香山-天景山断裂活动时代的光释光测年

俞 岗， 尹功明 ， 王旭龙

(1.中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京 100029；2.广东省地震局，中国地震局地震监测与减灾技术重点实验室，广东 广州 510070；3.中国科学院地球环境研究所，黄土与第四纪地质国家重点实验室，陕西 西安 710075）

0 引言

青藏高原东北缘晚新生代的大规模构造变形以地壳缩短和左旋走滑为特征，在北北东-北东向区域主压应力作用下，形成一系列北西西走向并具有左旋走滑分量的逆冲断裂和褶皱带，其中，在青藏高原东北隅发育一系列向北东凸出的弧形断裂带，其中最主要的三条断裂带从北到南分别为牛首山-罗山断裂带、香山-天景山断裂带和天祝-海原断裂带。

香山-天景山断裂带正处于青藏高原东北缘弧形构造带的中间，西起祁连山东端的古浪附近，向东沿长岭山、天景山、桃山、庙山等山前断裂断续延伸，直至六盘山北端，总长约200 km，断裂性质为走滑兼逆冲（图1）。该断裂带的中东部分称为中卫-同心断裂带，由于1709年中卫南71/2级地震发生在该断裂带上，对中卫-同心断裂带内的地震断层、最新活动断裂、地貌面、构造运动特征和活动开始时代等进行了大量研究[1～10]，并认为此断裂是从上世新开始活动至今仍在活动的大型断裂带。汪一鹏等[4]、闵伟等[5]在孟家湾一带也进行过探槽开挖，揭示出三次活动从早到晚依次为8.57±0.5 ka、5.45±0.2 ka和0.3 ka。

图1 香山-天景山断裂带展布[1]Fig.1 The distribution map of Xiangshan-Tianjingshan fault

由于前人工作仅揭露出全新世的古地震事件，对于该断裂带更早时期的构造事件的年代学研究很有必要，这对于理解断裂的活动性以及青藏高原东北缘第四纪运动特征都有科学意义。

近期，宁夏地震局为研究香山-天景山断裂活动性，在长流水沟断层露头以西4 km左右， 孟家湾村南(37°26′10″N， 104°55′40″E)开挖出了一个探槽（图 2）。 第四纪相关地层为风成沙，本文就此探槽的年代学研究结果作报道供同行参考。

1 香山-天景山断裂孟家湾探槽

孟家湾探槽位于山地陡坎前缘。探槽揭露显示：石炭统泥岩、灰岩（图3中的右侧地层）逆冲于晚第四纪风成沙（图3中左侧黄色地层）之上，接触关系明显。受开挖深度限制，风成沙揭示出的厚度为5 m，即这次活动事件的逆冲量至少高达5 m（图3）。风成沙是光释光测年的理想材料。在风成沙中从上至下采集了3个光释光样品，野外编号分别为2012-STP-17、2012-STP-18、2012-STP-19，相应的实验室编号分别为 IEE3847、IEE3848、IEE3849。断层活动后的后期堆积物极薄，所以没有采集。

图2 香山-天景山断裂孟家湾村南探槽位置[1]Fig.2 The trench location of Xiangshan-Tianjingshan fault at Mengjiawan village

图3 香山-天景山断裂孟家湾探槽剖面及光释光采样点位置Fig.3 The trench profile of Xiangshan-Tianjingshan fault and OSL samples position in the trench

2 光释光测年结果

所采测年样品均在西安黄土与第四纪国家重点实验室做测年测试，在实验室获得90～125 μm的石英颗粒用于光释光测年。等效剂量通过单片再生法测定，每个样品测定了5个片子，建立了生长曲线，具体的实验过程和数据处理见文献[11]。天然和再生剂量辐照后的加热条件为260℃10 s；试验剂量为220℃10 s。图4给出了测定和计算等效剂量的过程，其中图4a是样品IEE3847，IEE3848和IEE3849的石英颗粒天然和再生OSL信号衰减曲线；图4b是天然和再生剂量与其后试验剂量光释光信号的关系，直线的斜率为灵敏度校正后的天然和再生光释光强度；图4c是通过对比天然与不同再生剂量产生的光释光信号来计算样品的等效剂量值。所有的测年结果见表1，其中环境剂量是通过测定铀、钍和钾元素计算的。

图4给出了3个样品的测试结果。图4a表示石英样品的光释光信号灵敏度高，衰减快，指示这些石英颗粒的光释光信号主要以快速组分为主，适合于用单片再生剂量法光释光测年。图4b为天然、再生剂量与试验剂量光释光信号响应关系，表征了不同天然、再生剂量的光释光信号响应与试验剂量的光释光响应是成比例的，证明了试验剂量可以校正石英光释光信号感量的变化。图4c表示3个样品的生长曲线和等效剂量的确定，样品IEE3847、IEE3848和IEE3849等效剂量值均处于线性生长范围。这是由于Wang等[11]已经证实，应用天然、再生与试验剂量的光释光信号比例可以有效克服较老年龄样品的测年应用，因为该数据处理方法克服了单片再生法的信号积累问题。本文所测样品的等效剂量都处于可信范围。根据表1结合图4，可以看出，3个样品的年龄值自下而上分别为26.14±1.08ka、30.36±1.10ka、57.41±2.36ka，为正序结构。

表1 样品光释光年龄Table 1 OSL ages of the samples

图4 石英的光释光衰减曲线(a)、天然和再生光释光信号与试验剂量产生的光释光信号的关系(b)以及确定等剂剂量的剂量响应曲线(c)Fig.4 (a)OSL decay curve of quartz;(b)Relationship of nature and regeneration OSL signals;(c)Dose response curve of agents dose

3 结果与讨论

香山-天景山断裂形成于加里东运动期，是走廊过渡带中的一条重要构造带，其下切深度约20 km，属于基底断裂，全长约200 km整体呈一向北东方向凸出的弧形，弧顶位于天景山北麓一带。新生代第三纪及其以前，断裂带活动以较强烈的叠瓦状向北逆冲为特征；进入第四纪，大致与海原活动断裂带同期，活动方式转为逆-左旋走滑[12、13]。

从晚更新世末次期早期以来，腾格里沙漠开始扩张，现今一直在堆积，在中卫沙坡头一带形成巨大的沙丘。而孟家湾村位于腾格里沙漠南缘，山地与沙漠的交接处。同时，处于沙漠风带的下向，即孟家湾地区（沙坡头）由于受南部山地的阻挡，从北西方向吹来的风沙在此堆积。因此，本探槽开挖地点从晚更新世末次期早期约70 ka以来风沙堆积是连续的。而探槽中被压风成沙最新的年龄为26.14±1.08 ka，这个时间从气候上来分析，应该是更加寒冷期，风沙活动更强大。所以，可以推测在香山-天景山断裂活动之前，被压风成沙没有堆积间断，所以，被压风成沙的年龄可以代表这次活动时代。

孟家湾村南最新探槽揭露表明，在距今约26.14±1.08 ka，极有可能为22.09±0.4 ka与26.14±1.08 ka之间，香山-天景山断裂发生了一次逆冲量至少高达5 m的活动，导致石炭纪的煤系地层逆冲于晚更新世风成沙之上。

致谢：本文研究探槽剖面由宁夏地震局柴炽章研究员、焦德成研究员、杜鹏、雷启云等开挖，并允许我们进行年代学研究，在此表示衷心感谢。

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