甘肃迭部―白龙江南支断裂中东段晚第四纪构造活动特征

1、甘肃迭部白龙江南支断裂中东段晚第四纪构造活 动特征Characteristics of Late Quaternary Tectonic Activityin the Middle-easternSegment of the Southern Branch of Diebu-BailongjiangFault ， GansuLIU Xing-wang1 ，2，3，4，YUANDao-yang1 ，SHAOYan-xiu1 ， 2， WU Zhao1(1. Lanzhou Institute of Seismology ，China Earthquake Administration ， Lan

2、zhou 730000 ， Gansu ， China ；2. Lanzhou National Observatory of Geophysics，Lanzhou 730000 ， Gansu， China ； 3. School ofEarth Environmental Sciences ， Lanzhou University ， Lanzhou 730000 ， Gansu， China ；4. Key Laboratory of Western Chinas Environmental Systems of Ministry ofEducation ， Lanzhou Univer

3、sity ， Lanzhou 730000 ， Gansu， China )： Based on satellite image interpretation， fieldsurvey and geological mapping，the characteristics of Late Quaternary tectonic activity in the middle-eastern segmentof the southern branch of Diebu-Bailongjiang fault ，Gansu ， were discussed. The results show that

4、the activity of the middle segment of the southern branch of Diebu-Bailongjiang fault is stronger than that of the eastern segment ； the characteristic along the middle segment is significantly linear， and the scar and faultscarp cutting through several terraces can be easily distinguished ； the mid

5、dle segment is active since Late Quaternary ， and the elapsed time of the last event should be less than about 1 300 years ； the middle segment is Holocene active fault ； the activity of the eastern segment is obviously weakened，and there is no evidence of Holocene fault ； the landform in the easter

6、n segment is a linear valley ， and the eastern segment is Late Pleistocene fault. According to the measurement of fault terrace and dating，the left-lateral and vertical slip rates are(1.3 0.1 )mmand (0.390.04 ) mm per year in the middle segment of the southern branch of Diebu-Bailongjiang fault.0 引

7、言甘肃省东南部地区位于青藏活动块体东部边缘， 在大地构造分区上位于SN向与EW向构造分区的交汇部位，也是中国著名的南北地震带纵穿而过的位置 1-6 。区内发育多条晚第四纪逆冲兼走滑的活动断裂带，构造形式复杂，新活动性强，历史上曾发 生过多次破坏性大地震 （如公元前 186年武都 7级地震 7 、1654 年天水 8级地震8-9 、1879年武都 8级地震等 10-11 ），近 年来也发生过多次破坏性地震 （如 2003年岷县 5.2 级地震 12 、 2004年岷县一卓尼5级地震13、2013年岷县一漳县6.6级地 震14-16 ），未来存在发生大地震的构造条件，因此，本区一 直是地震部门监测

8、的重点区域。本区夹持在两条巨大的走滑活动断裂（东昆仑断裂和西秦岭北缘断裂）之间，区内一系 列断裂起到了传递和平衡二者之间构造转换的作用 17-18 。前 人的研究主要集中在断裂几何展布和活动性初步调查方面， 对断 裂在构造转换中的作用也是基于几何形态的推测， 而对本区单条 断裂的定量研究比较零星 19-20 且存在不同的认识 10-11 。笔 者选择甘肃省东南部地区较为重要的迭部白龙江南支断裂为 研究对象， 通过对新活动性及滑动速率的确定， 给出断裂运动学 特征的定量参数，为该区的地震危险性评价提供依据；同时，结 合前人对周边地区断裂新活动特征及运动学特征的研究成果， 综 合讨论了该断裂在区域

9、构造转换中的作用和意义。1 断裂基本特征迭部一白龙江断裂西起尕海以南的西倾山（图 1）,西段大 致沿白龙江河谷发育， 东段沿白龙江南侧拱坝河流向延伸， 东南 端至陇南市武都区附近，由 2 条断裂组成，长均约为 250 km。 断裂总体走向NW70 ，倾向SW或NE倾角4070,断层性质主要表现为逆冲（局部正断）兼具左旋走滑。该断裂具有分 段活动特征：断裂西段由于受植被覆盖和河流切割侵蚀的影响， 断错地貌不清楚， 未发现可靠的晚第四纪活动断错剖面， 前人初 步研究认为属于晚更新世断裂 21 ；断裂中段发育于中高山之 间，由南、北两支断层组成（图 2），断裂沿线断错地貌明显， 部分段落可见明显的山

10、脊及水系左旋位错、 断层陡坎等。 迭部 白龙江北支断裂最清楚的段在舟曲县三角坪乡附近的虎家湾一 带，发育并保留了连续的地震鼓包及低陡坎等新活动证据。 通过 历史地震考证和探槽开挖，该断裂段确定为公元前 186 年武都 7 级地震的发震断裂7，属全新世断裂。迭部一白龙江南支断裂 则未开展过系统研究，仅有的报道多见于地震安全性评价报告 中。本文研究区位于迭部一白龙江南支断裂中东段（图2）。1.1 断裂几何结构 迭部白龙江南支断裂在经过迭部县旺藏乡后开始偏离白龙江流域，朝SE向拱坝河流域延伸（图2）。研究区内该断裂 长度约为120 km，其中，旺藏一花草坡段属于该断裂的中段， 花草坡武都段属于该断裂

11、的东段。旺藏花草坡段主要发育于三叠系碎屑岩与志留系碳酸盐 岩以及白垩系砂岩与石炭系灰岩之间，自旺藏开始，经帕尕、次 古、洋布，止于花草坡一带，长约55 km，总体走向305，倾向NE或SW倾角4070。花草坡一武都段主要发育于石炭 系灰岩内部，自花草坡开始，向 SE经插岗、大年至武都西北部，长约65 km，总体走向290310,中间略呈 S形弯曲F1为西秦岭北缘断裂；F2为东昆仑断裂；F3为临潭一宕昌 断裂；F4为礼县罗家堡断裂；F5为光盖山一迭山断裂；F6为迭 部白龙江断裂；F7为两当一江洛断裂；F8为成县盆地南支断裂；F9 为武都一略阳断裂；F10为文县一康县一略阳断裂；F11为龙门 山断

12、裂带；Ms为地震震级；图件引自文献13和16，有所修改图 1 甘肃省东南部地区主要活动断裂与地震分布Fig.1 Distribution of Active Faults and Earthquake in the Southeast of Gansu ProvinceF6-1 为迭部白龙江南支断裂； F6-2 为迭部白龙江北支 断裂； F12 为舟曲断裂； F13 为坪定化马断裂图 2 迭部白龙江南支断裂地质简图Fig.2 Simplified Geological Mapof the Southern Branch of Diebu-Bailongjiang Fault1.2 断裂沿线断错

13、地貌特征根据郭进京等的研究， 西秦岭岷县武都地区主要发育 4级 夷平面，海拔高度分别为 3 000 3 100、 2 400 2 600、2 000 2 100 、1 500 1 700 m ，形成时代分别为晚白垩世渐新世、3.6 Ma、2.5 Ma、1.8 Ma22。迭部一白龙江断裂主要发育在I 级夷平面与级夷平面之间，或发育在半山腰附近，形成台地地 貌。1.8 Ma 以来，由于青藏高原多阶段的隆升，白龙江沿岸形成7级河流阶地（T1T7）,形成时代分别为0.01 0.030.05、 0.14 0.15、0.56、1.2、1.4 1.5、1.7 Ma22。其支流一般 发育 2 4 级阶地。本区

14、第四系沉积物以冲洪积或泥石流成因的 洪积扇、洪积台地为主，相对缺乏细粒沉积。从卫星影像上看，迭部一白龙江南支断裂中段线性影像清 晰，断裂通过处地貌上有明显反映，其表现形式主要有：断层沟 槽、断层垭口、断错山脊、基岩陡崖、断层陡坎及冲沟左旋等断 错地貌。其中，在旺藏沟白龙江支流发育了至少 4级阶地，支流 西岸保留T3和T4两级阶地，T3阶地比较连续，T4阶地经后期 冲沟侵蚀，呈零星分布。在断层通过处，T3和T4阶地发生明显的变形，形成高度不等的断层陡坎图3（a），T4阶地陡坎高 度明显高于T3阶地，说明断裂是持续活动的，阶地越老，陡坎 越高。在台尼傲村附近，有 6 条冲沟发生了同步左旋，位错量各

15、 不相同，分为3、7、13 m等3个等级图3（ b）、（ c），若 一次地震能产生3 m左右的左旋位错，震级估计在 7级以上。在 洋布村一带， 断层位于宽缓河谷的南侧山坡上， 断层断错地貌较 为清晰。洋布村南北侧都见有较为连续的断层陡坎、垭口等，在 洋布村北侧山坡上， 可清晰看到浅灰色石炭系地层逆冲于红色白 垩系地层之上，并形成灰白色断层破碎带图3（ d）。断层经过洋布村后， 在洋布村东南侧山头形成断层垭口， 后进入植被茂 密的山区；根据卫星影像解译，断层在花草坡形成不连续阶区。在断裂东段大年乡一带， 断层地貌主要有断层陡坎、 冲沟左 旋等；在大年乡南侧山坡上，断层地貌以陡坎为主，但陡坎都很

16、大，高几十米。在大年乡南侧发现一冲沟左旋，左旋位移量约为120 m图4 (a)。在左旋冲沟上方可看到断层陡坎、断层沟槽， 而在其下方可见宽几十米的断层破碎带， 破碎带前端有类似断层 泥的黑色细粒物质 图 4( b) 。图 3 迭部白龙江南支断裂中段断错地貌Fig.3 Fault Landforms Along the Middle Segment of the Southern Branch of Diebu-Bailongjiang Fault图 4 大年乡断错地貌Fig.4 Fault Landforms at Danian Town1.3 断裂活动的地质证据 断裂活动性的鉴定对该区未来地

17、震危险性的判定至关重要。 研究区第四系沉积物较少， 基本以断错大地貌为主， 在这种情况 下判断一条断层的活动性只能依靠一些关键点和关键部位的微 地貌断错特征来分析。在断裂中段帕尕村南侧见到断层剖面(图 5)，断裂通过此 地时夹杂了一套白垩系岩块，断块北侧断面倾向NE而南侧断面倾向SW所见的断面为南侧断层面，三叠系板岩逆冲在白垩 系红层之上， 并断错全新世早期坡洪积砾石层； 断面上可见 3 种 颜色的断层泥，分别是已胶结的黄褐色泥、半胶结黑色泥及松 散一微胶结紫红色泥，断层泥总厚度约 30 cm；断裂形成约50 m 的挤压破碎带， 破碎带南侧为三叠系板岩夹砂岩透镜体。 综上所 述，该断裂曾经多次

18、活动，最新活动时代应该在全新世。图5 帕尕村断层剖面Fig.5 Fault Profile at Paga VillageU1为灰黑色地表根土层；U2为浅土黄色砂砾石土层；U3为 土灰色细砾石层；U4为灰白色粗砂砾石层；U5为暗灰色砂砾石 层；U6为姜黄色断层破碎带；U7为灰黑色断层泥带；U8为淡红 色砂岩图 6 次古村断层剖面Fig.6 Fault Profile at Cigu Village在次古村附近，断层剖面中发现 4条断层图6 （b）中断层F14、F15、F16 和 F17。F14、F15 为正断层，F16、F17 为逆断 层。从剖面上看，断层F14、F16、F17均未断错最新的地

19、层（灰 黑色地表根土层，U1），断层F14断错的最新地层为浅土黄色砂 砾石土层（U2），断层F16、F17断错灰黑色地表根土层以下所 有地层，断层带内最新活动的断层为F15。断层F15形成一个宽约20 cm的黑色断层泥带，产状为 300 /SM70,断错最新 的地表沉积层为灰黑色地表根土层。 野外在灰黑色地表根土层底 部采集了 14C样品，年代为（1 320 30） a BP （表1）,表明 断层在约 1 300 年以来是有过活动的。在断裂东段的阳坝村，拱坝河T2阶地边缘发现断层剖面（图7）。T2阶地拔河超过10 m阶地砾石层之上为淡红色砂土，顶 部为地表根土层。断层为正断层，产状为315 /

20、SM 80,断层断错T2阶地砾石层及砂土层底部，但浅土黄色砂砾石土层上 部表1 14C样品测年结果Tab.1 Radiocarbon Dating Results of 14C注：BP为1950年以前。没有断错， 地表也没有形成断层陡坎， 可能断层在浅土黄色 砂砾石土层沉积早期活动， 后期则再无活动。 根据区域阶地资料， T2阶地可能形成于30 00050 000年，断裂活动时代可能为晚 更新世。 在插岗乡嘎尔里村附近， 断裂剖面也是断错晚更新世黄 土。图 7 阳坝村断层剖面Fig.7 Fault Profile at Yangba Village1.4 小 结综合断层剖面及沿线断错地貌特征，

21、 判断迭部白龙江南支 断裂中段为全新世活动断裂，而东段属晚更新世断裂。2 断裂滑动速率的确定 断裂滑动速率的定量结果是断裂在一定时期内运动学特征的反映。根据迭部一白龙江南支断裂不同位置的断错地貌和运动 学特征， 断层性质主要表现为逆冲兼具左旋走滑。 在断裂中段的 旺藏沟， 不同时期的地貌面被断错， 根据地貌面上断错位移量及 地貌面废弃年龄， 就可以确定该地貌面自废弃以来的累计位移量 及滑动速率。图 8 旺藏沟阶地断错地貌解译Fig.8 Interpretation of Terrace Fault Landforms at Wangzanggou在旺藏沟内白龙江一级支流上， 河流主要发育 4

22、级阶地（图8）。T1和T2阶地主要发育于河流东岸，T2阶地又可以分为T2a和T2b两级亚阶地；在断层上盘，T1阶地拔河高度为3 m, T2a亚阶地拔河高度为 5 m，T2b亚阶地约为8 m。T3阶地主要 分布于河流西岸，断层上盘拔河高度为 15 m。 T4 阶地经后期侵 蚀，仅分布于较高的冲沟之上，上覆35m厚黄土，拔河高度约为75 m因为T1、T2阶地砾石层之上沉积物极少，仅厚3050 cm,且植物根系发达，所以无法进行年代测试。野外主要对 T3和T4阶地采集了 14C样品。T3阶地采样深度为1.5 m，为阶 地砾石层之上灰黑色土层。T4阶地为阶地砾石层之上黄土层，采样深度约为3 m。根据试

23、验所得年代数据（表 1）, T3阶地年 代较为合理，而T4阶地年代明显偏年轻。根据郭进京等的研究 22 ,区域内白龙江、洮河、岷江等河流的阶地序列为 T1、 T2、T3 禾口 T4,对应时代分别为 0.01、0.01 0.03、0.14 0.15、0.56Ma支流阶地年代和主河流阶地年代往往具有可对比性。T3阶地年代为（26 990土 230） a BP,与区域河流的T2阶地具有近似 的年代；T4阶地可能与区域河流的 T3阶地年代接近，形成于0.140.15 Ma，该年代明显高于14C测年的上限。从拔河高度 上推断，T1和T2阶地形成年代不会相差太大，可能形成于约10000 年以来，与区域河流

24、 T1 阶地相对应。根据区域河流阶地资 料，共和运动以来的河流阶地保持了相对稳定的下切速率 23 。 根据旺藏沟内T3阶地砾石层拔河高度和年代，约 27 000年以来 的河流阶地下切速率推算为每年 0.5 mm。若该下切速率保持稳 定的话，则可推断 T1阶地、T2a亚阶地、T2b亚阶地和T4阶地 年代分别为 6 000 、 10 000 、 16 000 、 140 000 a BP ，与区域资 料对比较为一致，因此，推测该年代结果较为可靠。野外实测发现，由于断裂的持续活动，河流东侧T2a亚阶地边缘发 生了左旋位错，野外测量确定位错量为（13 1）m根据T2a亚 阶地年代（约 10 000 a

25、 BP ），估算断裂的左旋滑动速率为每年（1.3 0.1）mm在河流西岸，断层的垂直抬升使得T3和T4阶地形成明显的断层陡坎。野外利用差分GPS寸T3和T4阶地进行 实地测量（图9）, T3阶地断坎高为（14 1） m, T4阶地断坎 高为（36 3） m 根据T3阶地年代（26 990土 230） a BP）和 T4阶地年代（140 000 a BP ）资料，约27 000年以来的断裂逆 冲速率推算为每年（ 0.520.04） mm， 140 000年以来的断裂逆 冲速率推算为每年（0.26 0.02 ） mm断裂平均逆冲速率为每年（0.390.04） mm。图 9 旺藏沟阶地断坎测量Fig.9 Measurement of Terrace Fault Scarp atWangzanggou3 讨 论甘肃省东南部地区多条NV向和NE向活动断裂组成了复杂的 构造体系（图 1），而这一复杂区域夹持于两条巨大的左旋走滑 断裂（西秦岭北缘断裂和东昆仑断裂）之间，其间的复