青海大柴旦断裂古地震特征

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摘要：通过卫星影像解译发现，青海海西地区大柴旦东侧山前洪积扇上发育了一条影像特征清晰、连续性较好的活动断裂带，被称为大柴旦断裂。野外追踪调查确认该断裂为一条总体走向NNW（340°左右），长度约125 km的活动断裂带。该断裂属柴达木盆地北缘断裂系的重要组成部分，晚第四纪构造活动具挤压逆冲特征兼右旋走滑分量。山前冲洪积扇保存有多级较小的断层陡坎、断层沟槽和冲沟右旋等断错地貌现象。利用差分GPS技术对断层陡坎进行测量，单条小陡坎的高度一般为0.5～1 m，多条陡坎组合累积高度为3～5 m。通过对2个天然古地震剖面和3个探槽剖面进行综合分析，最前缘的主控断层为逆冲断层，后缘表现为张性正断层的组合形式，断裂新构造活动具有逐渐向山前扩展的特征。根据样品14C测年结果大致确定了5次古地震事件，其中全新世以来有4次；古地震时间具有准周期性，其复发间隔约为2 000年。最近一次古地震事件的离逝时间是（1 935±60） a B.P.之后，说明大柴旦断裂离逝时间与复发间隔较接近，地震危险性比较高。

关键词：古地震；大柴旦断裂；陡坎；探槽； 14C测年；复发间隔；柴达木盆地

中图分类号：P315.2文献标志码：A

0引言

位于青藏高原东北缘的柴达木—祁连山活动地块，是青藏高原向大陆内部扩展的前缘部位，也是其最新的和正在形成的重要组成部分[13]，是由NEE向阿尔金断裂、NWW向祁连山—海原断裂和近EW向东昆仑断裂3条巨型左旋走滑断裂所围限的一个相对独立的活动地壳块体[34]。柴达木盆地北缘活动断裂系是该块体内部柴达木中新生代坳陷盆地与祁连山褶皱隆起区的分界断裂，西起阿尔金山东段南麓的赛什腾山，向东南终止于青海乌兰地区，并被鄂拉山断裂所截。该断裂系全长约350 km，总体呈NW向，由走向一致、首尾错列的赛什腾山断裂、绿梁山断裂、大柴旦断裂、锡铁山断裂、阿木尼克山断裂等组合而成[5]。大柴旦断裂是一条地貌上线性特征清晰，新构造活动性强的晚第四纪以挤压逆冲为主兼具右旋走滑分量的活动断裂，其北侧为宗务隆山断裂，南侧为绿梁山断裂、锡铁山断裂和欧隆布鲁克断裂。它们共同构成柴达木盆地北缘的主干活动断裂系。

柴达木盆地北缘断裂系新构造活动明显，历史上及现今发生过多次中强以上地震。近十多年以来，该地区发生过两组较大震级的地震： 2003 年4 月17 日德令哈Ms6.6 级地震和2004年5月11日发生在宗务隆山断裂上的Ms62级地震；2008 年11 月10 日的Ms6.3级地震、2009 年8月28 日Ms6.4级地震和2009年8月31日Ms6.2级地震，均位于大柴旦断裂和宗务隆山断裂附近[6]。这表明该区的构造活动与地震活动呈增强趋势，未来的大震危险性值得关注。其中，Ms为里氏震级。

袁道阳等对柴达木盆地的各条断裂曾开展过一些初步调查，获得了断裂展布及其新构造活动的一些地质地貌证据[35，78]，但是缺乏断裂新构造活动的滑动速率和古地震期次等定量参数，不利于分析该区未来的大震危险性。研究表明，对那些会发生地表破裂的断裂的潜在最大震级进行研究对于评价未来大震危险性具有重要的意义[910]。本文选取交通条件较为便利、地质地貌特征明显的大柴旦断裂为研究对象，拟通过卫星影像解译、野外地质调查、探槽开挖以及样品采集测试等，获取大柴旦断裂的古地震活动特征，为该断裂的最大潜在震级以及在未来大震危险性分析方面提供地质资料。

1断层活动特征

1.1断层展布特征

逆冲活动断裂一般沿断裂延伸方向在地表形成较连续的断层陡坎或挠曲变形[11]。通过卫星影像解译发现，青海海西地区大柴旦东北侧的山前冲洪积扇上发育了清晰的线性断层陡坎。该断裂北起鱼卡北，向SE经大柴旦、八里沟、大头羊沟、塔塔楞河沟、绿草山和东风等地，大致沿达肯大坂山南缘展布，向东到耳温乌兰以东终止，断续长达125 km。在地貌上，该断裂多由2、3条近平行或斜列的次级断层陡坎组成，西北段走向330°，东南段走向295°～315°，呈反“S”弧形（图1、2）；断裂新构造活动表现为挤压逆冲兼右旋走滑性质。依据断裂几何展布、活动特性及其活动性的差异，将该断裂以温泉沟和塔塔楞河沟为界分为北、中、南三段。

大柴旦断裂北段（F1）从鱼卡北到温泉沟附近，长度约45 km，断层走向295°，倾向NE，倾角较陡。该段断裂主要沿山体发育，形成与山体近平行的断层陡坎或断层崖，局部段在山前洪积扇上发育了延伸较短的低矮断层陡坎，表明断裂的新构造活动逐渐向盆地内部发展。

影像来自Google Earth

图1青海大柴旦断裂及其周围断裂展布

Fig.1Map Showing the Distribution of Dachaidan Fault and Its Surrounding Faults in Qinghai

影像来自Google Earth；箭头指向断裂分段点

图 2大柴旦断裂展布

Fig.2Map Showing the Distribution of Dachaidan Fault

大柴旦断裂中段（F2）从温泉沟到绿草山附近，长度约50 km，走向330°，主断层倾向NE，倾角超过60°。温泉沟至八里沟一段，断层陡坎较为连续，在洪积扇上发育单条或多条断层陡坎，单条陡坎高05～2.5 m不等。断层朝SE向沿基岩山边缘发育，形成较高的断层陡坎。在八里沟一带，一些冲沟还具有右旋走滑特征，位错量为1.5～21 m不等。

大柴旦断裂南段（F3）从绿草山至耳温乌兰以东，长度约30 km，倾向305°～310°。卫星影像解译显示该断裂有较好的线性构造特征，均为高大的断层陡坎（高度超过10 m）和断层三角面。在东风以南分为南、北两段，北段为新近系地层与第四系地层形成的老断层，南段断层切割第四系冲洪积扇，活动性较强。

图3大柴旦断裂中段全新世活动段展布

Fig.3Distribution of Holocene Active Segment in the Central Part of Dachaidan Fault

本次研究选取断错地貌最为典型的大柴旦断裂中段山前冲洪积扇上长约7 km的断裂段进行深入分析（图3），重点研究该断裂全新世断错地貌特征和古地震活动特征。

1.2断裂活动的地貌特征

地貌特征是地质构造格局的基本反映，是新构造运动中断裂活动、块体运动和侵蚀风化作用的综合结果[1215]。从卫星影像解译和野外调查发现，青海海西地区大柴旦东侧山前长约7 km的断层段（图3）线性影像特征清晰，切割了第四纪以来各时期洪积扇，保存多条近于平行、不同高度的断层陡坎。

根据卫星影像解译、野外实地调查和年代样品测试结果，对本区的地貌单元进行了初步划分，大致可以划分出4级冲洪积扇或台地：T0～T1台地主要为河漫滩或者次级冲沟Ⅰ级阶地，地层时代为全新统；T2冲洪积台地或阶地主要由上更新统上段冲洪积层构成；T3冲洪积台地或阶地属于上更新统中段洪积层；T4台地由中更新统冰碛物构成，也可能是冰水扇。

在被断错的冲洪积台地，尤其是八里沟北侧晚第四纪洪积扇上，最多可见到5级小断层陡坎，长度为120～200 m，高度约为0.5 m，坡向SW，总体为正向陡坎。大柴旦断裂南段多为单条断层形成的大陡坎，高度为2～5 m，最高达12 m。沿大柴旦断裂可见冲沟阶地面、高漫滩以及最新冲洪积扇面等均被断错，形成陡坎地貌[图4（a）]。此外，

局部段还可见断层沟槽[图4（b）]、反向陡坎[图4（c）]和冲沟右旋[图4（d）中T2冲洪积台地上侵蚀切割发育的Ⅱ级阶地右旋位错（8±1）m]等断错地貌现象。右旋走滑断错各级冲沟及阶地，较小的位移约1.5 m，大的位移超过200 m，如八里沟右旋位移可超过240 m。野外踏勘时，在一些典型观察点进行了陡坎高度和右旋位错的测距仪和差分GPS测量。差分GPS测线分布见图3（b）以及图5、6，差分GPS测线附近地貌见图7、8，差分GPS测量结果见表1、图9和图10。

从表1可以看出：T1台地只有1个观察点，陡坎高度在0.5 m以下；T2冲洪积台地上陡坎高度大致为 （1.5±0.5）m；T3冲洪积台地上陡坎高度大致为（3.0±0.5）m；T4台地有1个观察点，陡坎高度达12.0 m。冲沟右旋的分布规律不明显，T2冲洪积台地右旋位错量平均约（4.0±1.0）m，T3冲洪积台地右旋位错量平均约（6.0±1.0）m。这些地貌现象表明，大柴旦断裂晚更新世以来尤其是全新世以来活动强烈。

图4大柴旦断裂断错地貌

Fig.4Photos Showing Faulted Landforms in Dachaidan Fault

图5T2冲洪积台地差分GPS测线分布

Fig.5Map Showing the Distribution of Differential GPS Surveying Lines of T2 Alluvialdiluvial Platform

图6T3冲洪积台地差分GPS测线分布

Fig.6Map Showing the Distribution of Differential GPS

Surveying Lines of T3 Alluvialdiluvial Platform

图7T2冲洪积台地差分GPS测线附近断错地貌照片

Fig.7Photos Showing Faulted Landforms near Differential GPS Surveying Lines of T2 Alluvialdiluvial Platform

图8T3冲洪积台地差分GPS测线附近断错地貌照片

Fig.8Photos Showing Faulted Landforms near Differential GPS Surveying Lines of T3 Alluvialdiluvial Platform

2古地震特征

为了确定古地震事件的发生时间、复发间隔以及事件的空间分布，利用古地震遗迹探测技术进行古地震研究已取得广泛共识[1619]，而该技术的两个重要方面就是进行古地震探槽开挖和古地震事件识别。为了解决事件年代不确定性，逐次限定法[20]也应运而生[16]。

为了得到比较确切的大柴旦断裂古地震事件发生时间及期次，在详细的构造地貌解译和野外踏勘的基础上，选择八里沟北侧晚第四纪冲洪积扇上断层带较宽（有5条断层陡坎），交通较便利（挖掘机容易到达）的地段进行大探槽的开挖工作；同时，在调查过程中，还发现了2个天然古地震剖面，增加了古地震研究的证据。

2.1天然古地震剖面特征

在野外踏勘期间，发现了2个比较好的天然古地震剖面（图3、11）：剖面a（经纬度为37.892 51°N，95.388 87°E）和剖面b（经纬度为37.872 32°N，95401 60°E）。

2.1.1剖面a

天然古地震剖面a位于一条大冲沟南壁，其地貌位置相当于T2冲洪积台地上次级冲沟T1级冲洪积阶地，断裂活动断错了冲洪积层，在地表发育有断层陡坎，陡坎倾向SW，高度小于0.5 m。剖面高度15 m，出露地层为：层①为土黄色砂砾石层，顶部为粗砂，中下部为小砾石夹砂，砾石呈棱角状—次棱角状，一般粒径为0.5～2 cm，偶含粒径为4～5 cm的砾石，较松散，成分多为片岩及花岗岩，厚度约30 cm；层②为土黄—青灰色砾石层，砂质充填，砾石呈棱角状，一般粒径为5～6 cm，厚度约35 cm，在该层顶部采集到14C样品（编号为DCD14C3），测年结果为（2 402.5±57.5）a B.P.（表2）；层③为青灰色粗砂夹小砾石层，砾石多为片状，一般粒径为0.5～1 cm，偶含粒径为4～5 cm的砾石，在断层东侧的厚度约为1 m，断层西侧未见底；层④为青灰色砾石层，砾石呈棱角状-次棱角状，一般粒径为3～4 cm，粒径大者大于10 cm，未见底。

剖面上出露2条倾向相对的正断层。断层F1走向330°，倾向SE，断层下部较陡，可达80°，上部较缓。断层F2走向330°，倾向NW，倾角较陡，近直立。断层F1和F2均断错层②顶部，被层①覆盖。层②垂直位错量为28 cm。地表陡坎高度约30 cm，二者比较一致。由此可以推断2条断层活动时代相同，至少发生过1次古地震事件。断裂的张性活动不但造成两

2.1.2剖面b

天然古地震剖面b位于另一大冲沟北壁，地貌位置相当于T2冲洪积台地上次级冲沟T1级冲洪积阶地，断层活动断错了冲洪积层，剖面高度为1.5 m。地表发育有断层陡坎，陡坎倾向SW，倾角较缓，高

度约0.3 m。出露地层为：层①为土黄色砂砾石层，

厚约10 cm；层②为土黄色次生黄土夹砾石，砾石呈棱角—次棱角状，一般粒径为4～5 cm，厚度约20 cm；层③为土黄色砂砾石层，砾石呈棱角状，粒径约5 cm，剖面上呈现三角状；层④为青灰色粗砂、细砂，上部为粗砂含砾石，砾石呈次棱角状，一般粒径为2～3 cm，厚度约30 cm，该层底部有5 cm厚的砾石层，可做为标志层；层⑤为青灰色砂砾石层，砾石呈次棱角状，一般粒径为3～4 cm，粒径大者可达到8 cm，厚度约40 cm，该层底部有10～13 cm厚的砾石层，可做为标志层；层⑥为青灰色砂砾石层，特征同层③，未见底。

剖面中出露了2条分支断层，下部合并为1条断层。断层总体走向350°，断层F1倾向SE，断层F2倾向NW，断层倾角较陡，可达到80°。断层F1、F2可能均断错至层①以下。实际上，剖面b的形成与剖面a类似，不仅断裂由正断活动造成约0.2 m位错，并使原先沉积的物质形成了一个崩积楔（层③），在其中取14C样品（编号为DCD141）进行测年，得到的年龄为（3 907.5±72.5）a B.P.，说明古地震事件发生在（3 907.5±72.5）a B.P.之后。在层④底部形成的垂直断距是19 cm，层⑤垂直断距为18 cm，位错量比较

2.1.3小结

由于天然断层剖面a和b各自可以获得1次古地震事件，分别发生在（3 907.5±72.5）a B.P.之间和（2 402.5±57.5）a B.P.之后，二者为同一次或单独的古地震事件需要借助探槽分析来确定。

2.2古地震探槽布设

天然古地震剖面上出露断层较少，所发现的古地震事件可能会有遗漏，而且其性质为张性正断，因此，其应为主断裂逆冲活动过程中形成的次级断裂。为揭露出更完整的古地震事件，分析其古地震特征，需要采用机械进行探槽开挖。探槽开挖地点能否达到古地震记录的完整性以及能否获取大量的测年样品等直接关系到未来地震危险性评价的可靠性 [16，2127]。在西北干旱戈壁地区，断层陡坎受到后期的人为改造比较小，保存完好。按照探槽选点的原则和要求，一般应选择陡坎高度适中，可能存在多期古地震事件，晚第四纪沉积物颗粒较细，层序清晰尤其是地势相对低洼的地方，利于采集碳粒年代样品，且保证探槽开挖的深度是确保所揭示古地震事件完整性的重要条件。

本研究确定的探槽开挖地点位于上更新统冲洪积层为主的T2冲洪积台地上，台地主体形成以后，后期又沉积了晚全新世地层。该探槽开挖地点发育5条断层陡坎，单条陡坎高度在0.4～0.6 m之间（图3、12、13），均处于同一期冲洪积扇上，地势相对低洼，细粒沉积较厚。多级断层陡坎地貌的发育可能是单次古地震事件在地表同时形成多条陡坎，也可能是一次事件形成一条陡坎，多次事件形成多条陡坎。因此，采用一个完整跨越全部陡坎的探槽可以更直观地显示出地层层序及其发育情况，并且可以完整地给出一个断裂系统古地震发生时间次序。

2.3探槽古地震特征

本研究先期只开挖了3个独立的大型探槽（编号为Tc1、Tc2和Tc3）。从本次探槽开挖可以看出，大柴旦断裂的主控制断裂是逆冲断裂（探槽Tc1），在其后缘还形成张性正断层（探槽Tc2和Tc3），符合山前逆冲断裂的活动规律。探槽Tc1是3个探槽中最西边也就是最前缘的一个，跨过了2条断层陡坎，陡坎高约0.5 m，探槽长30 m，宽3 m，深3 m。探槽Tc2是3个探槽的中间一个，跨过中间2条陡坎，探槽总长17 m，宽3 m，深2～3 m。探槽Tc3是3个探槽最东边（最后缘）的1个，探槽长10 m，宽3 m，最深处约3 m（图12）。由于探槽Tc1剖面较长，为了重点表现断层附近的特征，笔者将探槽Tc1分成东、西2段进行分析。

探槽Tc1西段剖面（图14）地层描述为：层①为土黄色粉砂夹小砾石层，厚约15 cm；层②为黄褐色砾石层，砾石呈棱角状，一般粒径约8 cm，最大可超过15 cm，厚30～40 cm，在该层中部取14C样品（编号为DCDC1413）进行测年，得到的年龄为（1 935±60）a B.P.；底部有一层厚5 cm红黏土层②1，其可做为标志层，在其中取14C样品（编号为DCD14C12）进行测年，得到的年龄为（4 842.5±17.5）a B.P.；层③为青灰色冲积砂砾石层，砾石呈次棱角状，底部发育一层细粒砂质黏土层③1，厚5～10 cm，粒径一般为3～5 cm，层厚约50 cm；层④为土黄色冲洪积砂砾石互层，砾石有一定的磨圆度，一般粒径为2～3 cm，粒径最大可达10 cm，砾石层④1夹在砂层之间，具有明显的折曲变形和位错。层④1、③1都可作为标志层。

探槽Tc1西段剖面上出露2条逆断层F1和F2。断层F1为最前缘的断层，产状为350°/NE∠55°，发育5 cm宽的断层带（即地层曲折带），上断点位于层②顶部。冉勇康等在研究汶川地震地表、近地表地层变形时，提出折曲位错变形时，在相对较细的层状堆积物中一般曲折位错较为明显，层位越低的地层曲折变形量越大，而层位越向上的地层弯曲变形量越大，使得一次事件后总的位移量基本平衡[30]。断层F2为2条断层构成的上宽下窄的断层带，断裂带内小砾石都定向排列，断层倾角较陡，近乎直立。断层F2东侧断层断错位置较高，接近层①，西侧断层被层③顶部的红黏土层③1覆盖。根据断层与地层的切盖关系以及不同标志地层单元的位错量，剖面上可识别出2次古地震事件Ⅰ和Ⅱ。

图15探槽Tc1东段拼图与解译

Fig.15Photomosaic and Interpretation of the East Part of Trench Tc1

古地震事件Ⅰ是断层F1和F2共同活动的结果，断层断错层③以下地层，被层②覆盖。由于断层曲折变形的存在，并没有形成崩积楔，并在后缘发育一张裂缝；其年代在（4 842.5±17.5）a B.P.之前。古地震事件Ⅱ也是断层F1和F2共同活动的结果，断层F1逆冲活动终止在层②顶，断层F2同时发生逆冲活动，也终止在层②顶；其年代在（1 935±60）a B.P.之后。

对于这2次古地震事件，断层F1错断层③中砾石层④1的垂向位移为32 cm，层③1垂直位错为30 cm，层②1垂直位错为11 cm。上述标志地层单元沿曲折带向上位移量减小，是判断古地震事件存在的重要依据。对于断层F2而言，层④1垂直位移量约11 cm，层③的垂向位错为10 cm，层②的位移量为12 cm。也就是说，第1次古地震事件的垂向位移量约20 cm，其位错仅发生在断层F1上，而断层F2仅形成张裂缝；第2次古地震事件时，断层F1位错约11 cm，断层F2位错约12 cm，位移总和为23 cm。2次古地震事件的位移量都是20 cm左右，累计位错为43 cm，而地表相应的陡坎高度约50 cm，相互有一定的匹配关系。

2.3.2探槽Tc1东段

探槽Tc1东段剖面（图15）地层描述为：层①为褐红色粉土夹砂石层，砾石呈次棱角状，一般粒径为3～5 cm，该层底部取14C样品（编号为DCD14C11）进行测年，得到的年龄为（2 925±70）a B.P.，厚约30 cm；层②为黄褐色砾石层，砾石呈次棱角状，粒径一般为3～4 cm，粒径最大超过20 cm，局部有细砂沉积，为冲积成因，厚40～70 cm；层③为青灰色砂砾石互层，层理较发育，为冲积成因，厚约110 cm；层④为大砾石层，砾石中棱角状，一般粒径大于10 cm，厚约15 cm；层⑤为混杂砂砾石层，断层东侧较之西侧层理更发育，砾石粒径约5 cm，未见底。

探槽Tc1东段剖面上见到1条逆断层和多条地震裂缝。断层断错层②以下所有地层，被层①所覆盖。断层将层④断错形成的垂直断距为50 cm，将层②断错形成的垂直断距约50 cm，表明该断层有过1次构造活动，也与地表陡坎50 cm左右的高度较为吻合。根据层①底部14C样品DC14C11测年结果，古地震事件发生在（2 925±70）a B.P.之前。

2.3.3探槽Tc2

选取探槽Tc2重要的包含断裂的13 m长度进行详细剖面分析（图16）。剖面地层描述为：层①为表土层，黄褐色细砂夹少量小砾石，厚10～30 cm；层②为土黄色粉砂与褐红色黏土互层状堆积，黏土层厚2～5 cm，该层为地震时形成的断塞塘；层③为土黄色粉砂、褐色黏土与青灰色粗砂及砾石的混杂堆积，为地震时形成的崩积楔；层④为冲积砂砾石层，粗砂与砾石互层发育，具有水平层理，其中夹有一层厚约5 cm的含砾粉砂层，整体厚度超过100 cm；层⑤为土黄色砂与砾石混杂堆积，为洪积成因，砾石呈棱角—次棱角状，粒径大小不一，粒径大者可达30 cm，粒径小者为3～5 cm，未见底。

图16探槽Tc2拼图与解译

Fig.16Photomosaic and Interpretation of Trench Tc2

探槽Tc2剖面上出露2条断层F4和F5。断层F4走向340°，倾向NE，倾角75°～85°；断层F5走向340°，倾向SW，倾角85°；断层F4和F5均为正断层。断层F5断错层①以下的所有地层，在断层下盘形成1个崩积楔（层③）和1个断塞塘（层②）。在崩积楔中未取到测年样品，但在断塞塘底部取到14C样品（编号为DCD14C8）进行测年，得到的年龄为（14 145±80）a B.P.，并且断塞塘开始接受堆积的年代，接近于崩积楔结束的年代，说明在（14 145±80）a B.P.之前发生过一次古地震事件；断塞塘堆积结束后，断层F5再次活动，将崩积楔与断塞塘同时断错，断塞塘顶部的14C样品（编号为DCD14C9）进行测年，得到的年龄为（7 780±5）a B.P.，说明此次地震事件发生在该年代之后。对于断层F5的2次活动，断层F4可能伴随其中一次发生活动，并形成了一个张性充填楔，后被逐渐覆盖；断层F4是由2条近于平行的断层构成一个宽10～20 cm的断层崩积楔，在断层带顶部的红黏土内取14C样品（编号为DCD14C10）进行测年，得到的年龄为（6 345±55）a B.P.，说明在此年代之后发生过一次古地震事件。也就是说，断层F4发生了2次活动，第1次活动可能与断层F5的某次活动是同时代的，第2次活动断错早期充填之上的覆盖层，至层①之下；断层F4的2次活动不能很好地确定地层的位错，层④下部延伸较短的砾石层垂直位移量约28 cm，但是上覆地层没有发现明显的位错特征。

根据层④中含砾石细粒层，垂直位移量约54 cm，与地表陡坎高度（60 cm）比较一致。

2.3.4探槽Tc3

选取探槽Tc3发育断层的8 m长度进行详细剖面分析（图17）。剖面地层描述为：

层①为土黄色表土层，为粉砂细砂夹小砾石，厚约10 cm；层②为灰黑色冲洪积砂砾石层，为粗砂夹砾石，砾石呈棱角—次棱角状，一般粒径为1～2 cm，厚20～40 cm；层③为黄灰色冲洪积砾石层，砾石磨圆度较差，呈次棱角状，一般粒径为3～5 cm，粒径大者可达20 cm，厚20～30 cm；层④为青灰色冲积砂砾石层，为粗砾与砾石互层，砾石呈次棱角状，且多为片状碎石，一般粒径为2～3 cm，粒径大者可达7 cm，具有明显的水平层理，厚约80 cm；层⑤为土黄色洪积砂夹砾石层，砾石呈棱角状，一般粒径为5～8 cm，粒径大者可达20 cm，混杂堆积为洪积成因，厚约80 cm；层⑥为青灰色粗砂夹砾石与土黄色粉砂互层，土黄色粉砂层厚度约15 cm，砾石多为片状碎石，具有明显的水平层理，一般粒径为1～2 cm，粒径大者达10 cm，为冲积成因，未见底。

图17探槽Tc3拼图与解译

Fig.17Photomosaic and Interpretation of Trench Tc3

探槽Tc3剖面上发育2条拉张正断层及多个地震裂缝，断层走向340°，上部较陡，倾角70～80°，下部变缓，断层面上有砾石定向排列。2条断层组成一个上宽下窄的断层带，上部最宽处可达88 cm，带内发育有2个崩积楔。从剖面上可以看出，层②和层③垂直位移均为19～20 cm，层④的垂直位移量约36 cm，层⑤在断层上盘未见底，现有的垂直位错超过60 cm。基于崩积楔、充填楔等的发育、断层和地层的切盖关系以及不同地层单元的位移量，至少可以判断出3次古地震事件。层④沉积前可能发生了至少一次古地震事件Ⅰ，层④沉积后发生的2次古地震事件Ⅱ和Ⅲ比较明确。

古地震事件Ⅰ发生在层④沉积之前与层⑤之后，可能为晚更新世，发育崩积楔<1>。

断层发生破裂后，发育充填楔<2>，其主要以砂砾石为主，应该是古地震事件Ⅱ发生后立即形成的沉积物；后来，逐渐在其上沉积了崩积楔<3>，组成为含砾石泥质粉砂。在2个崩积楔交界处取到14C样品（编号为DCDC144）进行测年，得到的年龄为（7 217.5±52.5）a B.P.，也就是说，古地震事件Ⅱ发生在（7 217.5±52.5）a B.P.之前。

崩积楔<3>堆积结束后，冲沟沉积使得其被细粒砂土质沉积物充填楔<4>覆盖，并在其上发育层②；后来，可能由于剥蚀作用，层②减薄且将充填楔<4>裸露出来，从而沉积层①。在充填楔<4>中采集14C样品（编号为DCDC146）进行测年，得到的年龄为（2 215±95）a B.P.，说明古地震事件Ⅲ发生在（2 215±95）a B.P.之后。

每次地震的垂直位移量约18 cm，而地表陡坎的位移量约50 cm，与古地震事件Ⅱ和Ⅲ的位移量不符，但与层⑤垂直位错比较符合，因此，可以断定至少发生过3次古地震事件。

2.4小结

根据探槽Tc1、Tc2和Tc3的剖面分析，大柴旦断裂晚更新世以来发生过多次古地震事件，但是限于年龄和样品品质的关系，只能大体确定全新世以来的4次古地震事件，每次垂直位移量都为20～30 cm，其震级大致相当（约7级）。

3古地震事件的对比分析

通过对3个探槽和2个天然古地震剖面的分析，结合14C样品测年结果，得到了多次古地震事件的年代。采用毛凤英等提出的古地震事件逐次限定法[20]，得出大柴旦断裂晚更新世以来发生过5、6次古地震事件，可以限定年代的有5次，全新世以来该断裂发生过4次活动。古地震事件A发现于探槽Tc2中，通过1个样品来限定；古地震事件B发现于探槽Tc2和Tc3中，通过2个样品来限定；古地震事件C发现于探槽Tc1和Tc2中，通过2个样品来限定；古地震事件D发现于天然古地震剖面b和探槽Tc1中，也是通过2个样品来限定；古地震事件E发现于天然古地震剖面a、探槽Tc1和Tc3中，通过3个样品来限定。

古地震事件A的断裂活动时间在（14 145±80）a B.P.之前，但是无法确定其发生时间的下限。

古地震事件B可能发生在（7 780±5）a B.P.以后和（7 217.5±52.5）a B.P.之前，大致为（7 500±280）a B.P.。

古地震事件C发生在（6 345±55）a B.P.之后和（4 842.5±17.5）a B.P.之前，大致为（5 600±750）a B.P.。

古地震事件D发生在（3 907.5±725）a B.P.之后和（2 925±70）a B.P.之前，大致为（3 400±490）a B.P.。

古地震事件E发生在（1 935±60）a B.P.之后，但是其上限年龄不能确定（图18）。

图18古地震期次分布

Fig.18Distribution of Occurrence Time of Paleoseismic Event

从图18可以看出，全新世以来古地震复发时间约为2 000年，具有准周期的特征，古地震最后的离逝时间为（1 935±60）a B.P.之后。

除古地震事件A（发生在（14 145±80）a B.P.之前）之外，全新世以来的4次古地震事件具有一定的关联性。对于古地震事件B，只在探槽Tc2和Tc3剖面上发现了几条高角度正断层（带），限定在断层F5活动之后和断层F6活动之前，主控逆冲断层可能以盲断层的形式存在。古地震事件C限定在断层F4活动之后和断层F1活动之前。古地震事件D限定在天然古地震剖面b（正断层）活动之后和探槽Tc1东段断层F3活动之前。古地震事件E发生在（1 935±60）a B.P.之后，而整个断层带最前缘的2条逆断层恰巧在此时间之后有过活动，显示了最新的活动时代。综上所述，大柴旦断裂具有向盆地内部前展式发育的特征。

4不确定性讨论

大柴旦断裂古地震研究表明，从探槽的选址开挖到剖面分析和采样以及古地震事件的厘定依然存在一定的不确定性。

（1）探槽开挖的制约。本研究的探槽开挖点是全断裂比较理想的地方，然而由于断层带过于宽大以及戈壁野外工作的制约，未能将5条陡坎一次性贯通，而是进行了分段开挖，对地层对比和后期的整体分析带来了一些困难和不确定性。

（2）戈壁环境碳质及含碳沉积物发育极差。通过仔细寻找，在探槽剖面和2个天然古地震剖面上采集了12个14C年龄样品，其中有2个还没有做出结果，其余10个样品测年结果可信度较高。但是，对于限定古地震事件期次来说，样品数量偏少，尤其是探槽Tc1东段的2次古地震事件只能大概判断较晚古地震事件的发生时间，而对于较早的古地震事件不能做出很好的判断。

（3）探槽Tc1西段剖面上相对细粒的薄层沉积物发育较好的曲折位错变形。不同标志地层单元沿曲折带在断层两盘位差变化是判断古地震事件存在的重要依据；越到上部地层，标志地层单元的位移会逐渐减小，“上断点”[28]之上的地层可能是古地震事件发生之前形成的。曲折变形带不能看作是断层破裂带，在解译的时候需要区分直接位错和曲折变形的形态特征。

（4）崩积楔的识别。崩积楔作为重要的构造标志，对于古地震事件的识别有关键作用。Rockwell等在研究阿根廷圣胡安La Laja 断层时，在一个探槽中识别出了9个崩积楔[29]，但是这样的例子显然不多见。对于大柴旦断裂的研究表明，该断裂上崩积楔的发育与地层之间的特征区别不是很明显，且多数不是发育在坎前的典型模式，而是以充填的形式发育的，给古地震事件的判断增加了难度。

5结语

（1）大柴旦断裂是柴达木盆地北缘断裂中较为重要的活动断裂，断裂活动长度可达125 km。其中，该断裂中段全新世活动强烈最为显著，表现为逆冲兼右旋走滑性质。

（2）通过2个天然地震剖面和3个探槽剖面分析，结合14C样品测年结果，得到大柴旦断裂比较确切的5次古地震事件发生时间分别为（14 145±80）a B.P.之前、（7 780±5）a B.P.～（7 217±52.5）a B.P.、（6 345±55）a B.P.～（4 842.5±17.5）a B.P.、（3 907.5±72.5）a B.P.～（2 925±70）a B.P.以及（1 935±60）a B.P.之后。全新世以来发生4次古地震事件，且每次古地震事件垂直位移量都在20～30 cm之间。古地震的复发间隔约2 000年，最近一次古地震事件的离逝时间为（1 935±60）a B.P.之后，说明大柴旦断裂的活动性比较强，地震危险性比较高，这与该区近年来强震活动频繁的特征相吻合。

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