遥感解译是活动断裂研究的基础工作。首先, 根据需求选取合适的遥感影像, 选取时应综合考虑图像种类、 分辨率、 波段、 时相等。其次, 对遥感图像进行预处理, 增强遥感图像的对比度、 直观性, 突出遥感图像的构造要素。第三, 总结前人所使用的相同或类似遥感影像上的活动断裂表现, 建立适用于研究区活动断裂的遥感解译标志。第四, 解译完成后, 在野外进行验证, 通过断错地貌、 地质剖面等现象来验证解译结果。

2.1.1 数据源(表1)

表1

Table1

表1(Table1)

表1 遥感解译工作数据源汇总 Table1 Summary of remote sensing images in interpretation 遥感图像种类 分辨率/m 时相 云量/% 波段 处理方法 Landsat合成数据 28.5 1984— 1997 波段合成(742) Landsat合成数据 14.25 1999— 2003 波段合成(742) Landsat -8 OLI 15/30 2013-12-16 2013-12-07 2014-10-23 2016-12-08 0.46 1.95 2.94 0.13 9 波段合成(741或432) 影像融合(Gram-Schmidt Pan Sharpening) 镶嵌、 裁剪 高分一号 2.0/8.0 2013-08-04 2014-11-28 2014-12-02 2015-01-16 2015-04-16 4 正射校正、 影像融合、 镶嵌、 裁剪 Pleiades 0.5/2.0 2013-07-30 4 正射校正、 影像融合、 裁剪 DEM 约25 1 镶嵌、 裁剪 Google Earth < 1 1984— 2017

表1 遥感解译工作数据源汇总 Table1 Summary of remote sensing images in interpretation

本文使用的遥感影像包括陆地卫星数据(Landsat-8 OLI, Landsat全球合成数据)、 高分一号卫星(GF1, 全色图像分辨率为2m, 多光谱图像分辨率为8m)、 Pleiades卫星(全色图像分辨率为0.5m, 多光谱图像分辨率为2m)、 1︰50 000 DEM(分辨率约25m), 配合使用Google Earth图像。由于部分段有森林覆盖, 因此, 数据源的时相尽可能选择落叶期、 没有下雪的冬季, 并且选择云量小、 云分布远离断裂带的遥感图像。

2.1.2 遥感数据预处理

使用Envi5.2 软件, 对高分辨率遥感影像(高分一号、 Pleiades)进行正射校正、 影像融合、 镶嵌、 裁剪等处理(表1)。

对于Landsat-8 OLI数据, 首先进行波段合成(741或432), 尽可能地突出构造因素; 然后与分辨率为15m的波段8进行融合(Gram-Schmidt Pan Sharpening), 得到构造突出的中分辨率遥感图像; 再根据断裂分布对遥感图像进行镶嵌、 裁剪等工作。同时, 解译中也使用了早期的Landsat合成数据(1984— 1997、 1999— 2003)。

由于Google Earth集合了多种遥感图像, 分辨率可达到亚米级, 并且在研究区可以免费查看1984年以来的遥感图像, 因此解译过程中经常使用Google Earth图像。

由于研究区地形起伏度高, 宏观地貌显著, 因此采用胡朝忠等(2015)、 付碧宏等(2008a)提到的方法, 将高分辨率遥感影像叠加到DEM上, 生成精细、 直观的三维地形, 以便更好地开展解译工作。

2.1.3 活动断裂的解译方法和解译标志

解译方法: 在影像增强等操作完成后, 使用人机交互的目视解译来识别活动断裂。为弥补单一遥感影像的局限性, 综合使用多种影像来解译。将活动断裂地貌特征分为宏观和微观尺度进行观察。1︰50i000 DEM和ETM图像主要用于断裂控制的宏观地貌解译, 如盆山边界、 线性断层崖、 断层谷地、 河流同步拐弯等; 高分辨率的光学影像和Google Earth主要用来解译断层微地貌, 如断层陡坎、 断层沟槽、 冲沟位错等。同时, 使用工具箱内的3D SurfaceView模块将高分辨率的光学影像叠加在DEM上, 生成高分辨率且直观的三维地形, 配合其他影像使用。

解译标志: 俞晶星等(2012)发现该地区活动断裂的宏观地貌非常壮观, 形成壮观的断层崖、 山麓地形转折带、 河流错动等。微地貌被严重侵蚀破坏, 局部残留一些断层陡坎、 断层沟槽、 左旋冲沟等。这些宏观地貌和微地貌在影像上主要表现为形态上的线性特征(断层崖、 沟槽); 同时, 影像上的线性特征具有一定的色调差异, 如体现为亮、 暗色调线性条带, 或亮、 暗色调的线性分界带。同时, 在线性条带或延长线上, 水系和山脊常常具有同步拐弯。一些与断层伴生的断塞塘、 断层泉在影像上很容易识别, 表现为线性分布的水塘等。其他地物(耕地、 房屋、 道路)的特殊形态有时候会有助于解译活动断裂, 如人类生活区(村落、 耕地、 道路密集区)和基岩区(村落、 耕地、 道路稀少)分界的宏观边界带往往也有断层通过, 二者的颜色、 形态截然不同。

首先, 对全段进行踏勘, 了解研究区地质背景和宏观地貌特征。其次, 对影像解译出的典型点进行野外验证, 总结研究断裂的典型地质地貌表现。第三, 分段验证解译结果。沿着解译断层迹线进行地貌考察、 地质剖面清理、 地形测绘(包括位错量)等工作, 去掉解译出来的 “ 假” 断层。第四, 也要考察未被解译出来的疑似断层, 最终得到完整的活动断层调查结果。

光盖山-迭山南麓断裂控制山麓地形转折带, 在高山前形成山间盆地或剥蚀面, 山间盆地或剥蚀面的边界主要被活动断裂所控制, 是白龙江北侧山前地形的主控断裂(图3, 4)。

图 3

Fig. 3

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	图 3 三维遥感图像获取的光盖山-迭山南麓断裂宏观地貌 红色箭头指示断层位置Fig. 3 Macro-topography of southern Guanggaishan-Dieshan Fault from indoor interpretation.

图 4

Fig. 4

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	图 4 野外考察得到的光盖山-迭山南麓断裂宏观地貌 红色箭头指示断层位置Fig. 4 Macro-topography of southern Guanggaishan-Dieshan Fault from field work.

光盖山-迭山南麓断裂的宏观地貌在岷江东、 西两侧具有明显差异。岷江西侧, 断裂为高山和山间盆地的构造边界, 山间盆地南、 北边界均受断层控制。岷江东侧, 断裂切穿高原夷平面和其间发育的深谷, 宏观地貌不如岷江西侧显著, 但线性特征较好。

根据断裂的宏观地貌和解译得到的断裂总体展布, 光盖山-迭山南麓断裂在平面上分为3段, 自西向东分别为腊子口— 黑峪寺段、 坪定— 化马段和化马— 马街段(图2)。腊子口— 黑峪寺段控制了山间盆地的边界, 坪定— 化马段在舟曲以西控制山间盆地边界, 舟曲以东断层从山前大型剥蚀面边界和内部通过。腊子口— 黑峪寺段和坪定— 化马段被黑峪寺以东的高山分隔, 二者略呈右阶排列; 化马— 马街段与坪定— 化马段以岷江相隔, 2段之间形成左阶拐弯。

3.2.1 腊子口— 黑峪寺段

腊子口— 黑峪寺段西起腊子口, 向SEE经录坝、 嘉布、 葱地, 进入黑峪沟后终止于黑峪寺以东, 总体走向为NWW, 长约47km。主要分为南、 北2条分支断层。北支断层连续性较好, 而南支断层主要在黑峪寺南侧发育(图5)。

图 5

Fig. 5

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	图 5 腊子口— 黑峪寺段断层几何展布 红色实线为野外验证后的断层, 底图为1︰50i000 DEMFig. 5 Fault geometry of Lazikou-Heiyusi segment.

腊子口至录坝村一带, 断层在影像上主要表现为一系列山脊的同步左旋, 左旋位移分别为60m、 160m、 160m(图6a)。在岔隆村一带发育断层沟槽和断层垭口(图6b)。录坝村一带断层地貌发育良好: 晚更新世早期的大型坡洪积扇左旋75m, 而小冲沟阶地左旋位错15m(图6c); 同时, 录坝村东侧还发育多个断层三角面(图6d)。

图 6

Fig. 6

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	图 6 腊子口— 录坝村一带断层展布及断错地貌 a 腊子口— 录坝村断层展布, 底图为Landsat-8 OLI图像(由432波段真彩色合成), 红色箭头代表断层, 白色虚线代表山脊线; b 岔隆村南断层沟槽和断层垭口; c 录坝村NE断层展布及洪积阶地左旋, 底图为Google Earth; d 录坝村东连续发育的断层三角面Fig. 6 Fault geometry and offset geomorphologies from Lazikou town to Luba village.

嘉布村东侧, 断层造成一系列小山脊和冲沟同步左旋, 同时发育断层陡坎、 断层沟槽等(图7)。图7a、 b为Landsat-8 OLI图像(由波段741合成, 并与波段8融合), 分辨率为15m; 而图7c为Google Earth图像, 分辨率可达亚米级。虽然Google Earth图像(图7c)分辨率更高, 但是研究区植被密集, 处于森林地区, 对构造位错的表现不如中分辨率的Landsat图像(图7b)。图7d和7e也是类似的例子, 虽然Landsat合成数据(图7d)的分辨率(28.5m)远小于Pleiades图像(图7e, 分辨率为0.5m), 但是图7d却能较清楚地解译出断层陡坎(图7d, g)和水平位错地貌(图7d中黄色虚线), 图7e却受植被影响, 几乎无法判别。

图 7

Fig. 7

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图 7 嘉布— 葱地村断层展布及断错地貌 a 嘉布— 葱地村断层展布, 底图为Landsat-8 OLI图像(由波段741合成, 并与波段8融合, 分辨率为15m); b 嘉布村东水系和山脊连续同步位错, 底图为Landsat-8 OLI图像(由波段741合成, 并与波段8融合); c 好尕村NE侧断层线性地貌, 底图为Google Earth; d 嘉布村东水系和山脊连续同步位错, 底图为Landsat全球合成数据(由波段742合成, 1984— 1997), 分辨率为28.5m; e 好尕村NE侧断层地貌, 底图为Pleiades卫星影像的全色和多光谱图像融合后的图像, 分辨率为0.5m; f 坡积物中发育的断层沟槽, 右侧白色椭圆为野外调查人员; g 晚更新世坡洪积扇上发育高约9m的断层陡坎, 中间白色椭圆为野外调查人员Fig. 7 Fault geometry and offset geomorphologies from west of Jiabu village to east of Congdi village.

黑峪寺一带断层分为南、 北2支, 北支断层连续性较好, 并控制了山间长条形盆地的边界, 宏观地貌发育良好(图3b, 4b, 8a)。除了断层崖、 断层沟槽等地貌, 黑峪寺北的1条冲沟发育了较典型的左旋错动地貌, 坡洪积台地、 大冲沟、 冲沟坡洪积扇以及扇上的纹沟发育同步左旋(图8b)。通过无人机摄影测量方法(Structure from Motion, SfM)生成了DEM, 测得台地左旋(65± 10)m, 冲沟左旋(28± 4)m, 纹沟左旋(11± 2)m(图8c)。南支断层左旋特征也很明显, 可见线性沟槽、 断层三角面、 山脊和冲沟左旋等地貌(图8d)。

图 8

Fig. 8

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	图 8 黑峪寺一带断层展布及断错地貌 a 黑峪寺一带断层展布特征, 底图为Landsat全球合成数据(1984— 1997, 分辨率为28.5m); b 黑峪寺北断层地貌; c 基于SfM方法的图b区域DEM; d 黑峪寺南断层地貌Fig. 8 Fault geometry and offset geomorphologies around Heiyusi village.

3.2.2 坪定— 化马段

坪定— 化马段与腊子口— 黑峪寺段略呈右阶排列, 西起九原村一带, 向东经坪定乡、 罗家峪、 马莲坪、 东山乡、 中牌村, 止于岷江沿岸的化马一带, 走向以NWW为主, 在东山乡以东逐渐转变为NEE, 长约32.5km。坪定— 化马段也有多条分支断层, 在舟曲县城以西主要分为南、 北2支, 东山乡一带分为3支, 到中牌村一带3支断层向东逐渐收敛。在舟曲县城的锁儿头村一带, 南侧分支断层向南跨过白龙江, 在白龙江南侧向E延伸, 在虎家崖一带跨过白龙江, 断层回到白龙江北侧。

图 9

Fig. 9

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	图 9 坪定— 化马段断层展布 红色实线为野外验证后的断层, 底图为1︰50i000 DEMFig. 9 Fault geometry of Pingding-Huama segment.

我们在坪定— 化马断裂段上新发现2个断层露头。第1个剖面位于罗家峪北侧坡洪积阶地上, 该阶地上发育高大的断层陡坎, 陡坎上破碎基岩和坡积碎石中出露断层面, 断层性质为逆断层(图10a— c)。第2个剖面为新确定的1条次级断层的露头, 该断层位于剥蚀面内部, 山脊和水系同步左旋位错(图10d)。剖面上断层性质为正断层, 晚更新世黄土台地(OSL年龄为 (60.2± 3.0)ka; ¹⁴C年龄为 43i835~45i930a, IntCal 13校正, 置信度95.4%)发生4.5m的垂直位错(图10e— g)。大致估算得到新确定的分支断层晚更新世中期以来垂直滑动速率约0.1mm/a。

图 10

Fig. 10

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	图 10 坪定— 化马段北侧分支断层地质地貌表现 a 罗家峪一带断层展布, 底图来源于Google Earth; b 洪积阶地上的断层陡坎; c 坡积碎石中的断层剖面, 镜向SEE; d 舟曲县城东断层地貌三维显示; e— g 舟曲县城东断层剖面Fig. 10 Geomorphic and geologic expressions along the north branch fault of Pingding-Huama segment.

南支断层与北支断层近平行, 从舟曲县城南侧通过。九原村东晚更新世至全新世坡积物上发育笔直的断层沟槽和断层陡坎(图11a— c)。三维地形图上显示白龙江南侧山坡地形坡折处即为断层位置(图11d)。中牌村南断层从坡洪积、 风积黄土混杂堆积物中通过, 走向转变为NEE, 断层细分为2支, 均造成冲沟同步左旋位错, 且均露出断层露头(图11e— f)。断面上揭露出逆断层, 并发育明显擦痕, 侧伏角为48° , 说明左旋走滑和倾滑分量大致相当(图11g)。

图 11

Fig. 11

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	图 11 坪定— 化马段南侧分支断层地质地貌表现 a 九原以东断层展布, 底图为Google Earth; b 坡积物上的线性断层沟槽; c 坡积物上断层陡坎; d 白龙江南侧断层地貌三维显示; e 中牌村南断层展布, 底图为Google Earth; f 中牌村南断层剖面; g 断层面上的擦痕; 红色箭头和红色虚线指示断层Fig. 11 Geomorphic and geological expressions along the south branch fault of Pingding-Huama segment.

3.2.3 化马— 马街段

断裂西起岷江化马乡, 向东通过夷平面, 进入角弓沟后分别经过瓜湾、 宋家山村又回到夷平面上, 继续向东延伸经九池、 庞磨村一线, 止于马街镇以北的杨地湾村东侧(图12)。断层总体走向为NWW, 在庞磨村以东逐渐转变为近EW、 NEE, 长约47km。该段与坪定— 化马段几乎直接相连, 但二者控制的大地貌差异明显。该段大致由2~3条分支断层组成, 自西端向东逐渐发散。北支断层经瓜湾村, 向东终止于夷平面上的暖水坝村一带, 北支断层在瓜湾以东又分散成2条分支断层, 控制山前台地边界(图3d, 4d)。南支断层延伸性更好, 总体上形成向南凸出的弧形。

图 12

Fig. 12

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	图 12 化马— 马街段断层展布 红色实线为野外验证后的断层, 底图为1︰50i000 DEMFig. 12 Fault geometry of Huama-Majie segment.

化马乡东侧断层从不同时期的坡洪积扇上通过, 坡洪积扇、 冲沟等发生同步左旋位错(图13a)。化马乡水泥路斜切过断层时揭露出疑似断层面, 细砾杂色破碎基岩与中、 巨砾坡洪积物质可能为断层接触(图13b)。此剖面东侧约500m, 乡村便道沿断层修建, 部分出露断层面, 断层面上的基岩为半破碎状态, 破碎的基岩岩块上几乎都可见近水平的断层擦痕, 擦痕侧伏角为20° (图13c— e)。此擦痕并非滑坡擦痕, 因为它与滑坡运动方向并不一致。

图 13

Fig. 13

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	图 13 化马— 马街段化马乡及其东侧断层展布及地质地貌表现 a 化马乡以东断层展布, 底图为Google Earth; b 化马乡东疑似断层剖面; c 化马乡以东乡村便道切开断层面; d 基于运动模型重建(SfM)的断层面全景, 正射方向为N; e 断层面上的擦痕, 侧伏角为20° ; 红色箭头和红色虚线指示断层Fig. 13 Geomorphic and geologic expressions east of Huama town along the Huama-Majie segment.

角弓沟的瓜湾一带, 遥感影像上有规模较大的断层沟槽(图14a)。同样是在公路边断层与道路交会处露出断面(图14b— c): 石炭系内部发育断层面, 有黑色的断层泥出露, 并将磨圆度很好的河流砂砾石层错入断层带中(图14d— e)。砾石层与基岩的错动面上发育断层擦痕, 擦痕侧伏角为55° , 说明断层以倾滑为主, 兼具部分左旋分量。砂砾石层由角弓沟的冲积作用而成, 属于角弓沟的阶地堆积物, 砂层中2个OSL样品测年结果分别为(59.0± 2.7)kaiBP和(87.8± 5.7)kaiBP, 说明断层在晚更新世早期以来曾经活动过。

图 14

Fig. 14

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	图 14 化马— 马街段瓜湾一带断层展布及地质剖面特征 a 瓜湾一带断层展布, 底图为Google Earth, 红色箭头指示断层; b 瓜湾断层剖面; c 瓜湾断层剖面素描图; d 河流相砾石层被错入断层带, 镜向SE; e 断层擦痕, 侧伏角55° Fig. 14 Fault geometry and profile at Guawan village of Huama-Majie segment.

化马— 马街段南支断层东段在遥感影像上具有较好的线性(图15a, d)。赤化村以西, 断层沿线左旋位错地貌较为典型, 冲沟、 冲沟阶地被左旋断错, 冲沟左旋位错约15m(图15b, c)。 杨地湾SE发育断层垭口、 坡中谷等断错地貌(图15d— f)。

图 15

Fig. 15

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	图 15 化马— 马街段赤化村与杨地湾村一带断层展布及断错地貌 a 赤化村西一带断层展布, 底图为Google Earth; b 赤化村西断层地貌, 镜向NW; c 冲沟及其阶地被左旋断错, 黄色虚线代表阶地陡坎上、 下边界, 镜向NNW; d 杨地湾村一带断层展布, 底图为Google Earth; e 杨地湾村东南断层地貌, 镜向SWW; f 杨地湾村东南发育的坡中槽, 镜向EFig. 15 Fault geometry and offset geomorphologies at west of Chihua village and southeast of Yangdiwan village, Huama-Majie segment.

通过室内多源遥感解译和野外考察验证, 得到了光盖山-迭山南麓断裂的几何图像。在空间上可分为3段: 腊子口— 黑峪寺段、 坪定— 化马段和化马— 马街段, 长度分别为47km、 32.5km和47km, 由1~3条分支断层组成。断层地貌主要有断层崖、 断层沟槽、 断层三角面、 山脊和水系的同步位错、 断层陡坎等。断裂宏观地貌较为显著, 微观上总体表现为以水平运动特征为主, 局部段垂直运动占优势。光盖山-迭山南麓断裂详细的断层展布如图16。

图 16

Fig. 16

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	图 16 光盖山-迭山南麓断裂断层展布图 粉色实线为北麓断裂, 红色实线为南麓断裂经室内解译和野外验证后最终的几何展布, 蓝色实线为主要水系, 底图为1︰50i000 DEMFig. 16 Fault geometry of southern Guanggaishan-Dieshan Fault.

4.1.1 遥感图像选择

室内解译工作开展时遥感影像的选取对解译结果可能产生一定的影响。通常选取影像时首先考虑遥感图像的种类和分辨率, 我们获取了光盖山-迭山断裂全段的高分一号影像(2m/8m)、 腊子口— 化马乡一段的Pleiades图像(0.5m/2m)、 全段的Landsat-8 OLI图像(15m/30m)和Landsat全球合成数据(1984— 1997, 28.5m; 1999— 2003, 14.25m)。在实际解译过程中, 分辨率为0.5m的Pleiades图像对断裂的展现在植被密集区不如分辨率为28.5m的Landsat合成图像。由此可知只考虑遥感图像的分辨率是远远不够的, 还应该根据植被、 水体等因素选取其他遥感图像, 例如雷达图像等。腊子口— 黑峪寺段断层多从森林地区通过, 遥感图像的时相尽量选择无雪覆盖的冬季时间(落叶期, 植被覆盖少)。另外, 还应参考前人的研究成果, 在遥感图像合成时选择合适的波段, 或是对影像显示效果进行增强处理, 突出地物的构造要素, 降低植被覆盖的影响。总之, 选择遥感图像时应综合考虑图像种类、 分辨率、 时相、 波段等因素, 将多种遥感图像结合起来, 才能得到活动断裂完整准确的几何图像。

4.1.2 遥感图像解译

活动断裂在地表最突出的特征是线性, 但是并不意味着所有的线性特征都是断层。断层在地表的突然错动通常会形成线性, 一些地物(田埂、 围栏、 高压线的便道等)其自身的形态在遥感图像上也是线性。同时, 研究区的岩层走向大致与断裂走向一致, 岩层的层间差异侵蚀也有可能形成突出的线性特征。因此, 解译过程中, 要结合其他典型断错地貌来分析, 例如冲沟和山脊的左旋、 断层沟槽等, 并兼顾断错地貌的线性特征和延伸性, 从而做出综合判断。特别是一些难以到达的高山区, 此种方法对于获得正确的断层展布尤其关键。

光盖山-迭山南麓断裂(图16)的几何形态比较复杂, 由多条长短不一、 走向各异的分支断层组成, 但断裂总体走向为NWW, 局部段具有不同的走向。断裂又可细分为3段, 分别是腊子口— 黑峪寺段、 坪定— 化马段、 化马— 马街段。腊子口— 黑峪寺段与坪定— 化马段被高山阻隔, 断裂呈右阶排列; 坪定— 化马段的东端走向逐渐转变为NEE, 与化马— 马街段在岷江分隔, 2段断裂呈左阶拐弯。

3段的断层迹线均为略微向S凸出的弧形, 根据地表断层迹线和地形特征分析(“ V” 字形法则), 断裂应该具有由北向南的逆冲分量。同时, 各段断裂的断错地貌、 断层擦痕显示出以左旋走滑为主的运动特征。因此, 腊子口— 黑峪寺段和坪定— 化马段的右阶阶区应为局部挤压环境, 阶区内高山的形成可能与此有关。坪定— 化马段和化马— 马街段的左阶拐弯区应为局部拉张环境, 岷江从此处通过并向南汇入白龙江可能与拉张活动有关。另外, 离化马乡最近的2个断层露头(图13)显示以左旋走滑为主、 兼具正断的运动特征。受大量滑坡、 崩塌和泥石流等重力作用的影响, 和左旋走滑断裂阶区力学机制配套的地质地貌证据(特别是微地貌证据)保留很少。尽管缺少与阶区力学机制相吻合的构造和地貌证据, 我们发现的断错地貌、 断层露头等表明本文通过多源遥感解译和野外验证获取的断裂几何图像是可靠的。

得到可靠的几何图像之后, 需要结合运动性质、 力学机制来分析区域构造背景。光盖山-迭山南麓断裂坪定— 化马段主要控制山间盆地边界(坪定乡一带)或山前剥蚀面边界(东山乡一带), 同时也在向剥蚀面内部扩展, 例如东山乡剥蚀面内部也存在1条断错到地表的分支, 并且坪定— 化马段的宏观地貌和微地貌保存较好, 发现的断层露头最多, 前人对其也有一定的研究基础(俞晶星等, 2012)。腊子口— 黑峪寺段和化马— 马街段以1条断层为主, 断层微地貌保存不如坪定— 化马段, 断层露头也较少。因此, 坪定— 化马段最典型, 最能体现光盖山-迭山南麓断裂的几何学和运动学特征, 基于此, 我们将综合该段东山乡一带的断层展布、 断层剖面、 深部结构来分析区域构造背景(图17)。

图 17

Fig. 17

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	图 17 光盖山-迭山断裂的地表和深部结构及其成因 图a深部剖面来源于赵凌强等(2015b), 断裂深部特征来源于郑文俊等(2013); 图b中断裂特征为本文研究结果Fig. 17 Surface and deep structures of Guanggaishan-Dieshan Fault and formation mechanism.

光盖山-迭山断裂以左旋走滑为主, 兼具部分逆冲特征, 说明受到了以水平剪切为主, 兼具挤压的构造动力。研究区位于青藏高原东北缘的最东端, 是青藏高原NE向扩展的前缘, 高原扩展时受到鄂尔多斯块体和四川盆地的共同阻挡而无法前进, 区域内发生快速隆起并形成地形起伏度极高, 河流深切, 断裂走向转变并形成 “ V” 字形断裂系, 大震频发等现象(图1; 袁道阳等, 2004; 张会平等, 2010; 郑文俊等, 2016)。

根据各分支断裂的断层产状, 光盖山-迭山南麓断裂自地表向深部逐渐收敛(图17)。深部电性结构(图17a)显示光盖山-迭山断裂和白龙江断裂下延深度不大, 并且都归并到塔藏断裂带上。整个西秦岭造山带地下20km内形成倒梯形的高电阻体, 说明西秦岭造山带受松潘-甘孜块体和陇西盆地的双重挤压作用(赵凌强等, 2015b)。结合郑文俊等(2013)、 赵凌强等(2015a, b)对整个研究区断裂地表和深部结构的认识, 光盖山-迭山断裂、 白龙江断裂和塔藏断裂均为大型东昆仑断裂的尾端分支断层系, 继承和分配了东昆仑断裂尾端的运动分量。

东昆仑断裂在玛曲以东至少分解成3条左旋走滑活动为主的分支断裂, 分别是塔藏断裂、 白龙江断裂和光盖山-迭山断裂, 并且以若尔盖盆地、 尕海盆地等左阶拉分阶区相隔。西秦岭造山带发育 “ V” 字形排列的、 走向为NWW和NE的断裂系, NWW向断裂系的左旋走滑分量除了由断裂带上的地震释放外, 也会向E传递给NE向断裂系。

塔藏断裂为东昆仑断裂向E延伸的主段落, 其继承的左旋分量在经过若尔盖盆地后被岷山隆起、 岷江断裂和虎牙断裂等一系列斜交断裂所吸收, 2017年九寨沟M_S7.0地震有可能就是运动分量被尾端分支断裂吸收和释放的结果(任俊杰等, 2017; 徐锡伟等, 2017; Sun et al., 2018)。白龙江断裂继承的左旋走滑分量部分经 “ V” 字形断裂向E传递给武都-康县断裂(图1中的F₆), 部分被武都以南的哈南-青山湾-稻畦子断裂(图1中的F₅)阻隔, 武都以南成为应力集中区, 地形迅速隆起, 形成异常高的地形起伏度, 1879年武都南8级地震可能就是能量在此积累并释放的结果。光盖山-迭山断裂继承的左旋分量除自身地震活动外, 多被传递到其东侧的两当-江洛断裂(图1中的F₇)上(袁道阳等, 2014; Zheng et al., 2016)。

同时, 袁道阳等(2004)、 郑文俊等(2016)认为临潭-宕昌断裂和白龙江断裂、 光盖山-迭山断裂一样, 也是东昆仑断裂和西秦岭北缘断裂的过渡断裂之一(图1c)。临潭-宕昌断裂的几何展布为向NE凸出的弧形, 与青藏高原向NE扩展的区域构造方向一致。虽然该断裂的地表形迹复杂而且模糊不清(何文贵等, 2013), 但断裂带上中强地震非常频繁(郑文俊等, 2013), 并且多发生在断裂走向向SE转变之处, 说明NWW向断裂总体上以左旋走滑活动为主。左旋走滑断裂走向转换部位是应力集中区, 与中强地震集中的现象对应得很好。高明星等(2015)发现地貌参数(面积高程积分和河道坡度指数)指示的快速隆升区域与历史地震对应较好。该断裂新活动性较强, 21世纪以来已经发生了2003年岷县M_S5.2地震、 2013年岷县漳县M_S6.6地震(郑文俊等, 2005, 2013)。临潭-宕昌断裂的几何展布、 活动特征与光盖山-迭山断裂、 白龙江断裂相似, 符合袁道阳等(2004)、 郑文俊等(2016)的认识。

至于2组断裂之间确切的转换模式和转换量, 以及东昆仑和西秦岭断裂之间的滑动分配方式及分配量问题, 目前可靠的定量数据(滑动速率等)还较少, 有待进一步的活动断裂定量研究工作, 尤其是断裂滑动速率的研究。