南天山低角度逆斷層古地震破裂變形模式1

李　安　楊曉平　冉勇康　黃偉亮　張　玲徐良鑫劉華國　李勝強(qiáng)1）中國地震局地殼應(yīng)力研究所，地殼動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085中國地震局地質(zhì)研究所，活動構(gòu)造與活動火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1000293）陜西省地震局，西安 710068中國地震局震害防御中心，北京 100029

南天山低角度逆斷層古地震破裂變形模式1

李安1，2）楊曉平2）冉勇康2）黃偉亮2）張玲2）徐良鑫3）劉華國4）李勝強(qiáng)2）
1）中國地震局地殼應(yīng)力研究所，地殼動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085
2）中國地震局地質(zhì)研究所，活動構(gòu)造與活動火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029
3）陜西省地震局，西安 710068
4）中國地震局震害防御中心，北京 100029

李安，楊曉平，冉勇康，黃偉亮，張玲，徐良鑫，劉華國，李勝強(qiáng)，2016.南天山低角度逆斷層古地震破裂變形模式.震災(zāi)防御技術(shù)，11（2）：173—185.doi：10.11899/zzfy20160201

近年來逆沖型破壞性地震頻發(fā)，這對于逆沖型破裂的古地震研究方法提出了新的要求。由于逆斷層角度的變化，在地震中可能表現(xiàn)出截然不同的破裂樣式。通過對南天山大量古地震探槽開挖和古地震事件分析研究中發(fā)現(xiàn)，低角度逆斷層的古地震具有一些常見的破裂類型。本文中挑選了位于南天山三個(gè)重要山前逆斷裂褶皺帶：西段柯坪推覆系、中段庫車坳陷的秋里塔格褶皺帶和東段焉耆盆地北緣和靜逆斷裂褶皺帶的7個(gè)典型探槽剖面，對這類低角度逆斷層的古地震進(jìn)行變形模式、事件識別和位移量計(jì)算的總結(jié)歸納。低角度逆斷層古地震破裂具有以下幾種樣式并具有各自識別古地震事件和計(jì)算位移量的方法：①一條斷面對應(yīng)一次事件的破裂形式，利用斷面上斷點(diǎn)位置識別古地震事件并判斷事件的先后順序。每個(gè)斷面各自的位移量正好代表一次事件的位移量。②單條斷面多次破裂的樣式可以通過上下不同地層的位錯(cuò)量差異判斷古地震事件，各個(gè)相鄰地層之間的位錯(cuò)量差值代表古地震事件的位移量。③多條斷面同時(shí)破裂的情況表現(xiàn)為多條斷面被相同一套地層覆蓋，事件位移量為多條斷面的位錯(cuò)量之和。④撓曲變形和“推土機(jī)”作用是低角度逆斷層古地震破裂常見的變形方式，這部分變形量不能忽略，可以通過線平衡和面平衡方法獲得斷層水平縮短量。

古地震低角度逆斷層南天山

引言

近年來逆沖型破壞性地震頻發(fā)，如1999年臺灣集集MW7.5級地震（Chen等，2007）、2005年巴基斯坦克什米爾MW7.6級地震（Jayangondaperumal等，2007）、2008年汶川MW7.9級地震（Xu等，2009）和2013年MW6.6級蘆山地震（陳立春等，2013）。因此對于這種逆沖型地震的發(fā)震構(gòu)造研究就顯得尤為迫切和重要。常規(guī)地震研究中（Yeats等，1997；鄧起東等，2008；McCalpin，2009）是通過古地震方法確定發(fā)震斷層的大地震活動歷史和斷層滑動速率。但是由于逆斷層角度的變化，在地震中呈截然不同的破裂樣式。同時(shí)在逆斷層中還常常伴隨著褶皺的變形，甚至于部分地震僅表現(xiàn)為地表褶皺變形（褶皺地震或盲斷型地震）。如2013年MW6.6蘆山地震、1906年新疆瑪納斯7.7級地震、1949年新疆庫車7.4級地震和1944年阿根廷圣胡安7.4級地震等（Philip等，1983；Stein等，1989；張培震等，1994；Shaw等，1999；Guzofski等，2007；徐錫偉等，2013）。因此如何正確估計(jì)逆沖型地震的單次位錯(cuò)量和事件次數(shù)，對評估逆斷層發(fā)震構(gòu)造能力具有重要意義。

天山構(gòu)造帶發(fā)育大量的逆斷層-褶皺帶，且具有強(qiáng)烈的活動性。20世紀(jì)90年代，從北天山的工作中獲得了大量的研究結(jié)果（Molnar等，1975，1978，1989；Tapponnier等，1977，1978；Avouac等，1993；Hendrix等，1994；鄧起東等，1999）。南天山相關(guān)工作相對落后，但是自南天山地區(qū)有歷史地震記錄以來（1853年），共發(fā)生6級以上地震58次，7級以上地震7次，8級以上地震1次（1902年阿圖什81/4級）（中國地震簡目，2000），這表明這一地區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造活動十分強(qiáng)烈（Burtman等，1996；Stephen等，2002；楊曉平等，2000；2001；2006；2008；沈軍等，2003；冉勇康等，2006；汪新等，2002；2005）?，F(xiàn)今的GPS觀測數(shù)據(jù)顯示，帕米爾高原和塔里木板塊向北運(yùn)動速率約20mm/a，而中天山向北東運(yùn)動速率約9.6mm/a，因此南天山地區(qū)每年吸收了約10mm的地殼縮短量（王琪等，2000；王敏等，2003；王曉強(qiáng)等，2005），預(yù)示著南天山必然是破壞性地震高發(fā)地區(qū)，亦是需要重點(diǎn)關(guān)注的地區(qū)。所以對于這樣的地震頻發(fā)地區(qū)研究其古地震破裂模式，對預(yù)測未來地震的破壞性和破壞形式具有重要的意義。本文通過總結(jié)在南天山西段的柯坪逆斷裂褶皺帶、中段的庫車秋里塔格逆斷裂褶皺帶和東段的焉耆盆地內(nèi)和靜逆斷裂褶皺帶的山前主斷裂上開挖的探槽，試圖揭示多種低角度逆斷層的典型古地震變形樣式，為低角度逆斷層的發(fā)震構(gòu)造研究提供參考。

1　地質(zhì)背景

天山造山帶新生代構(gòu)造樣式呈現(xiàn)花狀逆沖特征，但逆沖構(gòu)造樣式在山前坳陷區(qū)內(nèi)和相鄰地塊直接接觸區(qū)并不相同。在坳陷盆地以外天山山體與塔里木板塊以高角度逆斷裂的形式接觸，不發(fā)育多排褶皺帶如北天山山前的四固南斷裂和南天山山前的庫爾勒斷裂、興地?cái)嗔眩◤埮嗾鸬龋?996）。天山山前坳陷內(nèi)以多排逆斷裂-褶皺帶逐漸向山前坳陷中擴(kuò)展，在天山南北麓山前坳陷中均發(fā)育有三至四排近東西向山前逆斷裂-褶皺帶。這些褶皺帶包括天山北麓烏魯木齊坳陷中的安集海-獨(dú)山子背斜、霍爾果斯-瑪納斯-吐谷魯背斜和齊古的山麓背斜帶（鄧起東等，2000）；天山南麓喀什岰陷中柯坪地區(qū)的多排逆斷裂-褶皺帶和庫車坳陷中的亞肯背斜、秋里塔格背斜帶以及位于焉耆盆地內(nèi)的和靜背斜等，在這些逆斷裂-褶皺帶內(nèi)，斷層以低角度破裂為主。南天山山前的低角度逆斷裂褶皺帶表現(xiàn)出很強(qiáng)的活動性，自西向東地殼縮短速率分別為西段柯坪推覆系的15.4—17.3mm/a（楊曉平等，2006）；中段庫車坳陷的10.4—14.2mm/a（Burchfiel等，1999）和東段焉耆盆地的2.9mm/a（王曉強(qiáng)等，2005；李安等，2011）。同時(shí)這些坳陷區(qū)常常是新疆人口稠密地區(qū)，使得對于低角度逆斷層古地震破裂樣式的研究具有相當(dāng)?shù)默F(xiàn)實(shí)意義。筆者討論的南天山低角度逆斷層古地震破裂樣式的研究地點(diǎn)均位于這些坳陷內(nèi)。

圖1　天山地區(qū)構(gòu)造和探槽地點(diǎn)圖（據(jù)楊曉平等，2008修改）Fig.1　The geological map of Tianshan area and sites of trenches（Yang Xiaoping et al.，2008）

2　南天山古地震探槽

古地震事件分析的依據(jù)較多，其中最為重要的是古地震的崩積楔、坎前堆積和生長地層。逆斷層破裂會造成上下盤高度差，同時(shí)發(fā)生的上盤物質(zhì)因臨空面崩塌到下盤陡坎下堆積形成的地質(zhì)單元即為崩積楔。崩積楔物質(zhì)雜亂無層理無分選，物質(zhì)組成和上盤某個(gè)或多個(gè)地層物質(zhì)相似?？睬岸逊e被認(rèn)為是地震后到下次地震前較長時(shí)間段的順坡堆積物。陡坎上盤物質(zhì)在水或風(fēng)的搬運(yùn)作用下，在陡坎下低洼處和背風(fēng)面形成的堆積物。物質(zhì)一般為細(xì)顆粒，有可能存在順坡向?qū)永?。生長地層可作為一種特殊的坎前堆積，在堆積量很大的情況下，坎前堆積不僅局限于下盤低洼處，而是覆蓋了整個(gè)下盤甚至于上盤也有沉積的現(xiàn)象。此外地層與斷層的切蓋關(guān)系也是判斷古地震事件的重要標(biāo)志。由于斷層傾角很小，在古地震發(fā)生時(shí)低角度逆斷層常常產(chǎn)生較大的水平縮短。隨著古地震事件的增加對老斷層陡坎改造較大，很多情況下難以恢復(fù)古地震變形，在開挖大量探槽的情況下，筆者在柯坪推覆系的柯坪塔格山前，庫車坳陷的東秋里塔格褶皺帶和焉耆盆地的和靜逆斷層褶皺帶（圖1）一共挑選了7個(gè)探槽進(jìn)行分析，以求揭示低角度逆斷層的古地震破裂變形樣式。

2.1柯坪探槽

柯坪推覆系位于南天山西段，古地震研究顯示柯坪推覆系全新世以來存在多次古地震事件，尤其是最南側(cè)的柯坪塔格山前斷裂具有最強(qiáng)的古地震活動性（李安等，2011）。通過地球物理探測和古地震探槽開挖都顯示出該斷裂為低角度的逆斷層。探槽中的斷面甚至只有10—15°的傾角。該斷裂上開挖的多個(gè)探槽顯示，這些古地震事件的具有不同的破裂樣式。

KPTC1探槽位于東柯坪塔格斷裂的三岔口附近。探槽位于三級山前沖積扇上，拔河高度約6—10m，沖積扇面上的陡坎高度約3.7m，沖積扇為晚更新中期形成的。在KPTC1探槽揭露了5個(gè)地質(zhì)單元（圖2），其中三個(gè)古地震事件的地質(zhì)單元（U3-1，U4-1和U5）的變形程度不同（李安等，2011），U3-1崩積楔僅殘留下盤部分；U4-1崩積楔被斷層面斷錯(cuò)；U5為較平緩的坎前堆積。逐次恢復(fù)古地震事件，該探槽揭露出在U2古地表層形成以后發(fā)生了第一次古地震事件，事件造成1m左右的位錯(cuò)（U3-1崩積楔粗粒部分高度），上盤U2層崩塌到下盤U2層上堆積U3-1崩積楔的礫石混雜堆積物，而其下覆的U2-1和U1層發(fā)生彎曲褶皺變形，使得在斷層附近地層加厚。地震之后并未形成一個(gè)穩(wěn)定的沉積層，僅受到地表陡坎上的雨水片流沖刷，在崩積楔上部形成U3-2細(xì)粒堆積物；第二次古地震事件，錯(cuò)斷U3-1崩積楔并使得上盤U3-1崩積楔物質(zhì)和斷層附近的U2層一起塌落形成了U4-1崩積楔，從U4-1崩積楔的高度分析，該次古地震的位錯(cuò)量也在1m左右，第二次古地震后順坡堆積了U4-2層；第三次（最新次）古地震事件，U4-1崩積楔和U4-2層發(fā)生變形和斷錯(cuò)并在U4-2層上形成U5崩積楔，并蓋住斷層面。由于之前的兩次古地震累計(jì)的陡坎高度已經(jīng)到達(dá)2m左右，同時(shí)陡坎的寬度也已經(jīng)較寬，所以崩積楔U5主要堆積在坎下，厚度較小。根據(jù)U2層積累了三次地震的變形，形成3m的垂直位錯(cuò)量；U4-2層積累了一次事件的變形，考慮地貌面上盤流剝蝕左右，估計(jì)最新事件位移量應(yīng)略大于該陡坎高度，在1m左右。因此前兩次古地震事件的總垂直位錯(cuò)約2m，第三次事件垂直位移約1m，單次事件垂直位移約1m左右（圖2）。

圖2　KPTC1探槽剖面（李安等，2011）Fig.2　KPTC1 trench profile（Li An et al.，2011）

KPTC2探槽位于KPTC1旁邊約70m的二級沖積扇面上。斷層在沖積扇面上形成了復(fù)式陡坎。KPTC2探槽剖面由下至上揭露7個(gè)地層單元（圖3）。其中U1-U4為序列沖積相沉積。U5—U7均為雜亂崩積楔，與古地震事件相關(guān)聯(lián)。探槽剖面上揭露了三條斷層面。F1斷層傾角約18—20°，斷錯(cuò)U1—U5貫通至地表。利用U3、U4和U5底界計(jì)算的斷層滑動量分別為1.9m，1.7m和0.9m，U5為崩積楔且位錯(cuò)量約為下覆U3、U4的一半，因此F1斷面至少經(jīng)歷了兩次斷層活動，前一次為0.8—1m，后一次為0.9m。F2斷面頂部被U7蓋住，斷錯(cuò)的U3和U4底界計(jì)算的F2滑動量相似，各為2.7m和2.6m，僅反映一次變形。F3也直接斷錯(cuò)到地表，包括U6和U7兩個(gè)崩積楔，至少包含兩次變形，最新變形斷錯(cuò)U7貫通至地表，位錯(cuò)約0.7m。前一次事件斷錯(cuò)U3和U4，底界位錯(cuò)約1.8—1.9m，之后堆積U5。

圖3　KPTC2探槽剖面（Li等，2013）Fig.3　KPTC2 trench profile（Li et al.，2013）

KPTC3探槽位于西柯坪塔格斷裂的西克爾鎮(zhèn)附近的二級沖積扇前緣。斷層陡坎和沖積扇面前緣重合，所以在探槽地層中上盤多了一套U3地層（二級洪積扇疊加地層）。斷層在探槽中形成兩條斷層面F1和F2。F1斷層在西壁表現(xiàn)為兩個(gè)分支，分別具有1m和1.4m的斷層位移（以U2底界測量），斷層并未變形到地表，斷層面被U4崩積楔蓋?。▓D4），該斷層面應(yīng)該經(jīng)歷兩次古地震事件。第一次事件中F1斷層變形量為0.8m。事件后堆積了U4崩積楔，第二次事件中F1斷層變形量約1.1m。F1斷層面附近地層也具有少量的褶皺變形，但主要還是以斷錯(cuò)變形為主。對于F2斷層，斷層均斷錯(cuò)U4層后被U5崩積楔蓋住。同時(shí)U4的斷錯(cuò)量明顯小于下部地層，西壁中以U2和U4作標(biāo)志獲得的斷層位移量分別為3.2m和2.5m（圖4）。F2斷層也經(jīng)歷了相同兩次古地震事件。所以從地層和崩積楔分析，兩次古地震事件時(shí)F1和F2都發(fā)生了破裂，第一次事件斷錯(cuò)沉積地層U1—U3，F(xiàn)1和F2分別變形了0.8—2.4m 和0.7—1.6m；之后堆積了U4崩積楔，第二次事件時(shí)F1和F2又都分別發(fā)生1.1m和1.8—2.5m的位移量，之后堆積了U5崩積楔。

2.2庫車探槽

KCTC1探槽位于東秋里塔格山前的二級沖洪積扇上高度約1.5m的斷層陡坎（圖5），該探槽中揭露出5套地層，一個(gè)推覆楔（W1），3個(gè)坎前堆積和5條斷層（圖5）。揭露出3次古地震事件，事件分析如下：

事件1：F2—F5斷層同時(shí)錯(cuò)動（F1斷層也可能發(fā)生錯(cuò)動），斷錯(cuò)U5、U4層和U2-2的底部，在斷層的下盤形成U2-1的透鏡狀坎前堆積；

事件2：發(fā)生在U1堆積之后，事件斷錯(cuò)U1及其以下地層，并形成W1崩積楔；

圖4　KPTC3探槽剖面（李安，2013）Fig.4　KPTC3 trench profile（Li An，2013）

事件3：F1斷層再次發(fā)生錯(cuò)動，造成W1崩積楔的變形，同時(shí)U1層發(fā)生撓曲變形；

圖5　KCTC1探槽剖面（李勝強(qiáng)，2015）Fig.5　KCTC1 trench profile（Li Shengqiang，2015）

KCTC2探槽位于東秋里塔格山前的一級沖洪積扇面上。扇面上有高0.6m的斷層陡坎。KCTC2探槽揭露出7套地層，2個(gè)崩積楔和2個(gè)不整合面（圖6）。

根據(jù)地層對比，該探槽中U5、U6和U7層略有膠結(jié)，為中更新世或晚更新世早期砂礫石，U1—U4還處于松散狀態(tài)，為全新世或晚更新世末的砂礫石。探槽中至少揭露出從老到新的5次事件：

事件1：發(fā)生在U6層沉積之后，U5層堆積之前，此次事件中F2、F4斷層發(fā)生錯(cuò)動，使得U6彎曲變形，之后U5不整合覆蓋于U6之上，形成不整合面。

事件2：F1斷層發(fā)生錯(cuò)動（F2、F3、F4也可能參與活動），錯(cuò)斷U7、U6和U5層，使U5、U6、U7進(jìn)一步彎曲變形，U5層在靠近f1斷層的位置發(fā)生倒轉(zhuǎn)，使U7層靠近F1斷層的位置進(jìn)一步發(fā)生彎曲變形。

事件3：F4斷層發(fā)生錯(cuò)動（F3也可能參與活動），錯(cuò)斷U2—U6層，在U2層上堆積了W2崩積楔，崩積楔高約0.3m。事件發(fā)生在U2層堆積之后，U1層堆積之前。

事件4：U1層堆積之后，F(xiàn)4斷層再次發(fā)生錯(cuò)動，在斷層的下盤形成崩積楔W1，崩積楔厚度0.35m。

事件5：F4斷層再次發(fā)生錯(cuò)動，錯(cuò)斷崩積楔W1。

在多次事件的間隔時(shí)期里，上盤地層一直存在較大的剝蝕作用，致使上盤缺失了U2—U4地層，同時(shí)形成了兩個(gè)角度不整合面。

圖6　KCTC3探槽（李勝強(qiáng)，2015）Fig.6　KCTC3 trench profile（Li Shengqiang，2015）

2.3和靜探槽

和靜探槽位于和靜逆斷裂-褶皺帶南翼的主斷裂上。主斷裂在哈爾莫敦背斜前分為三個(gè)斷層陡坎，相鄰兩條陡坎間隔約500m。最南側(cè)陡坎最高4m，并一直延伸到了高漫灘，在高漫灘形成了0.5—0.6m的陡坎；中間一條陡坎高1.1m；最北側(cè)的斷層陡坎高度1.7—1.8m。

HJTC1探槽位于哈爾莫敦背斜主逆斷裂中北側(cè)一條斷層陡坎上，陡坎高度1.7—1.8m（圖7）。剖面上斷層傾向北，傾角均為30°，可以見到兩個(gè)較清晰的斷層礫石定向帶，寬約10—30cm。斷層錯(cuò)斷了前次事件殘留的斷層堆積楔，斷層礫石定向一直到達(dá)地表表土層下，因此該探槽可以辨認(rèn)出兩次古地震事件，第一次事件形成斷層坎前堆積A，此時(shí)坎前堆積A以不整合接觸形式堆積在U2層之上，之后的第二次事件將其再次錯(cuò)斷，并使上盤U2層推覆到坎前堆積A之上，表現(xiàn)為斷層接觸。根據(jù)坎前堆積厚度估計(jì)，第一次事件垂直位錯(cuò)量在1m左右；坎前堆積錯(cuò)斷量初步估計(jì)，第二次事件垂直位移0.5—0.6m；按面積法計(jì)算的后一次地震水平縮短約1.12m。

圖7　HJTC1剖面（李安，2010）Fig.7　HJTC1 trench profile（Li An，2010）

HJTC2探槽也位于哈爾莫敦背斜主逆斷裂南側(cè)斷層陡坎上，此處T1階地上斷層陡坎高4m。該探槽內(nèi)至少揭露了四次古地震事件（圖8），在斷層帶附近一共形成了3個(gè)被斷錯(cuò)的崩積楔。過程為：沉積U1地層后，發(fā)生B事件形成B1崩積楔，之后沉積U2地層，斷層陡坎被完全填平；之后發(fā)生C事件形成C1崩積楔和坎前堆積、D事件形成D1崩積楔及其坎前堆積；E事件斷錯(cuò)D1崩積楔被地表的U3層覆蓋。利用U1頂面計(jì)算的探槽中地震總縮短量約5.5—6.7m。

圖8　HJTC2探槽（李安等，2015）Fig.8　HJTC2 trench profile（Li An et al.，2015）

3　常見破裂類型分析

3.1單條斷面多次破裂

單條斷層多次破裂是最為常見的古地震破裂形式之一。無論是正斷層、逆斷層或走滑斷層都能發(fā)現(xiàn)這種破裂樣式。在柯坪塔格斷裂，秋里塔格斷裂以及和靜逆斷裂中均有發(fā)現(xiàn)。在這種破裂樣式中斷裂主要以一條清晰的斷層面或者以兩條或多條斷面組成的狹窄破裂帶出現(xiàn)（圖2、5、7）。由于斷層角度小于30°時(shí)，古地震發(fā)生時(shí)并不容易造成崩塌填充型的崩積楔，更多地表現(xiàn)為地震后順坡堆積的坎前堆積（圖2中U5，圖8中B1，C1和D1），常常以細(xì)粒物質(zhì)為主，僅在底部混雜少量粗粒物質(zhì)。隨著第二次古地震事件的錯(cuò)斷，前次事件的崩積楔被斷錯(cuò)（圖4中U4）。在地震后的平靜期，位于上盤部分的崩積楔可能被剝蝕，使同一個(gè)崩積楔上盤部分較小。事件次數(shù)繼續(xù)增加，上盤的老崩積楔常常缺失，僅殘留下盤部分（圖2 中U3）。因此這種類型的破裂形式常常能獲得多次事件總位移量和最新事件的單次位移量，但是早期的古地震事件由于上盤崩積楔的缺失，難以獲得早期古地震的單次位移量。

3.2斷面和事件一一對應(yīng)

低角度逆斷層的另一種常見破裂形式是每次地震事件會產(chǎn)生一條新的破裂面。根據(jù)多條斷面的間距常表現(xiàn)為兩種形式：一種各條斷面間距較大，各條斷面間的地層相對完整且仍保存有一定層理，且地表上表現(xiàn)為多級復(fù)式陡坎（圖3）；另一種由于多條斷面間距小，變形相互影響形成一個(gè)較寬的破碎帶，帶內(nèi)地層層理被破壞或發(fā)生嚴(yán)重變形（圖6）。前一種情況下，由于復(fù)式陡坎和對應(yīng)的多條斷面清楚且具有明顯標(biāo)志層，所以有利于獲得每條斷面的位移量，同時(shí)根據(jù)斷面頂點(diǎn)位置和地層的關(guān)系很容易分辨古地震事件的先后關(guān)系。多條斷面組成的破碎帶的情況相對復(fù)雜，在斷層面清楚的情況下，通過斷面上斷點(diǎn)的位置，同時(shí)通過角度不整合和變形程度的差異，仍然可以判斷古地震事件的先后關(guān)系，但位移量可能由于破碎帶的連續(xù)形變難以確定。

3.3多條斷面對應(yīng)同一事件

在低角度逆斷層古地震破裂中，多條斷面同時(shí)破裂的情況也是比較常見的一種情況。多條斷面相距位置跨度較大，從數(shù)十厘米到數(shù)百米范圍（李安等，2014）。對于相距位置較近的多條斷面可以在一個(gè)探槽中揭露（圖4，圖7）。判斷為同一次事件形成的主要證據(jù)是斷層和地層的切蓋關(guān)系。如圖4中F1的兩支斷面均終止在U2層頂部，被U4崩積楔覆蓋，F(xiàn)2斷層斷錯(cuò)U4崩積楔，被U5崩積楔覆蓋。在這種樣式中確定哪幾條斷面同時(shí)破裂是分析事件的位移量的關(guān)鍵，以圖4分析該探槽揭露出兩次古地震事件，在最新一次事件中F2斷錯(cuò)U4崩積楔，利用U4崩積楔計(jì)算的斷面滑動量為2.5m左右。前一次事件中F1和F2三支斷面都發(fā)生了位移。其中F2面滑動量約0.7m，是通過U2層位錯(cuò)量3.2m減去最新事件的2.5m得到，而F1斷面的兩支分別發(fā)生1.0m和1.4m的位移量。事件的位移量為同次破裂的多個(gè)斷面位移量的總和。

3.4撓曲變形和局部反沖

除斷面位錯(cuò)以外，撓曲變形是低角度逆斷層古地震變形的另一種能量釋放形式。撓曲變形可以單獨(dú)出現(xiàn)，也可以伴隨斷錯(cuò)變形同時(shí)出現(xiàn)（圖6）。在強(qiáng)變形時(shí)撓曲變形的縮短量相當(dāng)甚至超過斷層面造成的縮短量。撓曲變形的縮短量需要通過對地層的復(fù)原來獲得。如果撓曲的地層厚度沒有變化，可以使用線平衡方法，利用地層上頂面或下底面拉直恢復(fù)，但是如果厚度發(fā)生變化則需要通過面積平衡方法將變形的地層面積除以地層原始厚度來獲得變形前的長度，再與變形后長度對比獲得縮短量。

局部反沖破裂是比較特殊的情況（圖5），是在主破裂之外發(fā)生的次級破裂。一般位移量較小，但在計(jì)算事件位移量時(shí)也需要予以考慮。

4　事件識別和位移量計(jì)算

在實(shí)際情況中，在同一探槽中揭露的多次事件中可能出現(xiàn)上述的多種破裂形式，在同一古地震事件中也可能同時(shí)存在斷層破裂和撓曲變形。所以如何識別低角度逆斷層古地震事件和準(zhǔn)確估計(jì)古地震事件的位移量變得非常困難。總結(jié)來說可以通過以下特征進(jìn)行低角度逆斷層事件識別和位移量計(jì)算：

（1）斷層上斷點(diǎn)位置。斷層上斷點(diǎn)位置與地層單元的關(guān)系是判斷古地震事件的重要方法。在低角度逆斷層事件的識別中同樣適用（圖6）。

（2）地層縮短和崩積楔配套。低角度逆斷層由于古地震破裂產(chǎn)生較大的縮短量，可能出現(xiàn)“推土機(jī)”式的作用，在地層較軟弱的情況下，地層擠壓變形，形成的崩積楔具有一個(gè)較陡立的后緣（圖5中W1）。在地層較堅(jiān)硬的情況下，地層不變形只斷錯(cuò)，上盤地層沿?cái)鄬用婊瑒拥较卤P相同地層上，可能不形成崩積楔，而在地震后逐漸形成坎前堆積（圖4中U2）。在“推土機(jī)”作用下還常會出現(xiàn)下盤地層的倒轉(zhuǎn)，這部分地層縮短量較大也不能忽略（圖3 的U4、圖4的U2中綠色細(xì)砂層）。

（3）斷層位錯(cuò)量差異。對于一條斷面發(fā)生多次古地震位錯(cuò)的情況，自下而上的不同地層位錯(cuò)量可能表現(xiàn)出遞減的趨勢（圖2中U2，U4和U5），這暗示著在這些地層的形成時(shí)代之間存在著古地震事件。而圖2中U4-1和U4-2斷錯(cuò)量相似沒有明顯差異，代表著連續(xù)沉積過程中沒有古地震事件。

（4）撓曲程度和不整合面。經(jīng)歷不同多次事件的撓曲變形地層常常表現(xiàn)出不同的變形強(qiáng)度。經(jīng)歷多次事件的地層變形強(qiáng)烈而僅經(jīng)歷一次事件的地層撓曲變形小，從而容易形成明顯的角度不整合，這是低角度逆斷層古地震事件的主要識別標(biāo)志（圖6）。

5　結(jié)論

通過對南天山柯坪推覆系、庫車坳陷和焉耆盆地三個(gè)區(qū)域內(nèi)7個(gè)典型低角度逆斷層古地震探槽的分析，發(fā)現(xiàn)低角度逆斷層古地震破裂具有以下幾種樣式，并具有各自識別古地震事件和計(jì)算位移量的方法：

（1）一條斷面對應(yīng)一次事件的破裂形式，利用斷面上斷點(diǎn)位置識別古地震事件并判斷事件的先后順序。每個(gè)斷面各自的位移量正好代表一次事件的位移量。

（2）單條斷面多次破裂的樣式可以通過上下不同地層的位錯(cuò)量差異判斷古地震事件，各個(gè)相鄰地層之間的位錯(cuò)量差值代表古地震事件的位移量。

（3）多條斷面同時(shí)破裂的情況表現(xiàn)為多條斷面被相同一套地層覆蓋，事件位移量為多條斷面位錯(cuò)量之和。

（4）撓曲變形和“推土機(jī)”作用是低角度逆斷層古地震破裂常見的變形方式，這部分變形量很大不能忽略，可以通過線平衡和面平衡方法獲得斷層水平縮短量。

致謝：感謝審稿人給予本文的寶貴建議。

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The Paleoearthquake Deformation Model of the Low-angle Thrust Fault in the South Tianshan

LiAn1，2），Yang Xiaoping2），Ran Yongkang2），Huang Weiliang2），Zhang Ling2），Xu Liangxin3），Liu Huaguo4）and Li Shengqiang2）
1）Key Laboratory of Crustal Dynamics，Institute of Crustal Dynamics，China Earthquake Administration，Beijing 100085，China
2）Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China
3）Earthquake Administration of Shaanxi Province，Xi’an 710068，China
4）China Earthquake Disaster Prevention Center，Beijing 100029，China

In recent year，the thrust earthquake is occurred frequently.Because the angle of thrust fault is changed，the research methods of thrust earthquake also need to be changed.The deformation model of thrust earthquake shows some different types.The more paleoearthquake researches show the low-angle thrust paleoearthquake have some familiar rupture types.In this paper，we choose seven classic profiles of earthquake trench to discuss the event recognition and the displacement of the paleoearthquake.They respectively sit in the Kalpintage fault of the Kalpin thrust system，the Qiulitage fault of the Kuqa depression and the Hejing fault of the Yanqi basin in the South Tianshan.The conclusion is that the low-angle thrust earthquake has several common models.Different models have different methods to recognition events and to calculation displacements.（1）One fault to one event correspondence model:the time sequence can be confirmed by the position of the upper faulted point.Each displacement of fault represents the displacement of one earthquake event.（2）One fault ruptured in multiple events model:event times can be decided by difference displacements of neighboring stratums and the difference of displacements of stratum represent the displacement of earthquake events.（3）Multiple faults to one event correspondence model:one stratum covered multiple faults，and the displacement of event is the total displacement of all faults.（4）The fold deformation and“bulldozer model” is also a familiar rupture model of the low-angle thrust earthquake.This deformation is not ignore and can be calculated by line balance method or area balance method.

Paleoearthquake；The low-angle thrust fault；South Tianshan

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（41402185）；中國地震局地殼應(yīng)力研究所中央級公益科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)資助項(xiàng)目（ZDJ2014-12）和全國地震監(jiān)視防御區(qū)活動斷層地震危險(xiǎn)性評價(jià)項(xiàng)目（1521044025）共同資助。

2016-03-30

李安，男，生于1983年。博士，助理研究員。主要研究方向：活動構(gòu)造和古地震。E-mail：antares_lee@163.com