地震地质 ›› 2024, Vol. 46 ›› Issue (3): 589-607.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.03.005
陈柏旭1)(), 余中元1,2,3),*(
), 肖鹏1), 戴训也1), 张世龙1), 郑荣荧2)
收稿日期:
2023-09-16
修回日期:
2024-03-03
出版日期:
2024-06-20
发布日期:
2024-07-19
通讯作者:
*余中元, 男, 教授, 主要从事地震地质方面的研究, E-mail: yuyangzi9811@126.com。
作者简介:
陈柏旭, 男, 1998年生, 现为防灾科技学院资源与环境专业在读硕士研究生, 主要从事活动构造方面的研究工作, E-mail: chenbaixufz@163.com。
基金资助:
CHEN Bai-xu1)(), YU Zhong-yuan1,2,3),*(
), XIAO Peng1), DAI Xun-ye1), ZHANG Shi-long1), ZHENG Rong-ying2)
Received:
2023-09-16
Revised:
2024-03-03
Online:
2024-06-20
Published:
2024-07-19
摘要:
榆木山东缘断裂的晚第四纪构造变形及最新的活动特征反映了祁连山的向N扩展过程及印度板块向N挤压的远程碰撞效应。文中结合遥感影像解译、 探槽古地震、 无人机航空摄影测量和晚第四纪测年等方法, 调查并新发现了榆木山东缘断裂的地表破裂带及其活动特征。结果表明, 榆木山东缘断裂整体走向NW330°, 现今的运动学特征以逆冲为主。以黑河为界, 断裂的活动习性存在明显差异。在黑河口段(F1-1)发现了全新世晚期最新强震活动的地表破裂带。破裂带整体走向NW330°, 倾向SW, 长约10km, 宽3~10m。地表破裂断错年轻的河流阶地、 冲沟及台地, 地表陡坎的最大高度为(3.3±0.2)m。光释光年代学结果显示, 最新的地表破裂事件发生于(0.6±0.07)ka BP, 经验公式估算其震级约为M7.5。研究结果表明榆木山东缘断裂的变形特征为前展式逆冲推覆, 其最新前缘的变形已经到达盆地内部。
陈柏旭, 余中元, 肖鹏, 戴训也, 张世龙, 郑荣荧. 青藏高原东北缘榆木山东缘断裂地表破裂带的新发现及其地震地质意义[J]. 地震地质, 2024, 46(3): 589-607.
CHEN Bai-xu, YU Zhong-yuan, XIAO Peng, DAI Xun-ye, ZHANG Shi-long, ZHENG Rong-ying. THE NEW FINDINGS OF SURFACE RUPTURE ZONES AND ITS SEISMOLOGICAL SIGNIFICANCE OF THE EASTERN MARGIN OF YUMUSHAN FAULT, NORTHEASTERN MARGIN OF QINGZANG PLATEAU[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2024, 46(3): 589-607.
图1 河西走廊-祁连山构造背景图 修改自文献(Hetzel et al., 2004; 郭鹏, 2019; 郑文俊等, 2021)。 ATF 阿尔金断裂; AF 阿尔泰断裂; CF 喀喇昆仑断裂; EKF 东昆仑断裂; HF 红河断裂; LF 龙门山断裂; HFT 喜马拉雅前缘断裂; JLF 嘉黎断裂; QHF 祁连-海原断裂; SF 实皆断裂; WKF 西昆仑断裂; XJF 小江断裂; YMF 榆木山断裂(包括YMSNF 榆木山北缘断裂和YMSEF 榆木山东缘断裂); YF 玉树断裂; LSSF 龙首山断裂; THLSF 桃花拉山断裂; AYQF 阿右旗断裂; BDSF 北大山断裂; HLSF 合黎山断裂; JTNSF 金塔南山断裂;JHSF嘉峪关-黑山断裂; DDSF 磴磴山断裂; FDMF 佛洞庙断裂
Fig. 1 Tectonic framework of the Hexi Corridor-Qilian Shan.
图2 研究区遥感影像及地质图 a 研究区影像及调查点位置, 底图来自Google Earth; b研究区地质图①(①甘肃省地矿局第三地质矿产勘察院,2022,甘肃省1!250000张掖市幅建造构造图。)
Fig. 2 Remote sensing image and geological map of the study area.
图3 D1调查点大磁窑河附近的陡坎地貌 a 无人机航拍生成的DEM数据; b 调查点附近的河流阶地; c 河流阶地分布和断层剖面位置; d 断层带局部放大图; e T1阶地断层陡坎地貌; f 根据DEM数据提取的地形剖面图, 位置见图 3a
Fig. 3 Fault scarp around Daciyao River at D1 observation point.
地层单元编号 | 地层特征描述 |
---|---|
U1 | 土黄色含砾腐殖层。厚约10cm,断层陡坎处尖灭,夹青褐色砾石,砾石直径3~8cm,局部最大可达30cm,磨圆较好,多为圆状、次圆状。 |
U2 | 灰白色含细砂砾石层。厚约1.4m,向两侧尖灭,偶见草根,砾石多为棱角状和次棱角状,粒径7~15cm。顶部砾石较大,局部可达40cm。底部为砾石夹漫洪相灰黄色含黏土细砂,发育的层理受断层的牵引作用向SW倾斜。 |
U3 | 冲洪积相浅灰色含细砂砾石层。砾石的粒径普遍较大,较大的为30~60cm,部分砾石的粒径为5~20cm,多为次圆状和次棱角状,无分选。其间夹漫洪相黄灰色细砂,砾石与砂土混杂堆积,未发育层理。 |
U4 | 灰黄色黄土,厚约0.8m,向NE延伸至断层F3处尖灭,底部被F3断错。 |
U5 | 灰白色含细砂砾石层。厚约0.6m,砾石粒径多为5~20cm,局部可达40cm,多为次棱角状,与少量细砂混杂堆积。向NE延伸并被F3错断。 |
U6 | 灰黄色黄土,厚约1m,向SW逐渐减薄,向NE延伸并被F3错断,为充填楔W2的形成提供空间。 |
U7 | 灰黄色含砂砾石层。厚约3m,砾石粒径多为5~20cm,局部可达0.5m,磨圆一般,多为次圆状和次棱角状,其间夹深黄色细砂层,发育水平层理。被F3错断。 |
U8 | 灰黄色砾石层。厚约1.2m,相较于上覆的U3层, U8层砾石普遍较小,多为2~5cm,局部可达10cm,多为次棱角状,位于底部的砾石长轴方向沿断层呈顺时针定向偏转。U8层与下伏U9层呈沉积接触。断层的牵引作用使U8层整体向SW倾斜。 |
U9 | 土黄色粉砂层。厚约2m,以土黄色粉砂为主,含少量砾石,粒径为3~7cm,磨圆较好,多为圆状和次圆状,与U8层呈断层接触。距地表30cm处取光释光样品ZYFZ-OSL-2,测年结果为(0.6±0.07)ka。 |
W1 | 充填楔,以黄土为主,偶夹砾石,粒径2~5cm,多为圆状和次圆状,无分选,无层理。 |
W2 | 充填楔,近断层处的砾石层发生拖曳变形,粒径2~5cm,顶部砾石层近水平排列,粒径15~25cm。 |
表1 D1调查点T1阶地断层剖面地层描述
Table1 Description of characteristics of stratum in the T1 terrace fault profile at D1 obversation point
地层单元编号 | 地层特征描述 |
---|---|
U1 | 土黄色含砾腐殖层。厚约10cm,断层陡坎处尖灭,夹青褐色砾石,砾石直径3~8cm,局部最大可达30cm,磨圆较好,多为圆状、次圆状。 |
U2 | 灰白色含细砂砾石层。厚约1.4m,向两侧尖灭,偶见草根,砾石多为棱角状和次棱角状,粒径7~15cm。顶部砾石较大,局部可达40cm。底部为砾石夹漫洪相灰黄色含黏土细砂,发育的层理受断层的牵引作用向SW倾斜。 |
U3 | 冲洪积相浅灰色含细砂砾石层。砾石的粒径普遍较大,较大的为30~60cm,部分砾石的粒径为5~20cm,多为次圆状和次棱角状,无分选。其间夹漫洪相黄灰色细砂,砾石与砂土混杂堆积,未发育层理。 |
U4 | 灰黄色黄土,厚约0.8m,向NE延伸至断层F3处尖灭,底部被F3断错。 |
U5 | 灰白色含细砂砾石层。厚约0.6m,砾石粒径多为5~20cm,局部可达40cm,多为次棱角状,与少量细砂混杂堆积。向NE延伸并被F3错断。 |
U6 | 灰黄色黄土,厚约1m,向SW逐渐减薄,向NE延伸并被F3错断,为充填楔W2的形成提供空间。 |
U7 | 灰黄色含砂砾石层。厚约3m,砾石粒径多为5~20cm,局部可达0.5m,磨圆一般,多为次圆状和次棱角状,其间夹深黄色细砂层,发育水平层理。被F3错断。 |
U8 | 灰黄色砾石层。厚约1.2m,相较于上覆的U3层, U8层砾石普遍较小,多为2~5cm,局部可达10cm,多为次棱角状,位于底部的砾石长轴方向沿断层呈顺时针定向偏转。U8层与下伏U9层呈沉积接触。断层的牵引作用使U8层整体向SW倾斜。 |
U9 | 土黄色粉砂层。厚约2m,以土黄色粉砂为主,含少量砾石,粒径为3~7cm,磨圆较好,多为圆状和次圆状,与U8层呈断层接触。距地表30cm处取光释光样品ZYFZ-OSL-2,测年结果为(0.6±0.07)ka。 |
W1 | 充填楔,以黄土为主,偶夹砾石,粒径2~5cm,多为圆状和次圆状,无分选,无层理。 |
W2 | 充填楔,近断层处的砾石层发生拖曳变形,粒径2~5cm,顶部砾石层近水平排列,粒径15~25cm。 |
图5 D2调查点的探槽位置与地貌环境 a 探槽附近的断层几何展布及冲洪积扇期次; b、 c 探槽周围的陡坎地貌; d 基于无人机生成的DEM数据提取的地形剖面图
Fig. 5 Position and geomorphic environment of trench at D2 observation point.
地层单元编号 | 地层特征描述 |
---|---|
U1 | 灰黄色地表粉砂层,厚约20cm,以粉砂为主,夹砾石,偶见植物根系。 |
U2 | 含砾粉砂层,厚约1m,砾石颜色向SW由土黄色渐变为褐色,分选和磨圆极差。自U2层以下,地层向NE向倾斜,表明断层作用扰动了原始的地层沉积。 |
U3 | 土黄色粉砂层,夹灰褐色砾石,厚约2.5m,粉砂含量比U2层多,且砾石含量明显高于U3层,含较多碎石,沿SW向可见砾石粒径逐渐变大。沉积厚度稳定,成层性较好,可观察到明显的分层现象,砾石磨圆度中等,分选一般,偶见粒径>5cm的巨砾,为冲洪积相堆积物。 |
U4 | 青黄色砾石层,厚0.3~0.8m,砾石长轴沿NE向排列,成层性极好,同时具备较好的分选度,但磨圆较差,推测为冲洪积相沉积。 |
U5 | 浅棕色坡积砾石层,厚0.3~1.1m,成层性较好,分选和磨圆适中,偶见棱角状砾石。 |
U6 | 黄褐色砾石层,厚约0.7m,相较于U5层,砾石粒径沿长轴方向较长,呈扁平状,分选性沿SW向逐渐变差,未见底。 |
表2 D2调查点探槽剖面地层描述
Table2 Description of characteristics of stratum in the trench at D2 observation point
地层单元编号 | 地层特征描述 |
---|---|
U1 | 灰黄色地表粉砂层,厚约20cm,以粉砂为主,夹砾石,偶见植物根系。 |
U2 | 含砾粉砂层,厚约1m,砾石颜色向SW由土黄色渐变为褐色,分选和磨圆极差。自U2层以下,地层向NE向倾斜,表明断层作用扰动了原始的地层沉积。 |
U3 | 土黄色粉砂层,夹灰褐色砾石,厚约2.5m,粉砂含量比U2层多,且砾石含量明显高于U3层,含较多碎石,沿SW向可见砾石粒径逐渐变大。沉积厚度稳定,成层性较好,可观察到明显的分层现象,砾石磨圆度中等,分选一般,偶见粒径>5cm的巨砾,为冲洪积相堆积物。 |
U4 | 青黄色砾石层,厚0.3~0.8m,砾石长轴沿NE向排列,成层性极好,同时具备较好的分选度,但磨圆较差,推测为冲洪积相沉积。 |
U5 | 浅棕色坡积砾石层,厚0.3~1.1m,成层性较好,分选和磨圆适中,偶见棱角状砾石。 |
U6 | 黄褐色砾石层,厚约0.7m,相较于U5层,砾石粒径沿长轴方向较长,呈扁平状,分选性沿SW向逐渐变差,未见底。 |
图7 D3调查点的探槽剖面及周围地貌(修改自Ren et al., 2019) a 基于无人机生成的DEM数据; b探槽周围的陡坎地貌; c 基于无人机生成的DEM数据提取的地形剖面图; d 探槽西壁素描图(修改自Ren et al., 2019); e、 f 探槽西壁局部放大照片
Fig. 7 Profile and geomorphic environment of trench at D3 observation point(adapted from Ren et al., 2019).
地层单元编号 | 地层特征描述 |
---|---|
U1 | 灰黑色变质安山岩。 |
U2 | 根据颜色和粒径可细分为U2-1、U2-2、U2-3、U2-4 4个亚层,上覆为棕褐色薄层粉砂,下伏为灰色河床相砾石层,夹杂土黄色粉砂。U2-1—U2-4层粉砂含量依次增多且颜色变浅。 |
U3 | 灰黄色黄土,在距地表1.3m处取光释光样品ZYFZ-OSL-1,结果为(5.08±0.53)ka。 |
U4 | 可细分为U4-1、U4-2 2个亚层,上覆为薄层河漫滩相细砂层,下伏为灰色河床相砾石层。 |
U5 | E1事件相关的崩积楔,顶部可见粉细砂薄层。 |
U6 | E2事件相关的崩积楔。 |
表3 D3调查点探槽剖面地层描述
Table3 Description of characteristics of stratum in the trench at D3 observation point
地层单元编号 | 地层特征描述 |
---|---|
U1 | 灰黑色变质安山岩。 |
U2 | 根据颜色和粒径可细分为U2-1、U2-2、U2-3、U2-4 4个亚层,上覆为棕褐色薄层粉砂,下伏为灰色河床相砾石层,夹杂土黄色粉砂。U2-1—U2-4层粉砂含量依次增多且颜色变浅。 |
U3 | 灰黄色黄土,在距地表1.3m处取光释光样品ZYFZ-OSL-1,结果为(5.08±0.53)ka。 |
U4 | 可细分为U4-1、U4-2 2个亚层,上覆为薄层河漫滩相细砂层,下伏为灰色河床相砾石层。 |
U5 | E1事件相关的崩积楔,顶部可见粉细砂薄层。 |
U6 | E2事件相关的崩积楔。 |
地层单元编号 | 地层特征描述 |
---|---|
U1 | 表层黄土,厚约0.5m,未被断层断错。断层作用为U1层坎前堆积提供空间,靠近陡坎处堆积较厚,向两侧逐渐变薄。 |
U2 | 上更新统河流相砾石层,含砂,厚7~10m,夹透镜体,磨圆和分选较好,成层性极好,与上覆表层黄土呈沉积接触,与下伏新近系砂岩呈角度不整合接触,与奥陶系变质安山岩呈断层接触。 |
U3 | 松散堆积物,表现为以碎石为主的坡积物,多呈扇形。 |
U4 | 新近系砖红色砂岩,夹橘红色细砂和黄褐色砂砾。 |
U5 | 奥陶系灰黄色变质安山岩,与断层下盘的上更新统砾石层、新近系砂岩呈断层接触。 |
U6 | 碎裂岩,为奥陶系变质安山岩,与新近系砖红色砂岩呈断层接触,与上覆上更新统洪积砂砾石层呈角度不整合接触。 |
表4 D4调查点断层剖面地层描述
Table4 Description of characteristics of stratum in the fault profile at D4 observation point
地层单元编号 | 地层特征描述 |
---|---|
U1 | 表层黄土,厚约0.5m,未被断层断错。断层作用为U1层坎前堆积提供空间,靠近陡坎处堆积较厚,向两侧逐渐变薄。 |
U2 | 上更新统河流相砾石层,含砂,厚7~10m,夹透镜体,磨圆和分选较好,成层性极好,与上覆表层黄土呈沉积接触,与下伏新近系砂岩呈角度不整合接触,与奥陶系变质安山岩呈断层接触。 |
U3 | 松散堆积物,表现为以碎石为主的坡积物,多呈扇形。 |
U4 | 新近系砖红色砂岩,夹橘红色细砂和黄褐色砂砾。 |
U5 | 奥陶系灰黄色变质安山岩,与断层下盘的上更新统砾石层、新近系砂岩呈断层接触。 |
U6 | 碎裂岩,为奥陶系变质安山岩,与新近系砖红色砂岩呈断层接触,与上覆上更新统洪积砂砾石层呈角度不整合接触。 |
样品编号 | 调查点 | 埋深 /m | U /ug·g-1 | Th /ug·g-1 | K /% | 环境剂量 /Gy·ka-1 | 等效剂量 /Gy | 年龄 /ka |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
ZYFZ-OSL-1 | D3 | 1.3 | 3.7±0.37 | 10.4±1.0 | 1.98±0.12 | 3.98±0.1 | 20.25±0.46 | 5.08±0.53 |
ZYFZ-OSL-2 | D1 | 0.3 | 2.7±0.27 | 11.1±1.1 | 1.79±0.11 | 3.60±0.1 | 2.15±0.11 | 0.6±0.07 |
表5 光释光年代样品测年数据
Table5 OSL dating results of samples
样品编号 | 调查点 | 埋深 /m | U /ug·g-1 | Th /ug·g-1 | K /% | 环境剂量 /Gy·ka-1 | 等效剂量 /Gy | 年龄 /ka |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
ZYFZ-OSL-1 | D3 | 1.3 | 3.7±0.37 | 10.4±1.0 | 1.98±0.12 | 3.98±0.1 | 20.25±0.46 | 5.08±0.53 |
ZYFZ-OSL-2 | D1 | 0.3 | 2.7±0.27 | 11.1±1.1 | 1.79±0.11 | 3.60±0.1 | 2.15±0.11 | 0.6±0.07 |
图8 D4调查点黑河北岸断层剖面(修改自Hetzel et al., 2004)
Fig. 8 Fault profile on the north bank of Heihe River at D4 observation point(adapted from Hetzel et al., 2004).
图10 D1调查点附近基于高分辨率遥感影像的断错地貌解译图 a 祁家台子附近的遥感影像解译图(修改自Ren et al., 2019); b T2、 T3、 T4阶地的陡坎地貌, 位置见图10a; c T2阶地的陡坎地貌, 位置见图10a
Fig. 10 Interpretation of faulted landform of D1 observation area based on high-resolution remote sensing image.
图11 榆木山东缘断裂的3D地形模型图 部分数据来源于文献①(①甘肃省地矿局第三地质矿产勘察院,2022,甘肃省1:250000张掖市幅建造构造图。) (Ren et al., 2019)
Fig. 11 3D geomorphic model of the eastern margin of the Yumushan Fault.
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