柴达木块体内部都兰南断裂晚第四纪活动特征.pdf
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1、盖海龙,姚生海,殷翔,苏旭,刘炜,2023.柴达木块体内部都兰南断裂晚第四纪活动特征.震灾防御技术,18(2):261273.doi:10.11899/zzfy20230207柴达木块体内部都兰南断裂晚第四纪活动特征1盖海龙 1,2)姚生海 1,2)殷翔 1,2)苏旭 1,2)刘炜 1,2)1)青海省地震局,西宁 8100012)青海格尔木青藏高原内部地球动力学国家野外科学观测研究站,青海格尔木 816000摘要青藏高原是新生代期间印度与欧亚板块持续强烈陆陆碰撞作用下形成的陆内活动造山带,发育了复杂的活动断裂系统,并成为东亚显著的陆内强震活动区。已有学者对高原活动断裂的研究多集中于地块边界带上
2、,缺少对块体内部变形的研究。近期在开展青海省海西州都兰县察汗乌苏镇地震小区划工作中,调查发现在柴达木地块东南部的都兰次级断块内部存在明显的晚第四纪活断层都兰南断裂。通过对都兰南断裂开展详细的野外地质调查、高分辨率遥感影像解译和无人机低空摄影精细测量等,得到该断裂的构造地貌特征、空间几何展布及运动特性,并通过开挖探槽和地质测年等,对其最新活动时代及滑动速率等进行初步约束。研究结果表明,该断裂为全长约 43 km、全新世活动的左旋走滑断裂,并在其东段存在长约 6 km 的地表破裂带。在该断裂东段,地表的晚第四纪累积左旋位移达(14.51.8)m,西段的左旋走滑量为(6.70.8)m,初步估算其东段
3、的水平走滑速率为 1.561.9 mm/a,西段的水平走滑速率为 0.91.16 mm/a。该断裂的发现及全新世活动的厘定表明,青藏高原内部活动构造变形样式复杂,断块内部通常存在不同程度的弥散变形。因此,断块内部的强震危险性不容忽视。该活动断裂的发现为认识都兰次级断块内部变形样式、应变分配等提供了参考,为都兰地区地震危险性的认知提供了支撑,对防御和减轻区域地震灾害风险具有一定指导意义。关键词:都兰南断裂全新世活动地表破裂左旋走滑运动速率The Late Quaternary Activity Characteristics of the Dulan South Faultin the Qaid
4、am BlockGai Hailong1,2),Yao Shenghai1,2),Yin Xiang1,2),Su Xu1,2)and Liu Wei1,2)1)Qinghai Earthquake Agency,Xining 810001,China2)National Field Observation and Research Station for Geodynamics in the Qinghai-Tibet Plateau,Golmud 816000,Qinghai,ChinaAbstractThe Qinghai Tibet Plateau is an intracontine
5、ntal active orogenic belt formed under the continuous strong continental colli-sion between India and Eurasia during the Cenozoic era.It has developed an extremely complex active fault system and has become anextremely significant intracontinental strong earthquake activity area in East Asia.Previou
6、s studies on active faults in the plateau havefocused more on the boundary zone of the block,but paid less attention to the internal deformation of the block.Recently,during theseismic zoning of Chahanwusu Town,Dulan County,Haixi Prefecture,Qinghai Province,it was found that there was an obvious lat
7、eQuaternary active fault-Dulan South fault in the Dulan secondary fault block in the southeast of Qaidam block.Through detailed fieldgeological survey,high-resolution remote sensing image interpretation and low altitude photography fine measurement of the Dulan 1 基金项目 中国地震局地震科技星火计划项目(XH20061Y);青海省中青
8、年科技人才托举工程(2022QHSKXRCTJ49)收稿日期2022-05-23作者简介盖海龙,男,生于 1988 年。工程师。主要从事活动构造及其工程应用方面的工作。E-mail:通信作者姚生海,男,生于 1980 年。高级工程师。主要从事活动构造和古地震研究等方面的工作。E-mail: 第 18 卷 第 2 期震灾防御技术Vol.18,No.22023 年 6 月Technology for Earthquake Disaster PreventionJun.,2023South fault,the structural and geomorphic characteristics,spa
9、tial geometric distribution and movement characteristics of the fault areobtained.The latest activity age and sliding rate are preliminarily constrained by excavation of trench and geological dating.The resultsshow that the fault is a 43 km long,Holocene left lateral strike slip fault,and there is a
10、 6 km long surface fracture zone at its east end.Inthe east section of the fault,the accumulated left lateral displacement of the surface in the late Quaternary is(14.5 1.8)m,and the leftlateral strike slip of the west section is(6.7 0.8)m.It is preliminarily estimated that the horizontal strike sli
11、p rate in the east section isabout 1.561.9 mm/a,and that in the west section is about 0.91.16 mm/a.The discovery of the fault and the determination of Holo-cene activity indicate that the active tectonic deformation style in the Qinghai Tibet Plateau is very complex,and there is usually disper-sion
12、deformation in the fault block with different degrees.Therefore,the risk of strong earthquakes in the fault block cannot be ignored.The new discovery of this active fault provides an important basis for understanding the internal deformation style and strain distribu-tion of Dulan sub-fault block,pr
13、ovides strong support for the recognition of seismic risk in Dulan area,and has a certain guiding signi-ficance for the prevention and mitigation of regional seismic disaster risk.Key words:Dulan South fault;Holocene activities;Surface rupture;Left lateral strike slip;Motion rate 引言国内外众多的大地震现场考察及其灾害
14、现象分析研究表明,活动断层不仅是产生地震的根源,也是造成地震灾害的原因(中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等,2018)。地震发生时沿断层线的破坏较严重,人员伤亡明显较断层两侧的其他区域严重(徐锡伟,2006;徐锡伟等,2016)。新活动断裂的发现可能会改变人们对某个地区地震活动情况的认识,改变某项重大工程地震危险性程度的评估结果,也可能会改变对区域地震危险性的认识(哈广浩等,2021)。青藏高原是新生代期间印度与欧亚板块持续的强烈陆陆碰撞作用下形成的陆内活动造山带,发育了复杂的活动断裂系统,并成为东亚显著的陆内强震活动区。新生代以来,印度板块与欧亚大陆的持续碰撞使青藏高原不断向周边扩展和
15、增生(Molnar 等,2009),受北侧戈壁阿拉善地块和东侧鄂尔多斯块体的阻挡,由东昆仑断裂带、阿尔金断裂带和祁连-海原断裂带围限的青藏高原东北缘区域正在经历地壳缩短、剪切变形和块体挤出等强烈的地壳变形过程,发育了大量的褶皱、逆冲与走滑断裂等活动构造(邓起东等,2002;张培震等,2013)。在该区域边界广泛发育着走向 NWW 的逆冲兼左旋走滑断裂带,同时在区域内部发育了NNW 向的逆冲兼右旋走滑性质的鄂拉山断裂和日月山断裂(袁道阳,2003)。多年来,国内外学者对该区域的主要断裂开展了大量研究工作,取得了一定成果(袁道阳等,2004;Zhang 等,2004;Yuan 等,2011;李智敏
16、等,2018;吴果等,2022)。然而,已有学者对该区域活动断裂的研究多集中于地块边界带上,而对块体内部断裂的变形方式、应变分配等方面的研究较少,认识不足。近年来发生了多次强震,如兰坪地块内部的 2021 年漾濞 6.5 级地震(王光明等,2021)、巴颜喀拉块体内部的 2021 年玛多 7.4 级地震(盖海龙等,2021;李忠武等,2022)等,可知块体内部变形不容忽视。本文在柴达木地块东南部的都兰次级断块内部新发现的都兰南左旋走滑活动断裂,进一步表明青藏高原内部的地壳变形复杂,断块内部可能存在弥散变形特点,因此断块内部的强震危险性不容忽视。该活动断裂的发现为认识都兰次级断块内部变形样式、应
17、变分配等提供了重要依据,为都兰地区地震危险性认知提供了有力支撑,对于防御和减轻区域地震灾害风险具有一定指导意义。1区域构造背景青藏高原中北部巴颜喀拉块体和祁连柴达木块体是以 NWW 走向的东昆仑大型左旋走滑断裂为界的 2个活动地块,该区域是我国现今地震活动最强烈的地区之一,近年来发生了多次 6.5 级以上强震,包括了2022 年 1 月 8 日发生在祁连-海原断裂带上的门源 6.9 级地震、2021 年 5 月 22 日发生在东昆仑断裂带上的玛多 7.4 级地震、2017 年发生的九寨沟 7.0 级地震、2010 年 4 月 4 日发生在甘孜玉树断裂带上的玉树 7.1 级地震、2008 年发生
18、在龙门山断裂带上的汶川 8.0 级特大地震。都兰南断裂所在的周边区域位于巴颜喀拉块体和祁连柴达木块体的交界部位,属柴达木次级地块的东南缘地区。该断裂周边区域内发育了多条活动性断裂(图 1),其中以 NWW 向的东昆仑左旋走滑断裂(图 1(b)中 F14)和 NNW 向的鄂拉山右旋走滑断裂262震灾防御技术18 卷(图 1(b)中 F2)最显著。鄂拉山断裂带被认为是夹持在海原-祁连断裂和东昆仑主边界断裂之间祁连柴达木活动地块内部的右旋次级构造,是分隔柴达木盆地和茶卡共和盆地的边界断裂,断裂同时控制了上述两盆地之间鄂拉山的隆升和新构造变形。在都兰南断裂的东北部还存在 2 条近平行的 NW 走向晚更
19、新世-全新世右旋走滑断裂,分别为夏日哈断裂(图 1(b)中 F11)和英德尔康断裂(图 1(b)中 F12)。2断裂特征 2.1断裂几何展布与遥感影像特征都兰南缘断裂位于柴达木盆地东南缘,青海省海西州都兰县热水乡以南(图 1、图 2)。断裂距都兰县城直线距离约 15 km,距都兰县热水乡驻地约 5.5 km。断裂西起都兰县热水乡西南部阿木它以西,向东经龙哇尕当、恰外、柴湾沟地区,跨约 G109 国道,经热水乡智尕日村南部,跨越察汗乌苏河,从热水乡扎麻日村南部延伸至桃斯托河西北岸,向东未穿越桃斯托河,断裂延伸约 43 km,倾向总体向北,具有左旋走滑特!R!R!R!R!R!R!R!R玛沁县茫崖市
20、都兰县共和县玛多县玉树市青藏高原柴达木盆地格尔木市德令哈市拉萨市成都市西宁市40N3530105E1009590850250500125km0250500 km37N363597E98(a)(b)99第四系逆断层图例水系、水库震级 M:4.74.9F1.都兰南断裂;F2.鄂拉山断裂;F3.大柴旦-宗务隆山断裂;F4.宗务隆山南缘断裂;F5.大柴旦-尕海断裂;F6.柴达木盆地北缘断裂;F7.青海南山北缘断裂;F8.青海南山南缘断裂;F9.哇玉香卡-拉干断裂;F10.柴达木盆地南缘断裂;F11.夏日哈断裂;F12.英德尔断裂;F13.昆中断裂;F14.东昆仑断裂;F15.中铁断裂;F16.昆仑山口
21、-达日断裂(a)研究区大地构造位置(b)区域历史地震记录及主要断裂分布5.05.96.06.97.07.96.0 级以上地震标注新近系古近系前新生界岩浆岩全新世断裂 晚更新世断裂隐伏断裂 走滑断裂早中更新世断裂040 km比例尺 1:1 000 000N6.97.02022-01-082017-08-088.02008-5-127.12010-04-147.42021-05-22成都市兰州市兰州市 图 1 研究区地震构造Fig.1 Seismic tectonic map of the study area2 期盖海龙等:柴达木块体内部都兰南断裂晚第四纪活动特征263征。断裂在察汗乌苏河以西部
22、分,走向近 EW,在察汗乌苏河以东走向逐渐由 NEE 向变为 NE 向(图 2),且断裂在察汗乌苏河两侧不连续,故以察汗乌苏河为界,将断裂分为东、西段。断裂东段桃斯托河西北岸遥感影像线性特征明显(图 3),形似被开挖的沟渠展在山前,长约 6 km,且冲沟有被错断的痕迹,疑似为地震造成的地表破裂遗迹。3610N98E981098209830N图例阿木它龙哇尕当都兰县恰外柴湾沟考察点2G109国道智尕日村赛什堂村热水乡扎麻日村桃斯托它温山哈次谱山图3b图3a桃斯托河考察点1察汗乌苏河阿木它龙哇尕当都兰县恰外柴湾沟考察点2G109国道智尕日村赛什堂村热水乡扎麻日村桃斯托它温山哈次谱山图 3b图 3a
23、桃斯托河考察点1察汗乌苏河断裂地表破裂国道水系051020 km 图 2 都兰南断裂几何展布Fig.2 Geometric display of the the Dulan South fault 361400N36133036130098259824309824E00.50.25km图 4(a)地表破裂西段影像(b)地表破裂东段影像00.25 0.501 km361300N36123098249823309823ENN 图 3 都兰南断裂地表破裂遥感影像(影像据 Google map,红色箭头为断裂疑似位置)Fig.3 Remote sensing image of surface rupt
24、ures at the Dulan South fault(According to google map,the red arrow is the suspectedlocation of the break)264震灾防御技术18 卷2.2断裂典型地貌特征地貌特征是地质构造格局的基本反映,是新构造运动中断裂活动、块体运动和侵蚀风化作用的综合结果(姚生海等,2020)。在遥感解译的基础上,沿着断裂进行了野外地质调查,在重点段位开展了无人机低空摄像测量。重点考察点位置如图 2 所示,其中 2 处重点考察点描述如下。2.2.1考察点 1(桃斯托河西北岸)在桃斯托河西北岸,遥感影像显示线性特征明显
25、,断裂形成长约 6 km 的地表破裂带(图 3)。通过无人机低空摄影测量得到了该地表破裂带东段的数字高程模型(图 4(a)及正射影像图(图 4(b)。在数字高程模型和正射影像图中,断裂形成的线性特征明显,断裂断错了冲沟和山体,且具有明显的左旋走滑特征(图 4)。在数字高程模型中测得 4 处近南北走向的冲沟、山脊 S1S4(图 4(a)左旋断错点位移分别为(11.71.2)、(14.51.5)、(15.81.5)、(16.01.6)m,平均左旋位移为(14.51.5)m(表 1)。沿断裂形成的地表破裂带反向陡坎明显,陡坎高度 0.51.0 m,通过图 4(a)中 P1、P2、P3、P4 剖面实测
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