新疆天山地区活动构造特征及区域地壳稳定性分析

黄贤芳，何建国，高洪雷，李建中，田明明，徐国庆

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

新疆天山地区活动构造特征及区域地壳稳定性分析

黄贤芳，何建国，高洪雷，李建中，田明明，徐国庆

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

区域地壳稳定性是高放废物处置库选址的重要指标之一。基于我国新疆天山地区的活动构造特征及其与地震空间分布关系的研究，对研究区地壳稳定性进行分析，选出相对稳定的 “安全岛”地区，为高放废物处置库选址提供依据。

高放废物处置库；活动构造；稳定性；安全岛；地震

1 问题的提出

“西北地区高放废物地质处置库备选区预选研究”项目是集构造（包括区域构造、新构造和活动构造）、区域地壳稳定性、岩体特征、水文、人文、自然地理和社会经济条件等于一体的综合研究课题。其中，区域地壳稳定性与高放废物地质处置库安全具有最为直接的关系，因而，区域地壳稳定性的研究是一项举足轻重的工作。鉴于活动构造的强度与区域地壳稳定性有密切的关系，因此，在建立岩体预选准则、研究岩体特征及新构造运动特征的基础上，本文着重探讨该区活动构造特征并对该区地壳稳定性进行分析，显得极为重要，目的是寻找适合安全处置高放废物的相对稳定地区。

相对 “稳定” 的地区即 “安全岛”［1］。 关于 “安全岛”的概念，早在20世纪60年代前后，李四光先生在讲述地震地质工作及构造活动性研究时，就提出了 “安全岛”的概念，它对我国地震研究及工程选址评价有重要的指导作用。

“稳定地块”是一个相对的概念，是相对活动带而言。地壳可分成相对稳定的构造单元和相对活动的构造单元。在相对活动的构造单元中，又存在有相对稳定地区和相对活动地带。 “安全岛”是指相对稳定的构造单元，即构造活动区内或活动构造带间存在的相对稳定地段。

区域地壳稳定性是指，在地球内、外地质营力作用下，工程所在地区的地壳稳定程度，它是区域地壳现代活动的综合反映。区域地壳稳定性包括：构造稳定性、介质稳定性和地面稳定性［2］。本文主要讨论构造稳定性。至于地面稳定性，在很多情况下，是受构造稳定性影响。而介质稳定性涉及岩土力学性质，不在这里讨论。

2 天山地区活动构造特征

活动构造研究是区域地壳稳定性评价研究的主要内容，本文试图从活动构造研究入手，对备选场区的稳定性进行分析，运用地质力学理论和方法，研究区域地壳稳定性。根据活动构造的特征和现今活动性，进行区域稳定性评价，寻找相对稳定的 “安全岛”，为我国西北地区筛选高放废物处置库提供依据。

2.1 活动构造概念

活动构造是指晚更新世（距今10万～12万年）以来一直在活动，现在还在活动，未来一定时期内仍可能发生活动的各类构造，包括活动断裂、活动褶皱、活动盆地及被它们所围限的地壳和岩石圈块体［3］（邓起东，1996， 2002）。

2.2 西天山活动构造特征

西天山活动构造特征十分明显，近代活动十分强烈。它们既发育在西天山地槽褶皱系的山前坳陷（如北缘的乌鲁木齐山前坳陷及南缘的库车山前坳陷）中，也发育在西天山地槽褶皱系的山间盆地中。地槽褶皱系中的断裂（如中天山南缘断裂）和地槽褶皱系的边缘断裂（如天山褶皱系南缘断裂），活动构造特征也十分明显。

2.2.1 西天山北缘活动构造

在西天山地槽褶皱系北缘乌鲁木齐山前坳陷中，发育有3条背斜带。它们分别为南部山麓背斜带 （奇台至托斯台地区）、马纳斯背斜带（呼图壁河—安集海河）和安集海背斜带（呼图壁—乌苏）［4］。

2.2.1.1 影像特征

在彩色合成影像（5、3、1波段）上，背斜带影像特征十分明显。单个背斜形态在平面上呈圈闭的梭形，是短轴背斜特征的反映（图1）。背斜带在微红色背景的山前盆地中，表现为3条近EW向暗褐色条带，总体呈左行雁列（图2）。在背斜带的南侧，为高耸的天山地槽褶皱系，浅蓝色是高山积雪的反映。

图1 西天山北缘乌鲁木齐山前坳陷背斜-断裂带影像图（5、3、1波段）Fig.1 Anticline-fault zone image of Urumqi piedmont depression at the northern margin of west Tianshan area（Bands 5， 3， 1）

图2 西天山北缘乌鲁木齐山前坳陷背斜-断裂带影像解译图Fig.2 Image interpretation map of anticline-fault zone in Urumqi piedmont depression at the northern margin of west Tianshan area

2.2.1.2 地质特征

褶皱构造特征：褶皱形态表现为短轴背斜，通常为南缓、北陡的不对称背斜，北翼倾角为 26°～80°， 南翼为 24°～35°。 背斜核部的地层从南向北分别为侏罗系、古近系和中新统。两翼地层，最新的为第四系下更新统。

断裂构造特征：活动断裂有博格达北缘断裂、天山地槽褶皱系北缘断裂和乌鲁木齐坳陷北缘断裂，以及发育在背斜带中的断裂构造。

博格达北缘断裂是博格达复背斜与乌鲁木齐坳陷的分界断裂，据冯先岳、邓起东等（1991）研究，该断裂错开全新世砾岩，断距0.2 m。现代垂直活动速率为0.03 mm/a。1965年和1982年分别在该断裂上发生过6.9和4.1级地震［4］。

天山地槽褶皱系北缘断裂是准噶尔地块与天山地槽褶皱系的分界断裂。近代活动表现为，错断中更新世以来的各级冲、洪积—冰水堆积台地和阶地［4］。

乌鲁木齐坳陷北缘断裂在影像上十分明显。在断裂南侧，影像色调为微红色，北侧表现为绿色。它控制现代第四纪沉积和植被分布。

发育在背斜中的断裂多位于褶皱构造轴部或边部，走向与背斜轴向一致，多数向S倾斜。

2.2.1.3 现代活动特点

据张培震等（1994）研究，卷入背斜带的最年轻地层是下更新统西域组砾岩，在早更新世时仍在活动，最后一次活动发生在距今（3.135±0.248）万年之前。玛纳斯背斜—逆冲带的形成时期为早更新世，这种强烈活动持续至今，控制着该地区大地震的发生。安集海背斜—逆冲带的形成时代为早更新世末—中更新世初［5］。

2.2.2 西天山南缘活动构造

西天山地槽褶皱系南缘的库车山前坳陷中发育有3条背斜带。从北而南分别为北部山麓背斜带，克—依 （克拉苏—依奇克里克）背斜带和秋立塔格背斜带。

2.2.2.1 影像特征

库车山前盆地在影像上可分为3个色调区。北侧为大面积浅蓝色色调区，是高耸的天山褶皱系的反映。中部为微红色区，是库车山前坳陷的反映，南侧为绿色色调区，是近代冲积扇及第四纪沉积物和植被的反映（图3）。在微红色山前坳陷中发育有3条近EW向背斜带，它们在影像上表现为暗褐色线状条带特征。浅蓝色色调区与微红色色调区的分界线是天山地槽褶皱系南缘断裂的反映。微红色色调区与绿色色调区之间的分界线是库车山前坳陷与塔里木地块的分界断裂（图 4）。

图3 西天山南缘库车山前坳陷背斜-断裂带影像图（5、 3、 1 波段）Fig.3 Anticline-fault zone image of Kuche piedmont depression at the southern margin of west Tianshan area（Bands 5， 3， 1 ）

图4 西天山南缘库车山前坳陷背斜-断裂带影像解译图Fig.4 Anticline-fault zone image interpretation map of Kuche piedmont depression at the southern margin of west Tianshan area

2.2.2.2 地质特征

（1）背斜带特征

近EW向背斜带是由多个背斜组成，呈侧列形式产出。背斜形态多表现为线状，地貌上表现为隆起正地形。卷入褶皱的地层由北而南，逐渐变新。构造形成时代也由北向南逐渐变新，即从北部的中新世到南部的第四纪。

北部山麓背斜带：主要由二叠系、三叠系和侏罗系组成，表现为向南倾斜的单斜带，被不对称的次级褶曲复杂化。

克—依背斜带：由克拉苏背斜带和依奇克里克背斜带构成。总体呈近EW向展布。背斜核部由白垩系和古近系组成。背斜两翼不对称，南翼倾角较陡（50°～80°），北翼倾角缓（40°左右）。

秋立塔格背斜带：是由多个背斜组成的复杂背斜构造带。总体表现为向南突出的弧形背斜带，西部呈NWW向展布，东部呈NEE向延伸。由新近系和下更新统组成。表现为不对称的背斜。

（2）断裂带特征

秋立塔格断裂带：是一条强烈活动断裂带，切割了更新世地层。呈略向南突出的弧形带，总体向北倾斜，倾角30°～70°，是一条逆冲断裂，具扭动性质，在弧顶西侧，为右行扭动，在弧顶东侧，为左行扭动。

2.2.2.3 现代活动特点

贾承造等研究认为（2004），喜马拉雅晚期的构造运动对该区的构造形变起着重要作用，秋里塔格构造带发育时间为上新世—第四纪。根据普林斯顿大学定量计算，秋里塔格断裂东段从4.8 Ma时开始形成，缩短率为2.3 mm/a（Aurelia，2001）［6］， 目前还有活动。

2.2.3 西天山山间盆地活动构造

焉耆盆地属西天山地槽褶皱系的山间盆地。野外实地勘查表明，盆地中活动构造十分发育，既发育有活动褶皱构造，又发育有活动断裂构造。

2.2.3.1 褶皱构造

（1） 影像特征

位于和静县北部的褶皱构造，在影像上表现为深褐色，呈EW向分布，在第四系灰紫红色背景上，显得十分清楚（图5）。

图5 焉耆盆地彩色合成影像图（5、3、1波段）Fig.5 Color composite image of Yanqi Basin（Bands 5， 3， 1 ）

（2） 地质特征

和静县北部的褶皱构造，轴向近EW向，北翼向北倾，倾角8°～10°，南翼向南倾，倾角20°，是一个平缓不对称背斜构造。背斜由上上新统—下更新统（N22—Q1）组成。岩性主要为一套灰色砾岩。下部为土黄色、灰白色、灰绿色钙质砂岩、粉砂岩和泥岩，韵律明显，层理清楚。上部为西域组砾岩，主要由一套灰色砾岩组成。砾岩下部的砾石以绿片岩、大理岩、石灰岩为主，砾岩上部的砾石则以花岗岩、闪长岩和石英岩为主。

2.2.3.2 断裂构造

（1） 影像特征

位于和静县北侧的近EW向断裂，线性特征很明显，表现为平直的线状，断裂北侧为灰紫红色，南侧为绿色（图5）。

（2） 地质特征

断裂构造表现为冲积扇的扇顶连线，北侧为灰紫红色冲、洪积物。南侧为长满绿色植被的冲积扇，冲积扇具有多次叠置的特点，说明断裂具有多期活动特征。断裂形成的时代比较晚，根据断裂南侧的冲积扇发育绿色植被的特征来看，可以认为，断裂在第四纪时期有明显活动。

2.2.3.3 现代活动特点

卷入褶皱构造的地层有下更新世西域组砾岩。野外观察表明，在褶皱南翼，见有一条切割下更新世西域组砾岩的EW向活动断裂，断层崖明显，沿断裂还见有泉水出露。说明断裂在早更新世以后还有活动，是一条近代活动的断裂。

2.2.4 中天山南缘活动断裂

2.2.4.1 影像特征

中天山南缘活动断裂位于巴仑台南面，东从包尔图经乌瓦门，向西延伸，长达n×102km。断裂线性特征十分清晰，从东到西呈平直线状，横贯全区。在影像中部，断裂沿沟谷延伸，地貌标志明显（图6）。在影像东部，表现为盆地与山体的分界断裂，北侧为山地，呈绿色色调，南侧为盆地，为褐红色色调。

图6 中天山南缘活动断裂影像图（5、3、1波段）Fig.6 Active fault image at the southern margin of middle Tianshan （Bands 5， 3， 1 ）

2.2.4.2 地质特征

断裂走向为NWW向（280°），陡倾，时而向北倾，时而向南倾，总体倾向NE。在乌瓦门以东，断裂破碎带明显，宽约15～20 m，有强烈糜棱岩化现象（图7），属压性断裂。断裂北侧为元古界石英片岩、片麻岩和混合岩，南侧为泥盆系片岩夹大理岩。

图7 中天山南缘活动断裂Fig.7 Active fault at the southern margin of middle Tianshan

2.2.4.3 现代活动特点

在断裂北侧，可以明显地看到至少发育有三级阶地（图8），说明断裂北侧（中天山）在近代遭受强烈抬升。

图8 中天山南缘活动断裂北侧阶地Fig.8 Terrace in the north side of active fault at the southern margin of middle Tianshan

2.2.5 北轮台—辛格尔活动断裂

北轮台—辛格尔活动断裂是塔里木盆地与天山地槽褶皱系的分界断裂，西起北轮台—库尔楚—经库尔勒—往东与焉耆盆地和克鲁克塔格断隆分界断裂相连。断裂形成时代早，活动时间长，近代活动强烈，具有明显的活动断裂特征。

2.2.5.1 影像特征

断裂在影像上线性特征十分明显，总体呈NWW向延伸。断裂地貌特征明显，在断裂西段北侧，为天山山地地貌景观，南侧为盆地影像特征。在紧靠断裂部位，发育有一系列灰紫色的冲、洪积扇群，表现为一系列洪、冲积扇扇顶的连线。而在远离断裂的部位表现为绿色植被的影像特征（图9）。在东段，断裂北侧为盆地影像特征，南侧表现为元古界组成的山地影像特征。

图9 北轮台—辛格尔断裂影像（5、3、1波段）Fig.9 Image of the northern Luntai-Xingeer fault（Bands 5， 3， 1）

2.2.5.2 地质特征

北轮台—辛格尔断裂。走向290°～300°，倾向 NE， 倾角 60°～70°。

在断裂西段北侧，为古生界和花岗岩组成的天山褶皱系，南侧为塔里木盆地。断裂形成于古生代末，具有多期活动特点，近代有明显的活动迹象。在山前的第四系覆盖层中，可见有多条与主断裂平行的阶梯断裂。

在断裂东段，走向300°，倾向SW，倾角68°。断裂上盘为元古界，主要由片岩和片麻状花岗岩组成，片理倾向SE（115°），倾角65°。断裂下盘为上更新统砾岩，属逆冲断裂。

2.2.5.3 现代活动特点

北轮台—辛格尔活动断裂在第四纪时期活动比较强烈。在断裂西段（北轮台—库尔勒地段）南侧，发育有多条与主断裂平行的阶梯断裂，切割第四纪地层；野外可见到呈有规律分布的第四纪陡坎，形成多级阶地；断裂还控制着塔里木盆地的绿色植被带和塔里木河的流向。很明显，断裂在晚更新世仍有活动。

在断裂东段塔什店南部，见有元古界片岩直接逆冲在上更新统砾岩之上（图10）。逆冲断裂面明显，断裂带宽约1.2 m，发育有较强烈的硅化、片理化构造岩。

图10 北轮台—辛格尔断裂，元古界片岩（右）逆冲在上更新统砾岩（左）之上Fig.10 Proterozoic schist（right）overthrust on Pleistocene conglomerate（left）along the northern Luntai-Xingeer fault

在断裂上盘的上更新统地层中，发育有多条活动断裂，造成断裂两侧地层不连续。（图11）所示为一条逆冲断裂，断裂上盘的砾岩层明显被抬升，下盘的砾岩层则相对下降。

图11 受逆断层影响，上更新统砾岩层（左侧上盘）抬升，下盘的砾岩层（右侧）下降Fig.11 Thrust fault showing Upper Pleistocene conglomerate in left-hand block moved upper and conglomerate in right-hand block moved down

2.3 东天山活动构造特征

笔者在研究高放废物处置库预选区新构造运动特征时指出，吐哈盆地北部地区新构造运动活动十分强烈，而南部地区新构造运动活动则比较微弱［7］。因此，东天山地区活动构造研究重点是对东天山南部地区的断裂（包括吐哈盆地南缘断裂、中天山北缘断裂、中天山南缘断裂）进行研究。

2.3.1 吐哈盆地南缘断裂

在影像上，吐哈盆地南缘断裂表现为不连续的线性影纹，断裂南侧为色调较深的火山岩，呈丘陵山地地貌；北侧为色调较浅的中新生代盆地影像特征，是一条早期为压性，晚期为张性的断裂。一个明显的特征是：断裂北侧的中新生代地层倾角平缓，一般都小于15°。在很多地段，新近系还保持原始的水平产状，说明在近代，构造活动比较微弱，处在一个相对比较稳定的构造环境。

2.3.2 中天山北缘断裂

2.3.2.1 影像特征

中天山北缘断裂是中天山造山带和北天山优地槽褶皱带的分界断裂。断裂纵贯全区，总体呈近EW向展布。在影像上，断裂线性特征明显，在S125省道东、西两侧，表现为断续的白色小斑点连线，白色小斑点是相对低凹沟谷的干涸积水洼地的反映。在断裂北侧，影像色调以暗绿色、黑色为主，反映火山岩色调特征。在断裂南侧，色调以棕色、浅黄棕色为主，具有条带状影像结构（反映层理特征）的是前寒武系地层，具有圆形、透镜状和团块状影像结构的则是花岗岩体的反映（图12）。

2.3.2.2 地质特征

断裂呈近EW走向，倾向南，倾角50°～80°，表现为陡倾逆断层。断裂具有多期活动特点，最早形成时代为元古代（前寒武纪），在海西期强烈活动，导致强烈的酸性岩浆侵入活动。在断裂带北侧，覆盖在火山岩之上的桃树园组（N1t）呈水平产出。说明在新近纪，构造活动不太强烈。

2.3.2.3 近代活动特点

在近代，断裂活动不十分强烈。表现在地形上，相对高差不明显，在地貌上，比较平坦。无论是在断裂北侧的第四纪覆盖区，还是在中天山的结晶岩区，现代地貌平坦，给人 “走在天山里，不觉在山中”的感觉。

断裂虽沿地势相对低洼地段延伸，但断裂两侧地貌高差不明显（图13），很多地方被第四纪堆积物所掩盖。

2.3.3 中天山南缘断裂

2.3.3.1 影像特征

中天山南缘断裂线性特征明显。断裂南侧总体表现为浅灰绿色；而北侧表现为棕色和浅棕色，色调反差明显。断裂总体呈向南凸出的弧形。断裂两侧的地层走向有一个交角，产状明显不一致（图14）。

2.3.3.2 地质特征

中天山南缘断裂是中天山造山带和南天山冒地槽褶皱带的分界线，横贯全区。沿哈罗（哈密—罗中）公路（S125省道）路线观察表明，断裂走向为280°，倾向N，倾角48°。断裂上下盘的沉积建造特征、褶皱形态和变质作用截然不同。在断裂带中，发育有平行断面的片理，断裂下盘发育有一组与断裂走向相同（280°）， 倾角较陡（75°）的压性片理， 示为断层上盘上升，下盘下降的逆断层特征（图15）。断裂生成时代是元古代，是一条多期活动的断裂，在海西期断裂再次复活，沿带有大量花岗岩侵入。

2.3.3.3 近代活动特点

图13 中天山北缘断裂地貌特征Fig.13 Geomorphic feature of fault at the northern margin of middle Tianshan

图14 中天山南缘断裂影像（5、3、1波段）Fig.14 Fault image at the southern margin of middle Tianshan （Bands 5， 3， 1）

图15 中天山南缘断裂Fig.15 Fault at the southern margin of middle Tianshan

在近代，该断裂活动不明显，在向南突出的弧顶部位的盆地中可见有厚度不大的新近系分布，地层产状近水平。

3 活动构造与地震关系

3.1 活动构造与地震关系分析

地震与活动构造有着密切的关系，在地震界已达成共识。邓起东（2003）在研究了中国活动构造与地震的关系后指出，全部8级和绝大部分7～7.9级地震均发生在活动块体边界活动构造带内，大地震与活动断裂、活动褶皱和活动盆地的关系密切。活动构造与地震的关系不仅表现为它们在空间分布上一致性，而且还表现在活动断裂的运动特征与大地震中沿断裂产生的同震破裂的同一性上。同震地表破裂带是震源断层出露地表的表现，因而是发震断裂的可靠证据［8］。

吴裕文等（1982）在研究西天山地区秋立塔格—北轮台活动断裂与地震的关系后认为，自1893年以来的100多年的历史中，在这条活动断裂带范围内，共发生M≥4.7级地震（包括余震）30多次，其中最大震级为 7.25级。其特点是：①震中沿断裂带分布，密集成带；②等震线长轴方向吻合于构造线的走向；③震源机制和断裂的力学性质相一致；④余震沿断裂带分布；⑤地震的频度、强度与断裂带新活动的强弱相适应［9］。

地震与活动断裂虽有着密切的关系，但二者空间分布和表现形式却不尽相同。多数破坏性地震沿地表活动断裂发生。但近年来，地震学家们发现，有些地震并不沿地表活动断裂发生，也无相应地表破裂带，其震源位于挤压构造环境之中的年轻褶皱之下，发生在地下盲断裂及其控制的活动褶皱带上。前者与地表活动断裂有关，称断裂地震，而后者与褶皱有关， 称 “褶皱地震”［10］。

杨晓平等在研究北天山地区活动逆断裂—褶皱带与地震关系后指出，构造挤压逆断裂—褶皱型地震的震源断层常位于造山带或再生造山带山前深部盲断坡，震源破裂从深部盲断坡沿近水平的滑脱面向盆地发展，并到达前陆盆地中的活动逆断裂—褶皱带（前端断坡），因而，地震地表破裂带和最新隆起带与震中区可以是分离的。1906年，玛纳斯地震是地表破裂、同震隆起与宏观震中分离的例子［11］。

3.2 新疆天山地区地震时空分布

3.2.1 空间分布特征

图16 新疆地震震中分布及主要活动构造图（据新疆地震局）Fig.16 Distribution map of earthquake-center and relationship between active fault and epicenter（After Xinjiang Earthquake Bureau）

从新疆地震震中分布及主要活动构造图（图16）不难看出，活动构造与地震震中有着十分密切的关系。表现在：①地震与活动构造密切相关，震中主要是沿着活动构造分布；②就天山地区来说，地震主要集中分布在天山地槽褶皱带及其两侧的山前盆地中；③从地震频度和地震强度来看，西天山地区比东天山地区地震频度大、地震强度强。

3.2.2 时间分布特征

根据现收集到的资料（表1）表明，①地震（5级以上）频度：天山西部比东部多；②地震震级：天山西部比东部大，最高可达8.25级；③就东天山地区本身来说，无论是地震次数还是地震强度，北部地区都比南部地区频繁且强烈。

表1 天山地区5级以上历史地震记录一览表Table 1 Historical record of earthquakes over 5 magnitude in Tianshan area

4 新疆天山地区区域地壳稳定性分析

新疆天山地区活动构造特征共性和差异性是分析区域地壳稳定性的基础。

4.1 天山地区活动构造特征共性分析

根据上述活动构造各别特征研究，将天山地区活动构造特征共性归纳如下。

4.1.1 活动构造形成的构造背景

新生代以来，受印度板块和欧亚板块碰撞的影响，天山地槽褶皱带处在挤压构造背景下，遭受强烈挤压和隆升的构造变形作用，形成了大陆内部典型的复活造山带［5］。表现形式是逆断裂、压陷盆地和活动褶皱十分发育，在塔里木盆地和准噶尔盆地与天山再生造山带的山前地区，活动逆断裂—背斜带十分突出［10］，晚第四纪构造变形，以前陆盆地的褶皱和逆冲断裂为主要特征，天山沿高角度断裂向南、北两侧前陆盆地逆冲。同时，山体内部也发生变形，形成受逆断裂控制的山间挤压盆地，整个天山在两侧稳定地块的挟持下，遭到挤压和缩短。这些活动构造是控制天山地区地震的主要构造。

4.1.2 活动构造特征

4.1.2.1 影像特征

活动构造在影像上表现十分明显、清晰。天山地区活动断裂的影像特征是：线性特征明显，延伸长；在地貌上，切穿山体、盆地，控制河流流向，河流改道。在断层形态特征上，表现为现代陡崖、阶地；在断层组合上，常形成阶梯状断层，或逆冲断裂带，或背斜—逆冲带。活动褶皱的影像特征是：单个背斜形态在平面上呈圈闭的梭形或线型，地貌上常表现为隆起正地形。背斜带由多个呈侧列形式的背斜组成。

4.1.2.2 地质特征

天山活动构造发育十分强烈，分布范围广，无论是在山前盆地、山间盆地中，还是在褶皱带内部和边缘部位，活动构造表现都十分明显。

（1）活动断裂：形成时代较晚，通常切穿所有的地层，常见切穿第四系；控制现代泉水分布；控制冲—洪积扇的分布或切割冲—洪积扇；控制绿色植被的分布和水系的走向；第四系陡坎发育，形成多级阶地。

（2）活动褶皱：卷入的地层从新近系到第四系。有的则表现为在晚更新世和全新世的河流阶地拱形隆起，说明全新世还在活动［4］。

4.1.3 形成时代

从活动断裂切割的地层和活动褶皱卷入的地层来看，在西天山南缘、北缘坳陷盆地中的背斜带卷入的最年轻地层是下更新统西域组砾岩，背斜—逆冲带主要形成时期为早更新世初—中更新世末［5］。根据年龄测定数据，天山北缘背斜—逆冲带最后一次活动发生在距今（3.135±0.248）万年之前。天山南缘秋里塔格构造带发育时间为上新世—第四纪。秋里塔格东段从4.8 Ma时开始形成［6］， 至今，这种强烈活动仍在持续。

4.2 天山地区活动构造特征差异性分析

西天山地区与东天山地区活动构造特征具有明显的差异性。表现在：

（1）活动构造特点和强度

西天山地段活动构造发育的一个重要特点是分布广泛，活动强烈。不仅分布在天山两侧的山前坳陷及山间盆地中；而且在天山地槽褶皱系内部和边缘活动断裂也十分明显。

西天山地段活动构造的另一个重要特点是强烈挤压和隆升、坳陷的构造变形作用明显，表现为逆断裂、压陷盆地和活动褶皱十分发育，如天山南、北两侧都发育有沉积厚度巨大的山前坳陷盆地（库车山前坳陷盆地，中新生代沉积总厚度达 0.7～10 km［13］）， 并在山前坳陷中发育有特征明显的活动背斜—逆冲带。活动逆断裂以强烈的挤压推挤为特征，天山褶皱系沿高角度逆断裂向南、北两侧前陆盆地逆冲也是重要特点之一。所有这些，都显示了除强烈的断块差异升降运动外，南北方向挤压推挤作用也十分强烈。

东天山南部地段，活动构造、活动强度远不如西天山那样强烈。在地槽褶皱带的南、北两侧的山前盆地或山间盆地中，新近系和第四系地层沉积厚度很小（n×10～100 m），说明断块差异升降不强烈。在盆地中，不但没有见到背斜—逆冲带，相反，盆地地层产状几近水平，或呈小角度倾斜，说明水平挤压不强烈。

（2）地震发育频度和强度

在西天山地区，震中密集，震级高，近代地震活动明显。而东天山地区地震震中稀少，强度也较小，近代地震活动也不明显。尤其是东天山南部地区，地震发育的次数和强度都相对微弱。

（3）现代地貌特征

从现代地貌来看，天山地貌从西向东，地形逐渐降低，在天山西段，高峰林立，最高山峰海拔达6 000 m以上，中段仅出现海拔5 000 m左右的高点，东段降至4 000 m以下，而在哈密以南，仅海拔2 000 m左右，形成所谓 “倾斜的天山”［13］。 晚第四纪以来， 在天山东部吐鲁番盆地南缘觉罗塔格构造区长期处于稳定的准平原剥蚀状态。这种地貌特征除了与地貌剥蚀有关外，也与近代东部活动构造强度相对微弱有关。

（4）地壳缩短速率和地壳缩短量

GPS变形测量结果表明，西天山和东天山的地壳缩短速率明显不同，呈自西向东逐渐减小。在西天山喀什以西，地壳缩短速率约为18 mm/a；喀什以东的地壳缩短速率减小，约为13 mm/a；库车一带的地壳缩短速率大约为7 mm/a；乌鲁木齐站一带横跨东天山的地壳缩短速率小于2 mm/a；再向东到天山东端的哈密一带，地壳缩短量基本上趋于零［14］。

天山东段和西段的地壳缩短量也不相同，天山西部的地壳缩短量比东部大，张培震等（1996）根据大比例尺填图和平衡剖面技术，获得第四纪时期天山不同地段的地壳缩短量，吐鲁番凹陷的缩短量为10～12 km，乌鲁木齐凹陷的缩短量为13 km，库车凹陷在库车附近的缩短量为21 km左右，表明天山第四纪以来变形幅度由西向东逐渐减小［5］。

4.3 研究区地壳稳定性分析

根据天山地区的活动构造各别特征、共性及其与地震关系的研究，在对东天山与西天山活动构造特点进行比较分析的基础上，认为，无论是从活动构造特点和强度，地震发育频度和强度，现代地貌特征，还是从地壳缩短速率和地壳缩短量来看，西天山活动构造活动强度、幅度，地震活动强度和频度均比东天山强烈，呈西强东弱的趋势。就东天山地区来说，北部地区的构造活动强度比南部大，而南部地区活动构造相对比较微弱，区域地壳稳定性较好，是比较有利的高放废物处置库备选区。

5 几点认识

（1）“安全岛理论”在我国地震研究及工程选址、评价实践中已起到了重要的指导作用。以李四光先生 “安全岛”思想为指导，基于活动构造特征研究及活动构造与地震分布关系的研究，对研究区地壳稳定性进行分析，是高放废物处置库场址选址不可或缺的重要手段之一。

（2）研究结果表明，新疆东天山地区相对西天山地区来说，是相对稳定的地区；东天山南部地区相对北部地区来说，是一个相对稳定的 “安全岛”地区，是高放废物处置库场址选址的有利地区。结论与笔者在此之前进行的新构造运动特征研究［7］和高放废物地质处置库花岗岩体预选是一致的［15］，从另一个角度为高放废物处置库场址选址提供了佐证。

（3）在遥感影像上活动构造现代活动特征十分明显，无论是构造形迹还是地貌特征反映都非常清晰，利用遥感技术可快速、真实地识别活动构造的空间分布格局，是高放废物处置库选址、优选有利场区的有效方法之一。

（4）地壳稳定性是一个相对的概念。初选的东天山南段地区，是相对稳定的 “安全岛”地区。但也并非完美无瑕，尚存在不利因素。①从区域上看，东天山东段受阿尔金活动断裂系的影响，是一个不太有利的因素；②阿齐山西侧地区，历史上曾发生过5.9级地震。近期（2009年12月14日）又在尾亚车站西北侧（北纬41.9°， 东经94.5°）发生 5.1级地震。尽管这些缺陷并不是颠覆性的不利因素。但有必要对其活动强度，特别是现代活动强度做进一步研究，这是最终确定场区时应该引起重视的。

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Analysis on active structure feature and regional crust stability of Tianshan area，Xinjiang

HUANG Xian-fang， HE Jian-guo， GAO Hong-lei， LI Jian-zhong，TIAN Ming-ming，XU Guo-qing
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China）

Regional crust stability is an important criterion for selecting high level radioactive waste repository.Based on active structure feature research，and spatial relationship analysis between active structure and earthquake distribution，the regional crust stability is evaluated，the relative stable‘safety island’ is selected to support the selection of candidate repository.

high level radioactive waste repository； active structure； stability； safety island；earthquake

TL942+211；TP75

A

1672-0636（2012）01-0016-11

10.3969/j.issn.1672-0636.2012.01.003

2011-09-10；

2011-10-07

黄贤芳（1941—），男，广西宾阳人，高级工程师（研究员级），现从事辐射环境保护与评价工作。E-mail:hxianfang@sina.com