青海大柴旦斷裂古地震特征

龐煒何文貴袁道陽(yáng)?┱挪í┪庹?

摘要：通過(guò)衛(wèi)星影像解譯發(fā)現(xiàn)，青海海西地區(qū)大柴旦東側(cè)山前洪積扇上發(fā)育了一條影像特征清晰、連續(xù)性較好的活動(dòng)斷裂帶，被稱為大柴旦斷裂。野外追蹤調(diào)查確認(rèn)該斷裂為一條總體走向NNW（340°左右），長(zhǎng)度約125 km的活動(dòng)斷裂帶。該斷裂屬柴達(dá)木盆地北緣斷裂系的重要組成部分，晚第四紀(jì)構(gòu)造活動(dòng)具擠壓逆沖特征兼右旋走滑分量。山前沖洪積扇保存有多級(jí)較小的斷層陡坎、斷層溝槽和沖溝右旋等斷錯(cuò)地貌現(xiàn)象。利用差分GPS技術(shù)對(duì)斷層陡坎進(jìn)行測(cè)量，單條小陡坎的高度一般為0.5～1 m，多條陡坎組合累積高度為3～5 m。通過(guò)對(duì)2個(gè)天然古地震剖面和3個(gè)探槽剖面進(jìn)行綜合分析，最前緣的主控?cái)鄬訛槟鏇_斷層，后緣表現(xiàn)為張性正斷層的組合形式，斷裂新構(gòu)造活動(dòng)具有逐漸向山前擴(kuò)展的特征。根據(jù)樣品14C測(cè)年結(jié)果大致確定了5次古地震事件，其中全新世以來(lái)有4次；古地震時(shí)間具有準(zhǔn)周期性，其復(fù)發(fā)間隔約為2 000年。最近一次古地震事件的離逝時(shí)間是（1 935±60） a B.P.之后，說(shuō)明大柴旦斷裂離逝時(shí)間與復(fù)發(fā)間隔較接近，地震危險(xiǎn)性比較高。

關(guān)鍵詞：古地震；大柴旦斷裂；陡坎；探槽； 14C測(cè)年；復(fù)發(fā)間隔；柴達(dá)木盆地

中圖分類(lèi)號(hào)：P315.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

位于青藏高原東北緣的柴達(dá)木—祁連山活動(dòng)地塊，是青藏高原向大陸內(nèi)部擴(kuò)展的前緣部位，也是其最新的和正在形成的重要組成部分[13]，是由NEE向阿爾金斷裂、NWW向祁連山—海原斷裂和近EW向東昆侖斷裂3條巨型左旋走滑斷裂所圍限的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的活動(dòng)地殼塊體[34]。柴達(dá)木盆地北緣活動(dòng)斷裂系是該塊體內(nèi)部柴達(dá)木中新生代坳陷盆地與祁連山褶皺隆起區(qū)的分界斷裂，西起阿爾金山東段南麓的賽什騰山，向東南終止于青海烏蘭地區(qū)，并被鄂拉山斷裂所截。該斷裂系全長(zhǎng)約350 km，總體呈NW向，由走向一致、首尾錯(cuò)列的賽什騰山斷裂、綠梁山斷裂、大柴旦斷裂、錫鐵山斷裂、阿木尼克山斷裂等組合而成[5]。大柴旦斷裂是一條地貌上線性特征清晰，新構(gòu)造活動(dòng)性強(qiáng)的晚第四紀(jì)以擠壓逆沖為主兼具右旋走滑分量的活動(dòng)斷裂，其北側(cè)為宗務(wù)隆山斷裂，南側(cè)為綠梁山斷裂、錫鐵山斷裂和歐隆布魯克斷裂。它們共同構(gòu)成柴達(dá)木盆地北緣的主干活動(dòng)斷裂系。

柴達(dá)木盆地北緣斷裂系新構(gòu)造活動(dòng)明顯，歷史上及現(xiàn)今發(fā)生過(guò)多次中強(qiáng)以上地震。近十多年以來(lái)，該地區(qū)發(fā)生過(guò)兩組較大震級(jí)的地震： 2003 年4 月17 日德令哈Ms6.6 級(jí)地震和2004年5月11日發(fā)生在宗務(wù)隆山斷裂上的Ms62級(jí)地震；2008 年11 月10 日的Ms6.3級(jí)地震、2009 年8月28 日Ms6.4級(jí)地震和2009年8月31日Ms6.2級(jí)地震，均位于大柴旦斷裂和宗務(wù)隆山斷裂附近[6]。這表明該區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)與地震活動(dòng)呈增強(qiáng)趨勢(shì)，未來(lái)的大震危險(xiǎn)性值得關(guān)注。其中，Ms為里氏震級(jí)。

袁道陽(yáng)等對(duì)柴達(dá)木盆地的各條斷裂曾開(kāi)展過(guò)一些初步調(diào)查，獲得了斷裂展布及其新構(gòu)造活動(dòng)的一些地質(zhì)地貌證據(jù)[35，78]，但是缺乏斷裂新構(gòu)造活動(dòng)的滑動(dòng)速率和古地震期次等定量參數(shù)，不利于分析該區(qū)未來(lái)的大震危險(xiǎn)性。研究表明，對(duì)那些會(huì)發(fā)生地表破裂的斷裂的潛在最大震級(jí)進(jìn)行研究對(duì)于評(píng)價(jià)未來(lái)大震危險(xiǎn)性具有重要的意義[910]。本文選取交通條件較為便利、地質(zhì)地貌特征明顯的大柴旦斷裂為研究對(duì)象，擬通過(guò)衛(wèi)星影像解譯、野外地質(zhì)調(diào)查、探槽開(kāi)挖以及樣品采集測(cè)試等，獲取大柴旦斷裂的古地震活動(dòng)特征，為該斷裂的最大潛在震級(jí)以及在未來(lái)大震危險(xiǎn)性分析方面提供地質(zhì)資料。

1斷層活動(dòng)特征

1.1斷層展布特征

逆沖活動(dòng)斷裂一般沿?cái)嗔蜒由旆较蛟诘乇硇纬奢^連續(xù)的斷層陡坎或撓曲變形[11]。通過(guò)衛(wèi)星影像解譯發(fā)現(xiàn)，青海海西地區(qū)大柴旦東北側(cè)的山前沖洪積扇上發(fā)育了清晰的線性斷層陡坎。該斷裂北起魚(yú)卡北，向SE經(jīng)大柴旦、八里溝、大頭羊溝、塔塔楞河溝、綠草山和東風(fēng)等地，大致沿達(dá)肯大坂山南緣展布，向東到耳溫烏蘭以東終止，斷續(xù)長(zhǎng)達(dá)125 km。在地貌上，該斷裂多由2、3條近平行或斜列的次級(jí)斷層陡坎組成，西北段走向330°，東南段走向295°～315°，呈反“S”弧形（圖1、2）；斷裂新構(gòu)造活動(dòng)表現(xiàn)為擠壓逆沖兼右旋走滑性質(zhì)。依據(jù)斷裂幾何展布、活動(dòng)特性及其活動(dòng)性的差異，將該斷裂以溫泉溝和塔塔楞河溝為界分為北、中、南三段。

大柴旦斷裂北段（F1）從魚(yú)卡北到溫泉溝附近，長(zhǎng)度約45 km，斷層走向295°，傾向NE，傾角較陡。該段斷裂主要沿山體發(fā)育，形成與山體近平行的斷層陡坎或斷層崖，局部段在山前洪積扇上發(fā)育了延伸較短的低矮斷層陡坎，表明斷裂的新構(gòu)造活動(dòng)逐漸向盆地內(nèi)部發(fā)展。

影像來(lái)自Google Earth

圖1青海大柴旦斷裂及其周?chē)鷶嗔颜共?/p>

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

影像來(lái)自Google Earth；箭頭指向斷裂分段點(diǎn)

圖 2大柴旦斷裂展布

Fig.2Map Showing the Distribution of Dachaidan Fault

大柴旦斷裂中段（F2）從溫泉溝到綠草山附近，長(zhǎng)度約50 km，走向330°，主斷層傾向NE，傾角超過(guò)60°。溫泉溝至八里溝一段，斷層陡坎較為連續(xù)，在洪積扇上發(fā)育單條或多條斷層陡坎，單條陡坎高05～2.5 m不等。斷層朝SE向沿基巖山邊緣發(fā)育，形成較高的斷層陡坎。在八里溝一帶，一些沖溝還具有右旋走滑特征，位錯(cuò)量為1.5～21 m不等。

大柴旦斷裂南段（F3）從綠草山至耳溫烏蘭以東，長(zhǎng)度約30 km，傾向305°～310°。衛(wèi)星影像解譯顯示該斷裂有較好的線性構(gòu)造特征，均為高大的斷層陡坎（高度超過(guò)10 m）和斷層三角面。在東風(fēng)以南分為南、北兩段，北段為新近系地層與第四系地層形成的老斷層，南段斷層切割第四系沖洪積扇，活動(dòng)性較強(qiáng)。

圖3大柴旦斷裂中段全新世活動(dòng)段展布

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

本次研究選取斷錯(cuò)地貌最為典型的大柴旦斷裂中段山前沖洪積扇上長(zhǎng)約7 km的斷裂段進(jìn)行深入分析（圖3），重點(diǎn)研究該斷裂全新世斷錯(cuò)地貌特征和古地震活動(dòng)特征。

1.2斷裂活動(dòng)的地貌特征

地貌特征是地質(zhì)構(gòu)造格局的基本反映，是新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中斷裂活動(dòng)、塊體運(yùn)動(dòng)和侵蝕風(fēng)化作用的綜合結(jié)果[1215]。從衛(wèi)星影像解譯和野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，青海海西地區(qū)大柴旦東側(cè)山前長(zhǎng)約7 km的斷層段（圖3）線性影像特征清晰，切割了第四紀(jì)以來(lái)各時(shí)期洪積扇，保存多條近于平行、不同高度的斷層陡坎。

根據(jù)衛(wèi)星影像解譯、野外實(shí)地調(diào)查和年代樣品測(cè)試結(jié)果，對(duì)本區(qū)的地貌單元進(jìn)行了初步劃分，大致可以劃分出4級(jí)沖洪積扇或臺(tái)地：T0～T1臺(tái)地主要為河漫灘或者次級(jí)沖溝Ⅰ級(jí)階地，地層時(shí)代為全新統(tǒng)；T2沖洪積臺(tái)地或階地主要由上更新統(tǒng)上段沖洪積層構(gòu)成；T3沖洪積臺(tái)地或階地屬于上更新統(tǒng)中段洪積層；T4臺(tái)地由中更新統(tǒng)冰磧物構(gòu)成，也可能是冰水扇。

在被斷錯(cuò)的沖洪積臺(tái)地，尤其是八里溝北側(cè)晚第四紀(jì)洪積扇上，最多可見(jiàn)到5級(jí)小斷層陡坎，長(zhǎng)度為120～200 m，高度約為0.5 m，坡向SW，總體為正向陡坎。大柴旦斷裂南段多為單條斷層形成的大陡坎，高度為2～5 m，最高達(dá)12 m。沿大柴旦斷裂可見(jiàn)沖溝階地面、高漫灘以及最新沖洪積扇面等均被斷錯(cuò)，形成陡坎地貌[圖4（a）]。此外，

局部段還可見(jiàn)斷層溝槽[圖4（b）]、反向陡坎[圖4（c）]和沖溝右旋[圖4（d）中T2沖洪積臺(tái)地上侵蝕切割發(fā)育的Ⅱ級(jí)階地右旋位錯(cuò)（8±1）m]等斷錯(cuò)地貌現(xiàn)象。右旋走滑斷錯(cuò)各級(jí)沖溝及階地，較小的位移約1.5 m，大的位移超過(guò)200 m，如八里溝右旋位移可超過(guò)240 m。野外踏勘時(shí)，在一些典型觀察點(diǎn)進(jìn)行了陡坎高度和右旋位錯(cuò)的測(cè)距儀和差分GPS測(cè)量。差分GPS測(cè)線分布見(jiàn)圖3（b）以及圖5、6，差分GPS測(cè)線附近地貌見(jiàn)圖7、8，差分GPS測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1、圖9和圖10。

從表1可以看出：T1臺(tái)地只有1個(gè)觀察點(diǎn)，陡坎高度在0.5 m以下；T2沖洪積臺(tái)地上陡坎高度大致為 （1.5±0.5）m；T3沖洪積臺(tái)地上陡坎高度大致為（3.0±0.5）m；T4臺(tái)地有1個(gè)觀察點(diǎn)，陡坎高度達(dá)12.0 m。沖溝右旋的分布規(guī)律不明顯，T2沖洪積臺(tái)地右旋位錯(cuò)量平均約（4.0±1.0）m，T3沖洪積臺(tái)地右旋位錯(cuò)量平均約（6.0±1.0）m。這些地貌現(xiàn)象表明，大柴旦斷裂晚更新世以來(lái)尤其是全新世以來(lái)活動(dòng)強(qiáng)烈。

圖4大柴旦斷裂斷錯(cuò)地貌

Fig.4Photos Showing Faulted Landforms in Dachaidan Fault

圖5T2沖洪積臺(tái)地差分GPS測(cè)線分布

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

圖6T3沖洪積臺(tái)地差分GPS測(cè)線分布

Fig.6Map Showing the Distribution of Differential GPS

Surveying Lines of T3 Alluvialdiluvial Platform

圖7T2沖洪積臺(tái)地差分GPS測(cè)線附近斷錯(cuò)地貌照片

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

圖8T3沖洪積臺(tái)地差分GPS測(cè)線附近斷錯(cuò)地貌照片

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

2古地震特征

為了確定古地震事件的發(fā)生時(shí)間、復(fù)發(fā)間隔以及事件的空間分布，利用古地震遺跡探測(cè)技術(shù)進(jìn)行古地震研究已取得廣泛共識(shí)[1619]，而該技術(shù)的兩個(gè)重要方面就是進(jìn)行古地震探槽開(kāi)挖和古地震事件識(shí)別。為了解決事件年代不確定性，逐次限定法[20]也應(yīng)運(yùn)而生[16]。

為了得到比較確切的大柴旦斷裂古地震事件發(fā)生時(shí)間及期次，在詳細(xì)的構(gòu)造地貌解譯和野外踏勘的基礎(chǔ)上，選擇八里溝北側(cè)晚第四紀(jì)沖洪積扇上斷層帶較寬（有5條斷層陡坎），交通較便利（挖掘機(jī)容易到達(dá)）的地段進(jìn)行大探槽的開(kāi)挖工作；同時(shí)，在調(diào)查過(guò)程中，還發(fā)現(xiàn)了2個(gè)天然古地震剖面，增加了古地震研究的證據(jù)。

2.1天然古地震剖面特征

在野外踏勘期間，發(fā)現(xiàn)了2個(gè)比較好的天然古地震剖面（圖3、11）：剖面a（經(jīng)緯度為37.892 51°N，95.388 87°E）和剖面b（經(jīng)緯度為37.872 32°N，95401 60°E）。

2.1.1剖面a

天然古地震剖面a位于一條大沖溝南壁，其地貌位置相當(dāng)于T2沖洪積臺(tái)地上次級(jí)沖溝T1級(jí)沖洪積階地，斷裂活動(dòng)斷錯(cuò)了沖洪積層，在地表發(fā)育有斷層陡坎，陡坎傾向SW，高度小于0.5 m。剖面高度15 m，出露地層為：層①為土黃色砂礫石層，頂部為粗砂，中下部為小礫石夾砂，礫石呈棱角狀—次棱角狀，一般粒徑為0.5～2 cm，偶含粒徑為4～5 cm的礫石，較松散，成分多為片巖及花崗巖，厚度約30 cm；層②為土黃—青灰色礫石層，砂質(zhì)充填，礫石呈棱角狀，一般粒徑為5～6 cm，厚度約35 cm，在該層頂部采集到14C樣品（編號(hào)為DCD14C3），測(cè)年結(jié)果為（2 402.5±57.5）a B.P.（表2）；層③為青灰色粗砂夾小礫石層，礫石多為片狀，一般粒徑為0.5～1 cm，偶含粒徑為4～5 cm的礫石，在斷層?xùn)|側(cè)的厚度約為1 m，斷層西側(cè)未見(jiàn)底；層④為青灰色礫石層，礫石呈棱角狀-次棱角狀，一般粒徑為3～4 cm，粒徑大者大于10 cm，未見(jiàn)底。

剖面上出露2條傾向相對(duì)的正斷層。斷層F1走向330°，傾向SE，斷層下部較陡，可達(dá)80°，上部較緩。斷層F2走向330°，傾向NW，傾角較陡，近直立。斷層F1和F2均斷錯(cuò)層②頂部，被層①覆蓋。層②垂直位錯(cuò)量為28 cm。地表陡坎高度約30 cm，二者比較一致。由此可以推斷2條斷層活動(dòng)時(shí)代相同，至少發(fā)生過(guò)1次古地震事件。斷裂的張性活動(dòng)不但造成兩

2.1.2剖面b

天然古地震剖面b位于另一大沖溝北壁，地貌位置相當(dāng)于T2沖洪積臺(tái)地上次級(jí)沖溝T1級(jí)沖洪積階地，斷層活動(dòng)斷錯(cuò)了沖洪積層，剖面高度為1.5 m。地表發(fā)育有斷層陡坎，陡坎傾向SW，傾角較緩，高

度約0.3 m。出露地層為：層①為土黃色砂礫石層，

厚約10 cm；層②為土黃色次生黃土夾礫石，礫石呈棱角—次棱角狀，一般粒徑為4～5 cm，厚度約20 cm；層③為土黃色砂礫石層，礫石呈棱角狀，粒徑約5 cm，剖面上呈現(xiàn)三角狀；層④為青灰色粗砂、細(xì)砂，上部為粗砂含礫石，礫石呈次棱角狀，一般粒徑為2～3 cm，厚度約30 cm，該層底部有5 cm厚的礫石層，可做為標(biāo)志層；層⑤為青灰色砂礫石層，礫石呈次棱角狀，一般粒徑為3～4 cm，粒徑大者可達(dá)到8 cm，厚度約40 cm，該層底部有10～13 cm厚的礫石層，可做為標(biāo)志層；層⑥為青灰色砂礫石層，特征同層③，未見(jiàn)底。

剖面中出露了2條分支斷層，下部合并為1條斷層。斷層總體走向350°，斷層F1傾向SE，斷層F2傾向NW，斷層傾角較陡，可達(dá)到80°。斷層F1、F2可能均斷錯(cuò)至層①以下。實(shí)際上，剖面b的形成與剖面a類(lèi)似，不僅斷裂由正斷活動(dòng)造成約0.2 m位錯(cuò)，并使原先沉積的物質(zhì)形成了一個(gè)崩積楔（層③），在其中取14C樣品（編號(hào)為DCD141）進(jìn)行測(cè)年，得到的年齡為（3 907.5±72.5）a B.P.，說(shuō)明古地震事件發(fā)生在（3 907.5±72.5）a B.P.之后。在層④底部形成的垂直斷距是19 cm，層⑤垂直斷距為18 cm，位錯(cuò)量比較

2.1.3小結(jié)

由于天然斷層剖面a和b各自可以獲得1次古地震事件，分別發(fā)生在（3 907.5±72.5）a B.P.之間和（2 402.5±57.5）a B.P.之后，二者為同一次或單獨(dú)的古地震事件需要借助探槽分析來(lái)確定。

2.2古地震探槽布設(shè)

天然古地震剖面上出露斷層較少，所發(fā)現(xiàn)的古地震事件可能會(huì)有遺漏，而且其性質(zhì)為張性正斷，因此，其應(yīng)為主斷裂逆沖活動(dòng)過(guò)程中形成的次級(jí)斷裂。為揭露出更完整的古地震事件，分析其古地震特征，需要采用機(jī)械進(jìn)行探槽開(kāi)挖。探槽開(kāi)挖地點(diǎn)能否達(dá)到古地震記錄的完整性以及能否獲取大量的測(cè)年樣品等直接關(guān)系到未來(lái)地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的可靠性 [16，2127]。在西北干旱戈壁地區(qū)，斷層陡坎受到后期的人為改造比較小，保存完好。按照探槽選點(diǎn)的原則和要求，一般應(yīng)選擇陡坎高度適中，可能存在多期古地震事件，晚第四紀(jì)沉積物顆粒較細(xì)，層序清晰尤其是地勢(shì)相對(duì)低洼的地方，利于采集碳粒年代樣品，且保證探槽開(kāi)挖的深度是確保所揭示古地震事件完整性的重要條件。

本研究確定的探槽開(kāi)挖地點(diǎn)位于上更新統(tǒng)沖洪積層為主的T2沖洪積臺(tái)地上，臺(tái)地主體形成以后，后期又沉積了晚全新世地層。該探槽開(kāi)挖地點(diǎn)發(fā)育5條斷層陡坎，單條陡坎高度在0.4～0.6 m之間（圖3、12、13），均處于同一期沖洪積扇上，地勢(shì)相對(duì)低洼，細(xì)粒沉積較厚。多級(jí)斷層陡坎地貌的發(fā)育可能是單次古地震事件在地表同時(shí)形成多條陡坎，也可能是一次事件形成一條陡坎，多次事件形成多條陡坎。因此，采用一個(gè)完整跨越全部陡坎的探槽可以更直觀地顯示出地層層序及其發(fā)育情況，并且可以完整地給出一個(gè)斷裂系統(tǒng)古地震發(fā)生時(shí)間次序。

2.3探槽古地震特征

本研究先期只開(kāi)挖了3個(gè)獨(dú)立的大型探槽（編號(hào)為T(mén)c1、Tc2和Tc3）。從本次探槽開(kāi)挖可以看出，大柴旦斷裂的主控制斷裂是逆沖斷裂（探槽Tc1），在其后緣還形成張性正斷層（探槽Tc2和Tc3），符合山前逆沖斷裂的活動(dòng)規(guī)律。探槽Tc1是3個(gè)探槽中最西邊也就是最前緣的一個(gè)，跨過(guò)了2條斷層陡坎，陡坎高約0.5 m，探槽長(zhǎng)30 m，寬3 m，深3 m。探槽Tc2是3個(gè)探槽的中間一個(gè)，跨過(guò)中間2條陡坎，探槽總長(zhǎng)17 m，寬3 m，深2～3 m。探槽Tc3是3個(gè)探槽最東邊（最后緣）的1個(gè)，探槽長(zhǎng)10 m，寬3 m，最深處約3 m（圖12）。由于探槽Tc1剖面較長(zhǎng)，為了重點(diǎn)表現(xiàn)斷層附近的特征，筆者將探槽Tc1分成東、西2段進(jìn)行分析。

探槽Tc1西段剖面（圖14）地層描述為：層①為土黃色粉砂夾小礫石層，厚約15 cm；層②為黃褐色礫石層，礫石呈棱角狀，一般粒徑約8 cm，最大可超過(guò)15 cm，厚30～40 cm，在該層中部取14C樣品（編號(hào)為DCDC1413）進(jìn)行測(cè)年，得到的年齡為（1 935±60）a B.P.；底部有一層厚5 cm紅黏土層②1，其可做為標(biāo)志層，在其中取14C樣品（編號(hào)為DCD14C12）進(jìn)行測(cè)年，得到的年齡為（4 842.5±17.5）a B.P.；層③為青灰色沖積砂礫石層，礫石呈次棱角狀，底部發(fā)育一層細(xì)粒砂質(zhì)黏土層③1，厚5～10 cm，粒徑一般為3～5 cm，層厚約50 cm；層④為土黃色沖洪積砂礫石互層，礫石有一定的磨圓度，一般粒徑為2～3 cm，粒徑最大可達(dá)10 cm，礫石層④1夾在砂層之間，具有明顯的折曲變形和位錯(cuò)。層④1、③1都可作為標(biāo)志層。

探槽Tc1西段剖面上出露2條逆斷層F1和F2。斷層F1為最前緣的斷層，產(chǎn)狀為350°/NE∠55°，發(fā)育5 cm寬的斷層帶（即地層曲折帶），上斷點(diǎn)位于層②頂部。冉勇康等在研究汶川地震地表、近地表地層變形時(shí)，提出折曲位錯(cuò)變形時(shí)，在相對(duì)較細(xì)的層狀堆積物中一般曲折位錯(cuò)較為明顯，層位越低的地層曲折變形量越大，而層位越向上的地層彎曲變形量越大，使得一次事件后總的位移量基本平衡[30]。斷層F2為2條斷層構(gòu)成的上寬下窄的斷層帶，斷裂帶內(nèi)小礫石都定向排列，斷層傾角較陡，近乎直立。斷層F2東側(cè)斷層斷錯(cuò)位置較高，接近層①，西側(cè)斷層被層③頂部的紅黏土層③1覆蓋。根據(jù)斷層與地層的切蓋關(guān)系以及不同標(biāo)志地層單元的位錯(cuò)量，剖面上可識(shí)別出2次古地震事件Ⅰ和Ⅱ。

圖15探槽Tc1東段拼圖與解譯

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

古地震事件Ⅰ是斷層F1和F2共同活動(dòng)的結(jié)果，斷層斷錯(cuò)層③以下地層，被層②覆蓋。由于斷層曲折變形的存在，并沒(méi)有形成崩積楔，并在后緣發(fā)育一張裂縫；其年代在（4 842.5±17.5）a B.P.之前。古地震事件Ⅱ也是斷層F1和F2共同活動(dòng)的結(jié)果，斷層F1逆沖活動(dòng)終止在層②頂，斷層F2同時(shí)發(fā)生逆沖活動(dòng)，也終止在層②頂；其年代在（1 935±60）a B.P.之后。

對(duì)于這2次古地震事件，斷層F1錯(cuò)斷層③中礫石層④1的垂向位移為32 cm，層③1垂直位錯(cuò)為30 cm，層②1垂直位錯(cuò)為11 cm。上述標(biāo)志地層單元沿曲折帶向上位移量減小，是判斷古地震事件存在的重要依據(jù)。對(duì)于斷層F2而言，層④1垂直位移量約11 cm，層③的垂向位錯(cuò)為10 cm，層②的位移量為12 cm。也就是說(shuō)，第1次古地震事件的垂向位移量約20 cm，其位錯(cuò)僅發(fā)生在斷層F1上，而斷層F2僅形成張裂縫；第2次古地震事件時(shí)，斷層F1位錯(cuò)約11 cm，斷層F2位錯(cuò)約12 cm，位移總和為23 cm。2次古地震事件的位移量都是20 cm左右，累計(jì)位錯(cuò)為43 cm，而地表相應(yīng)的陡坎高度約50 cm，相互有一定的匹配關(guān)系。

2.3.2探槽Tc1東段

探槽Tc1東段剖面（圖15）地層描述為：層①為褐紅色粉土夾砂石層，礫石呈次棱角狀，一般粒徑為3～5 cm，該層底部取14C樣品（編號(hào)為DCD14C11）進(jìn)行測(cè)年，得到的年齡為（2 925±70）a B.P.，厚約30 cm；層②為黃褐色礫石層，礫石呈次棱角狀，粒徑一般為3～4 cm，粒徑最大超過(guò)20 cm，局部有細(xì)砂沉積，為沖積成因，厚40～70 cm；層③為青灰色砂礫石互層，層理較發(fā)育，為沖積成因，厚約110 cm；層④為大礫石層，礫石中棱角狀，一般粒徑大于10 cm，厚約15 cm；層⑤為混雜砂礫石層，斷層?xùn)|側(cè)較之西側(cè)層理更發(fā)育，礫石粒徑約5 cm，未見(jiàn)底。

探槽Tc1東段剖面上見(jiàn)到1條逆斷層和多條地震裂縫。斷層斷錯(cuò)層②以下所有地層，被層①所覆蓋。斷層將層④斷錯(cuò)形成的垂直斷距為50 cm，將層②斷錯(cuò)形成的垂直斷距約50 cm，表明該斷層有過(guò)1次構(gòu)造活動(dòng)，也與地表陡坎50 cm左右的高度較為吻合。根據(jù)層①底部14C樣品DC14C11測(cè)年結(jié)果，古地震事件發(fā)生在（2 925±70）a B.P.之前。

2.3.3探槽Tc2

選取探槽Tc2重要的包含斷裂的13 m長(zhǎng)度進(jìn)行詳細(xì)剖面分析（圖16）。剖面地層描述為：層①為表土層，黃褐色細(xì)砂夾少量小礫石，厚10～30 cm；層②為土黃色粉砂與褐紅色黏土互層狀堆積，黏土層厚2～5 cm，該層為地震時(shí)形成的斷塞塘；層③為土黃色粉砂、褐色黏土與青灰色粗砂及礫石的混雜堆積，為地震時(shí)形成的崩積楔；層④為沖積砂礫石層，粗砂與礫石互層發(fā)育，具有水平層理，其中夾有一層厚約5 cm的含礫粉砂層，整體厚度超過(guò)100 cm；層⑤為土黃色砂與礫石混雜堆積，為洪積成因，礫石呈棱角—次棱角狀，粒徑大小不一，粒徑大者可達(dá)30 cm，粒徑小者為3～5 cm，未見(jiàn)底。

圖16探槽Tc2拼圖與解譯

Fig.16Photomosaic and Interpretation of Trench Tc2

探槽Tc2剖面上出露2條斷層F4和F5。斷層F4走向340°，傾向NE，傾角75°～85°；斷層F5走向340°，傾向SW，傾角85°；斷層F4和F5均為正斷層。斷層F5斷錯(cuò)層①以下的所有地層，在斷層下盤(pán)形成1個(gè)崩積楔（層③）和1個(gè)斷塞塘（層②）。在崩積楔中未取到測(cè)年樣品，但在斷塞塘底部取到14C樣品（編號(hào)為DCD14C8）進(jìn)行測(cè)年，得到的年齡為（14 145±80）a B.P.，并且斷塞塘開(kāi)始接受堆積的年代，接近于崩積楔結(jié)束的年代，說(shuō)明在（14 145±80）a B.P.之前發(fā)生過(guò)一次古地震事件；斷塞塘堆積結(jié)束后，斷層F5再次活動(dòng)，將崩積楔與斷塞塘同時(shí)斷錯(cuò)，斷塞塘頂部的14C樣品（編號(hào)為DCD14C9）進(jìn)行測(cè)年，得到的年齡為（7 780±5）a B.P.，說(shuō)明此次地震事件發(fā)生在該年代之后。對(duì)于斷層F5的2次活動(dòng)，斷層F4可能伴隨其中一次發(fā)生活動(dòng)，并形成了一個(gè)張性充填楔，后被逐漸覆蓋；斷層F4是由2條近于平行的斷層構(gòu)成一個(gè)寬10～20 cm的斷層崩積楔，在斷層帶頂部的紅黏土內(nèi)取14C樣品（編號(hào)為DCD14C10）進(jìn)行測(cè)年，得到的年齡為（6 345±55）a B.P.，說(shuō)明在此年代之后發(fā)生過(guò)一次古地震事件。也就是說(shuō)，斷層F4發(fā)生了2次活動(dòng)，第1次活動(dòng)可能與斷層F5的某次活動(dòng)是同時(shí)代的，第2次活動(dòng)斷錯(cuò)早期充填之上的覆蓋層，至層①之下；斷層F4的2次活動(dòng)不能很好地確定地層的位錯(cuò)，層④下部延伸較短的礫石層垂直位移量約28 cm，但是上覆地層沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的位錯(cuò)特征。

根據(jù)層④中含礫石細(xì)粒層，垂直位移量約54 cm，與地表陡坎高度（60 cm）比較一致。

2.3.4探槽Tc3

選取探槽Tc3發(fā)育斷層的8 m長(zhǎng)度進(jìn)行詳細(xì)剖面分析（圖17）。剖面地層描述為：

層①為土黃色表土層，為粉砂細(xì)砂夾小礫石，厚約10 cm；層②為灰黑色沖洪積砂礫石層，為粗砂夾礫石，礫石呈棱角—次棱角狀，一般粒徑為1～2 cm，厚20～40 cm；層③為黃灰色沖洪積礫石層，礫石磨圓度較差，呈次棱角狀，一般粒徑為3～5 cm，粒徑大者可達(dá)20 cm，厚20～30 cm；層④為青灰色沖積砂礫石層，為粗礫與礫石互層，礫石呈次棱角狀，且多為片狀碎石，一般粒徑為2～3 cm，粒徑大者可達(dá)7 cm，具有明顯的水平層理，厚約80 cm；層⑤為土黃色洪積砂夾礫石層，礫石呈棱角狀，一般粒徑為5～8 cm，粒徑大者可達(dá)20 cm，混雜堆積為洪積成因，厚約80 cm；層⑥為青灰色粗砂夾礫石與土黃色粉砂互層，土黃色粉砂層厚度約15 cm，礫石多為片狀碎石，具有明顯的水平層理，一般粒徑為1～2 cm，粒徑大者達(dá)10 cm，為沖積成因，未見(jiàn)底。

圖17探槽Tc3拼圖與解譯

Fig.17Photomosaic and Interpretation of Trench Tc3

探槽Tc3剖面上發(fā)育2條拉張正斷層及多個(gè)地震裂縫，斷層走向340°，上部較陡，傾角70～80°，下部變緩，斷層面上有礫石定向排列。2條斷層組成一個(gè)上寬下窄的斷層帶，上部最寬處可達(dá)88 cm，帶內(nèi)發(fā)育有2個(gè)崩積楔。從剖面上可以看出，層②和層③垂直位移均為19～20 cm，層④的垂直位移量約36 cm，層⑤在斷層上盤(pán)未見(jiàn)底，現(xiàn)有的垂直位錯(cuò)超過(guò)60 cm。基于崩積楔、充填楔等的發(fā)育、斷層和地層的切蓋關(guān)系以及不同地層單元的位移量，至少可以判斷出3次古地震事件。層④沉積前可能發(fā)生了至少一次古地震事件Ⅰ，層④沉積后發(fā)生的2次古地震事件Ⅱ和Ⅲ比較明確。

古地震事件Ⅰ發(fā)生在層④沉積之前與層⑤之后，可能為晚更新世，發(fā)育崩積楔<1>。

斷層發(fā)生破裂后，發(fā)育充填楔<2>，其主要以砂礫石為主，應(yīng)該是古地震事件Ⅱ發(fā)生后立即形成的沉積物；后來(lái)，逐漸在其上沉積了崩積楔<3>，組成為含礫石泥質(zhì)粉砂。在2個(gè)崩積楔交界處取到14C樣品（編號(hào)為DCDC144）進(jìn)行測(cè)年，得到的年齡為（7 217.5±52.5）a B.P.，也就是說(shuō)，古地震事件Ⅱ發(fā)生在（7 217.5±52.5）a B.P.之前。

崩積楔<3>堆積結(jié)束后，沖溝沉積使得其被細(xì)粒砂土質(zhì)沉積物充填楔<4>覆蓋，并在其上發(fā)育層②；后來(lái)，可能由于剝蝕作用，層②減薄且將充填楔<4>裸露出來(lái)，從而沉積層①。在充填楔<4>中采集14C樣品（編號(hào)為DCDC146）進(jìn)行測(cè)年，得到的年齡為（2 215±95）a B.P.，說(shuō)明古地震事件Ⅲ發(fā)生在（2 215±95）a B.P.之后。

每次地震的垂直位移量約18 cm，而地表陡坎的位移量約50 cm，與古地震事件Ⅱ和Ⅲ的位移量不符，但與層⑤垂直位錯(cuò)比較符合，因此，可以斷定至少發(fā)生過(guò)3次古地震事件。

2.4小結(jié)

根據(jù)探槽Tc1、Tc2和Tc3的剖面分析，大柴旦斷裂晚更新世以來(lái)發(fā)生過(guò)多次古地震事件，但是限于年齡和樣品品質(zhì)的關(guān)系，只能大體確定全新世以來(lái)的4次古地震事件，每次垂直位移量都為20～30 cm，其震級(jí)大致相當(dāng)（約7級(jí)）。

3古地震事件的對(duì)比分析

通過(guò)對(duì)3個(gè)探槽和2個(gè)天然古地震剖面的分析，結(jié)合14C樣品測(cè)年結(jié)果，得到了多次古地震事件的年代。采用毛鳳英等提出的古地震事件逐次限定法[20]，得出大柴旦斷裂晚更新世以來(lái)發(fā)生過(guò)5、6次古地震事件，可以限定年代的有5次，全新世以來(lái)該斷裂發(fā)生過(guò)4次活動(dòng)。古地震事件A發(fā)現(xiàn)于探槽Tc2中，通過(guò)1個(gè)樣品來(lái)限定；古地震事件B發(fā)現(xiàn)于探槽Tc2和Tc3中，通過(guò)2個(gè)樣品來(lái)限定；古地震事件C發(fā)現(xiàn)于探槽Tc1和Tc2中，通過(guò)2個(gè)樣品來(lái)限定；古地震事件D發(fā)現(xiàn)于天然古地震剖面b和探槽Tc1中，也是通過(guò)2個(gè)樣品來(lái)限定；古地震事件E發(fā)現(xiàn)于天然古地震剖面a、探槽Tc1和Tc3中，通過(guò)3個(gè)樣品來(lái)限定。

古地震事件A的斷裂活動(dòng)時(shí)間在（14 145±80）a B.P.之前，但是無(wú)法確定其發(fā)生時(shí)間的下限。

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

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

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

古地震事件E發(fā)生在（1 935±60）a B.P.之后，但是其上限年齡不能確定（圖18）。

圖18古地震期次分布

Fig.18Distribution of Occurrence Time of Paleoseismic Event

從圖18可以看出，全新世以來(lái)古地震復(fù)發(fā)時(shí)間約為2 000年，具有準(zhǔn)周期的特征，古地震最后的離逝時(shí)間為（1 935±60）a B.P.之后。

除古地震事件A（發(fā)生在（14 145±80）a B.P.之前）之外，全新世以來(lái)的4次古地震事件具有一定的關(guān)聯(lián)性。對(duì)于古地震事件B，只在探槽Tc2和Tc3剖面上發(fā)現(xiàn)了幾條高角度正斷層（帶），限定在斷層F5活動(dòng)之后和斷層F6活動(dòng)之前，主控逆沖斷層可能以盲斷層的形式存在。古地震事件C限定在斷層F4活動(dòng)之后和斷層F1活動(dòng)之前。古地震事件D限定在天然古地震剖面b（正斷層）活動(dòng)之后和探槽Tc1東段斷層F3活動(dòng)之前。古地震事件E發(fā)生在（1 935±60）a B.P.之后，而整個(gè)斷層帶最前緣的2條逆斷層恰巧在此時(shí)間之后有過(guò)活動(dòng)，顯示了最新的活動(dòng)時(shí)代。綜上所述，大柴旦斷裂具有向盆地內(nèi)部前展式發(fā)育的特征。

4不確定性討論

大柴旦斷裂古地震研究表明，從探槽的選址開(kāi)挖到剖面分析和采樣以及古地震事件的厘定依然存在一定的不確定性。

（1）探槽開(kāi)挖的制約。本研究的探槽開(kāi)挖點(diǎn)是全斷裂比較理想的地方，然而由于斷層帶過(guò)于寬大以及戈壁野外工作的制約，未能將5條陡坎一次性貫通，而是進(jìn)行了分段開(kāi)挖，對(duì)地層對(duì)比和后期的整體分析帶來(lái)了一些困難和不確定性。

（2）戈壁環(huán)境碳質(zhì)及含碳沉積物發(fā)育極差。通過(guò)仔細(xì)尋找，在探槽剖面和2個(gè)天然古地震剖面上采集了12個(gè)14C年齡樣品，其中有2個(gè)還沒(méi)有做出結(jié)果，其余10個(gè)樣品測(cè)年結(jié)果可信度較高。但是，對(duì)于限定古地震事件期次來(lái)說(shuō)，樣品數(shù)量偏少，尤其是探槽Tc1東段的2次古地震事件只能大概判斷較晚古地震事件的發(fā)生時(shí)間，而對(duì)于較早的古地震事件不能做出很好的判斷。

（3）探槽Tc1西段剖面上相對(duì)細(xì)粒的薄層沉積物發(fā)育較好的曲折位錯(cuò)變形。不同標(biāo)志地層單元沿曲折帶在斷層兩盤(pán)位差變化是判斷古地震事件存在的重要依據(jù)；越到上部地層，標(biāo)志地層單元的位移會(huì)逐漸減小，“上斷點(diǎn)”[28]之上的地層可能是古地震事件發(fā)生之前形成的。曲折變形帶不能看作是斷層破裂帶，在解譯的時(shí)候需要區(qū)分直接位錯(cuò)和曲折變形的形態(tài)特征。

（4）崩積楔的識(shí)別。崩積楔作為重要的構(gòu)造標(biāo)志，對(duì)于古地震事件的識(shí)別有關(guān)鍵作用。Rockwell等在研究阿根廷圣胡安La Laja 斷層時(shí)，在一個(gè)探槽中識(shí)別出了9個(gè)崩積楔[29]，但是這樣的例子顯然不多見(jiàn)。對(duì)于大柴旦斷裂的研究表明，該斷裂上崩積楔的發(fā)育與地層之間的特征區(qū)別不是很明顯，且多數(shù)不是發(fā)育在坎前的典型模式，而是以充填的形式發(fā)育的，給古地震事件的判斷增加了難度。

5結(jié)語(yǔ)

（1）大柴旦斷裂是柴達(dá)木盆地北緣斷裂中較為重要的活動(dòng)斷裂，斷裂活動(dòng)長(zhǎng)度可達(dá)125 km。其中，該斷裂中段全新世活動(dòng)強(qiáng)烈最為顯著，表現(xiàn)為逆沖兼右旋走滑性質(zhì)。

（2）通過(guò)2個(gè)天然地震剖面和3個(gè)探槽剖面分析，結(jié)合14C樣品測(cè)年結(jié)果，得到大柴旦斷裂比較確切的5次古地震事件發(fā)生時(shí)間分別為（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。全新世以來(lái)發(fā)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之間。古地震的復(fù)發(fā)間隔約2 000年，最近一次古地震事件的離逝時(shí)間為（1 935±60）a B.P.之后，說(shuō)明大柴旦斷裂的活動(dòng)性比較強(qiáng)，地震危險(xiǎn)性比較高，這與該區(qū)近年來(lái)強(qiáng)震活動(dòng)頻繁的特征相吻合。

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