大柴旦—托素湖斷裂帶遙感解譯及其晚更新世活動(dòng)特征研究*

姚生海，黃 偉，姜文亮，王 鑫

(1.青海省地震局，青海西寧810001;2.中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，北京100085)

0 引言

青藏高原在新生代逆沖推覆構(gòu)造變形、地殼縮短增厚和高原隆升過(guò)程中具有自高原腹地向周邊地區(qū)擴(kuò)展趨勢(shì)。新生代晚期逆沖推覆構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要發(fā)生于青藏高原周緣地區(qū)，如青藏高原南側(cè)喜馬拉雅山前中新世早期發(fā)育主中央逆沖斷裂、中新世中晚期發(fā)育主邊界逆沖斷裂、第四紀(jì)發(fā)育主前緣逆沖斷裂 (吳珍漢等，2007b)。大量觀測(cè)資料表明，青藏高原北側(cè)柴達(dá)木盆地北緣地區(qū)發(fā)育多期逆沖推覆構(gòu)造，新生代逆沖推覆構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)柴達(dá)木盆地形成演化具有重要的控制作用(吳珍漢等，2007a)。自北西向南東主要包括大柴旦—宗務(wù)隆山斷裂、柴達(dá)木盆地北緣斷裂、大柴旦—托素湖斷裂、宗務(wù)隆山南緣斷裂等 (袁道陽(yáng)，2003)，眾多的逆沖推覆構(gòu)造晚更新世以來(lái)活動(dòng)強(qiáng)烈，曾發(fā)生多次破壞性地震。自2003年德令哈西6.6級(jí)地震以來(lái)，德令哈至大柴旦地區(qū)發(fā)生3次6級(jí)以上地震，青海省地震局等相關(guān)單位進(jìn)行了震后地質(zhì)調(diào)查，認(rèn)為其發(fā)震斷裂為大柴旦—宗務(wù)隆山斷裂①青海省地震局.2003.2003年4月17日德令哈西6.6級(jí)地震科學(xué)考察報(bào)告.(孫洪斌等，2003;李智敏等，2010)，但2003年德令哈6.6級(jí)地震的余震分布與大柴旦—托素湖斷裂帶方向基本一致。本文通過(guò)遙感解譯、野外地質(zhì)調(diào)查等，在大柴旦—托素湖一帶發(fā)現(xiàn)第四紀(jì)最新活動(dòng)的重要證據(jù)，認(rèn)為大柴旦—托素湖斷裂晚更新世以來(lái)活動(dòng)強(qiáng)烈，可能是發(fā)生多次破壞性地震的發(fā)震構(gòu)造。

1 大柴旦—托素湖斷裂帶概述

大柴旦—托素湖斷裂帶西起大柴旦北部山前地帶，向東南方向延伸經(jīng)莫和灘南緣、石底泉槽地、可魯克湖東南，全長(zhǎng)210 km左右，總體走向呈北西—東西—南東，為一平臥的反“S”型，走向呈舒緩波狀，貫穿并利用了柴北緣褶帶、歐龍布魯克臺(tái)隆中原有的凹陷和斷裂形跡而具有新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) (青海省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991)。

大柴旦—托素湖斷裂帶西段起始于大柴旦東北部山前地帶，向東南方向延伸經(jīng)莫和灘南緣，由多條不連續(xù)的次級(jí)斷層組成，主要控制前白堊(AnK)系的分布。斷裂中段西起大煤溝附近，向南東經(jīng)羊腸子溝口的無(wú)名泉、雷達(dá)站，沿歐龍布魯克山北緣向東延伸，經(jīng)俄博山、懷頭他拉煤礦、南泉水梁，終止于托素湖東南。東段由一條基本連續(xù)的骨干斷裂組成，主要發(fā)育在中新統(tǒng)及上新統(tǒng)之中，局部隱伏于第四系之下 (青海省地質(zhì)局，1978a，b)(圖 1)。

2 大柴旦—托素湖斷裂帶遙感解譯特征

大柴旦—托素湖斷烈?guī)Ш叫l(wèi)片解譯表明，沿?cái)嗔褞r體破碎，山緣高差界線平直，斷層三角面、埡口、斷層谷地發(fā)育。斷裂西段彎曲，中、東段延伸相對(duì)舒展，總體呈NWW向展布，傾向SW，傾角74°左右，具有強(qiáng)烈的擠壓逆沖特征。

大柴旦—托素湖斷裂西段西起大柴旦鎮(zhèn)東北附近，向東南經(jīng)大柴旦水泥廠向東至綠草山煤礦，斷裂帶轉(zhuǎn)為近東西向展布。在大柴旦鎮(zhèn)東北，該斷裂斷錯(cuò)山前沖洪積扇，形成高約0.8～1.2 m的斷層陡坎，陡坎走向NW，垂直于山前洪積扇，但未能在沖溝內(nèi)發(fā)現(xiàn)斷錯(cuò)跡象 (圖2)。

在大柴旦東南山前地帶出現(xiàn)平直斷層陡坎地貌 (圖3)，河流發(fā)生下切侵蝕，而側(cè)向侵蝕作用較弱，因而谷坡較陡，河谷成深切“V”字型，反映了該區(qū)段構(gòu)造活動(dòng)性比較強(qiáng)烈。

大柴旦—托素湖斷裂斷裂中段西起大煤溝附近，向南東經(jīng)羊腸子溝口的無(wú)名泉、雷達(dá)站，沿歐龍布魯克山北緣向東延伸，經(jīng)俄博山、懷頭他拉煤礦、南泉水梁，終止于連湖東南。在綠草山煤礦至新生煤礦附近，斷裂走向轉(zhuǎn)為北西向，遙感影像中山前線性斷層三角面非常清晰 (圖4)。

由綠草山煤礦向東至可魯克湖西，斷裂出現(xiàn)分支現(xiàn)象，分別為南部的山前斷裂及北側(cè)的斷裂，共同控制了中間的背斜構(gòu)造 (圖5)。在可魯克湖西，遙感影像中構(gòu)造地貌特征比較清晰，沿?cái)嗔褞Оl(fā)育有洪積扇、斷層陡坎、破裂帶等微地貌特征，并多處呈現(xiàn)一定的負(fù)地形沉積盆地，對(duì)盆地的形成和發(fā)展具有強(qiáng)烈的控制作用;斷裂在地貌上產(chǎn)生了非常清晰的洪積扇陡坎地貌，沿北西方向展布 (圖6)，陡坎前緣洪積扇規(guī)模較小。在可魯克湖與托素湖之間，斷層控制了兩湖之間的分界線，形成了線性陡坎地貌，斷裂兩側(cè)湖泊沉積環(huán)境及地形地貌具有明顯的差異 (圖7)。

圖3 大柴旦—托素湖斷裂山前陡坎地貌Fig.3 Piedmont scarp geomorphology of the western segment of Dachaidan-Tuosu Lake Fault

圖4 大柴旦—托素湖斷裂中段山前陡坎地貌Fig.4 Piedmont scarp geomorphology of the middle segment of Dachaidan-Tuosu Lake Fault

圖5 大柴旦—托素湖斷裂帶控制的背斜構(gòu)造Fig.5 The anticline structure under the control of Dachaidan-Tuosu Lake Fault

圖6 可魯克湖西部陡坎地貌Fig.6 The scarp geomorphology of the western part of Keluke Lake

圖7 可魯克湖與托素湖之間陡坎地貌Fig.7 Scarp geomorphology between Keluke Lake and Tuosu Lake(red dotted line is the location of interpret fault)

大柴旦—托素湖斷裂東段由一條基本連續(xù)的骨干斷裂組成，主要發(fā)育在中新統(tǒng)及上新統(tǒng)之中，局部隱伏于第四系之下。在托素湖和尕海湖之間，由于湖相沉積所覆蓋而呈半隱伏狀態(tài)，斷裂帶遙感影像線性不是很明顯。不過(guò)斷裂帶的發(fā)育對(duì)所經(jīng)區(qū)域的水系邊界有比較明顯的控制作用，特別是控制了幾個(gè)小型湖泊的分布，呈串珠狀發(fā)育。斷裂帶基本隱伏于第三系和第四系湖相沉積層之下，但是仍然控制了托素湖與可魯克湖之間水系的發(fā)育，并沿傾覆褶皺的邊界分布 (圖8)。

圖8 大柴旦—托素湖斷裂控制水系分布Fig.8 The water system distribution controlled by Dachaidan-Tuosu Lake Fault

遙感解譯表明:大柴旦—托素湖斷裂西段主要發(fā)生在侏羅系與第三系之中或之間;中段發(fā)生在震旦系與上第三系之間，或者石炭系與上第三系之間;斷裂東段發(fā)生在上第三系之中，局部被第四系覆蓋。

3 新活動(dòng)特征研究

野外考察發(fā)現(xiàn)，大柴旦—托素湖斷裂活動(dòng)的微地貌顯示具有較好的連續(xù)性，如懷頭他拉煤礦一帶 (37.428°N，96.225°E)可見(jiàn)石炭系中、上統(tǒng)灰?guī)r夾頁(yè)巖、煤線地層逆沖于第三系泥質(zhì)巖之上，形成較大的山緣高差 (圖9)，該處可見(jiàn)基巖崩塌極為發(fā)育。大柴旦—托素湖斷裂沿線呈現(xiàn)槽狀、坑狀凹地地貌，泉水發(fā)育，并且覆蓋于第三系之上的礫石層已被斷錯(cuò)。

大柴旦—托素湖斷裂在雷達(dá)站附近，地貌顯示大柴旦—托素湖斷裂存在兩個(gè)平行的斷面，兩者相距約40 m，表現(xiàn)為斷層三角面連續(xù)展布，斷坎、斷層谷發(fā)育。其中南側(cè)一條斷層坎發(fā)生在礫石層上，斷坎高度穩(wěn)定，一般在1.7 m左右。在斷層陡坎下開(kāi)挖的探槽證實(shí)了斷層的存在，并且發(fā)育3個(gè)次級(jí)斷面 (圖10)，其中3個(gè)斷面傾向南，傾角46°～60°。

圖9 懷頭他拉煤礦一帶大柴旦—托素湖斷層剖面照片 (a)及素描圖 (b)(鏡向WN)Fig.9 The profile photo(a)and sketch map(b)of Dachaidan-Tuosu Lake Fault in the area of Huaitoutala coal mine(mirror at WN)

圖10 雷達(dá)站西探槽剖面素描圖Fig.10 The sketch map of exploratory trench profile of Dachaidan-Tuosu Lake Fault at the west of radar station

大柴旦—托素湖斷裂在南泉水梁 (37.205°N，96.70°E)形成近東西向高約7 m的鼓梁，沿泉水出露形成約40～50 m的斷裂破裂帶 (圖11)。

圖11 南泉水梁斷層照片(a)及剖面(b)(鏡向E)Fig.11 Photos(a)and section sketch(b)of Pachaidan-Tuosu Lake Fault at the south spring beam(mirror at E)

斷層特征:(1)斷層產(chǎn)狀:210°∠65°。(2)斷裂最新活動(dòng)沿第三系泥巖巖與第四系礫石層之間發(fā)育，第三系泥質(zhì)砂巖逆沖于第四系礫石層之上，形成約1.5 m斷距。(3)斷面處上盤(pán)礫石層定向排列，礫石層層理雜亂不清，松散未膠結(jié)。(4)斷層沿線形成高約10 m斷層陡坎，斷層沿線泉水出露。

初步分析認(rèn)為，該斷裂晚更新世—全新世活動(dòng)明顯。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)大柴旦—托素湖斷裂帶較詳細(xì)的航片解譯及野外的追蹤考察，對(duì)斷裂帶的新活動(dòng)特征取得了初步的認(rèn)識(shí):大柴旦—托素湖斷裂帶衛(wèi)星影像斷裂跡象清晰、明顯，沿線發(fā)育線性陡坎、斷層三角面發(fā)育。該斷裂帶為區(qū)域性斷裂，具有明顯的逆沖性質(zhì)，屬于本區(qū)NNW—NWW向的柴達(dá)木盆地北緣活動(dòng)斷裂系內(nèi)的一條次級(jí)擠壓構(gòu)造。斷裂帶長(zhǎng)約210 km，走向NE，在地貌上形成了明顯的線性延伸的斷層陡坎，沿線斷層泉發(fā)育，初步推測(cè)該斷裂為晚更新世一全新世活動(dòng)斷裂。依據(jù)該斷裂的長(zhǎng)度、活動(dòng)性，根據(jù)構(gòu)造類比，判斷該斷裂具備發(fā)生7.0～7.5級(jí)地震的構(gòu)造條件。

李智敏，屠泓為，田勤儉，等.2010.2008年青海大柴旦6.3級(jí)地震及法陣背景研究［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，(03):768-774.

青海省地質(zhì)局.1978a.區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，德令哈舊址幅(10-47-26).

青海省地質(zhì)局.1978b.區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，托素湖幅(10-47-25).

青海省地質(zhì)礦產(chǎn)局.1991.青海省區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京:地質(zhì)出版社.

孫洪斌，張鐵軍，都昌庭.2003.德令哈6.6級(jí)地震的地震地質(zhì)災(zāi)害及發(fā)震構(gòu)造分析［J］.高原地震，(3):33-41.

吳珍漢，葉培盛，胡道功，等.2007a.青藏高原北部風(fēng)火山花崗斑巖鋯石U-Pb同位素測(cè)年及其地質(zhì)意義［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，21(3):435-442.

吳珍漢，葉培盛，趙文津，等.2007b.東昆侖南部晚新生代逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng)［J］.地質(zhì)通報(bào)，26(4):448-456.

袁道陽(yáng).2003.青藏高原東北緣晚新生代以來(lái)的構(gòu)造變形特征與時(shí)空演化［D］.北京:中國(guó)地震局地質(zhì)研究所.