河西走廊西端酒西盆地古地震研究進(jìn)展

劉興旺, 袁道陽(yáng), 何文貴, 邵延秀, 張 波

(1. 甘肅蘭州地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站, 甘肅 蘭州 730000;2. 中國(guó)地震局蘭州巖土地震研究所, 甘肅 蘭州 730000)

0 引言

古地震是指保存在地層記錄中的史前和歷史上沒有明確記載的地震事件[1],其優(yōu)勢(shì)在于可以彌補(bǔ)歷史和儀器記錄的短暫性和局限性,減小地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的不確定性。儀器記錄地震的時(shí)間僅百余年,最早的歷史地震記錄在公元前23世紀(jì),距今4 300多年,但早期的歷史地震記錄較為稀疏[2]。古地震的研究則可以將地震記錄延續(xù)到萬(wàn)年尺度,跨越了多個(gè)地震復(fù)發(fā)周期,使得我們能夠在更長(zhǎng)時(shí)間段上認(rèn)識(shí)斷裂的長(zhǎng)期活動(dòng)習(xí)性和估計(jì)未來(lái)地震發(fā)生的危險(xiǎn)性[3-4],在指導(dǎo)地震危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)方面起到了重要作用[5],成為防震減災(zāi)系統(tǒng)科學(xué)中不可缺少的重要分支。

酒西盆地邊緣及內(nèi)部發(fā)育多條活動(dòng)斷裂,對(duì)這些斷裂的古地震前人曾開展過(guò)大量的研究[6-20],這些研究為認(rèn)識(shí)酒西盆地強(qiáng)震活動(dòng)特征積累了資料。但這些研究基本上都是針對(duì)某一地點(diǎn)、段落或單一斷裂開展的,難以形成對(duì)酒西盆地地震活動(dòng)整體的認(rèn)識(shí)。近年來(lái),我們對(duì)酒西盆地活動(dòng)斷裂開展了古地震研究,綜合前人資料,對(duì)酒西盆地晚第四紀(jì)強(qiáng)震復(fù)發(fā)特征的認(rèn)識(shí)有了一些進(jìn)展,這對(duì)認(rèn)識(shí)斷裂之間相互作用及地震危險(xiǎn)性都有一定的意義。

1 研究區(qū)概況

1.1 構(gòu)造背景

祁連山—河西走廊位于青藏高原東北緣,是青藏高原最年輕的部分,也是現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地震活動(dòng)最為強(qiáng)烈的地區(qū)之一[21-23]。青藏高原北緣發(fā)育兩條巨大的左旋走滑斷裂——阿爾金斷裂和海原斷裂(圖1),整個(gè)祁連山—河西走廊可看作是這兩條走滑斷裂左旋右階的擠壓階區(qū)[24],遍布全區(qū)的晚第四紀(jì)活動(dòng)斷裂及活動(dòng)褶皺表明整個(gè)地區(qū)正在遭受地殼縮短及左旋剪切作用,區(qū)內(nèi)發(fā)育的諸多逆沖斷裂和褶皺引起的地殼縮短和山脈隆升協(xié)調(diào)了兩條斷裂之間轉(zhuǎn)換和平衡[24]。

圖1 祁連山西段活動(dòng)斷裂及強(qiáng)震分布圖Fig.1 Distribution map of active faults in the western part of Qilian Shan

祁連山—河西走廊是我國(guó)重要的一條地震構(gòu)造帶,發(fā)育了多條規(guī)模大且活動(dòng)性強(qiáng)的全新世活動(dòng)斷裂,歷史上曾發(fā)生過(guò)多次大震(圖1),如公元180年表氏7級(jí)地震[25-27]、756年張掖—酒泉7級(jí)地震[25-26,28]、1609年紅崖堡7級(jí)地震[25-26,29]、1785年玉門惠回堡6級(jí)地震[30],1932年昌馬7.6級(jí)地震[31]、1954年山丹7級(jí)地震[32]等,造成過(guò)嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái),又發(fā)生了2002玉門5.9級(jí)地震級(jí)[33]以及2003年民樂(lè)、山丹6.1、5.8級(jí)地震[34]等中強(qiáng)破壞性地震。地震活動(dòng)呈明顯增強(qiáng)的趨勢(shì),其未來(lái)的大震形勢(shì)嚴(yán)峻而緊迫,是急需開展深入研究,為地震預(yù)測(cè)和震災(zāi)防御提供參考依據(jù)的重點(diǎn)地區(qū)之一。

1.2 酒西盆地古地震特征

酒西盆地是一個(gè)由多組活動(dòng)斷裂所圍限的新生代壓陷性盆地(圖2),盆地西南側(cè)為旱峽—大黃溝斷裂和玉門北大河斷裂,東側(cè)為嘉峪關(guān)斷裂和文殊山斷裂,北側(cè)為阿爾金斷裂、寬灘山斷裂以及黑山斷裂,整體呈一個(gè)不規(guī)則的梯形。盆地內(nèi)部也發(fā)育多條活動(dòng)斷裂,如白楊河斷裂、新民堡斷裂、陰洼山斷裂及新民堡南斷裂等(圖2)。在充分總結(jié)前人研究工作的基礎(chǔ)上,本文重點(diǎn)對(duì)研究較為薄弱的新民堡斷裂和陰洼山斷裂重新開展了古地震研究的相關(guān)工作。

(1) 旱峽—大黃溝斷裂

旱峽—大黃溝斷裂位于酒西盆地南部,與玉門—北大河斷裂共同組成了酒西盆地的南部邊界。旱峽—大黃溝斷裂西與阿爾金斷裂相交,向東經(jīng)積陰功臺(tái)、窟窿山到佛洞廟以南,全長(zhǎng)約160 km,走向290°～300°,傾向SW,傾角40°～70°,斷裂割切了古生代、中生代、晚第三紀(jì)白楊河組、疏勒河組和第四紀(jì)早更新世玉門礫巖等地層,由多條相互平行的斷層所組成,為逆掩推覆斷層,無(wú)水平走滑跡象。旱峽—大黃溝斷裂自新近紀(jì)中新世至中更新世活動(dòng)強(qiáng)烈,曾發(fā)生過(guò)多期構(gòu)造變動(dòng),晚更新以來(lái)則處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài),全新世已停止活動(dòng)[6],航衛(wèi)片解譯及野外考察也未發(fā)現(xiàn)新活動(dòng)的證據(jù)。

(2) 玉門—北大河斷裂

玉門—北大河斷裂位于旱峽—大黃溝斷裂北側(cè)(圖2),斷裂西起青草灣,向東經(jīng)玉門市、青頭山到北大河以東,全長(zhǎng)約80 km,NWW向延伸,傾向SW,傾角20°～60°[6]。玉門—北大河斷裂西段呈隱伏狀態(tài),上盤發(fā)育了一系列的褶皺,是玉門油田重要的儲(chǔ)油構(gòu)造,褶皺帶連續(xù)沉積的新生代地層也為研究酒西盆地晚新生代構(gòu)造演化提供了載體[35]。在中段,通過(guò)對(duì)大紅泉斷層剖面的分析,兩次古地震的年代確定為(26.8±2.1) ka和(4.9±0.7) ka以來(lái)[7,18]。在斷裂東段,閔偉等[8]曾開展斷裂古地震的研究,探槽揭露斷裂傾角約30°,通過(guò)斷錯(cuò)地層分析及熱釋光年代測(cè)試,認(rèn)為斷裂在距今(3.05±0.24)～(3.20±0.25) ka和(3.05±0.24) ka以來(lái)有過(guò)2次古地震事件,但在年代上,第二次事件并未能得到很好的限定。通過(guò)分析前人的資料及新探槽的開挖[8,16],劉興旺等[19]確定斷裂東段3次古地震事件發(fā)生的年代分別為(8.4±1.0) ka、(4.1±0.3)～(5.4±0.3) ka及(1.7±0.3) ka以來(lái),每次地震形成的垂直位錯(cuò)在0.6～0.8 m。

(3) 白楊河斷裂

白楊河斷裂位于酒西盆地中部,斷裂長(zhǎng)約25 km,整體走向近EW,傾向N,傾角約25°。前人研究認(rèn)為是一條隱伏斷裂,其活動(dòng)造成了上覆白楊河階地的褶皺變形[36],因此斷裂活動(dòng)性研究程度不高。以往的研究均未見斷層剖面,從未開展過(guò)斷裂古地震的研究。通過(guò)航衛(wèi)片解譯和野外考察,在斷裂西段和中段發(fā)現(xiàn)連續(xù)分布的低斷層陡坎,古地震探槽揭露白楊河斷裂全新世以來(lái)至少發(fā)生過(guò)2次地震事件,年代分別為距今(8.7±0.6) ka和(3.9±0.5) ka,每次地震事件的垂直位錯(cuò)約0.6 m[20]。

(4) 新民堡南斷裂

新民堡南斷裂為近些年最新發(fā)現(xiàn)的古地震地表破裂帶[17],前人未曾有過(guò)報(bào)道。通過(guò)室內(nèi)航衛(wèi)片解譯及野外實(shí)地考察,破裂帶長(zhǎng)約5 km,呈弧形展布,線性影像清晰,斷裂沿線斷層陡坎連續(xù)。斷層陡坎高度0.5～1.5 m,保留較為新鮮的自由面。2個(gè)探槽的開挖顯示斷裂表現(xiàn)為逆沖性質(zhì),斷裂傾角約30°[17]。通過(guò)斷錯(cuò)地層分析及光釋光樣品年代測(cè)試,證明該破裂帶為約1 500年以來(lái)形成,此前在約6 000年斷裂還有過(guò)一次活動(dòng),每次地震的垂直位錯(cuò)約0.7 m[17]。

(5) 嘉峪關(guān)斷裂

嘉峪關(guān)斷裂為酒西盆地的東邊界,北自黑山北麓格拉子溝,南至文殊溝,長(zhǎng)約40 km,走向NNW,傾向SW,傾角大于70°,以逆沖活動(dòng)為主,略具右旋走滑特征。天然剖面揭示斷裂斷錯(cuò)奧陶系、白堊系、新近系和更新統(tǒng)。斷層破碎帶各處寬窄不一,在下奧陶統(tǒng)中寬達(dá)800 m,在下白堊統(tǒng)中為300 m,而在下更新統(tǒng)中為200 m[6,15]。

陳柏林等[12]根據(jù)嘉峪關(guān)水泥廠附近的斷層剖面揭露的3個(gè)崩積楔和最新斷錯(cuò)的地層,通過(guò)熱釋光測(cè)年,獲得4次古地震事件的年代分別距今58.1 ka、35.5 ka、27.2～20.0 ka和稍早于4.3 ka。何文貴等[15]通過(guò)斷裂中段關(guān)園子山新斷層陡坎探槽開挖,揭示斷裂晚更新世末期以來(lái)有過(guò)2次地震活動(dòng),年代分別為早于(15.08±1.28) ka和(5.27±0.45) ka。從現(xiàn)有數(shù)據(jù)看,地震復(fù)發(fā)間隔可能大于10 ka。

(6) 文殊山斷裂

文殊山斷裂展布于文殊山背斜西南側(cè),控制了文殊山背斜的發(fā)育,長(zhǎng)約20 km,走向NW,傾向NE,傾角約50°,為一條逆斷層。該斷裂以往研究程度較低,國(guó)家地震局地質(zhì)研究所和國(guó)家地震局蘭州地震研究所[6]認(rèn)為斷裂為晚更新世斷裂。最新的研究表明斷裂在距今約(3.8±0.2)～(4.7±0.2) ka之間有過(guò)一次地震活動(dòng)[14]。

(7) 阿爾金—寬灘山斷裂

阿爾金斷裂為青藏塊體北部的重要邊界斷裂,全長(zhǎng)約1 600 km,走向NEE,以左旋走滑為主要特征。酒西盆地段所處位置屬于阿爾金斷裂東段,該斷裂在赤金一帶地表行跡不是十分清楚,向東可能延伸到寬灘山以南,與寬灘山斷裂相連,寬灘山斷裂為一條高角度逆沖斷層,傾向NW,長(zhǎng)約20 km。斷層剖面研究表明,阿爾金斷裂東段最新的活動(dòng)發(fā)生在約2.7 ka以來(lái)[13],而寬灘山斷裂斷層剖面揭示斷裂在全新世前后有過(guò)活動(dòng),但無(wú)合適的測(cè)年樣品加以限定[13]。

(8) 黑山斷裂

黑山斷裂展布于黑山北麓,斷裂西起紅柳溝,向東經(jīng)小榆樹溝、榆樹溝到滴水溝,長(zhǎng)約45 km,整體走向近EW,傾向SE,傾角60°～70°,為一條高角度逆斷層。在斷裂西段的榆樹溝見到新第三系逆沖到上更新統(tǒng)砂礫石之上,對(duì)砂礫石的熱釋光測(cè)年結(jié)果為距今(19.43±1.65) ka。在榆樹溝東岸發(fā)育3級(jí)階地,斷層錯(cuò)斷Ⅱ、Ⅲ級(jí)階地,形成斷層陡坎,但沒有錯(cuò)斷Ⅰ級(jí)階地,Ⅰ級(jí)階地溝壁上可見斷層剖面,下白堊統(tǒng)雜色泥巖逆沖于中上更新統(tǒng)礫石層之上,斷層上覆有熱釋光年齡為(8.02±0.63) ka的全新世沖積砂礫石未斷錯(cuò),表明該段斷裂全新世以來(lái)不活動(dòng)[14]。

2 新民堡斷裂及陰洼山斷裂古地震特征

2.1 新民堡斷裂

新民堡斷裂位于酒西盆地內(nèi)部,斷裂東起新民堡以東,向西經(jīng)清泉村、火燒溝至清泉鄉(xiāng)一帶,長(zhǎng)約20 km,整體走向300°,斷裂傾角約30°,傾向SW,為一條逆掩斷層(圖2)。閔偉等[8]、陳柏林等[11]曾對(duì)該斷裂活動(dòng)性進(jìn)行了研究,認(rèn)為斷裂在全新世以來(lái)有過(guò)地震活動(dòng)。閔偉等[8]根據(jù)探槽剖面和地貌特征,認(rèn)為斷裂最新的活動(dòng)導(dǎo)致了756年酒泉地震的發(fā)生;陳柏林等[11也認(rèn)為斷裂在距今4.4 ka和1.2 ka有過(guò)2次地震活動(dòng),最新的活動(dòng)也應(yīng)該與756年酒泉地震有關(guān)。

此次研究中,我們?cè)诨馃郎洗灞卑l(fā)育的較高斷層陡坎前側(cè)發(fā)育的新陡坎上開挖探槽一個(gè)。陡坎較低,保留自由面,開挖處地表陡坎高度約0.3 m,探槽長(zhǎng)約8 m,深約2 m,寬約2.5 m,探槽東壁如圖3所示,揭露的地層如下:

圖3 新民堡斷裂探槽東壁Fig.3 East log of trench in the Xinminpu fault

U1:新近系紅色砂巖;

U2:灰黃色細(xì)砂土夾礫石層,礫石粒徑較小;

U3:坡洪積相礫石層,礫石混雜,磨圓、分選差;

U4:灰色砂層,較硬,夾礫石,該層采集釋光樣品2014YMOSL-11和2014YMOSL-12,年代分別為(3.8±0.3) ka和(4.6±0.2) ka;

U5:地表淡黃色松散粉砂土層,夾較小礫石。

剖面揭露松散的第四系砂礫石層中發(fā)育3條主要的逆掩斷層F1、F2和F3,主要是新近系砂巖逆沖于第四系砂礫石層之上,其中F1以下地層變形不明顯,其上地層類似于逆掩推覆體,沿著近水平面逆沖推覆,近地表形成高角度逆沖,地表形成高約0.5 m的陡坎。剖面揭露2次地震事件,事件1是斷層F1和F2的活動(dòng),斷錯(cuò)U5以下所有地層,使得上盤地層發(fā)生SW方向傾斜,隨后被U5層覆蓋,根據(jù)U4的年代,此次事件發(fā)生在距今(3.8±0.3) ka以來(lái),可能較為接近這一年代。事件2主要為斷層F3的活動(dòng),錯(cuò)斷地表地層U5,F3在近地表傾角變陡,傾角約70°,并在地表形成具有自由面的陡坎,此次地震事件可能為一歷史地震事件。

根據(jù)史料考證及野外地質(zhì)調(diào)查,鄭文俊等[14]認(rèn)為756年張掖—酒泉7級(jí)地震發(fā)生在合黎山斷裂帶上。通過(guò)歷史資料梳理和野外考察,何文貴等[30]發(fā)現(xiàn)1785年玉門惠回堡6級(jí)地震的重破壞區(qū)位于玉門惠回堡至赤金堡之間,集中在火燒溝一帶,等震線長(zhǎng)軸方向及空間位置與新民堡斷裂較為符合,沿?cái)嗔岩灿休^為新鮮的地震破裂帶出現(xiàn),因此判定新民堡斷裂為1785年玉門惠回堡地震的發(fā)震斷裂。

2.2 陰洼山斷裂

陰洼山斷裂發(fā)育于陰洼山東側(cè)并向南東延伸至盆地內(nèi)部洪積扇上,總體走向315°,長(zhǎng)約25 km,傾向NW,斷裂傾角約55°,為一條高角度逆斷層。根據(jù)對(duì)斷層陡坎的探槽開挖及樣品的熱釋光測(cè)年,確定斷裂在約10 ka和5 ka左右有過(guò)2次古地震事件[8,10]。

為確定斷層活動(dòng)性,野外在最新洪積扇上開挖探槽1個(gè),開挖處地表陡坎高度不足0.5 m,探槽長(zhǎng)約8 m,深約1.5 m,寬約2.5 m,探槽東壁如圖4所示,揭露的地層如下:

U1:白堊系紫紅色泥巖;

U2:灰色沖洪積相礫石層,近水平層理,礫石磨圓較差,分選好;

U3:土黃色砂礫石層;

U4:黃土,底部采集光釋光樣品(2014YMOSL-6)一個(gè),年代為(6.2±0.4) ka;

U5:地表淡黃色粉砂土層。

圖4 陰洼山裂探槽東壁Fig.4 East log of trench in the Yinwashan fault

探槽揭露一條斷層帶,寬數(shù)厘米,帶內(nèi)礫石定向排列。斷層上下盤均揭露白堊系紫紅色泥巖,斷層下盤層面遭受侵蝕,表面高低起伏,但總的來(lái)說(shuō)斷距不大,小于1 m。侵蝕面也可作為古地震發(fā)生的證據(jù),但此處年代難以確定。U3為一古地表,斷層最新活動(dòng)斷錯(cuò)此地貌面,斷層上盤遭受侵蝕,只在斷層下盤保留,之后沉積層U4,從此剖面上看,斷層最新活動(dòng)并未斷錯(cuò)U4。野外在U4底部采集光釋光樣品(2014YMOSL-6)一個(gè),年代為(6.2±0.4) ka,此次事件應(yīng)發(fā)生在該年代之前。閔偉等[8]也在此曾開挖過(guò)一個(gè)探槽,從探槽剖面分析出2次古地震事件,年代分別為(10.64±0.83) ka和(4.09±0.31)～(8.22±0.63) ka。陳柏林等[10]在東南段的剖面揭示斷裂在約4.8～5.1 ka曾有過(guò)一次古地震事件。綜合分析,我們認(rèn)為該次事件可能在5 ka左右。

3 酒西盆地古地震復(fù)發(fā)特征

3.1 單條斷裂古地震活動(dòng)特征

斷裂帶上的位移量包含了地震事件的信息,斷錯(cuò)位移一般是多次斷層活動(dòng)事件的累積[37-39],斷層陡坎位移量的差距可作為古地震發(fā)生的佐證。玉門—北大河斷裂中東段以垂直斷錯(cuò)地貌為主,發(fā)育高度不等的多級(jí)斷層陡坎,我們對(duì)這些陡坎進(jìn)行了差分GPS測(cè)量及統(tǒng)計(jì)[18]。斷裂東段陡坎高度多在2 m左右,局部存在0.6～0.8 m的小陡坎,也有高達(dá)6～7 m的高陡坎。野外利用差分GPS對(duì)這些斷層陡坎進(jìn)行了測(cè)量,從陡坎高度分布特征上看(圖5),其高度值存在倍數(shù)關(guān)系,斷裂具有多期活動(dòng)的特點(diǎn)。斷裂中段保留斷層陡坎的地貌并不多,但陡坎規(guī)模大于東段(圖5)。斷裂西段呈隱伏狀,未形成地表直接斷錯(cuò)。古地震探槽同樣揭示每次地震形成的地層斷距大致相同,地震復(fù)發(fā)符合特征地震模式[40],根據(jù)已有的古地震年代數(shù)據(jù),推斷地震復(fù)發(fā)間隔在2 ka以上。

圖5 玉門—北大河斷裂中東段陡坎高度分布圖Fig.5 Distribution map of scarps' height in the middle and eastern segment of the Yumen—Beidahe fault

白楊河斷裂探槽揭露2次地震事件垂直位錯(cuò)均約0.6 m,新民堡南斷裂2次地震事件垂直位錯(cuò)均約0.7 m,新民堡斷裂地震事件垂直位錯(cuò)約0.5 m,陰洼山斷裂探槽揭露3次地震事件垂直位錯(cuò)均約0.5 m,嘉峪關(guān)斷裂4次古地震事件垂直位錯(cuò)約0.3 m,每次地震發(fā)生的震級(jí)相當(dāng),符合特征地震模式。根據(jù)已有的古地震事件年代判斷,陰洼山斷裂地震復(fù)發(fā)間隔約為5 ka,白楊河斷裂地震復(fù)發(fā)間隔約為4 ka,新民堡南斷裂地震復(fù)發(fā)間隔約為4.2 ka,嘉峪關(guān)斷裂地震復(fù)發(fā)間隔約為10 ka以上。新民堡斷裂、文殊山斷裂、阿爾金—寬灘山斷裂揭露的地震事件較少,垂直位錯(cuò)不明顯,是否為特征地震模式尚不可知。

根據(jù)地震垂直位錯(cuò)及斷裂傾角可以估計(jì)每次地震的同震位移,計(jì)算得到玉門—北大河斷裂、白楊河斷裂、新民堡南斷裂、新民堡斷裂、陰洼山斷裂和嘉峪關(guān)斷裂每次地震同震位移分別為1.2～1.6 m、1.4 m、1.4 m、1 m、0.6 m和 0.3 m。根據(jù)鄧起東等[41]總結(jié)的青藏地區(qū)逆斷層震級(jí)與同震位移的關(guān)系式M=7+1.05lgD(M:震級(jí);D:同震位移),計(jì)算得到玉門—北大河斷裂地震震級(jí)為7.1～7.2級(jí)、白楊河斷裂地震震級(jí)為7.1級(jí)、新民堡南斷裂地震震級(jí)為7.1級(jí)、新民堡斷裂地震震級(jí)為7級(jí)、陰洼山斷裂地震震級(jí)為6.8級(jí)、嘉峪關(guān)斷裂地震震級(jí)為6.5級(jí)。另外,根據(jù)逆斷層震級(jí)與破裂帶長(zhǎng)度的關(guān)系式M=4.21+1.85lgL[41](M:震級(jí);L:破裂帶長(zhǎng)度),計(jì)算得到玉門—北大河斷裂地震震級(jí)為7.2級(jí)、白楊河斷裂地震震級(jí)為6.8級(jí)、新民堡斷裂地震震級(jí)為6.6級(jí)、陰洼山斷裂地震震級(jí)為6.8級(jí)、嘉峪關(guān)斷裂地震震級(jí)為7.2級(jí)。新發(fā)現(xiàn)的新民堡南斷裂長(zhǎng)度較短,不適合經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算。

多數(shù)研究者認(rèn)為中國(guó)大陸地區(qū)一般當(dāng)?shù)卣鹫鸺?jí)大于6.5級(jí)才會(huì)形成地震破裂帶[41],當(dāng)然也有震級(jí)大于7級(jí)而未形成地表破裂的特例[42],這可能與發(fā)震構(gòu)造斷裂具體的構(gòu)造背景有關(guān)。根據(jù)酒西盆地已有的1785年玉門惠回堡6級(jí)地震為例分析,其發(fā)震構(gòu)造新民堡斷裂長(zhǎng)約20 km,形成的垂直位錯(cuò)約0.5 m。從斷裂的規(guī)模與地震垂直位錯(cuò)看,新民堡斷裂與白楊河斷裂、陰洼山斷裂量級(jí)相當(dāng),每次地震的震級(jí)約在6.8級(jí)。嘉峪關(guān)斷裂同級(jí)地貌面上存在多條斷層陡坎,可能存在聯(lián)合破裂的可能,因此單一剖面上分析的垂直位錯(cuò)存在偏小的可能。嘉峪關(guān)斷裂與玉門—北大河斷裂中東段規(guī)模相當(dāng),其形成的地震震級(jí)可能約在7.2級(jí)。

3.2 區(qū)域古地震活動(dòng)特征

古地震的復(fù)發(fā)模式主要為特征地震模式和叢集地震模式[43],酒西盆地單條斷裂大多符合特征地震模式,叢集地震模式可以發(fā)育在單條斷裂上,也可以發(fā)育在同一斷裂系的不同斷裂上[44]。同一斷裂系是在一定應(yīng)力作用條件下,由多條不同活動(dòng)強(qiáng)度斷裂組合的空間范圍,這一范圍內(nèi)古地震復(fù)發(fā)行為是應(yīng)力傳遞、斷裂活動(dòng)強(qiáng)度和不同段落之間相互作用等因素的綜合反映[45]。對(duì)于酒西盆地?cái)嗔压诺卣?以往的研究主要集中在單條斷裂上[8-12],未將酒西盆地作為一個(gè)整體分析。地球物理特征表明,酒西盆地內(nèi)部存在一條低角度的滑脫面,酒西盆地玉門—北大河斷裂、白楊河斷裂、新民堡南斷裂、新民堡斷裂級(jí)陰洼山斷裂同屬祁連山向北擴(kuò)展的逆沖斷裂系[46],這些斷裂上古地震的發(fā)生是否存在叢集的特征呢？

通過(guò)上文敘述,我們對(duì)酒西盆地每條斷裂的古地震特征有了初步的了解:玉門—北大河斷裂3次古地震事件的時(shí)間為(1.7±0.3) ka、(4.1±06)～(5.4±0.3) ka和(8.4±1.0) ka;陰洼山斷裂3次古地震事件的時(shí)間為16 ka、10 ka和5 ka;新民堡斷裂2次古地震事件的時(shí)間為230 a和(3.8±0.3) ka;新民堡南斷裂2次古地震事件的時(shí)間為(1.5±0.2) ka和(5.7±0.8) ka;白楊河斷裂2次古地震事件的時(shí)間為(3.9±0.5) ka和(8.7±0.6) ka。其中,全新世以來(lái)共發(fā)生地震11次。將這些地震投影到時(shí)間軸上,便可得到酒西盆地各條活動(dòng)斷裂古地震的時(shí)空分布(圖6)。

圖6 酒西盆地古地震時(shí)空分布圖Fig.6 Temporal and spatial distribution map of Paleoearthquakes in the Jiuxi Basin

從圖6可以看出,整個(gè)酒西盆地古地震的發(fā)生有叢集性特征,全新世以來(lái)酒西盆地可能存在3個(gè)地震叢集期,每個(gè)叢集期的長(zhǎng)度約為2 ka。第一個(gè)叢集期為約距今10～8 ka,玉門—北大河斷裂、白楊河斷裂及陰洼山斷裂都有地震記錄,而新民堡斷裂和新民堡南斷裂探槽揭示的地層較為年輕,并未有該時(shí)間段的記錄。第二個(gè)叢集期為約距今5.5～3.5 ka,該叢集期內(nèi),各斷裂均有地震發(fā)生。第三個(gè)叢集期為約2 ka以來(lái),該叢集期內(nèi)玉門—北大河斷裂、新民堡斷裂和新民堡南斷裂已有地震發(fā)生,而陰洼山斷裂及白楊河斷裂尚無(wú)地震事件發(fā)生,未來(lái)發(fā)生地震的概率較大。從區(qū)域古地震的特征來(lái)看,新民堡斷裂也大致符合特征地震模式,地震復(fù)發(fā)周期約3.5 ka。

因此,酒西盆地單條斷裂具有特征地震模式,復(fù)發(fā)周期在3～5 ka;整體具有叢集地震模式,每個(gè)周期在約2 ka。從離逝時(shí)間上看,陰洼山斷裂及白楊河斷裂離逝時(shí)間較長(zhǎng),已接近復(fù)發(fā)周期,地震危險(xiǎn)性較高。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)酒西盆地活動(dòng)斷裂古地震的研究和前人資料的總結(jié),發(fā)現(xiàn)酒西盆地單條斷裂具有特征地震模式,復(fù)發(fā)周期在3～5 ka,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式推斷,每次地震的震級(jí)約為6.8～7.2級(jí)。全新世以來(lái)酒西盆地可能存在3個(gè)地震叢集期,分別為10～8 ka、 5.5～3.5 ka、2 ka以來(lái),每個(gè)叢集期持續(xù)時(shí)間約2 ka。從離逝時(shí)間上看,陰洼山斷裂及白楊河斷裂離逝時(shí)間較長(zhǎng),已接近復(fù)發(fā)周期,地震危險(xiǎn)性較高。