銀川盆地東南緣面子山—清水營斷裂活動(dòng)性

武治群　雷啟云　杜鵬　劉超　邵禎　李澤山

[摘要]? ? 研究銀川盆地的構(gòu)造活動(dòng)特征對(duì)于認(rèn)識(shí)青藏、鄂爾多斯和阿拉善3大地塊的相互作用具有重要意義。銀川盆地東南緣的面子山—豬頭嶺一帶地形高差顯著，影像上線性明顯，可能發(fā)育一條未知的活動(dòng)斷裂。本文沿面子山—清水營一線開展了野外地質(zhì)調(diào)查、探槽開挖和地層年代測試等工作，結(jié)果表明：銀川盆地東南緣發(fā)育面子山—清水營斷裂，全長50 km，以豬頭嶺北為界，分為面子山斷層和清水營斷層兩段。面子山斷層以高角度正斷為主，斷層擦痕顯示具有左旋走滑運(yùn)動(dòng)，走向北東，跨斷層數(shù)條沖溝顯示具有左旋扭動(dòng)特征；而清水營斷層則表現(xiàn)為逆斷層，走向北東東，發(fā)育陡坎地貌。該斷裂斷錯(cuò)了（23.65 ± 1.17） ka BP和（33.16 ± 1.82） ka BP的沉積地層，表明斷裂最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世晚期。該斷層的發(fā)現(xiàn)表明，鄂爾多斯地塊的西北邊界復(fù)雜，構(gòu)造變形帶較寬，且不嚴(yán)格的受控于斷陷盆地的邊界斷裂，其構(gòu)造變形已擴(kuò)張到地塊一側(cè)，這可能與青藏高原持續(xù)向東北向的推擠擴(kuò)展有關(guān)。

[關(guān)鍵詞] 銀川盆地; 面子山—清水營斷裂; 鄂爾多斯活動(dòng)地塊; 斷層活動(dòng)性

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2023-154

0? 引言

鄂爾多斯地塊是中國大陸內(nèi)部最穩(wěn)定的活動(dòng)地塊之一，在地質(zhì)歷史期間表現(xiàn)非常穩(wěn)定，地塊內(nèi)部沒有明顯的變形作用且鮮有地震發(fā)生，僅表現(xiàn)為整體性的升降和掀斜運(yùn)動(dòng)[1-2]，破壞性地震多發(fā)生在其周緣邊界上。鄂爾多斯活動(dòng)地塊周緣除西南邊界外，發(fā)育由系列正斷層控制的斷陷盆地。一般認(rèn)為，以地塊相鄰的盆地邊界斷裂為界，構(gòu)造變形和地震活動(dòng)發(fā)生在斷陷盆地一側(cè)，而地塊內(nèi)部保持穩(wěn)定[3-4]。

銀川斷陷盆地位于鄂爾多斯地塊西北緣，新生代以來處于拉張環(huán)境，沉積了巨厚的新生界，東西兩側(cè)受黃河斷裂與賀蘭山東麓斷裂控制，盆地內(nèi)發(fā)育多條正斷層[5-14]。黃河斷裂是鄂爾多斯地塊與銀川斷陷盆地的邊界，斷裂之東為鄂爾多斯地塊內(nèi)的靈鹽臺(tái)地，海拔高出銀川盆地二三百米，長期處于剝蝕狀態(tài)，臺(tái)地上松散沉積物厚度小于10 m[15-16]。在臺(tái)地上，面子山、豬頭嶺等低山沿北東方向展布，西側(cè)沙地、沙丘廣布，兩側(cè)地形高差顯著，南段約40～50 m，往北變小，為十余米，影像上線性明顯，推測可能受斷層控制。

前人對(duì)銀川盆地內(nèi)部的活動(dòng)斷裂開展了大量的研究工作，但對(duì)銀川盆地東南緣的工作尚且不足。以前工作中在狼皮子梁附近發(fā)現(xiàn)了斷層面，在寧東鎮(zhèn)禿葫蘆墩至清水營一線，有一線性延伸的地形陡坎，調(diào)查初步判定為正斷層，推測晚更新世以來沒有活動(dòng)，對(duì)該斷裂未開展過深入研究。本次工作將對(duì)此斷裂開展野外調(diào)查及開挖探槽，鑒定其斷層活動(dòng)性。

1? 區(qū)域地震地質(zhì)環(huán)境

研究區(qū)位于銀川盆地東南部，是青藏高原與鄂爾多斯塊體的交匯部位，區(qū)域上分別受兩類構(gòu)造體系控制：一類為銀川斷陷系構(gòu)成的北東向、或近南北向的張性正斷層，這些斷層形成于始新世[9]，控制著銀川盆地的東西邊界和現(xiàn)今的第四紀(jì)沉降中心；另一類為青藏高原東北隅的弧形構(gòu)造系，該斷裂系成熟于中新世以來，主要表現(xiàn)為由次級(jí)斷塊差異滑動(dòng)形成的走滑斷層[17-18]，平面上表現(xiàn)為一系列北西西至北西向，呈向北東突出的弧形，其中在銀川盆地西南緣為弧形斷裂帶最外圍的三關(guān)口—牛首山斷裂（圖1）。

銀川盆地位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)中鄂爾多斯西緣拗陷帶內(nèi)，新生代以來，在太平洋板塊的西向俯沖和青藏高原北東向擴(kuò)展的共同作用下，銀川盆地于始新世開始裂解，沉積了自始新世到第四紀(jì)以來所有的地層，盆地內(nèi)沉積層厚度達(dá)萬米 [16， 19-20]。在新構(gòu)造分區(qū)中，該盆地作為鄂爾多斯周緣一系列斷陷盆地之一，處在青藏塊體、阿拉善塊體和鄂爾多斯塊體的交匯部位，構(gòu)造活動(dòng)十分強(qiáng)烈，歷史上發(fā)生過1739年銀川—平羅8級(jí)地震和10多次5～6級(jí)地震[21]。

新生代以來，在印—亞板塊碰撞作用下，青藏高原持續(xù)隆起，且不斷向北東擴(kuò)展，受北側(cè)阿拉善塊體和東側(cè)鄂爾多斯塊體的阻擋，在高原的東北隅形成3條主要的弧形斷裂系：海原—六盤山弧形斷裂帶、香山—天景山—廟山弧形斷裂帶和三關(guān)口—牛首山—羅山弧形斷裂帶。在這些弧形斷裂系內(nèi)先后發(fā)生過1561年中寧鳴沙7?級(jí)地震、1709年中衛(wèi)7?級(jí)地震和1920年海原8?級(jí)地震等。

2? 斷裂的幾何結(jié)構(gòu)

面子山—清水營斷裂南起長流水南側(cè)地貌陡坎，向北展布于狼皮子梁西面子山山前，向北繼續(xù)沿面子山、六道溝梁、豬頭嶺山前展布，走向20°～40°，過寧東鎮(zhèn)新東路后，走向轉(zhuǎn)為60°左右，過馬跑泉西，沿山前向北東方向延伸至清水營南。繼續(xù)向北，地貌上已無跡象，斷層長約50 km（圖2）。第四紀(jì)以來地表岀露的斷層跡線總體呈向北西凸出的弧形，斷續(xù)出露。從幾何結(jié)構(gòu)和活動(dòng)性分析，將斷層分為面子山斷層和清水營斷層兩段。

2.1? 面子山斷層

該段斷層分布于面子山、六道溝梁、豬頭嶺一線山體西側(cè)山前，長約37 km。走向約20°～40°，陡坎地貌明顯，斷層?xùn)|側(cè)為白堊系灰白色礫巖山體，地表有零星的風(fēng)積沙分布，斷層西側(cè)為山前洪積臺(tái)地，向西緩傾，地表沙丘廣布。斷層兩側(cè)高差約40～50 m，向北逐漸變小，過豬頭嶺至大河子溝段，地表被風(fēng)積沙覆蓋，地貌上未見跡象。

狼皮子梁東，有一垃圾填埋場，原為采砂場，砂坑西側(cè)見一殘留白堊系基巖陡壁（圖3a），陡壁光滑平直，判斷應(yīng)為斷層面，產(chǎn)狀323°∠84°。其上見擦痕，擦痕沿?cái)嗝嫦蛳?，表明斷層可能有左旋走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。在滅腦溝北，一無名沖溝溝口，見高約6.3 m陡坎（圖3b），陡坎兩側(cè)均為第四系沖洪積物，地表覆蓋風(fēng)積砂，位置與山體西緣地貌陡坎一致，推測應(yīng)為斷層活動(dòng)所致。在虎皮溝北，一沖溝溝口見基巖出露，邊緣處巖層陡立（圖3c），為斷層破碎帶，寬約2～3 m，斷層產(chǎn)狀260°∠61°，基巖與第四系之間未見清晰滑動(dòng)面。

木瓜豁子發(fā)育沖溝，地表多為風(fēng)積沙覆蓋，地貌上有陡坎，溝內(nèi)見基巖出露，可見基巖產(chǎn)狀135°∠16°逐漸變化到110°∠31°，西側(cè)為風(fēng)積沙，未見斷面出露，根據(jù)巖層變化及地貌陡坎推測斷層通過該處。豬頭嶺西，甜磁公路北側(cè)，公路施工揭露白堊系礫巖剖面，剖面上發(fā)育逆斷層，斷層產(chǎn)狀100°∠64°，產(chǎn)狀與另幾個(gè)斷點(diǎn)不一致，且地貌陡坎在該點(diǎn)以西，推測斷層在西側(cè)陡坎處。

過大河子溝后，新東路南見斷層剖面（圖3d），斷層產(chǎn)狀310°∠65°，斷層?xùn)|側(cè)底部為棕紅色泥巖，其上有黃灰色礫巖，表層為黃土，地表見礫石；西側(cè)為第四系堆積物，下部為砂礫石層、砂巖，上部為黃土。

2.2? 清水營斷層

南起寧東鎮(zhèn)新東路北，過青銀高速公路后，沿地貌陡坎展布，清水營南，線性陡坎已消失，斷層可能終止，斷層全長約13 km，走向約為60°。

斷層過新中路后，南東盤向北西盤逆沖，地貌上有陡坎顯示，靈州電廠東南見斷層出露（圖4a），盡管剖面走向和斷層走向夾角較小，但仍可觀察到斷層面的存在，古近系清水營組桔紅色泥巖沿著斷層面向北西逆沖于上更新統(tǒng)黃土之上，斷層產(chǎn)狀25°/SE∠61°，斷面上見可見斷層擦痕，表明斷層也具有水平運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。在馬跑泉西禿葫蘆墩附近，發(fā)育線性陡坎地貌（圖4d），陡坎東側(cè)山體由白堊系礫巖組成，西側(cè)則為上更新統(tǒng)黃土，在一沖溝內(nèi)見斷層面出露（圖4b），該剖面方向與斷層走向夾角較小，但仍可觀察到斷層面及破碎帶，斷層破碎帶內(nèi)見紅色泥巖，斷層面產(chǎn)狀69°/SE∠71°，表現(xiàn)為南東傾向的逆斷層，白堊系礫巖逆沖于上更新統(tǒng)黃土之上，且黃土層內(nèi)有斷錯(cuò)跡象（圖4c）。在史家圈臺(tái)子?xùn)|，工程施工開挖后遺留陡坎（圖4e），陡坎上部為白堊系灰白色礫巖，下部為黃土，揭露接觸面見礫巖向黃土層逆沖，黃土擠壓呈片狀（圖4f），斷層產(chǎn)狀75°/SE∠65°。在陡坎南端，斷面上見擦痕，擦痕側(cè)伏角55°，側(cè)伏向10°，指示斷層有左旋走滑運(yùn)動(dòng)。

史家圈臺(tái)子以北，陡坎逐漸變緩，且近年來寧東基地煤化工園區(qū)施工，斷層陡坎已難辨識(shí)，至清水營南，陡坎已完全消失，斷層可能已不再向北東延伸。

3? 斷裂活動(dòng)時(shí)代鑒定

3.1? 狼皮子梁探槽（TC1）

狼皮子梁東，見基巖斷層面，斷面延伸處，地貌上形成陡坎（圖5b），地表多為風(fēng)積沙覆蓋。該處使用精靈4RTK無人機(jī)進(jìn)行影像攝影測量，搭載了大疆制造的FC6310R型號(hào)的相機(jī)，飛行高度為 120 m、航向和旁向的重疊度均為 80%，拍攝照片1419張，利用集成SfM算法的Agisoft PhotoScan軟件，經(jīng)過對(duì)齊照片、生成密集點(diǎn)云、生成網(wǎng)格，建立數(shù)字高程模型（DEM），裁剪后得到探槽附近范圍DEM圖（圖5a），斷層跡象線性較好，陡坎兩側(cè)高差近30 m。

為了鑒定這條斷裂的活動(dòng)性，我們?cè)谔讲壑孝?， ⑤ ， ⑧ 地層分別采集了光釋光樣品LPZ5、LPZ3-1、LPZ2，年齡分別為：（25.95 ± 1.33） ka，（36.16 ± 2.01） ka，（23.65 ± 1.17） ka（表1）。地層 ⑧ 年齡較小，可能不合理，但總的來說，該地層是晚更新世晚期堆積是無疑的，故該處斷層晚更新世晚期可能有過活動(dòng)。

3.2? 馬跑泉西探槽（TC2）

馬跑泉西，地貌上形成陡坎，沖溝內(nèi)見斷層面，斷面向上延伸處，地表黃土覆蓋。該處與TC1處使用相同的方法，拍攝照片1243張，處理后建立數(shù)字高程模型（DEM），裁剪后得到探槽附近范圍DEM圖（圖6a），斷層跡象線性較好，陡坎兩側(cè)高差約36 m。

沿沖溝方向于側(cè)壁開挖探槽（圖6b）。探槽剖面揭露出沖洪積層、白堊系礫巖兩套地層，斷層處見磚紅色泥巖，巖層破碎，為斷層破碎帶（圖6g）。c剖面（圖6c）上發(fā)育3條斷層，F(xiàn)1斷錯(cuò)白堊系礫巖，其上被卵、礫石層覆蓋，活動(dòng)時(shí)代可能較老（圖6e）。F3斷錯(cuò)層 ⑩ ，其上被層 ⑨ 覆蓋。F2斷錯(cuò)層 ⑧ ～ ? （圖6e），往上延伸追索，可在d剖面（圖6d）上發(fā)現(xiàn)該斷層。另外，剖面底部見斷層擦痕（圖6f），擦痕側(cè)伏角51°，側(cè)伏向240°，揭示斷層有走滑運(yùn)動(dòng)。

d剖面（圖6d）上發(fā)育兩條斷層，F(xiàn)2斷層與c剖面中的F2斷層產(chǎn)狀相近，可能是同一條斷層，斷層斷錯(cuò)了 ④ ， ⑤ ， ⑥ ， ⑧ 地層，在 ⑤ 層頂部形成斷層陡坎，有坎前堆積，層 ② 覆蓋其上。另外，在層 ④ 下部F2斷層附近，砂層有明顯的擾動(dòng)痕跡，層理向下彎曲（圖6g），可能是地震造成的砂土液化所致。F4斷錯(cuò)層 ③ ， ④ 和層 ① 的底部，形成陡坎并有坎前堆積，剖面上見有裂縫延伸至地表，斷層可能向上斷錯(cuò)。

為了鑒定這條斷裂的活動(dòng)性，在探槽中采集了光釋光樣品（表1），層 ③ 形成于距今（33.16 ± 1.82） ka，層 ② 形成于距今（38.64 ± 2.06） ka。層 ③ 可能是F2斷層錯(cuò)動(dòng)后的坎前堆積，后又被F4斷錯(cuò)，故層 ③ 形成晚于層 ② 。斷層斷錯(cuò)最新地層為層 ③ ，故斷層為晚更新世晚期活動(dòng)斷層。

4? 斷裂的水平運(yùn)動(dòng)特征

前述中TC1、TC2探槽斷層面上發(fā)現(xiàn)擦痕，史家圈臺(tái)子處斷層面上亦見斷層擦痕，擦痕揭示了斷層具有左旋走滑運(yùn)動(dòng)。清水營段，斷裂西側(cè)因?yàn)槭┕ざ嘟?jīng)人為改造，地表未見水平運(yùn)動(dòng)跡象。面子山段，斷裂西側(cè)多被風(fēng)積沙覆蓋，多數(shù)沖溝較短，未在山體西側(cè)形成較大沖溝。野外調(diào)查中僅在沙溝、虎皮溝、干溝、滅腦溝等溝口附近見到?jīng)_溝的左旋拐折（圖7a），這些地方均為斷裂通過處，揭示斷層距有左旋走滑運(yùn)動(dòng)。

為了得到更好的沖溝左旋圖像，在沙溝、干溝和滅腦溝3處使用精靈4RTK無人機(jī)進(jìn)行影像攝影測量，使用與圖5a處相同的方法，得到了3處溝口附近的DEM圖（圖7b—d）。沙溝北側(cè)形成一明顯的槽地，應(yīng)為斷層運(yùn)動(dòng)所致，南岸的臺(tái)地有明顯的左旋運(yùn)動(dòng)（圖7b）。干溝溝口北側(cè)亦因斷層運(yùn)動(dòng)形成槽地，南側(cè)的溝沿亦有左旋運(yùn)動(dòng)（圖7c）。滅腦溝溝口處陡坎地貌明顯，兩側(cè)高差約60 m，外延沖溝南東側(cè)，有一平行沖溝的槽地展布（圖7d），推測可能為斷層活動(dòng)造成的沖溝錯(cuò)動(dòng)，錯(cuò)動(dòng)距離較大，可能與地表的風(fēng)積沙運(yùn)動(dòng)有較大關(guān)系，不能代表斷層的水平走滑量，但能揭示斷層的左旋走滑運(yùn)動(dòng)。

5? 討論與結(jié)論

（1）銀川盆地東南緣發(fā)育面子山—清水營斷裂，全長50 km，以寧東鎮(zhèn)新東路為界，分為面子山斷層和清水營斷層兩段。面子山斷層垂向?yàn)檎龜嘈再|(zhì)，斷層擦痕顯示具有左旋走滑運(yùn)動(dòng)，走向北東；而清水營斷層則表現(xiàn)為逆斷層，走向北東東。兩條斷裂在垂向運(yùn)動(dòng)性質(zhì)上差異較大，面子山斷裂的產(chǎn)狀相對(duì)陡立，可能以水平運(yùn)動(dòng)為主，考慮兩條斷裂的走向展布，清水營的逆沖運(yùn)動(dòng)可能是面子山斷裂左旋走滑在端部形成擠壓構(gòu)造環(huán)境所致，二者并存在構(gòu)造上依然是可能的。該斷裂斷錯(cuò)了（23.65 ± 1.17） ka BP和（33.16 ± 1.82） ka BP的沉積地層，表明斷裂最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世晚期。根據(jù)斷裂長度和錯(cuò)斷位移初步判斷，該斷裂具備發(fā)生6.5級(jí)地震的能力。對(duì)這條新發(fā)現(xiàn)的活動(dòng)斷裂，在今后有關(guān)地震潛源劃分及防震減災(zāi)工作中應(yīng)予以重視，有關(guān)斷裂的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，仍需開展深入詳細(xì)的研究。

（2）面子山—清水營斷裂位于銀川盆地東南邊界黃河斷裂的東側(cè)，發(fā)育在傳統(tǒng)認(rèn)為的鄂爾多斯地塊內(nèi)部，由兩條走向和垂直運(yùn)動(dòng)不同的次級(jí)斷裂組成。清水營段具有向北逆沖特征，面子山段向西傾斜高角度正斷特征，斷面上見擦痕，指示斷層具有左旋走滑水平運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，跨斷層數(shù)條沖溝同步發(fā)生了左旋扭動(dòng)。該斷裂西側(cè)的黃河斷裂（靈武段）為正斷層，水平運(yùn)動(dòng)不顯著，斷裂西南的三關(guān)口—牛首山—羅山斷裂具有明顯的右旋走滑兼逆沖運(yùn)動(dòng)。這條新發(fā)現(xiàn)的活動(dòng)斷裂表明，鄂爾多斯地塊西北緣的邊界比較復(fù)雜，并不嚴(yán)格的受控于斷陷盆地的邊界斷裂，其構(gòu)造變形已擴(kuò)張到地塊一側(cè)，構(gòu)造變形的范圍更為寬泛，這可能與青藏高原通過羅山東麓斷裂持續(xù)向東北向的推擠擴(kuò)展鄂爾多斯地塊有關(guān)，引起該斷裂的左旋走滑運(yùn)動(dòng)，而北段因走向的變化形成了逆沖分量。鑒于目前的資料和研究深度有限，關(guān)于斷裂北段的晚第四紀(jì)逆斷層及成因問題，以及有關(guān)斷裂的水平運(yùn)動(dòng)性質(zhì)及構(gòu)造意義還有待進(jìn)一步深入研究。

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Activity of the Mianzishan-Qingshuiying fault in the southeast margin of the Yinchuan basin

Wu Zhiqun， Lei Qiyun*， Du Peng， Liu Chao， Shao Zhen， Li Zeshan

Earthquake Agency of Ningxia Hui Autonomous Region， Ningxia Yinchuan 750001， China

[Abstract]? ? ?Studying the tectonic activity characteristics of the Yinchuan basin is of great significance for understanding the interaction among the three major blocks of Qinghai Tibet， Ordos and Alxa. The terrain elevation difference in the Mianzishan-Zhutouling area on the southeastern margin of the Yinchuan basin is significant， and the linear trace on satellite image is obvious， indicating the development of an unknown active fault. This article conducted field geological surveys， trench excavation and stratigraphic dating along the Mianzishan-Qingshuiying line. The results showed that the linear trace along the Mianzishan-Qingshuiying line had been dominated by fault， which was developed on the southeastern margin of the Yinchuan basin with a total length of 50 km. It is divided into two segments， the Mianzishan fault and the Qingshuiying fault. The Mianzishan fault is mainly characterized by high angle normal faults， the scratches on the fault surface show a sinistral strike slip motion， heading northeast， several gullies across the fault layer display left-handed twisting characteristics. The Qingshuiying fault， on the other hand， exhibits a reverse fault trending NEE， developing steep slope landforms. The fault has displaced sedimentary strata deposited at （23.65 ± 1.17） ka BP and （33.16 ± 1.82） ka BP， indicating its latest activity was postdated by Late Pleistocene. The discovery of this fault indicates that the boundary of the northwestern Ordos block is a complex zone associated with a wide structural deformation zone. This zone is not strictly controlled by the boundary faults of Yinchuan basin， but expanded to interior of the Ordos block， which may be related to the continuous northeast pushing and expansion of the Qinghai Tibet Plateau.

[Keywords] Yinchuan basin; Mianzishan-Qingshuiying fault; Ordos active block; fault activity

*通訊作者： 雷啟云（1981-），男，正高級(jí)工程師，主要從事活動(dòng)構(gòu)造、地震構(gòu)造方面的研究。E-mail：leiqy624@163.com

作者簡介： 武治群（1979-），男，工程師，主要從事工程地震、活動(dòng)構(gòu)造方面的研究。 E-mail：672109189@qq.com