基于河流地貌對(duì)祁連山北緣西段地殼活動(dòng)性的研究

陳志丹 劉 睿 張世民 李 安 Koronovskii N.V.

（1.中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085；2.Lomonosov Moscow State University，Russia 119234）

0 引言

50 Ma以來，亞歐板塊與印度板塊的碰撞導(dǎo)致了青藏高原及其周緣山脈的強(qiáng)烈隆升。資料顯示，印度板塊與歐亞大陸之間的縮短速率為40～50 mm/a，但是，只有18±2 mm/a被喜馬拉雅俯沖帶吸收，其余的20～30 mm/a被青藏高原內(nèi)部及其高原周緣山脈或深大斷裂所吸收（圖1a），主要通過逆沖斷裂、褶皺變形、左旋走滑及其伴隨的山脈隆升和盆地消亡來實(shí)現(xiàn)的，這些構(gòu)造變形綜合反映了青藏高原構(gòu)造變形過程[1-5]。祁連山作為青藏高原的東北邊界，其構(gòu)造形變受到青藏高原擠壓作用及周緣活動(dòng)斷裂的控制，祁連山既吸收了青藏高原東北方向的擠壓變形，也協(xié)調(diào)了阿爾金斷裂帶與海原斷裂帶的左旋走滑分量[6-7]。此外，祁連山地區(qū)也是地震多發(fā)地帶，據(jù)記載，青藏高原東北緣發(fā)生7級(jí)以上的地震達(dá)19次之多，例如1920年海原地震，1927年古浪地震等。因此，了解祁連山地區(qū)的地殼變形特點(diǎn)對(duì)該地區(qū)地震安全性評(píng)價(jià)也具有重要意義。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造背景簡(jiǎn)圖Fig.1 Structural background map of research area

祁連山北緣西段位于青藏高原塊體、塔里木塊體和阿拉善塊體的銜接帶上，地質(zhì)背景特殊，構(gòu)造過程復(fù)雜，變形方式多樣 （圖1b）。20世紀(jì)后半葉以來，國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家通過磁性地層學(xué)、構(gòu)造地貌學(xué)、熱年代學(xué)等方法對(duì)祁連山北緣地區(qū)開展了多種多樣的研究，并且對(duì)該地區(qū)的構(gòu)造變形和地質(zhì)演化有了初步了解[1-2，4]。祁連山北緣斷裂帶是祁連山北緣一條東西走向的大型的活動(dòng)斷裂帶，也是青藏高原的最東北邊界。在青藏高原北向擴(kuò)展的過程中，祁連山北緣發(fā)育了一系列的逆沖斷裂和擠壓褶皺，這些斷裂和褶皺控制著該地區(qū)的地貌形態(tài)，也是潛在的發(fā)震區(qū)[8]。了解這些斷裂和褶皺的構(gòu)造變形特點(diǎn)對(duì)于探討北祁連山的地殼變形和該地區(qū)抗震建設(shè)具有重要意義。河流地貌學(xué)方法為研究祁連山北緣斷裂帶及褶皺帶的晚第四紀(jì)構(gòu)造變形提供了可能[9-10]。河流地貌的形態(tài)與地表物質(zhì)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、外營(yíng)力作用和時(shí)間等因素有關(guān)。河流階地作為廢棄古河道，其形成以后主要受地殼變形的影響，在活動(dòng)褶皺區(qū)，階地縱剖面受后期構(gòu)造作用會(huì)發(fā)生錯(cuò)斷彎曲，階地縱剖面的錯(cuò)斷幅度和彎曲程度與斷裂褶皺帶的活動(dòng)強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間有關(guān)，河流階地面的變形記錄了活動(dòng)構(gòu)造帶的變形過程。通過測(cè)量河流階地面的變形以及階地年齡，可以得到活動(dòng)構(gòu)造帶構(gòu)造變形的量化信息，為討論探討研究區(qū)的新構(gòu)造變形提供參考[11-14]。

1 研究區(qū)構(gòu)造背景

祁連山位于青藏高原東北緣，北緯36°～40°和東經(jīng)95°～104°之間。南北兩側(cè)分別被柴達(dá)木地塊和阿拉善地塊所圍限，西端與高原北部阿爾金大型左旋走滑斷裂相接，東端連接海原斷裂（圖1b）[8]。祁連山作為青藏高原的東北邊界，它既吸收了青藏高原東北方向的擠壓縮短，也協(xié)調(diào)了阿爾金斷裂帶的左旋走滑分量[6-7]。根據(jù)GPS資料，柴達(dá)木盆地和阿拉善之間的地殼縮短速率為5.5±1.5 mm/a，并計(jì)算得到青藏高原北部邊界的阿爾金山、祁連山總共吸收了青藏高原 15%～17%地殼縮短（圖 1a）[15]。GPS數(shù)據(jù)顯示，阿爾金斷裂中段平均滑動(dòng)速率約為10±2 mm/a，東段減少為1～2 mm/a[5]。通過傳統(tǒng)的地貌學(xué)方法結(jié)合測(cè)年技術(shù)，給出了阿爾金斷裂帶中西段第四紀(jì)以來滑動(dòng)速率可達(dá)到17.5±2.2 mm/a，阿爾金斷裂西段與祁連山北緣西段接壤地區(qū)的滑動(dòng)速率衰減為4.8±1 mm/a，阿爾金斷裂穿過祁連山北緣斷裂以后，其左旋走滑速率僅為2.2±0.2 mm/a[16]。不管是傳統(tǒng)的地貌學(xué)方法，還是GPS技術(shù)都顯示祁連山地區(qū)承擔(dān)了阿爾金斷裂大量的左旋走滑分量。

祁連山北緣西段是塔里木塊體、阿拉善塊體和祁連山塊體的接壤地區(qū)，其構(gòu)造變形復(fù)雜。本文研究區(qū)便位于祁連山北緣西段，并以區(qū)內(nèi)的一條南北向大型河流—白楊河，作為主要研究對(duì)象。區(qū)內(nèi)由南向北發(fā)育3條NWW向活動(dòng)斷裂，分別為昌馬斷裂，旱峽—大黃溝斷裂，玉門斷裂（圖1c）。昌馬斷裂為祁連山內(nèi)部一條左旋逆走滑斷裂，是北祁連山和中祁連山的分界線，晚第四紀(jì)以前昌馬斷裂以擠壓逆沖為主，晚第四紀(jì)以來，該斷裂的活動(dòng)性質(zhì)發(fā)生不同程度的變化，逐漸發(fā)展為左旋走滑為主[17]。旱峽—大黃溝斷裂和玉門斷裂是祁連山北緣斷裂帶西段的兩條分支斷裂。旱峽—大黃溝斷裂為祁連山和酒西盆地的主邊界斷裂，曾發(fā)生了多期構(gòu)造變動(dòng)，而晚更新世以來則處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，斷裂活動(dòng)方式以擠壓逆沖為主[17]。玉門斷裂是祁連山北緣斷裂向酒西盆地內(nèi)逆沖擴(kuò)展的新生斷裂。玉門斷裂東段地表陡坎明顯，主斷裂直接出露地表，導(dǎo)致新生代基巖地層與晚更新世沉積物直接接觸。玉門斷裂西段主要以活動(dòng)褶皺的形式吸納高原的擠壓縮短，斷層并未直接出露地表，根據(jù)鉆孔與物探資料證實(shí)了斷裂的存在，且表現(xiàn)為逆掩推覆的特點(diǎn)[17-21]。在玉門斷裂北側(cè)為一條玉門斷裂相關(guān)的背斜褶皺帶—老君廟背斜[17-18，22]。本文通過對(duì)祁連山北緣西段白楊河階地的實(shí)地勘察，和對(duì)階地變形的差分GPS測(cè)量，獲取了斷裂帶附近河流階地的變形量，結(jié)合階地的年代數(shù)據(jù)，估算了活動(dòng)斷裂帶的滑動(dòng)速率，并據(jù)此分析研究區(qū)的地殼活動(dòng)特點(diǎn)。

2 白楊河階地發(fā)育特征

白楊河是祁連山北緣一條南北向河流，河流發(fā)育于祁連山內(nèi)部，向北以大體垂直山脈走向的方向切穿祁連山北緣山區(qū)，出山后繼續(xù)切穿山前褶皺帶和沖洪積扇，并在沖積扇前緣區(qū)匯入酒西盆地，于盆地內(nèi)干涸消亡。白楊河自南向北依次流經(jīng)的活動(dòng)斷裂主要有：昌馬斷裂、旱峽—大黃溝斷裂、玉門斷裂。在各條活動(dòng)斷裂的兩盤地勢(shì)起伏明顯，斷裂上盤為擠壓隆起的高大山脈，斷裂下盤為寬闊的盆地或平原（圖1c）。本文根據(jù)流域內(nèi)的斷裂分布特點(diǎn)、地形特點(diǎn)以及河流地貌的發(fā)育特點(diǎn)把河流分為上、中、下游。將昌馬斷裂以南的河段歸為上游，昌馬斷裂至玉門斷裂段歸為中游，玉門斷裂以北為下游。各河段的地貌特征如下：

上游階地發(fā)育特點(diǎn)：白楊河上游河段流域面積較廣，河谷寬闊，發(fā)育 “U”型河谷。河床寬闊平坦，寬可達(dá)50~150 m，河床遍布粗大礫石。河流下切不深，匯水面積較大，并有多條大型支流匯入。在整個(gè)上游河段，普遍發(fā)育2～3級(jí)階地，T1和T2階地廣泛分布，T3階地局部發(fā)育。T1、T2、T3都為堆積階地，T1階地拔河2～3 m，T2階地拔河7～10 m，T3階地拔河20～30 m。階地的物質(zhì)組成主要為河流相礫石層，礫石層上部蓋有多種堆積物，如倒石堆、沖洪積礫石層、以及黃土等（圖 2）。

圖2 白楊河上游階地特征Fig.2 Development characteristics of terraces in the upper reaches of Baiyang River

中游階地發(fā)育特征：白楊河在切穿昌馬斷裂以后，流經(jīng)一段狹長(zhǎng)的東西走向的低洼谷地，谷地南北向?qū)掃_(dá)4 km，該谷地也是中祁連山和北祁連山的地形分界線。河流穿過谷地以后，切穿北祁連山主山脈區(qū)。進(jìn)入山脈區(qū)后，河谷明顯變窄，原來數(shù)百米寬的河床迅速變?yōu)槭畮酌?，部分基巖河段甚至只有幾米。與上游山區(qū)寬緩開闊的河谷相比，中游河段主要為深切的 “V”字型河谷，階地類型也由原來的堆積階地，逐漸過度為侵蝕階地和基座階地。階地級(jí)數(shù)逐漸增加，高階地廣泛存在。在北祁連山南部發(fā)育2～3級(jí)階地，中部增加為4～5級(jí)階地，北部旱峽—大黃溝斷裂附近，階地級(jí)數(shù)可達(dá)6～7級(jí)。T1階地拔河為2～3 m，T2階地 5～10 m， T3階地 20～30 m， T4階地 45～50 m，T5階地65～75 m，T6階地 85～90 m， 最高的T7 的階地拔河可達(dá) 110 m（圖 3a、b、e）。 其中 T3 階地和T5階地為該河段發(fā)育較好的階地。階地的物質(zhì)組成與上游也發(fā)生了明顯變化，侵蝕階地和基座階地的下部基巖主要為古生界的灰?guī)r、中生代的灰?guī)r和砂巖，以及新生界的紅色礫巖、砂巖等(圖3c、d）。在旱峽—大黃溝斷裂北側(cè)3km內(nèi)的河段，發(fā)育6級(jí)階地，其中T5、T6階地為該河段的流域性高階地，廣泛發(fā)育基座階地，但基座出露并不齊整，在局部河段基座被礫石層覆蓋，基座物質(zhì)為中新統(tǒng)橘紅色砂巖（圖3）。

下游階地發(fā)育特征：白楊河穿過玉門斷裂以后，繼續(xù)切穿山前沖洪積扇區(qū)。在沖洪積扇區(qū)，河床變寬，河谷形態(tài)由中游的 “V”型河谷又變?yōu)椤癠”型河谷。低階地在該河段不發(fā)育，僅發(fā)育兩級(jí)高階地，且都為堆積階地。根據(jù)階地的拔河高度，兩級(jí)高階地可對(duì)應(yīng)中游的T4和T5階地，T4階地拔河 45～50 m，T5階地拔河達(dá) 70～80 m （圖4）。階地的物質(zhì)組成主要為沖洪積相礫石層。河流在穿過沖洪積扇后，匯入酒西盆地，在盆地中部干涸消亡。

圖3 中游階地發(fā)育特征Fig.3 Development characteristics of terraces in the middle reaches of Baiyang River

通過分析白楊河各段河流地貌的發(fā)育特點(diǎn)，不難發(fā)現(xiàn)，白楊河中游河流地貌明顯有別于上游和下游地區(qū)。主要表現(xiàn)為：河谷和河床變窄，河流下切更深，河谷呈 “V”字型，階地級(jí)數(shù)增加，高階地廣泛發(fā)育，階地類型也發(fā)生變化，以侵蝕階地和基座階地為主。并且白楊河作為祁連山北緣地區(qū)一條區(qū)域性河流，上游和中游的山區(qū)氣候及近地表的物質(zhì)組成區(qū)別不會(huì)太大，而如此明顯的河流地貌差異，可能在一定程度上受到了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響。綜合這些地貌特征，初步判斷，白楊河中游地區(qū)特別的河流地貌可能與北祁連山較為強(qiáng)烈的隆升作用有關(guān)。

3 活動(dòng)斷裂帶的階地變形

為了印證北祁連山更為強(qiáng)烈的擠壓隆升作用，本文收集了研究區(qū)內(nèi)幾條主要活動(dòng)斷裂帶的活動(dòng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)白楊河階地的階地面變形和階地年齡，估算了斷裂帶晚更新世以來的滑動(dòng)速率。白楊河由南向北依次切穿3條大型的活動(dòng)斷裂，分別為昌馬斷裂、旱峽—大黃溝斷裂、玉門斷裂。本文采用了Trimble R10GNSS測(cè)量系統(tǒng)，獲取了斷裂帶附近階地變形數(shù)據(jù)，階地年齡數(shù)據(jù)參考了玉門斷裂北側(cè)獲取的階地宇宙成因核素（10Be）暴露年齡[21]。

3.1 昌馬斷裂階地變形

昌馬斷裂為中祁連山和北祁連山的分界線，是祁連山內(nèi)部一條活動(dòng)強(qiáng)烈的左旋走滑兼逆沖斷裂，西端與阿爾金斷裂相連，東端與海原斷裂相連，全長(zhǎng)約120 km。斷裂的總體走向?yàn)镹WW向，傾向SE，傾角50°～70°。昌馬斷裂在晚第四紀(jì)以前以擠壓逆沖為主，自晚更新世以來斷裂活動(dòng)性質(zhì)發(fā)生了變化，表現(xiàn)為以左旋走滑為主[17]。在白楊河地區(qū)，昌馬斷裂東段切穿了白楊河T3階地（圖5c、d），在白楊河?xùn)|岸昌馬斷裂的斷層剖面上，可見前寒武系的灰色片麻巖逆沖到中新統(tǒng)白楊河組橘紅色砂巖之上，斷面有明顯的擠壓逆沖特征，斷裂產(chǎn)狀 165°∠70°（圖 5d）。

本文課題組對(duì)白楊河地區(qū)昌馬斷裂的階地變形進(jìn)行了精細(xì)測(cè)量，并得到了昌馬斷裂59 ka以來的垂直滑移速率為0.31±0.06 mm/a，水平縮短速率為0.11±0.02 mm/a[21]。從昌馬斷裂的錯(cuò)斷山脊和沖溝的表現(xiàn)來看，昌馬斷裂呈現(xiàn)出明顯的左旋走滑特征（圖5b）。根據(jù)昌馬斷裂的典型錯(cuò)斷地貌，得到昌馬斷裂西段的左旋走滑速率為1.33±0.39 mm/a，中段的左旋走滑速率為3.11±0.31mm/a，東段的走滑速率為3.68±0.41 mm/a；昌馬斷裂西段的平均逆沖速率為0.60±0.16 mm/a[23]。并結(jié)合昌馬斷裂東段的逆沖速率0.31±0.06 mm/a，不難發(fā)現(xiàn)，昌馬斷裂的左旋走滑速率由西到東逐漸變快，而逆沖速率由西到東逐漸變慢（圖5a）。

圖4 下游階地發(fā)育特征Fig.4 Development characteristics of terraces in the lower reaches of Baiyang River

3.2 祁連山北緣斷裂階地變形

祁連山北緣斷裂是祁連山與酒西盆地的分界線，也是整個(gè)青藏高原的東北邊界，控制著研究區(qū)地貌形態(tài)。祁連山北緣斷裂的東段和中段斷層界限清楚，地面陡坎明顯，沒有明顯的分支現(xiàn)象。而祁連山北緣斷裂西段分解為兩條近東西向的活動(dòng)斷裂，南支為旱峽—大黃溝斷裂，北支為玉門斷裂。旱峽—大黃溝斷裂是北祁連山與酒西盆地的主邊界斷裂，曾發(fā)生了多期構(gòu)造變動(dòng)，而晚更新世以來活動(dòng)較弱，斷裂活動(dòng)方式以擠壓逆沖和逆掩推覆為主。玉門斷裂是祁連山北緣斷裂向酒西盆地內(nèi)逆沖擴(kuò)展的新生斷裂，并伴隨與斷裂作用相關(guān)的逆沖推覆褶皺[17]。在白楊河地區(qū)，旱峽—大黃溝斷裂和玉門斷裂未見明顯水平錯(cuò)斷現(xiàn)象。

3.2.1 旱峽—大黃溝斷裂階地變形

旱峽—大黃溝斷裂在白楊河地區(qū)有明顯的斷層界限，可見奧陶系灰?guī)r逆沖到下更新統(tǒng)玉門礫巖之上，斷裂面陡立，斷裂面產(chǎn)狀為178°∠75°[21]。河流在旱峽—大黃溝斷裂附近發(fā)育5級(jí)階地，T1和T2階地僅在上盤發(fā)育，T3、T4、T5階地在斷裂兩側(cè)均有保留，但是階地面的垂直變形并不明顯。通過同級(jí)階地的高程對(duì)比，在旱峽大黃溝斷裂附近并未發(fā)現(xiàn)明顯的階地變形現(xiàn)象，說明白楊河階地形成以來，旱峽—大黃溝斷裂沒有明顯的垂直活動(dòng)[21]。同時(shí)，在白楊河西側(cè)石油河中旱峽—大黃溝斷裂通過的位置，河流階地也沒有明顯的錯(cuò)斷現(xiàn)象，表明旱峽—大黃溝斷裂的強(qiáng)烈活動(dòng)時(shí)期早于晚更新世，而晚更新世以來無明顯的垂直活動(dòng)[24]。

圖5 昌馬斷裂構(gòu)造變形展示圖Fig.5 Map of terraces deformation near the Changma fault

3.2.2 玉門斷裂階地變形

玉門斷裂東西段的活動(dòng)形式存在差異，在白楊河以東的地段，可見斷裂出露地表，且地表陡坎明顯，在白楊河?xùn)|側(cè)的沖溝中可見斷裂沖斷了第四紀(jì)沖洪積礫石層，斷層面產(chǎn)狀為205°∠32°（圖6d、e）；而玉門斷裂西段主要表現(xiàn)為活動(dòng)褶皺的形式，根據(jù)鉆孔與物探資料證實(shí)了斷裂隱伏于褶皺之下，表現(xiàn)為逆掩推覆的性質(zhì)[17-18]。玉門斷裂北側(cè)為一條新生代的背斜活動(dòng)褶皺帶—老君廟背斜，背斜的核部由晚第三系疏勒河組和白楊河組構(gòu)成，兩翼出露玉門礫巖、酒泉礫石層及戈壁礫石層[17]。玉門斷裂的活動(dòng)導(dǎo)致了白楊河多級(jí)高階地被錯(cuò)斷，且各級(jí)階地錯(cuò)斷的幅度有差別。利用差分GPS測(cè)量了玉門斷裂兩盤近1 km范圍內(nèi)的階地發(fā)育情況，發(fā)現(xiàn)在斷裂上下兩盤存在明顯的錯(cuò)位現(xiàn)象（圖6a）。本文以河床縱剖面作為基準(zhǔn)線，計(jì)算各級(jí)階地的垂直錯(cuò)位。結(jié)果顯示，階地由低到高呈現(xiàn)明顯增大的態(tài)勢(shì)。T1、T2階地未見明顯錯(cuò)斷現(xiàn)象；T3階地的垂直錯(cuò)位為8.8±1.2 m；T4階地的垂直錯(cuò)位為9.7±1.1 m；T5階地的垂直錯(cuò)位為21.4±1.2 m（圖6c）。根據(jù)白楊河?xùn)|側(cè)沖溝中斷裂面產(chǎn)狀為205°∠32°(圖6e），結(jié)合利用三角函數(shù)關(guān)系，計(jì)算各級(jí)階地的水平縮短量：T3階地的水平縮短量為14.1±1.9 m；T4階地的水平縮短量為15.5±1.8 m；T5階地的水平縮短量為34.2±1.9 m。通過宇宙成因核素（10Be）測(cè)年技術(shù)，得到旱峽—大黃溝斷裂附近T6階地的年齡為64.4±9.0 ka[21]。而T6階地在旱峽—大黃溝斷裂附近為區(qū)域性的最高級(jí)階地，可與玉門斷裂附近最高的區(qū)域性階地T5階地進(jìn)行對(duì)比，因此，我們將64.4±9.0 ka作為玉門斷裂附近T5階地的參考年齡。由此，通過計(jì)算得到64 ka以來玉門斷裂的垂直滑移速率為0.33±0.02 mm/a，水平縮短速率為0.53±0.03 mm/a。這一結(jié)果略大于通過斷層陡坎和探槽工作測(cè)得的玉門斷裂晚更新世晚期以來的垂直活動(dòng)速率0.24～0.30mm/a[16]。

圖6 玉門斷裂帶階地變形展示圖Fig.6 Map of terraces deformation near the Yumen fault

4 討論

祁連山作為青藏高原的東北邊界，其構(gòu)造形變受到青藏高原擠壓作用及周緣活動(dòng)斷裂的控制。祁連山既吸收了青藏高原東北方向的擠壓變形，也協(xié)調(diào)了阿爾金斷裂帶與海原斷裂帶的左旋走滑分量。山脈的隆升，褶皺作用以及活動(dòng)斷裂的滑移作用，是承擔(dān)高原擠壓縮短的重要形式[6-7]。根據(jù)GPS資料指出，祁連山正在遭受的擠壓變形是均勻的，擠壓變形量在南祁連最大，向北逐漸減小，柴達(dá)木盆地和阿拉善之間的地殼縮短速率為5.5±1.5 mm/a，青藏高原北部邊界阿爾金山、祁連山總共吸收了青藏高原15%～17%地殼縮短[15]。祁連山北緣是青藏高原東北向擴(kuò)展的最前緣，了解這一地區(qū)地殼的縮短速率和隆升過程，對(duì)于探討高原生長(zhǎng)過程十分有益。本文通過分析河流地貌的發(fā)育特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)晚更新世以來，由祁連山北緣斷裂帶控制的北祁連山可能存在較為強(qiáng)烈的隆升過程（圖7）。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)幾條主要活動(dòng)斷裂帶的滑移速率，59 ka以來昌馬斷裂的垂直滑移速率為0.31±0.06 mm/a， 水平縮短速率為0.11±0.02 mm/a[21]； 64 ka以來玉門斷裂的垂直滑移速率為0.33±0.02 mm/a；水平縮短速率為0.53±0.03 mm/a。通過數(shù)據(jù)對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，玉門斷裂的水平縮短速率要大于昌馬斷裂的水平縮短速率，垂直滑移速率大致相近。但應(yīng)該注意到，玉門斷裂僅僅是祁連山北緣斷裂帶的一條分支斷裂，在白楊河地區(qū)，祁連山北緣斷裂帶還包括旱峽—大黃溝斷裂以及與玉門斷裂相伴生的逆沖推覆褶皺帶—老君廟背斜。本文課題組通過測(cè)量老君廟背斜地區(qū)的地貌面變形，得到9ka以來，老君廟背斜的水平縮短速率為0.67±0.44mm/a，垂直活動(dòng)速率為1.23±0.81mm/a[21]。如果結(jié)合老君廟背斜以及旱峽—大黃溝斷裂的變形量，祁連山北緣斷裂帶的水平縮短速率和垂直隆升速率都要明顯大于祁連山內(nèi)部的昌馬斷裂帶（圖7）。此外，旱峽—大黃溝斷裂晚更新世以來垂直活動(dòng)不太明顯，而其北側(cè)的玉門斷裂活動(dòng)卻較為強(qiáng)烈，可能是在祁連山北緣斷裂帶北向擴(kuò)展的影響下，斷裂帶的活動(dòng)區(qū)域發(fā)生遷移，導(dǎo)致旱峽—大黃溝斷裂大部分的擠壓變形量轉(zhuǎn)移到山前的玉門斷裂及其相關(guān)褶皺帶中。

圖7 祁連山北緣西段地殼活動(dòng)性展示圖Fig.7 Crustal activity in the western segment of the northern margin of the Qilian Mountains

前人研究已表明，阿爾金斷裂大量的左旋走滑位移轉(zhuǎn)移到了祁連山造山帶中[26]。昌馬斷裂是中祁連山和北祁連山的重要分界線，西端與阿爾金斷裂相連，貫穿祁連山內(nèi)部。阿爾金斷裂的部分左旋走滑分量轉(zhuǎn)移到昌馬斷裂當(dāng)中。從昌馬斷裂的錯(cuò)斷山脊和沖溝的表現(xiàn)來看，昌馬斷裂呈現(xiàn)明顯的左旋走滑特征。昌馬斷裂西端的左旋走滑速率為 1.33±0.39 mm/a，中段的左旋走滑速率為3.11±0.31mm/a，東段的走滑速率為3.68±0.41 mm/a。西段的逆沖速率為0.60±0.16 mm/a，東段的逆沖速率為 0.31±0.06 mm/a（圖 7）[23]。 數(shù)據(jù)顯示， 昌馬斷裂的左旋走滑速率由西到東逐漸變快，而逆沖速率卻由西到東逐漸變慢。昌馬斷裂平均左旋走滑速率為 2.70±0.37 mm/a，平均逆沖速率為0.46±0.11 mm/a。徐錫偉等通過傳統(tǒng)的構(gòu)造地貌學(xué)方面，給出了阿爾金斷裂西段與祁連山北緣西側(cè)接壤的地區(qū)，其左旋走滑速率為4.8±1 mm/a，阿爾金斷裂穿過北祁連山以后，其左旋走滑速率僅為 2.2±0.2 mm/a（圖 7）[23]。昌馬斷裂 2.70±0.37 mm/a的左旋走滑速率幾乎恰好補(bǔ)足了4.8±1 mm/a和2.2±0.2 mm/a間的差值。也許在祁連山北緣西段地區(qū)，昌馬斷裂的左旋走滑作用正是協(xié)調(diào)阿爾金斷裂左旋走滑作用的主要方式。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)祁連山北緣西段白楊河階地的野外調(diào)查和精細(xì)測(cè)量，就白楊河的階地發(fā)育特征和祁連山北緣西段多個(gè)活動(dòng)斷裂帶的新構(gòu)造變形特征取得了以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

白楊河階地發(fā)育特征在各個(gè)河段具有差異性，且具構(gòu)造指示意義。在昌馬斷裂以南的上游河段，為 “U”型河谷，且河床平緩，河流下切不深，僅發(fā)育3級(jí)低階地，主要為堆積階地；在昌馬斷裂和玉門斷裂之間的中游河段，為 “V”型河谷，河床狹窄，河流下切很深，甚至切穿下部基巖，階地級(jí)數(shù)增加，階地拔河增高，最多發(fā)育7級(jí)階地，最高的T7階地可達(dá)110 m，主要為基座階地；玉門斷裂以北的下游河段，河床同樣平緩，但河流下切很深，發(fā)育兩級(jí)高階地，主要為堆積階地。根據(jù)河流地貌特征初步判斷，白楊河中段流經(jīng)的北祁連山地區(qū)晚更新世以來可能經(jīng)歷了較為強(qiáng)烈的隆升過程。

祁連山北緣斷裂帶西段其主要活動(dòng)區(qū)域正逐漸向北擴(kuò)展。祁連山北緣斷裂帶西段具有分支現(xiàn)象，南支的旱峽—大黃溝斷裂帶雖然為盆—山邊界主斷裂，但是晚更新世以來活動(dòng)程度較弱，在旱峽—大黃溝斷裂附近的河流階地也未見明顯的錯(cuò)斷現(xiàn)象。反而北支的玉門斷裂及其相關(guān)的逆沖推覆褶皺帶活動(dòng)強(qiáng)烈，河流階地變形也較為明顯，說明了晚更新世以來祁連山北緣斷裂帶活動(dòng)區(qū)域逐漸向北擴(kuò)展，且活動(dòng)量大量轉(zhuǎn)移到了山前的新生逆沖推覆帶中。

基于白楊河階地的變形數(shù)據(jù)和年代約束，對(duì)比了約60 ka以來，昌馬斷裂的垂直滑移速率為0.31±0.06 mm/a，水平縮短速率為 0.11±0.02 mm/a；玉門斷裂的垂直滑移速率為0.33±0.02 mm/a；水平縮短速率為0.53±0.03 mm/a。綜合考慮祁連山北緣斷裂帶的變形情況，認(rèn)識(shí)到祁連山北緣斷裂帶的地殼縮短速率和垂直隆升速率都要大于祁連山內(nèi)部的昌馬斷裂，進(jìn)一步印證了晚更新世以來北祁連山的擠壓變形程度比中祁連山更為強(qiáng)烈。