引用本文
任光雪, 李传友, 吴传勇, 汪思妤, 张会平, 任治坤, 李新男. 东天山包尔图断裂带晚第四纪运动性质及形成机制[J]. 地震地质, 2019,41(4): 856-871.
REN Guang-xue, LI Chuan-you, WU Chuan-yong, WANG Si-yu, ZHANG Hui-ping, REN Zhi-kun, LI Xin-nan. THE LATE QUATERNARY ACTIVITY AND FORMATION MECHANISM OF BAOERTU FAULT ZONE, EASTERN TIANSHAN SEGMENT[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2019,41(4): 856-871.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2019.04.004
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东天山包尔图断裂带晚第四纪运动性质及形成机制
任光雪1), 李传友1,*), 吴传勇3), 汪思妤1), 张会平2), 任治坤1), 李新男1)
1) 中国地震局地质研究所, 活动构造与火山重点实验室, 北京 100029
2) 中国地震局地质研究所, 地震动力学国家重点实验室, 北京 100029
3) 新疆维吾尔自治区地震局, 乌鲁木齐 830011
*通讯作者: 李传友, 男, 1971年生, 研究员, 主要从事活动构造、 古地震等方面的研究, E-mail: chuanyou@ies.ac.cn。

〔作者简介〕 任光雪, 男, 1992年生, 2016年于合肥工业大学获资源勘查工程专业学士学位, 现为中国地震局地质研究所构造地质学专业在读博士研究生, 研究方向为活动构造与古地震, 电话: 010-62009038, E-mail: guangxue1221@163.com。

收稿日期: 2018-11-12
基金项目: 中国地震局地质研究所基本科研业务专项(IGCEA1607)和国家自然科学基金(41472200)共同资助
摘要

对天山内部大型断裂带晚第四纪以来的运动学特征进行研究是全面认识天山现今构造变形样式的重要途径。 包尔图断裂是东天山内部的一条大型断裂, 通过遥感影像解译、 无人机摄影测量以及野外地质地貌调查对包尔图断裂晚第四纪的运动学特征进行了研究, 发现该断裂在晚第四纪为左旋走滑-逆冲的运动性质。 包尔图断裂错断了库米什盆地西北缘山前晚更新世以来的冲洪积扇, 地貌上主要表现为断层陡坎、 地貌面及冲沟的左旋位错。 基岩山区一系列跨过该断裂且形成于中更新世的水系发生了系统性的左旋位错, 形成了0.93~4.53km的左旋位错量, 表明断层长期活动。 通过对山前3处典型变形地貌面建立高精度数字模型, 精确测量了不同时期冲沟的左旋位移量及陡坎高度, 结果表明断裂以左旋走滑为主并兼有逆冲分量; 博罗可努-阿齐克库都克断裂(博-阿断裂)、 开都河断裂和包尔图断裂所围限的2个次级块体的相对运动是包尔图断裂左旋滑动的主要原因。 包尔图断裂以左旋走滑为主兼具逆冲的运动特征不仅对调节天山内部的水平方向变形有重要作用, 同时还吸收了一定的SN向缩短变形。

关键词: 包尔图断裂; 地貌特征; 运动性质; 成因机制
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2019)04-0856-16
THE LATE QUATERNARY ACTIVITY AND FORMATION MECHANISM OF BAOERTU FAULT ZONE, EASTERN TIANSHAN SEGMENT
REN Guang-xue1), LI Chuan-you1), WU Chuan-yong3), WANG Si-yu1), ZHANG Hui-ping2), REN Zhi-kun1), LI Xin-nan1)
1) Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
2) State Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
3) Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Region, Urumqi 830011, China
Abstract

Influenced by the far-field effect of India-Eurasia collision, Tianshan Mountains is one of the most intensely deformed and seismically active intracontinental orogenic belts in Cenozoic. The deformation of Tianshan is not only concentrated on its south and north margins, but also on the interior of the orogen. The deformation of the interior of Tianshan is dominated by NW-trending right-lateral strike-slip faults and ENE-trending left-lateral strike-slip faults. Compared with numerous studies on the south and north margins of Tianshan, little work has been done to quantify the slip rates of faults within the Tianshan Mountains. Therefore, it is a significant approach for geologists to understand the current tectonic deformation style of Tianshan Mountains by studying the late Quaternary deformation characteristics of large fault and fold zones extending through the interior of Tianshan. In this paper, we focus on a large near EW trending fault, the Baoertu Fault (BETF) in the interior of Tianshan, which is a large fault in the eastern Tianshan area with apparent features of deformation, and a boundary fault between the central and southern Tianshan. An MS5.0 earthquake event occurred on BETF, which indicates that this fault is still active. In order to understand the kinematics and obtain the late Quaternary slip rate of BETF, we made a detailed research on its late Quaternary kinematic features based on remote sensing interpretation, drone photography, and field geological and geomorphologic survey, the results show that the BETF is of left-lateral strike-slip with thrust component in late Quaternary. In the northwestern Kumishi basin, BETF sinistrally offsets the late Pleistocene piedmont alluvial fans, forming fault scarps and generating sinistral displacement of gullies and geomorphic surfaces. In the bedrock region west of Benbutu village, BETF cuts through the bedrock and forms the trough valley. Besides, a series of drainages or rivers which cross the fault zone and date from late Pleistocene have been left-laterally offset systematically, resulting in a sinistral displacement ranging 0.93~4.53km. By constructing the digital elevation model (DEM) for the three sites of typical deformed morphologic units, we measured the heights of fault scarps and left-lateral displacements of different gullies forming in different times, and the result shows that BEFT is dominated by left-lateral strike-slip with thrust component. We realign the bended channels across the fault at BET01 site and obtain the largest displacement of 67m. And we propose that the abandon age of the deformed fan is about 120ka according to the features of the fan. Based on the offsets of channels at BET01 and the abandon age of deformed fan, we estimate the slip rate of 0.56mm/a since late Quaternary. The Tianshan Mountains is divided into several sub-blocks by large faults within the orogen. The deformation in the interior of Tianshan can be accommodated or absorbed by relative movement or rotation. The relative movement of the two sub-blocks surrounded by Boa Fault, Kaiduhe Fault and BETF is the dominant cause for the left-lateral movement of BETF. The left-lateral strike-slip with reverse component of BETF in late Quaternary not only accommodates the horizontal stain within eastern Tianshan but also absorbs some SN shortening of the crust.

Keyword: Baoertu fault zone; geomorphic features; fault movement property; formation mechanism
0 引言

新生代期间印度板块和欧亚板块碰撞的远程效应, 导致天山造山带重新活动、 开始陆内造山运动, 并再次强烈隆升(Molnar et al., 1975; Tapponnier et al., 1979; Hendrix et al., 1994; Yin et al., 1998)。 这种造山运动也使得天山造山带成为世界上新生代构造变形和地震活动最为强烈的地区之一。

现今GPS观测和地质研究表明, 新生代天山的变形一方面表现为天山南北两侧向盆地扩展的前缘部分在盆山交界处形成多排逆冲褶皱带(冯先岳等, 1991; Burehfiel et al., 1999; 邓起东等, 1999, 2000; 吕红华等, 2010); 另一方面, 天山山体内部也发生了强烈变形, 形成多个受断裂控制的山间盆地(张培震等, 1996; Bullen et al., 2001, 2003; 王琪等, 2001; Stephen et al., 2002; 吕红华等, 2010; 吴传勇等, 2014)。 由于受近SN向挤压作用的影响, 天山内部形成了NW向和NE向2组大型走滑断裂(李莹甄等, 2016; 吴传勇, 2016), 这些走滑断裂对调节天山内部的不均匀缩短变形具有重要作用。 与天山山前逆冲构造相比, 目前对天山内部活动断层的研究相对较少, 确定天山内部大型断层晚第四纪以来的运动性质和活动特征, 对于理解整个天山的构造变形具有重要意义。 位于东天山内部的包尔图断裂是一条近EW向的大型断裂, 1995年在该断裂上发生了一次5.0级地震(罗福忠等, 1996), 后期绘制的震源机制解显示其可能为一次左旋走滑兼逆冲型地震(黄伟亮, 2015)。 邓起东等(2007)认为该断裂晚更新世以来的活动情况不明确。 通过初步的野外考察, 我们发现沿包尔图断裂分布的断层陡坎、 冲沟位错等最新的断层活动迹象。 那么, 晚更新世以来包尔图断裂的运动性质是怎样的, 该断裂的活动特征又反映了天山内部怎样的变形特征?为了探寻这些问题, 我们对该断裂东段开展了详细的野外地质调查工作, 并对沿该断裂的地质地貌进行了细致的测量分析, 以讨论包尔图断裂晚第四纪以来的运动特征和活动性, 并结合邻区活动断层的研究成果, 探讨其成因机制以及该断层对天山内部变形的作用。

1 构造地质背景

包尔图断裂是天山内部一条规模巨大的近EW向构造。 断裂西起小尤路都斯盆地南缘, 向E延伸至库米什盆地东北缘, 与天山内部另一条大断裂— — 博罗可努-阿齐克库都克断裂(博-阿断裂)相交, 全长近400km(图1), 断层面向N陡倾, 倾角约70° ~80° (罗福忠等, 1996; 马磊, 2012)。 在大地构造上, 包尔图断裂是中天山和南天山分界性的深大断裂, 沿断裂带有古老的辉长岩墙及古生代中期超基性杂岩群挤入, 并有花岗岩质岩浆顺断裂侵入, 沿断裂是正、 负磁场区分界梯度带(马磊, 2012)。

图 1 东天山地区活动构造图(断层数据来源于邓起东等, 2007; 地震数据来源于中国地震信息网)
BAF 博-阿断裂; NLTF 那拉提断裂; BETF 包尔图断裂; KMSF 库米什断裂; KDHF 开都河断裂; XDF 兴地断裂; HJF 和静逆冲褶皱带; YQSF 焉耆盆地南缘断裂Fig. 1 The map of active faults in eastern Tianshan region(Data of faults are from DENG Qi-dong et al., 2007; Data of earthquakes are from China Earthquake Information Network).

包尔图断裂东段在包尔图村一带控制了库米什盆地北缘, 在盆山交界处地貌反差明显。 库米什盆地是东天山内部的一个狭长盆地, 被库鲁塔格山和觉罗塔格山所围限, 呈NW向展布, 长约230km, 宽12~40km(图1)。 大多数观点认为该盆地是在前寒武纪结晶基底和古生界褶皱基底上发育的中生代伸展断陷盆地, 受天山变形所控制, 新生代以来天山的活动使库米什盆地进一步凹陷, 进而发展为挤压凹陷盆地(张子敏等, 2003; 胡剑风等, 2004)。 库米什盆地南侧为库米什盆地南缘断裂带, 该断裂带以逆冲运动为主, 晚第四纪以来活动强烈, 断裂错断了山前的全新世冲洪积扇(汪思妤等, 2018), 在现今SN向挤压兼走滑的应力状态下, 形成了盆地南北缘断裂向盆地内对冲的构造格局。

库米什盆地南侧为焉耆盆地, 该盆地与库米什盆地具有相似的演化过程。 受新生代天山变形的影响, 焉耆盆地内的断层晚更新世以来活动强烈。 盆地南缘的开都河断裂为一大型右旋走滑断裂, 断层活动切割地貌面, 形成明显的线状特征(林爱明等, 2003; 黄伟亮, 2015; 黄伟亮等, 2018)。 黄伟亮(2015)根据被错断洪积扇面上的冲沟位移和地貌面暴露年龄得到该断裂的右旋走滑速率为1.2~1.6mm/a。 焉耆盆地北缘发育盆地北缘逆冲断裂以及和静逆断裂-褶皱带。 盆地北缘断裂为一高角度逆冲断层, 其东段全新世活动明显。 和静逆断裂-褶皱带为盆地北缘断层逐渐向盆地内部扩展形成的一排新生褶皱带, 其SN向的地壳缩短速率由西向东逐渐减小(黄伟亮等, 2015)。 包尔图断裂以北隔天山相望为博-阿断裂, 其为一NW向巨型右旋走滑断裂(沈军, 1998; 杨晓平等, 2000), 东段的右旋走滑速率为1.0~1.4mm/a(沈军等, 2003)。 包尔图断裂位于构造运动活跃区, 其构造位置十分重要。

2 包尔图断裂活动的地质地貌证据

包尔图断裂晚第四纪以来活动明显。 断裂控制了库米什盆地西北缘, 在山前不同期次的地貌面上形成了断层陡坎、 冲沟水系位错、 断层槽谷等一系列地貌现象。 现对包尔图断裂的几何展布、 运动特征等方面开展调查研究, 以确定该断裂的运动性质。 本次工作主要集中于包尔图村东、 西两侧, 利用高分辨率卫星影像、 无人机摄影测量以及差分GPS对变形地貌面进行了详细的解译和测量。 在利用无人机摄影测量方法生成高精度DEM数据的基础上, 提取了部分发生位移的冲沟的水平位错, 再利用LaDiCao_v2_1软件对冲沟位错进行了恢复。

2.1 断层陡坎和冲沟左旋位错

在和硕县包尔图村东、 西两侧约20km范围内, 天山与库米什盆地地貌落差明显, 在山前堆积形成了一系列冲洪积扇地貌。 在利用Google Earth高分辨率卫星影像解译和野外实地踏勘的基础上, 结合区域地层对比和地貌面特征, 对研究区进行了初步的地貌面填图工作。 库米什盆地西北缘主要发育的第四纪地层可分为3期, 分别为晚更新早期地层( QP3a)、 晚更新世晚期地层( QP3b)以及全新世地层(Qh)(图2)。

图 2 库米什盆地西北缘TM卫星影像(a)及构造解译图(b)Fig. 2 TM satellite image(a)and tectonic interpretation map(b)of northwestern segment of Kumishi Basin.

晚更新世早期洪积扇为最老的一级地貌面, 在山前分布的范围较小, 扇体表面平整, 主要以风化破碎的变质岩和花岗岩碎屑沉积为主, 为半胶结状态, 扇体上冲沟发育, 切割深度较大。 晚更新世晚期洪积扇发育广泛, 在卫星影像中呈浅白色, 普遍发育辫状冲沟和河流。 扇面上覆的洪积砾石磨圆度较好, 为半胶结或不胶结状态。 全新世地貌面为该区最年轻的地貌面, 多为现代河床、 河漫滩以及山前最新1期洪积扇面, 表面砾石松散堆积, 无胶结。 在高分辨率卫星影像解译和野外调查的基础上, 选取了发育断层陡坎和发生冲沟位错的3个典型的洪积扇进行详细研究(图2)。

2.1.1 BET01

该研究点位于包尔图村东约10km处(图2), 此处发育1期晚更新世早期洪积扇, 该洪积扇面平坦, 拔河高度约20m。 洪积扇上冲沟发育, 最大下切深度达10m, 最大宽度可达50m。 断层切过该洪积扇中部, 形成1条近EW走向、 长约600m的断层陡坎, 陡坎倾向S, 倾角约35° , 高度表现为西高东低(图3c)。 利用差分GPS实测地形剖面得到陡坎高度为(4.5± 0.8)m(图3f)。 同时, 在该研究点一系列跨过断层的冲沟及扇体西侧边缘发生了明显的左旋位移(图3d, e)。 我们对冲沟及扇体边缘位移进行了恢复, 得到其最大左旋位移量为(67.4± 2.3)m, 最小左旋位移量为(11.5± 0.6)m(图3a)。 在BET01点断层活动造成的水平位移明显大于垂直位移, 说明该处断层活动以左旋滑动为主。

图 3 BET01 DEM影像及地貌特征
a BET01 DEM影像; b BET01地貌解译图(红色线段表示陡坎位置); c 晚更新世早期洪积扇发育线性陡坎地貌; d 晚更新世晚期洪积扇上冲沟发生左旋位错; e 晚更新世晚期洪积扇冲沟发生左旋位错; f 高陡坎实测剖面Fig. 3 Digital elevation model image and geomorphic features of BET01 segment.

2.1.2 BET02

该研究点位于包尔图村东约5km处(图2)。 该点2期不同的洪积扇面上均发育断层陡坎。 研究点西侧为1期晚更新世早期洪积扇, 扇体受到后期洪积扇的侵蚀切割导致其分布范围较小。 扇体表面平整, 冲沟发育并强烈切割洪积扇。 该洪积扇上发育2级陡坎(图5a), 可能代表了2次或更多次的地震事件。 陡坎走向近EW, 呈左阶斜裂展布, 延伸长约560m(图4a, b), 实测断层陡坎最大累积垂直位移为(11.6± 1.3)m(图5f)。 该洪积扇上跨过断层的冲沟都发生了不同程度的左旋位错(图5b), 对发生位错的冲沟进行位移恢复, 得到冲沟的最大左旋位移量为(26.1± 2.7)m。

图 4 BET02 DEM影像图及地貌特征
a BET02 DEM影像; b BET02地貌解译图(黑色箭头指示陡坎位置)Fig. 4 Digital elevation model image and geomorphic features of BET02 segment.

图 5 BET02野外地貌特征照片及实测剖面图
a 晚更新世早期洪积扇高陡坎的野外照片; b 晚更新世早期洪积扇冲沟发生左旋位错; c 晚更新世晚期低陡坎的野外照片; d 晚更新世晚期洪积扇冲沟发生左旋位错; e 低陡坎实测剖面; f 高陡坎实测剖面Fig. 5 Geomorphic features of BET02 segment.

研究点东侧为一晚更新世晚期洪积扇, 该地貌面受后期侵蚀程度较低, 故该扇体保存较为完整, 分布范围较大。 扇体表面平坦, 冲沟发育程度较低。 在该洪积扇后部发育近EW走向的陡坎, 陡坎延伸长度约700m(图5c), 实测陡坎的垂直位移量为(0.7± 0.1)m(图5e), 可能为最新一次地震事件所产生的垂直位移。 在该洪积扇局部发育的小冲沟具有明显的左旋特征, 实测小冲沟的左旋位移量为(2.5± 0.5)m(图5d)。 测量结果显示在这2期地貌面上断层活动造成的水平位移量均明显大于垂直位移量, 说明该处断层活动以左旋运动为主。

2.1.3 BET03

该研究点位于包尔图村西侧6km处(图2), 此处发育一早更新世早期洪积扇(图2b), 扇体表面平坦, 表层主要由砾石和岩石碎屑组成, 局部覆盖一层黄土。 扇面上分布的砾石粒径差别较大, 为5mm~1m不等。 在该洪积扇的中部和后缘均发育有断层陡坎。 扇体中部陡坎走向近EW, 总长约600m, 陡坎倾角约40° (图6a)。 在大冲沟西侧断层陡坎较高, 其实测垂直位移量为(7.3± 0.8)m(图6a、 d)。 可能由于后期受到沉积物堆积, 导致大冲沟东侧陡坎高度变小, 不能准确反映垂向位移量。

图 6 BET03 DEM影像图及地貌特征
a BET03 DEM影像(黑色箭头代表前缘陡坎; 蓝色箭头代表后缘陡坎); b 恢复得到的冲沟位移; c 断层陡坎的野外照片; d 冲沟左旋位错的照片Fig. 6 Digital elevation model image and geomorphic features of BET03 segment.

受断层活动影响, 洪积扇中部跨断层的冲沟被不同程度地左旋位错(图6a)。 我们选取了其中2条发生明显左旋位错的冲沟进行位移恢复, 得到的左旋位移量均为24.0m(图6b)。 此外, 扇体后部陡坎长约180m, 实测其垂向位移量为(5.8± 0.5)m(图6a)。 大冲沟在后缘陡坎处发生明显的左旋位移, 实测水平位移量为(30.8± 2.3)m(图6a)。 由此可知, BET03研究点处断层活动的累计水平位移量为50.8m, 累计垂直位移量为(13.1± 0.6)m, 表明该处断层活动性质以左旋走滑为主。 大冲沟在前缘陡坎处未显示出明显的左旋位移特征, 这可能是后期侵蚀作用的破坏或后期剥蚀堆积掩埋所导致。

2.2 基岩水系的同步左旋位错

包尔图断裂自和硕县本布图村以西切过库米什盆地西侧的基岩山体(图2), 元古代和泥盆纪地层沿断裂出现破碎和糜棱岩化(罗福忠等, 1996; 马磊, 2012), 在地貌上表现为明显的线性槽谷。 断裂切过一系列与其走向近垂直的河流水系, 造成这些河流发生系统性左旋扭错(图7)。 前人对其中4条主要河流的位错进行了测量(图7b中的河流d、 f、 g和h), 得到的错距分别为1.5km、 2.1km、 2.8km和4km(国家地震局地质研究所, 1982)。

图 7 水系左旋位错的Google Earth卫星影像(a)和解译图(b)Fig. 7 Google Earth image(a)and interpretation map(b)showing the drainage systems along the fault offset sinistrally.

考虑到之前的影像数据精度较低, 本文利用Google Earth高精度卫星影像对该区河流进行了详细地解译和分析, 并重新对发生左旋错动的河流水系的位错距离进行了测量, 得到水系a— h的位错距离分别为4.53km、 1.16km、 0.93km、 4.11km、 2.32km、 1.58km、 1.87km和4.13km(图7b)。 由图7b的水系解译图可清晰地看出, 几条规模相对较大的河流(a、 d和h)的左旋位移较大, 较小的河流(b、 c、 e、 f和g)在断层附近也发生了明显的左旋错动。 吕红华等(2008)认为天山北麓的河流阶地可分为7级, 最老的阶地T7形成的时代为0.54MaiBP。 杨硕等(2017)对天山焉耆盆地内开都河阶地的形成时代进行了研究, 将开都河流域的阶地也分为7级, 并认为T7堆积的年代为0.65MaiBP, 说明天山南、 北两侧河流阶地具有良好的对比性。 如果将河流最高阶地的形成年代作为河流现今形态的形成年代, 则相对天山北麓河流和开都河而言, 图 6中的河流规模较小, 由此推断这些河流可能最早形成于中更新世。 由于不同规模的河流发育的时代可能不同, 导致河道的左旋位移量不同, 位移量沿主断层不断累积。 河道形成的时代越久, 累积位移越大, 故这些河流的左旋位错是断层长期活动的结果。

3 包尔图断裂晚第四纪活动与天山变形
3.1 晚第四纪地层的变形与断层活动

包尔图断裂是一条大型左旋走滑断裂, 断层面向N陡倾, 倾角约70° ~80° (罗福忠等, 1996; 马磊, 2012)。 其沿线发育的一系列断层陡坎、 冲沟及地貌面出现左旋位错等地貌特征, 均表明该断裂自晚第四纪以来的运动特征以左旋走滑-逆冲为主。 首先对BET01、 BET02和BET03 3个研究点进行了无人机摄影并建立高精度数字地形模型, 继而对断层陡坎进行精确测量, 并利用LaDiCao_v2_1软件对位错冲沟进行位移恢复, 所得到的水平位移量明显大于垂直位移量, 表明包尔图断裂以左旋滑动特征为主。 其次, 包尔图断裂在本布图村西侧由库米什盆地北缘向W延伸至天山山体内, 表现为线性良好的沟谷地貌, 跨断层且形成于中更新世的一系列水系同样发生明显的左旋位错, 位移量为0.93~4.53km, 表明断层自中更新世以来持续活动。 罗福忠等(1996)认为1995年发生的和硕5.0级地震的发震构造就是包尔图断裂, 后期绘制的震源机制解显示该断层为左旋走滑型(黄伟亮, 2015), 中强地震的发生也表明包尔图断裂具有较强的活动性。 综上所述, 包尔图断裂晚第四纪以来的运动以左旋走滑为主, 兼有逆冲分量, 并具有长期活动的特征。

库米什盆地主要发育晚更新世— 全新世洪积扇, 通过Geogle Earth高分辨率卫星影像解译及野外踏勘, 并结合区域地貌面的对比, 我们将研究区的主要地貌面分为晚更新世早期地层、 晚更新世晚期地层以及全新统地层。 发生变形的地貌面主要为晚更新世洪积扇, 而全新世洪积扇未见变形。 天山地区属典型的内部半干旱气候, 山前洪积地貌的发育与气候有着紧密联系(张培震等, 1995; 吕红华等, 2008)。 我们认为库米什盆地内洪积扇的形成时代与仅一山之隔的焉耆盆地内洪积扇的形成时代一致。 黄伟亮(2015)对库米什盆地南侧的焉耆盆地内部新生代各级地貌面进行了详细的定年工作, 获得的晚更新世早期地貌面的年龄约120ka。 通过对比洪积扇特征, 我们认为库米什盆地发育的晚更新世早期洪积扇和焉耆盆地内发育的晚更新世早期洪积扇的年龄一致, 同样为120ka。 考虑到在BET01点通过冲沟位错恢复得到的最大左旋位移量为67.4m, 且未见全新世地层变形, 可初步估计包尔图断裂晚更新世以来的左旋滑动速率约0.56mm/a。

3.2 包尔图断裂形成机制的讨论

GPS观测和地质资料表明, 西天山地区SN向地壳缩短速率达20mm/a(Abdrakhmatov et al., 1996; Avouac et al., 1996; Molnar et al., 2000; 陈杰等, 2001; 杨少敏等, 2008; Zubovich et al., 2010; ), 东天山地区SN向地壳缩短速率为2~5mm/a(Abdrakhmatov et al., 1996; 杨少敏等, 2008), 天山自西向东变形逐渐减小(王琪等, 2000, 2001)。 新生代天山主要以挤压变形为主, 其南、 北两侧山前发育多排逆冲-褶皱构造, 这部分构造是天山变形的主要吸收区(张培震等, 1996; 邓起东等, 1999, 2000)。 同时, 由于纵向变形的不均匀性使天山内部形成了多条大型走滑断裂带。 这些大型走滑断裂带可分为NW向右旋走滑断裂和NE向左旋走滑断裂(李莹甄等, 2016; 吴传勇, 2016), 它们是调节天山内部挤压应变的重要单元。 天山内部的大型断层可以将天山分割为多个小块体(Thompson et al., 2002; 李涛, 2012), 山体内部的变形可通过小块体之间的相互运动来实现。 吴传勇(2016)认为天山山体在SN向缩短的同时也存在侧向挤出, 也说明断层所围限的次级块体之间存在相对运动。 包尔图断裂带所处的天山东部地区存在2条NW向大型右旋走滑断裂, 其中位于包尔图断裂北部的是博-阿断裂, 该断裂是北天山和中天山的分界断裂。 包尔图断裂南部的开都河断裂也是一条区域性深大断裂。 这3条大型断裂可将东天山地区切割划分为2个次级块体(图8a)。

图 8 研究区主要活动断层分布及其滑动速率(a)及包尔图断裂的成因机制(b)Fig. 8 Major active faults and corresponding slip rates(a) and formation mechanism of BETF(b).

受近SN向挤压应力的影响, 与主应力夹角较大的博-阿断裂和开都河断裂表现出右旋走滑的性质, 同时具有较高的滑动速率, 博-阿断裂在该区的右旋走滑速率为1.0~1.4mm/a, 开都河断裂的右旋走滑速率为1.2~1.6mm/a。 博-阿断裂、 开都河断裂和包尔图断裂所围限的2个次级块体共同向E被动挤出的同时又发生相对滑动, 是导致包尔图断裂发生左旋滑动的主要原因(图8b)。 同时, 由于包尔图断裂与主应力方向近垂直, 因此该断裂也具有一定的逆冲分量, 其逆冲分量吸收了一部分SN向的缩短变形。

4 结论

本研究对东天山包尔图断裂沿线进行了高精度卫星影像解译、 无人机摄影以及野外考察。 包尔图断裂带上一系列冲沟、 水系和断层陡坎等地质地貌现象表明该断裂带自晚更新世以来以左旋走滑运动为主, 兼有一定的逆冲分量, 并具有长期活动的特征。 在近SN向挤压应力的影响下, 博-阿断裂、 包尔图断裂和开都河断裂围限的2个次级块体相对运动, 是导致近EW向包尔图断裂带左旋滑动的主要原因。 包尔图断裂的走向与主应力夹角近垂直, 其变形吸收了一定的SN向缩短变形。

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