天景山斷裂帶晚第四紀(jì)左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率確定及其空間分布特征

董金元, 羅全星, 李新男, 李傳友, 楊會(huì)麗, 任光雪

中國(guó)地震局地質(zhì)研究所, 地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100029

大型走滑斷裂的滑動(dòng)速率是認(rèn)識(shí)和理解青藏高原形成、演化和擴(kuò)展方式的關(guān)鍵(Cowgill et al.,2009), 也是進(jìn)行地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的重要參數(shù)(鄧起東等, 2004)。天景山斷裂帶是青藏高原、鄂爾多斯塊體和阿拉善塊體之間重要的邊界斷裂, 也是公元1709 年中衛(wèi)南7.5 級(jí)地震的發(fā)震斷裂(圖1)。前人對(duì)天景山斷裂帶滑動(dòng)速率的研究已經(jīng)開(kāi)展了大量工作,包括十年尺度的GPS 觀測(cè)(Gan et al., 2007; Li Y C et al., 2017; Wang et al., 2017; Li et al., 2019)、千年-萬(wàn)年尺度的地貌測(cè)量和第四紀(jì)定年(汪一鵬等, 1990;柴熾章等, 1997; 李傳友, 2005; 尹功明等, 2013; 張維岐等, 2015; Li X N et al., 2017, 2019)、以及百萬(wàn)年尺度的地質(zhì)體界線的限定等。Li et al.(2019)對(duì)天景山斷裂帶的滑動(dòng)速率從GPS 觀測(cè)、地貌位錯(cuò)測(cè)量與第四紀(jì)定年和古地震等多個(gè)方面進(jìn)行了重新限定,認(rèn)為天景山裂帶的左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率在晚第四紀(jì)以來(lái)比較穩(wěn)定, 約為1.2 mm/a。但是, Li X N et al.(2017, 2019)通過(guò)地貌位錯(cuò)測(cè)量與第四紀(jì)定年獲得斷裂運(yùn)動(dòng)速率的三個(gè)研究點(diǎn)在空間上間隔較遠(yuǎn), 其獲得的運(yùn)動(dòng)速率是否能夠代表整個(gè)天景山斷裂帶西段和中段的左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率, 則需要更多工作的驗(yàn)證與補(bǔ)充。如果Li X N et al.(2017, 2019)三個(gè)研究點(diǎn)之間的斷裂運(yùn)動(dòng)速率較高, 例如為2～5 mm/a(汪一鵬等, 1990; 李傳友, 2005; 尹功明等, 2013),那么天景山斷裂帶的左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率表現(xiàn)為由中間向東西兩側(cè)逐漸遞減的空間分布特征。如果Li X N et al.(2017, 2019)三個(gè)點(diǎn)之間的斷裂運(yùn)動(dòng)速率在1.2 mm/a 左右, 則表明天景山斷裂帶晚第四紀(jì)運(yùn)動(dòng)速率在空間分布上比較穩(wěn)定。為了確定天景山斷裂帶的空間分布特征, 我們?cè)诳拷炀吧綌嗔褞е虚g位置的黃河?xùn)|西兩側(cè)各選擇一個(gè)典型斷錯(cuò)地貌觀察點(diǎn), 通過(guò)差分GPS 和無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)斷錯(cuò)地貌標(biāo)志物的位移量進(jìn)行精確測(cè)量與恢復(fù), 并利用光釋光測(cè)年手段對(duì)被斷錯(cuò)地貌面年齡進(jìn)行限定,給出了兩個(gè)點(diǎn)晚第四紀(jì)運(yùn)動(dòng)速率。通過(guò)對(duì)前人研究結(jié)果進(jìn)行分析與對(duì)比, 進(jìn)一步探討天景山斷裂帶晚第四紀(jì)運(yùn)動(dòng)速率的空間分布特征以及活動(dòng)習(xí)性。

1 構(gòu)造背景

天景山斷裂帶是青藏高原與鄂爾多斯塊體、阿拉善塊體之間一條重要的邊界斷裂, 其南側(cè)為海原斷裂, 北側(cè)為煙筒山斷裂和牛首山斷裂, 共同構(gòu)成了向北東方向突出的弧形構(gòu)造帶(張維岐等, 1988,2015; 汪一鵬等, 1990; 柴熾章等, 1997; 李新男和李傳友, 2015; 李新男等, 2016; Li X N et al., 2017,2019; 圖1A)。天景山斷裂帶西起甘肅景泰小紅山附近, 向東經(jīng)甘塘、孟家灣、雙井、終止于寧夏同心附近, 全長(zhǎng)240 余km(張維岐等, 2015; Li X N et al., 2017, 2019; 圖1A)。根據(jù)斷裂走向、運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和地震活動(dòng)歷史的不同, 斷裂帶可以劃分為四個(gè)段落, 自西向東依次為: 西段、中段、東段和東南段(張維岐等, 2015; Li X N et al., 2017, 2019; 圖1B)。斷裂帶在西段和中段表現(xiàn)為近東西走向, 在東段和東南段則逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟蠔|向和近南北走向, 運(yùn)動(dòng)性質(zhì)自西向東由左旋走滑逐漸向逆-左旋走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì)轉(zhuǎn)變, 在其最東端最終轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅鏇_運(yùn)動(dòng)性質(zhì)為主(閔偉和鄧起東, 1991; Li et al., 2019)。天景山斷裂帶西段最近一次的古地震事件發(fā)生在距今1200 年以前(Li X N et al., 2017), 而中段最新一次地震發(fā)生的時(shí)間為公元1709 年(閔偉等, 2001), 東段和東南段的古地震活動(dòng)歷史不清楚。

天景山斷裂帶形成于早古生代加里東運(yùn)動(dòng)中晚期(寧夏回族自治區(qū)地礦局, 1990)。該斷裂新生代及古近紀(jì)以前表現(xiàn)為較強(qiáng)烈的疊瓦狀向北逆沖活動(dòng);大致從早更新世末或中更新世初開(kāi)始, 斷裂由強(qiáng)烈的逆沖擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)槟?左旋或正-左旋走滑活動(dòng)方式(國(guó)家地震局地質(zhì)研究所和寧夏回族自治區(qū)地震局,1990; 田勤儉等, 2001; 陳國(guó)星等, 2006; 李新男等,2016)。在空間上, 該斷裂帶表現(xiàn)為自東向西不斷側(cè)向擴(kuò)展的形成演化模式, 即斷裂早期的疊瓦狀逆沖主要集中在中東段, 晚期的左旋走滑活動(dòng)逐漸擴(kuò)展到了整個(gè)西段(李新男等, 2016)。天景山斷裂帶西段發(fā)育在上新世和第四系構(gòu)成的小山包前緣; 中段南盤主要為中寒武統(tǒng)、中—下奧陶統(tǒng)、泥盆系、石炭系和新近系構(gòu)成的基巖山區(qū), 北盤為上更新統(tǒng)或全新統(tǒng)風(fēng)積、坡積和沖洪積礫石層; 東段和東南段上盤主要為古生界灰綠色變質(zhì)砂巖和古近系、新近系桔紅色礫巖構(gòu)成的基巖山區(qū), 下盤則為全新統(tǒng)沖、洪積砂礫石和黏土構(gòu)成的清水河盆地。斷裂帶地貌整體上為南高北低, 東高西低。

2 天景山斷裂晚第四紀(jì)滑動(dòng)速率確定

2.1 孟家灣點(diǎn)(Site 1)

孟家灣點(diǎn)位于天景山斷裂帶中段黃河以西約4.5 km(圖1B), 斷層斷錯(cuò)晚第四紀(jì)的沖洪積扇, 并在地貌上形成明顯的線性斷層陡坎(圖2A)。晚第四紀(jì)山前沖洪積扇主要由下部灰綠色棱角狀或次棱角狀磨圓度差的礫石和上部厚約1 m 的黃土組成。沖洪積扇面較平坦, 整體向北傾斜。流水下切作用在沖洪積扇面上形成一系列小型沖溝(AA′和BB′), 并在跨過(guò)斷層陡坎的位置同步發(fā)生左旋位錯(cuò)(圖2A, B, C)。沖溝規(guī)模越大, 即長(zhǎng)度越長(zhǎng)、寬度越寬、深度越深,代表沖溝形成的時(shí)代越老, 累積的水平位移量則越大。在孟家灣觀察點(diǎn), 野外利用實(shí)時(shí)差分GPS 對(duì)沖溝位錯(cuò)點(diǎn)的地貌特征進(jìn)行了精細(xì)測(cè)量, 生成了等高線間距為0.5 m 的地形圖, 并繪制斷層跡線(圖2C)。以沖溝中心線和西岸作為標(biāo)志, 通過(guò)對(duì)斷層兩側(cè)沖溝上下游進(jìn)行恢復(fù), 分別獲得沖溝AA′和BB′的水平位移量為(15.2±5) m 和(4.9±1) m(圖2E, F)。其中較小沖溝BB′的左旋位移量與公元1709 年中衛(wèi)南7.5 級(jí)地震的平均左旋水平位移量(張維岐等, 1988)相當(dāng),可能代表了該次地震的同震位移。較大沖溝AA′的左旋位移量則代表多次地震活動(dòng)的累積位移量。

圖1 天景山斷裂帶區(qū)域地震構(gòu)造圖(GPS 數(shù)據(jù)來(lái)自Gan et al., 2007)Fig. 1 Regional seismic tectonic map of Tianjingshan fault zone (GPS data after Gan et al., 2007)

為了限定沖溝形成時(shí)代, 我們?cè)谇叭碎_(kāi)挖探槽中靠近黃土層頂部位置采集了一個(gè)光釋光測(cè)年樣品,并經(jīng)過(guò)室內(nèi)前處理和采用細(xì)顆粒石英簡(jiǎn)單多片再生法(王旭龍等, 2005; Yang et al., 2012)獲得其年齡為(9.5±0.6) ka BP(表1; 圖2D)。汪一鵬等(1990)利用14C 測(cè)試手段獲得該層黃土中部的沉積年齡為(13 110±160) a。上述兩個(gè)年齡符合地質(zhì)上物質(zhì)沉積的“下老上新”原則。如果沖溝AA′的開(kāi)始形成時(shí)間晚于沖洪積扇上黃土層頂部的沉積年齡, 利用沖溝AA′的左旋走滑位移量(15.2±5) m 除以黃土層頂部的沉積年齡, 得到斷層在該點(diǎn)的平均左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率為(1.6±0.4) mm/a。如果沖溝的開(kāi)始形成時(shí)間早于沖洪積扇黃土層頂部的沉積年齡, 并稍晚于沖洪積扇礫石層的廢棄時(shí)間; 或沖溝開(kāi)始形成的時(shí)間處于黃土層沉積過(guò)程中, 那么利用沖溝AA′的左旋走滑位移量(15.2±5) m 除以黃土層中部的14C 年齡(13 110±160) a, 得到斷層在該點(diǎn)的平均左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率為(1.2±0.3) mm/a。前人在天景山斷裂中段的古地震研究結(jié)果顯示該段最近四次古地震的時(shí)間分別為公元1709 年、(5450±238) a BP、(8850±350) a BP和(13 150±763) a BP(閔偉等, 2001), 結(jié)合 Li et al.(2019)在天景山斷裂中段獲得的沖溝位移分布特征, 沖溝AA′的左旋走滑位移量大致等于三次古地震事件的累積位移量, 即沖溝形成時(shí)間應(yīng)介于(8850±350) a BP 和(13150±763) a BP 之間, 所以第二種情況獲得的該點(diǎn)平均左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率(1.2±0.3) mm/a 更接近斷裂真實(shí)的運(yùn)動(dòng)速率。

2.2 崾峴溝點(diǎn)(Site 2)

崾峴溝點(diǎn)位于天景山斷裂帶中段黃河以東約19 km(圖1B), 斷層在部分段落構(gòu)成寒武紀(jì)地層與第四紀(jì)地層之間的接觸界限, 在其他段落錯(cuò)斷了第四紀(jì)沖洪積扇及河流階地(圖3A, B, C)。第四紀(jì)河流階地主要由上下兩部分組成, 即下部灰綠色棱角狀或次棱角狀磨圓度差的礫石層和上部厚0.1～0.2 m 的黃土(圖3D, E)。通過(guò)對(duì)Google Earth 遙感影像進(jìn)行分析, 并結(jié)合無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)生成的等高線圖,我們對(duì)該位置的斷錯(cuò)地貌進(jìn)行了詳細(xì)的解譯和測(cè)量工作(圖3C)。在崾峴溝觀察點(diǎn), 一條規(guī)模較大的沖溝由南向北流, 沖溝左側(cè)河岸較為平直, 右岸則形成一系列不同高度和寬度的河流階地。河流階地自下而上, 從新到老一共可以分為4 級(jí), 分別為T1、T2、T3/T3′和T4(圖3C), 這些河流階地在斷層兩側(cè)的保存程度不盡相同。其中T1 和T2 階地保存最為完整, T1/T2 階地陡坎還保留著公元1709 年中衛(wèi)南7.5 級(jí)地震的同震位移量, 約為4.6 m(圖3B, C)。T3和T3′階地之間高差不大, 都只保留在斷裂南側(cè), 即保留在上游河段東側(cè), 它們的總寬度約為15.9 m。T4 階地拔河高度最高, 表面較為平坦, 在斷層南北兩側(cè)都有保留。以上游T3′/T4 以及下游T2/T4 的階地陡坎上下邊緣為標(biāo)志線, 測(cè)量T4 階地的左旋水平位移量分別為 17.6 m 和 14.5 m, 平均值為(16.1±1.5) m。

為了限定T4 階地水平位移量的開(kāi)始累積時(shí)間,我們?cè)赥4 和T3 階地上各清理了一個(gè)采樣剖面并采集光釋光測(cè)年樣品, 其中T4 上采集的樣品XTF-14巖性為粉砂, T3 上采集的樣品XTF-14 為黃土。經(jīng)室內(nèi)前處理和采用細(xì)顆粒石英簡(jiǎn)單多片再生法獲得T4 和T3 階地的廢棄年齡分別為(31.2±2.4) ka BP 和(26.0±1.5) ka BP(表1; 圖3D, E), 其中T4 的年齡樣品由于是粉砂, 可能存在沉積埋藏前光曬退不完全的情況, 使得到的年齡高于真實(shí)年齡, 從而使滑動(dòng)速率低估。根據(jù)T4 年齡得到的速率是該點(diǎn)左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率的下限, 年齡的高估會(huì)使得下限速率偏低, 但不影響根據(jù)T3 年齡獲得的該點(diǎn)左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率的上限, 在計(jì)算滑動(dòng)速率時(shí)我們采用(31.2±2.4) ka BP 近似代表T4 的廢棄年齡。T4 和T3階地的時(shí)間間隔約為5 ka, 約等于天景山斷裂帶中段的地震復(fù)發(fā)周期, 所以T4 階地的左旋走滑位移量開(kāi)始累積時(shí)間要晚于 T4 階地的廢棄時(shí)間(31.2±2.4) ka BP, 早于T3 階地的廢棄時(shí)間。利用T4 與T3′和T2 之間階地陡坎的平均左旋走滑位移量(16.1±1.5) m 除以T4 和T3 階地的廢棄年齡, 得到斷裂在該點(diǎn)的左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率介于(0.5±0.1) mm/a 和(0.6±0.1) mm/a 之間。值得注意的是, T1-T4 階地位于河道的東岸, 受斷裂左旋走滑作用的影響, 斷層北側(cè)即河流下游一側(cè)階地被錯(cuò)入河道會(huì)受到后期侵蝕, 使階地保留不完整, 并進(jìn)一步導(dǎo)致現(xiàn)今觀察到的T4 階地左旋走滑位移量小于真實(shí)值。為了獲得T4 階地形成后更為真實(shí)的左旋走滑位移量, 我們對(duì)崾峴溝點(diǎn)的河流地貌演化過(guò)程進(jìn)行了細(xì)致的分析和恢復(fù)工作(圖4)。首先, 考慮到T4 階地的廢棄年齡(31.2±2.4) ka BP, 并結(jié)合閔偉等(2001)獲得的天景山斷裂帶中段的古地震活動(dòng)歷史以及平均復(fù)發(fā)周期5 ka, 可以判斷T4 階地形成之后至少經(jīng)歷過(guò) 6 次古地震事件。其次, 利用 Li et al.(2019)給出的天景山斷裂帶中段位移分布特征,可以獲得每次地震事件的同震水平位移量, 從新到老分別為4.6 m、6.2 m、5.1 m、3.1 m、5.4 m 和5 m。我們的模型較好地恢復(fù)了T4 階地形成以來(lái)崾峴溝點(diǎn)的地貌演化過(guò)程、地震活動(dòng)歷史以及每次古地震事件的同震水平位移量, 并認(rèn)為T4 階地形成以來(lái)的累積左旋走滑位移量約為(29.4±6) m(圖4)。將模型反演獲得T4 階地的位移量29.4 m 分別除以T4和T3 階地的廢棄年齡, 得到斷裂在該點(diǎn)的左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率介于(0.9±0.3) mm/a 和(1.1±0.2) mm/a 之間。

圖3 崾峴溝點(diǎn)河流階地位錯(cuò)特征Fig. 3 Characteristics of the offset terraces at Yaoxiangou

圖4 崾峴溝點(diǎn)河流階地位錯(cuò)恢復(fù)及地貌演化圖(E1～E5 代表古地震事件)Fig. 4 Geomorphological evolution model of the fluvial terraces at Yaoxiangou (E1～E5 representing paleoseismic events)

表1 光釋光樣品測(cè)年數(shù)據(jù)Table 1 OSL dating data

3 天景山斷裂帶滑動(dòng)速率空間分布特征及斷裂活動(dòng)習(xí)性

通過(guò)對(duì)孟家灣和崾峴溝兩個(gè)研究點(diǎn)沖溝或河流階地的位錯(cuò)量進(jìn)行測(cè)量和對(duì)斷錯(cuò)地貌面進(jìn)行光釋光年齡測(cè)定, 獲得天景山斷裂帶中段晚第四紀(jì)左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率約為(1.1±0.2) mm/a。關(guān)于孟家灣觀察點(diǎn), 李傳友(2005)曾利用張維歧等(2015)通過(guò)平板儀測(cè)量的同一條沖溝(AA′)的水平位移量21 m 和該點(diǎn)附近探槽中的14C 樣品年齡(13 500±216) a BP,估算出該點(diǎn)的左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率下限約為(1.56±0.02) mm/a。同時(shí), 李傳友(2005)采用張維歧等(2015)沖溝的劃分方案, 利用孟家灣C 級(jí)沖溝(AA′)的水平位移量和向東40 km 的紅谷梁C 級(jí)沖溝I 級(jí)階地的開(kāi)始堆積年齡(5065±137) a BP, 限定斷裂在孟家灣點(diǎn)的左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率的上限為(4.15±0.11) mm/a。張維歧等(2015)的沖溝分級(jí)方案主要根據(jù)沖溝的長(zhǎng)度和位移量進(jìn)行劃分, 但長(zhǎng)度和位移量相近的沖溝形成時(shí)代可能相差數(shù)千年。例如,形成于同一個(gè)地震周期內(nèi), 靠近周期開(kāi)始和結(jié)束時(shí)的兩條沖溝可以累積相同的位移量, 但形成時(shí)間上相差約一個(gè)地震周期, 對(duì)天景山斷裂帶中段來(lái)說(shuō)可能相差5000 a。所以, 李傳友(2005)通過(guò)該孟家灣點(diǎn)獲得的斷裂滑動(dòng)速率上限過(guò)于偏大, 而滑動(dòng)速率下限(1.56±0.02) mm/a略微偏大, 一是由于通過(guò)平板儀測(cè)量獲得的沖溝位移量存在較大誤差, 二是沒(méi)有充分考慮沖溝形成時(shí)間和14C 樣品所在黃土層沉積過(guò)程的可能先后關(guān)系。尹功明等(2013)在考慮沙坡頭水動(dòng)力條件對(duì)河岸侵蝕和堆積作用過(guò)程影響的情況下, 提出了恢復(fù)黃河受天景山斷裂帶左旋走滑作用影響而產(chǎn)生的位移量的新方法。尹功明等(2013)利用該方法推測(cè)黃河在沙坡頭的左旋走滑位移量約為880 m, 明顯小于黃河支流崾峴子溝和石喇叭溝跨過(guò)天景山斷裂的左旋走滑位移量 1370 m 和1530 m (張維岐等, 1988)。一方面, 該方法在推測(cè)黃河下游河道具體位置, 河道寬度方面存在較大不確定性。另一方面, 該方法利用黃河下游T3 階地年齡～170 ka BP 代表黃河左旋走滑位移的開(kāi)始累積時(shí)間,明顯比黃河在沙坡頭斷裂南側(cè)最高階地年齡(712±75) ka BP (Voinchet et al., 2013)要年輕。因此,尹功明等(2013)給出的天景山斷裂帶～170 ka 以來(lái)的左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率最大值5.18 mm/a 明顯過(guò)大。再向東, 汪一鵬等(1990)利用紅谷梁和堿溝之間6 條C 級(jí)沖溝的平均水平位移量38.2 m 和估算的沖溝一級(jí)階地底部的大致沉積年齡12 000 a, 給出了斷裂在紅谷梁點(diǎn)的平均左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率3.18 mm/a。沖溝一級(jí)階地的形成時(shí)代可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于沖溝開(kāi)始累積位移的時(shí)間, 從而導(dǎo)致推測(cè)的斷裂滑動(dòng)速率偏大。李傳友(2005)利用張維歧等(2015)在堿溝和雙井之間實(shí)測(cè)的8 條C 級(jí)沖溝的平均水平位移量(3 7.9±2.6 5) m 和紅谷梁一級(jí)階地年齡(5065±137) a BP 以及該點(diǎn)以西約40 km 的孟家灣點(diǎn)的一級(jí)沖洪積臺(tái)地年齡(13500±216) a BP, 估算了斷裂在紅谷梁點(diǎn)的平均左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率為(2.81±0.2)～(7.48±0.56) mm/a。前已述及, 對(duì)沖溝進(jìn)行級(jí)別劃分并用于計(jì)算斷層運(yùn)動(dòng)速率, 以及將相距非常遠(yuǎn)的不同地貌標(biāo)志物的年齡進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)使得獲得的斷裂滑動(dòng)速率存在較大誤差。Li et al.(2019)利用最新的無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量方法測(cè)量出紅谷梁點(diǎn)的T3/T2 河流階地陡坎位錯(cuò)量為(20.9±1) m, 并限定出T3 河流階地的廢棄年齡為(22.9±1.8) ka, 由此得到斷裂在紅谷梁點(diǎn)的平均左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率的最小值約為(0.9±0.1) mm/a。本次研究工作獲得的孟家灣和崾峴溝點(diǎn)斷裂晚第四紀(jì)左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率與Li X N et al.(2017, 2019)得到的運(yùn)動(dòng)速率相一致, 表明以左旋走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì)為主的天景山斷裂帶西段和中段運(yùn)動(dòng)速率在空間上變化不明顯, 比較穩(wěn)定(圖5)。走滑斷裂滑動(dòng)速率分布特征可以簡(jiǎn)單分為兩類:(1)沿?cái)嗔炎呦蚧瑒?dòng)速率逐漸遞減; (2)在斷裂主體段落滑動(dòng)速率比較穩(wěn)定, 水平運(yùn)動(dòng)速率在斷裂端部會(huì)以縮短或拉張變形予以調(diào)節(jié)和吸收。關(guān)于第一種情形, 以阿爾金斷裂帶為代表, 其水平滑動(dòng)速率自西向東不斷減小(Wallace et al., 2004; Zhang et al., 2007;Cowgill et al., 2009; Zheng et al., 2013)。關(guān)于第二種情形, 以海原斷裂帶為代表, 斷裂水平運(yùn)動(dòng)速率在景泰和海原之間約200 km 長(zhǎng)的主體段落上比較穩(wěn)定,約為(4.5±0.5) mm/a(何文貴等, 1994; Li et al., 2009;劉金瑞等, 2018), 而在靠近斷裂東端部的位置其左旋走滑位移被橫跨六盤山的地殼縮短變形予以吸收(Zheng et al., 2013)。此外, 富蘊(yùn)斷裂帶主體段落的活動(dòng)習(xí)性具有明顯的特征滑動(dòng)行為(Klinger et al.,2011), 即在80 多km 的主體段落上每次地震的同震水平位移量在空間上分布比較穩(wěn)定, 在6 m 左右,這也表明該段斷裂的長(zhǎng)期平均水平滑動(dòng)速率比較穩(wěn)定。富蘊(yùn)斷裂帶在其東南端開(kāi)始表現(xiàn)出同震水平位移量減小的趨勢(shì)(Klinger et al., 2011), 可能意味著運(yùn)動(dòng)速率也隨之減小, 部分右旋剪切位移被端部的逆沖縮短變形所吸收。天景山斷裂帶, 其主體段落西段和中段的左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率在空間上變化不明顯, 比較穩(wěn)定, 約為(1.1±0.2) mm/a。在斷裂東端部,即東段和東南段, 左旋走滑位移被橫跨廟山斷褶帶的逆沖縮短變形所吸收(閔偉和鄧起東, 1991)。同時(shí),天景山斷裂帶西段和中段的活動(dòng)行為可能類似于富蘊(yùn)斷裂帶主體段落的活動(dòng)行為, 具有特征滑動(dòng)的行為特征(李新男和李傳友, 2015; Klinger et al., 2011;Li X N et al., 2017)。此外, 天景山斷裂帶和海原斷裂帶在深部收斂合并成一條剪切帶(Gao et al.,2013), 共同調(diào)節(jié)青藏高原東緣地區(qū)的左旋走滑和地殼縮短, 但海原斷裂帶作為主邊界斷裂起到主要調(diào)節(jié)作用, 天景山斷裂帶對(duì)該地區(qū)的構(gòu)造變形則起著次一級(jí)的調(diào)節(jié)和控制作用。相比海原斷裂帶(4.5±0.5) mm/a 相對(duì)較高的滑動(dòng)速率, 天景山斷裂帶調(diào)節(jié)了青藏高原東北緣與阿拉善地塊之間20%的左旋滑動(dòng)。

圖5 天景山斷裂帶滑動(dòng)速率空間分布圖Fig. 5 Spatial distribution pattern of slip rate along Tianjingshan fault zone

4 結(jié)論

本次研究工作通過(guò)對(duì)天景山斷裂帶中段孟家灣和崾峴溝兩個(gè)點(diǎn)的水平運(yùn)動(dòng)速率開(kāi)展研究, 確定了天景山斷裂帶左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率的空間分布特征。利用差分GPS 和無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)精確測(cè)量了孟家灣和崾峴溝點(diǎn)沖溝和河流階地的水平位移量, 通過(guò)位錯(cuò)恢復(fù)并結(jié)合對(duì)斷錯(cuò)地貌面進(jìn)行光釋光測(cè)年, 獲得了孟家灣和崾峴溝兩個(gè)點(diǎn)的晚第四紀(jì)平均左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率, 分別為(1.2±0.3) mm/a 和(0.9±0.3) mm/a ～(1.1±0.2) mm/a。通過(guò)與前人獲得的運(yùn)動(dòng)速率進(jìn)行對(duì)比和分析,認(rèn)為天景山斷裂帶主體左旋走滑段落, 即西段和中段的晚第四紀(jì)左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率在空間分布上比較穩(wěn)定, 約為(1.1±0.2) mm/a。

Acknowledgements:

This study was supported by National Key Research & Development Program of China (No.2017YFC1500101), Special Project for Basic Scientific Research of Institute of Geology, China Earthquake Administration (No. IGCEA1723), the Second Scientific Investigation of Tibetan Plateau (No.2019QZKK0901), and National Natural Science Foundation of China (Nos. 41590861, 41774049 and 41602224).