甘加盆地西缘断裂带发现新活动证据

陆诗铭, 王爱国, 文亚猛, 张 波

(1. 中国地震局兰州地震研究所, 甘肃 兰州 730000 2. 甘肃兰州地球物理国家野外科学观测研究站, 甘肃 兰州 730000)

0 引言

甘加盆地位于青藏高原东北部甘肃省甘南藏族自治州夏河县与青海省黄南藏族自治州同仁市交界部位,为西秦岭构造带内的一个新生代盆地,其整体形态表现为西宽东窄的扇形(图1)。盆地北侧为白石崖断裂控制,南侧为切龙沟断裂控制。根据遥感影像解译,盆地西缘发育三条近南北向的弧形地貌阶梯带,为断裂控制,本文称甘加盆地西缘断裂带。由于该处高寒偏远,交通不便,因此,前人对这三条地貌阶梯带的研究较少[1-3]。张志亮等[4]在西宁至成都铁路项目野外调查中认为甘加盆地西缘断裂可能在第四纪早期有过活动,但第四纪晚期已不活动。

图1 区域地形地貌与活动构造简图Fig.1 Topography and tectonic location map of the area

本文在高清影像遥感解译的基础上,采用高分辨率卫星影像解译、地质地貌调查、UAV航拍测量、剖面清理与14C测年等方法,获得了甘加盆地西缘断裂带新活动的基本特征,主要表现为不同级别的断层陡坎、冲沟与阶地右旋、低阶地与洪积台地断错等。

由于甘加盆地位于西秦岭北缘断裂带西端[5-6],盆地的形成可能受控于该断裂带的新活动,因此盆地周缘断裂活动特征及构造变形的研究,对于研究西秦岭北缘断裂带的新构造活动特征与端部变形机制,进而研究区域构造变形模式具有重大科学意义。

1 断裂基本特征

甘加盆地位于青藏高原东北缘西秦岭北缘断裂带西端,处于贵德断裂、循化—临夏断裂与西秦岭北缘断裂之间[图1(a)、 (b)],呈向东沉降收敛的扇形。盆地东西长约23 km,南北最宽约16 km,海拔从西向东由3 500 m左右降至2 900 m左右[图1(c)]。甘加盆地西缘断裂带位于甘加盆地西侧,由三条走向近南北、向西微凸的弧形断层组成,与甘加盆地扇形形态相一致。断裂带分为西支(F1-1)、中支(F1-2)和东支(F1-3),西支位于甘加盆地最外侧,长度最大,中支和东支向盆地内部扩展,长度逐渐缩短。断裂在地貌上均表现为西高东低的地貌阶梯带[图1(c)、图2(a)]。

图2 甘加盆地西缘断裂带西支及中支断层地貌与剖面Fig.2 Geomorphological characteristics of fault landform and profile of the west and middle branches along the west margin fault zone of the Ganjia Basin

图3 甘加盆地西缘断裂带东支断层地貌及剖面Fig.3 Geomorphological characteristics of fault landform and profile of the east branch along the west margin fault zone of the Ganjia Basin

总体来看,甘加盆地西缘断裂活动性质为右旋兼逆冲性质,破碎带较宽,表明断层早期活动强烈,发育历史较长。

2 断裂新活动证据

(1) 断错微地貌证据

在活动构造研究中，微地貌断错研究是必不可少的一部分，微地貌形态的刻画可以很有力地证明断层的活动习性。通过典型微地貌形态分析，可以估算断层位移量，确定断层活动年代、活动性质，定性定量研究断层特征[7]。如断层陡坎就是一种地壳不断运动、地表位移累积的地貌现象，通过断层陡坎等微地貌我们可以研究断层活动的相关信息[8]。

在本次研究中我们通过详细的航、卫片解译和野外考察,发现甘加盆地西缘断裂带上存在明显断层新活动的微地貌证据,由于断裂带具有右旋逆冲性质,因此在地貌上形成了垂直断错与右旋走滑断错共同发育的情况[9-13],主要表现形式有不同级别的线性陡坎、河流及阶地右旋等(图4)。冲沟、河流、山脊等右旋断错现象在图纳尕郎曲东南侧、甘加西侧、同仁公路旁、塔哇村附近及多佐曲附近断裂沿线均有保留。

沿甘加盆地西缘断裂带西支(F1-1),在夏拉果西南,断裂连续断错冲沟T1、T2级阶地及洪积台地[图4(a)],形成不同高度的断层陡坎；断裂经过处,冲沟表现了一定程度的右旋错动。在多佐曲西,山前洪积台地断逝,形成线性陡坎,坎高最大达7.9 m,为山前洪积台地与沼泽的分界线[图4(b)]。

沿甘加盆地西缘断裂带中支(F1-2),在塔哇村南见到断层右旋断错冲沟T1及T2级阶地[图4(c)],T1阶地面陡坎高约1.8 m,其边缘(冲沟)右旋错距(5.45±0.5) m；断层陡坎西侧发育宽约50 m的兰灰色花岗岩强烈挤压破碎带。沿断裂向南追索,可见断裂新活动在山前洪积平原上形成的线性反向地貌[图4(d)],冲沟形成断塞塘或闸门脊。在断塞塘低洼处,地势平坦、低洼避风且有泉水,成为牧民建房的首选地。

沿甘加盆地西缘断裂带东支,沿断层多处可见连续的陡坎[图4(e)],断错山前槽地,形成椅状地貌,坎高不到1 m,表明断层活动较新。

(图中红色箭头指示断层新活动面位置,黄色箭头指示老断层剖面位置)图4 甘加盆地西缘断裂带新活动微地貌现象Fig.4 Micro-geomorphic features of the new activities along the western margin fault zone of Ganjia Basin

(2) 断层剖面证据

在甘加盆地西缘断裂带中支塔哇村段断错冲沟及低阶地(E102.419 324°,N35.451 37°),冲沟北壁清理出断层剖面(图5)。断层西侧为蓝灰色-灰白色花岗岩强烈挤压破碎带,断层东侧为土黄色破碎岩；断层表现为黄绿-土灰色断层泥带,黏土状,厚约0.6 m。断层上部填充了暗红色黏土,顶部为厚约0.5 m的浅红色含砾砂土层覆盖。在砂土层底部取14C年代样品TWC-C1,测得样品年龄为(800±30) a B.P.；在填充的暗红色黏土中取14C年代样品TWC-C2,因碳含量过低,没有测得年代结果。

图5 甘加盆地西缘断裂带中支塔哇村南断层新活动剖面Fig.5 Fault profile in the south of Tawa Village, the middle branch of the western margin fault zone of Ganjia Basin

在甘加盆地西缘断裂带东支(F1-3)经过尕日加曲河北岸处[图3(b)],公路施工垂直断层沟槽揭露出断层带剖面(图6)。断层带东西两侧为相对完整的花岗岩,破碎带宽大于50 m,本剖面内可见断层错动面4条,均发育厚10～30 cm不等的浅红色、灰黑色断层泥带。最西侧断面形成上部覆盖层碎块石堆与砂土层的分界,并在地表形成西高东低的陡坎。从剖面看,断层至少断错砂土层下部。在砂土层底部取14C年代样品GJX-C1,测得样品年龄为(4 180±30) a B.P.,表明断层全新世中期以来有过活动。

图6 甘加盆地西缘断裂带东支(F1-1)尕日加曲河北岸新活动剖面Fig.6 Profile in the north bank of Garijiaqu River, the east branch of the western margin fault zone of Ganjia Basin

3 断裂运动学特征

根据前面断层基本特征、微地貌位错及断层新活动剖面等的研究,甘加盆地西缘断裂带新活动以右旋走滑兼逆冲为运动特征,水平走滑分量大于垂直逆冲分量[14-17]。为确定断层新活动定量参数,选取甘加盆地西缘断裂带西支夏拉果西地貌断错点为研究对象[图1(c)中的黄点],进行了UAV航拍及高精度DEM提取[图7(a)]。该处大面积发育洪积台地面S0与S1,残留有高洪积台地面S2。断层垂直断错S0与S1,并分别形成1.0 m(地形剖面B-B′)与1.4 m(地形剖面C-C′)的断层陡坎；S2台地前缘在断层处断逝,形成高约2.5 m的线性陡坎(地形剖面A-A′)。冲沟切过洪积台地面S0与S1,在冲沟与断层交汇处,冲沟与S1台地面边缘均发生右旋错动,错距4.2 m。

在S1台地边缘开挖探槽[图7(b)],深度2.6 m,揭露S1台地基座之上覆盖层厚度2.5 m,由多层土夹砂层或碎石层组成。剖面岩性特征描述如下:

图7 甘加盆地西缘断裂带西支夏拉果西地貌断错点UVA解译图与取样剖面Fig.7 UVA interpretation map of fault point in the west of Xialaguo, the west branch of the western margin fault zone of Ganjia Basin and sampling profile

① 灰黑色粉质砂土,厚度均匀,较松散,厚约46 cm。

② 浅黄色砂层,含少量碎石,碎石磨圆度较好。厚度均匀,厚约6 cm。

③ 黑色粉砂质土,较为松散,厚度均匀,土层厚约50 cm。

④ 灰绿-浅黄色砂砾层,含较多碎石,砾石磨圆一般,较为致密,厚约8 cm。

⑤ 黑色黏土层,质地坚硬,均一性好。其中夹杂有两条长约20 cm的砂砾条带,条带中砂砾直径较小,分布致密,磨圆差,厚度约52 cm。

⑥ 杂色砂砾碎石层,含有大量砂砾碎石,直径较小,磨圆差,石块分布致密,近水平分布,有明显的近水平层理。

⑦ 黑色硬质黏土层,比较致密,夹杂少量碎石,碎石直径不大,厚约62 cm,底部14C测年约为(4 730±30) a B.P.。

⑧ 灰黑色卵石块层,含大量卵石,磨圆度较好,分选差。

选择基座之上最初沉积物的年龄来代表台地的沉积年代[18],在层⑦底部取14C年代样品DZQ-C02,测年结果为(4 730±30) a B.P.。根据断裂的右旋作用造成S1台地右旋位错约4.2 m,计算可得甘加盆地西缘断裂带西支全新世中期以来的水平滑动速率为(0.89±0.01) mm/a。利用S1洪积台地上1.4 m高的断层陡坎以及台地年龄(4 730±30) a B.P.,可以求得该断裂带全新世中期以来的平均垂直滑动速率为(0.30±0.002) mm/a。

4 结论与讨论

综上所述,甘加盆地西缘断裂带全新世以来具有明显的新活动,是一条第四纪晚期仍在活动的断裂带。该断裂带活动特征归纳如下:

(1) 甘加盆地西缘断裂带由三支走向近南北、向西微凸的弧形断层组成(东支、中支和西支),地貌上形成西高东低的线性陡坎,以右旋走滑为主兼具逆冲性质。

(2) 断裂沿线线性影像清晰,新活动微地貌表现形式为不同级别的线性断层陡坎、河流与阶地及洪积台地的连续同步右旋位错、洪积台地反向坎及断塞塘等。

(3) 根据测量数据及测年结果,初步估算甘加盆地西缘断裂带西支全新世中期以来的平均水平滑动速率为0.89 mm/a,平均垂直滑动速率为0.30 mm/a。

本研究虽然发现了甘加盆地西缘断裂带的第四纪晚期新活动特征,但是对于断裂带新活动特征研究还不够深入与精细,因此,对于断裂形成的力学机制及周边构造转换关系的认识尚需进行更深一步的工作。根据研究发现的断裂右旋走滑兼逆冲性质初步的结果认为,甘加盆地西缘断裂的形成主要应力来源为西侧北北东方向的构造应力场作用,可能为贵德—日月山北北西向构造作用的向东扩展,形成右旋兼逆冲作用。断裂与西秦岭北缘断裂的关系及甘加盆地的形成机制等问题,我们将在对甘加盆地构造变形及周边断裂活动性研究的基础上进行更深入的探讨。