引用本文
张波, 何文贵, 刘炳旭, 高效东, 庞炜, 王爱国, 袁道阳. 甘肃北山南缘俄博庙断裂的新活动特征及活动速率[J]. 地震地质, 2020,42(2): 455-471.
ZHANG Bo, HE Wen-gui, LIU Bing-xu, GAO Xiao-dong, PANG Wei, WANG Ai-guo, YUAN Dao-yang. NEW ACTIVITY CHARACTERISTICS AND SLIP RATE OF THE EBOMIAO FAULT IN THE SOUTHERN MARGIN OF BEISHAN, GANSU PROVINCE[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2020,42(2): 455-471.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2020.02.013
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甘肃北山南缘俄博庙断裂的新活动特征及活动速率
张波1,2), 何文贵2),*, 刘炳旭2), 高效东2), 庞炜3), 王爱国2), 袁道阳4)
1)中国地震局地质研究所, 北京 100029
2)甘肃兰州地球物理国家野外科学观测研究站, 兰州 730000
3)中国地震局第二监测中心, 西安 710054
4)兰州大学地质科学与矿产资源学院, 兰州 730000
*通讯作者: 何文贵, 男, 1963年生, 正研级高级工程师, E-mail: hewengui321@163.com。

〔作者简介〕 张波, 男, 1986年生, 2012年于中国地震局兰州地震研究所获构造地质学硕士学位, 副研究员, 主要研究方向为新生代构造与活动构造, 电话: 13919015394, E-mail: kjwxn999@163.com。

收稿日期: 2019-10-17
基金项目: 国家自然科学基金(41602225)和国家重点研发计划项目(2018YFC1503206)共同资助
摘要

通常认为甘肃北山是构造稳定区, 不发育活动断裂, 近年来新发现的俄博庙活动断裂挑战了这一传统认识, 深入研究该断裂的新活动特征和活动速率, 对于重新认识北山地区的新构造活动以及青藏高原和阿拉善块体的相互作用等问题具有重要意义。 文中基于卫星影像解译、 探槽开挖、 差分GPS和无人机摄影测量、 光释光测年等成熟的活动构造研究方法, 定量研究了俄博庙断裂的新活动特征, 得到以下认识: 首先, 文中完善了俄博庙断裂的几何展布, 将断裂长度由约20km延长至45km, 根据破裂长度与震级的经验关系推断俄博庙断裂具有发生7级地震的能力; 其次, 查明了断层陡坎的形态和成因, 发现正向陡坎和反向陡坎交替发育, 反向陡坎的高度为(0.22±0.02)~(1.32±0.1)m, 正向陡坎的高度为(0.33±0.1)~(0.64±0.1)m, 反向陡坎受由南向北低角度逆冲的断层控制, 断层倾角为23°~86°, 正向陡坎受倾向S的高角度正断层控制, 断层倾角为60°~81°; 另外, 断层的左旋走滑比倾滑更显著, 西段19条冲沟的左旋位移为(3.8±0.5)~(105±25)m, 根据其中最典型的一条冲沟的阶地陡坎的左旋位移量(16.7±0.5)m和上阶地年龄(11.2±1.5)ka, 得到俄博庙断裂晚更新世末以来的左旋滑动速率为(1.52±0.25)mm/a。 晚新生代以来, 在青藏高原NE向扩展的构造背景下, 俄博庙断裂的新活动特征可能响应了青藏高原与阿拉善块体之间的相对剪切分量。

关键词: 俄博庙断裂; 甘肃北山; 左旋走滑; 金塔盆地; 青藏高原; 阿拉善块体
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2020)02-0455-17
NEW ACTIVITY CHARACTERISTICS AND SLIP RATE OF THE EBOMIAO FAULT IN THE SOUTHERN MARGIN OF BEISHAN, GANSU PROVINCE
ZHANG Bo1,2), HE Wen-gui2), LIU Bing-xu2), GAO Xiao-dong2), PANG Wei3), WANG Ai-guo2), YUAN Dao-yang2,4)
1)Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
2)Lanzhou National Observatory of Geophysics, Lanzhou 730000, China
3)The Second Monitoring and Application Center, China Earthquake Administration, Xi'an 710054, China
4)School of Earth Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
Abstract

The Ebomiao Fault is a newly discovered active fault near the block boundary between the Tibetan plateau and the Alashan Block. This fault locates in the southern margin of the Beishan Mountain, which is generally considered to be a tectonically inactive zone, and active fault and earthquake are never expected to emerge, so the discovery of this active fault challenges the traditional thoughts. As a result, studying the new activity of this fault would shed new light on the neotectonic evolution of the Beishan Mountain and tectonic interaction effects between the Tibetan plateau and the Alashan Block. Based on some mature and traditional research methods of active tectonics such as satellite image interpretation, trenches excavation, differential GPS measurement, Unmanned Aircraft Vehicle Photogrammetry(UAVP), and Optical Stimulated Luminescence(OSL)dating, we quantitatively study the new activity features of the Ebomiao Fault.
Through this study, we complete the fault geometry of the Ebomiao Fault and extend the fault eastward by 25km on the basis of the 20km-fault trace identified previously, the total length of the fault is extened to 45km, which is capable of generating magnitude 7 earthquake calculated from the empirical relationships between earthquake magnitude and fault length. The Ebomiao Fault is manifested as several segments of linear scarps on the land surface, the scarps are characterized by poor continuity because of seasonal flood erosion. Linear scarps are either north- or south-facing scarps that emerge intermittently. Fourteen differential GPS profiles show that the height of the north-facing scarps ranges from (0.22±0.02)m to (1.32±0.1)m, and seven differential GPS profiles show the height of south-facing scarps ranging from (0.33±0.1)m to (0.64±0.1)m. To clarify the causes of the linear scarps with opposite-facing directions, we dug seven trenches across these scarps, the trench profiles show that the south-dipping reverse faults dominate the north-facing scarps, the dipping angles range from 23° to 86°. However, the south-facing scarps are controlled by south-dipping normal faults with dipping angles spanning from 60° to 81°.
The Ebomiao Fault is dominated by left-lateral strike-slip activity, with a small amount of vertical-slip component. From the submeter-resolution digital elevation models(DEM)constructed by UAVP, the measured left-lateral displacement of 19 gullies in the western segment of the Ebomiao Fault are(3.8±0.5)~(105±25)m, while the height of the north-facing scarps on this segment are(0.22±0.02)~(1.32±0.10)m(L3-L7), the left-lateral displacement is much larger than the scarp height. In this segment, there are three gullies preserving typical left-lateral offsets, one gully among them preserves two levels of alluvial terraces, the terrace riser between the upper terrace and the lower terrace is clear and shows horizontal offset. Based on high-resolution DEM interpretation and displacement restoration by LaDiCaoz software, the left-lateral displacement of the terrace riser is measured to be(16.7±0.5)m. The formation time of the terrace riser is approximated by the OSL age of the upper terrace, which is (11.2±1.5)ka BP at (0.68±0.03)m beneath the surface, and(11.4±0.6)ka at (0.89±0.03)m beneath the surface, the OSL age (11.2±1.5)ka BP at (0.68±0.03)m beneath the surface is more close to the formation time of the upper terrace because of a nearer distance to sediment contact between alluvial fan and eolian sand silt. Taking the (16.7±0.5)m left-lateral displacement of the terrace riser and the upper terrace age (11.2±1.5)ka, we calculate a left-lateral strike-slip rate of(1.52±0.25)mm/a for the Ebomiao Fault. The main source for the slip rate error is that the terrace risers on both walls of the fault are not definitely corresponded. The north wall of the fault is covered by eolian sand, we can only presume the location of terrace riser by geomorphic analysis. In addition, the samples used to calculate slip rate before were collected from the aeolian sand deposits on the north side of the fault, they are not sediments of the fan terraces, so they could not accurately define the formation age of the upper terrace. This study dates the upper terrace directly on the south wall of the fault.
Since the late Cenozoic, the new activity of the Ebomiao Fault may have responded to the shear component of the relative movement between the Tibetan plateau and the Alashan Block under the macroscopic geological background of the northeastern-expanding of the Tibetan plateau. The north-facing fault scarps are dominated by south-dipping low-angle reverse faults, the emergence of this kind of faults(faults overthrusting from the Jinta Basin to the Beishan Mountain)suggests the far-field effect of block convergence between Tibetan plateau and Alashan Block, which results in the relative compression and crustal shortening. As for whether the Ebomiao Fault and Qilianshan thrust system are connected in the deep, more work is needed.

Keyword: Ebomiao Fault; Gansu Beishan; left-lateral strike-slip; Jinta Basin; Tibetan plateau; Alashan Block
0 引言

活动地块边界带是强震集中带, 是构造地质学研究的重要内容(张培震等, 2003, 2013)。 现今, 青藏高原正经历着向N扩展, 顺时针旋转和向E挤出的过程(袁道阳等, 2004)。 青藏高原东北缘与阿拉善块体相接, 接触带两侧形成了强烈反差: 南侧的青藏高原块体以密集的大规模活动断裂、 频繁强烈的地震活动、 强烈的差异地貌为主要特征; 而北侧的阿拉善块体以地震弱活动、 零星的小规模断裂、 平缓地形为主(图 1)。 青藏高原和阿拉善块体的接触带特征和相互作用是需要深入研究的问题。 一个重要的科学问题就是青藏高原块体是否已经扩展或影响到阿拉善块体内部。 Yu等(2016, 2017)通过对桃花拉山、 阿右旗断裂和雅布赖断裂进行的大量工作发现, 阿拉善块体东部的断裂系受到青藏高原向外扩展的影响。 那么, 阿拉善块体西部是否也受到青藏高原扩展的影响?

图 1 区域活动构造图
F1阿尔金断裂; F2大雪山断裂; F3昌马断裂; F4祁连山北缘断裂; F5玉门断裂; F6白杨河断裂; F7新民堡断裂; F8阴洼山断裂; F9嘉峪关断裂; F10佛洞庙-红崖子断裂; F11榆木山断裂; F12黑山断裂; F13金塔南山断裂; F14合黎山断裂; F15慕少梁断裂; F16三危山断裂; F17塔尔湾断裂; F18花海断裂; F19俄博庙断裂; F20鼎新断裂。底图来自SRTM3(Shutter Radar Topographic Mission, 分辨率为90m)数据(地理空间数据云①(①http://www.gscloud.cn/。)); 块体边界来自文献(张培震等, 2003)Fig. 1 Topography, active tectonics, and historical earthquakes around the boundary between Tibetan plateau and ALashan Block.

甘肃北山为阿拉善块体西端的弱构造活动山区, 甘肃省地震工程研究院②(②甘肃省地震工程研究院, 2012, 大型核燃料后处理厂金塔场址可研阶段地震安全性评价。)发现其南缘发育俄博庙活动断裂。 云龙等(2019)、 Yang等(2019)对该断裂开展了活动性质和时代、 滑动速率、 古地震等定量研究, 但对该断裂构造归属的认识存在分歧。 青藏高原东北缘的祁连山-河西走廊逆冲带是否已经扩展到北山地区, 还是通过应变传递影响北山地区的构造活动, 还需要进一步研究。 对俄博庙断裂的几何学和运动学特征进行深入细致的研究, 有助于回答上述问题。

1 区域构造背景

青藏高原和阿拉善块体的接触带发育差异强烈的构造地貌, 活动断裂密集分布, 历史地震强烈且频发(图 1)。 甘肃北山一带南侧为海拔> 5 000m的祁连山主峰以及海拔< 1 500m的河西走廊盆地和金塔盆地。 祁连山以北发育大量走向NWW— NW的活动断裂系, 包括祁连山北缘断裂、 玉门断裂、 新民堡断裂、 阴洼山断裂、 嘉峪关断裂和合黎山断裂等, 这些断裂主要为逆冲性质, 反映了青藏高原强烈的逆冲扩展特征(国家地震局地质研究所等, 1993; Hetzel et al., 2002; 郑文俊, 2009; Zheng et al., 2013; Liu et al., 2017)。 向N到金塔盆地一带, 近年来也陆续发现了规模相对较小、 活动相对较弱的一系列断裂, 包括近EW向的金塔南山断裂、 黑山断裂和俄博庙断裂, NNW向的塔儿湾断裂和花海断裂等。 这些断裂的活动性质较为复杂, 金塔南山断裂兼具左旋走滑和倾滑特征, 黑山断裂则以逆冲为主, 塔儿湾断裂为逆冲兼右旋性质, 花海断裂为隐伏的逆冲断裂, 俄博庙断裂为左旋兼逆冲断裂(陈涛等, 2012; 何文贵等, 2012; 张波等, 2016; Zhang et al., 2018; 云龙等, 2019, 2020; Liu et al., 2020)。 这些断裂走向各异, 性质各不相同, 且多为半隐伏状态, 即在地表断续出露, 连续性和规模不如受高原扩展直接控制的河西走廊内部和边界断裂, 其上发生的历史地震也体现出与断裂分布类似的特点: 南侧的祁连山-河西走廊构造系历史地震较多, 震级大, 包括与昌马断裂相关的1932年昌马7.6级地震、 与合黎山断裂相关的180AD表氏7½ 级地震和756AD酒泉东7级地震、 与佛洞庙-红崖子断裂相关的1609年红崖堡7¼ 级地震、 与新民堡断裂和阴洼山断裂相关的1785年玉门6.5级地震(国家地震局震害防御司, 1995; 郑文俊等, 2009; 何文贵等, 2010; 刘兴旺等, 2011)等; 北侧的金塔盆地周边则鲜有历史地震记载, 已知的最大地震为2012年金塔MS5.4地震, 震源机制解为走滑型(张辉等, 2012)。

俄博庙断裂位于甘肃北山南缘的东端, 是一条断续出露地表的断裂, 向W在北山山前未见同等乃至更大规模的活断层(图 1)。 云龙等(2019)发现该断裂具有全新世活动, 运动性质以左旋走滑为主, 兼具N向逆冲, 在30ka BP前和8.4~3.3ka BP发生过2次古地震事件, 由此说明祁连山断裂系已经扩展到北山地区。 Yang等(2019)得到该断裂晚第四纪以来的左旋走滑速率和逆冲速率分别为2.69mm/a和0.35mm/a; 同时发现俄博庙断裂在大地电磁剖面上为陡立断层面, 断裂贯穿上、 下地壳, 在深部未与祁连山断裂系相连, 由此说明祁连山断裂系没有扩展到北山地区。 前人的探槽揭露的断层性质多变, 对青藏高原是否扩展到北山地区认识也不同。

本文在前人工作的基础上, 通过遥感解译和野外考察, 完善俄博庙断裂的几何展布; 同时, 系统总结断层陡坎和断层面性质, 查明断层陡坎的形态和成因; 然后利用差分GPS、 无人机摄影测量和光释光测年, 对比水平位移和垂直位移, 重新限定断裂的左旋滑动速率。 最后, 基于已有研究成果, 综合分析区域构造特征, 探讨青藏高原与阿拉善块体的相互作用。

2 断裂的几何展布和新活动特征

在前人针对俄博庙断裂展布研究(Yang et al., 2019; 云龙等, 2019)的基础上, 通过遥感解译和野外考察, 在其东延段上新发现了多段断层陡坎, 以及伴随的冲沟左旋、 断层破碎带等现象(图2a, 3, 4)。 俄博庙断裂的长度由约20km(Yang et al., 2019; 云龙等, 2019)延长到45km, 断裂总体走向近EW, 局部段走向NWW或NEE, 断裂东段散开成为多条分支(图2a)。

图 2 俄博庙断裂卫星影像解译
底图来自Google EarthFig. 2 Remote sensing interpretation of Ebomiao Fault.

图 3 俄博庙断层陡坎
a TC2附近断层反向陡坎, 镜向E; b TC4— TC5附近断层正向陡坎, 镜向N; c TC7附近断层陡坎, 镜向SFig. 3 Fault scarps of Ebomiao Fault.

图 4 俄博庙断裂断错地貌
a、 b 断层卫星影像, 来自Google Earth; c 冲沟Ⅰ 级阶地被断错, 镜向NW; d、 e 洪积扇上发育的断层陡坎Fig. 4 Offset geomorphology on the eastern extension segment of Ebomiao Fault.

2.1 断层陡坎

断层陡坎在地表断断续续出露, 正向陡坎和反向陡坎交替出现(图 2— 4)。 为了展示精细的断错地貌、 对比不同方向的断错量, 我们使用差分GPS(仪器为徕卡GPS 1200系列, 精度可达cm级)测量了21条陡坎剖面(L1— L21, 图 2, 5), 对测量点进行线性拟合, 模拟断层陡坎上、 下两盘的趋势线, 计算断层陡坎高度(图 5)。 测量范围主要包括西、 中、 东3段, 西段和东段为反向陡坎, 中段为正向陡坎(图2a, 3)。 反向陡坎剖面(L1— L7, L15— L21)共14条, 高(0.22± 0.02)~(1.32± 0.1)m, 除L3和L5外, 陡坎高度均< 1m。 正向陡坎剖面(L8— L14)共7条, 高(0.33± 0.1)~(0.64± 0.1)m, 高度分布较为集中。 总体而言, 断层陡坎高度较小, 实测剖面的陡坎高度均< 2m。

图 5 差分GPS剖面
横坐标代表距剖面线南端的距离Fig. 5 Differential GPS profiles across fault scarps.

2.2 断层剖面

本工作一共开挖了7个探槽(TC1— TC7), 其中5个探槽横跨反向陡坎(TC1— TC3, TC6— TC7, 图2b, 2d, 6, 8), 2个探槽横跨正向陡坎(TC4— TC5, 图2c, 7)。 根据探槽剖面上的砾石层定向、 地层牵引弯曲和标志层位错等现象判断断层性质。 反向陡坎上的5个探槽均揭露为逆断层, 断层倾向S, 主断面倾角为23° ~86° ; 除TC3东、 西壁主断层的倾角为86° 和55° 、 TC7东壁有一条分支断层的倾角为63° 外, 其余探槽(共7壁)的主断层倾角均为23° ~45° 。 由此可知, 低角度向N逆冲的断层控制着反向陡坎。 然而, 正向陡坎上的2个探槽(4壁)均揭露陡立的正断层, 主断面倾向S, 倾角为60° ~81° (图 7)。

图 6 探槽TC1— TC3剖面及断层解译
红色实线为断层, 黄色虚线为纹层轮廓, 黄色实线为标志层轮廓Fig. 6 Trench profiles of TC1-TC3 and preliminary interpretation.

图 7 探槽TC4— TC5剖面及断层解译
红色实线为断层, 黄色实线为标志层轮廓, 黄色虚线为纹层轮廓Fig. 7 Trench profiles of TC4-TC5 and preliminary interpretation.

图 8 探槽TC6— TC7剖面及断层解译
红色实线为断层, 黄色实线为标志层轮廓, 黄色虚线为纹层轮廓Fig. 8 Trench profiles of TC6-TC7 and preliminary interpretation.

位于同一断层线上的正向陡坎和反向陡坎交替出现, 且由截然不同的2类断层控制, 正向陡坎由陡立正断层控制, 而反向陡坎由低角度逆断层控制。 上述现象与金塔南山断裂的地质地貌现象(张波等, 2016)类似, 无法用单纯的倾滑(正断层或逆断层)来解释, 间接说明俄博庙断裂应以走滑活动为主。

2.3 左旋地貌

Yang等(2019)和云龙等(2019)发现多条冲沟存在左旋位移, 其中有3条冲沟的位错较典型。 我们通过卫星影像解译和野外考察发现2个左旋地貌典型段, 并使用无人机摄影测量获取了这2段的数字高程模型(DEM), 然后通过ArcGIS平台测量了19条冲沟的左旋位移(图 9)。 这2段中冲沟的左旋位移量为(3.8± 0.5)~(105± 25)m, 大多数规模相当的冲沟具有几m至十几m的左旋位移, 相同段上冲沟的左旋位移明显大于断层陡坎的高度(均< 2m), 说明俄博庙断裂以左旋走滑活动为主、 兼具少量倾滑, 与Yang等(2019)和云龙等(2019)提出的运动性质相符。

图 9 断裂左旋地貌
a 西段反向陡坎一线的断层地貌; b 中段分支断裂反向陡坎一线的断层地貌; c 西段中冲沟1与阶地的左旋位错地貌; d 中段冲沟的左旋地貌; e 中段冲沟的左旋地貌Fig. 9 Left-lateral offset expressions.

3 断层的活动速率

由于研究区气候干旱, 降雨量低, 山体低缓, 因此仅发育切割较浅的季节性冲沟, 阶地不易发育, 多数冲沟仅保存Ⅰ 级阶地, 极少数冲沟保留Ⅱ 级阶地。 冲沟1发育Ⅱ 级阶地, 沟床和阶地断错是俄博庙断裂上最典型的点, 因此我们选择冲沟1开展滑动速率研究(图9a, 9c, 10a, 10b)。 该冲沟沟床的左旋位移为(10.9-0.5)~(10.9+0.6)m(由Ladicaoz程序测量)(Zielke et al., 2012)。 断层南盘发育有2级阶地, Ⅰ 级阶地(T1)范围较小, 在断层南侧局部发育, Ⅱ 级阶地(T2)范围较大, 构成冲沟两侧地貌的主体。 断层北侧冲沟狭窄, 阶地被风沙盐碱覆盖, 仅零星出露。 断层在地表表现为正向陡坎, 而实际情况更可能是反向陡坎, 因为断层北侧为大片盐碱地, 泉水相对富集(反向陡坎易挡水、 储水), 芦苇生长茂盛, 风沙容易在此反复堆积, 使得断层北侧加高而形成“ 正向陡坎” 。 该陡坎是在早期反向陡坎的基础上, 因北盘加积作用形成的。 Yang等(2019)在断层北侧开挖的采样坑中揭露了深度> 1m的均匀细粒淤积层, 和南侧原始T2上的混杂堆积不同, 断层两侧是不同沉积物, 所以无法代表真实的构造位移(图 10)。

图 10 左旋滑动速率点
a 冲沟1附近的断错地貌; b 冲沟1附近的断错地貌解译; c 冲沟1附近的卫星影像, 来自Google Earth; d 冲沟T2阶地的采样剖面Fig. 10 Study on horizontal slip rate.

由于断层北侧的原始阶地被埋藏, 无法直接得到与南侧阶地对应的北侧阶地的位置。 但北侧冲沟沟床窄且平直, 在松散的沉积物中没有形成蜿蜒崎岖的形态, 说明北侧冲沟继承了早期冲沟的沟床, 没有发生大幅度迁移。 另外, 研究区虽然气候干旱, 但地下水水位却很高(在西侧探槽内挖出地下水, 且水量较大), 地下潜流很发育, 地表的沟床不易迁移。 因此, 断层北侧的沟床应该是稳定的, T2前缘应和现今的地形边缘一致。 将断层北侧T2的前缘与断层南侧T2/T1阶地陡坎对应, 通过Ladicaoz程序(Zielke et al., 2012)测量得到T2/T1阶地陡坎的左旋位错量为(16.7± 0.5)m。

我们在断层南侧保存完整的原始T2阶地上开挖1个采样坑, 坑中揭露地层①和② 2套地层(图10d)。 地层①为灰黄色冲洪积砂砾石和风成砂, 含少量粗砂, 同时含白色石膏晶体, 砾石无磨圆。 地层②为红色松散且风化破碎的侏罗系。 地层②代表该阶地的基座, 地层①为冲沟洪积扇堆积, 未见阶地废弃后的沉积。 我们在地层①下部采集光释光(OSL)样品, 地层①底部样品(BS-OSL-17-02, 采样深度为(0.89± 0.03)m)的年龄为(11.4± 0.6)ka, 上部样品(BS-OSL-17-01, 采样深度为(0.68± 0.03)m)的年龄为(11.2± 1.5)ka(表1)。 由于上部样品更接近废弃层, 其年龄应更接近阶地的废弃年龄, 因此选择上部样品年龄作为阶地废弃年龄的近似值。

表1 光释光样品测年数据 Table1 Dating results of OSL samples

基于T2/T1阶地陡坎的左旋位错量(16.7± 0.5)m、 T2废弃年龄的近似值(11.2± 1.5)ka, 分别根据位移和年龄的下限和上限计算得到断裂的左旋走滑速率为(1.52± 0.25)mm/a。 此结果最大的不确定性来源于无法精确测定T2/T1阶地陡坎的左旋位错量, 由于断层北盘原始的阶地面被风沙盐碱埋藏, 故假定风沙盐碱地阶地前缘为原始T2阶地的前缘, 这可能会带来一定的误差, 该误差在Yang等(2019)的工作中也存在。 另外, 前人以风沙盐碱沉积物中细粒淤积样品的年龄作为原始T2阶地的年龄, 可能也会增加研究结果的不确定性。

4 讨论

本研究在Yang等(2019)和云龙等(2019)发表的俄博庙断裂展布形态的基础上, 发现其继续向E断续延伸约25km, 长度达45km。 根据邓起东等(1992)和Wells等(1994)关于走滑断裂破裂长度和震级的经验关系可知, 该断裂引发地震的潜在震级分别可达7.4和7, 说明其具有发生7级以上地震的能力, 为附近大型人口聚集地、 大型企业的抗震设防提供了依据。

本文梳理、 总结了俄博庙断裂上断层陡坎的形态及成因, 指出正向陡坎均由高角度正断层控制, 反向陡坎主要由低角度逆断层控制。 同一条断层上的陡坎坡向、 断层性质的交替变化和冲沟的同步左旋, 共同印证了俄博庙断裂以左旋走滑为主的活动性质, 反映其受到以剪切为主的构造应力作用。 俄博庙断裂与金塔盆地南缘的金塔南山断裂走向平行, 运动性质相似, 且金塔南山断裂东端发育SN向的张性构造(张波等, 2016; Zhang et al., 2018)。 俄博庙断裂西延在趋势上与三危山断裂相接, 而三危山断裂也具有以左旋走滑为主的运动特征(刘兴旺等, 2018; 云龙等, 2019)。 俄博庙断裂与其周边走向近平行或趋势相连的断裂都体现出类似的运动学特征, 说明其构造环境及受到的地球动力作用类似。 本研究认为, 在青藏高原向NE扩展的宏观构造背景下, 在河西走廊西端, 青藏高原与阿拉善块体之间的相对运动可能近平行或呈小角度斜交, 因此块体接触带的阿尔金断裂、 金塔南山断裂等受到以剪切为主的区域构造应力, 从而表现出与以左旋走滑为主的运动性质并形成伴生构造(图 11)。 三危山断裂、 阿拉善块体内部的俄博庙断裂与块体接触带的阿尔金断裂— 金塔南山断裂一线平行, 活动性质类似, 均以左旋走滑为主(刘兴旺等, 2018; Yang et al., 2019; 云龙等, 2019)。

图 11 区域构造模型
底图来源于SRTM3(来源于地理空间数据云③(③http://www.gscloud.cn/。)), 分辨率为90mFig. 11 Regional tectonic model.

大地电磁剖面结果(Xiao et al., 2011)显示三危山断裂与阿尔金断裂在深部相连, 是阿尔金断裂花状构造的分支, 三危山断裂的左旋走滑运动直接受阿尔金主断裂控制(Cunningham et al., 2016); 而Yang等(2019)的大地电磁剖面结果显示俄博庙断裂为陡立断层面, 向深部延伸至下地壳, 不属于祁连山逆冲扩展系统。 几何上孤立存在的俄博庙断裂, 其左旋走滑的动力机制和三危山断裂不同, 前者可能受到青藏高原和阿拉善块体相对运动的影响, 后者直接受阿尔金主断裂的控制。 因此, 青藏高原向NE扩展的构造应力已经影响到阿拉善块体内部的俄博庙断裂, 但二者在几何结构上不相连。 另外, 阿尔金断裂— 金塔南山断裂一线与三危山断裂— 俄博庙断裂一线均呈略向N凸的弧形, 在更大尺度上表现为顺时针旋转的几何形态, 该几何形态可能受青藏高原向NE扩展的影响。

俄博庙断裂纯左旋走滑的运动性质难以解释低角度逆断层(控制反向陡坎的形成)的存在, 且逆冲方向为由金塔盆地向北山逆冲(图 6, 8), 与北山南缘北高南低的山前宏观地貌不符。 综合已有研究(Yang et al., 2019; 云龙等, 2019)发现, 低角度逆冲断层出现在断裂的西端(图 2 中的TC1— TC3)和中部(图 2 中的TC6— TC7), 并非局部构造转换作用形成, 而是俄博庙断裂上反向陡坎的共因。 俄博庙断层可能不是北山与金塔盆地的边界断裂, 并未控制北山的抬升, 只是受青藏高原与阿拉善块体相对剪切的影响而发生构造活动。

5 结论

本文基于卫星影像解译、 探槽开挖、 差分GPS、 无人机摄影测量和光释光测年等方法, 定量研究了阿拉善块体内部北山南缘的俄博庙断裂的新活动特征, 得到如下结论: 俄博庙断裂总长45km, 地表形迹断续, 正向陡坎和反向陡坎交替出现。 正向陡坎由高角度正断层控制, 反向陡坎由低角度逆冲断层控制。 基于地貌分析和光释光测年结果, 重新限定俄博庙断裂晚更新世末以来的左旋走滑速率为(1.52± 0.25)mm/a。 综合已有的研究成果分析认为, 由于青藏高原向NE扩展, 青藏高原与阿拉善块体的相对剪切影响到了阿拉善块体内部的北山地区。

致谢 本研究的光释光样品由中科释光检测技术研究所、 核工业北京地质研究院共同测定; 审稿专家为本文提出了很好的修改意见。 在此一并表示感谢!

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