大柴旦斷裂中段晚第四紀活動特征

龐煒 何文貴 吳趙 張波

摘要：

通過航衛(wèi)片遙感數(shù)據(jù)解譯、野外地質(zhì)地貌調(diào)查，并結(jié)合差分GPS等測量手段，獲取大柴旦斷裂晚第四紀以來的地質(zhì)地貌特征。結(jié)果顯示：大柴旦斷裂總長約135 km，整體上顯示為一反“S”形，根據(jù)斷裂走向的變化、地貌特征、活動強弱等，大致以溫泉溝、塔塔棱河為分界點，可將大柴旦斷裂分為三段。晚第四紀以來，該斷裂北段和南段逆沖性質(zhì)較為明顯。本次工作集中在斷裂中段，該段以右旋逆沖活動為主，逆沖量和右旋量在不同地貌面上是不同的，顯示出明顯的多期次活動特征。野外天然古地震剖面揭示出1次古地震事件，發(fā)生在（2 402.5±57.5） a.B.P之后，表明該斷裂在全新世活動強烈，與該區(qū)域近年來頻繁的強震活動相吻合。

關鍵詞：

大柴旦斷裂; 晚第四紀活動; 右旋; 斷錯地貌測量; 測年

中圖分類號： P315.2????? 文獻標志碼：A?? 文章編號： 1000-0844（2023）02-0465-09

DOI：10.20000/j.1000-0844.20210720001

Late Quaternary activity characteristics of the

middle segment of Dachaidan fault

PANG Wei1， HE Wengui2， WU Zhao3， ZHANG Bo2

（1.The Second Monitoring and Application Center， CEA， Xi'an 710054， Shaanxi， China；

2.Lanzhou Institute of Seismology， CEA， Lanzhou 730000， Gansu， China；

3.Beijing Earthquake Prevention Technology Development Co.， Ltd.， Beijing 100029， China）

Abstract：

The geological and geomorphological characteristics of the Dachaidan fault since the Late Quaternary were obtained through the interpretation of remote sensing data， field investigation， and differential GPS survey. The results show that the Dachaidan fault， with a total length of about 135 km， shows an inverse “S” shape. According to the change of fault strike， geomorphic characteristics， and fault activity， the fault is roughly divided into three sections， with Wenquangou and Tataleng Rivers as dividing points. The nature of reverse thrust has been obvious in the northern and southern segments of the Dachaidan fault since the Late Quaternary， and the middle section is dominated by dextral thrust activities. The reversed and strike-slip displacements are different on different geomorphic surfaces， showing obvious multi-stage activity characteristics. The paleoseismic profile in the field revealed a paleoseismic event， which occurred after （2 402.5±57.5） a.B.P.， indicating that the fault was strongly active in the Holocene， consistent with the frequent strong seismic activities in the region in recent years.

Keywords：

Dachaidan fault; Late Quaternary activity; dextral; faulted landform survey; dating

0 引言

印度板塊和歐亞板塊的碰撞作用形成了“世界屋脊”——青藏高原。高原北部的柴達木—祁連活動地塊圍限于阿爾金斷裂、祁連山—海原斷裂、東昆侖斷裂三組巨型斷裂之間［1-2］，是調(diào)節(jié)碰撞形變、約束變形模式的關鍵部位［3-5］。柴達木—祁連活動地塊內(nèi)部和周緣發(fā)育了多條活動斷裂（圖1），在該活動地塊北側(cè)的河西走廊周圍發(fā)育有榆木山斷裂、佛洞廟—紅崖子斷裂、玉門—北大河斷裂等大型強烈活動斷裂［6-8］;在南側(cè)的柴達木盆地北緣發(fā)育有綠梁山斷裂、大柴旦斷裂、宗務隆山斷裂、錫鐵山—阿木尼克山南緣斷裂等多條斷裂［9-11］，這些斷裂以逆沖-走滑性質(zhì)為主，晚第四紀以來發(fā)生過強烈的構(gòu)造形變和地震事件［4，12-15］。值得一提的是，在柴達木盆地北緣，近些年發(fā)生過的2003年MS6.6地震、2004年MS6.2地震、2008年MS6.3地震、2009年MS6.4和MS6.2地震［2，16］均集中在宗務隆山—大柴旦斷裂附近，由此可見該區(qū)域構(gòu)造活動的劇烈程度。

大柴旦斷裂是柴達木盆地北緣的一條重要的右旋兼具逆沖的活動斷裂（圖2），在地貌上線性特征清晰，顯示了強烈的晚第四紀活動特征。前人對大柴旦斷裂曾開展過一些初步調(diào)查［1，17-18］，本文在前人研究的基礎上，重點對該斷裂晚第四紀以來活動性強烈的中段的活動特征開展了一些研究工作，獲得的一些新的認識。

1 大柴旦斷裂幾何展布特征

參考前人工作，結(jié)合研究區(qū)遙感圖像解譯分析，發(fā)現(xiàn)大柴旦鎮(zhèn)東北約4 km的宗務隆山山前的沖洪積扇上發(fā)育線性跡象清晰的陡坎，疑為大柴旦斷裂活動的斷層坎。基于此，筆者在野外進行了詳細的地質(zhì)地貌調(diào)查，結(jié)果顯示該陡坎地貌確為大柴旦斷裂斷層陡坎，斷裂西起于魚卡，沿南東方向經(jīng)石灰溝、黃腰山、西溝熱水溝、巴里溝、烏蘭烏西、大頭羊溝、哈瑪溝力它寬溝等地，大體上沿著宗務隆山和達肯大坂山前展布，止于大煤溝西，總長約135 km，整體上顯示為一反“S”形（圖3）。根據(jù)斷裂走向的變化、地貌特征、活動強弱等，大致以溫泉溝、塔塔棱河為分界點，分為三段。

北段（魚卡北—溫泉溝段）：該段整體走向295°，傾向NE，長度45 km左右。斷裂基本上沿宗務隆山發(fā)育，地貌上看，主要發(fā)育斷層崖。

中段（溫泉溝—塔塔楞河溝段）：該段整體走向330°，傾向NE，長度約30 km。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，斷層陡坎地貌十分發(fā)育，且連續(xù)性非常好，這也表明該段活動性強烈。尤其在溫泉溝一帶，宗務隆山山前可見約8 km的連續(xù)斷層坎，高度一般，局部發(fā)育多級坎，偶見斷層凹槽，過八里溝后最新活動的斷層陡坎慢慢消失，活動性減弱。

南段（塔塔楞河溝—耳溫烏蘭以東段）：該段長約60 km，走向305°～310°。以高大的線性斷層三角面為主。

2 大柴旦斷裂中段晚第四紀以來活動的地貌表現(xiàn)

根據(jù)遙感圖像的分析及地質(zhì)地貌調(diào)查，發(fā)現(xiàn)大柴旦斷裂中段斷層陡坎線性特征連續(xù)清晰，尤其在溫泉溝—巴里溝一段斷層活動斷錯了晚更新世—全新世以來的多期洪積物，保留下不同類型的斷層地貌。根據(jù)洪積物由新到老，大概可以將該區(qū)的地貌分為3級臺地：T1臺地以全新統(tǒng)（Qplh）和上更新統(tǒng)中上段（Q2-3plp3）沉積物為主;T2臺地以上更新統(tǒng)下段（Q1plp3）洪積物為主;T3臺地較高，沉積物以中更新統(tǒng)（Qglp2）冰磧物礫石層或者冰水洪積扇為主（圖4）。

野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，斷層陡坎多保存在T1、T2臺地上：

（1） T1臺地：以小型沖溝和較新的沖洪積扇被斷錯切割形成明顯的斷層陡坎為主要斷錯地貌，如圖5（a）和表1中點8所示，陡坎高0.5 m，右旋1.3 m左右。沿著斷層走向，連續(xù)性較好，局部可見多級近于平行的較矮斷層坎，尤其在八里溝北西側(cè)的洪積物上，發(fā)現(xiàn)了5排斷層坎，最長200 m，最短120 m。此外，偶見斷層溝槽、反向斷層陡坎，尤其以右旋位錯最為常見，如圖5（b）和表1中點9所示，右旋量3 m左右。

（2） T2臺地：較老的高階沖洪積臺地，斷層地貌多為較高的斷層陡坎、局部可見發(fā)育較好的2～3級陡坎，如圖5（c）和表1中點12。在該點利用鋼卷尺測量三級陡坎，從下到上，高度分別為0.5 m、1 m和1 m左右;沖溝右旋地貌亦十分發(fā)育［圖5（d）］。

根據(jù)野外地質(zhì)地貌調(diào)查，并且利用鋼卷尺等進行相關地貌測量后發(fā)現(xiàn)，沿著斷層陡坎方向向南東延伸，斷層陡坎的高度從T1至T2，成倍數(shù)增高：在T1臺地上，斷層陡坎高度多集中在1.5 m;沖溝右旋量1.5～8 m，多集中在4 m左右。T2臺地上，陡坎高度多在3 m左右;沖溝右旋量1.5～11 m，多集中在6 m左右（表1）。

基于前期的地質(zhì)地貌調(diào)查，為詳細厘定斷層中段陡坎的高度，筆者在T1和T2臺地上各布設了4條測線，分別利用差分GPS進行了量測，見圖4、 6和7，結(jié)果列于表2 。

綜上述，T1臺地上，斷層陡坎高度集中在1.5 m左右，右旋量4 m左右;T2臺地上，陡坎高度集中在3.5 m左右，右旋量6 m左右。可以大致推斷，T2臺地陡坎無論高度或者右旋位錯量，均為T1臺地的2倍左右，顯示了大柴旦斷裂中段新活動性較強，且具有多次活動的特征。

3 斷裂的最新活動

野外地質(zhì)調(diào)查期間，沿著河溝發(fā)現(xiàn)了2個現(xiàn)象很好的剖面（圖8）：剖面A（37.892 51°N，95.388 87°E）和剖面B（37.872 32°N，95.401 60°E）。2個剖面均為正斷層，如圖8，兩剖面距離2.5 km。在地貌上，二者之間發(fā)育有連續(xù)性較好的斷層陡坎，陡坎傾向SW。

剖面A發(fā)現(xiàn)于T1臺地上的一大型河流階地南壁，沿著斷層面，在地表可見連續(xù)的斷層坎，傾向W，高約幾十厘米［圖8（a）］。剖面高度1.5 m，主要發(fā)育以下地層：

① 土黃色粗砂礫石層，含泥質(zhì)：下部主要沉積含礫石的粗砂，上部主要為粗砂。礫石粒徑0.5～2 cm，棱角狀，無固結(jié)，呈青色和灰色。該層最厚約30 cm。

② 青灰色棱角狀礫石層：粒徑以5～6 cm為主。該層層厚約35 cm。

③ 礫石粗砂層：層理發(fā)育，主要為沖積所形成，青灰色，以片狀為主，粒徑1 cm左右。該層在斷層東側(cè)厚約1 m，西側(cè)未見底。

④ 礫石層：呈青灰色，有一定固結(jié)，并且可見石膏發(fā)育。礫石以棱角狀為主，粒徑3～4 cm。未見底。

該天然剖面揭露1個高角度張性破碎帶，走向330°，傾向W，中下部傾角在80°以上，向上逐漸變緩。斷層最新活動斷錯層至②頂部，記錄了一次構(gòu)造事件。利用鋼卷尺測量，發(fā)現(xiàn)層②垂向位錯約28 cm。此外，地貌測量顯示地表斷層陡坎高約30 cm，剖面與地貌二者結(jié)果較為一致。在層②頂部礫石中水平取了一些泥質(zhì)粉砂作為14C測年樣品（編號為：DCD-14C-3），測試結(jié)果表明，斷層最新活動時代晚于樣品DCD-14C-3的年代，也就是在（2 402.5±57.5） a.B.P（表3）之后。

剖面B［圖8（b）］發(fā)現(xiàn)于另一河流北壁，河流發(fā)育在T1臺地上。地層以沖積物為主。沿斷層走向可見連續(xù)斷層陡坎，傾向SW。剖面高1.5 m，出露地層如下：

① 地表砂礫石層：土黃色，層厚10 cm左右。

② 礫石層：黃土含量豐富，礫石無磨圓，粒徑約4～5 cm，層厚約70 cm。

③ 土黃色楔狀礫石層：無磨圓，粒徑5～7 cm，應為一次地震事件之后的填充物，層厚約30 cm。

④ 下部主要發(fā)育礫石，上部細砂、粗砂互層：層理發(fā)育，灰色，礫石無磨圓，粒徑3～4 cm，個別可達6～7 cm?？傮w來看，下部沉積物較粗，上部較細。下部10～13 cm厚的礫石可作為標志層。該層厚度約70 cm。

⑤ 砂礫石層：青灰色，有一定得層理，未見底。

剖面發(fā)育1個張性破裂帶，與剖面A的形態(tài)極為相似，走向350°，傾向W，傾角達80°以上。從剖面可以發(fā)現(xiàn)，斷層段錯至層①以下，或許是一次破裂至地表的事件，使地層位錯約0.2 m，并形成了一個充填楔③，在該楔體中采集了一些粉土作為14C測年樣品（DCD-14-1），測試年齡為（3 907.5±72.5）a.B.P（表3），由于充填楔的物質(zhì)可能來源于早期的表沉積物，因此，該事件可能發(fā)生于該年齡之后。

由于戈壁干旱、缺少植被的自然條件，難以找到標準的炭粒，兩個14C測年樣品含炭量偏低。董金元［11］在剖面所在的T1臺地上做了多個宇宙核素測年，其中距離剖面B較近的一個表面樣的年齡為（3.35±0.96） ka，與本次DCD-14-1測年結(jié)果在垂向上比較吻合，也就是說，本次測年結(jié)果可信。

兩個剖面共同揭示了一次古地震事件，發(fā)生在（2 402.5±57.5） a.B.P之后，表明該斷裂在全新世活動強烈。

4 結(jié)論

大柴旦斷裂是柴達木盆地與祁連山地塊之間的一條重要的斷裂。在對該斷裂中段進行航衛(wèi)片解譯分析的基礎上，對典型地貌進行測量，表明該斷裂晚第四紀以來以右旋逆沖活動為主，逆沖量和右旋量在不同地貌面上是不同的，在T1臺地上為0.5～2 m和4 m左右，在T2臺地上約為3 m和6 m，顯示出了明顯的多期次活動特征，可能為特征地震原地復發(fā)。

2個天然剖面共揭示了1次構(gòu)造事件，發(fā)生在（2 402.5±57.5） a.B.P之后，表明該斷裂在全新世活動強烈，也與該區(qū)域近年來頻繁的強震活動相吻合。

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