焉耆盆地北缘断裂全新世滑动速率及地震危险性

引用本文

黄伟亮, 杨晓平, 李胜强, 杨海波. 焉耆盆地北缘断裂全新世滑动速率及地震危险性[J]. 地震地质, 2018,40(1): 186-203.
HUANG Wei-liang, YANG Xiao-ping, LI Sheng-qiang, YANG Hai-bo. HOLOCENE SLIP RATE AND EARTHQUAKE HAZARD OF THE NORTH-EDGE FAULT OF THE YANQI BASIN,SOUTHEASTERN TIAN SHAN, CHINA[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2018,40(1): 186-203. 复制到剪切板

DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2018.01.014
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焉耆盆地北缘断裂全新世滑动速率及地震危险性

黄伟亮^1,², 杨晓平^2,^*, 李胜强³, 杨海波²

1长安大学地质工程与测绘学院, 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室, 西安 710054

2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

3河北省地震局, 石家庄 050021

*通讯作者: 杨晓平, 研究员, E-mail: yangxiaoping-1@163.com, huangweiliang@chd.edu.ccn。

〔作者简介〕黄伟亮, 男, 1987年生, 2015年于中国地震局地质研究所获博士学位, 现为长安大学地质工程与测绘学院讲师, 主要从事活动构造与古地震、新构造与地质灾害等方面研究, 电话: 029-82339296, E-mail: huangweiliang@chd.edu.cn。

收稿日期: 2017-05-31

基金项目: 国家自然科学基金(41602220)与长安大学中央高校基本科研业务费专项资金(300102268101)共同资助

摘要

天山是典型的陆内再生造山带, 研究其现今内部断裂的变形特征和活动速率对于认识整个天山造山带的应变分配方式和变形过程具有重要意义。现今天山活动构造的研究大部分集中在天山两侧向盆地扩展的前缘部分, 然而对于天山内部活动构造的定量化研究并不多见。该研究聚焦于南天山与其内部山间盆地之间的边界断裂——焉耆盆地北缘断裂, 通过野外地质调查可将该断裂分为东西2段, 其中东段逆冲断错了一系列山前洪积扇, 形成了线性明显的陡坎地貌。通过利用高精度差分GPS对23组断层陡坎的测量, 发现其垂向位移大致可分为1.9m、 2.4m和3.0m 3组, 推测单次地震的同震位移量为0.5~0.6m。其中保存于3.0m左右陡坎的地貌面为区域性地貌面, 通过利用原地宇宙成因核素测定该地貌面的暴露年龄约为5ka, 这与博斯腾湖沉积物所记录到冷暖气候交替的时间段相符, 说明气候的冷暖变化控制了南天山前地貌面的形成和废弃。结合断层陡坎高度及地貌面年龄可得焉耆盆地北缘断裂东段5ka以来的倾滑速率为0.6~0.7mm/a, SN向的地壳缩短速率约为0.4mm/a, 垂向滑动速率约为0.5mm/a。依据地震矩计算公式评估焉耆盆地北缘具有发生7.5级强震的可能性。该研究为认识现今天山的变形过程和变形方式提供定量化的数据支持, 对于理解天山内部的强震发生地点和地震危险性具有重要的现实意义。

关键词: 全新世; 天山; 宇宙成因核素定年; 活动断裂; 焉耆盆地

中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2018)01-0186-18

HOLOCENE SLIP RATE AND EARTHQUAKE HAZARD OF THE NORTH-EDGE FAULT OF THE YANQI BASIN,SOUTHEASTERN TIAN SHAN, CHINA

HUANG Wei-liang^1,², YANG Xiao-ping², LI Sheng-qiang³, YANG Hai-bo²

1 College of Geological Engineering and Surveying of Chang'an University, Key Laboratory of Western China Mineral Resources and Geological Engineering, Xi'an 710054, China

2 Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano, The Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China

3 Hebei Earthquake Agency, China Earthquake Administration, Shijiazhuang 050021, China

Abstract

The Tian Shan Mountains is an active orogen in the continent. Previous studies on its tectonic deformation focus on the expanding fronts to basins on either side, while little work has been done on its interiors. This work studied the north-edge fault of the Yanqi Basin on the southeastern flank of Tian Shan. Typical offset landforms, and lineaments of scarps on the eastern segment of this fault were used to constrain the vertical displacement and shortening rates. Geological and geomorphic mapping in conjunction with high-resolution GPS differential measurement reveals that the vertical offsets can be divided into three groups of 1.9m, 2.4m and 3.0m, and the coseismic vertical offset was estimated as 0.5~0.6m. In situ¹⁰Be terrestrial cosmogenic nuclide dating of three big boulders capping the regional geomorphic surface that preserved 3.0m vertical offset suggests that the surfaces were exposed at ~5ka. Meanwhile, the lacustrine sediments from Bosten Lake within the Yanqi Basin suggest climate change during cooling-warming transitions was also at ~5ka. The climate, therefore, controlled creation and abandonment of geomorphic surfaces in southern piedmont of Tian Shan. Combining the exposure ages and vertical offsets, we inferred that the east section of the north-edge fault in the Yanqi Basin has a dip slip rate 0.6~0.7mm/a, ~0.5mm/a of vertical slip and ~0.4mm/a of shortening since 5ka. Based on calculation of earthquake moment, we estimated that this fault is capable of generating M7.5 earthquakes in the future. This study provides new data for further understanding tectonic deformation of Tian Shan and is useful in seismic hazard assessment of this area.

Keyword: Holocene; Tian Shan; Cosmogenic nuclide dating; Active fault; Yanqi Bain

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0 引言

新生代以来印度板块向欧亚板块碰撞, 使远离碰撞边界2, 000km的板块内部— — 天山造山带重新复活, 形成了现今横亘于中亚的最为宏伟的板内造山带(Windley et al., 1990; Allen et al., 1993; 张培震等, 1996; Yin et al., 1998; 邓起东等, 2000; 杨晓平等, 2008)。20世纪70年代以来, 利用板块构造理论对大陆内部造山带的地壳缩短和加厚做了大量的研究。通过对大陆山链的解剖, 认识到非刚性的大陆板块造山形变不仅发生在块体碰撞的边缘, 还可以扩展到板内达数百乃至上千km的活动区域(Molnar et al., 1975; Tapponnier et al., 1976; 郭华等, 1995; 崔盛芹, 1999; 杨经绥等, 2010)。因此, 对板内造山带内部构造变形方式、变形速率的定量化研究是理解现今板内造山过程中应力、应变分配的关键点, 也是研究板内造山带变形模式、构造演化的前沿科学问题。

天山作为典型的板内再生造山带, 也是新生代陆内变形和强震活动最为强烈的地区之一。多位学者通过对天山内部变形特征的研究揭示出, 现今天山SN向的地壳缩短变形不仅仅存在于南北两侧的盆山交接地带, 还广泛分布在天山内部多个山间盆地中(Burbank et al., 1999; Dumitru et al., 2001; Bowman et al., 2004)。特别是Thompson等(2002)通过对位于吉尔吉斯斯坦75° E西天山内部多组活动断层的研究发现, 这些断层的晚第四纪累加滑动速率与现今GPS观测到的震间形变速率有相当好的一致性, 说明西天山内部的多组活动断层是调节内部缩短变形的主要吸收区。2017年8月9日在新疆精河发生了6.6级地震, 经震后调查发现发震断层为北天山内部库松木契克山前断裂, 这表明天山内部逆冲构造具有发生破坏性地震的潜在危险性。但是相对于整个天山南北两侧各类活动构造而言, 天山内部活动构造的定量化研究仍非常有限, 仅有的一些研究成果大多位于境外天山内部, 这大大限制了对整个天山内部造山带变形方式、应变分配的全面认识。

为了更好地理解天山内部构造变形的方式、速率以及地震活动特征, 我们基于断错地貌面暴露年龄的有效确定, 对南天山内部焉耆盆地北缘断裂的全新世活动速率进行了厘定。并利用差分GPS对多个断层陡坎高度进行了测量和统计, 揭示出该断裂的地震活动特征和单次同震位移量。最终, 认为焉耆盆地北缘断裂作为焉耆盆地北部的盆山边界断裂全新世滑动速率为0.6~0.7mm/a, 其中SN向的地壳缩短速率约为0.4mm/a。

1 地质背景

本文研究区为新疆焉耆盆地北侧的盆山交界地区(图1a), 大地构造位置属于南天山构造单元, 盆地北缘的南天山山体在经历了古生代洋壳俯冲、岛弧拼贴过程, 中生代时期持续向N逆冲推覆作用形成了一系列以变质岩为主的增生杂岩系列(张良臣等, 1985; Allen et al., 1991; Bullen et al., 2003)。山体内部主要出露: 元古界中天山群片岩、上古生界泥盆系碎屑岩, 碳酸盐岩以及华里西期侵入岩。除三叠系外的其他中生代地层在该地区未见出露, 新生代地层也仅有第四系出露于沟谷地带(王洪亮等, 2005)。

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	图 1 天山及其周边地区构造地貌简图 a ASTER数字地貌图, 其中震中数据包含了历史地震和仪器地震, 来源于中国地震台网; 白框为图2a所在位置, 红色断层线为焉耆盆地北缘断裂东段; b 焉耆盆地深部构造剖面图, 改自蔡佳等, 2008Fig. 1 Map showing tectonics, terrain and earthquakes around Tian Shan.

新生代以来, 南天山山体开始持续隆升, 低温热年代学的研究结果表明, 中新世早期以来, 山体的剥蚀速率由原来的30m/Ma增大为100m/Ma(杜治利等, 2007; 吕红华等, 2013)。并且对焉耆盆地的构造变形影响加剧, 使盆地内部新生代地层的沉积中心逐渐向N迁移至盆地北侧的和静凹陷内。钻井和地震反射资料表明, 盆地内新生代地层最大厚度为2, 700~3, 850m, 平均厚度为2, 000m(蔡佳等, 2008; 武金龙, 2010)。进入第四纪, 焉耆盆地同时受到南侧南天山和北侧库鲁格塔格山体的共同挤压, 盆地明显萎缩, 总体呈现出了 “ 两坳一隆” 构造格局(图1b)。盆地北缘的南天山山前断裂逐渐向盆地内部逆冲, 使得盆地北缘上新统和第四纪地层褶皱隆起, 形成1排新生的山前褶皱带— — 和静逆断裂褶皱带。Huang等(2015)通过利用背斜区阶地面变形和阶地面的宇宙成因核素暴露年龄限定了该褶皱带中部哈尔莫顿背斜的长期缩短速率约为0.3mm/a。

2 焉耆盆地北缘断裂展布特征

焉耆盆地北缘断裂(又称: 南天山山前断裂)总体为EW走向的N倾逆冲断裂, 西起察汗乌苏水电站, 东止于和硕金斯特旅游区入口, 构成了长约200km的盆地北边界, 在卫星影像中表现为1条EW向延伸的弯曲线性构造带(图2a)。该断裂具有长期活动的特点, 是1条区域性大断裂, 它控制着断裂两侧的基本地质构造和沉积建造(Windley et al., 1990; 姚亚明等, 2003)。在地貌上焉耆盆地北缘断裂构成南天山山体与山前平原的自然分界线, 在 1︰20万“ 焉耆幅” 地质图中, 表现为泥盆纪灰黄色块状凝灰岩、碎屑岩逆冲到第四纪冲洪积沉积物之上。沿焉耆盆地北缘断裂带的基岩三角面、阶梯状陡坎等断裂地貌十分发育, 虽然断裂的地表行迹被部分第四系冲洪积物所覆盖, 但在沟谷深切处依然可见断裂出露。

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图 2 焉耆盆地北缘断裂地貌特征
a 焉耆盆地北缘断裂及和静逆断裂褶皱带Landsat卫星影像, 其中右上角白框内为主要调查区域和图3a— c所在位置; b 焉耆盆地北缘断裂西段断层剖面图, 位置见图a; c 焉耆盆地北缘断裂东段野外剖面, 位置见图a; d, e 焉耆盆地北缘断裂东段陡坎地貌, 位置见图aFig. 2 Landsat satellite image of the north-edge fault in the Yanqi Basin.

之前的研究认为该断裂为晚更新世断层, 全新世活动不明显^①。经过本次野外实地考察和断错地貌面年代学研究认为, 该断裂应以清水河为界分为东西2段(图2a), 西段全新世以来未见有明显的断错迹象, 在哈合仁郭勒河西岸, 断裂走向近EW, 断面N倾, 倾角45° ~60° , 为挤压逆冲型, 上盘泥盆系凝灰质砂岩逆冲于下盘早更新统西域砾岩之上, 主断面岩石非常破碎, 挤压片理、次级小断层发育。但从一些小型冲沟切割出的剖面来看, 断裂大都发生于古生代地层与新生代地层的交界部位, 没有见到断裂切割全新世地层。从图2b中可以看到, 全新世洪积物直接覆盖在泥盆纪凝灰岩之上, 呈角度不整合接触, 断裂上方的冲洪积物厚约3m, 沉积连续, 未见断错现象。从卫星影像上来看, 整个焉耆盆地北缘断裂的西段, 全新世地貌面保存完好, 表面平整, 未见陡坎等断错地貌出露。

清水河以东, 焉耆盆地北缘断裂东段, 基本构造特征与西段一致, 但在多个地点可见断层断错了全新世地貌面。尤其在巴联河以东的南天山山前, 几乎所有山前的全新世洪积扇顶端均被断错, 形成2~4m高、坡向S的断层陡坎(图2c, d, e)。在卫星影像中, 陡坎线性清晰, 且连续性好。通过对巴联河至克勒歹郭勒河之间的山前地貌面进行详细的野外考察, 可见多数沉积物剖面中表现出泥盆纪地层与全新世沉积物呈断层接触, 断层产状多为N倾, 倾角40° ~60° (图2c)。

3 焉耆盆地北缘断裂东段全新世位移量分布特征

在对Google Earth公布的高分辨率卫星影像解译的基础上, 我们对焉耆盆地北缘断裂东段进行了详细的地质地貌调查和填图工作, 共发现25条全新世断层陡坎。为了更为准确地限定各条陡坎的高度和上、下地面的坡度值, 利用Trimble R3差分GPS系统(水平误差≤ 5cm, 垂直误差≤ 10cm, 远小于各个陡坎的高度)对各条陡坎的高度及被断错的上、下地貌面进行了测量, 获得25条实测地形剖面线(图3)。剖面方向尽量与陡坎走向垂直, 并尽量避免遭受侵蚀和人工改造的区域, 最终将数据投影到垂直于陡坎走向的剖面上。

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	图 3 焉耆盆地北缘断裂卫星影像特征及陡坎测量位置和高度(卫星影像来自于Google Earth)Fig. 3 Satellite images and profiles showing measurement sites and heights of scarps on the north-edge fault in the Yanqi Basin.

陡坎高度测量是通过对陡坎附近断层上、下盘地形剖面线的线性拟合, 测量上、下盘地形拟合线高差的最大值和最小值, 从而得到陡坎高度及其误差。由于所有被测量的陡坎上、下地貌面均非常平整, 通过线性拟合上、下盘地貌面坡度均能达到95%以上的置信区间(图3), 因此这种方法所得的陡坎高度可以代表真实的断层在地表的垂向位移量(Zheng et al., 2013)。

表1 断层陡坎垂向高度 Table1 Heights of scarps on profiles of the north-edge fault of the Yanqi Basin

焉耆盆地北缘断裂东段野外实地测量了25个陡坎高度剖面, 主要分布在巴联河以东的南天山山前, 表现为山前洪积扇顶部被断错, 南天山山体直接逆冲到山前第四纪沉积物之上。在地表形成高度从1.6~3.8m不等的陡坎地貌, 被断错的洪积扇面整体向S倾斜, 倾角5° ~20° 不等, 陡坎自由面的坡度在25° ~35° 之间, 所有陡坎数据剖面和分布位置表现在图3中。通过对陡坎所处地貌面的划分, 共筛选出23组位于不同地貌面的陡坎高度剖面。经统计分析发现其中有11组地貌面上的陡坎高度值在3m左右、 5组陡坎高度值在2.4m左右、 5组陡坎高度在1.8m左右、还有2组陡坎高度在3.9m左右(表1)。

综合来看: 1)保存有3.9m高的陡坎地貌面, 多为山前所残留的部分洪积扇面, 仅在本次所研究的断裂西段部分地区零星保存, 扇面多被辫状河流侵蚀切割; 2)保存有3m左右陡坎高度的洪积扇面为该地区的区域性地貌面, 陡坎上盘地貌面较为平整, 仅有个别冲沟的朔源侵蚀作用切割了陡坎地貌; 3)2.4m和1.8m高的陡坎地貌大多是位于大型洪积扇内部冲沟两侧的小型河流阶地面, 其分布往往局限于断层发育的部位, 具有鲜明的构造属性。

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	图 4 陡坎18处地貌单元及断层分布图(a)与陡坎17处地貌单元及断层分布图(b)Fig. 4 Satellite images(left)and profiles of scarps 17 and 18(right)on the north-edge fault of the Yanqi Basin.

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	图5 焉耆盆地北缘断裂东段垂向位移分布特征Fig. 5 Distribution of vertical displacements along the eastern segment of the north-edge fault of the Yanqi Basin.

对部分地貌形态进行了详细的测量(图4)。在陡坎剖面18处, 断层上盘保存了3级地貌面, 其中最高1级T₃地貌面为区域性洪积扇面, 拔河高度为6.7m, 断层在该地貌面造成了2.9m高的断层陡坎。此外, 在断层上盘沿冲沟东侧还局部保存了T₂和T₁ 2级地貌面, 拔河高度分别为4.2m和2.3m(图4a), 由于在断层陡坎位置没有保存这2级地貌面, 因此无法得到断层在这2级地貌面形成后的活动情况。但在陡坎剖面17处通过对地形地貌的测量, 获得该点处的地貌面拔河高度为4.2m并保存了1.8m高的断层陡坎(图4b), 这表明该地貌面可能与剖面18处T₂地貌面的形成时代相近。因此, 可以推测断层的持续活动导致了在拔河高度不同的地貌面上保留了高度不一的断层陡坎, 造成了现今南天山山前洪积扇上高度不等的陡坎地貌。

为了更科学地揭示出焉耆盆地北缘断裂位移量的分布特征, 对23组陡坎高度数据进行了统计分析。首先, 将23组陡坎高度数据沿断裂走向进行投影, 得到断裂垂直位移分布图; 之后以0.2m为步长对23组陡坎高度数据进行频率统计分析, 获得了地震的特征位移量。结果表明, 断层的垂向位移表现出西段高、中段和东段偏小的特点(图5), 同时频率统计分析得到, 断层陡坎高度大致具有4个峰值, 分别为1.9m(8%)、 2.4m(11%)、 3.0m(19%)和4.0m(5%)。其中4m左右的陡坎高度值由于样本数据太少(仅有2组陡坎高度数据接近4m)被认为不具有统计意义, 剩下3组数据所揭示出累计位移量分布的特征值在0.5~0.6m范围内(图5)。尽管没有直接观测到焉耆盆地北缘断裂最新1次地震的同震垂直位移量, 但推测0.5~0.6m的位移量值可能代表了焉耆盆地北缘断裂的垂向同震位移量。Huang等(2015)和李安等(2015)在焉耆盆地北缘断裂西段, 发现该断裂所派生出来的和静逆断裂向盆地内部逆冲扩展并断错了现今河漫滩地貌单元, 保存了最新的地震事件。其垂向位移量为(0.4± 0.1)m, 考虑到和静逆断裂与焉耆盆地北缘断裂东段所处同一发震构造环境中(图8), 单次地震的同震位移量应该较为接近, 因此可以认为0.5~0.6m的位移量可以代表焉耆盆地北缘断裂东段单次地震在地表的垂向同震位移量。

4 地貌面年龄结果及可能的成因

对于被断错的地貌面的年龄限定是定量化研究断层活动速率以及研究地震复发历史的关键, 也是活动断层研究中的核心问题。由于研究区所处干旱气候环境下, 地貌面沉积物中有机物残体非常少见, 无法利用放射性碳进行定年研究; 此外该处地貌面均为山前近源快速堆积, 沉积物颗粒粗、搬运时间短, 也无法使用释光测年方法进行沉积物年龄确定。但是, 近年来快速发展的原地宇宙成因核素测年方法恰恰适合干旱、少雨、近源快速堆积的地貌面的年龄限定。本文主要利用石英矿物中含量较高的¹⁰Be元素, 对地貌面进行年代确定, 其半衰期为1.37Ma, 远大于地貌面的形成年龄, 因此可以用来确定地貌面的暴露年代, 关于原地宇宙成因核素测年的方法和原理参见文献(Granger et al., 2007; Gosse, 2012; Ivy-Ochs et al., 2013), 本文不再叙述。

4.1 采样策略及年龄结果

针对分布面积最广, 保存了3m左右断层陡坎高度的地貌面自西向东进行了系统的采样, 共对3个典型的地貌面进行了年代学样品的采集(图3五角星处)。主要通过采集平坦地貌面上长英质大砾石(最小直径> 30cm)表层(2~5cm)岩石样品的方法来确定该地貌面的暴露年龄(图6); 在采集时注意远离冲沟和洪积扇边缘等可能后期会有明显侵蚀改造的地区。每份样品至少采集1kg以上, 之后对每个样品进行了粉碎和筛选得到0.25~0.5mm之间的岩石颗粒。按照Brown等(1991)所建议的处理流程, 在中国地震局地壳应力研究所年代学实验室对样品中的石英进行了挑选、溶解和制靶, 在法国国家科学中心(French Centre National de la Recherche Scientifique)的加速质谱仪(AMS)进行¹⁰Be/⁹Be的比值测量, 所得核素浓度及误差详见表2。

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	图 6 采样点野外照片 a 白色虚线所指为断层陡坎18处; b 长英质变质岩采样处, 砾石直径为1.05m, 采集样品SG-1Fig. 6 Photographs showing the sampling sites.

表2 焉耆盆地北缘地貌面¹⁰Be年龄结果及其相关参数 Table2 Cosmogenic nuclide¹⁰Be dating results of ground at north edge of the Yanqi Basin

所测定的地貌面沉积物的物源为山体边缘面积较小的汇水盆地, 这使得地貌面上分布的大个砾石颗粒在搬运和堆积的时间过程非常短暂。因此, 在这一过程中大个砾石颗粒中所产生的核素浓度可以忽略不计; 其次, 本身大个砾石在物源区应为山体的一部分, 由于山体遮挡、岩体厚度以及风化侵蚀的原因, 砾石表面很少或基本没有累计核素浓度(Dü hnforth et al., 2012; Ivy-Ochs et al., 2013)。Dü hnforth等(2007)通过详细的对比采样研究了美国Owens Valley处的地貌面年龄, 发现山前快速堆积的冲洪积地貌面上的大砾石颗粒中的继承性核素浓度对暴露年龄的影响可以忽略不计。因此, 我们在后期计算地貌面的暴露年龄时, 忽略了样品中的继承性核素浓度。

利用Balco等(2008)在线暴露年龄计算器(CRONUS)采用了Lifton等(2005)随时间浮动的生成速率, 分别计算了被断错的洪积扇面的暴露年龄。自西向东, 地貌面的年龄分别为 (4.7± 0.5)ka、 (5.6± 0.6)ka和(5.3± 0.6)ka(表2)。考虑到所采集样品非常年轻, 且为抗风化能力较强的石英变质岩类的大砾石, 年龄计算的过程中没有考虑侵蚀速率的影响。该年龄结果表明, 在误差范围之内可以认为这3组地貌面应为同期(约5ka)形成, 这也与3期地貌面上保存了高度近一致的断层陡坎相吻合(陡坎高度分别为2.9m、 3.1m、 3.2m)。

4.2 地貌面成因

阶地或洪积扇等地貌面的堆积与废弃主要取决于河流的搬运和堆积能力。在气候非常干旱的地区, 常年持续性流水的搬运能力和堆积能力都非常有限, 而绝大部分的沉积物来源于间歇性的洪流(Baker, 1977; Owen et al., 1997)。张成君等(2007)通过对焉耆盆地中部博斯腾湖的湖相沉积物的详细研究发现, 在6.4~5.1ka, BP时期, 博斯腾湖地区气候寒冷, 降水量小, 而此时天山的天格尔峰也出现了1次持续时间较长的冰进事件。而到了5.1~4.4ka, BP时期, 博斯腾湖沉积相反映出温度上升, 且较多冰雪融水进入湖泊导致了湖水的扩张(Mischke et al., 2006; Zhang et al., 2010)。将所得年龄结果与博斯腾湖沉积物中的氧同位素曲线做对比, 年龄区间在5ka左右大致对应于气候由寒冷向温暖转变的过程。当气候由冷向暖转变时, 河流由之前的侧向加积转变为垂向下切, 使得南天山山前地貌面脱离现有河漫滩或洪泛区不再接受河流物质沉积, 地貌面得以长时间的暴露保存。

5 焉耆盆地北缘断裂活动速率及其地震危险性分析

5.1 活动速率厘定

按照Thompson等(2002)、 Amos等(2007)提出的Monte Carlo模拟方法计算活动断层的变形速率及误差研究, 我们利用David和Eric所开发的Crystal ball^®软件对焉耆盆地北缘断层的活动速率进行了计算。在模拟之前需要对各参数的概率分布函数进行定义, 对于陡坎高度(v)、原始地貌面的斜率(m)和地貌面的年龄(T)均采用正态分布函数进行定义, 而对于断层倾角(δ )野外测量时误差较大, 大部分测量值处于40° ~60° , 因此对其定义为均一分布函数, 取值40° ~60° (图7)。

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	图 7 利用Monte Carlo方法计算断层活动速率(据Thompson et al., 2002修改)Fig. 7 Calculation of fault slip rates using the Monte Carlo method(modified from Thompson et al., 2002).

利用Thompson等(2002)给定的陡坎高度式(1)对断层的总位移量、垂向和水平位移量分别进行了计算, 并结合地貌面年龄对断层的活动速率进行了计算。

$\begin{matrix} S = \frac{v}{sinδ + mcosδ} (1) \end{matrix}$

式(1)中, S为断层滑动的距离, v为实测陡坎的垂直高度, δ 是断层倾角, m为上、下原始地貌面的斜率的平均值(图7)。

对3个得到地貌面年龄结果的断层陡坎分别进行了滑动速率的计算, 其中在断层西段, (4.7± 0.5)ka 地貌面对应的陡坎7高度为(3.1± 0.1)m(图3), 利用上述方法计算得到断层的倾滑速率为(0.68+0.27)~(0.68-0.13)mm/a; 其中垂直滑动速率为: (0.52+0.20)~(0.52-0.10)mm/a; 缩短速率为: (0.43+0.25)~(0.43-0.13)mm/a。

在断层中段(5.6± 0.6)ka洪积扇面所对应的陡坎11高度为(3.2± 0.1)m(图3), 经过计算得到断层的倾滑速率为(0.63+0.23)~(0.63-0.14)mm/a; 其中垂直滑动速率为: (0.48+0.16)~(0.48-0.10)mm/a; 缩短速率为: (0.40+0.21)~(0.40-0.13)mm/a。

在断层东段(5.3± 0.6)ka洪积扇面所对应的陡坎18高度为(2.9± 0.1)m(图3), 经过计算得到断层的倾滑速率为(0.67+0.23)~(0.67-0.15)mm/a; 其中垂直滑动速率为: (0.51+0.15)~(0.51-0.10)mm/a; 缩短速率为: (0.43+0.22)~(0.43-0.15)mm/a。

因此, 综合以上不同地点的滑动速率计算, 焉耆盆地北缘断层在东段巴联河至克勒歹郭勒河一段, 5ka以来的倾滑速率为0.6~0.7mm/a, SN向的地壳缩短速率约为0.4mm/a, 垂向滑动速率约为0.5mm/a。

5.2 最大发震能力估计

活动构造研究的主要目的就是对其发震能力进行合理的评判。在获得焉耆盆地北缘断裂一些定量化的活动参数之后, 可以利用这些数据对该断裂的发震能力进行初步估计。

对天山地区发震构造模型的研究表明, 天山南北两侧及天山内部的逆冲型地震大多以断坡-断坪-断坡构造样式为主要发震模式(张培震等, 1994; 杨晓平等, 1998)。而焉耆盆地北缘构造也可被认为是焉耆盆地北缘断裂作为断坡构造向盆地逆冲, 之后沿新生代底部膏岩层滑动形成产状近水平的断坪构造, 在和静褶皱带处断层向上翘起形成新的逆断坡构造, 并在断坡上端点以上形成活动的断展背斜(图8)。根据对天山这种断坡-断坪-断坡发震构造模式的研究, 由基岩山体向盆地逆冲的断坡构造因其切割深度深并上覆有厚层的基岩楔形体, 因此在发震构造中被认为具有强震发生能力。明确了焉耆盆地北缘发震模型和强震发震断层, 下面讨论焉耆盆地北缘强震发震深度问题。

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	图 8 焉耆盆地北缘断裂发震构造模式图Fig. 8 Seismogenic model for the north-edge fault of the Yanqi Basin.

根据对天山地区强震构造孕育环境的研究, 5级以上地震主要发生在地壳中下部分介质速度变化较大的区域(胥颐等, 2000)。赵俊猛等(2004)对天山岩石圈密度的研究表明, 焉耆盆地北缘的天山山体在20km深度以下地壳密度有明显的变化, 可能代表地壳物质的物理性质发生了脆塑性转变, 那么具有发震能力的脆性地壳应在这一深度之上。如果将焉耆盆地北缘断裂附近有准确定位信息的地震沿断层投影到垂向剖面(图8), 可以看出4~5级地震在10~20km深度的范围内比较集中, 因此估计焉耆盆地北缘强震的发震深度可能在 (15± 5)km左右。2017年8月9日精河发生6.6级地震, 其震源深度为11km, 断层倾角为47° , 是发生在天山山体内部的1次逆冲型地震。其发震构造为北天山内部库松木契克山前断裂向盆地内部逆冲, 焉耆盆地北缘构造环境与该地区相似, 因此发震构造也具有一定的可对比性。

确定了焉耆盆地北缘的发震模型, 可以对发震断层的宽度W进行计算。因为需要求取焉耆盆地北缘未来地震的震级上限, 考虑到未来强震应引起焉耆盆地北缘断裂和山前的和静逆断裂共同活动, 所以需要分别计算各自的断层宽度。据图8所示, 给定焉耆盆地北缘断裂倾角为45° , 未来强震的震源深度为 (15± 5)km; 和静逆断裂倾角为30° , 滑脱层深度为 (2.5± 0.5)km, 距离山前断层9~10km(Huang et al., 2015)。依此可以计算出焉耆盆地北缘断裂宽度为14~28km, 和静逆断裂的宽度为11~14km。

根据野外调查, 在盆地北缘被断错的山前洪积扇陡坎地貌和清水河以东山前和静褶皱带在地表的展布范围, 确定山前断层的长度为40~50km。在单次地震的位移量获得方面, 无法直接使用在地表观测到的垂向同震位移量0.5~0.6m。因为在逆断裂-褶皱类型的地震中, 断裂深部的位移量会向上逐渐衰减, 地表所观测到的位移量仅为震源逆断裂滑动量的一小部分。例如: 1980年阿斯南地震地表出露的同震位移量为2m, 而震源位移量可达6m(King et al., 1981)。再如: 2017年8月19日精河地震, 通过地震波反演可看到震源处断裂滑动量可达1.2m, 但在地表没有任何地表破裂带存在。Scholz(1982)、 Scholz等(1986)在统计板内地震地表破裂长度(L)和深部滑动量(u)关系时提出二者之间存在u=6× 10^-5L的关系, 根据这一关系和焉耆盆地北缘断裂长度为40~50km可以得到焉耆盆地北缘断裂及和静褶皱带的震源滑动量为2.4~3.0m。

根据上述所得参数, 依据Aki(1966)的地震矩公式(M₀=μ LWu; L为断层长度, W为断层宽度, u为单次地震的位移量)对焉耆盆地北缘地震矩能量进行了计算, 在计算中采用的参数为: μ =3.3× 10¹⁰N/m²、 L=40~50km、 W₁=14~28km、 W₂=11~14km、 u=2.4~3m。最后计算得到地震矩M₀=μ L(W₁+W₂)u, 得到M₀的范围为(7.9~20.7)× 10¹⁹N/m。

根据Kanamori(1977)矩震级计算式(2):

$\begin{matrix} M_{W} = \frac{2}{3} \log M_{0} - 6.01 (2) \end{matrix}$

可计算得到矩震级M_W为7.2~7.6级, 也就是表明焉耆盆地北缘具有发生7.5级左右强震的能力, 这一结果与李安等(2015)通过开挖多个探槽研究和静逆断裂褶皱带的古地震事件, 表明焉耆盆地北缘曾经发生过7级以上的地震事件相吻合。

6 天山整体变形速率与大震发生规律

现今GPS观测结果显示, 天山所遭受的挤压缩短变形并非仅仅集中在天山两侧的前缘推覆带上, 还发生在整个前陆盆地和山间盆地以及山体内部大型逆冲走滑断裂处(Reigber et al., 2001; 张培震等, 2003, 2013; 吴传勇等, 2014)。但天山内部和天山两侧对缩短变形的吸收方式却有较大差异; 在天山内部, 其缩短变形多被SN向分布范围宽(150km左右)、间距较大的多条山间盆地边界断层所吸收, 其地质缩短速率一般< 1mm/a。如: 西天山内部多条山间盆地边界逆冲断层缩短速率为0.1~1.5mm/a(Thompson et al., 2002); 伊克塞斯湖盆地北缘山前断层缩短速率为0.07~1.1mm/a(Selander et al., 2012); 伊犁盆地北缘断层水平缩短速率为0.25mm/a(Cording et al., 2014); 本次研究所得焉耆盆地北缘断裂的缩短速率为0.4~0.5mm/a以及盆地内部和静逆断裂褶皱带中部缩短速率为0.3mm/a等(Huang et al., 2015)。而在天山两侧, 天山主体沿高角度逆断裂向南北两侧逆冲(邓起东等, 2000; Bullen et al., 2001), 山前形变大多集中于较为狭窄的范围内, 一般仅几十km, 且各个活动构造的地质缩短速率一般> 1mm/a, 如: 喀什凹陷内的喀什-阿图什褶皱带地质缩短速率约5mm/a(Scharer et al., 2004), 南天山山前阿克苏背斜缩短速率为5mm/a(Hubert-Ferrari et al., 2005), 库车凹陷内的秋里塔格背斜缩短速率为4~5mm/a(Hubert-Ferrari et al., 2007), 北天山山前3排逆断裂褶皱带缩短速率为3~6mm/a等(Avouac et al., 1993; Molnar et al., 1994)。

天山两侧与内部变形方式的差异性也得到了现今天山地区的地震活动性的印证, 天山地区有明确记录的7级以上的大震逾10次, 而发生在天山内部的强震仅2次。天山山前区域高频度的大震活动与山前活动构造变形速率快, 吸收集中在1个狭窄范围中相符, 而天山内部大震频度较低也与内部构造活动速率较慢, 变形分布范围广有关, 但这并不意味着天山内部不具备强震发生能力。

7 结论

焉耆盆地为南天山造山带之间的山间盆地, 盆地北缘断裂为盆山之间的边界断裂。通过遥感解译和地质地貌调查发现焉耆盆地北缘断裂以清水河为界可分为EW 2段, 其中东段部分活动性明显, 逆冲断错了一系列山前全新世洪积扇, 形成了一系列高度不一的断层陡坎。通过陡坎高度的测量显示出其垂向位移具有一定的分组关系, 单次地震的垂向位移量为0.5~0.6m。被断错区域性地貌面的暴露年龄约为5ka, 这与博斯腾湖沉积物所记录到冷暖气候的交替时间段相符, 说明气候的冷暖变化控制了南天山山前地貌面的形成和废弃。结合断层陡坎高度及地貌面年龄可得焉耆盆地北缘断裂东段5ka以来的倾滑速率为0.6~0.7mm/a, SN向的地壳缩短速率约为0.4mm/a, 垂向滑动速率约为0.5mm/a。依据地震矩计算公式评估焉耆盆地北缘断裂具有发生7.5级强震的危险性。这一成果与现今天山内部缩短变形速率大多< 1mm/a相符, 也反映出天山内部和天山两侧具有不同的变形方式, 对于理解天山地区地震活动的差异性具有重要意义。

致谢感谢审稿专家及邓起东院士对本文提出的意见, 帮助完善了文章内容。感谢中国地震局地壳应力研究所的吕延武副研究员帮助处理宇宙成因核素年龄样品。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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2008

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蔡佳, 王华, 赵忠新, 等. 2008. 焉耆盆地博湖坳陷形成过程及动力学机制[J]. 地球科学-中国地质大学学报, 33(4): 555—563.

CAI

Jia

, WANG

Hua

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Zhong-xin

, et al. 2008. Formation process of Bohu depression of Yanqi Basin and its dynamic mechanism[J]. Earth Science-Journal of China University of Geosciences, 33(4): 555—563(in Chinese).

在综合分析区域地质、构造、沉积等资料的基础上,结合中国西北地区中生代构造背景、火成岩分布特征、平衡剖面的研究和热史方面的研究成果,以及参照碎屑矿物系数的时空展布特征,证实了早中侏罗世的西北地区处在2次构造运动(印支运动和燕山运动)强烈挤压与碰撞(即羌塘块体和拉萨块体分别向北拼贴于欧亚板块南缘)之间的相对松弛的弱伸展环境中,焉耆盆地侏罗系原型性质为拉张背景下的坳陷盆地;并在此基础上探讨了焉耆侏罗系盆地的形成机制以及后期构造作用对其进一步的改造,其构造格局最终定型为具有前陆盆地的结构特征,从而建立了其充填演化序列.

1999

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崔盛芹. 1999. 论全球中-新生代陆内造山作用与造山带[J]. 地学前缘, 6(4): 283—293.

CUI

Sheng-qin

. 1999. On global meso-cenozoic intracontinental orogenesis and orogenic belts[J]. Earth Science Frontiers, 6(4): 283—293(in Chinese).

对不同类型造山作用与造山带的深入剖析,在现代地学研究中占有重要的位置.迄今对造山带类型划分以及陆内(板内)造山带是否存在及其形成机制问题,尚有不同认识.文章在阐明造山带分类准则的基础上,将全球性中-新生代造山带划分为陆缘型、陆间型与陆内型三大类.对陆内造山带则划分出发育在前寒武纪古克拉通基础上、发育在前中生代陆缘、陆间造山带基础上两种类型.文内还对全球性中-新生代陆内造山作用与造山带的展布特点、形成机制及其大陆动力学意义进行概括论述.

0.0

2007

0.0

杜治利, 王清晨. 2007. 中新生代天山地区隆升历史的裂变径迹证据[J]. 地质学报, 81(8): 1081—1101.

Zhi-li

, WANG

Qing-chen

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According to the apatite fission track analysis of the samples from different parts of Tianshan and its' two piedmont basins,the major uplifts happened in Tianshan can be recovered.Tianshan underwent four uplifting events during the Mesozoic and Cenozoic,each of which covered a different area,namely,1) the early Cretaceous uplift began at ~140Ma and took place in the south,central and north parts of Tianshan,leading to the destruction of the Jurassic peneplanation in Tianshan area;2) the late Cretaceous uplift began at ~96Ma,took place in both Tianshan and its piedmont basins.The uplift height of the area near the Bogda Range in the east is larger than the west;and 3) the Paleogene uplift began at about 46 Ma,happening mainly in the central Tianshan and south Tianshan.It's probably the earliest distant effect of the India-Asia collision.4) The Miocene uplift began at about 25 Ma,limited to the northern margin of the Kuqa basin and the southern margin of North Tianshan-Sjunggar,The erosive volume by lifting was increasing gradually from east to west.

本文对天山及其两侧盆地的8条典型地质剖面进行了大量的磷灰石裂变径迹测试,重点分析了天山地区不同区域的抬升历史的差异。结果表明天山主要经历4次构造抬升过程,每次抬升的范围并不相同,且存在东西差异:①早白垩世抬升,在天山南北两侧都有发生,且南边抬升早,北边抬升晚。本次抬升导致早中侏罗世天山地区准平原化状态开始解体,盆山分异开始出现;②晚白垩世抬升,从约96Ma开始,天山南侧为盆山同升的区域性隆升,天山北侧的抬升主要发生在东部地区;③古近纪抬升,从约46Ma开始,主要发生在中天山和南天山,造成天山两侧盆地物源区的重大变化,本次抬升为印度-亚洲碰撞在天山地区产生的最早的远程效应;④中新世以来的抬升,从约25Ma开始,主要发生在库车盆地北缘和北天山―准噶尔南缘。从抬升剥蚀量来看,从东向西逐渐变大。

1995

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郭华, 吴正文, 冯明. 1995. 陆内造山带的几个基本特征[J]. 地学前缘, 2(2): 283—293.

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李安, 杨晓平, 伊力亚尔. 2015. 焉耆盆地北缘和静逆断裂-褶皱带古地震破裂方式和时间序列[J]. 地震地质, 37(3): 661—674. doi: DOI: 103969/j. issn. 0253-4967. 2015. 03. 001.

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Xiao-ping

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吕红华, 常远, 王玮, 等. 2013. 天山中新世早期快速剥露: 磷灰石裂变径迹与(U-Th)/He低温热年代学证据[J]. 中国科学(D辑), 43(12): 1964—1974.

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王洪亮, 何世平, 张二朋, 等. 2005. 中国天山-北山地区晚古生代岩石地层系统厘定及沉积环境分析[J]. 地层学杂志, 29(S1): 541—547.

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吴传勇, 吴国栋, 沈军, 等. 2014. 那拉提断裂晚第四纪活动及其反映的天山内部构造变形[J]. 第四纪研究, 34(2): 269—280.

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2010

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武金龙. 2010. 焉耆盆地博湖坳陷八道湾组沉积特征研究 [D]. 成都: 成都理工大学: 12—20.

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焉耆盆地位于库鲁克塔格褶皱带和南天山褶皱带之间,是我国西部已证实的中小型含油气盆地之一,自1994年相继勘探了宝中、宝北、本布图和本布图东四个背斜圈闭油田,目前急需取得非背斜圈闭油气勘探突破。本文主要依据钻井资料和地震资料,重点对钻穿八道湾组的焉参1井、城1井进行层序划分,并选择6条贯穿整个坳陷的地震剖面和5条辅助地震剖面进行原型盆地恢复。以地震资料为基础、钻井资料为约束条件,在前人研究基础上,根据钻井层序划分、地震剖面上各种反射终止现象,结合线描刻画出的地层堆砌方式得出了八道湾组各层序的地震相和沉积相,进而确定有利储集相带,取得的主要认识有: (1)根据钻井层序划分、地震剖面上的各种反射终止,结合线描过程中地层堆砌方式,本次研究将八道湾组分成可对比的三个层序,并且以层序地层为单元编制了地震相图和沉积相图。 (2)根据博湖坳陷八道湾组的反射特征总结了7种地震反射特征,并且通过这些反射特征得出沉积环境。其中中振幅中频较连续前积反射通常反应沉积物在向盆地进积过程,是于高位晚期期间产生的,有可能发育孤立砂体。 (3)八道湾组沉积期研究区早期主要发育辫状河、辫状河三角洲以及湖泊相(滨浅湖、半深湖)沉积体系,后期发育曲流河、曲流河三角洲等,八道湾组内部各层序主水道、扇-三角洲、三角洲平原、辫状河三角洲等相带砂砾已成片分布,砂泥比过高,不具勘探价值; (4)高位晚期沉积的倾向湖盆的前积砂泥互层中,极有可能发育孤立砂体,从而形成隐蔽岩性圈闭,该套体系域在八道湾组内部层序有一定的发育。

2000

0.0

胥颐, 刘福田, 刘建华, 等. 2000. 天山地震带的地壳结构与强震构造环境[J]. 地球物理学报, 43(2): 184—193.

, LIU

Fu-tian

, LIU

Jian-hua

, et al. 2000. Crustal structure and tectonic environment of strong earthquakes in the Tianshan earthquake belt[J]. Chinese Journal of Geophysics, 43(2): 184—193(in Chinese).

The deep structure of the Tianshan earthquake belt is investigated,based on the seismic tomography of the northwestern China. The result indicates that a ductile detachment layer with low velocities exists in the mid-crust of the Tianshan earthquake belt; the fault in the southern Tianshan extands beyond the depth of the Moho, while the fault in the northern Tianshan only reaches mid-crust; the depth of the Moho of the Tianshan is more than 50km, moreover, the crust-mantle boundary is composed of a wide velocity transition belt. Strong earthquakes are mainly concentrated in the mid-lower crust where a sharp velocity variation is observed near the basin-mountain boundaries. A low velocity zone is found between the Pamir, southern Tianshan and Tarim, with an orientation of NNE. The earthquakes in Wuqia and Jiashi are separately located in the west and east sides of this low velocity zone. It is inferred that the relative inchon of the Pamir, southern Tianshan and Tarim is a major reason to cause deformation occurring within this low velocity zone and fracturing near its boundaries. Besides, the intrusion of hot mantle has played an important dynamic role in tectonic activities in this region.

以中国西北地区的地震层析成像为基础，研究了天山地震带深部结构的基本特征．结果表明，天山地震带的地壳中部为低速的韧性滑脱层，南天山的断裂深度超过莫霍面，北天山的断裂深度一般只到地壳中部；天山莫霍面的深度一般大于５０ｋｍ，壳－幔边界由宽而缓的速度过渡带构成，中强地震主要位于盆山边界地壳中下部位波速变化较大的区域．帕米尔、南天山和塔里木之间存在一个北北东方向的低速带，乌恰和伽师地震分别位于该低速带东、西两侧的梯度带附近．推测帕米尔、南天山和塔里木之间的相对运动是导致低速带内部物质发生形变并在边界附近产生破裂的主要原因，地幔热物质的侵入对该地区的构造活动起到了重要的动力学作用．

2010

0.0

杨经绥, 许志琴, 马昌前, 等. 2010. 复合造山作用和中国中央造山带的科学问题[J]. 中国地质, 37(1): 1—11.

YANG

Jing-sui

, XU

Zhi-qin

, MA

Chang-qian

, et al. 2010. Compound orogeny and scientific problems concerning the Central Orogenic Belt of China[J]. Geology in China, 37(1): 1—11(in Chinese).

Abstract：Orogenic belts widely distributed in the Earth have recorded the history of plate convergence and orogenic processes during the collision. Many of these belts are long-lived (>300 Ma) compound belts, which are more than 1000 km wide with a pre-orogenic thermal structure that provides evidence for continental growth. In the past decade, research has begun to focus on the long-term dynamics of such belts as well as their tectonic features and processes. A number of critical problems remain existent, which include the origins of the long-term activities, the mechanism of continental accretion, and the rheological and thermal structure of such orogens. The Central Orogenic Belt of China (COB) is a huge compound orogen, which extends more than 5000 km across central China and marks the boundary between the North China Block and the South China Block. The COB has been active for ~600 Ma, and during this time it underwent two major collisions, one in the Devonian and the other in the Triassic. In addition, the region has become tectonically active since the Cretaceous. The COB differs from other compound orogens in having a very complex structure, multiple long-term orogenic events, convergence of orogens and accretion of continents. The recent discovery of a large high- and ultrahigh-pressure metamorphic belt (HP-UHP) in the orogen and the recognition of two HP-UHP metamorphic events indicate the subduction of both oceanic and continental crust to the depth greater than 100 km. Thus, the COB is as important in the tectonic evolution of Asia as the Qinghai-Tibetan Plateau. Some of the critical unanswered questions regarding the COB include the nature of the continental convergence, collision and orogeny in the Devonian and Triassic and the formation of intracontinental sedimentary basins during the Mesozoic and Cenozoic. Also unclear are the temporal and spatial relationships of the HP-UHP metamorphic belts and the conditions under which deep subduction and exhumation of oceanic/continental crust took place. Likewise, the processes responsible for the long-term tectonic activity, the multiple and overlapping orogenies, and the thermal structure of the region are unclear. In addition, little is known about the genesis of the mineral deposits in the region and the oil and gas potential of adjacent Mesozoic and Cenozoic basins.

提要：在全球大陆范围内，广泛分布的造山带纪录了板块汇聚的历史和碰撞造山的过程，因此，造山带的研究一直是地球科学经久不衰的重要领域。研究表明，世界上许多造山带是长期活动（＞300 Ma）的复合造山带，活动域的宽度可超过1000 km，并具有造山前的热结构，是大陆生长的最好见证。近10年来，全球造山带的研究已摆脱传统地质学和经典板块观念的束缚，面临一个新的起点，即由单一造山带向复合造山带研究转轨，由造山类型、造山作用向造山动力学研究聚焦。复合造山带长期活动的原因、大陆增生机制、造山带的流变学结构和造山热对造山作用的控制等已成为当前大陆复合造山带研究的关键科学问题，复合造山动力学已成为当今地球科学前沿——大陆动力学研究的重要内容。中国中央造山带位于北中国板块与南中国板块之间，是中国大陆上一条十分醒目而又极其重要的巨型（长5000 km）构造带。中央造山带是经历了大致600 Ma的活动历史，泥盆纪和三叠纪的两次碰撞造山以及白垩纪以来的陆内造山过程而构筑成的典型“复合造山带”。在全球复合造山带中，中国中央巨型造山带具有结构复杂性、活动长期性和非原地型，造山过程多期性以及造山带拼贴与大陆增生方式特殊性的特点，特别是世界最大规模的中央超高压变质带及其两期超高压变质作用的发现，揭示了中央造山带的形成还经历了板块汇聚边界洋壳/陆壳深俯冲至100 km以上的地幔深处的两次壮观地质事件，使中央造山带成为全球造山带中最为精彩和不可多得的典型，与青藏高原一样，被国内外地学家们誉为当今中国地学研究的 “瑰宝”。中国中央巨型复合造山带可以作为研究复合造山过程与复合造山动力学的重大地学问题的范例，重要的核心科学问题是：中国中央巨型复合造山带的早古生代和三叠纪陆块汇聚、碰撞造山过程以及中新生代陆内造山与周缘盆地互馈；两期高压-超高压变质带的时空关系、形成条件和洋壳/陆壳的俯冲-深俯冲与折返动力学机制；揭示和探讨中国中央复合造山带的长期活动性，造山作用的多期性和叠置性，造山热结构以及复合造山过程；洋壳/陆壳深俯冲、复合造山与大陆增生理论的创新。此外，中央复合造山带的研究对于金属矿产资源的开拓、周缘中新生代盆地含油气资源的战略前景以及现今南北中国的气候、环境、人文、地理、生态和灾害的制约提供新的科学依据与动力学背景。

1998

0.0

杨晓平, 邓起东, 张培震, 等. 1998. 北天山地区活动逆断裂-褶皱带构造与潜在震源区估计[J]. 地震地质, 20(3): 193—200.

YANG

Xiao-ping

, DENG

Qi-dong

, ZHANG

Pei-zhen

, et al. 1998. Active reverse fault fold zones and estimation of potential earthquake sources in northern Tianshan[J]. Seismology and Geology, 20(3): 193—200(in Chinese).

北天山山前逆断裂－褶皱带是典型的大陆内部活动挤压构造，该地区的地表活动构造、隐伏活动构造及活动背斜都受地下深处近水平滑脱断层控制。对１９０６年玛纳斯地震（Ｍ７．７）的发震构造、地表变形与破裂特征和山前活动逆断裂带上古地震的研究表明，北天山山前隐伏活动深断坡具备大地震发生的构造条件，大致以金钩河为界分为东西两段，相应地构成两个大地震潜在震源（Ｍ８）。山前第２条玛纳斯逆断裂－褶皱带和第３条独山子逆断裂－褶皱带中的各个活动背斜，以及西湖隆起等可能是８个中强地震的潜在震源（Ｍ６）。

2008

0.0

杨晓平, 邓起东, 张培震, 等. 2008. 天山山前主要推覆构造区的地壳缩短[J]. 地震地质, 30(1): 111—131. doi: DOI: 103969/j. issn. 0253-4967. 2008. 01. 008.

YANG

Xiao-ping

, DENG

Qi-dong

, ZHANG

Pei-zhen

, et al. 2008. Crustal shortening of major nappe structures on the front margins of the Tianshan[J]. Seismology and Geology, 30(1): 111—131(in Chinese).

We present the results of selected balanced cross-sections across four active reverse fault-fold belts at the front margins of the Chinese Tianshan,an intracontinental mountain belt formed in response to the India-Eurasia continental collision. It consists of Paleozoic,Mesozoic and Cenozoic strata in active fold-and-thrust belts at two sides of Tianshan, and the stratum in active fold belt changes younger from west fold-and-thrust belt to east. The middle part's structure is complicated in Kalpin active fold-and-fault belt,the width gradually diminishes towards east. At the west of Akesu city,the Kalpin active fold-and-thrust belt vanishes, but at the east part of Akesu city,the Kuche active fold-and-thrust belt emerges on the Tarim desert. In the middle section of the Kuche active fold-and-thrust belt near Baicheng County,the structure is most complicated,and the width is also maximal. The width of Kuche fold-and-thrust belt gradually decreases towards east,and disappears near 85° longitude line. But at the northern piedmont of Tianshan,the Manas active fold-and-thrust belt presents itself approximately at the same longitude. The longitude of the west end of Turpan centre uplift active fold-and-thrust zone is approximately the longitude of the east end of the Manas active fold-and-thrust belt. The four active fold-and-thrust belts which we studied are located at the north and south sides of Tianshan Mountains. Two balanced cross-sections traverse the Kalpin active fold-and-fault belt and one crosses the Kuche fold-and-fault belt. Two balanced cross-sections cross the Manas active fold-and-thrust belt,and one balanced cross-section crosses the Turfan centre uplift zone. The crustal shortening of Kalpin fold-and-thrust belt is 40～45km,that of Kuche fold-and-thrust belt about 27～37km,and of Manas,Turpan centre uplift active fold-and-thrust belt are 8.5～10.5km and 6～7km,respectively. The four active fold-and-thrust belts at south and north Tianshan are not superposed in longitude. So their crustal shortenings approximately represent the minimal crustal shortening of Tianshan at different segments,and also reflect the reducing trend of crustal shortening from west to east. It is very difficult to calculate the crustal shortening across entire Tianshan,owing to deficiency of data about active reverse fault and strike-slip fault within Tianshan Mountains. If the time of initial deformation is the starting time of Xiyu conglomerate deposition(since 2.5Ma),and considering the shortening component on south-north direction of Bo-A NW strike-slip fault,the minimum crustal shortening rates at four segments of Tianshan would be 15.4～17.3mm/a,12.7～16.5mm/a,3.8～4.5mm/a and 2.3～2.7mm/a,respectively.

利用平衡地质剖面方法研究天山山前主要褶皱带的地壳缩短,其中3条平衡剖面分别横跨天山南簏的柯坪逆断裂-褶皱带和库车逆断裂-褶皱带,2条剖面横跨天山北簏的玛纳斯活动逆断裂-褶皱带,其余1条剖面横跨吐鲁番中央隆起逆断裂-褶皱带。柯坪活动逆断裂-褶皱带、库车逆断裂-褶皱带、玛纳斯逆断裂-褶皱带和吐鲁番盆地的地壳缩短量分别为40～45km、27～37km、8.5～10.5km和6～7km。天山山前活动逆断裂-褶皱带在EW向上互不重叠,它们的缩短量大致代表了该经度上新生代的最小地壳缩短量,反映出天山地壳缩短由西向东减小的趋势。假定天山山前活动逆断裂-褶皱带开始形成的时间为距今2.5Ma的西域砾岩沉积期,考虑到博阿断裂、塔拉斯-费尔干纳断裂在SN向上的缩短活动分量,上述4个地段的最小缩短速率分别为15.4～17.3mm/a、12.7～16.5mm/a、3.8～4.5mm/a和2.3～2.7mm/a。活动走滑断裂在天山内部特定位置向左偏转,走向由NW转为NWW,在断裂转折的部位走滑活动量转化为天山SN向的缩短变形。

2003

0.0

姚亚明, 刘池阳, 赵增录, 等. 2003. 焉耆盆地构造演化与油气聚集[J]. 新疆石油地质, 24(2): 115—117.

YAO

Ya-ming

, LIU

Chi-yang

, ZHAO

Zeng-lu

, et al. 2003. Structural evolution and hydrocarbon accumulation in Yanqi Basin[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 24(2): 115—117(in Chinese).

焉耆盆地是在海西运动期褶皱基底和元古代结晶基底之上发育起来的中、新生代中小型叠合复合含油气盆地,其形成经历了古生代基底形成阶段、中生代前陆盆地演化阶段、第三纪压陷盆地发育阶段和第四纪走滑隆升阶段等4个演化阶段.燕山运动期和喜马拉雅运动期断裂活动控制了坳陷、隆起的形态和规模.构造变形以逆冲推覆和走滑为特点,并伴生大量局部构造.构造演化对油气系统的形成、油气藏保存条件和油气富集程度具有重要影响.

2007

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张成君, 郑绵平, Prokopenko

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本文通过对在新疆南部塔里木盆地北缘博斯腾湖采集的一根953 cm的岩心进行了早全新世以来的古气候重建.对BSTC2000岩心进行了碳酸盐矿物组成、Ca/1000Sr, 有机质TOC, C/N和C/S分析,并结合BSTC2000岩心附近的一个沉积物剖面的孢粉资料,利用多指标重建了8500 a BP以来的古气候变化特征.在2个平行岩心中对保存的植物叶片、草籽,以及全有机质进行了9个AMS 14C年代测定. 8500～8100 a BP气候冷湿,钻孔位置为河流-滨湖相环境,沉积物中有3层泥炭层.从8100～6400 a BP,气温升高,湖泊扩张,气候暖湿,湖泊可能为最高湖面时期.而从6400～5100 a BP湖泊稍微下降,气候变冷.在中全新世晚期从5100～3100 a BP气候变得高温干旱,但其间的4400～3800 a BP有短暂的气候变冷,早期大量的冰雪融水补给博斯腾湖,使得湖泊水位上升.湖泊的第二个高湖面期是5200～3800 a BP.在3100～2200 a BP气候冷湿,由于蒸发减弱而湖泊有所扩张,湖泊在3100至2800 a BP期间是最后一次短暂的高湖面期.这次短期高湖面后,湖泊由于较长时期的低温而引起的供水减少,湖泊收缩.从2200～1200 a BP,气候变得干热,湖泊收缩.尽管从1200 a BP以来,温度有所下降,气候变得暖干,湖泊又开始有所上升,但是没有达到博斯腾湖出水口孔雀河的海拔高度.

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张良臣, 吴乃元. 1985. 天山地质构造及演化史[J]. 新疆地质, 3(3): 1—14.

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张培震, 邓起东, 张竹琪, 等. 2013. 中国大陆的活动断裂、地震灾害及其动力过程[J]. 中国科学(D辑), 43(10): 1607—1620.

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张培震, 王敏, 甘卫军, 等. 2003. GPS观测的活动断裂滑动速率及其对现今大陆动力作用的制约[J]. 地学前缘, 10(S): 81—92.

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活动断裂的滑动速率是晚第四纪构造变形的定量描述,是制约和研究现今大陆动力过程的重要基础数据.地震地质学研究给出主要活动断裂的长期和平均运动水平,横跨断裂的GPS观测能够提供断裂的现今滑动速率.文中利用重大科学工程"中国地壳运动观测网络"的1 000多个GPS观测站的复测数据,计算中国大陆主要活动断裂的现今滑动速率.发现主要活动断裂的GPS滑动速率与晚第四纪滑动速率在运动方式和运动量上是大体一致的.从GPS观测到的断层滑动速率来看,中国大陆的大多数活动断裂的速率都在10 mm/a之下,而没有类似于板块边界的大于20～30 mm/a的滑动速率.这种现象意味着整个中国大陆的构造变形可能是分布式的,而不是仅仅集中在少数几条大型活动构造带上,沿主要活动断裂的刚性块体滑移可能不是构造变形的主要方式.现今构造变形的分块运动图像可能只是脆性上地壳的变形方式,中下地壳和上地幔的运动则以连续变形为特征,从下部驱动脆性上地壳的变形和运动,使得上部地壳的变形既表现出分块特征,又发生块内的变形."连续变形"理论模型能够更好地描述大陆内部的构造变形.

2004

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赵俊猛, 李植纯, 程宏岗, 等. 2004. 天山造山带岩石圈密度与磁性结构研究及其动力学分析[J]. 地球物理学报, 47(6): 1061—1067.

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The geoscience transect from Korla to Jimsar runs through the northern margin of the Tarim basin, the Tianshan orogenic belt and the southern margin of the Junggar basin. Along the profile a joint inversion of gravity with geomagnetism has been carried out and 2D density structure and 2D geomagnetic structure have been obtained. The result shows that the Tarim basin and the Junggar basin underthrust to the Tianshan orogenic belt in opposite directions. In the crust, the average density of the northern margin of the Tarim basin and the southern margin of the Junggar basin is relatively high, while that of the Tianshan orogenic belt is relatively low. However, the Tianshan orogenic belt bears a high geomagnetic intensity, especially in the entire crust from the southern margin of the Junggar basin to the middle of the Tianshan orogenic belt. This indicates that the southern margin and the northern margin of the Tianshan orogenic belt may possess different tectonic evolution histories, different tectonic movement patterns and different tectonic motion intensities. Some low density bodies located at the top part of the upper mantle are found on the boundaries between the Tarim basin and the Tianshan orogenic belt and that between the Junggar basin and the Tianshan orogenic belt. This may be inferred as a result of mass of the lower crust of the northern margin of the Tarim basin and the southern margin of the Junggar basin which has been carried down to the top part of the upper mantle beneath the Tianshan orogenic belt during the northward subduction of the Tarim block and that of the Junggar block southward. The 2D density structure and the 2D geomagnetic structure of the geoscience transect from Korla to Jimsar provide some lithospheric evidence for the tectonic segmentation of the Tianshan orogenic belt.

库尔勒—吉木萨尔剖面横跨塔里木盆地北缘、天山造山带和准噶尔盆地南缘.沿剖面完成了重磁联合反演,获得了岩石圈二维密度结构与二维磁性结构.结果发现,塔里木盆地与准噶尔盆地向天山造山带对冲.在地壳范围内,塔里木盆地北缘与准噶尔盆地南缘的平均密度较高,天山造山带的地壳平均密度较低.天山造山带具有较高的磁化强度,尤其表现在准噶尔盆地南缘至天山造山带中部的整个地壳范围内,预示着天山南北可能具有不同的构造演化历史、构造运动方式以及构造运动强度.在塔里木盆地与天山造山带以及准噶尔盆地与天山造山带的接触部位的上地幔顶部分别发现了低密度体,推测在塔里木盆地由南而北向天山造山带“层间插入与俯冲消减”,以及准噶尔盆地由北而南向天山造山带俯冲的过程中塔里木盆地北缘和准噶尔盆地南缘下地壳物质被带进天山造山带上地幔顶部.库尔勒—吉木萨尔剖面岩石圈二维密度结构与磁性结构为天山造山带的构造分段提供了岩石圈尺度的依据.

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