登登山-池家刺窩斷裂晚第四紀(jì)活動(dòng)性定量研究

閔　偉　劉玉剛　陳　濤　疏　鵬　余中元

1)中國地震局地質(zhì)研究所，活動(dòng)構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100029 2)浙江省地震局，杭州　310013 3)黑龍江省地震局，哈爾濱　150090

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登登山-池家刺窩斷裂晚第四紀(jì)活動(dòng)性定量研究

閔偉1)劉玉剛1)陳濤2)疏鵬1)余中元1，3)

1)中國地震局地質(zhì)研究所，活動(dòng)構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029 2)浙江省地震局，杭州310013 3)黑龍江省地震局，哈爾濱150090

登登山-池家刺窩斷裂位于阿爾金斷裂東端寬灘山隆起的NE側(cè)，總體走向NW，地貌上表現(xiàn)為醒目的斷層陡坎；登登山段長約19km，池家刺窩段長約6.5km。通過衛(wèi)星影像解譯、探槽開挖、斷錯(cuò)地貌測量及年齡樣品測試等工作，研究了2條斷裂的新活動(dòng)特征。寬灘山NE麓普遍發(fā)育3級(jí)地貌面，即山前基巖侵蝕臺(tái)面和沖溝I、Ⅱ級(jí)階地。登登山斷裂斷錯(cuò)除I級(jí)階地以外的其他地貌面，陡坎高度普遍在1.5m左右，最大高度2.6m 。探槽揭露登登山斷裂晚更新世以來有3次古地震事件，3次事件的總斷距約2.7m，一次事件的垂直斷距為0.5～1.2m，事件Ⅰ大約發(fā)生于距今5ka；事件Ⅱ大致發(fā)生于距今2×104a，事件Ⅲ大致發(fā)生于距今3.5×104a，重復(fù)間隔約1.5×104a，晚更新世以來的垂直滑動(dòng)速率約為 0.04mm/a。

池家刺窩斷裂斷錯(cuò)了所有3級(jí)地貌面，陡坎最大高度為4m，一般在2m左右。探槽揭露池家刺窩斷裂晚更新世以來也有3次古地震事件，3次事件的總斷距約3.25m，1次事件的垂直位錯(cuò)為0.75～1.5m，晚更新世以來斷裂垂直滑動(dòng)速率為 0.06mm/a。池家刺窩斷裂古地震事件年代限定較差，但最新1次事件晚于登登山斷裂，根據(jù)登登山斷裂古地震事件的研究結(jié)果，推測池家刺窩斷裂古地震重復(fù)間隔接近于登登山斷裂的1.5×104a左右。

池家刺窩斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代晚于登登山斷裂，1次事件的垂直位錯(cuò)及晚更新世以來的垂直滑動(dòng)速率都比登登山斷裂略大，2條斷裂之間還有長約5km的不連續(xù)段，被第四紀(jì)沖洪積砂礫石層覆蓋，地形平坦，斷裂地貌特征不發(fā)育，這些都表明登登山斷裂和池家刺窩斷裂具有明顯的分段活動(dòng)特征。

阿爾金斷裂以北的登登山和池家刺窩斷裂規(guī)模都不大，垂直滑動(dòng)速率僅為0.04～0.06mm/a，遠(yuǎn)小于祁連山斷裂及酒西盆地內(nèi)NW向斷裂的垂直滑動(dòng)速率，反映出構(gòu)造變形主要限制在高原內(nèi)部及河西走廊地區(qū)，登登山和池家刺窩斷裂以低滑動(dòng)速率、古地震復(fù)發(fā)間隔很長(>104a)的緩慢構(gòu)造變形為特征。

阿爾金斷裂登登山斷裂池家刺窩斷裂滑動(dòng)速率古地震

0　引言

許多研究成果表明，阿爾金斷裂帶上的左旋走滑位移是通過高原內(nèi)部的變形和邊緣山脈的隆升逐步吸收的(Burchfieletal.，1989; 國家地震局阿爾金活動(dòng)斷裂帶課題組，1992；丁國瑜，1995；meyeretal.，1998；metivieretal.，1998；徐錫偉等，2003；李海兵等，2006; Zhangetal.，2007; 鄭文俊等，2009)。阿爾金斷裂東端位于其與祁連山斷裂交會(huì)部位以東，沿阿爾金斷裂的左旋走滑轉(zhuǎn)換為祁連山斷裂的逆沖及褶皺隆起，因此，該地區(qū)也是研究青藏高原隆升和生長過程的熱點(diǎn)地區(qū)之一。祁連山北緣斷裂最西端的玉門斷裂和中段的張掖斷裂垂直滑動(dòng)速率分別為(0.35±0.05)mm/a和(0.64±0.08)mm/a(Hetzeletal.，2002，2004)。龔建業(yè)等(2007)通過衛(wèi)星影像解譯，認(rèn)為在疏勒河以東阿爾金斷裂呈 “樹枝狀”展布，除近EW向的主干斷裂外，還有一些與主干斷裂相交的NW向斷裂，它們的作用可能類似于祁連山斷裂，吸收沿阿爾金斷裂的左旋走滑位移；阿爾金斷裂的左旋走滑速率在肅北—石包城段為(11.5±3.5)mm/a左右，疏勒河口段減少到(4.8±1)mm/a左右，疏勒河?xùn)|滑動(dòng)速率減為(2.2±0.2)mm/a(徐錫偉等，2003)，再往東沙坪附近只有 0.9mm/a(陳柏林等，2008)。同時(shí)在酒西盆地內(nèi)還發(fā)育1組NW向的逆沖斷層，研究結(jié)果表明陰洼山斷裂的垂直活動(dòng)速率約為 0.18mm/a(閔偉等，2002)，新民堡斷裂的垂直活動(dòng)速率約為 0.24mm/a(閔偉等，2002)，嘉峪關(guān)斷裂的逆沖滑動(dòng)速率為 0.22mm/a(Zhengetal.，2013)。寬灘山隆起NE側(cè)還發(fā)育1組NW向斷裂，近些年我們對(duì)這組斷裂中規(guī)模最大的登登山-池家刺窩斷裂通過衛(wèi)星影像解譯、開挖探槽、年代樣品測試、斷錯(cuò)地面剖面測量等工作，獲得了晚第四紀(jì)以來的定量活動(dòng)參數(shù)，這些研究成果對(duì)于認(rèn)識(shí)該地區(qū)的地震危險(xiǎn)性以及阿爾金斷裂東端的構(gòu)造變形機(jī)制等都具有重要意義。

1　研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造概況

圖1　研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造略圖Fig. 1　The geological sketch map of the studying area.F1三危山斷裂；F2花海斷裂；F3登登山-池家刺窩斷裂；F4阿爾金斷裂；F5 黑山斷裂；F6金塔南山斷裂；F7陰洼山斷裂；F8新民堡斷裂；F9北大河斷裂；F10嘉峪關(guān)斷裂；F11祁連山斷裂；F12昌馬斷裂；F13大雪山斷裂

研究區(qū)位于阿爾金斷裂與祁連山斷裂交會(huì)部位以東(圖1)，近NEE向的阿爾金斷裂(F4)過昌馬大壩后斷續(xù)延伸到寬灘山，斷裂以北分布了寬灘山隆起區(qū)，最高海拔2,244m位于隆起區(qū)的最東端，向NW海拔高度迅速降低為1,400m左右的臺(tái)地。隆起區(qū)西側(cè)為玉門盆地，構(gòu)造走向?yàn)镹E—NNE，如NE走向的三危山及三危山斷裂(F1)；東側(cè)為花海盆地，發(fā)育NW走向的花海隱伏斷裂(F2)。阿爾金斷裂以南為酒西盆地和祁連山隆起區(qū)，構(gòu)造走向NW，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，活動(dòng)斷裂發(fā)育，地震活動(dòng)頻繁，除控制酒西盆地的阿爾金斷裂(F4)和祁連山斷裂(F11)外，酒西盆地內(nèi)還發(fā)育1組NW向的活動(dòng)斷裂(F7、F8、F9、F10)。在祁連山隆起內(nèi)沿昌馬斷裂發(fā)生過1932年7.6級(jí)地震，在酒西盆地內(nèi)也多次發(fā)生破壞性地震。本文所研究的登登山-池家刺窩斷裂(F3)就位于寬灘山隆起的NE側(cè)，它分割了這2個(gè)構(gòu)造走向不同、活動(dòng)強(qiáng)度具有明顯差異的構(gòu)造單元。

2　登登山斷裂

2.1登登山斷裂新活動(dòng)的地貌表現(xiàn)

登登山斷裂主要分布于登登山山前及以東(圖2)，衛(wèi)星影像上線性特征明顯，呈向NE突出的弧形，長約19km。根據(jù)走向及地貌特征可以分為西、中和東3段，西段主要分布于登登山前，走向N60°W，長約11km，為坡向NE的地貌陡坎；中段主要分布于黑尖山兩側(cè)沖洪積臺(tái)面上，走向N45°W，地貌陡坎不很明顯，長約5km；東段分布于黑尖山東前震旦系片麻巖構(gòu)成的低山南側(cè)，走向N30°W，為坡向SW的地貌陡坎，長約3km。

圖2　登登山斷層分布圖Fig. 2　The distribution map of Dengdengshan Fault.

2.1.1西段

登登山斷層西段主要表現(xiàn)為醒目的地貌陡坎，衛(wèi)星影像解譯及野外調(diào)查表明，登登山前發(fā)育1個(gè)基巖侵蝕臺(tái)地，臺(tái)地上大部分地段前震旦系直接出露地表，部分地段覆蓋了厚幾十cm的第四紀(jì)沖洪積砂礫石層，斷裂斷錯(cuò)基巖臺(tái)面和橫跨該基巖臺(tái)面的沖溝階地及洪積扇，形成坡向NE、高度不同的地貌陡坎。圖3a為斷錯(cuò)基巖臺(tái)面的陡坎，圖3b為橫跨該陡坎實(shí)測的地形剖面Dx-1，顯示陡坎高約2.6m；圖3c為斷錯(cuò)沖溝Ⅱ級(jí)階地的陡坎，圖3d為實(shí)測Ⅱ級(jí)階地陡坎剖面Dx-2，顯示陡坎高約0.4m。

2.1.2中段

登登山斷層中段黑尖山段以黑尖山為中心，呈向NE突出的弧形，長約5km，弧頂位于黑尖山。黑尖山NW側(cè)有高度不大的坡向NE的陡坎(圖4a)，走向310°，陡坎SW側(cè)為基巖臺(tái)地，上覆幾十cm厚的第四紀(jì)沖洪積砂礫石層，NE側(cè)為第四紀(jì)沖洪積扇；圖4b為橫跨該陡坎實(shí)測的地形剖面Dx-3，顯示陡坎高約0.6m。黑尖山前洪積扇面平緩，沒有地貌陡坎顯示。東南側(cè)為沖洪積扇面，地表為很緩的緩坡，沒有明顯的地貌陡坎，但可以看到1條明顯的線性影像，走向340°，兩側(cè)植被明顯不同(圖4c)，沿此線性影像開挖探槽Tc-1，證實(shí)有斷層存在(圖5)。

圖4　登登山斷裂中段地貌陡坎照片及地形剖面圖Fig. 4　The the scarps photos and topographic profiles along the middle segment of Dengdengshan Fault.a 斷層陡坎照片；b 實(shí)測陡坎剖面；c 斷層地貌照片

圖5　黑尖山以東段探槽Tc-1Fig. 5　The trench Tc-1 in the east of Heijianshan.1 灰綠色砂礫石層，2 次生石膏層，3 砂質(zhì)泥巖，4 正斷層；a NW壁局部照片，b 西北壁局部剖面圖

探槽Tc-1西北壁照片及剖面如圖5 所示，揭露的地層如下：

① 晚更新世灰綠色砂礫石層，粒徑約1cm，具有水平層理；②紅色次生石膏層；③晚更新世淺黃色砂礫石層，粒徑<1cm；④新近紀(jì)黃色砂質(zhì)泥巖。

探槽內(nèi)出露1條NE傾的高角度正斷層F，產(chǎn)狀330°/NE∠82°。斷層F斷錯(cuò)了剖面上所有地層至地表，但斷距很小。斷層兩側(cè)所有地層的斷距基本一致，約0.15m。

2.1.3東段

分布于黑尖山東約3km的前震旦紀(jì)片麻巖構(gòu)成的低山南側(cè)，走向340°，長約3km。地貌上有1高度不大的坡向SW的陡坎(圖6a，c)，陡坎東北側(cè)為基巖臺(tái)地，上覆十幾cm厚的第四紀(jì)沖洪積砂礫石層，西南側(cè)為第四紀(jì)沖洪積扇，橫跨該陡坎實(shí)測的地形剖面Dx-4和Dx-5(圖6b，d)，顯示陡坎高約0.6m。

圖6　登登山斷裂東段地貌陡坎照片及地形剖面Fig. 6　The scarps photos and topographic profiles along the east segment of Dengdengshan Fault.a 斷層陡坎照片；b 實(shí)測陡坎剖面；c 斷層陡坎照片；d 實(shí)測陡坎剖面

圖7　登登山東段探槽Tc-2 西北壁剖面圖Fig. 7　The log of northwestern wall of trench Tc-2 along the east segment of Dengdengshan Fault.1 表層砂土層; 2 細(xì)砂層; 3 細(xì)砂土層; 4 砂礫石層; 5 細(xì)砂夾小礫石；6 片麻巖; 7 斷層帶; 8 正斷層；9 光釋光樣品

垂直于地貌陡坎開挖探槽Tc-2，長約10m，寬2.0m，深約2.5m。圖7 為探槽西北壁剖面圖，揭露出的主要地層如下： ①表層沖積砂土夾小礫石；②灰白色細(xì)砂層；③灰白色粉細(xì)砂土；④淡黃色粉細(xì)砂土；⑤淡紅色粉細(xì)砂土，夾小礫石；⑥淡黃色砂礫石層，粒徑1～2cm；⑦灰綠色片麻巖；層⑦為前震旦系，其他都為晚更新世以來的地層。

探槽揭露出F1—F5等5條斷層，總體走向330°，F(xiàn)1—F4傾向SW，F(xiàn)5傾向NE，都為高角度正斷層，其中F3為主斷層，斷距最大，在探槽開挖深度內(nèi)斷層下降盤沒有揭露出基巖。在層③頂部采集光釋光樣品hc-10，經(jīng)測試其年齡為(8.4±0.8)ka，因此，為全新世活動(dòng)斷裂。

2.2登登山斷裂古地震探槽剖面

登登山斷裂基本沒有天然剖面出露，為了揭示其斷錯(cuò)剖面特征，沿?cái)嗔验_挖了多個(gè)探槽，下面介紹其中部分探槽。

2.2.1探槽Tc-3

登登山山前斷裂普遍沒有斷錯(cuò)沖溝Ⅰ級(jí)階地，為了查明Ⅰ級(jí)階地的年代以及與斷層的關(guān)系，在玉花公路38km處Ⅰ級(jí)階地?cái)鄬哟┻^位置開挖1個(gè)探槽，探槽南壁如圖8 所示，揭露出的地層如下：

圖8　玉花公路38km處Tc-3探槽東南壁剖面圖Fig. 8　The log of southeastern wall of trench Tc-3 at 38km site along Yuhua highway.1 灰綠色中細(xì)礫砂礫石層; 2 淡紅色中粗礫砂礫石層; 3 灰綠色片麻巖; 4 逆斷層; 5 光釋光樣品采樣點(diǎn)

①灰綠色粗砂與細(xì)礫石互層，松散；②淡紅色粗砂與礫石層，含次生石膏層；③片麻巖斷層破碎帶。除層③為前震旦系外，其他地層都為晚第四紀(jì)地層。

探槽只揭露出1條斷層F，產(chǎn)狀310°/SW∠30°，為片麻巖逆沖于層②砂礫石層之上，被厚約1m的層①灰綠色砂礫石覆蓋，因此，斷層最新一次活動(dòng)應(yīng)該在層①堆積之前。在層①底部和層②頂部分別采集1塊光釋光樣品hc-1和hc-2，經(jīng)測試其年齡分別為(4.5±1.3)ka和(7.6±3.0)ka。因此，表明斷裂最新一次活動(dòng)發(fā)生于距今(4.5±1.3)～(7.6±3.0)ka，為全新世活動(dòng)斷裂。

2.2.2探槽Tc-4

探槽Tc-4開挖于登登山斷裂西段基巖臺(tái)面陡坎前緣，探槽長13m，寬2.5m，最深3m。圖9 為探槽西北壁照片和剖面圖，揭露出的主要地層為： ①灰白色表層沖洪積粗砂夾小礫石；②淡紅色洪積粗砂礫石層，礫徑1～2cm，角礫狀，含砂較多，遠(yuǎn)離斷層含細(xì)砂層透鏡體；③灰綠色礫石層與細(xì)砂互層；④灰綠色砂礫石層，礫徑1～2cm；⑤淺紅色細(xì)砂礫石層，礫徑1cm為主，頂部有厚約5cm的次生石膏層；⑥灰綠色粗礫石層與粗砂層互層，礫徑2～4cm；⑦淡黃色粗砂層；⑧灰綠色片麻巖；除層⑧為前震旦系外，其他地層都為晚第四紀(jì)地層。

圖9　登登山斷裂西段探槽Tc-4西北壁照片和剖面圖Fig. 9　The photo and log of northwestern wall of trench Tc-4 along western segment of Dengdengshan Fault.1 表層砂土夾礫石; 2 砂礫石層; 3 細(xì)砂層; 4 砂脈；5 次生石膏層; 6 粗砂層; 7 片麻巖; 8 逆斷裂；9 光釋光樣品

圖10　登登山斷裂探槽Tc-5東南壁照片和剖面圖Fig. 10　The photo and log of southeastern wall of trench Tc-5 along Dengdengshan Fault.1 表層砂土夾礫石; 2 粗砂層; 3 礫石層; 4 砂礫石層; 5 細(xì)砂層; 6 片麻巖; 7 逆斷裂; 8 光釋光樣品采樣點(diǎn)

探槽揭露2條逆斷層F1和F2，F(xiàn)1產(chǎn)狀為300°/SW∠54°，F(xiàn)2產(chǎn)狀為300°/SW∠70°。剖面上看不出地震崩積楔等古地震標(biāo)志，但根據(jù)斷層斷錯(cuò)不同層位及斷層兩盤相同層位的斷距差異，可以分析出2次古地震事件。第1次事件沿?cái)鄬覨1和F2發(fā)生，斷錯(cuò)層⑥、⑦，隨后堆積了層⑤以上地層。第2次事件沿?cái)鄬覨1和F2發(fā)生，F(xiàn)2斷錯(cuò)了層⑤，同時(shí)F1也活動(dòng)，斷錯(cuò)了層⑤和層③，但斷距只有約20cm，隨后堆積了層②及層①。斷層兩側(cè)片麻巖頂面垂直位移2.5～2.7m，共有2次古地震事件發(fā)生，平均每次事件的位移為1.25～1.35m。

在層⑤頂部采集1塊光釋光樣品hc-3，在層⑦頂部和底部分別采集光釋光樣品hc-4和hc-5，經(jīng)測試，其年齡分別為(32.1±7.0)ka、(39.5±1.3)ka和(67.2±6.1)ka，第1次事件發(fā)生于(39.5±1.3)ka BP以來，第2次事件發(fā)生于(32.1±7.0)ka BP以來。

2.2.3探槽Tc-5

探槽Tc-5開挖于登登山斷裂中段1沖溝的Ⅱ階地上，地貌上有1高度約0.3m的陡坎，探槽垂直地貌陡坎開挖，探槽長10m，寬3m，最深處超過3m。圖10 為探槽東南壁剖面圖，揭露出的主要地層為： ①灰綠色沖洪積粗砂層夾小礫石，礫徑1cm；②淡紅色沖洪積細(xì)砂夾礫石層，礫徑5cm為主，近斷層處發(fā)生牽引變形；③灰綠、淺紅色沖洪積礫石層，礫徑5～10cm，頂部夾細(xì)砂層；④淺紅色沖洪積礫石層夾粗砂層，礫徑5cm為主；⑤灰綠色片麻巖；除層⑤為前震旦系外，其他地層都為晚第四紀(jì)地層。

探槽揭露2條相距約20cm的逆斷層F1和F2，產(chǎn)狀基本一致，310°/SW∠57°，該剖面可以分析出1次古地震事件。早期在近水平的基巖侵蝕面上堆積了層④、③和②，1次錯(cuò)動(dòng)事件沿?cái)鄬覨1和F2發(fā)生，斷錯(cuò)層④、③和②，斷層F1上盤的層②被侵蝕，隨后堆積了層①。斷層兩側(cè)基巖斷距1～1.2m，這也是這次古地震事件的垂直斷距。

在層②中部的細(xì)砂層和層③頂部的細(xì)砂透鏡體中分別采集光釋光樣品hc-6和hc-7，經(jīng)測試，其年齡分別為(19.8±0.7)ka和(55.3±3.3)ka，這次古地震事件應(yīng)發(fā)生于距今(19.8±0.7)ka以來。

2.2.4探槽Tc-6

登登山斷層西段在固化庫附近地貌上表現(xiàn)為斷錯(cuò)侵蝕基巖臺(tái)地的地貌陡坎，基巖臺(tái)地相當(dāng)于登登山前的Ⅲ級(jí)地貌面，但陡坎高度較低，只有1.2m。垂直陡坎開挖探槽Tc-6，長10m，寬2.5m，最深處>3m。圖11 為探槽東南壁照片及剖面圖，揭露出的主要地層如下： ①表層沖積砂土夾小礫石；②上部淺紅、下部淺灰色砂礫石層，粒徑約2cm，含次生石膏；③灰綠色粗砂夾礫石層，粒徑約1cm；④淺紅色砂礫石層，礫石較粗，粒徑為2～5cm；⑤灰綠色礫石層，粒徑<2cm，磨圓較好；⑥淺紅色泥巖；⑦灰綠色片麻巖；層⑦為前震旦紀(jì)，層⑥為新近紀(jì)，其他都為晚更新世以來的地層。

圖11　登登山斷裂探槽Tc-6東南壁照片及剖面圖Fig. 11　The photo and log of northwestern wall of trench Tc-6 along Dengdengshan Fault.1 表層砂土層; 2 砂礫石層; 3 礫石層; 4 泥巖; 5 片麻巖; 6 逆斷層; 7 斷層帶

該探槽揭示出3條逆斷層，傾角45°～60°不等。根據(jù)斷層斷錯(cuò)不同層位以及斷層兩側(cè)相同層位斷距不同，可以分析出2次古地震事件。

第1次事件沿F2和F3發(fā)生，新近紀(jì)泥巖及前震旦紀(jì)片麻巖分別沿F3、F2逆沖于層③、④、⑤之上，隨后堆積了層②。

第2次事件主要沿F1發(fā)生，前震旦紀(jì)片麻巖沿F1逆沖于層②之上，同時(shí)，F(xiàn)3也斷錯(cuò)層②發(fā)生10～20cm的垂直位錯(cuò)。斷層上盤前震旦紀(jì)片麻巖頂面到斷層下盤新近紀(jì)泥巖頂面的距離為2.5m，因此，2次事件的總垂直位錯(cuò)為2.1～2.5m，平均1.05～1.25m。

2.3登登山斷裂活動(dòng)性質(zhì)及定量活動(dòng)參數(shù)

2.3.1斷裂活動(dòng)性質(zhì)

通過野外調(diào)查、地貌陡坎測量、探槽開挖和年齡樣品測試，表明登登山斷裂為1條全新世活動(dòng)斷裂，可以分為活動(dòng)特征不同的西、中、東3段。西段地貌上表現(xiàn)為坡向NE的陡坎，斷錯(cuò)不同地貌面，形成高度不同的地貌陡坎，最高約2.6m。探槽剖面顯示為SW傾的逆斷層，基巖斷距約2.7m。中段地貌上也表現(xiàn)為坡面向NE傾的陡坎，但陡坎高度普遍較低，最高約1m。探槽剖面顯示為近于直立的逆斷層，斷距<1m。東段地貌上表現(xiàn)為SW傾的陡坎，但陡坎高度也較低，普遍<1m。探槽剖面顯示為SW傾正斷層，斷距較大。地貌陡坎特征和探槽剖面顯示登登山斷裂為1條樞紐斷層，西段為逆走滑，中段為逆沖，東段為正走滑，只是由于第四紀(jì)以來的走滑分量很小，地表看不出走滑位移特征。

2.3.2古地震期次及離逝時(shí)間

根據(jù)Tc-3、Tc-4和Tc-5確定的古地震事件及其年代樣品值，運(yùn)用古地震逐次限定法(圖12)確定了3次古地震及大致發(fā)震時(shí)間，事件Ⅰ由探槽Tc-3確定，發(fā)生于(4.5±1.3)～(7.5±3.0)ka BP，大約距今5ka；事件Ⅱ由探槽Tc-4和Tc-5確定，發(fā)生于(19.8±0.7)～(32.1±7.0)ka BP；事件Ⅲ由探槽Tc-4確定，發(fā)生于(32.1±7.0)～(39.5±1.3)ka BP。事件Ⅱ和Ⅲ年代樣品限定的時(shí)間尺度較大，確定的古地震發(fā)生時(shí)間的誤差較大。 由于探槽揭露的3次事件中每次事件的垂直位移大致相同，事件Ⅰ的年齡限定相對(duì)較好，假定地震復(fù)發(fā)具有準(zhǔn)周期特征，事件Ⅱ的年齡更接近于(19.8±0.7)～(32.1±7.0)ka的下限，大致發(fā)生于距今2×104a。 事件Ⅲ的年齡為(32.1±7.0)～(39.5±1.3)ka，大致發(fā)生于距今3.5×104a左右，事件重復(fù)間隔約1.5×104a，離逝時(shí)間約0.5×104a。

圖12　登登山斷裂古地震綜合分析圖Fig. 12　Comparison of paleoearthquakes and recurrence interval for large earthquakes documented in trenches along Dengdengshan Fault.

2.3.3登登山斷裂垂直滑動(dòng)速率

在探槽Tc-4斷裂下盤第四系底部取熱釋光樣品測試的年齡為(67.2±6.1)ka，基巖斷距約2.7m，由此計(jì)算的晚更新世以來的垂直滑動(dòng)速率約為 0.04mm/a。

3　池家刺窩斷裂

池家刺窩斷裂分布于寬灘山隆起NE側(cè)，斷錯(cuò)山前基巖侵蝕臺(tái)面和橫跨該基巖臺(tái)面的沖溝階地及洪積扇，形成長約6.5km，坡向NE、走向300°的地貌陡坎(圖13)。

圖13　池家刺窩斷層SPOT衛(wèi)星影像圖Fig. 13　The SPOT satellite image of Chijiaciwo Fault.

3.1池家刺窩斷裂新活動(dòng)的地貌表現(xiàn)

斷層陡坎是池家刺窩斷裂最顯著的地貌表現(xiàn)。與登登山斷裂類似，寬灘山隆起NE側(cè)山前也發(fā)育1基巖侵蝕臺(tái)地，斷裂斷錯(cuò)基巖臺(tái)面和橫跨該基巖臺(tái)面的沖溝階地及洪積扇，形成坡向NE、高度不同的斷層陡坎。圖14a為西段斷錯(cuò)基巖臺(tái)面的陡坎，圖14b為實(shí)測陡坎地形剖面，陡坎高約1.5m，圖14c為某沖溝Ⅰ級(jí)階地?cái)鄬佣缚舱掌?，圖14d為實(shí)測Ⅰ級(jí)階地陡坎剖面，顯示陡坎高約0.9m。圖15a為東段斷錯(cuò)洪積臺(tái)地及Ⅰ級(jí)階地陡坎的照片，圖15b為實(shí)測洪積臺(tái)地陡坎剖面，陡坎高約2.1m；圖15c為最東端斷錯(cuò)洪積臺(tái)地的陡坎照片，圖15d為實(shí)測洪積臺(tái)地陡坎剖面，顯示陡坎高約4m。因此，陡坎高度由西向東逐漸增大。

3.2池家刺窩斷裂古地震探槽剖面

沿池家刺窩斷裂也開挖了大量探槽，下面介紹其中部分探槽。

圖14　池家刺窩斷裂西段地貌陡坎照片及實(shí)測地形剖面Fig. 14　The scarp photos and topographic profiles of the west segment of Chijiaciwo Fault.a 洪積扇斷層陡坎照片; b 實(shí)測Dx-1地形剖面；c Ⅰ級(jí)階地陡坎照片；d 實(shí)測Dx-2地形剖面

圖15　池家刺窩斷裂東段地貌陡坎照片及實(shí)測地形剖面Fig. 15　The scarp photos and topographic profiles of the east segment of Chijiaciwo Fault.a 斷層陡坎地貌照片；b 實(shí)測Dx-3地形剖面；c 山前洪積臺(tái)地陡坎照片；d 實(shí)測地形Dx-4剖面

3.2.1探槽Tc-1

探槽Tc-1位于某沖溝的Ⅰ級(jí)階地上(圖15a站人處)，垂直陡坎開挖，長約11m，寬2m，最深約3m，圖16 為探槽西北壁照片及剖面圖，揭露出的主要地層為： ①灰色表層沖積砂土夾小礫石；②灰綠色粗砂層，頂部含較多礫石，粒徑1～2cm；③上部灰綠、下部淺紅色粗砂層，含粒徑約2cm的小礫石；④淺黃色砂礫石層，粒徑1cm為主；⑤淺紅色砂礫石，粒徑2cm為主；⑥下部灰白、上部淺黃色的細(xì)砂層；⑦黃色泥巖；⑧灰綠色片麻巖；探槽揭露的地層中層⑧為前震旦系，層⑦為新近系，其他地層都為晚第四紀(jì)地層。

該探槽揭示出3條逆沖斷層，其中F2和F3組成1斷裂破碎帶，寬10～20cm，充填了定向排列的礫石。F3傾向SW，傾角80°；F1也傾向SW，傾角50°。根據(jù)斷層斷錯(cuò)不同層位以及斷層兩側(cè)相同層位斷距的不同，可分析出3次古地震事件。

第1次事件沿F1—F3發(fā)生逆沖活動(dòng)，層⑧斷層F1、F2逆沖于層⑤礫石層之上，若以層⑤厚度作為斷距，垂直斷距約1m；同時(shí)F3也發(fā)生逆沖活動(dòng)，層⑦逆沖于層⑥之上，層⑦頂面為標(biāo)志，垂直斷距約0.50m；隨后堆積了層③、④，第1次事件的總斷距約1.5m。

第2次事件主要沿F2、F3發(fā)生逆沖活動(dòng)，層⑧逆沖于層③、④之上，同時(shí)在層③、④中形成地裂縫，被細(xì)砂充填形成砂脈；若以層⑤厚度作為斷距，垂直斷距約1m；斷層F1也發(fā)生輕微逆沖活動(dòng)，斷錯(cuò)層③、④，逆沖斷距只有幾cm；隨后堆積了層②。以層③、④厚度作為斷距的話，垂直斷距約1m。

第3次事件沿F2、F3發(fā)生逆沖活動(dòng)，層⑧逆沖于層②之上；若以層②厚度作為斷距，垂直斷距約0.75m。

因此，3次事件的總斷距約3.25m，也是斷層上盤前震旦紀(jì)片麻巖頂面到斷層下盤新近紀(jì)泥巖頂面的距離，1次事件的垂直位錯(cuò)為0.75～1.5m，平均約1.08m。

3.2.2探槽Tc-2

探槽Tc-2位于池家刺窩斷錯(cuò)東南端與基巖臺(tái)面高度相同的第四紀(jì)洪積臺(tái)地陡坎前緣(圖15c)。探槽垂直地貌陡坎開挖，探槽長約8m，寬2m，最深約2.5m，圖17 為探槽東南壁剖面圖，揭露出的主要地層如下： ①灰綠色表層沖洪積砂土夾小礫石；②地震崩積楔，混雜堆積的砂礫石；③灰綠色細(xì)砂礫石層，礫徑1～2cm，具有水平層理；④灰綠色粗砂礫石層，礫徑2～5cm，具有水平層理；⑤淺黃色細(xì)砂層；⑥地震構(gòu)造楔，混雜堆積的砂礫石。

圖17　探槽Tc-2西北壁照片及剖面圖Fig. 17　The photo and log of northwestern wall of trench Tc-2 along Chijiaciwo Fault.1 砂土夾小礫石；2 礫石層；3 細(xì)砂礫石層；4 細(xì)砂層；5 正斷層；6 光釋光樣品采集點(diǎn)

探槽揭露的地層都沒有膠結(jié)，非常松散。在洪積臺(tái)面即斷層下盤中上部距地表約1m的層⑤淺黃色細(xì)砂層中采集1個(gè)光釋光樣品hc-16，經(jīng)測試，其年齡為(58.8±4.0)ka，因此，探槽揭露的地層都屬于晚第四紀(jì)。

該探槽揭示出2條斷層，F(xiàn)1為NE傾的正斷層，傾角80°；F2為SW傾的正斷層，傾角70°。根據(jù)斷層斷錯(cuò)不同層位可以分析出3次古地震事件： 第1次事件沿F1和F2發(fā)生正斷，斷錯(cuò)層④和⑤，形成構(gòu)造楔⑥，隨后堆積了層③；第2次事件主要沿F1發(fā)生正斷，斷錯(cuò)層③，并形成崩積楔②；第3次事件沿F1發(fā)生正斷，斷錯(cuò)崩積楔②至地表。

由于斷層兩側(cè)地層都為沖洪積砂礫石層，缺乏可信的標(biāo)志層，所以，斷層兩側(cè)地層不好對(duì)應(yīng)，現(xiàn)在劃分的斷層兩側(cè)層④不一定是同一套地層，因?yàn)榈乇矶缚哺呒s2.1m。在層⑤中采集1個(gè)光釋光樣品hc-16，經(jīng)測試，其年齡為(58.8±4.0)ka。

3.2.3池家刺窩探槽Tc-3

探槽Tc-3位于探槽Tc-2東南約30m的同一級(jí)地貌面陡坎前緣。探槽垂直地貌陡坎開挖，長約8m，寬2m，最深約2.5m，圖18 為探槽東南壁照片及剖面圖，揭露出的主要地層如下： ①表層沖積砂土夾小礫石；②淺紅色砂礫石層，棱角狀，粒徑2～5cm，含多層厚1cm左右的次生石膏；③灰綠色粗砂夾礫石層，粒徑約1cm；④淺灰色粗砂層；⑤灰綠色礫石層，粒徑2cm為主；⑥灰綠色粗砂礫石層，最大粒徑約10cm；⑦灰綠色砂礫石層，粒徑2～5cm，具有水平層理；⑧淺黃色細(xì)砂土透鏡體；該探槽揭露出的都為晚更新世以來的地層。

圖18　探槽Tc-3東南壁照片及剖面圖Fig. 18　The photo and log of southeastern wall of trench Tc-3 along Chijiaciwo Fault.1 砂土夾小礫石；2 砂礫石層；3 粗砂層；4 細(xì)砂層；5 逆斷層；6 正斷層；7 光釋光樣品采集點(diǎn)

該探槽揭示出4條高角度斷層，其中F1為正斷層，F(xiàn)2—F4為逆斷層。根據(jù)斷層斷錯(cuò)不同層位以及斷層兩側(cè)相同層位斷距的不同，可以分析出3次古地震事件：

第1次事件沿F4發(fā)生逆沖活動(dòng)，層④、⑤逆沖于層⑥之上，隨后堆積了層③。由于斷層兩側(cè)地層不能對(duì)比，層⑤頂面到槽底的距離約1.3m，這次事件的垂直斷距應(yīng)在1.3m左右。

第2次事件主要沿F2、F3發(fā)生逆沖活動(dòng)，斷錯(cuò)層③、④，隨后堆積了層②。以層④頂面為標(biāo)志，F(xiàn)2與F3的垂直斷距皆為0.35m，第2次事件的總斷距約0.7m。

第3次事件沿F1發(fā)生正斷活動(dòng)，斷錯(cuò)層②，以層⑧頂面為標(biāo)志，垂直斷距約0.8m。

因此，3次事件的總斷距約2.8m；3次事件垂直位錯(cuò)為0.7～1.3m，平均約0.93m。由于F1西南側(cè)層⑦在斷層?xùn)|北側(cè)看不出對(duì)應(yīng)層位，因此，從探槽內(nèi)看不出最老地層的總斷距。

3.3池家刺窩斷裂活動(dòng)性質(zhì)及定量活動(dòng)參數(shù)

3.3.1斷裂活動(dòng)性質(zhì)

池家刺窩斷裂地貌上表現(xiàn)為醒目的坡向NE、斷錯(cuò)不同地貌面的陡坎，西段陡坎高約1.5m，東段最高約4m，陡坎高度由西向東逐漸增大。垂直陡坎開挖的探槽揭露出的斷層主要為傾向SW的逆斷層，最東端為近于直立的正斷層。測年數(shù)據(jù)表明斷裂為全新世活動(dòng)斷裂。沿池家刺窩斷裂開挖的探槽剖面表明，大部分都為傾向SW的逆斷層，只有東端的探槽既有逆斷層，也有正斷層，但逆斷層為主，正斷層為上盤的次生構(gòu)造，因此池家刺窩斷裂為逆斷裂。

3.3.2古地震期次及離逝時(shí)間

多個(gè)探槽顯示有古地震遺跡，綜合分析有3次古地震事件，3次事件的總斷距約3.25m，也是斷層上盤前震旦紀(jì)片麻巖頂面到斷層下盤新近紀(jì)泥巖頂面的距離，1次事件的平均垂直位錯(cuò)約1.1m，比登登山斷裂1次事件的垂直位錯(cuò)略大。

登登山斷層沒有斷錯(cuò)光釋光年齡為(4.5±1.3)ka的Ⅰ級(jí)階地，而池家刺窩斷層斷錯(cuò)了Ⅰ級(jí)階地，因此，池家刺窩斷裂最新一次活動(dòng)發(fā)生于(4.5±1.3)ka BP以后。由于在池家刺窩斷裂探槽中采集的光釋光年齡樣品測年結(jié)果離散很大，不能確定每次事件的發(fā)生年代和復(fù)發(fā)間隔。池家刺窩斷裂緊鄰登登山斷裂，2條斷裂探槽揭露的古地震事件具有很多共同點(diǎn)，如都有3次事件，每次事件的平均位移都在1m左右，因此，認(rèn)為池家刺窩斷裂的古地震復(fù)發(fā)間隔與登登山大致相同，約1.5×104a左右，離逝時(shí)間<(4.5±1.3)ka。

3.3.3斷裂垂直滑動(dòng)速率

在Tc-2中的斷錯(cuò)第四紀(jì)洪積臺(tái)地上距地表約1m處采集的光釋光樣品年齡為(58.8±4.0)ka(圖17)，洪積臺(tái)面的陡坎最大高度為4m，由此計(jì)算出斷裂晚更新世以來的垂直滑動(dòng)速率為 0.06mm/a。

4　主要結(jié)論及討論

4.1主要結(jié)論

通過對(duì)2條斷裂活動(dòng)性的定量研究，表明它們具有明顯的分段活動(dòng)特征：

(1)幾何不連續(xù)登登山斷裂東段走向340°，池家刺窩斷裂走向300°，2條斷裂走向差異較大，而且2條斷裂之間有長約5km的不連續(xù)段，被第四紀(jì)沖洪積砂礫石層覆蓋，地形平坦，斷裂地貌特征不發(fā)育。

(2)地貌特征登登山和寬灘山NE麓普遍發(fā)育3級(jí)地貌面，即山前基巖侵蝕臺(tái)面和沖溝I、Ⅱ級(jí)階地。池家刺窩斷裂斷錯(cuò)所有3級(jí)地貌面，陡坎最大高度為4m，普遍在2m左右；登登山斷裂斷錯(cuò)除I級(jí)階地以外的其他地貌面，陡坎最大高度2.6m，普遍在1.5m左右；顯示池家刺窩斷裂最新活動(dòng)時(shí)代新于登登山斷裂，活動(dòng)強(qiáng)度也略大于登登山斷裂。

(3)定量活動(dòng)參數(shù)登登山斷裂晚更新世以來有3次古地震事件，3次事件的總斷距約2.7m，1次事件的垂直斷距為0.5～1.2m，事件Ⅰ發(fā)生于距今大約5ka；事件Ⅱ大致發(fā)生于距今2×104a，事件Ⅲ大致發(fā)生于距今3.5×104a，重復(fù)間隔約1.5×104a，離逝時(shí)間約0.5×104a，晚更新世以來的垂直滑動(dòng)速率約為 0.04mm/a。

池家刺窩斷裂晚更新世以來也有3次古地震事件，3次事件的總斷距約3.25m，1次事件的垂直位錯(cuò)為0.75～1.5m，晚更新世以來的垂直滑動(dòng)速率為 0.06mm/a。池家刺窩斷裂1次事件的垂直位錯(cuò)及晚更新世以來的垂直滑動(dòng)速率都比登登山斷裂略大。

池家刺窩斷裂古地震事件年代限定較差，但最新一次事件晚于登登山斷裂，根據(jù)登登山斷裂古地震事件的研究結(jié)果，推測池家刺窩斷裂古地震重復(fù)間隔約1.5×104a左右，離逝時(shí)間<5ka。

綜上所述，登登山斷裂和池家刺窩斷裂活動(dòng)特征不同，具有明顯的分段活動(dòng)特征。

4.2討論

阿爾金斷裂的左旋走滑速率在與祁連山斷裂交會(huì)部位以東迅速減小，被祁連山斷裂的逆沖及褶皺隆起、酒西盆地內(nèi)的NW向逆沖斷層所吸收。祁連山北緣斷裂最西端的玉門斷裂和中段的張掖斷裂垂直滑動(dòng)速率分別為(0.35±0.05)mm/a和(0.64±0.08)mm/a(Hetzeletal.，2002，2004)。酒西盆地內(nèi)陰洼山斷裂的垂直活動(dòng)速率約為 0.18mm/a(閔偉等，2002)，新民堡斷裂的垂直活動(dòng)速率約為 0.24mm/a(閔偉等，2002)，嘉峪關(guān)斷裂逆沖滑動(dòng)速率 0.22mm/a(Zhengetal.，2013)。這些斷裂都以逆沖活動(dòng)為主，活動(dòng)速率差別不大，說明高原邊緣變形是通過連續(xù)變形的模式完成的。阿爾金斷裂以北寬灘山隆起NE側(cè)的NW向登登山斷裂和池家刺窩斷裂規(guī)模都不大，垂直滑動(dòng)速率僅為0.04～0.06mm/a，遠(yuǎn)小于祁連山斷裂及酒西盆地內(nèi)的NW向斷裂垂直滑動(dòng)速率，反映出構(gòu)造變形主要限制在高原內(nèi)部及河西走廊地區(qū)，登登山和池家刺窩斷裂以低滑動(dòng)速率、古地震復(fù)發(fā)間隔很長(>1×104a)的緩慢構(gòu)造變形為特征。

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The Chijiaciwo Fault，however，dislocated all three geomorphic surfaces，and the general scarp height is about 2.0 meters with the maximum up to 4.0 meters. Three paleoseismic events are determined since late Pleistocene through trenching，and the total displacement of three events is about 3.25 meters，the average vertical dislocation of each event changed from 0.75 to 1.5 meters，and the vertical slip rate since the late Pleistocene is about 0.06mm/a. Although the age constraint of paleoearthquakes on Chijiaciwo Fault is not as good as that of Dengdengshan Fault，the latest event on Chijiaciwo Fault is later than Dengdengshan Fault’s. Furthermore，we infer that the recurrence interval of Chijiaciwo Fault is 15kaBP，which is close to that of Dengdengshan Fault.

The latest event on Chijiaciwo Fault is later than the Dengdengshan Fault’s，and the vertical displacement and the slip rate of a single event in late Quaternary are both larger than that of Dengdengshan Fault. Additionally，a 5-kilometer-long discontinuity segment exists between these two faults and is covered by Quaternary alluvial sand gravel. All these indicate that the activity of the Chijiaciwo Fault and Dengdengshan Fault has obvious segmentation feature.

The size of Chijiaciwo Fault and Dengdengshan Fault are small，and the vertical slip rate of 0.04～0.06mm/a is far smaller than that of Qilianshan Fault and the NW-striking faults in Jiuxi Basin. All these indeicate that the tectonic deformation of this region is mainly concentrated on Hexi Corrider and the interior of Tibet Plateau，while the activties of Chijiaciwo and Dengdengshan faults are characterized by slow slip rate，long recurrence interval(more than 10ka)and slow tectonic deformation.

THE QUANTATIVE STUDY ON ACTIVITY OF DENGDENGSHAN-CHIJIACIWO FAULTS SINCE LATE QUATERNARY

MIN Wei1)LIU Yu-gang1)CHEN Tao2)SHU Peng1)YU Zhong-yuan1，3)

1)KeyLaboratoryofActiveTectonicsandVolcano，InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029，China2)EarthquakeAdministrationofZhejiangProvince，Hangzhou310031，China3)EarthquakeAdministrationofHeilongjiangProvince，Harbin150090，China

The Dengdengshan and Chijiaciwo faults situate in the northeast flank of Kuantanshan uplift at the eastern terminal of Altyn Tagh fault zone，striking northwest as a whole and extending 19 kilometers and 6.5 kilometers for the Dengdengshan and Chijiaciwo Fault，respectively. Based on satellite image interpretation，trenching，faulted geomorphology surveying and samples dating etc.，we researched the new active characteristics of the faults. Three-levels of geomorphic surfaces，i.e. the erosion rock platform，terrace I and terrace Ⅱ，could be found in the northeast side of Kuantanshan Mountain. The Dengdengshan Fault dislocated all geomorphic surfaces except terrace I，and the general height of scarp is about 1.5 meters，with the maximum reaching 2.6 meters. Three paleoseismic events are determined since late Pleistocene through trenching，and the total displacement of three events is about 2.7 meters，the average vertical dislocation of each event changed from 0.5 to 1.2 meters. By collecting age samples and dating，the event Ⅰ occurred about 5kaBP，event Ⅱ occurred about 20kaBP，and event Ⅲ occurred about 35kaBP. The recurrence interval is about 15kaBP; and the vertical slip rate since the late Pleistocene is about 0.04mm/a.

Altyn Tagh fault zone，Dengdengshan Fault，Chijiaciwo Fault，slip rate，paleoearthquake

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.03.002

2014-10-22收稿，2016-02-16改回。

國家自然科學(xué)基金(41272253)資助。

P315.2

A

0253-4967(2016)03-0503-20

閔偉，男，1964年生，研究員，主要從事活動(dòng)構(gòu)造與工程區(qū)劃方面的研究，電話： 010-62009152，E-mail: dzs_min@163.com。