在銀川盆地的其他3條主要活動(dòng)斷裂中，賀蘭山東麓斷裂晚第四紀(jì)以來的滑動(dòng)速率達(dá)2.1mm/a，并發(fā)生了1739年的平羅8級(jí)地震，在地表形成醒目的斷層陡坎(國(guó)家地震局“鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系”課題組，1988);銀川隱伏斷裂北段全新世活動(dòng)，平均滑動(dòng)速率為0.14mm/a，南段全新世不活動(dòng)，晚更新世平均滑動(dòng)速率為0.03mm/a(雷啟云等，2008);蘆花臺(tái)斷裂北段全新世活動(dòng)，滑動(dòng)速率為0.18mm/a，南段在晚更新世以來不活動(dòng)(雷啟云等，2011b)。可見，在銀川盆地?cái)嗔洋w系中，晚第四紀(jì)以來的活動(dòng)以賀蘭山東麓斷裂為最強(qiáng)，其次為黃河斷裂南段，再次為銀川隱伏斷裂和蘆花臺(tái)隱伏斷裂。

根據(jù)已有資料，綜合考慮斷裂的活動(dòng)時(shí)代、分段長(zhǎng)度、切割深度、同震位移、平均滑動(dòng)速率等因素，對(duì)銀川盆地主要活動(dòng)斷裂的發(fā)震能力進(jìn)行綜合對(duì)比，判定了每條斷裂(段)的最大潛在地震震級(jí)(表4)。與發(fā)生1739年平羅8級(jí)地震的賀蘭山東麓斷裂相比，黃河斷裂盡管切割深度大，但其最大潛在地震震級(jí)為7級(jí)，發(fā)震能力低于賀蘭山東麓斷裂。

表4 銀川盆地主要活動(dòng)斷裂發(fā)震能力綜合對(duì)比Table 4 Comprehensive comparison of the seismogenic capability of major active faults in Yinchuan Basin

綜上所述，黃河斷裂活動(dòng)存在分段特征，北段活動(dòng)遠(yuǎn)小于南段，且晚第四紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)度不如賀蘭山東麓斷裂，其最大潛在地震震級(jí)為7級(jí)，發(fā)震能力也低于賀蘭山東麓斷裂。賀蘭山東麓斷裂是銀川盆地中晚第四紀(jì)以來活動(dòng)最強(qiáng)、發(fā)震能力最大的活動(dòng)斷裂。

3.2 黃河斷裂在銀川盆地長(zhǎng)期演化中的作用

從石油剖面揭示的生長(zhǎng)地層特征及主要地層界線的斷距來看，黃河斷裂的活動(dòng)在較長(zhǎng)時(shí)間尺度內(nèi)也存在南北差異(圖5)。在北段，漸新世(E3)地層跨斷層厚度變化很小，頂?shù)讛嗑嘞喈?dāng)，表明該時(shí)期斷層并未活動(dòng);在中新世(N1)和上新世(N2)地層中表現(xiàn)出生長(zhǎng)地層的特征，但斷距較小;在第四紀(jì)(Q)活動(dòng)不明顯，沒有控制第四系的沉積。而南段的2條剖面顯示，斷層在漸新世(E3)以來，均表現(xiàn)出明顯的生長(zhǎng)地層特征，主要地層界線的斷距也明顯大于北段，且越向南越明顯，黃河斷裂的南段控制了盆地的沉積。相對(duì)南段，黃河斷裂北段在活動(dòng)時(shí)代上晚、在活動(dòng)強(qiáng)度上弱，且自北向南活動(dòng)強(qiáng)度增大。在銀川盆地長(zhǎng)期演化中，北段沒有控制銀川盆地的邊界，南段基本控制了盆地的邊界。

從銀川盆地的結(jié)構(gòu)看，北段為以賀蘭山東麓為主的極性向東的半地塹，新生代地層沉降中心偏向于賀蘭山東麓斷裂附近;中段為4條斷裂控制，交替活動(dòng)形成塹中塹結(jié)構(gòu)，沉降中心位于蘆花臺(tái)隱伏斷裂和銀川隱伏斷裂之間;而南部則是以黃河斷裂控制的極性向西的半地塹，沉降厚度偏向黃河斷裂。盆地中新生代地層厚度從北向南變薄，賀蘭山東麓斷裂的活動(dòng)幅度始終強(qiáng)于黃河斷裂及其他斷裂。

可見，銀川盆地是4條主要斷裂長(zhǎng)期共同活動(dòng)的結(jié)果，不同斷裂的段落在不同時(shí)期的組合活動(dòng)塑造了銀川盆地不同部位的特殊結(jié)構(gòu)。

圖5 銀川盆地不同部位結(jié)構(gòu)特征(嚴(yán)烈宏等，2002)Fig.5 Structural characteristics in different parts of Yinchuan Basin(After YAN Lie-hong et al.，2002).

3.3 銀川盆地深部地殼結(jié)構(gòu)和淺部構(gòu)造活動(dòng)

跨銀川盆地的人工地震深反射剖面揭示了銀川盆地深部的地殼結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)各條斷裂的切割深度和交切關(guān)系，前人認(rèn)為銀川盆地是以黃河斷裂為主，其他斷裂為輔的負(fù)花狀構(gòu)造，黃河斷裂起到控制性作用(方盛明等，2009)。事實(shí)上，不論晚第四紀(jì)的活動(dòng)強(qiáng)度，還是發(fā)震能力，黃河斷裂要弱于賀蘭山東麓斷裂。在更長(zhǎng)時(shí)間尺度，黃河斷裂在新生代也未能控制整個(gè)銀川盆地的形成，僅是在南段控制了盆地的東邊界，北段活動(dòng)起始時(shí)間相對(duì)晚，且活動(dòng)非常弱。從銀川盆地的長(zhǎng)期演化看，在盆地不同部位，明顯受不同斷裂活動(dòng)組合的控制，是幾條主干斷裂長(zhǎng)期共同活動(dòng)的結(jié)果，而非其中一條斷裂帶所控制，且賀蘭山東麓斷裂具突出位置。可見，盡管黃河斷裂向下切割了殼幔邊界，但其在淺部的構(gòu)造活動(dòng)并不與之相匹配。

從深反射剖面看(圖6)，在地殼深部，除黃河斷裂之外，在其西側(cè)也存有另一條韌性剪切帶FM1，盡管該帶向上沒有延伸到上地殼，但明顯錯(cuò)斷了C面和莫霍面。另外，2條韌性剪切帶(FM1和FM2)之間的C面和莫霍面明顯低于東西兩側(cè)。顯然，2條韌性剪切帶所挾持的下地殼部分存在整體性的下陷?？梢?，盆地的地殼發(fā)生了伸展下陷，但上下地殼的伸展變形具有明顯的分層性:即上地殼由數(shù)條脆性正斷裂控制發(fā)生伸展斷陷，并控制了強(qiáng)震的發(fā)生，下地殼則由2條韌性剪切帶的下陷來響應(yīng)巖石圈的伸展，而C面發(fā)生順層剪切來協(xié)調(diào)上下地殼的變形。銀川盆地現(xiàn)今的深淺部構(gòu)造變形可用地殼雙層伸展模式來理解(圖7)。

圖6 人工地震深反射剖面(方盛明等，2009)Fig.6 Interpretation result of deep seismic reflection profiling(After FANG Sheng-ming et al.，2009).

圖7 銀川盆地地殼雙層伸展模型圖Fig.7 A two-layer crustal stretching model for Yinchuan Basin.

黃河斷裂切割深度大，可能是其在新生代之前強(qiáng)烈活動(dòng)的結(jié)果。前人認(rèn)為銀川盆地及賀蘭山在侏羅紀(jì)末燕山運(yùn)動(dòng)中受擠壓隆起，形成“銀川古斷隆”，黃河斷裂為古隆起的東邊界(寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1990;李克勤，1992;湯錫元等，1992;李清河等，1999)。從斷裂兩側(cè)中生代地層分布看，此時(shí)黃河斷裂可能活動(dòng)強(qiáng)烈，向下深切割，并起到控制性作用，而進(jìn)入新生代以來，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力由擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺?，?gòu)造活動(dòng)向以賀蘭山東麓斷裂為主的多條斷裂上遷移分解，黃河斷裂的活動(dòng)相對(duì)變?nèi)?，銀川地塹開始形成發(fā)育?，F(xiàn)今所揭示的深大斷裂，可能是黃河斷裂在漫長(zhǎng)地質(zhì)演化歷史中構(gòu)造形跡的綜合顯示。

4 結(jié)論

(1)在黃河斷裂北段陶樂鎮(zhèn)，鉆探揭示出2條向下相交的斷裂。分支斷裂上斷點(diǎn)埋深為25.6～36.5m，晚更新世沒有活動(dòng);主斷裂的上斷點(diǎn)埋深為6.3～15.5m，活動(dòng)時(shí)代為晚更新世末或全新世，晚更新世以來累計(jì)垂直位移0.96m，平均滑動(dòng)速率0.04mm/a。和南段靈武斷裂相比，北段活動(dòng)規(guī)模相對(duì)較小，黃河斷裂北段的活動(dòng)強(qiáng)度明顯低于南段。

(2)銀川盆地是4條主要斷裂長(zhǎng)期共同活動(dòng)的結(jié)果，不同斷裂不同段落在不同時(shí)期的組合活動(dòng)共同塑造了銀川盆地不同部位的特殊結(jié)構(gòu)。在銀川盆地?cái)嗔洋w系中，晚第四紀(jì)以來以賀蘭山東麓斷裂活動(dòng)為最強(qiáng)，其次為黃河斷裂南段，再次為銀川隱伏斷裂和蘆花臺(tái)隱伏斷裂。黃河斷裂最大潛在地震震級(jí)為7級(jí)，盡管為銀川盆地內(nèi)切割最深、長(zhǎng)度最大的斷裂，但其發(fā)震能力并不為最強(qiáng)，要弱于切割相對(duì)淺的賀蘭山東麓斷裂。

(3)巖石圈的區(qū)域性伸展引起銀川盆地整個(gè)地殼的伸展斷陷，但上下地殼的伸展變形具有明顯的分層性。上地殼由數(shù)條脆性正斷裂控制，而下地殼則由2條韌性剪切帶控制。銀川盆地的深淺部構(gòu)造變形可用地殼雙層伸展模式來理解。而黃河斷裂的深切割可能是其在中生代強(qiáng)烈活動(dòng)的結(jié)果。

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