引用本文
刘兴旺, 袁道阳, 邹小波, 柳煜. 青藏高原北缘三危山断裂晚更新世活动特征[J]. 地震地质, 2018,40(1): 121-132.
LIU Xing-wang, YUAN Dao-yang, ZOU Xiao-bo, LIU Yu. ACTIVE CHARACTERISTICS OF THE SANWEISHAN FAULT IN THE NORTHERN MARGIN OF THE TIBETAN PLATEAU DURING LATE PLEISTOCENE[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2018,40(1): 121-132.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2018.01.010
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青藏高原北缘三危山断裂晚更新世活动特征
刘兴旺1,2, 袁道阳1,2, 邹小波1, 柳煜1
1中国地震局兰州地震研究所, 兰州 730000
2兰州地球物理国家野外科学观测研究站, 兰州 730000

〔作者简介〕 刘兴旺, 男, 1980年生, 2017年于兰州大学获第四纪地质学博士学位, 副研究员, 主要从事活动构造及构造地貌等方面的研究工作, 电话: 0931-8276713, E-mail: lxw_27@163.com。

收稿日期: 2017-11-15
基金项目: 中国地震局地震行业科研专项(201408023)、 国家自然科学基金(41402186)与甘肃省科技计划(1606RJZA093)共同资助
摘要

三危山断裂位于青藏高原北缘, 属于阿尔金断裂带向NW扩展的分支断裂, 其最新的构造活动反映了青藏高原北部地区的构造演化及地震活动特征。文中通过遥感影像解译、 野外实地调查和地质填图, 对该断裂晚第四纪构造活动特征进行了研究。结果表明, 三危山断裂发育于三危山西北麓, 长约175km, 断裂以左旋走滑为主, 兼有逆断层性质, 局部表现出正断层特征。其构造活动的地貌表现形式主要有: 基岩陡坎、 断层沟槽以及山包、 冲沟左旋等。古地震探槽开挖揭示三危山断裂主要断错晚更新世地层, 在距今(40.3±5.2)~(42.1±3.9)ka有过1次古地震活动, 为1条晚更新世活动断裂。

关键词: 三危山断裂; 晚更新世; 古地震; 青藏高原北缘
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2018)01-0121-12
ACTIVE CHARACTERISTICS OF THE SANWEISHAN FAULT IN THE NORTHERN MARGIN OF THE TIBETAN PLATEAU DURING LATE PLEISTOCENE
LIU Xing-wang1,2, YUAN Dao-yang1,2, ZOU Xiao-bo1, LIU Yu1
1 Lanzhou Institute of Seismology, China Earthquake Administration, Lanzhou 730000, China
2 Lanzhou National Observatory of Geophysics, Lanzhou Gansu 730000, China
Abstract

The Sanweishan fault is located in the northern margin of the Tibetan plateau. It is a branch of the Altyn Tagh fault zone which extends to the northwest. A detailed study on Late Quaternary activity characteristics of the Sanwei Shan Fault can help understanding the strain distribution of the Altyn Tagh fault zone and regional seismic activity and northward growth of the Tibetan plateau. Previous research on this fault is insufficient and its activity is a controversial issue. Based on satellite images interpretation, field investigations and geological mapping, this study attempts to characterize this feature, especially its activity during Late Quaternary. Trench excavation and sample dating permit to address this issue, including determination of paleoseismic events along this fault.

The results show that the Sanweishan fault is a large-scale active structure. It starts from the Shuangta reservoir in the east, extending southward by Shigongkouzi, Lucaogou, and Shugouzi, terminates south of Xishuigou, with a length of 175km. The fault trends in NEE, dipping SE at angles 50°~70°. It is characterized by left-lateral strike-slip with a component of thrust and local normal faulting. According to the geometry, the fault can be divided into three segments, i.e. Shuangta-Shigongkouzi, Shigongkouzi-Shugouzi and Shugouzi-Xishuigou from east to west, looking like a left-or right-step pattern. Plenty of offset fault landforms appear along the Sanweishan Fault, including ridges, left-lateral strike-slip gullies, fault scarps, and fault grooves. The trench study at the middle and eastern segments of the fault shows its activity during Late Pleistocene, evidenced by displaced strata of this epoch. Identification marks of the paleoearthquakes and sample dating reveal one paleoearthquake that occurred at(40.3±5.2)~(42.1±3.9)ka.

Keyword: Sanweishan Fault; Late Pleistocene; Paleoearthquake; Northern Tibetan plateau
0 引言

三危山断裂位于青藏高原北缘, 属于阿尔金断裂带向NW扩展的分支断裂(国家地震局“ 阿尔金活动断裂带” 课题组, 1992; Xiao et al., 2011; Cunningham, 2013), 距离阿尔金断裂带约50km。三危山断裂发育于三危山西侧, 构成了三危山山体与山前洪积扇的分界线, 卫星影像上线性特征明显。前人对于三危山断裂的基本特征和活动性参数研究较少, 对其活动性也存在不同的认识: 张裕明等(1989)认为三危山断裂晚更新世以来已停止活动, 为1条无强震的早、 中更新世活动断裂; 云龙等(2016a)认为断裂东段为全新世活动断裂并存在古地震事件, 但古地震事件的判定存在一定的不确定性。以往的研究对断裂整体的几何结构、 断错地貌、 断裂滑动速率和古地震特征等均未开展过系统性工作, 缺乏对断裂晚第四纪构造活动的总体认识。本文对三危山断裂开展了 1︰5万地质填图和综合研究, 在获得断裂几何学与断错地貌特征的基础上, 重点通过探槽开挖和年代学研究, 确定了断裂活动性, 获得了断裂古地震事件发生的年代。

1 构造背景

三危山断裂处于新构造时期以来以强烈坳陷为特征的地区, 称之为敦煌-瓜州坳陷区, 该下沉区南边界以醒目的阿尔金左旋活动断裂为界, 形成鲜明的盆山分界线。三危山断裂在整体下沉区却表现出明显不同于整体的新构造运动特征, 其所控制的NE向三危山隆起区在卫星影像上非常清晰。三危山又名火焰山, 海拔1i947m, 山势陡峻, 山顶多呈尖棱状。三危山隆起区主要由前震旦纪敦煌群变质岩地层组成隆起山地及低山丘陵, 第四纪地层则构成了山前略有起伏的倾斜地带及戈壁平原。三危山断裂具有对不同微地貌单元的控制作用, 多数地段构成前第四纪地层与第四纪地层的分界线, 亦构成了三危山断块隆起区与山前缓倾斜平原的分界线, 表明该断裂第四纪以来具有继承性活动特征, 其上发生过1933年安西51/4级地震(顾功叙, 1983)。

图 1 三危山断裂地质构造简图Fig. 1 Simplified geological map of the Jiuxi Basin.

阿尔金左旋走滑活动断裂总体走向NEE, 错动了老地质体以及第四纪以来的堆积物, 使昌马洪积扇体后缘沉积图像发生构造变位, 形成山体与盆地的分界线。位于敦煌-瓜州整体下沉区的三危山断裂走向与该段阿尔金断裂保持一致, 地貌上形成敦煌盆地与踏实盆地的分界线(图1); 其北侧盆地水量丰富, 多形成绿洲盆地和盐碱荒滩, 而南侧与阿尔金断裂之间多为缓倾斜的山前平原地带, 多构成戈壁砾漠景观, 水源缺乏, 人烟稀少。以三危山断裂为NW边界的三危山隆起区整体呈NEE向展布, 山体的形态明显受三危山断裂控制, 山体宽度4~10km, 长度> 150km, 海拔高度1i450~1i950m, 比高100~500m, 总体形态西高东低、 南缓北陡。山体隆起幅度相对于阿尔金断裂以南的祁连山地而言大幅度减弱, 表明该地区作为青藏高原抬升的前缘地带, 在青藏块体向N持续推挤的构造应力场中, 阿尔金断裂吸收和化解了绝大部分的构造应力, 表现在高原物质的竖向褶皱隆升以及向E的挤出(Tapponnier et al., 2001; 徐锡伟等, 2003)。三危山断裂在这种地质环境的远程影响下, 其新构造运动以来的幅度和强度大为减弱, 是青藏块体主运动作用下的被动缓冲的结果。

2 三危山断裂断错地貌特征

三危山断裂位于青藏高原北缘, 属于阿尔金断裂带东北缘的分支断裂之一, 发育于三危山西北麓(图1)。断裂东起双塔水库一带, 向SW经十工口子、 瓜洲口子、 芦草沟、 树沟子, 在敦煌经过西水沟后进入沙漠区, 形迹不再清楚。断裂长约175km, 走向65° , 倾向以SE为主, 倾角50° ~70° , 卫星影像上线性条带清晰。根据断裂的几何展布及断错地貌特征, 三危山断裂可分为3段: 东段(F4-1)双塔— 十工口子段, 长约50km; 中段(F4-2)十工口子— 树沟子段, 长约65km; 西段(F4-3)树沟子— 西水沟段, 长约60km。3条断层段呈左阶或右阶排列(图1)。断裂以左旋走滑为主, 兼有逆断层特征, 局部表现出正断层特征。沿三危山断裂考察发现其构造活动的地貌表现形式主要有: 基岩陡坎、 断层沟槽以及冲沟、 山脊左旋等断错地貌, 下面将分段介绍断裂的断错地貌特征。地貌特征是地质构造格局的基本反映, 是新构造运动作用过程中必然的规律分布(卢海峰等, 2006; 何宏林, 2011; 卢海龙等, 2012), 通过断错地貌的调查, 可以初步判断断裂的新活动性。断裂若断错最新的地貌单元(如河流低阶地、 纹沟等), 保留地表破裂带等, 都可作为断裂新活动的证据。

2.1 东段(双塔— 十工口子段)

三危山断裂东段大部分段表现为基岩陡坎(图2a), 断裂构成基岩和洪积扇的分界线, 陡坎较缓, 表现出断层三角面特征。由于断层的左旋作用, 断裂沿线保存了大量左旋断错地貌, 断层通过处冲沟、 小山丘等有明显的左旋特征。如在小苑南山, 更新统覆盖的小山包被左旋断错, 以山包中脊线为标志, 测量左旋断错量约为4.2m(图2b), 但保存地貌较老, 断距较小, 反映了断裂滑动速率偏低。在十工口子附近, 断裂形成1个宽约400m的阶区(图1), Google earth反映的断层影像十分清晰, 表现为断层基岩陡坎, 线性特征明显, 大部分断层段发育于基岩与洪积扇之间, 年轻洪积扇上很少有断层存在的迹象, 只有在较老的洪积扇面上有断层活动的特征。十工口子以东, 相当于T2洪积阶地面上, 断层通过处冲沟发生了左旋位错, 以沟底为标志, 测量左旋断错量约为5.6m, 左旋冲沟北侧为高约30cm的反向陡坎(图2c), 本次研究中, 横跨该反向坎开挖了1个探槽, 揭露了断层最新活动的特征, 其主要特征将在下面的章节中详细叙述。前人曾在此处更老的洪积扇上开挖过探槽(云龙等, 2016a), 探槽揭示断裂为近直立的逆断层, 基岩逆冲于第四系砾石层之上(图2d), 已近地表, 但限定的古地震事件较老, 最新事件约距今40ka(云龙等, 2016a)。

图 2 三危山断裂东段断错地貌
a 戈壁店基岩断层陡坎; b 小苑南山山包左旋; c 十工口子冲沟左旋及反向陡坎; d 探槽揭示的断层剖面Fig. 2 Offset landforms at the eastern segment of the Sanweishan fault.

2.2 中段(十工口子— 树沟子段)

在断裂中段的西南湾, 山前发育1条宽约30m的大冲沟, 该冲沟西侧山前冲、 洪积扇面拔河4m, 东岸冲、 洪积扇面拔河高度约3m, 扇面上未见断层陡坎。西岸的T1阶地为冲、 洪积砂砾石组成的堆积阶地, 阶地面上发育3条小冲沟, 被断裂同步左旋错动, 以沟底为标志, 左旋位错量分别约为4.5m、 5m和6.7m。但其中2条不太典型, 左旋位错5m的冲沟则较为标准(图3a)。断层在芦草沟附近发育于基岩与中更新统洪积砾石层之间, 影像十分清晰, 地貌上以反向的沟槽为主, 构成了基岩与中更新统砾石层的界线(图3b)。三危山断裂在芦草沟煤窑附近的冲沟内出露断层剖面, 以1套深灰色的砂层为标志层, 揭示断层性质为正断层, 断裂断错至近地表位置(图3c)。剖面中共见4条挤压砾石定向排列构造面, 其中NW 2条为1组, 上陡下缓, 具交会趋势, 共同控制两者之间的砾石夹粉土层。SE 2条呈上宽下窄且交会为1条滑动面, 交会处剪切进入粉土之中, 共同控制变形带内砾石的排列特征。芦草沟NE煤窑一带1套第四纪地层以灰白色砾岩为主, 夹粉细砂的地层产状陡立, 明显是受三危山断裂活动的影响, 沿主断层可见冲沟发生4.5m的左旋位错量及第四纪地层中的正向滑动面, 但这种左旋现象不常见, 而显著的东南高西北低的断层地貌, 可见醒目的断层线崖地貌。在火焰山南侧, 断裂沿线发育断层陡坎, 陡坎高度约4.5m(图3d), 但基本是基岩陡坎, 表面覆盖很薄的第四纪沉积盖层。

图 3 三危山断裂中段断错地貌
a 西南湾冲沟左旋; b 芦草沟断层沟槽; c 芦草沟断层剖面; d 东水沟断层陡坎Fig. 3 Offset landforms at the middle segment of the Sanweishan fault.

2.3 西段(树沟子— 西水沟段)

断裂西段树沟子一带断层SE侧为基岩裸露的三危山隆起山地, 沿山脚一线形成宽5m, 长约1.6km的第四纪线状台地(图4a), 再向SW过渡为缓倾斜的砾石平原。该线状台地上植被丰富, 地表虽盐碱化, 但松软, 从部分冲沟切割出的岩性分析, 主要为含细角砾的粉砂土, 下部为较固结的砾石层, 其中含细角砾的粉土层松散。该台地高出山前斜坡地带约10m左右, 延伸形态呈线状分布, 明显顺断层展布, 发育于南侧山地的冲沟在该台地坎下发生左旋错动。缓倾斜山前戈壁滩上植被稀少, 可以排除该台地为人工堆积的可能性, 该线状台地为三危山断裂活动的产物。断层上盘地下水位抬升, 导致植被茂盛, 易于在该地带形成松散物质尤其是风积物质的堆积, 由此形成了现今的微地貌特征。在蚊子沟, 断层带通过处地貌上为1个断层谷地(图4b), 谷地内堆积晚更新统冲洪积砾石层。在断层穿过处, 此套地层未被断错(张裕明等, 1989), 表明断裂活动时代可能不会超过晚更新世。在三危山口子, 断层沿着三危山边基岩展布, 构成基岩山和山前洪积扇的界限, 冲沟内发育低阶地, 断错中更新统砾石层, 形成破碎带, 但未见断错晚更新统砾石层。沿该点向NE追索, 有冲沟左旋25m左右(图4c)。部分地段断层穿行于青灰色基岩中, 滑动面上由勺状挤压滑动凹槽判断三危山断层上盘由SE向NW逆冲, 具有左旋走滑分量, 但以逆冲方式占主导。向NE追索断层上盘为浅肉红色花岗闪长岩, 下盘为土黄色砾岩、 粉砂岩, 相当于中更统酒泉组, 在断层的NW侧其产状为330° ∠50° ~55° , 受到明显的掀斜作用。该岩性在断层NW侧断续发育, 构成低山丘陵地貌, 断层地貌明显, 具线状负地形。沿断层发育的垂直现代小冲沟、 小扇体形态完整, 反映在断层下盘堆积环境多变的地段, 断层新活动未影响到最新沉积物。三危山断裂经过最西端的西水沟后由于风积砂的掩盖, 其形迹不清。西水沟两侧均可见壮观的断层面, 以及西水沟NE侧显示线性地貌, 西水沟北侧发育于早更新世玉门砾岩中的断层陡坎高3~4m(图4d)。

图 4 三危山断裂西段断错地貌
a 树沟子断错陡坎; b 蚊子沟断错地貌; c 三危山口子冲沟左旋; d 西水沟断层陡坎Fig. 4 Offset landforms at the western segment of the Sanweishan fault.

表1 三危山断裂光释光样品测年数据 Table1 OSL dating results of samples from the Sanweishan fault
3 三危山断裂活动性研究

如前所述, 对于三危山断裂活动性的认识, 前人的研究是存在分歧的(张裕明等, 1989; 云龙等, 2016a), 通过航、 卫片解译和详细的野外地质调查, 发现三危山断裂沿线各级洪积扇地貌面上很少发育断层陡坎, 更没有断错较新地貌面的特征。断层多沿着山边发育, 其一侧为基岩, 一侧为山前洪积扇, 从断错地貌特征上判断, 断裂活动不是很新。在本次的研究中, 我们在断裂的中、 东段开挖了几个探槽(图1), 并采集了光释光样品, 样品的测试由浙江省中科释光检测技术研究所完成, 主要参数和结果如表1所示。探槽剖面揭示断裂主要断错晚更新世地层, 存在1期古地震事件。以下是对这些探槽剖面的分析讨论。

3.1 三危山东段探槽(TC-1)

断裂东段探槽(TC-1)位于十工口子, 发育于三危山的1条冲沟在沟口发育洪积扇, 该洪积扇下切形成2级地貌面, 其中T1阶地拔河高度约2m, T2阶地面即相当于该洪积扇面, 拔河高度约为5m, 其时代为上更新统上段。洪积扇面上发育高约30cm的反向陡坎(图2c)。TC-1横跨该反向陡坎开挖, 探槽SE侧为敦煌岩群和花岗闪长岩构成的隆升基岩山地, NW侧为山前缓倾斜平原, 构成砾漠戈壁, 探槽跨越两地貌单元的交界处。探槽长约12m, 深3~4m, 宽2.5m(图5), 揭露地层特征如下:

U1 灰褐色、 黑色敦煌群片麻岩, 片理化强烈;

U2 灰黄色砂砾石层, 砾石磨圆差, 较致密, 轻微胶结;

U3 灰黄色砂层, 厚度约15cm, 其中采集光释光样品SWSOSL-1, 其测年结果为(42.1± 3.9)kaiBP;

U4 青灰色砂砾石层, 砾石层粒径较小, 致密, 分选好, 以1套连续性较好的砂层为界可以分为上下2层, 下部U4-1层含多个砂层透镜体, 上部U4-2底部砂层光释光样品SWSOSL-2的测年结果为(36.9± 3.7)kaiBP;

U5 灰色砂层, 厚度不均匀, 靠近断层侧逐渐尖灭, 远离断层逐渐变厚, 采集光释光样品SWSOSL-3, 测年结果为(18.8± 1.3)kaiBP;

U6 灰色砾石层, 松散, 水平层理, 磨圆、 分选差, 显示冲洪积特征;

U7 淡红褐色地表冲洪积细砂层, 偶夹砾石, 厚约10cm。

剖面共揭示4条断层, 以正断层为主, 可揭露1次地震事件, 断层活动同时错断了U4-1及以下地层, 被U4-2层覆盖。断层均未断错U4-2底部砂层, 根据年代判断, 此次事件发生在(42.1± 3.9)ka BP与(36.9± 3.7)kaiBP之间。自(18.8± 1.3)kaiBP以来沉积的U5及其以上地层未发生错动, 断裂全新世以来未未曾有过活动。

图 5 三危山断裂东段探槽西壁Fig. 5 West wall of the trench at the eastern segment of the Sanweishan fault.

3.2 三危山中段截山口子探槽(TC-2)

探槽位于三危山断裂中段截山口子南约2km, 探槽开挖处位于冲沟高洪积扇面上, 拔河高度约3m, 其下还发育一级低地貌面。高洪积扇面的年代相当于上更新统上段, 其上并无断层陡坎发育; 探槽布置于基岩陡坎延伸方向上。洪积扇第四系覆盖层较薄, 厚约0.8m, 其下为前震旦系变质岩, 断层发育于基岩中, 形成宽约数m的破碎带(图6)。断层面较为陡直, 倾角70° 左右, 显示断裂可能具有走滑性质。探槽揭示的主要地层如下(图6):

U1 灰褐色、 黑色敦煌群片麻岩, 片理化强烈;

U2 灰黄色断层破碎带;

U3 灰色充填楔砂层, 顶部宽约15cm, 其内采集光释光样品SWSOSL-29, 样品年代为(40.3± 5.2)kaiBP;

U4 顶部灰色砂砾石层, 冲洪积相, 厚约0.8m, 水平层理, 未被错动。

从探槽中观察, 最新沉积的U4地层并未发生变形, 断层的活动发生在U4沉积之前。断裂活动主要断错基岩, 虽剖面显示了逆冲性质, 但断裂倾角较大, 断裂活动时在断裂附近形成了裂隙, 其间充填细砂, 之后被U4层覆盖。裂缝中沉积细砂的年代发生在断层活动之后, 根据光释光年龄, 该次地震事件发生在距今(40.3± 5.2)ka之前。

图 6 三危山断裂中段截山口子探槽东壁Fig. 6 East wall of the trench at Jieshankouzi in the middle segment of the Sanweishan fault.

3.3 三危山中段瓜州口子探槽(TC-3)

探槽位于三危山断裂中段瓜州口子附近的山前洪积扇上, 洪积扇拔河高度3~4m。探槽长约20m, 深2~3m, 宽2.5m。探槽自基岩与洪积扇接触的基岩陡坎处垂直断层方向沿洪积扇开挖。探槽开挖出的基岩与洪积扇的关系为沉积接触, 靠近基岩砾石无定向排列特征, 基岩面内也无砾石层卷入。远离基岩探槽前侧揭露的地层如下(图7):

U1 黄灰色砂砾石层, 胶结, 顶部形成张裂缝, 充填砂脉, 取光释光样品SWSOSL-24, 年代为距今(36.7± 3.6)ka;

U2 灰黄色砾石层; 分选好, 磨圆差, 砾石粒径多在1~3cm, 较致密, 顶部形成多个裂缝, 较大裂缝宽至15cm, 裂缝内填充细砂, 采集光释光样品SWSOSL-25、 SWSOSL-26, 年代分别为(21.8± 2.0)kaiBP、 (23.9± 2.3)kaiBP, 其平均年代为(22.9± 3.0)kaiBP;

U3 黄灰色砾石层, 较松散, 砾石磨圆度差, 扁平面水平或近水平, 砾石层具明显的近水平层理;

U4 淡红色地表砂层, 含砾石, 厚10~15cm;

探槽并未直接揭露断层, 剖面上存在2期裂缝, 形成于不同的沉积层位, 地层沉积特征与现今的地表较为类似, 可能代表了2个不同时期的地表, 只是不易区分。形成裂隙向下延伸都不深, 沉积细砂, 与TC-2细砂沉积特征较为类似。野外分别对2期裂缝内的细砂采集了光释光样品, 年代分别为(36.9± 3.6)kaiBP和(22.9± 3.0)kaiBP。其中, (36.9± 3.6)kaiBP与前2个探槽揭露的古地震事件年代较为一致。若裂缝的形成与地震事件有关, 则(22.9± 3.0)kaiBP可能代表了另外1次古地震事件。

图 7 三危山断裂中段瓜州口子探槽西壁Fig. 7 West wall of the trench at Guazhoukouzi in the middle segment of the Sanweishan fault.

综合3个探槽, TC-1限定的古地震事件发生在距今(42.1± 3.9)ka与(36.9± 3.7)ka之间; TC-2限定的古地震事件发生在距今(40.3± 5.2)ka之前; TC-3限定的2次古地震事件, 发生年代分别为距今(36.9± 3.6)ka和(22.9± 3.0)ka。由于未直接揭露断层, TC-3利用裂缝确定古地震事件存在一定的不确定性。裂缝的形成可能与断层活动有关, 也可能与其他外力有关, 其只能作为古地震事件可能存在的佐证, 并不能当作直接证据。因此, 在距今约(22.9± 3.0)ka发生的古地震事件需要更多的直接证据的支撑。利用古地震的逐次限定法(毛凤英等, 1995), 确定TC-1和TC-2揭露古地震事件发生在距今(40.3± 5.2)~(42.1± 3.9)ka。在三危山断裂的西段, 虽未开展探槽研究, 但根据地貌判断, 其新活动特征并不明显。榆树沟沟口冲洪积阶地的年龄约为40ka(张裕明等, 1989), 野外观察未见断错, 因此断裂活动时代也不会太新。

4 结论与讨论

综上分析, 三危山断裂发育于三危山西北麓, 长约175km, 可分为双塔— 十工口子、 十工口子— 树沟子、 树沟子— 西水沟3段。断裂以左旋走滑为主, 兼有逆断层性质, 局部表现出正断层特征。其构造活动的地貌表现形式主要有: 基岩陡坎、 断层沟槽以及山包、 冲沟左旋等断错地貌。古地震探槽开挖揭示三危山断裂主要断错晚更新世地层, 在距今(40.3± 5.2)~(42.1± 3.9)ka有过1次古地震活动, 为1条晚更新世活动断裂。

从历史地震资料记载来看, 三危山及其附近区域很少中强地震发生, 现代小震活动也相对较弱。综合史料, 敦煌附近历史上存在4 次较大的历史地震事件, 分别发生在约公元384年、 419年、 1000年和1289年(谢毓寿等, 1983; 国家地震局兰州地震研究所, 1985; 国家地震局震害防御司, 1995)。根据历史地震研究的角度及原则(顾功叙, 1983), 这些地震均被认为是发生在敦煌附近的中强地震, 因为历史上只有敦煌地区人口较为密集, 并有相关史料的记载。敦煌莫高窟始建于十六国的前秦时期, 距今已有1i600多a的历史, 该时间段囊括了上述几次历史强震, 其距离三危山断裂的直线距离不足2km, 三危山断裂若发生7级左右地震的话, 对莫高窟的破坏可能是灾难性的, 其保存不会如此完整。综合考虑区域断裂活动特征, 上述地震发生在阿尔金断裂及党河南山断裂的可能性也很大。如Shao等(2017)根据野外地质考察和探槽研究, 认为1289年地震发生在党河南山断裂带上。

三危山断裂作为阿尔金断裂的分支断裂, 是阿尔金断裂向NW扩展的前缘, 全新世活动的观点可能比较容易为大家所接受。但根据本文的研究, 断裂断错的主要为晚更新世地层, 未见全新世活动的证据。分析可能存在下面2种可能: 一是三危山断裂已向盆地内部扩展至鸣沙山一线, 敦煌以北在距离三危山主断裂约3km的山前洪积扇上发育较新的断层陡坎(Zuza et al., 2016), 有全新世活动的迹象, 可能主断裂存在活动减弱并向盆地内扩展的特征; 二是因为本区剥蚀较为严重, 普遍缺乏全新世沉积, 断裂滑动速率较低(云龙等, 2016b), 地震复发周期较长, 断裂在全新世早期可能有过活动, 但并未被保存下来。对上述问题的回答, 仍还需开展进一步的研究。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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