大柴旦断裂中段晚第四纪活动特征

庞炜 何文贵 吴赵 张波

摘要：

通过航卫片遥感数据解译、野外地质地貌调查，并结合差分GPS等测量手段，获取大柴旦断裂晚第四纪以来的地质地貌特征。结果显示：大柴旦断裂总长约135 km，整体上显示为一反“S”形，根据断裂走向的变化、地貌特征、活动强弱等，大致以温泉沟、塔塔棱河为分界点，可将大柴旦断裂分为三段。晚第四纪以来，该断裂北段和南段逆冲性质较为明显。本次工作集中在断裂中段，该段以右旋逆冲活动为主，逆冲量和右旋量在不同地貌面上是不同的，显示出明显的多期次活动特征。野外天然古地震剖面揭示出1次古地震事件，发生在（2 402.5±57.5） a.B.P之后，表明该断裂在全新世活动强烈，与该区域近年来频繁的强震活动相吻合。

关键词：

大柴旦断裂; 晚第四纪活动; 右旋; 断错地貌测量; 测年

中图分类号： P315.2      文献标志码：A   文章编号： 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

印度板塊和欧亚板块的碰撞作用形成了“世界屋脊”——青藏高原。高原北部的柴达木—祁连活动地块围限于阿尔金断裂、祁连山—海原断裂、东昆仑断裂三组巨型断裂之间［1-2］，是调节碰撞形变、约束变形模式的关键部位［3-5］。柴达木—祁连活动地块内部和周缘发育了多条活动断裂（图1），在该活动地块北侧的河西走廊周围发育有榆木山断裂、佛洞庙—红崖子断裂、玉门—北大河断裂等大型强烈活动断裂［6-8］;在南侧的柴达木盆地北缘发育有绿梁山断裂、大柴旦断裂、宗务隆山断裂、锡铁山—阿木尼克山南缘断裂等多条断裂［9-11］，这些断裂以逆冲-走滑性质为主，晚第四纪以来发生过强烈的构造形变和地震事件［4，12-15］。值得一提的是，在柴达木盆地北缘，近些年发生过的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］均集中在宗务隆山—大柴旦断裂附近，由此可见该区域构造活动的剧烈程度。

大柴旦断裂是柴达木盆地北缘的一条重要的右旋兼具逆冲的活动断裂（图2），在地貌上线性特征清晰，显示了强烈的晚第四纪活动特征。前人对大柴旦断裂曾开展过一些初步调查［1，17-18］，本文在前人研究的基础上，重点对该断裂晚第四纪以来活动性强烈的中段的活动特征开展了一些研究工作，获得的一些新的认识。

1 大柴旦断裂几何展布特征

参考前人工作，结合研究区遥感图像解译分析，发现大柴旦镇东北约4 km的宗务隆山山前的冲洪积扇上发育线性迹象清晰的陡坎，疑为大柴旦断裂活动的断层坎。基于此，笔者在野外进行了详细的地质地貌调查，结果显示该陡坎地貌确为大柴旦断裂断层陡坎，断裂西起于鱼卡，沿南东方向经石灰沟、黄腰山、西沟热水沟、巴里沟、乌兰乌西、大头羊沟、哈玛沟力它宽沟等地，大体上沿着宗务隆山和达肯大坂山前展布，止于大煤沟西，总长约135 km，整体上显示为一反“S”形（图3）。根据断裂走向的变化、地貌特征、活动强弱等，大致以温泉沟、塔塔棱河为分界点，分为三段。

北段（鱼卡北—温泉沟段）：该段整体走向295°，倾向NE，长度45 km左右。断裂基本上沿宗务隆山发育，地貌上看，主要发育断层崖。

中段（温泉沟—塔塔楞河沟段）：该段整体走向330°，倾向NE，长度约30 km。野外调查发现，断层陡坎地貌十分发育，且连续性非常好，这也表明该段活动性强烈。尤其在温泉沟一带，宗务隆山山前可见约8 km的连续断层坎，高度一般，局部发育多级坎，偶见断层凹槽，过八里沟后最新活动的断层陡坎慢慢消失，活动性减弱。

南段（塔塔楞河沟—耳温乌兰以东段）：该段长约60 km，走向305°～310°。以高大的线性断层三角面为主。

2 大柴旦断裂中段晚第四纪以来活动的地貌表现

根据遥感图像的分析及地质地貌调查，发现大柴旦断裂中段断层陡坎线性特征连续清晰，尤其在温泉沟—巴里沟一段断层活动断错了晚更新世—全新世以来的多期洪积物，保留下不同类型的断层地貌。根据洪积物由新到老，大概可以将该区的地貌分为3级台地：T1台地以全新统（Qplh）和上更新统中上段（Q2-3plp3）沉积物为主;T2台地以上更新统下段（Q1plp3）洪积物为主;T3台地较高，沉积物以中更新统（Qglp2）冰碛物砾石层或者冰水洪积扇为主（图4）。

野外調查中发现，断层陡坎多保存在T1、T2台地上：

（1） T1台地：以小型冲沟和较新的冲洪积扇被断错切割形成明显的断层陡坎为主要断错地貌，如图5（a）和表1中点8所示，陡坎高0.5 m，右旋1.3 m左右。沿着断层走向，连续性较好，局部可见多级近于平行的较矮断层坎，尤其在八里沟北西侧的洪积物上，发现了5排断层坎，最长200 m，最短120 m。此外，偶见断层沟槽、反向断层陡坎，尤其以右旋位错最为常见，如图5（b）和表1中点9所示，右旋量3 m左右。

（2） T2台地：较老的高阶冲洪积台地，断层地貌多为较高的断层陡坎、局部可见发育较好的2～3级陡坎，如图5（c）和表1中点12。在该点利用钢卷尺测量三级陡坎，从下到上，高度分别为0.5 m、1 m和1 m左右;冲沟右旋地貌亦十分发育［图5（d）］。

根据野外地质地貌调查，并且利用钢卷尺等进行相关地貌测量后发现，沿着断层陡坎方向向南东延伸，断层陡坎的高度从T1至T2，成倍数增高：在T1台地上，断层陡坎高度多集中在1.5 m;冲沟右旋量1.5～8 m，多集中在4 m左右。T2台地上，陡坎高度多在3 m左右;冲沟右旋量1.5～11 m，多集中在6 m左右（表1）。

基于前期的地质地貌调查，为详细厘定断层中段陡坎的高度，笔者在T1和T2台地上各布设了4条测线，分别利用差分GPS进行了量测，见图4、 6和7，结果列于表2 。

综上述，T1台地上，断层陡坎高度集中在1.5 m左右，右旋量4 m左右;T2台地上，陡坎高度集中在3.5 m左右，右旋量6 m左右。可以大致推断，T2台地陡坎无论高度或者右旋位错量，均为T1台地的2倍左右，显示了大柴旦断裂中段新活动性较强，且具有多次活动的特征。

3 断裂的最新活动

野外地质调查期间，沿着河沟发现了2个现象很好的剖面（图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个剖面均为正断层，如图8，两剖面距离2.5 km。在地貌上，二者之间发育有连续性较好的断层陡坎，陡坎倾向SW。

剖面A发现于T1台地上的一大型河流阶地南壁，沿着断层面，在地表可见连续的断层坎，倾向W，高约几十厘米［图8（a）］。剖面高度1.5 m，主要发育以下地层：

① 土黄色粗砂砾石层，含泥质：下部主要沉积含砾石的粗砂，上部主要为粗砂。砾石粒径0.5～2 cm，棱角状，无固结，呈青色和灰色。该层最厚约30 cm。

② 青灰色棱角状砾石层：粒径以5～6 cm为主。该层层厚约35 cm。

③ 砾石粗砂层：层理发育，主要为冲积所形成，青灰色，以片状为主，粒径1 cm左右。该层在断层东侧厚约1 m，西侧未见底。

④ 砾石层：呈青灰色，有一定固结，并且可见石膏发育。砾石以棱角状为主，粒径3～4 cm。未见底。

该天然剖面揭露1个高角度张性破碎带，走向330°，倾向W，中下部倾角在80°以上，向上逐渐变缓。断层最新活动断错层至②顶部，记录了一次构造事件。利用钢卷尺测量，发现层②垂向位错约28 cm。此外，地貌测量显示地表断层陡坎高约30 cm，剖面与地貌二者结果较为一致。在层②顶部砾石中水平取了一些泥质粉砂作为14C测年样品（编号为：DCD-14C-3），测试结果表明，断层最新活动时代晚于样品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［图8（b）］发现于另一河流北壁，河流发育在T1台地上。地层以冲积物为主。沿断层走向可见连续断层陡坎，倾向SW。剖面高1.5 m，出露地层如下：

① 地表砂砾石层：土黄色，层厚10 cm左右。

② 礫石层：黄土含量丰富，砾石无磨圆，粒径约4～5 cm，层厚约70 cm。

③ 土黄色楔状砾石层：无磨圆，粒径5～7 cm，应为一次地震事件之后的填充物，层厚约30 cm。

④ 下部主要发育砾石，上部细砂、粗砂互层：层理发育，灰色，砾石无磨圆，粒径3～4 cm，个别可达6～7 cm。总体来看，下部沉积物较粗，上部较细。下部10～13 cm厚的砾石可作为标志层。该层厚度约70 cm。

⑤ 砂砾石层：青灰色，有一定得层理，未见底。

剖面发育1个张性破裂带，与剖面A的形态极为相似，走向350°，倾向W，倾角达80°以上。从剖面可以发现，断层段错至层①以下，或许是一次破裂至地表的事件，使地层位错约0.2 m，并形成了一个充填楔③，在该楔体中采集了一些粉土作为14C测年样品（DCD-14-1），测试年龄为（3 907.5±72.5）a.B.P（表3），由于充填楔的物质可能来源于早期的表沉积物，因此，该事件可能发生于该年龄之后。

由于戈壁干旱、缺少植被的自然条件，难以找到标准的炭粒，两个14C测年样品含炭量偏低。董金元［11］在剖面所在的T1台地上做了多个宇宙核素测年，其中距离剖面B较近的一个表面样的年龄为（3.35±0.96） ka，与本次DCD-14-1测年结果在垂向上比较吻合，也就是说，本次测年结果可信。

两个剖面共同揭示了一次古地震事件，发生在（2 402.5±57.5） a.B.P之后，表明该断裂在全新世活动强烈。

4 结论

大柴旦断裂是柴达木盆地与祁连山地块之间的一条重要的断裂。在对该断裂中段进行航卫片解译分析的基础上，对典型地貌进行测量，表明该断裂晚第四纪以来以右旋逆冲活动为主，逆冲量和右旋量在不同地貌面上是不同的，在T1台地上为0.5～2 m和4 m左右，在T2台地上约为3 m和6 m，显示出了明显的多期次活动特征，可能为特征地震原地复发。

2个天然剖面共揭示了1次构造事件，发生在（2 402.5±57.5） a.B.P之后，表明该断裂在全新世活动强烈，也与该区域近年来频繁的强震活动相吻合。

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