阿拉善地塊西部鼎新斷裂的發(fā)現(xiàn)及其構(gòu)造意義*

張 波，鄭 龍，何文貴，朱俊文，蔡藝萌

(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)

0 引言

向北東快速擴(kuò)展的青藏高原和相對(duì)穩(wěn)定的阿拉善地塊之間的構(gòu)造接觸關(guān)系和相互作用一直備受關(guān)注(鄭文俊等，2021；Zheng，2013a，b；陳文彬，徐錫偉，2006)。近幾年前人在構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的北山地區(qū)(阿拉善地塊西段)發(fā)現(xiàn)俄博廟斷裂等多條活動(dòng)斷裂，引發(fā)了青藏高原東北緣是否已經(jīng)擴(kuò)展到阿拉善地塊西段內(nèi)部這一科學(xué)問(wèn)題的討論(Yang，2019；云龍等，2019；張波等，2020)。關(guān)于該科學(xué)問(wèn)題的討論，進(jìn)一步聚焦于俄博廟斷裂在幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)上是否直接歸屬于祁連山逆沖擴(kuò)展系，由于俄博廟斷裂的三維幾何、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的復(fù)雜性，對(duì)其認(rèn)識(shí)仍存在不同觀點(diǎn)(Yang，2019；云龍等，2019；張波等，2020)。

鼎新斷裂與俄博廟斷裂分別位于黑河的東、西兩側(cè)，在幾何趨勢(shì)上相連，二者是否為同一斷裂帶是值得關(guān)注的問(wèn)題，其幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征及其與周邊斷裂的關(guān)系，是回答青藏高原是否已經(jīng)擴(kuò)展到阿拉善地塊西段內(nèi)部的重要依據(jù)?；诖?，本文對(duì)鼎新斷裂的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征開展初步研究。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

圖1 區(qū)域構(gòu)造環(huán)境和研究區(qū)概況

祁連山—河西走廊活動(dòng)斷裂系包括野馬河—大雪山斷裂、昌馬斷裂、玉門斷裂、榆木山斷裂、金塔南山斷裂、合黎山斷裂等，運(yùn)動(dòng)性質(zhì)兼具逆沖和左旋走滑，其中榆木山東緣斷裂(近南北走向)表現(xiàn)為右旋走滑(鄭文俊，2009；Ren，2019)。阿拉善南緣發(fā)育一系列帚狀散開的活動(dòng)斷裂系，包括慕少梁斷裂、北大山斷裂、桃花拉山斷裂等，這些斷裂形跡筆直，活動(dòng)性質(zhì)以左旋走滑為主(陳文彬，徐錫偉，2006；Yu，2017；Zhang，2020)。

阿拉善地塊內(nèi)部的活動(dòng)斷裂分布稀疏，斷裂長(zhǎng)度和規(guī)模相對(duì)小。在阿拉善地塊的東南部發(fā)育阿右旗斷裂和雅布賴活動(dòng)斷裂，活動(dòng)性質(zhì)為左旋走滑，兼具正斷或逆斷分量(Yu，2016，2017)。在阿拉善地塊西部的北山南緣，發(fā)現(xiàn)俄博廟活動(dòng)斷裂，該斷裂長(zhǎng)約45 km，地表斷裂形跡斷斷續(xù)續(xù)，正向陡坎和反向陡坎交替出現(xiàn)。大量探槽剖面顯示，正向陡坎由高角度正斷層(傾向S)控制，反向陡坎由低角度逆沖斷層(傾向S)控制(張波等，2020)。斷裂最新活動(dòng)時(shí)代為全新世，活動(dòng)性質(zhì)以左旋走滑為主。云龍等(2019)限定兩次古地震事件，分別為30 ka BP以前和8.4～3.3 ka BP；Yang等(2019)限定其左旋走滑速率約為2.69 mm/a，垂直滑動(dòng)速率為0.35 mm/a；張波等(2020)限定其左旋走滑活動(dòng)速率為(1.52±0.25)mm/a。

除了俄博廟斷裂，Yang等(2021)詳細(xì)研究了北山內(nèi)部的舊井?dāng)嗔?，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)為左旋走滑兼正斷，該斷裂及其控制的舊井盆地、其連接的EW走向第四紀(jì)斷裂體系，在約5.5 Ma以來(lái)的青藏高原擴(kuò)展的影響下發(fā)生復(fù)活。

與和青藏地塊過(guò)渡的祁連山—河西走廊逆沖活動(dòng)斷裂系相比，阿拉善地塊內(nèi)部相對(duì)穩(wěn)定，構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)弱。阿拉善地塊內(nèi)部歷史地震主要分布在地塊東南部，以中等震級(jí)的地震為主，最大地震為1954年騰格里沙漠北7級(jí)地震(中國(guó)地震局震害防御司，1999)。阿拉善地塊西部地震稀少，已知最大地震為2012年5月3日金塔—阿拉善盟5.4地震，其震源性質(zhì)為走滑型，發(fā)震斷層節(jié)面的走向?yàn)?8°、傾角82°、滑動(dòng)角為-26°(張輝，王熠熙，2012)。何文貴等(2013)推測(cè)金塔—阿拉善5.4地震是馬山南東斷層和神螺山—野馬井?dāng)鄬庸餐顒?dòng)的結(jié)果，兩條斷層均為局部老斷層，地表未見其新活動(dòng)的跡象。

2 鼎新活動(dòng)斷裂的發(fā)現(xiàn)

2.1 斷裂線性特征

鼎新斷裂在衛(wèi)星影像上線性極其清晰，形態(tài)表現(xiàn)為略向NE凸出的弧形，自西向東走向由100°逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?30°，長(zhǎng)約30 km(圖1c)。斷裂線性南側(cè)總體上為基巖中低山區(qū)，向西過(guò)渡到大型黑河洪積扇階地上，向東為山前沖洪積扇；斷裂線性北側(cè)以大型黑河洪積扇階地為主，東部被流動(dòng)沙丘覆蓋(圖1c)。

鼎新斷裂西段穿過(guò)大型黑河洪積扇階地，走向108°，長(zhǎng)約8.2 km，衛(wèi)星影像上線性特征清晰，可解譯出多級(jí)線性陡坎。我們選擇有代表性的點(diǎn)，使用差分GPS實(shí)測(cè)3條陡坎剖面(圖2)，陡坎高度分別為(5.1±0.2)m、(5.2±0.6)m和(4.7±0.1) m。主陡坎(圖2紅色三角)南側(cè)還發(fā)育多條短陡坎，其長(zhǎng)度均未超過(guò)1 km，向東與主陡坎斜交。

圖2 黑河階地上斷裂線性地貌

斷裂線性的主體形成基巖中低山與黑河階地的顯著邊界，形似略向NE向凸出的弧形，走向由98°逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?25°(圖3a)，部分段發(fā)育多級(jí)線性陡崖(圖3b)。使用差分GPS實(shí)測(cè)2條典型剖面，高度分別為(20.8±1.2)m和(23.8±1.0)m(圖3c)，該段還發(fā)育2處明顯的斷層泉。

圖3 基巖山前斷層線性地貌

斷裂線性繼續(xù)向東延入山前沖洪積扇上，在洪積扇上發(fā)育的斷裂線性長(zhǎng)度為1.1 km，走向127°(圖4)。該段表現(xiàn)為筆直的線性，局部可見復(fù)陡坎(圖5中P12)。使用差分GPS實(shí)測(cè)10條陡坎剖面，陡坎高度為0～3.5 m，總體表現(xiàn)為向東降低的趨勢(shì)，最東端陡坎P15表現(xiàn)為緩坡，地表已經(jīng)看不清陡坎，反應(yīng)斷裂向東逐漸消亡(圖5)。

圖4 山前洪積扇上斷層線性地貌

圖5 10條實(shí)測(cè)差分GPS剖面

2.2 斷裂性質(zhì)與活動(dòng)時(shí)代

為了揭示線性構(gòu)造的性質(zhì)與時(shí)代，筆者于2011年在東段山前洪積扇上橫跨線性陡坎開挖2個(gè)探槽(圖1，6～7)。

2.2.1 探槽1

探槽長(zhǎng)度超過(guò)15 m，寬約4 m，深約2 m(圖6a)，剖面出露地層(圖6b)如下：

圖6 探槽1東壁照片(a)及剖面解譯圖(b)

①地表土黃色風(fēng)成粉砂層，厚約0.2～0.5 m，底部偶見小礫石，一般礫徑為1 cm左右，分布不均。

②崩積礫石層，礫徑一般為1～2 cm，磨圓度較差，次棱角狀，礫石沿?cái)鄬映识ㄏ蚺帕小?/p>

③黃褐色沖洪積礫石層，夾少量砂，礫石礫徑一般為2～3 cm，分選性較好，磨圓度較好，次棱角-次圓狀，層厚不穩(wěn)定，斷層南側(cè)厚約1.2 m，斷層北側(cè)未見底。

④花崗巖，中等風(fēng)化。剖面上發(fā)育3條斷層，F(xiàn)為弧形逆斷層，斷層下部產(chǎn)狀為：305°∕SW∠82°，F(xiàn)為正斷層，產(chǎn)狀為315°∕SW∠72°走向300°，F(xiàn)也是弧形斷層，為正斷層，下部產(chǎn)狀為305°∕SW∠70°。斷層斷錯(cuò)了層②～④，被層①覆蓋。層②頂部的OSL樣品測(cè)結(jié)果為距今(23.38±1.99)ka，說(shuō)明斷層晚更新世晚期以來(lái)有活動(dòng)。

2.2.2 探槽2

探槽長(zhǎng)度超過(guò)15 m，寬約4 m，深約2 m(圖7a)，剖面出露地層(圖7b)如下：

圖7 探槽2西壁照片(a)及剖面解譯圖(b)

①土黃色地表風(fēng)成粉砂，厚約0.2～0.5 m。

②紅褐色沖洪積砂礫石層，礫石一般礫徑為1～2 cm，分選性較好，磨圓度一般，次棱角狀，在斷層下盤厚度約為1.5 m，斷層上盤未見底。

剖面上發(fā)育3條斷層，F(xiàn)為逆斷層，產(chǎn)狀：310°∕SW∠81°；F為逆斷層，產(chǎn)狀：300°∕SW∠50°；F為逆斷層，產(chǎn)狀：310°∕SW∠81°。斷層斷錯(cuò)了層②，被層①所覆蓋。層②頂部的OSL樣品測(cè)結(jié)果為距今(31.25±2.66)ka，說(shuō)明斷層晚更新世以來(lái)有活動(dòng)。

探槽結(jié)果表明線性陡坎由高角度逆斷層的活動(dòng)形成，鼎新斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代至少為晚更新世晚期。由于探槽內(nèi)的最新地層(層①)以松散的風(fēng)成沙為主，探槽上部塌陷嚴(yán)重，未采集到層①可靠的OSL樣品，所以未限定最新活動(dòng)時(shí)代的上限年齡。但根據(jù)較新鮮的斷錯(cuò)地質(zhì)地貌現(xiàn)象(圖4b、c)和上覆沉積層的厚度等，推測(cè)鼎新斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代有可能是全新世。

3 討論

繼前人在阿拉善地塊西段內(nèi)部的北山南緣發(fā)現(xiàn)俄博廟活動(dòng)斷裂后，筆者又在其東側(cè)新發(fā)現(xiàn)一條長(zhǎng)約30 km的活動(dòng)斷裂——鼎新斷裂。鼎新斷裂與俄博廟斷裂是研究阿拉善地塊西段內(nèi)部構(gòu)造活動(dòng)及其動(dòng)力機(jī)制的重要線索。鼎新活動(dòng)斷裂的發(fā)現(xiàn)，提高了研究區(qū)的地震危險(xiǎn)性，為附近金塔縣、鼎新鎮(zhèn)等人居地和酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地等重要軍民設(shè)施的抗震設(shè)防提出了新的要求。

3.1 鼎新斷裂與俄博廟斷裂的關(guān)系

俄博廟斷裂和鼎新斷裂分別位于黑河兩側(cè)，二者在趨勢(shì)上相連，但不是同一條斷裂帶，其原因?yàn)椋孩賰蓷l斷裂的地貌表現(xiàn)差異顯著。俄博廟斷裂的連續(xù)性差，在地表斷斷續(xù)續(xù)出露，主斷裂上斷層陡坎的坡向不穩(wěn)定，正向陡坎和反向陡坎交替發(fā)育(張波等，2020)；鼎新斷裂的連續(xù)性很好，主斷裂上陡坎坡向均向北。②斷裂運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同。前人研究認(rèn)為俄博廟斷裂以左旋走滑為主，晚第四紀(jì)左旋走滑速率為1.5～2.7 mm/a，垂直滑動(dòng)速率為0.35 mm/a(云龍等，2019；Yang，2019；張波等，2020)；鼎新斷裂沿線未見明顯的左旋走滑跡象，而且斷裂形跡向NE凸出，陡坎高度從中部向兩端減小，斷錯(cuò)地貌表現(xiàn)與探槽剖面揭示的向北逆沖的主斷裂匹配，說(shuō)明鼎新斷裂應(yīng)以逆沖為主。③鼎新斷裂和俄博廟斷裂之間的黑河及其低階地?zé)o斷錯(cuò)顯示。鼎新斷裂更可能發(fā)生獨(dú)立破裂，根據(jù)逆斷裂的破裂長(zhǎng)度與震級(jí)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系(Wells，Coppersmith，1994)，計(jì)算得出鼎新斷裂可能具有發(fā)生6.8級(jí)地震的危險(xiǎn)性。

3.2 鼎新斷裂與區(qū)域活動(dòng)斷裂的關(guān)系

三危山斷裂、俄博廟斷裂、鼎新斷裂一線，與其南側(cè)的阿爾金斷裂、金塔南山斷裂、合黎山斷裂一線，在幾何上近平行，斷裂連線均向北凸出，與青藏高原向北東擠出的區(qū)域構(gòu)造背景相匹配，說(shuō)明阿拉善內(nèi)部、塔里木內(nèi)部的斷裂系可能受到了青藏高原向北擴(kuò)展的遠(yuǎn)程影響。

運(yùn)動(dòng)性質(zhì)方面，北側(cè)的俄博廟斷裂以左旋走滑為主，鼎新斷裂以逆沖為主；南側(cè)的金塔南山斷裂以左旋走滑為主，合黎山斷裂以逆沖為主，平行斷裂的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)相匹配(云龍等，2019；Yang，2019；張波等，2016，2020；Zheng，2013b)。另外，斷裂運(yùn)動(dòng)性質(zhì)也發(fā)生同步轉(zhuǎn)變，黑河以西的斷裂為左旋走滑性質(zhì)，黑河以東的斷裂為逆沖性質(zhì)。鼎新斷裂與合黎山斷裂性質(zhì)一致，與黑河西側(cè)分別趨勢(shì)相連的俄博廟斷裂、金塔南山斷裂不屬于同一斷裂系統(tǒng)。斷裂走向和區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)方向的夾角決定阿拉善南緣斷裂系的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)(Yu，2016，2017)，走向NWW的鼎新斷裂和合黎山斷裂近平行，其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)均以擠壓縮短和逆沖為主，二者之間東西走向的慕少梁斷裂具有以左旋走滑為主的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)(陳文彬，徐錫偉，2006)。

3.3 區(qū)域動(dòng)力學(xué)機(jī)制探討

為研究祁連山逆沖斷裂系是否擴(kuò)展到阿拉善西段的內(nèi)部，前人針對(duì)俄博廟斷裂的構(gòu)造歸屬和動(dòng)力背景開展了大量的研究和討論，曾提出俄博廟斷裂可能在構(gòu)造上歸屬于祁連山逆沖斷裂系，即祁連山逆沖斷裂系擴(kuò)展到阿拉善地塊西段內(nèi)部(云龍等，2019)；然而大地電磁剖面(Yang，2019；云龍等，2021)顯示俄博廟斷裂為陡傾角斷層，其向深部延伸至下地殼，沒(méi)有歸并到祁連山逆沖斷裂系，祁連山逆沖斷裂系的向北擴(kuò)展似乎難以解釋俄博廟斷裂的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。斷錯(cuò)地貌顯示，俄博廟斷裂斷層陡坎的坡向不穩(wěn)定，或南或北交替變化，與祁連山擴(kuò)展前緣的構(gòu)造環(huán)境難以匹配，指示青藏高原與阿拉善地塊之間的相對(duì)剪切運(yùn)動(dòng)影響了俄博廟斷裂的左旋性質(zhì)(張波等，2020)。

鼎新斷裂運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以逆沖為主，基于上述地塊之間的相互剪切理論似乎可以解釋金塔南山斷裂、俄博廟斷裂以左旋走滑為主的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，卻不易解釋鼎新斷裂、合黎山斷裂的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。前人通過(guò)對(duì)黑河西岸一系列近南北向的正斷層和地塹進(jìn)行研究，提出阿爾金斷裂經(jīng)金塔南山斷裂延伸至黑河一帶，黑河西岸的張性構(gòu)造標(biāo)志著阿爾金斷裂的走滑終止(Zhang，2018)。據(jù)此，阿爾金斷裂在金塔盆地的殘余走滑分量分配到金塔南山斷裂、俄博廟斷裂上，使其表現(xiàn)為走滑為主、兼具或正或逆的傾滑分量；而黑河以東，可能僅受到青藏高原向北東運(yùn)動(dòng)的影響，使得相關(guān)斷裂的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)由斷裂走向決定。該模式提出黑河以西可能受到阿爾金斷裂東端走滑殘余的影響，或可解釋黑河?xùn)|西兩側(cè)斷裂的差異運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，但仍需更多證據(jù)來(lái)支持。

關(guān)于鼎新斷裂的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，尤其是最新活動(dòng)時(shí)代、定量活動(dòng)參數(shù)等方面，需要開展進(jìn)一步的研究工作。同時(shí)，阿拉善地塊西段的構(gòu)造活動(dòng)背景，需要更深入地分析和探討。

4 結(jié)論

本文通過(guò)遙感解譯和野外地質(zhì)地貌調(diào)查，在阿拉善地塊西部新發(fā)現(xiàn)一條活動(dòng)斷裂——鼎新斷裂。該斷裂的線性特征極其清晰，斷裂形跡為略向NE凸出的弧形，長(zhǎng)約30 km。斷裂中段主要形成基巖中低山和黑河階地的邊界，東西兩端分別斷錯(cuò)黑河階地和山前洪積扇，斷層陡坎高度中段高，向兩端逐漸降低。斷裂活動(dòng)性質(zhì)以高角度逆沖為主，最新活動(dòng)時(shí)代至少為晚更新世晚期。鼎新活動(dòng)斷裂的發(fā)現(xiàn)表明青藏高原向北東的擴(kuò)展影響了阿拉善地塊內(nèi)部的構(gòu)造活動(dòng)。

本文OSL樣品由中國(guó)地震局地殼動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，在此表示感謝！