青海都蘭地區(qū)夏日哈活動斷裂帶的發(fā)現(xiàn)及其構(gòu)造意義

哈廣浩 任治坤 劉金瑞 李智敏 李正芳 閔 偉 周本剛

1)中國地震局地質(zhì)研究所，地震與火山災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029 2)青海省地震局，西寧 810001

0 引言

活動斷層空間展布特征為地震地表破裂和地震動模型的建立提供了重要信息，為準(zhǔn)確評估地震災(zāi)害，降低構(gòu)造活動區(qū)的風(fēng)險，在地震發(fā)生前正確識別和定位斷層至關(guān)重要。丁國瑜院士在《中國地震歷史資料拾遺》的序言中談到： 有時候，一個歷史地震的發(fā)現(xiàn)，一條新的重要現(xiàn)象記載的發(fā)現(xiàn)，會改變?nèi)藗儗σ粋€地點(diǎn)、一個地區(qū)地震活動狀況的認(rèn)識，改變對一項(xiàng)重大工程地震危險性程度的評估結(jié)果(劉昌森，2003)。因此，新的活動斷裂的發(fā)現(xiàn)可能會對區(qū)域地殼變形特征的理解產(chǎn)生重要影響，也可能會改變對區(qū)域地震危險性的認(rèn)識。

青藏高原東北緣是高原向N擴(kuò)展的最前緣，由NE向的阿爾金斷裂帶、NWW向的祁連-海原斷裂帶和NWW向的東昆侖斷裂帶3條巨型左旋走滑斷裂帶及其所圍限的活動地塊組成(圖1)。該地區(qū)正在經(jīng)歷地殼縮短、剪切變形和塊體擠出等強(qiáng)烈的地殼變形過程，發(fā)育了一系列逆沖與走滑斷裂、褶皺等活動構(gòu)造(鄧起東等，2002，2004，2008； 張培震等，2006，2013)。由于受NE向區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的擠壓作用，塊體內(nèi)部發(fā)生剪切壓扁，產(chǎn)生NNW向右旋走滑斷裂，其中最為顯著的是鄂拉山斷裂和日月山斷裂，這些NNW向的右旋走滑斷裂進(jìn)一步將青藏高原東北緣劃分為多個次一級的活動斷塊(袁道陽等，2004)(圖1)。多年來，國內(nèi)外學(xué)者對高原東北緣的主要邊界斷裂和塊體內(nèi)活動顯著的右旋走滑斷裂開展了大量研究工作，在活動速率、構(gòu)造變形樣式及古地震研究領(lǐng)域取得了豐富的成果(袁道陽，2003； Zhangetal.，2004； Duvalletal.，2010； Yuanetal.，2011； Renetal.，2015； 李智敏等，2018)。然而，目前對青藏高原東北緣的次級塊體內(nèi)部及各次級塊體之間的構(gòu)造變形研究還比較少，對其變形方式、應(yīng)變分配等的認(rèn)識還不夠深入，這些問題是理解青藏高原東北緣塊體內(nèi)部構(gòu)造變形的關(guān)鍵所在。

圖1 青藏高原東北緣的區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)簡圖(斷裂位置修改自鄧起東，2007)Fig. 1 Tectonic setting of northeastern margin of Tibetan plateau(revised from DENG Qi-dong, 2007).ATF 阿爾金斷裂帶； EKL 東昆侖斷裂帶； ELF 鄂拉山斷裂； HYF 祁連-海原斷裂帶； RYF 日月山斷裂

近期在都蘭周邊開展的野外地質(zhì)調(diào)查中，在柴達(dá)木盆地東緣的都蘭地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一條NW走向的右旋走滑斷裂，即夏日哈斷裂帶，其具有晚第四紀(jì)活動的構(gòu)造變形特征。該新發(fā)現(xiàn)可為認(rèn)識和理解青藏高原東北緣的構(gòu)造變形特征提供新的約束。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

青藏高原東北緣受NE向區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的擠壓，形成右旋走滑的鄂拉山斷裂和日月山斷裂，將其劃分為多個次級塊體，其中最西側(cè)的次級塊體主要由柴達(dá)木盆地構(gòu)成(圖1)。該次級塊體被阿爾金斷裂、東昆侖斷裂、祁連-海原斷裂和鄂拉山斷裂所圍限，塊體東南角，即柴達(dá)木盆地東緣為都蘭-茶卡高地，是鄂拉山斷裂和東昆侖斷裂交會之處(圖2)。

圖2 柴達(dá)木盆地東緣的活動斷裂分布簡圖Fig. 2 Sketch map of active faults around the eastern margin of Qaidam Basin.a 之前的研究認(rèn)識； b 現(xiàn)在的研究結(jié)果

鄂拉山斷裂是分割青海烏蘭盆地與茶卡-共和盆地的一條重要的邊界斷裂，表現(xiàn)為右旋走滑特征。根據(jù)地質(zhì)體的錯斷情況估計(jì)，斷裂長期以來的滑動速率約為4mm/a(Wangetal.，2004)，與GPS反映的結(jié)果也比較接近(王敏等，2003； 簡慧子等，2020)。基于晚第四紀(jì)地質(zhì)地貌體的位錯與定年結(jié)果顯示，鄂拉山斷裂晚更新世以來的走滑速率約為(1.1±0.3)mm/a(Yuanetal.，2011)。東昆侖斷裂是青藏高原中部的一條區(qū)域性活動斷裂帶，其南側(cè)為巴顏喀拉塊體，北側(cè)為柴達(dá)木盆地，晚第四紀(jì)以來的走滑速率約為10mm/a，沿該斷裂帶發(fā)生過多次大地震活動，如2001年昆侖山口西MS8.1地震和1937年花石峽MS7地震等，形成了地震鼓包、陡坎、地裂縫等一系列地震變形遺跡(肖振敏等，1988； 徐錫偉等，2002，2007； Harkinsetal.，2010； Linetal.，2011)。除鄂拉山與東昆侖主要活動斷裂外，昆中斷裂的東端延伸進(jìn)入該區(qū)，位于東昆侖斷裂北部，研究表明昆中斷裂除大干溝段外，其余段落的活動性明顯減弱(國家地震局地質(zhì)研究所，1992)。此外，在都蘭-茶卡高地的NE側(cè)還形成了哇洪山逆沖斷裂(圖2a)。研究認(rèn)為，這可能是柴達(dá)木塊體發(fā)生順時針旋轉(zhuǎn)，并受鄂拉山斷裂影響，在哇洪山形成擠壓構(gòu)造應(yīng)力場的結(jié)果(Wangetal.，2004)。

近期的研究發(fā)現(xiàn)，在都蘭縣南部發(fā)育了一條NWW向的熱水-桃斯托河斷裂(圖2b)，呈左旋走滑運(yùn)動特征，可能是東昆侖斷裂和鄂拉山斷裂控制的楔形塊體向NW “擠出”作用的結(jié)果(李智敏等，2020)。

2 夏日哈斷裂帶的晚第四紀(jì)活動特征

夏日哈斷裂帶位于鄂拉山斷裂西側(cè)，走向NW，由2條近平行的斷裂組成，分別為夏日哈斷裂和英德爾康斷裂，均為右旋走滑斷裂。夏日哈斷裂起自夏日哈鎮(zhèn)北側(cè)的錫龍溝附近，向S經(jīng)羊場，一直到熱水鄉(xiāng)東側(cè)桃斯托河源頭，沿線均有斷裂發(fā)育，長60～70km(圖3)。斷裂在夏日哈鎮(zhèn)北側(cè)的線性特征不明顯，南側(cè)斷裂穿過基巖山區(qū)和山前沖洪積扇，在老斷裂出露的位置可發(fā)現(xiàn)一定寬度的斷層破碎帶及擦痕。無人機(jī)測圖和野外實(shí)地考察表明，部分段落的線性比較明顯，沿?cái)嗔寻l(fā)現(xiàn)山脊、水系錯斷現(xiàn)象，在沖溝壁上可見多個斷裂剖面。英德爾康斷裂位于夏日哈斷裂西側(cè)，長約18km，走向NW，與夏日哈斷裂的走向基本一致，基本沿三疊系安山巖、侵入花崗巖體與第四系地層的界限分布。沿?cái)嗔炎呦虻臒o人機(jī)測圖結(jié)果也顯示明顯的線性地貌，多條沖溝以及地質(zhì)體有明顯的右旋特征。

圖3 a 夏日哈斷裂帶的空間展布特征； b 夏日哈斷裂錫龍溝口的地貌特征Fig. 3 a Geometry of Xiariha fault zone； b geomorphic features at Xilonggou of Xiariha Fault.

2.1 夏日哈斷裂的晚第四紀(jì)活動特征

沿?cái)嗔堰M(jìn)行了初步野外地質(zhì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了多個斷裂錯動晚第四紀(jì)地質(zhì)地貌體的錯動點(diǎn)(圖3a)。下文將分別對其進(jìn)行描述。

2.1.1 錫龍溝(S0點(diǎn))

錫龍溝(S0點(diǎn))位于夏日哈鎮(zhèn)SE側(cè)的錫龍溝溝口，野外地質(zhì)調(diào)查表明，該處地貌主要由多期沖洪積扇體及河流階地組成。無人機(jī)航拍DEM顯示，斷裂在該處分為2支，線性特征顯著，主要為切過多期沖洪積扇及河流階地的陡坎，斷裂經(jīng)過位置的水系及階地、沖洪積扇發(fā)生偏轉(zhuǎn)(圖3b)。野外地質(zhì)調(diào)查在T1階地上發(fā)現(xiàn)斷裂錯動晚第四紀(jì)的斷層剖面，剖面發(fā)育多條次級斷層，斷層兩側(cè)表現(xiàn)出地層產(chǎn)狀變化并有一定的位移(圖4)，詳細(xì)的地層描述如下：

①表土層，厚約10cm；

②細(xì)砂層，水平層理；

③細(xì)砂層中間夾礫石透鏡體；

④粉砂層-黏土層，水平層理，下部暗紅色細(xì)粉砂層和灰白色黏土層互層，部分層位靠近斷層處層理彎曲；

⑤細(xì)砂層，斜層理，靠近斷層處層理傾斜；

⑥坡積物，雜亂。

地貌特征及剖面顯示，夏日哈斷裂錯動了T1階地，與鄰近鄂拉山斷裂T1階地的年齡進(jìn)行對比后認(rèn)為，該階地的年齡應(yīng)為全新世，因此推斷該斷裂為全新世活動斷裂。

圖4 夏日哈斷裂S0點(diǎn)的斷裂剖面圖Fig. 4 Fault section at site S0 of Xiariha Fault.

2.1.2 夏日哈南(S1點(diǎn))

S1點(diǎn)位于夏日哈鎮(zhèn)東南 14km處的沖溝內(nèi)，在沖溝內(nèi)發(fā)現(xiàn)基巖破碎帶(圖5)。斷裂兩側(cè)為灰褐色三疊紀(jì)安山巖，中間為灰綠色斷層破碎帶，在破碎帶內(nèi)部可清理出斷層面，有近水平的擦痕，斷層產(chǎn)狀為30°/SE∠70°(圖5)，斷層破碎帶的寬度約為1.2m。

該點(diǎn)處沖溝兩側(cè)主要發(fā)育晚第四紀(jì)風(fēng)成黃土堆積和沖溝階地，階地面平坦，黃土堆積起伏不平，顯示出后期風(fēng)成沉積作用的痕跡。遙感影像顯示沿?cái)嗔逊较蚓哂酗@著的線性影像特征(圖6a)，沖溝發(fā)生右旋位移，累積右旋位移量約為18m。清理沖溝壁后發(fā)現(xiàn)斷層剖面，斷層未斷錯頂部黃土層，底部斷層兩側(cè)物質(zhì)有明顯差異，西側(cè)以松散粗砂層和細(xì)砂層為主，東側(cè)是膠結(jié)較好的粉細(xì)砂層，中間夾粗砂層條帶(圖6b)。兩者之間為斷層接觸，斷裂上盤的砂層有輕微變形，斷裂以走滑運(yùn)動為主，產(chǎn)狀為325°/NE∠53°。

圖5 夏日哈斷裂S1點(diǎn)的斷層破碎帶剖面圖(a，b)及破碎帶內(nèi)出露的斷層面(c)Fig. 5 Fault fracture zone at S1 of Xiariha Fault(a，b)and fault plane(c).

2.1.3 羊場(S2點(diǎn))

S2點(diǎn)位于察汗烏蘇鎮(zhèn)東側(cè)山前羊場附近，草地內(nèi)發(fā)現(xiàn)夏日哈斷裂在此處表現(xiàn)為顯著的線性影像特征，部分?jǐn)嗔雅c主斷裂之間呈小角度相交，可能發(fā)育分支斷裂。

圖6 夏日哈斷裂S1點(diǎn)的晚第四紀(jì)斷錯剖面圖Fig. 6 Late Quaternary fault section at site S1 of Xiariha Fault.

斷裂走向近NW，無人機(jī)航測DEM顯示斷裂的線性特征顯著，造成山脊右旋位錯(圖7a)，并錯斷多期晚第四紀(jì)沉積及地貌單元。DEM及野外地質(zhì)調(diào)查顯示，該點(diǎn)處沖溝發(fā)育形成多期沖洪積扇體及河流階地，并被后期黃土堆積覆蓋，其上發(fā)育季節(jié)性沖溝。斷裂通過位置造成水系位錯及斷塞塘等典型的斷層地貌特征(圖7b，c，d)。山前沖洪積扇扇體的形態(tài)相對完整，在斷裂經(jīng)過處形成線性反向陡坎的地貌特征(圖7e)。受后期河流改造，沖洪積扇形成2級階地，被斷裂右旋走滑錯動，其中T1階地的位錯量約為2.5m，T2階地約為5.6m。鄂拉山斷裂斷錯的T1階地為全新世地層(袁道陽等，2004)，由于兩者距離較近，氣候條件相似，與之對比認(rèn)為該處T1階地的時代為全新世，因此推斷該斷裂為全新世活動斷裂。

2.2 英德爾康斷裂的晚第四紀(jì)活動特征

沿英德爾康斷裂進(jìn)行活動斷裂地質(zhì)調(diào)查、無人機(jī)測圖等，發(fā)現(xiàn)斷裂晚第四紀(jì)活動的剖面證據(jù)，且地貌線性特征顯著，多條沖溝及地質(zhì)地貌體發(fā)生右旋位移。

2.2.1 農(nóng)場(S3點(diǎn))

S3點(diǎn)位于英德爾康農(nóng)場附近(圖3a)，該處位于都蘭盆地東緣的盆山邊界部位，沉積物主要為沖洪積扇及后期黃土堆積，并形成沙漠地貌，受后期河流侵蝕切割形成多級河流階地。遙感影像顯示，斷裂經(jīng)過的位置線性特征顯著。在支溝的二級階地中發(fā)現(xiàn)斷層剖面，斷層表現(xiàn)為走滑性質(zhì)，兼具傾滑運(yùn)動分量，產(chǎn)狀為345°/NEE∠70°(圖8b)，斷層兩側(cè)的薄礫石層和細(xì)砂層為明顯標(biāo)志層，被斷層錯斷。剖面分層描述如下：

①表層腐殖土覆蓋層，含有草根，厚約10cm；

②粉細(xì)砂層，斷層兩側(cè)均有分布，東側(cè)呈灰黃色，硬度大，膠結(jié)較好，中間夾一較大礫石；

③中間夾的薄礫石層，厚度不連續(xù)，較薄，約為5cm，礫石粒徑較小，分選中等，磨圓較差；

④灰白色粗砂層，較松散，分選磨圓較好；

⑤標(biāo)志礫石層，分選磨圓較差，厚10～15cm，斷層兩側(cè)的厚度有一定差異，東側(cè)層間夾個別較大礫石；

⑥標(biāo)志礫石層下較厚的灰白色粗砂層，較松散，分選磨圓較好，層理不明顯；

⑦沖溝礫石層，分選磨圓較差，粒徑為3～5cm，有個別較大礫石，粒徑可達(dá)約15cm，有一定水平層理，厚度較大，層⑥與層⑦為侵蝕接觸。

圖8 英德爾康斷裂S3點(diǎn)的晚第四紀(jì)斷裂剖面圖Fig. 8 Fault section at site S3 of Yingdeerkang Fault in late Quaternary.

2.2.2 克措(S4點(diǎn))

圖9 英德爾康斷裂S4點(diǎn)無人機(jī)航拍的DEM與地貌特征圖Fig. 9 DEM generated from SfM by UAVs at site S4 of Yingdeerkang Fault and geomorphological photos of the fault.

圖10 柴達(dá)木盆地東緣的三維構(gòu)造模型簡圖Fig. 10 Diagram of three-dimensional structural model of eastern margin of Qaidam Basin.

以上遙感解譯、野外地質(zhì)調(diào)查等結(jié)果表明，夏日哈斷裂帶是一條NW走向的全新世活動斷裂，以右旋走滑運(yùn)動為主，可能存在少量傾滑分量。

3 討論

新生代以來，印度板塊與歐亞板塊的持續(xù)碰撞會聚作用不僅導(dǎo)致了青藏高原的隆升，而且使高原及鄰區(qū)地殼強(qiáng)烈變形(Tapponnieretal.，1977; Molnaretal.，1978)。青藏高原東北緣作為高原向N擴(kuò)展的前緣，其構(gòu)造變形主要表現(xiàn)為NE向地殼縮短、塊體向E擠出和順時針旋轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)印度與歐亞板塊的會聚變形(張培震等，2003； Zhangetal.，2004)。在NE向擠壓作用下，東北緣塊體內(nèi)部發(fā)育2條NNW向的次級右旋走滑斷裂，即鄂拉山斷裂和日月山斷裂(袁道陽等，2004)，這2條斷裂可進(jìn)一步將東北緣塊體分為多個次級活動塊體(圖1)。

鄂拉山斷裂和東昆侖斷裂所夾持的次級塊體位于青藏高原東北緣的最西側(cè)，主要由柴達(dá)木盆地組成。已有觀測數(shù)據(jù)表明，作為柴達(dá)木次級塊體的邊界斷裂，東昆侖斷裂的滑動速率遠(yuǎn)大于鄂拉山斷裂(van der Woerdetal.，2000； Tapponnieretal.，2001； 王敏等，2003； Kirbyetal.，2007； 李陳俠等，2011； Lovelessetal.，2011； Yuanetal.，2011； 葛偉鵬等，2013； Renetal.，2013； 簡慧子等，2020)。因此，在斷裂不同滑動速率的影響下，該塊體在運(yùn)動學(xué)上應(yīng)表現(xiàn)出順時針 “旋轉(zhuǎn)”特征，這與晚新生代以來柴達(dá)木盆地旋轉(zhuǎn)變形的模式(Wangetal.，2004)具有一致性。同時，鄂拉山斷裂發(fā)生右旋走滑運(yùn)動，東昆侖斷裂發(fā)生左旋走滑運(yùn)動，這導(dǎo)致柴達(dá)木次級塊體還具有NW向的運(yùn)動趨勢(圖10)，但柴達(dá)木次級塊體的這種旋轉(zhuǎn)擠出機(jī)制與剛性塊體的擠出模式明顯不同，屬于塊體內(nèi)部變形。在這種變形方式下，位于柴達(dá)木盆地東緣的都蘭地區(qū)處于應(yīng)力集中的端部(圖10)，構(gòu)造變形更為復(fù)雜。已有研究表明，新發(fā)現(xiàn)的熱水-桃斯托河斷裂位于都蘭地區(qū)的南側(cè)，走向近EW，可能是受東昆侖斷裂影響在都蘭南部形成的次級分支斷裂，吸收或轉(zhuǎn)換該塊體的剪切應(yīng)力(李智敏等，2020)。本研究發(fā)現(xiàn)的夏日哈斷裂帶走向NW，表現(xiàn)為右旋走滑運(yùn)動，其運(yùn)動學(xué)機(jī)制可能與熱水-桃斯托河斷裂相似，是與鄂拉山斷裂平行的次級斷裂，與左旋走滑的熱水-桃斯托河斷裂共同調(diào)節(jié)柴達(dá)木塊體的旋轉(zhuǎn)擠出變形(圖10)。

4 結(jié)論

(1)夏日哈斷裂帶位于柴達(dá)木盆地東緣，主要由2條近平行的NW向斷裂組成，分別為夏日哈斷裂和英德爾康斷裂，為晚更新世—全新世右旋走滑斷裂。

(2)受東昆侖斷裂和鄂拉山斷裂控制的柴達(dá)木塊體具有向NW旋轉(zhuǎn)擠出運(yùn)動的趨勢，在此構(gòu)造背景下，右旋走滑的夏日哈斷裂與左旋走滑的熱水-桃斯托河斷裂共同調(diào)節(jié)塊體端部的旋轉(zhuǎn)擠出變形。

致謝本研究的野外工作得到了中國地震局地震預(yù)測研究所田勤儉研究員、應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院張世民研究員、陜西省地震局馮希杰研究員的指導(dǎo)，在此表示衷心感謝!