青藏高原東北緣武威盆地內(nèi)部全新世伸展構(gòu)造特征及其成因機(jī)制

李藝豪杜星星李天秀

1.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081;

2.自然資源部活動構(gòu)造與地質(zhì)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081;

3.中國地質(zhì)調(diào)查局新構(gòu)造與地殼穩(wěn)定性研究中心,北京 100081;

4.新疆油田重油開發(fā)公司,新疆 克拉瑪依 834000

0 引言

新生代以來,在歐亞板塊與印度板塊持續(xù)擠壓作用下,位于青藏高原東北緣的河西走廊地區(qū)形成了前陸盆地系統(tǒng)(李有利等,1997;張培震等,2006;Zhang et al., 2010;Wang et al., 2013;Yan et al.,2013;Cunningham et al., 2016)。河西走廊整體呈北西西走向,夾于祁連山北緣逆沖斷裂和龍首山逆沖斷裂之間,被認(rèn)為是青藏高原向外擴(kuò)展的前沿地區(qū) (王成善等,2009;Yuan et al.,2013;Zheng et al., 2013;Cunningham et al., 2016;Wang et al., 2016b)。目前,國內(nèi)外眾多學(xué)者對河西走廊地區(qū)開展了活動構(gòu)造學(xué)、低溫?zé)崮甏鷮W(xué)、構(gòu)造地貌學(xué)和盆地動力學(xué)等方面的研究。萬景林等(2010)、Zheng et al.(2010)、Wang et al.(2020)和李佳昱等(2020)根據(jù)低溫?zé)崮甏鷮W(xué)結(jié)果認(rèn)為,北祁連山、龍首山在中新世發(fā)生了快速隆升。Bovet et al.(2009)和 Wang et al.(2016b)通過研究河西走廊盆地沉積充填特征,恢復(fù)了北祁連山與龍首山在中新世期間的隆升過程。譚利華等(1998)和鄭文俊(2009)根據(jù)活動構(gòu)造學(xué)的研究認(rèn)為,在祁連山、龍首山隆升之后,一組北西向隆起逐漸發(fā)育,將河西走廊分割成了多個次級盆地。楊景春等 (1998)、Champagnac et al.(2010)和郭懷軍等(2016)通過分析河西走廊盆地邊緣地貌特征,劃分出多期小構(gòu)造事件,歸納總結(jié)出更新世以來的時空分布規(guī)律,證明了更新世期間河西走廊地區(qū)盆山相對高差的不斷增加,構(gòu)造擠壓持續(xù)進(jìn)行。Yu et al.(2016,2017)和Zhang et al.(2021a)論述了晚更新世以來河西走廊及其北側(cè)的阿拉善地塊在北東向擠壓下發(fā)生的擠壓變形和左旋走滑運(yùn)動。全新世期間青藏高原東北緣及其周邊地區(qū)同樣發(fā)育廣泛的構(gòu)造活動,如陳柏林等(2008)研究認(rèn)為,河西走廊地區(qū)在全新世期間發(fā)育多條活動斷層;施煒等(2013)研究認(rèn)為,河西走廊南側(cè)的海原斷裂自全新世以來,由構(gòu)造伸展轉(zhuǎn)換為構(gòu)造擠壓和左旋走滑活動;趙衡等(2019)研究認(rèn)為,武威盆地北部的阿拉善地塊東北緣狼山山前正斷層自全新世以來,斷層滑動速率有減緩的趨勢。武威盆地南緣地區(qū)在全新世期間構(gòu)造活動頻發(fā),如陳文彬(2003)研究認(rèn)為,武威盆地南緣斷裂在4.4 ka以來逆沖活動的垂直速率為0.57 mm/a;艾晟等(2017)研究認(rèn)為,武威盆地南緣斷裂為晚更新世以來的活動斷裂,以逆沖為主兼具左旋走滑性質(zhì),全新世以來的垂直滑動速率為0.44mm/a;鄭文濤等(2000)和鄭文俊(2009)研究認(rèn)為,全新世以來武威盆地南緣發(fā)育多期河流階地和沖洪積扇,且多次被逆斷層錯斷。

目前對武威盆地已開展的研究工作,在空間上主要集中于盆地邊緣,尚不清楚全新世以來武威盆地內(nèi)部對區(qū)域構(gòu)造作用如何響應(yīng),盆地內(nèi)部是否發(fā)生變形以及如何變形等問題亟需解決。開展盆地內(nèi)部的研究對深刻認(rèn)識青藏高原東北緣向外擴(kuò)展過程具有重要意義。因此,文中通過對武威盆地內(nèi)部全新世活動構(gòu)造的地質(zhì)調(diào)查和年代學(xué)分析,查明了武威盆地內(nèi)部構(gòu)造活動的幾何學(xué)、運(yùn)動學(xué)特征及其形成時代,探討了其動力學(xué)機(jī)制。

1 地質(zhì)背景

自中新世開始,青藏高原東部地塊在鮮水河、東昆侖和海原等大型左旋走滑斷裂的調(diào)節(jié)作用下向青藏高原外側(cè)運(yùn)動,邊緣山脈快速隆升,在青藏高原東北緣地區(qū)逐漸形成了以祁連山為主體、河西走廊為擴(kuò)展邊緣的北東向凸出的格局(An et al., 2001;Zhang et al., 2010;Zheng et al., 2010;張培震等,2014;張?jiān)罉蚝屠詈｝?2016;顏丹平等,2020)。同時,在北側(cè)阿拉善地塊的阻擋作用下,河西走廊發(fā)生相對強(qiáng)烈的凹陷沉降,走廊內(nèi)部北西走向的文殊山、榆木山和大黃山等隆起逐漸抬升,將河西走廊自西向東依次分割為酒西盆地、酒東盆地、民樂盆地和武威盆地(圖1;葛肖虹和劉俊來,1999;陳柏林和劉建生,2009;鄭文俊,2009;李蔚琳等,2019)。

圖1 武威盆地區(qū)域構(gòu)造簡圖(據(jù)Zheng et al., 2010修改)Fig.1 Regional structural sketch of the Wuwei Basin (modified from Zheng et al., 2010)

武威盆地南依青藏高原,北靠阿拉善地塊,東鄰鄂爾多斯地塊(圖1)。在青藏高原與阿拉善地塊近南北向的擠壓作用下,武威盆地南、北兩側(cè)邊緣發(fā)育了兩套傾向相反、對向逆沖的逆沖斷裂系統(tǒng)(圖2;李奮其等,2002;何光玉等,2004;張進(jìn)等,2007;金勝等,2012;Zhang et al., 2017)。武威盆地南側(cè)為向北逆沖的祁連山北緣斷裂和盆地南緣斷裂,北側(cè)為向南逆沖的龍首山南緣斷裂,盆地南緣斷裂和龍首山南緣斷裂是武威盆地南、北兩側(cè)的邊界斷裂。盆地內(nèi)部還發(fā)育有與盆緣斷裂走向相近的墳門山南緣斷裂和墳門山北緣斷裂(何翔等,2022)。此外,在武威盆地南側(cè)的祁連山區(qū)還發(fā)育有海原左旋走滑斷裂。武威盆地北側(cè)龍首山南緣斷裂沿龍首山展布,斷層傾向北東—北東東,向武威盆地內(nèi)部逆沖(圖2)。該斷裂在金昌附近分為兩支,一支沿龍首山南麓繼續(xù)延伸,另一支轉(zhuǎn)為近東西走向,被命名為紅崖山-四道山斷裂(劉洪春等,2000;張進(jìn)等,2006)。地球物理資料證明,龍首山南緣斷裂是一個先存的深部斷裂帶 (Xiao et al., 2012, 2013a, 2015;Zhang et al., 2021b)。在晚第四紀(jì),該斷裂受到北東或北東東向主壓應(yīng)力作用,發(fā)生左旋走滑逆沖,是1954年民勤7級地震的發(fā)震構(gòu)造(劉洪春等,2000;劉白云等,2014;趙凌強(qiáng)等,2018)。武威盆地南側(cè)的盆地南緣斷裂沿走廊南山北麓展布,傾向南西,是古浪逆沖推覆體的前緣活動斷裂(圖2;侯康明等,1999;鄭文俊等,2004)。晚更新世以來,盆地南緣斷裂表現(xiàn)為逆沖兼左旋走滑的特征(陳文彬,2003;艾晟等,2017),錯斷了多期沖洪積扇和多級河流階地(鄭文濤等,2000;鄭文俊,2009;胡小飛,2010)。位于武威盆地內(nèi)部的墳門山南、北緣斷裂為北西西走向(圖2),控制著武威盆地內(nèi)部的墳門山隆起。何翔等(2022)通過墳門山兩側(cè)礫石層的物源成分與古流向變化推斷,墳門山隆起在晚更新世期間抬升出地表。

圖2 武威盆地研究區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)何翔等,2022修改)Fig.2 Geological sketch of the Wuwei Basin (modified from He et al., 2022)

武威盆地基底由前寒武紀(jì)變質(zhì)巖和早古生代大陸邊緣火山-沉積巖組成,先后經(jīng)歷了志留紀(jì)—泥盆紀(jì)前陸盆地、石炭紀(jì)—二疊紀(jì)伸展盆地、侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)斷陷盆地和新生代前陸盆地等演化階段,并由此沉積了大量的古生代—新生代的陸源碎屑巖以及少量海陸交互相沉積地層(石應(yīng)駿等,1995;甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1997;閻存鳳和袁劍英,2011;趙子賢,2021)。其中,武威盆地內(nèi)部廣泛出露新生代地層,主要包括新近系甘肅群的磚紅色泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、細(xì)礫巖和土黃色砂巖等,下更新統(tǒng)玉門礫巖、中更新統(tǒng)酒泉礫石和晚更新統(tǒng)戈壁礫石等沖洪積相沉積物(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1997;宋春暉,2006;何翔等,2022)。全新世以來,武威盆地邊緣以發(fā)育小型的山前洪積扇為主,盆地內(nèi)部主要發(fā)育河流沖積相的砂和礫石及風(fēng)成黃土等沉積物,具體可分為早全新世平磚組、中全新世肅州組和晚全新世鹽池組(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1997;何翔等,2022)。平磚組多為沖洪積物,構(gòu)成了武威盆地南緣水系的三級階地,在盆地邊緣區(qū)還發(fā)育有洪積、坡積砂碎石及風(fēng)成砂;肅州組下部為沖積相沉積,上部為沖積相、沼澤相沉積,在武威盆地南、北緣有洪積物及風(fēng)積砂沉積,盆地內(nèi)還有沖積相和沼澤相沉積物分布;鹽池組主要分布在武威盆地構(gòu)造低洼區(qū),為湖泊干涸沉積所形成,在盆地南緣山前地帶還發(fā)育有現(xiàn)代洪積物,在河流河床及河漫灘地帶有沖積物的最新堆積。

2 武威盆地活動構(gòu)造特征

武威盆地內(nèi)部的低洼地區(qū)發(fā)育了多套河流沖積物、風(fēng)成黃土和湖相沉積層。由于盆地的匯水作用,位于盆地內(nèi)部低洼地區(qū)的全新世地層被流水切割形成大量的河道和沖溝。在武威水源鎮(zhèn)附近的河道及沖溝旁,出露多處良好的天然露頭,為分析武威盆地內(nèi)部構(gòu)造活動特征提供了研究對象。

2.1 北西西走向斷層活動特征

北西西走向斷層性質(zhì)為正斷層,總體走向130°,傾向北東或南西,傾角35°～56°。在空間展布上,斷層的走向與墳門山南、北緣斷裂基本一致。斷層錯斷了武威盆地內(nèi)部晚更新統(tǒng)戈壁礫石層之上的沉積地層,但未在地表形成明顯的地貌特征(圖3a、3b)。

斷層1位于水源鎮(zhèn)西南3.6 km處的河道旁(圖2所示D1點(diǎn)),為3條近于平行、傾向218°～220°、傾角55°～56°的正斷層(圖3a、3c)。該處地層出露全新統(tǒng)①灰黑色塊狀含碳黏土層、②土黃色厚層狀黏土層、③土黃色厚層狀粉砂質(zhì)黏土層、④土黃色厚層狀黏土層、⑤土黃色厚層狀粉砂質(zhì)黏土層。在②和③層、③和④層的層間,分別發(fā)育有長約1.5 m、中間最厚處約7 cm并向兩側(cè)逐漸尖滅的細(xì)砂透鏡體。根據(jù)斷層與地層間的切割關(guān)系,圖3c中最左側(cè)正斷層為第一期斷層活動所形成,將左側(cè)①含碳黏土層錯斷,并沉積了②土黃色黏土層;中間斷層為第二期斷層活動所形成,將②土黃色黏土層和①含碳黏土層錯斷,并沉積了③粉砂質(zhì)黏土層;最右側(cè)正斷層為第三期斷層活動所形成,將①含碳黏土層、②黏土層和③粉砂質(zhì)黏土層錯斷。此后,④黏土層和⑤粉砂質(zhì)黏土層沉積覆蓋在三期斷層之上。

圖3 武威盆地北西西走向斷層剖面圖(地層劃分據(jù)何翔等,2022)Fig.3 Profiles of the NWW-trending faults in the Wuwei Basin (Stratigraphic division is from He et al., 2022)

斷層2分布在青山農(nóng)場東側(cè)(圖2所示D2點(diǎn)),由4條相互平行的正斷層組成,走向?yàn)?54°～156°,傾向北東,傾角為35°～51°。該斷層錯斷了露頭下方的上更新統(tǒng)灰黑色礫石層和全新統(tǒng)上方的黃灰色含礫砂土層(圖3b、3d),且兩層間的界線呈現(xiàn)出明顯的錯斷。該處礫石最大扁平面多傾向南西,并呈疊瓦狀排列,只是在靠近斷層處,礫石最大扁平面產(chǎn)狀明顯被擾動,沿著與斷層面近于平行的方向排布(圖3d;地層劃分據(jù)何翔等,2022)。

2.2 北東走向斷層活動特征

北東走向斷層的性質(zhì)為正斷層,走向200°～230°,傾向南東或北西。在空間展布上,該斷層的走向和位置基本與西營河流向一致(圖2)。該斷層在水源鎮(zhèn)和豐樂鎮(zhèn)南側(cè)均有出露。

斷層3位于水源鎮(zhèn)南側(cè)2.6 km處(圖2所示D3點(diǎn)),由5條正斷層組成(圖4a、4b),其中包括3條傾向125°～130°、傾角48°～53°的正斷層和2條傾向290°～305°、傾角53°～58°的正斷層。5條正斷層呈斷塹、斷壘組合樣式。斷層錯斷了礫石層和含礫粗砂層,斷層上盤為深灰色礫石層,下盤為淺黃褐色具水平層理的含礫粗砂和深灰色礫石。位于斷層下盤的含礫粗砂層在靠近斷層處發(fā)育有明顯的牽引變形(圖4a、4b)。斷層之上被淺黃褐色含礫粗砂層、灰色礫石層和土黃色黏土層所覆蓋,未在地表形成陡坎或負(fù)地形。

圖4 武威盆地北東走向斷層剖面圖(地層劃分據(jù)何翔等,2022)Fig.4 Profiles of the NE-trending faults in the Wuwei Basin (Stratigraphic division is from He et al., 2022)

斷層4出露在西營河河口附近(圖2所示D4點(diǎn)),傾向325°、傾角58°,出露上更新統(tǒng)地層(地層劃分據(jù)何翔等,2022)。該露頭發(fā)育的地層自下而上可劃分為3層(圖4c、4d):底層礫石含量較多,礫徑較小,分選一般—較好,呈層狀分布;中層礫石含量較少,礫徑大小不一,分選較差,分層不明顯;頂層礫石含量最少,主要為砂層。該斷層將3層砂礫石層錯斷,并形成高約1 m的陡坎。

3 樣品分析與結(jié)果

3.1 光釋光樣品的采集和分析方法

根據(jù)甘肅省區(qū)域地質(zhì)志對研究區(qū)地層巖性的描述(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1997),研究區(qū)下更新統(tǒng)玉門礫巖與中更新統(tǒng)酒泉礫石已呈固結(jié)或半固結(jié)狀態(tài),而前面所述野外露頭中出露的地層均未固結(jié),因此推斷露頭中地層的時代不會早于晚更新世。為限定斷層活動時間,在北西西走向斷層出露點(diǎn)D1和北東走向斷層出露點(diǎn)D3的露頭中,取細(xì)砂夾層內(nèi)顆粒物進(jìn)行光釋光測年,具體采樣位置如圖3c、圖4b所示。在點(diǎn)D1中,于③層與④層之間的細(xì)砂透鏡體中取光釋光樣品OSL-1、OSL-2,于②層與③層之間的細(xì)砂透鏡體中取光釋光樣品OSL-3,以限定北西西走向2條斷層活動時間的上限。在點(diǎn)D3中,分別在斷層下盤頂部的細(xì)砂透鏡體和覆蓋在斷層之上的土黃色黏土層層底的細(xì)砂層中取光釋光樣品OSL-5和OSL-4,以限定北東走向正斷層的活動時間。

此次采集的5個光釋光樣品,在中國地震局地殼應(yīng)力研究所地殼動力學(xué)重點(diǎn)研究室完成光釋光實(shí)驗(yàn)的測試和數(shù)據(jù)處理。詳細(xì)的取樣過程見文獻(xiàn)賴忠平和歐先交(2013)。樣品經(jīng)前期處理后,將粗顆粒(90～125μm)組分的樣品(OSL-3、OSL-4、OSL-5)使用單片再生法(SAR)進(jìn)行等效劑量(De)測定,將細(xì)顆粒(4～11μm)組分的樣品 (OSL-1、OSL-2)采用簡單多片再生法(SMAR)進(jìn)行等效劑量(De)測定。所有樣品的光釋光輻照和信號測量均在丹麥Risoe DA-20-C/D型熱/光釋光自動測量系統(tǒng)上完成。樣品中U、Th含量用NexION300D等離子體質(zhì)譜儀測定,K含量用Z-2000石墨爐原子吸收分析儀測定。具體的實(shí)驗(yàn)流程及分析方法參照文獻(xiàn)Murray and Wintle(2000, 2003)和王旭龍等(2004)。

3.2 光釋光樣品的測試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示(表1),5個樣品年齡均為晚全新世。其中,樣品OSL-1和OSL-2的年齡最年輕,分別為0.18 ka和0.19 ka;樣品OSL-3和OSL-4的年齡處于中間,分別為0.43 ka和0.49 ka,兩者處于同一誤差范圍內(nèi);樣品OSL-5的年齡最老,為0.70 ka。該組年齡樣品在野外采集、保存、移送實(shí)驗(yàn)室的過程中均未遭受光污染,且樣品的測試流程和方法也符合光釋光測年的流程要求(Murray and Wintle, 2000, 2003;王旭龍等,2004)。此外,根據(jù)Ballarini等(2003)對荷蘭海岸沙丘樣品以及1755年Lisbon地震海嘯相關(guān)沉積物的OSL測年結(jié)果來看,OSL測年的上限可以達(dá)到幾十年。張克旗等(2015)認(rèn)為OSL 測年方法對年齡在0.3 ka以內(nèi)的樣品測量結(jié)果要優(yōu)于14C測年。因此,文中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠,處于光釋光測年范圍內(nèi)。

表1 光釋光樣品測年數(shù)據(jù)Table 1 Optically stimulated luminescence data of the five samples

4 討論

4.1 斷層的活動時間

此次調(diào)查的斷層中,最老一期為北東走向斷層活動,時間為0.70 ka。此后,北東走向斷層在0.49 ka還發(fā)生過構(gòu)造活動,而北西西走向斷層發(fā)生過一期0.43 ka的構(gòu)造活動。由于0.43 ka和0.49 ka兩個OSL年齡結(jié)果的誤差范圍一致,因此文中將二者歸為同一期構(gòu)造事件。北西西走向斷層最新活動時間為0.18 ka,但與北西西走向斷層在0.43 ka發(fā)生的活動具有繼承性,因此將0.49～0.18 ka內(nèi)的兩次斷層活動劃分為一個構(gòu)造階段,其中北西西走向斷層活動持續(xù)時間更長。綜上所述,在0.70～0.18 ka期間,武威盆地內(nèi)部斷層發(fā)生了兩期構(gòu)造活動,第一期為0.70 ka的北東走向斷層活動;第二期為0.49～0.18 ka期間北東走向斷層和北西西走向斷層的活動。

4.2 武威盆地全新世構(gòu)造環(huán)境

全新世期間,青藏高原東北緣地區(qū)主要斷裂的運(yùn)動學(xué)性質(zhì)均為走滑兼逆沖,并且主要走滑斷裂的滑移分量減少,擠壓分量增多,整體呈現(xiàn)為地殼縮短、盆地與山脈的高差相對增加(江在森, 2001;Zheng et al.,2013; Liu et al.,2020)。另外,位于研究區(qū)西側(cè)的民樂斷裂在全新世期間仍在活動,是高臺地震的發(fā)震斷裂,野外實(shí)際觀測和震源機(jī)制解均表明該斷裂為逆沖性質(zhì)(鄭文俊等,2005;陳柏林等,2006;鄒小波,2018)。除高臺地震,武威盆地及周邊地區(qū)頻繁發(fā)生5.0級以上的地震,包括最近2022年1月21日門源發(fā)生的6.4級地震,這些發(fā)震原因均為青藏高原向外擴(kuò)展的擠壓作用(陳柏林和劉建生,2009;劉白云等,2014,2015;李祥等,2016;趙凌強(qiáng)等,2018)。鄭文濤等(2000)對武威盆地內(nèi)7條河流階地變形特征的研究和裴紅連(2017)對武威盆地西側(cè)榆木山山前洪積扇的特征分析均表明,晚更新世以來武威盆地西側(cè)榆木山斷裂和盆地南緣斷裂整體以逆沖作用為主。

通常區(qū)域性正斷層的發(fā)育代表著伸展環(huán)境,按該觀點(diǎn)來看,研究區(qū)北西西走向和北東走向正斷層在全新世期間的多期構(gòu)造活動應(yīng)代表武威盆地在該段時間處于伸展背景下,但上述研究結(jié)果均表明,武威盆地周邊地區(qū)在全新世期間處于擠壓構(gòu)造環(huán)境之中。既然武威盆地周邊地區(qū)整體處于擠壓構(gòu)造背景下,那盆地內(nèi)全新世晚期的北西西走向和北東走向正斷層的成因機(jī)制就需要進(jìn)行深入的研究來進(jìn)行解釋。

4.3 武威盆地全新世正斷層成因

雖然武威盆地在全新世期間處于北東向的擠壓環(huán)境中,但此次研究卻在盆地內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了與擠壓方向平行和垂直的兩組同期正斷層(圖5a、5b)。盡管在以往的報道中也曾出現(xiàn)過擠壓環(huán)境中發(fā)育正斷層的案例,如阿爾卑斯造山帶中逆斷層被褶皺改造為正斷層 (Thornton et al.,2018)、南天山增生楔擠壓褶皺中發(fā)育的正斷層(劉和甫等,1994;Xiao et al.,2013b)和印度板塊推擠過程中發(fā)育的藏南拆離系 (Wang et al., 2016a) 等,但同時發(fā)育走向與擠壓應(yīng)力相垂直和走向與擠壓應(yīng)力相平行的兩種正斷層的情況較為少見。

研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的北西西走向正斷層與墳門山隆起的空間位置和走向都基本一致(圖5a)。雖然在發(fā)育北西西走向正斷層的位置并未見到出露地表的隆起,但地球物理剖面表明,墳門山隆起一直向南東東方向延伸并隱伏在新生代沉積物之下(石應(yīng)駿等,1995)。在中更新世—全新世擠壓背景下,墳門山隆起在墳門山北緣斷裂和墳門山南緣斷裂的共同作用下持續(xù)隆升,并在武威盆地西部隆升出地表,阻斷了后期酒泉礫石的沉積(何翔等,2022)。何翔等(2022)通過武威盆地內(nèi)部河道遷移和墳門山山前沖積扇扇體的疊覆關(guān)系研究認(rèn)為,第四紀(jì)以來武威盆地處于西強(qiáng)東弱的擠壓環(huán)境中。墳門山隆起自西向東逐漸抬升,由于兩側(cè)地層未固結(jié),在重力作用下導(dǎo)致地層發(fā)生錯動,形成了與墳門山隆起走向一致的正斷層,即0.43～0.18 ka的北西西走向正斷層(圖5c、5d)。該組正斷層的形成特征類似于天山前陸沖斷系統(tǒng)和準(zhǔn)噶爾盆地莫北地區(qū)發(fā)育的正斷層,均為底部地層的差異性升降作用下,頂部地層受到伸展作用所形成(劉和甫等,1994;崔澤宏和湯良杰,2007)。

對于0.70 ka和0.49 ka發(fā)育的北東走向正斷層來說,其斷層走向與區(qū)域擠壓應(yīng)力方向一致。根據(jù)全新世武威盆地周邊斷裂的活動性質(zhì),北東走向的正斷層可能受控于武威盆地南、北兩側(cè)的走滑斷裂。盆地南緣斷裂在全新世期間表現(xiàn)為逆沖兼有左旋走滑的性質(zhì),且該斷裂南側(cè)即為青藏高原東北緣地區(qū)構(gòu)造變形最顯著的斷裂之一的海原斷裂,其在全新世期間也以北東向擠壓和強(qiáng)烈的左旋走滑為主(鄧起東等1989;施煒等,2013;王偉濤等,2014)。盆地北側(cè)的邊緣斷裂——龍首山南緣斷裂,在全新世期間同樣表現(xiàn)為左旋走滑和逆沖性質(zhì)(劉洪春等,2000;張進(jìn)等,2006;云龍等,2021)。根據(jù)里德爾剪切模型,在近東西走向的左旋走滑斷裂的作用下,會形成北東走向的張性破裂,即T破裂,這與盆地南緣斷裂、海原斷裂、龍首山南緣斷裂和武威盆地內(nèi)部北東走向正斷層之間的空間關(guān)系相吻合 (圖5b)(Waldron, 2005;Cardello and Tesei,2013;肖坤澤和童亨茂,2020)。此外,北東走向正斷層也不排除是在青藏高原北東向擠壓的情況下發(fā)生與擠壓應(yīng)力垂直方向上的伸展形成,如圖5b。

圖5 武威盆地內(nèi)部斷層發(fā)育模式圖(地層劃分據(jù)何翔等,2022)Fig.5 Fault development model in the Wuwei Basin (Stratigraphic division is from He et al., 2022)

自0.18 ka以來,北東走向和北西西走向的兩組正斷層被新發(fā)育的沖積相沉積物所覆蓋,武威盆地進(jìn)入構(gòu)造穩(wěn)定期。對于垂直北東向擠壓作用的北西西走向正斷層來說,墳門山隆起對其發(fā)育起到了決定性的作用。此外,墳門山隆起的存在不僅改變了武威盆地內(nèi)部沉積充填特征,還起到了吸收北東向縮短應(yīng)變的作用,因此可能減弱了北東走向正斷層的發(fā)育規(guī)模。武威盆地內(nèi)部發(fā)育的兩組正斷層的成因表明,晚全新世期間,武威盆地的構(gòu)造變形處于青藏高原東北緣構(gòu)造活動的控制之中。

5 結(jié)論

全新世以來,青藏高原東北緣存在的強(qiáng)烈構(gòu)造活動對武威盆地進(jìn)行了改造,這種改造不僅體現(xiàn)在盆地邊緣,也體現(xiàn)在盆地內(nèi)部。

(1)晚全新世期間,處于擠壓狀態(tài)下的武威盆地內(nèi)部發(fā)育了與擠壓方向平行和垂直的兩組正斷層,即北東走向正斷層和北西西走向正斷層。兩組斷層在0.70～0.18 ka期間內(nèi),發(fā)生了兩期構(gòu)造活動。第一期為0.70 ka北東走向斷層活動;第二期為0.49～0.18 ka,北東走向斷層和北西西走向斷層均有活動,其中北西西走向斷層活動持續(xù)時間更長。

(2)北西西走向正斷層的形成與武威盆地內(nèi)部發(fā)育的墳門山隆起密切相關(guān)。在北東向擠壓作用下,武威盆地內(nèi)部的墳門山隆起在其兩側(cè)斷層的控制下自西向東持續(xù)隆升,導(dǎo)致墳門山隆起兩側(cè)未固結(jié)的地層在重力作用下發(fā)生錯動,從而形成了北西西走向正斷層。

(3)北東走向正斷層可能為武威盆地南北兩側(cè)近東西走向的盆地南緣斷裂、海原斷裂、龍首山南緣斷裂的左旋走滑作用下形成的北東走向的張性破裂(T破裂)。

致謝:感謝地質(zhì)力學(xué)研究所劉健研究員和祁連山東北緣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目組的各位老師、同學(xué)在野外地質(zhì)調(diào)查過程中的大力支持,特別感謝各位審稿專家為論文提出的寶貴建議。