引用本文
郭长辉, 李安, 刘睿, 张世民. 基于高分辨率影像的宽滩山北缘断裂带右旋走滑特征及其构造意义的初步研究[J]. 地震地质, 2018,40(4): 784-800.
GUO Chang-hui, LI An, LIU Rui, ZHANG Shi-min. A PRELIMINARY RESEARCH ON THE RIGHT-LATERAL STRIKE-SLIP CHARACTERISTICS AND THE STRUCTURAL SIGNIFICANCE OF THE NORTHERN KUANTANSHAN FAULTS,HEXI CORRIDER, BASED ON HIGH￣RESOLUTION IMAGERY[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2018,40(4): 784-800.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2018.04.005
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基于高分辨率影像的宽滩山北缘断裂带右旋走滑特征及其构造意义的初步研究
郭长辉1, 李安1,*, 刘睿1,2, 张世民1
1中国地震局地壳应力研究所, 地壳动力学重点实验室, 北京 100085
2中国地震局地质研究所, 北京 100029
*通讯作者: 李安, 男, 副研究员, 主要从事活动构造和古地震研究, E-mail: antares_lee@163.com。

〔作者简介〕 郭长辉, 男, 1990年生, 中国地震局地壳应力研究所在读硕士研究生, 从事活动构造研究, E-mail: krin0312@sina.com。

收稿日期: 2017-11-15
基金项目: 中国地震局地壳应力研究所基本科研业务专项(ZDJ2014-12)、 国家自然科学基金(41402185)和中国地震活断层探察南北地震带北段项目(201408023)共同资助
摘要

阿尔金断裂在河西走廊西端的酒西盆地附近左旋走滑特征逐渐消失, 而其东侧的宽滩山断裂和黑山北缘断裂表现为逆冲构造。在宽滩山北侧分布的2条断裂, 分别是塔尔湾-池家刺窝断裂和干峡山断裂, 这2条断裂也表现出明显的活动特征。前人认为塔尔湾-池家刺窝断裂是1条低活动速率的逆冲断裂, 并未对其水平运动进行详细研究。宽滩山北缘断裂带是否存在水平走滑运动, 对于进一步探讨阿尔金走滑断裂和祁连山北缘逆冲断裂的构造转换模式, 具有非常重要的意义。文中通过无人机SfM摄影测量等野外工作, 对宽滩山北缘的塔尔湾-池家刺窝断裂和干峡山断裂的走滑运动特征进行研究, 并获得了2点初步认识: 1)宽滩山北缘断裂是具有右旋兼有逆冲的活动断裂, 通过对宽滩山北缘断裂带的河流冲沟和阶地的位错量进行统计, 初步估计其晚更新世右旋走滑速率为0.2~0.25mm/a, 全新世右旋走滑速率为0.5~1.5mm/a; 2)宽滩山北缘断裂所在的河西走廊西端位置的构造主要驱动力来自于祁连山向北的挤压作用, 造成了宽滩山北缘断裂的右旋走滑和酒西盆地内多条断裂的逆冲运动性质。

关键词: 塔尔湾-池家刺窝断裂; 干峡山断裂; 右旋走滑; 无人机测量
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2018)04-0784-17
A PRELIMINARY RESEARCH ON THE RIGHT-LATERAL STRIKE-SLIP CHARACTERISTICS AND THE STRUCTURAL SIGNIFICANCE OF THE NORTHERN KUANTANSHAN FAULTS,HEXI CORRIDER, BASED ON HIGH￣RESOLUTION IMAGERY
GUO Chang-hui1, LI An1, LIU Rui1,2, ZHANG Shi-min1
1)Key Laboratory of Crustal Dynamics, Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration,Beijing 100085, China
2)Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
Abstract

The sinistral strike￣slip characteristic of the Altyn Tagh Fault gradually disappears near the Jiuxi Basin at the west end of Hexi Corridor, and the Kuantanshan Fault and the northern marginal fault of Heishan on its east are thrust structures. There are two faults distributed in the north of Kuantanshan, namely, the Taerwan￣Chijiaciwo Fault and the Ganxiashan Fault, both are featured with obvious activity. Predecessors thought that the Taerwan￣Chijiaciwo Fault is a thrust fault with low movement rate, but there is few detailed study on its horizontal motion. Is there horizontal strike￣slip movement in the northern marginal fault of Kuantanshan? This issue has an important significance to further explore the structural transformation mode between the Altyn Tagh strike￣slip faults and the northern thrust faults in the north margin of Qilianshan. Using high resolution remote sensing images and field work, such as combining with UAV SfM photogrammetry, the paper studies the strike￣slip characteristics of the Taerwan￣Chijiaciwo Fault and Ganxiashan Fault on the northern margin of Kuantanshan, and get two preliminary understandings: (1) The northern marginal fault of Kuantanshan is an active right￣lateral strike￣slip fault with thrust component, the horizontal to vertical dislocation ratio is about 3-4 times. Based on the statistics of dislocation amount of the gullies and terraces along the north marginal Kuantanshan fault, it is preliminarily estimated that the late Pleistocene right￣lateral strike￣slip rate is about 0.2-0.25 mm/a and the Holocene right￣lateral strike￣slip rate is about 0.5-1.5 mm/a. (2) The main driving force to the tectonics at the western end of Hexi Corridor, where the northern marginal fault of Kuantanshan locates, comes from the northward extrusion of the Qilian Mountains, which results in the right￣lateral strike￣slip of the northern marginal fault of Kuananshan and the thrust movement of several faults inside the Jiuxi Basin. The effect of the Altyn Tagh Fault on other tectonic structures is not obvious in this region.

Keyword: Taerwan-Chijiaciwo Fault; Ganxiashan Fault; right-lateral strike-slip; UAV Photogrammetry
0 引言

青藏高原的隆起和扩展, 导致了阿尔金断裂的大规模左行走滑和祁连山北缘断裂的大规模逆冲, 并在河西走廊内部伴生一系列的次级断裂, 这些断裂对河西走廊地区的地貌单元构成起着直接的作用。在河西走廊西段的酒西盆地附近受到阿尔金走滑和祁连山逆冲的影响, 该区域活动断裂运动性质复杂。前人的研究成果也主要集中于阿尔金断裂向东的扩展以及南侧的祁连山北缘断裂带的构造活动性上, 并对这些断裂进行了大量定性和定量的详细研究(Hetzel et al., 2002; 闵伟等, 2002; 郑文俊, 2009; Zheng et al., 2013; 刘兴旺等, 2016)。

阿尔金断裂作为该地区的主要断裂之一, 前人对其运动模式进行了深入的研究(Li et al., 2002; Yin et al., 2002; 王峰等, 2003; Darby et al., 2005; 郭召杰等, 2008; Lu et al., 2009; 李康等, 2016), 阿尔金断裂的活动速率自西向东逐渐减小, 活动速率被东侧一系列左旋走滑断裂, 如党河南山断裂、 野马河断裂、 大雪山断裂和昌马断裂等分解。而到达河西走廊的最西端的酒西盆地转化为一系列的逆冲构造(徐锡伟等, 2003; Zhang et al., 2007; Zheng et al., 2013; 张宁等, 2016)。

河西走廊西端酒西盆地内各断裂在平行于阿尔金断裂方向上的水平缩短速率为1.4~2.4mm/a(张宁等, 2016), 与阿尔金断裂东端的左旋走滑位移量近乎一致, 因此认为阿尔金断裂东端的走滑位移量在河西走廊西端的酒西盆地内部被一系列NWW向的逆冲断裂和褶皱所吸收和转换。另一些学者研究发现酒西盆地内部一系列NWW向断裂的逆冲或垂直滑动速率几乎均> 0.2mm/a, 速率最小的阴洼山断裂也为0.18mm/a(闵伟等, 2002), 但是位于阿尔金— 宽滩山以北的塔尔湾-池家刺窝断裂的逆冲或滑动速率却< 0.1mm/a, 同时其水平缩短速率也远小于酒西盆地中的大部分逆冲断裂的水平滑动速率。陈涛等(2012)认为宽滩山以北的塔尔湾-池家刺窝断裂和干峡山断裂逆冲活动性向北逐渐减弱是受阿尔金断裂向NE方向的不断扩展所影响。闵伟等(2016)认为该地区的构造变形主要限定在青藏高原内部和河西走廊地区, 所以阿尔金断裂以北的塔尔湾池家刺窝断裂规模都不大, 且垂直滑动速率较低。Zheng等(2013)认为黑山北缘断裂为1条逆冲型断裂, 张宁等(2016)认为河西走廊北侧的黑山断裂和与其走向相连接的塔尔湾-池家刺窝断裂、 金塔南山断裂可能共同构成青藏高原向NE向扩展的新逆冲前锋。

前人的研究发现塔尔湾-池家刺窝断裂具有较低的垂直滑动速率, 但对于走滑现象并未进行讨论。因此研究宽滩山北缘断裂中的塔尔湾-池家刺窝断裂和干峡山断裂的晚第四纪活动性质和运动学模式, 获得其是否在逆冲运动的基础上具有走滑的地质地貌证据, 是探讨阿尔金断裂与祁连山北缘断裂交会处区域以及酒西盆地运动学模型和构造成因的重要因素。

本文通过对宽滩山北缘断裂带的塔尔湾-池家刺窝断裂和干峡山断裂进行野外调查, 并结合高分辨率遥感影像和无人机航拍数据, 对2条断裂通过的地貌进行解译分析, 获得了其活动特征和断裂水平位错的定量数据, 结合断层陡坎的分布和变形特征, 对塔尔湾-池家刺窝断裂和干峡山断裂是否存在右旋走滑特征进行了研究。

1 断层空间分布及地貌特征

宽滩山北缘断裂带可以分为2条断裂, 西南侧1条为塔尔湾-池家刺窝断裂, NE侧为干峡山断裂(图1)。

图1 研究区域断层分布图Fig. 1 The fault distribution map of the research area.

塔尔湾-池家刺窝断裂位于新玉门市东约15km, 总体走向NW, 西起塔尔湾村, 向SE延伸至池家刺窝以东, 全长约30km。在高分辨率影像上可以看到其由3条不连续的线性地貌陡坎构成, 因此有学者根据其分布特征将其分为西段、 中段和东段, 依次为塔尔湾段、 登登山段和池家刺窝段(陈涛等, 2012; 闵伟等, 2016)。

塔尔湾段总体走向NW, 全长约8km, 在卫星影像图上可见1条清晰的陡坎线。沿着塔尔湾断裂段的陡坎可以看到其NE侧几乎由戈壁砾石组成, 地势较SW一侧相对平缓。在陡坎位置发育大量断层泉, 在泉眼周围生长大量芦苇等固沙植物, 导致风沙在陡坎位置堆积, 陡坎高度明显增高。

登登山段全长约12km, 与塔尔湾段走向上并不完全一致, 陡坎的西南出露有明显的基岩山脉, 几乎无第四纪沉积物覆盖, 陡坎沿山前呈线性展布。该段断裂与塔尔湾断裂段之间断层陡坎断续相连, 塔尔湾断裂段陡坎上方多为晚更新世风积砂土, 而登登山断裂段断层陡坎上方多为裸露的基岩。前人在该段开挖过一系列的探槽, 揭示的断层为1条高角度逆冲断层(图3b), 断层面断错至地表, 为全新世活动断裂。

池家刺窝段位于池家刺窝以东, 全长约10km, 沿着山前的洪积扇有1条明显的断层陡坎通过, 在不同扇面上陡坎高度不同。在一级冲洪积扇的陡坎下可见到断层面(图3a), 断层面近直立, 表现为正花状构造。断层面上断点接近地表, 断错了除表土层以外的所有地层。地层垂直位错量不大, 应该为走滑性质。

干峡山断裂位于塔尔湾-池家刺窝断裂北侧, 2条断裂间隔约10km。干峡山断裂全长约30km, 走向NW。沿着干峡山断裂陡坎前人开挖过多个探槽, 但是由于上盘多为松散沉积物故未见到明显出露的断层剖面, 结合高分辨率遥感影像以及野外踏勘发现在沿着干峡山断裂SE方向经过下天津卫约3km的一处切开断层陡坎的废弃河道一侧发现有出露断层剖面, 清理后可见清晰断层面(图3c), 断层产状50° ∠85° , 表现为逆冲断层, 断层几乎断错到地表。

2 研究方法

断裂带的活动特征会被断裂带上的地表变形以及地貌位移直观地表现出来, 通过断层附近地貌的变化和地表断层在水平和垂直方向上的位移, 可以推测断层的活动性质和活动规模, 结合探槽揭露的断错地层的情况, 可以更加详尽地了解断层的活动时代。同时结合探槽对断层进行活动分析也是目前常用的方法之一。

为了获得断裂带活动数据, 我们在高分辨率卫星影像的基础上对宽滩山北缘的断裂进行了详细地解译分析, 选定了4处断层陡坎和地貌位错典型的地点进行了无人机航拍, 根据不同的地貌情况设置不同的飞行高度(表1), 按顺序依次编号为分别①、 ②、 ③和④号(图2), 其中编号①位于塔尔湾段, ②和③号点位于池家刺窝段, ④号点位于干峡山断裂的中部。

表1 无人机航拍数据参数 Table1 Data parameters of SfM

图2 宽滩山北缘断裂系断裂分布图
F1塔尔湾-池家刺窝断裂; F2干峡山断裂; F3合洛山断裂(陈涛等, 2012); F4阿尔金断裂; F5宽滩山断裂Fig. 2 Distribution of the faults system at the north margin of Kuantanshan.

图3 宽滩山北缘断裂系出露断层面
a 池家刺窝段剖面; b 塔尔湾段断层剖面; c 干峡山断裂断层剖面Fig. 3 The faults profiles in the northern Kuantanshan.

影像拍摄过程中其相对定向以及绝对定向都自动完成, 无需人工加以干预。利用SfM摄影测量技术, 将具有高度重叠的数码相片导入Photoscan软件中, 生成点云数据, 并通过人工消除地表植被等地物后, 便可实现高质量的正射影像生成以及三维模型重建, 生成高分辨率的DEM数据(表1)。同时结合采集的地面控制点数据对航测数据进行精度评估, 发现其精度约0.4m。

根据高分辨率的地形数据, 利用MATLAB平台上开发的LaDiCao_v2软件对地貌面上形成的河流冲沟进行右旋位错量的分析, 并将得到的数据与野外测量值进行对比, 发现得到的结果在误差范围内与野外测量值相符。LaDiCao_v2软件是1款专门对河流冲沟的位错量进行分析的专业分析软件, 将高精度的DEM数据中通过断层上下盘的河流冲沟进行标记后输入到软件中, 根据上下两盘河流冲沟的位置以及冲沟中心线在断层线上的交点, 可以分析出其在水平位置上的错断距离(Zielke et al., 2010, 2012, 2015), 使数据在可视化的基础上尽可能接近真实值, 同时量测结果具备可重复性。

断层陡坎两侧冲沟分别以不同颜色曲线标记, 上下两盘的冲沟均会与断层线有1个交点(图4), 这2个点之间的距离便是冲沟的实际位错值, 通过结合地貌特征拟合冲沟的位错值, 当位错值的不匹配因子最低时即表明该值为最佳位错值(图4b, c)。将得到的最佳位错值输入, 即可直观地得到该处未发生右旋位错之前的原始地貌。

图4 水平位错量分析
a 标记冲沟中心线位置; b 冲沟表观位错与实际位错示意图; c 拟合冲沟位错最佳值; d 按水平位错进行恢复后地貌原状; e 池家刺窝东(航拍区域③)DEM渲染图Fig. 4 Honzontal dislocation analysis.

图5 塔尔湾段航拍区域①阶地位错图Fig. 5 Terrace dislocation of aerial area ① in Taerwan.

对河流冲沟进行分析可以得到在该条冲沟或河流处的断层的水平位错数据, 经多次拟合对比, 得到水平位移的最佳值。

3 断层位错量测量

塔尔湾-池家刺窝断裂上一共选取了3个航拍点①、 ②和③, 分别位于F1西段塔尔湾断裂段和东段池家刺窝断裂段上(图2)。航拍测量点④则位于干峡山断裂上。

3.1 塔尔湾测量点

塔尔湾段, 地形总体为南侧和东侧地势较高, 而西北侧地势最低, 但是冲沟却并不向着NW方向流动, 而是向着东侧偏转, 表现出明显的右旋走滑特征。航拍测量点①获得的高精度DEM显示, 该测量点发育3级阶地, 其中河流西侧的T3/T2边界存在明显的右旋断错特征, 两盘T3阶地边缘位错约23.8(-3.0/+4.0)m, 河床西侧的T2/T0边界(T1阶地缺失)同样存在右旋位错, 位错量约(17.4± 2.0)m。河流东侧的T2阶地保存不完整, 因此阶地边界没有记录到右旋位错量。但是在东侧T3阶地上的冲沟表现出了右旋位错特征, 位错量分别为(7.3± 1.0)m和(10± 1.5)m。更东侧的T1阶地上也有2条冲沟表现出右旋位错, 位错量分别为(8.0± 1.0)m和(8.1± 1.0)m。

3.2 池家刺窝测量点

在池家刺窝东南约10km长的断层带上, 因断层陡坎西南侧为基岩陡坎, 几乎无第四系沉积物, 裸露的基岩被流水冲刷剥蚀之后在山前形成规模不等的冲洪积扇。在残留较为完整的冲洪积扇上可以清晰地看到断层陡坎的存在, 通过野外勘察和航拍影像可以看到航拍区域②范围内发育2条河流。河流下切后保存的T2阶地边界表现出右旋走滑特征, 实际测量的位错量约14.6m, 通过在DEM中分析残留阶地边缘的位错信息得到该位置(如图6中1-1')水平错断量为15.8(-2.0/+1.5)m。东侧另1个Ⅱ 级阶地边缘(如图6中10-10'), DEM分析结果为13.4(-2.0/+1.5)m。

图6 池家刺窝段(航拍区域②)右旋走滑恢复图Fig. 6 Restore of right-lateral strike-slip in Chijiaciwo(aerial area ②).

对池家刺窝段位错阶地和冲沟进行恢复(图6)。各级地貌面上的各条冲沟可以得到依次复原。恢复(4.5± 0.5)m右旋位错量时(图6b), 冲沟4、 冲沟5和冲沟12的位错量得到了恢复。从3条冲沟的发育规模上看, 它们的在上盘的长度基本相同且明显短于其他冲沟, 说明该3条冲沟形成的时间较晚, 记录的断层水平活动事件少。恢复(8.0± 1.0)m右旋位错量时(图7c), 中等长度的冲沟2、 3、 8、 9、 11、 13的位错量得到了恢复。该部分冲沟发育规模较大, 上盘冲沟长度明显增加, 说明这些冲沟形成时间较长, 经历过多次的断层活动事件。当恢复(14.0± 1.5)m右旋位错量时(图6d), 三级地貌面边缘处最长的冲沟6和地貌面上的冲沟7以及下切最深的阶地陡坎1和阶地坎10的位错量得到了恢复。该级位错信息中包含有2条T2阶地边缘形成的右旋走滑位错(图6d中1-1'和10-10'), 从高精度DEM图上可以看到河流在该处垂直流经断层陡坎, 并在河床两侧发育了规模较大的阶地, T2阶地在断层陡坎两侧均有分布, 而上盘残留的T2阶地边与下盘的T2阶地边界存在着明显的位错值。该级冲沟发育规模最大, 应该更能详细记录断层陡坎的水平位错信息。

图7 干峡山断裂部分点位(航拍区域④)水平位错量分析Fig. 7 Dislocation analysis in some points at Ganxiashan Fault(aerial area ④).

所以通过对塔尔湾-池家刺窝断裂阶地和河流冲沟水平位移量的测量发现该断裂可能至少经历了3次不同程度的水平滑动。

在塔尔湾-池家刺窝断裂上的其他各个研究点的结果也表明河流冲沟表现出一致的右旋走滑特征, 充分表明该断裂是1条右旋走滑断裂, 并至少经历了3次断层水平错动。前人的研究更多地集中在该条断裂的逆冲性质以及垂直滑动速率等方面(陈涛等, 2012; 闵伟等, 2012), 同时闵伟等(2012)对塔尔湾-池家刺窝断裂的研究认为塔尔湾-池家刺窝断裂的池家刺窝断裂段经历了3次古地震事件, 与本文研究的池家刺窝断裂可能经历了3次水平位移事件相对应。同一级地貌面上的各条冲沟由于形成的先后顺序, 在经历相同古地震次数后可能会表现出不同的水平位错量。

3.3 干峡山断裂

在结合卫星遥感影像的基础上对干峡山断裂带进行实地踏勘, 发现在下天津卫SE方向约3km处陡坎靠近河道的侧壁上有断层面出露。剖面上盘较老的砂岩和砾岩逆冲到了全新统或晚更新世土黄色粉砂岩和暗红色的泥岩之上, 断层两侧地层差别明显, 在断层走向地貌面上有明显的断层陡坎发育(图3c)。上下两盘之间有厚约20cm的断层泥, 断层泥有明显的分层和挤压擦痕, 擦痕的方向大致与断层走向相同, 断层表现为逆走滑的运动性质。

沿干峡山断裂选定了位于其中部的航拍点④, 获得了6条具有右旋水平位错的冲沟(图7), 表现出明显的线性特征, 地貌陡坎由全新世风积砂土组成。该处断层陡坎干峡山断裂全新世风积砂土只发育在断层的SW盘, 植被发育, 而NE盘地表几乎无风积砂土堆积且无植被发育, 地表由较厚的戈壁砾石层覆盖, 断裂两侧地下水位高差较大, 使得陡坎处因植被发育风积砂土不断堆积下来, 地形越来越高, 经过长期的积累, 于是地貌上形成了现在的陡坎(许洪泰等, 2012; 陈涛等, 2012)。因此该处由全新世风积砂土组成的地貌陡坎前缘并非是断裂活动造成的, 其断层位置应该在陡坎的SW侧。

3.4 位错量结果统计

在塔尔湾-池家刺窝断裂上共计获得了31个阶地或冲沟的右旋走滑位错量(表2)。

表2 阶地和冲沟位错统计表 Table2 Statistics of terrace and gully dislocations

结果显示在塔尔湾-池家刺窝断裂上的右旋位移量主要在4~15m范围内, 且数据具有在某几个范围内集中出现的现象, 因此对位移量数据进行频率分布统计。

统计结果显示在塔尔湾-池家刺窝断裂上的右旋位移量表现出3个比较集中的位错量区间, 分别为4~5m、 7~9m和13~15m(图8)。其中位错4~5m的冲沟和位错为7~9m的阶地或冲沟基本发育在一级或二级地貌面上, 位错13~15m的阶地或冲沟大部分发育于三级地貌面上。

图8 塔尔湾-池家刺窝断裂阶地和河流位错统计图Fig. 8 Statistics of terrace and gully dislocations.

4 讨论
4.1 宽滩山北缘断裂运动性质及速率估计

根据对宽滩山北缘的塔尔湾-池家刺窝断裂和干峡山断裂的无人机SfM摄影测量结果, 共获得了38个右旋位错量, 其中塔尔湾-池家刺窝断裂的右旋位错量为4~16m不等, 表现为3个较明显的位错量区间段, 分别为4~5m、 7~9m和13~15m; 3个位错量区间分别位于3级不同的地貌面上, 因此分别代表了3期地貌面形成以来的不同右旋位错量。根据前人在该区域不同地貌面上开挖的古地震探槽中的年龄结果(闵伟等, 2016), 认为探槽中获得的最新冲击相地层年龄结果代表该级地貌面的形成年龄。一级地貌面年龄为4~8ka, 二级地貌面年龄为20~32ka, 三级地貌面年龄为(58.8± 4.0)ka。以此估计塔尔湾-池家刺窝断裂的三级地貌面的晚更新世右旋走滑速率在0.2~0.25mm/a; 最年轻地貌面的右旋走滑速率0.5~1.5mm/a。干峡山断裂右旋位错量为1~5m, 但干峡山断裂附近没有发育较多地貌面级数, 因此不同冲沟位错量均大致发育在同一级地貌面上, 仅从冲沟规模上可以看出位错量较小的冲沟均为新形成的冲沟。由于暂时没有确定的年龄结果, 难以估计干峡山断裂的右旋走滑速率。

与前人研究所得的塔尔湾-池家刺窝断裂晚更新世垂直活动速率0.06mm/a(闵伟等, 2016)比较, 本文获得的走滑速率约为垂直速率的3~4倍。因此塔尔湾-池家刺窝断裂应该为1条以右旋走滑为主兼有逆冲的活动断裂。

4.2 宽滩山北缘断裂的构造意义

对宽滩山北缘断裂的研究表明塔尔湾-池家刺窝断裂和干峡山断裂均为右旋逆走滑的活动特征。在河西走廊西端的酒西盆地处于青藏高原北缘阿尔金大型走滑断裂和祁连山大型逆冲构造的转换位置, 一直以来是青藏高原北缘构造转换的重要研究区。左旋走滑的阿尔金断裂活动速率向东逐渐递减, 在其东端(疏勒河以东)的走滑速率1~2mm/a, 并中止于酒西盆地附近(徐锡伟等, 2003; Zhang et al., 2007; Zheng et al., 2013)。祁连山北缘断裂的逆冲褶皱带和酒西盆地内新生的白南断裂等活动构造表现为纯逆冲活动特征, NNE向的地壳缩短速率1~2mm/a(赵志军等, 2001; Hetzel et al., 2002; 陈杰等, 2004, 2006; 袁道阳等, 2004; 陈柏林等, 2006; 李安等, 2016), 酒西盆地北界的黑山北缘断裂也表现为逆冲构造特征(张宁等, 2016)。Zheng(2013)将酒西盆地附近的一系列逆冲构造的成因归结于阿尔金断裂左旋运动到末端转化为逆冲缩短。本文所发现的宽滩山北缘断裂带的右旋走滑特征难以用这个构造转换模型解释。走滑断层末端转化为逆冲构造, 往往逆冲构造的走向与走滑断层走向近垂直或大角度相交。如东昆仑断裂与龙日坝断裂(Ren et al., 2013)和岷山隆起(赵小麟等, 1994)。但是阿尔金断裂和酒西盆地内的这些逆冲构造, 如玉门断裂、 新民堡断裂等的构造方向夹角很小, 如果区域断裂的发育主要受阿尔金断裂控制, 这些断裂必然产生较大的左旋走滑分量, 如党河南山断裂、 大雪山北缘断裂和昌马断裂。这些断裂构造方向与酒西盆地内断裂构造方向相同, 但是均为左旋走滑断裂且左旋运动速率高达2~5mm/a(邵延秀, 2011; 罗浩等, 2013)。但是酒西盆地的断裂均未见到明显左行走滑特征, 甚至酒西盆地东侧的嘉峪关断裂和阴洼山断裂存在右旋走滑的证据(陈柏林等, 2005, 2007)。本文所研究的宽滩山北缘断裂也明显表现为右旋走滑特征, 且走滑位移量甚至明显大于逆冲位移量。因此阿尔金断裂构造转换模型难以解释这些地质现象。另一种可能的模型是将祁连山逆冲缩短作用作为主构造作用, 将酒西盆地附近的逆冲构造变形分解为平行于阿尔金断裂走向方向和垂直于阿尔金断裂走向方向的2组分量, 则既可以平衡阿尔金的走滑分量, 又可以解释黑山北缘断裂的明显逆冲作用。即祁连山向北推挤被宽滩山— 黑山一带的阻挡, 致使酒西盆地块体内部SN方向产生大量褶皱(玉门-老君庙背斜, 白杨河背斜, 文殊山背斜)。这种南北空间上的减小, 导致酒西盆地东西两侧的块体分别往东和往西运动, 由此本文研究所得的宽滩山北缘断裂右旋走滑, 及阿尔金断裂和金塔南山断裂的左旋走滑以及嘉峪关断裂的右旋走滑现象也可解释(张波等, 2016)(图9)。因此, 本文更倾向于来自祁连山NNE向的强烈挤压作用和地壳缩短是该区域构造变形的主要原因。

图9 宽滩山北缘断裂构造模型Fig. 9 Structure model diagram of the faults in the north margin of Kuantanshan.

5 结论

通过本文的研究, 获得了以下2点初步认识:

(1)宽滩山北缘断裂具有右旋兼有逆冲的活动断裂, 通过对宽滩山北缘断裂的断层陡坎处河流冲沟的位错量进行统计, 初步估计其晚更新世右旋走滑速率为0.2~0.25mm/a, 全新世右旋走滑速率为0.5~1.5mm/a。

(2)宽滩山北缘断裂带的右旋走滑特征暗示了酒西盆地附近的一系列逆冲构造的主驱动力来自祁连山逆冲缩短作用, 而非阿尔金左旋走滑的构造转换作用。

The authors have declared that no competing interests exist.

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