甘肅迭部—白龍江南支斷裂中東段晚第四紀構(gòu)造活動特征

劉興旺　袁道陽　邵延秀　吳趙

摘 要：通過衛(wèi)星影像解譯、野外實地調(diào)查與地質(zhì)填圖，對甘肅東南部迭部—白龍江南支斷裂中東段晚第四紀構(gòu)造活動特征進行了研究。結(jié)果表明：迭部—白龍江南支斷裂中段活動性明顯強于東段；中段線性特征明顯，可見清晰的斷崖，不同期次的階地之上都有斷層陡坎發(fā)育，晚第四紀以來有過明顯活動，最新活動的離逝時間為1 300年左右，屬于全新世活動斷裂；東段活動性明顯減弱，沒有發(fā)現(xiàn)斷錯全新世地層的證據(jù)，在地貌上多表現(xiàn)為線性溝谷，屬于晚更新世斷裂。根據(jù)對斷錯階地的測量和年代測試，迭部—白龍江南支斷裂中段左旋滑動速率為每年（1.3±0.1）mm，垂直滑動速率為每年（0.39±0.04）mm。

關(guān)鍵詞：活動斷裂；晚第四紀；滑動速率；階地；全新世；迭部—白龍江斷裂；甘肅

中圖分類號：P546 文獻標(biāo)志碼：A

Characteristics of Late Quaternary Tectonic Activity in the Middle-eastern

Segment of the Southern Branch of Diebu-Bailongjiang Fault， Gansu

LIU Xing-wang1，2，3，4， YUAN Dao-yang1， SHAO Yan-xiu1，2， WU Zhao1

（1. Lanzhou Institute of Seismology， China Earthquake Administration， Lanzhou 730000， Gansu， China；

2. Lanzhou National Observatory of Geophysics， Lanzhou 730000， Gansu， China； 3. School of

Earth Environmental Sciences， Lanzhou University， Lanzhou 730000， Gansu， China；

4. Key Laboratory of Western Chinas Environmental Systems of Ministry of

Education， Lanzhou University， Lanzhou 730000， Gansu， China）

Abstract： Based on satellite image interpretation， field survey and geological mapping， the characteristics of Late Quaternary tectonic activity in the middle-eastern segment of the southern branch of Diebu-Bailongjiang fault， Gansu， were discussed. The results show that the activity of the middle segment of the southern branch of Diebu-Bailongjiang fault is stronger than that of the eastern segment； the characteristic along the middle segment is significantly linear， and the scar and fault scarp cutting through several terraces can be easily distinguished； the middle segment is active since Late Quaternary， and the elapsed time of the last event should be less than about 1 300 years； the middle segment is Holocene active fault； the activity of the eastern segment is obviously weakened， and there is no evidence of Holocene fault； the landform in the eastern segment is a linear valley， and the eastern segment is Late Pleistocene fault. According to the measurement of fault terrace and dating， the left-lateral and vertical slip rates are （1.3±0.1） mm and （0.39±0.04） mm per year in the middle segment of the southern branch of Diebu-Bailongjiang fault.

Key words： active fault； Late Quaternary； slip rate； terrace； Holocene； Diebu-Bailongjiang fault； Gansu

0 引 言

甘肅省東南部地區(qū)位于青藏活動塊體東部邊緣，在大地構(gòu)造分區(qū)上位于SN向與EW向構(gòu)造分區(qū)的交匯部位，也是中國著名的南北地震帶縱穿而過的位置[1-6]。區(qū)內(nèi)發(fā)育多條晚第四紀逆沖兼走滑的活動斷裂帶，構(gòu)造形式復(fù)雜，新活動性強，歷史上曾發(fā)生過多次破壞性大地震（如公元前186年武都7級地震[7]、1654年天水8級地震[8-9]、1879年武都8級地震等[10-11]），近年來也發(fā)生過多次破壞性地震（如2003年岷縣5.2級地震[12]、2004年岷縣—卓尼5級地震[13]、2013年岷縣—漳縣6.6級地震[14-16]），未來存在發(fā)生大地震的構(gòu)造條件，因此，本區(qū)一直是地震部門監(jiān)測的重點區(qū)域。

本區(qū)夾持在兩條巨大的走滑活動斷裂（東昆侖斷裂和西秦嶺北緣斷裂）之間，區(qū)內(nèi)一系列斷裂起到了傳遞和平衡二者之間構(gòu)造轉(zhuǎn)換的作用[17-18]。前人的研究主要集中在斷裂幾何展布和活動性初步調(diào)查方面，對斷裂在構(gòu)造轉(zhuǎn)換中的作用也是基于幾何形態(tài)的推測，而對本區(qū)單條斷裂的定量研究比較零星[19-20]且存在不同的認識[10-11]。筆者選擇甘肅省東南部地區(qū)較為重要的迭部—白龍江南支斷裂為研究對象，通過對新活動性及滑動速率的確定，給出斷裂運動學(xué)特征的定量參數(shù)，為該區(qū)的地震危險性評價提供依據(jù)；同時，結(jié)合前人對周邊地區(qū)斷裂新活動特征及運動學(xué)特征的研究成果，綜合討論了該斷裂在區(qū)域構(gòu)造轉(zhuǎn)換中的作用和意義。

1 斷裂基本特征

迭部—白龍江斷裂西起尕海以南的西傾山（圖1），西段大致沿白龍江河谷發(fā)育，東段沿白龍江南側(cè)拱壩河流向延伸，東南端至隴南市武都區(qū)附近，由2條斷裂組成，長均約為250 km。斷裂總體走向NW70° ，傾向SW 或NE，傾角40°～70°，斷層性質(zhì)主要表現(xiàn)為逆沖（局部正斷）兼具左旋走滑。該斷裂具有分段活動特征：斷裂西段由于受植被覆蓋和河流切割侵蝕的影響，斷錯地貌不清楚，未發(fā)現(xiàn)可靠的晚第四紀活動斷錯剖面，前人初步研究認為屬于晚更新世斷裂[21]；斷裂中段發(fā)育于中高山之間，由南、北兩支斷層組成（圖2），斷裂沿線斷錯地貌明顯，部分段落可見明顯的山脊及水系左旋位錯、斷層陡坎等。迭部—白龍江北支斷裂最清楚的段在舟曲縣三角坪鄉(xiāng)附近的虎家灣一帶，發(fā)育并保留了連續(xù)的地震鼓包及低陡坎等新活動證據(jù)。通過歷史地震考證和探槽開挖，該斷裂段確定為公元前186年武都7級地震的發(fā)震斷裂[7]，屬全新世斷裂。迭部—白龍江南支斷裂則未開展過系統(tǒng)研究，僅有的報道多見于地震安全性評價報告中。本文研究區(qū)位于迭部—白龍江南支斷裂中東段（圖2）。

1.1 斷裂幾何結(jié)構(gòu)

迭部—白龍江南支斷裂在經(jīng)過迭部縣旺藏鄉(xiāng)后開始偏離白龍江流域，朝SE向拱壩河流域延伸（圖2）。研究區(qū)內(nèi)該斷裂長度約為120 km，其中，旺藏—花草坡段屬于該斷裂的中段，花草坡—武都段屬于該斷裂的東段。

旺藏—花草坡段主要發(fā)育于三疊系碎屑巖與志留系碳酸鹽巖以及白堊系砂巖與石炭系灰?guī)r之間，自旺藏開始，經(jīng)帕尕、次古、洋布，止于花草坡一帶，長約55 km，總體走向305°，傾向NE或SW，傾角40°～70°?；ú萜隆涠级沃饕l(fā)育于石炭系灰?guī)r內(nèi)部，自花草坡開始，向SE經(jīng)插崗、大年至武都西北部，長約65 km，總體走向290°～310°，中間略呈S形彎曲。

F1為西秦嶺北緣斷裂；F2為東昆侖斷裂；F3為臨潭—宕昌斷裂；F4為禮縣羅家堡斷裂；F5為光蓋山—迭山斷裂；F6為迭部—白龍江

斷裂；F7為兩當(dāng)—江洛斷裂；F8為成縣盆地南支斷裂；F9為武都—略陽斷裂；F10為文縣—康縣—略陽斷裂；F11為龍門山斷裂帶；

Ms為地震震級；圖件引自文獻[13]和[16]，有所修改

圖1 甘肅省東南部地區(qū)主要活動斷裂與地震分布

Fig.1 Distribution of Active Faults and Earthquake in the Southeast of Gansu Province

F6-1 為迭部—白龍江南支斷裂；F6-2 為迭部—白龍江北支斷裂；F12 為舟曲斷裂；F13 為坪定—化馬斷裂

圖2 迭部—白龍江南支斷裂地質(zhì)簡圖

Fig.2 Simplified Geological Map of the Southern Branch of Diebu-Bailongjiang Fault

1.2 斷裂沿線斷錯地貌特征

根據(jù)郭進京等的研究，西秦嶺岷縣—武都地區(qū)主要發(fā)育4級夷平面，海拔高度分別為3 000～3 100、2 400～2 600、2 000～2 100、1 500～1 700 m，形成時代分別為晚白堊世—漸新世、3.6 Ma、2.5 Ma、1.8 Ma[22]。迭部—白龍江斷裂主要發(fā)育在Ⅰ級夷平面與Ⅱ級夷平面之間，或發(fā)育在半山腰附近，形成臺地地貌。1.8 Ma以來，由于青藏高原多階段的隆升，白龍江沿岸形成7級河流階地（T1～T7），形成時代分別為0.01、0.03～0.05、0.14～0.15、0.56、1.2、1.4～1.5、1.7 Ma[22]。其支流一般發(fā)育2～4級階地。本區(qū)第四系沉積物以沖洪積或泥石流成因的洪積扇、洪積臺地為主，相對缺乏細粒沉積。

從衛(wèi)星影像上看，迭部—白龍江南支斷裂中段線性影像清晰，斷裂通過處地貌上有明顯反映，其表現(xiàn)形式主要有：斷層溝槽、斷層埡口、斷錯山脊、基巖陡崖、斷層陡坎及沖溝左旋等斷錯地貌。其中，在旺藏溝白龍江支流發(fā)育了至少4級階地，支流西岸保留T3和T4兩級階地，T3階地比較連續(xù)，T4階地經(jīng)后期沖溝侵蝕，呈零星分布。在斷層通過處，T3和T4階地發(fā)生明顯的變形，形成高度不等的斷層陡坎[圖3（a）]，T4階地陡坎高度明顯高于T3階地，說明斷裂是持續(xù)活動的，階地越老，陡坎越高。在臺尼傲村附近，有6條沖溝發(fā)生了同步左旋，位錯量各不相同，分為3、7、13 m等3個等級[圖3（b）、（c）]，若一次地震能產(chǎn)生3 m左右的左旋位錯，震級估計在7級以上。在洋布村一帶，斷層位于寬緩河谷的南側(cè)山坡上，斷層斷錯地貌較為清晰。洋布村南北側(cè)都見有較為連續(xù)的斷層陡坎、埡口等，在洋布村北側(cè)山坡上，可清晰看到淺灰色石炭系地層逆沖于紅色白堊系地層之上，并形成灰白色斷層破碎帶[圖3（d）]。斷層經(jīng)過洋布村后，在洋布村東南側(cè)山頭形成斷層埡口，后進入植被茂密的山區(qū)；根據(jù)衛(wèi)星影像解譯，斷層在花草坡形成不連續(xù)階區(qū)。

在斷裂東段大年鄉(xiāng)一帶，斷層地貌主要有斷層陡坎、沖溝左旋等；在大年鄉(xiāng)南側(cè)山坡上，斷層地貌以陡坎為主，但陡坎都很大，高幾十米。在大年鄉(xiāng)南側(cè)發(fā)現(xiàn)一沖溝左旋，左旋位移量約為120 m[圖4（a）]。在左旋沖溝上方可看到斷層陡坎、斷層溝槽，而在其下方可見寬幾十米的斷層破碎帶，破碎帶前端有類似斷層泥的黑色細粒物質(zhì)[圖4（b）]。

圖3 迭部—白龍江南支斷裂中段斷錯地貌

Fig.3 Fault Landforms Along the Middle Segment of the Southern Branch of Diebu-Bailongjiang Fault

圖4 大年鄉(xiāng)斷錯地貌

Fig.4 Fault Landforms at Danian Town

1.3 斷裂活動的地質(zhì)證據(jù)

斷裂活動性的鑒定對該區(qū)未來地震危險性的判定至關(guān)重要。研究區(qū)第四系沉積物較少，基本以斷錯大地貌為主，在這種情況下判斷一條斷層的活動性只能依靠一些關(guān)鍵點和關(guān)鍵部位的微地貌斷錯特征來分析。

在斷裂中段帕尕村南側(cè)見到斷層剖面（圖5），斷裂通過此地時夾雜了一套白堊系巖塊，斷塊北側(cè)斷面傾向NE，而南側(cè)斷面傾向SW。所見的斷面為南側(cè)斷層面，三疊系板巖逆沖在白堊系紅層之上，并斷錯全新世早期坡洪積礫石層；斷面上可見3種顏色的斷層泥，分別是已膠結(jié)的黃褐色泥、半膠結(jié)黑色泥及松散—微膠結(jié)紫紅色泥，斷層泥總厚度約30 cm；斷裂形成約50 m的擠壓破碎帶，破碎帶南側(cè)為三疊系板巖夾砂巖透鏡體。綜上所述，該斷裂曾經(jīng)多次活動，最新活動時代應(yīng)該在全新世。

圖5 帕尕村斷層剖面

Fig.5 Fault Profile at Paga Village

U1為灰黑色地表根土層；U2為淺土黃色砂礫石土層；U3為土灰色細礫石層；U4為灰白色粗砂礫石層；U5為暗灰色砂礫石層；

U6為姜黃色斷層破碎帶；U7為灰黑色斷層泥帶；U8為淡紅色砂巖

圖6 次古村斷層剖面

Fig.6 Fault Profile at Cigu Village

在次古村附近，斷層剖面中發(fā)現(xiàn)4條斷層[圖6（b）中斷層F14、F15、F16和F17]。F14、F15為正斷層，F(xiàn)16、F17為逆斷層。從剖面上看，斷層F14、F16、F17均未斷錯最新的地層（灰黑色地表根土層，U1），斷層F14斷錯的最新地層為淺土黃色砂礫石土層（U2），斷層F16、F17斷錯灰黑色地表根土層以下所有地層，斷層帶內(nèi)最新活動的斷層為F15。斷層F15形成一個寬約20 cm的黑色斷層泥帶，產(chǎn)狀為300°/SW∠70°，斷錯最新的地表沉積層為灰黑色地表根土層。野外在灰黑色地表根土層底部采集了14C樣品，年代為（1 320±30）a BP（表1），表明斷層在約1 300年以來是有過活動的。

在斷裂東段的陽壩村，拱壩河T2階地邊緣發(fā)現(xiàn)斷層剖面（圖7）。T2階地拔河超過10 m，階地礫石層之上為淡紅色砂土，頂部為地表根土層。斷層為正斷層，產(chǎn)狀為315°/SW∠80°，斷層斷錯T2階地礫石層及砂土層底部，但淺土黃色砂礫石土層上部

表1 14C樣品測年結(jié)果

Tab.1 Radiocarbon Dating Results of 14C

注：BP為1950年以前。

沒有斷錯，地表也沒有形成斷層陡坎，可能斷層在淺土黃色砂礫石土層沉積早期活動，后期則再無活動。根據(jù)區(qū)域階地資料，T2階地可能形成于30 000～50 000年，斷裂活動時代可能為晚更新世。在插崗鄉(xiāng)嘎爾里村附近，斷裂剖面也是斷錯晚更新世黃土。

圖7 陽壩村斷層剖面

Fig.7 Fault Profile at Yangba Village

1.4 小 結(jié)

綜合斷層剖面及沿線斷錯地貌特征，判斷迭部—白龍江南支斷裂中段為全新世活動斷裂，而東段屬晚更新世斷裂。

2 斷裂滑動速率的確定

斷裂滑動速率的定量結(jié)果是斷裂在一定時期內(nèi)運動學(xué)特征的反映。根據(jù)迭部—白龍江南支斷裂不同位置的斷錯地貌和運動學(xué)特征，斷層性質(zhì)主要表現(xiàn)為逆沖兼具左旋走滑。在斷裂中段的旺藏溝，不同時期的地貌面被斷錯，根據(jù)地貌面上斷錯位移量及地貌面廢棄年齡，就可以確定該地貌面自廢棄以來的累計位移量及滑動速率。

圖8 旺藏溝階地斷錯地貌解譯

Fig.8 Interpretation of Terrace Fault Landforms at Wangzanggou

在旺藏溝內(nèi)白龍江一級支流上，河流主要發(fā)育4級階地（圖8）。T1和T2階地主要發(fā)育于河流東岸， T2階地又可以分為T2a和T2b兩級亞階地；在斷層上盤，T1階地拔河高度為3 m，T2a亞階地拔河高度為5 m，T2b亞階地約為8 m。T3階地主要分布于河流西岸，斷層上盤拔河高度為15 m。T4階地經(jīng)后期侵蝕，僅分布于較高的沖溝之上，上覆3～5 m厚黃土，拔河高度約為75 m。因為T1、T2階地礫石層之上沉積物極少，僅厚30～50 cm，且植物根系發(fā)達，所以無法進行年代測試。野外主要對T3和T4階地采集了14C樣品。T3階地采樣深度為1.5 m，為階地礫石層之上灰黑色土層。T4階地為階地礫石層之上黃土層，采樣深度約為3 m。根據(jù)試驗所得年代數(shù)據(jù)（表1），T3階地年代較為合理，而T4階地年代明顯偏年輕。根據(jù)郭進京等的研究[22]，區(qū)域內(nèi)白龍江、洮河、岷江等河流的階地序列為T1、T2、T3和T4，對應(yīng)時代分別為0.01、0.01～0.03、0.14～0.15、0.56 Ma。支流階地年代和主河流階地年代往往具有可對比性。T3階地年代為（26 990±230）a BP，與區(qū)域河流的T2階地具有近似的年代；T4階地可能與區(qū)域河流的T3階地年代接近，形成于0.14～0.15 Ma，該年代明顯高于14C測年的上限。從拔河高度上推斷，T1和T2階地形成年代不會相差太大，可能形成于約10 000年以來，與區(qū)域河流T1階地相對應(yīng)。根據(jù)區(qū)域河流階地資料，共和運動以來的河流階地保持了相對穩(wěn)定的下切速率[23]。根據(jù)旺藏溝內(nèi)T3階地礫石層拔河高度和年代，約27 000年以來的河流階地下切速率推算為每年0.5 mm。若該下切速率保持穩(wěn)定的話，則可推斷T1階地、T2a亞階地、T2b亞階地和T4階地年代分別為6 000、10 000、16 000、140 000 a BP，與區(qū)域資料對比較為一致，因此，推測該年代結(jié)果較為可靠。

野外實測發(fā)現(xiàn)，由于斷裂的持續(xù)活動，河流東側(cè)T2a亞階地邊緣發(fā)生了左旋位錯，野外測量確定位錯量為（13±1）m；根據(jù)T2a亞階地年代（約10 000 a BP），估算斷裂的左旋滑動速率為每年（1.3±0.1）mm。在河流西岸，斷層的垂直抬升使得T3和T4階地形成明顯的斷層陡坎。野外利用差分GPS對T3和T4階地進行實地測量（圖9），T3階地斷坎高為（14±1）m，T4階地斷坎高為（36±3）m。根據(jù)T3階地年代（（26 990±230）a BP）和T4階地年代（140 000 a BP）資料，約27 000年以來的斷裂逆沖速率推算為每年（0.52±0.04）mm，140 000年以來的斷裂逆沖速率推算為每年（0.26±0.02）mm，斷裂平均逆沖速率為每年（0.39±0.04）mm。

圖9 旺藏溝階地斷坎測量

Fig.9 Measurement of Terrace Fault Scarp at Wangzanggou

3 討 論

甘肅省東南部地區(qū)多條NW向和NE向活動斷裂組成了復(fù)雜的構(gòu)造體系（圖1），而這一復(fù)雜區(qū)域夾持于兩條巨大的左旋走滑斷裂（西秦嶺北緣斷裂和東昆侖斷裂）之間，其間的復(fù)雜斷裂系起到了傳遞和平衡二者構(gòu)造轉(zhuǎn)換的作用[17-18]。臨潭—宕昌斷裂（F3）活動受西秦嶺北緣斷裂的影響，而迭部—白龍江斷裂（F6）、光蓋山—迭山斷裂（F5）的形成演化受控于南側(cè)東昆侖斷裂的NE向擴展和推擠，西秦嶺北緣斷裂（F1）與臨潭—宕昌斷裂以及東昆侖斷裂（F2）與迭部—白龍江斷裂、光蓋山—迭山斷裂分別形成相向發(fā)展的花狀構(gòu)造[5，14，24-25]。根據(jù)已有的研究，東昆侖斷裂中段的左旋滑動速率約為每年10 mm， 向東逐漸衰減，瑪曲一帶約為每年5 mm，而到了被認為是東昆侖斷裂東延的塔藏斷裂，滑動速率衰減至每年約1.5 mm，同時具有逆沖特征[26-29]。光蓋山—迭山斷裂、迭部—白龍江斷裂及塔藏斷裂共同組成了東昆侖斷裂向東延伸發(fā)散的部分；各條斷裂的滑動（包括走滑和逆沖）以及斷裂間隆起的山脈和不同時代盆地的變形，共同承擔(dān)了東昆侖斷裂向東滑動速率衰減的部分。光蓋山—迭山斷裂晚第四紀以來逆沖速率為每年（0.49±0.08）mm 至每年（1.15±0.28）mm，左旋走滑速率為每年（0.51±0.03）mm[19]。3條斷裂滑動速率之和與東昆侖滑動速率衰減量相當(dāng)。

4 結(jié) 語

（1）甘肅迭部—白龍江南支斷裂中段與東段的分界點在花草坡一帶，中段地貌特征及新活動明顯強于東段。斷裂中段線性特征明顯，斷層崖清晰，斷錯河流階地形成陡坎，晚第四紀以來有過明顯活動，最后一次活動離逝時間約1 300 a BP；而東段多表現(xiàn)為線性溝谷，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的斷錯微地貌，屬晚更新世斷裂。

（2）對旺藏溝階地斷錯地貌研究認為，迭部—白龍江南支斷裂中段晚第四紀以來的左旋滑動速率為每年（1.3±0.1）mm，垂直滑動速率為每年（0.39±0.04）mm。由此可見，迭部—白龍江南支斷裂晚第四紀以來以低滑動速率為特征。

（3）對比周邊地區(qū)的前人研究成果，該地區(qū)包括迭部—白龍江南支斷裂在內(nèi)的一系列斷裂吸收和轉(zhuǎn)換了部分東昆侖斷裂的變形，起到局部變形的調(diào)節(jié)作用。

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