新疆博州地区地震地质特征

王秋良 刘小利 李 雪 林亚洲

1 中国地震局地震研究所（地震大地测量重点实验室），武汉市洪山侧路40号，430071

博州（全称博尔塔拉蒙古族自治州）位于新疆维吾尔自治区西北边陲，西界哈萨克斯坦，南连伊犁州，东接乌苏市。境内北东向阿拉套山与近东西向别珍套山、科古琴山、博罗科努山在西部复合交汇，地貌上呈现朝东撒开、向西收敛的山（岭）、盆结构，地质构造独具特色。前人［1－2］多论述到本区的基础地质，而专论地震地质的文献［3－8］则将重点置于北天山东段，涉及本区的资料较少。笔者于2012－08和2013－09两次现场调查区内主要断裂和地形地貌，对区内及外围的遥感影像进行解译。本文介绍了本区的基础地质概况、新构造运动与现代地壳形变、主要断裂（带）的活动性与活动构造、地震地质基本特征，并对本区的地震构造环境进行初步评估。

1 区域地震活动

根据资料，博州及毗邻地区最早也是最大的地震为1765－02－99精河6.5级（Ⅷ度）地震，另5次较大者分别为1888－11－10 温 泉6.25 级（Ⅷ度）、1932－09－11精河北6.0 级、1958－12－21赛里木湖南6.5级和1962－08－2博乐、赛里木湖东6.4级（Ⅷ度）、1973－06－03精河东6.0级（Ⅶ度）地震。其余4.7～5.9级地震相对集中于别珍套山、科古琴山和博乐霍洛山的不同地段，而M≤4.5的大量小震则密集于区域活动断裂带上。

上述地震属天山地震带组成部分［4］，虽然地震活动强度不比东天山地区，但频次较高，在评估未来强震的危险性时需充分考虑。

2 区域新构造运动与活动构造

2.1 新构造运动与现今地壳形变

本区新构造运动与现代地壳形变是2.4×105a以来整个青藏、帕米尔地区构造活动的缩影，表现为造山带复合隆升、山前逆（冲）断－褶皱形成、山前和山间断坳盆地发育、新地层普遍变形和产生新的断层等，并在构造－微地貌和水系分布上有明显响应。

2.1.1 北天山造山带复合隆升与山前、山间盆地断陷

古近纪中、晚期，印度板块与亚洲板块的碰撞导致中亚和天山古生代、中生代造山带活化，山体几度隆升和山前（间）盆地不断沉陷。新构造运动早期（中新世晚期至上新世），这种运动加速进行，本区内的依连哈比尔尕山和博罗霍洛山等强烈隆升，形成3 000～4 000 m 的高山［6］，毗邻的阿拉套山亦升至3 000～3 500 m 以上。与山体隆升相随，在山前地带，前新近纪发育的盆地则继之沉陷，在天山南北两侧堆积了厚达1 000～3 000m的砾石层［3，9］。第四纪的构造运动具有继承性，并在隆升过程中经历过早更新世（Qp1）与中更新世（Qp2）、中更新世与晚更新世（Qp3）之间的构造－侵蚀间断。前者称为西域运动，后者称为独山子运动［4］。第四纪山前坳陷在本区准噶尔盆地堆积了2 000～3 000m 厚的砾石层，区内精河地区的沉降幅度约为1 000～1 200 m，博乐坳陷为800m。以赛里木湖为例，面积约454km2，湖面高程2 071m［10］，山间断陷在遥感影像上呈长对角线近东西向菱形几何图式。据文献［6］和现场调查，边界多被断裂切割，缺乏湖成阶地，仅在其北、东部发育一级洪积扇和浪蚀陡崖，湖水自东向西加深，已淹没先前的道路，岸边砂、砾石层也伸入湖底。由此表明，赛里木湖是受周边断裂切割的年轻的断陷（坳）盆地。

2.1.2 先存断裂活化与新地层逆冲断－褶皱变形

新构造期以来，北天山的隆升主要沿先存的区域断裂进行，区内博罗霍洛断裂、阿拉山口－精河断裂、库松木契克断裂和别珍套断裂等，自中新世以至第四纪，都被构造活化，发育形成新的构造微地貌，历史和现代地震活动都与其最新运动有关。特别有意义的是，自上新世以来天山造山带由内部向南北两侧产生构造迁移、扩展，致使两侧山前一系列平行的逆冲断裂－褶皱带由老到新依次排布，形成年轻的造山系列。

2.1.3 现代地壳形变

据文献［3－4］，1955～1989年一、二等精密水准测量获得的垂直形变速率等值线表明，本区及外围现代地壳垂直运动的总趋势具有继承性，天山山脉不断隆升，南北两侧相对下沉，介于其间的山麓地带则掀斜式抬升。依连哈比尔尕山和博罗霍洛山最大隆升速率达＋17.8mm／a；山体北侧逐渐下降到＋2～4mm／a，至温泉县南北的别珍套山和麻依拉山，运动速率降到＋4mm／a；艾比湖至阿拉山口地区的速率较小，为0～1.7mm／a。

2.1.4 新构造运动的地形地貌和水系响应

地形地貌和水系分布虽然也受到气候环境的影响，但构造运动无疑是最主要的内动力因素，据此可以推断第四纪以来地壳运动的性质和强度、活动断裂的产状要素、运动方式和滑错速率等。本区内的强烈隆升地带呈高、中、低山和层状地貌，在500～4 000m 以上还发育冰川地貌，沟谷深切，多层夷平面发育，并因断裂切割导致夷平面被分解。以区内果子沟附近的别珍套山为例，沟谷深切，由于强烈隆升，谷底地面高程仅1 250m，而山顶则高达3 500m，地貌反差强烈（1 500～2 000 m），形成十分险峻的复式沟谷。同时还发育高程2 000～2 600m 和3 000～3 500m 二级夷平面。相反，在山前特别是被断裂切割的隆升与坳陷盆地过渡地带，普遍发育极为清晰的断层构造微地貌，表现为不同时序、类型的冲洪积扇（裙）、谷中谷、吊钩水系、复式断层陡崖和断层三角面、断错沟谷、水系，以及高级别的冲洪积河谷阶地等。

在艾比湖这类山前坳陷盆地，地貌上呈现广阔湖积平原，地面高程仅1 890m，自18 800a以来已堆积了厚度＞5 m 的湖相堆积物［6］，与前述隆起山地形成强烈反差。

2.2 断裂活动性与活动构造

图1是根据文献［1］和卫星影像资料编绘的地震地质图。可见，本区的主要区域断裂（带）都是海西期主造山带形成时与褶皱大致平行的走向断裂，并被后期中、新生代构造运动激活、复杂化。

图1 区域地震地质略图Fig.1 Regional seismogeological map

北西、北北西向斜滑断裂与北西西（近东西）走向断裂互切成不同规模的微断块构造。探讨这些断裂自第四纪以来的活动性，是地震地质研究的主要内容。现重点叙述以下几条断裂（带）。

2.2.1 库松木契克河断裂带（F1）

该断裂西起赛里木湖西部阿克巴依塔勒，经南岸松树头，顺库松木契克河南岸科古琴山北麓延伸至阿沙河左（西）岸，长度＞120km，总体走向280°，倾南西或北东，倾角50°～80°，由平行的2、3条断层组成，宽度5～10km。主断裂切割新元古界、寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系、上新统和第四系以及海西期花岗岩，构造变形复杂，多期活动，地形地貌和水系响应明显，在赛里木湖南岸松树头312国道西边坡出露清晰（图2）。

断裂发育在震旦系与第四系之间，南盘为震旦系浅紫红色、灰绿色、灰色砂岩、粘土岩夹灰岩，产状280°／SW∠70～80°；北盘为上更新统砂砾石层、粘土层，产状120°／NE∠25～30°，构造变形带宽＞80m。自南向北有：1）强变形的震旦系（图2中①），由一系列指北的冲断岩片（f1－f4）、构造透镜体和“S”型片状岩组成。2）主断裂F（图2 中②），产状285°／SW∠60～70°，冲断性质，并与f4形成3.5m 宽的碎裂岩带，长透镜状中粗碎裂岩与片理化岩相间排布，显示多期活动迹象。3）上更新统浅灰、浅灰褐色、灰黄色砾石夹砂粘土层（图2中③），产状30°／SE∠15～25°，被一系列北西－南东向高角度断层切割，上冲或倾滑，致使砾石层呈块状结构。

该断裂的最新活动性在构造－微地貌上有强烈响应，在赛里木湖东南隅，断裂切割了早更新世至晚更新世巨大的山前冲洪积扇。而在库松木契克河中下游，断裂亦切割过同期的山前冲洪积扇群，1958年和1962年在此发生2次6.5级地震，1965年迄今ML≥1.0小震沿断裂形成密集带。

图2 松树头一带库松木契克河断裂带露头（镜向W）Fig.2 Outcrop of Koxemqek fault around Songshutou

2.2.2 阿拉山口－精河断裂（F2）

该断裂北起阿拉山口（北延入哈萨克斯坦塔勒得库尔冈州境内），向南经艾比湖两岸、精河县城、黑山头西麓沿库拉提河谷展布，长度＞140 km，总体走向320°～330°，倾北东或南西，高倾角。断裂切割中、上泥盆统、下石炭统、下二叠统、上新统和第四系（图1）。

据地质资料［1］分析，该断裂是在海西期末北天山褶皱带隆起时产生的斜滑剪切带，之后在中生代复活，第四纪以来继承性活动，控制艾比湖的西界，地形地貌响应强烈，并在局部地段出露古地震变形带，是本区最显著的活动构造。由图1可以看出，断裂F2大致以精河县为界分为南段（f2－1）和北段（f2－2）。

在艾比湖西岸断裂北段的白头山一线（f2－2），主断裂西盘为二叠系和泥盆系碎屑岩、火山岩；东盘即为艾比湖畔的全新统。构造岩以强变形和碎裂结构为特征。

由此向北，在断裂北东侧分布着长度＞40 km 的巨型冲、洪积扇（裙），地面高程由200m 增至600m 以上，其堆积物属上更新统和全新统，岩性为浅灰、灰黄色砾石层、含砾砂粘土、粉砂等。扇体轴向和冲沟的优势方向均呈南东，表明断裂在晚第四纪以来具有右旋位移。据文献［5－6］，在12km 长的条带上遗留有清晰的断层陡坎、微型右旋走滑拉分盆地（坳陷），垂直位移0.5～1.5 m，水平位移1.0～1.7m。

在精河东南至卡熊库都克的断裂南段（f2－1），基岩山前断裂切割上古生界、新近系和第四系，并与北西－南东向黑山头断裂、查岗果勒断裂和阿拉尔断裂组成帚状断裂束（图1）。新生的断裂f2－1则切割晚更新世冲洪积扇和河谷阶地，构成长度＞10 km 的变形带，微地貌显示清晰的错断山脊、冲沟、断层陡坎、鼓包、拉分盆地等。据文献［5－6］，大级别冲沟右旋位移为100～500m；中等级别者为16～66.3m；小级别者为5.7～15.0m；断层陡坎上纹沟的位移为2.6～4.0m；最大垂直位移1.2～3.63m。图3清晰地揭示出断层的右旋位移。

图3 阿拉山口－精河断裂南段地质地貌图［5］Fig.3 Geologic map of the southern section of Alashankou－Jinghe fault［5］

由图3可见，在高程1 118 m 附近出现巨型鼓包，高出西南侧戈壁面约45 m，而在其顶部又形成相对高度为63 m 的北东向断层陡坎，陡坎西南侧发育新鲜的断层。此外，在5号冲沟与断裂交汇处，亦发育完整的断层剖面。据杨晓平［5］和沈军等［6］观察，该剖面会有古地震楔体，其时代距今（3.10±0.25）×104a。而断层的最新活动被约束在距今（2.97±0.23）×104a之前，但非地震事件所致。

从以上可见，阿拉山口－精河断裂曾多期活动，晚第四纪以来右旋滑移速率为4.7mm／a，伴之以较强的地震事件和明显的地表变形，估算震级为7.5～7.8级［6］。该断裂是一条强烈的活动构造带，对未来本区地震趋势和评估有重要影响。

2.2.3 博尔塔拉河断裂带（F3）

该断裂带西起道剃西，向东经温泉县、博乐市，延伸至精河西南，总体走向近东西转南东东，长度＞200km。西段切割元古界、上古生界、侏罗系和新生界以及加里东期花岗岩，中、东段全被第四系覆盖。但据石油勘探资料［11］，博乐盆缘断裂已切割至古近系－第四系或第四系顶部。遥感解译［10］该断裂带的几何学因地而异，由单条至数条组成（图1）。

据文献［4］，主断裂倾南，前新生界逆冲于第三系之上，倾角45°～50°。调查表明，这种构造与准噶尔南缘断裂最显著地段——乌鲁木齐至托斯台河段相似，表现为山麓逆断－褶皱（背斜）变形。断裂活动自南向北迁移，切割地层由老递新，最新为上更新统－全新统，并可能与北侧阿拉套山前断裂形成对冲逆断。

遥感影像显示为北盘指南的冲断，切割中、下更新统砂砾石层。整个断裂带的微地貌响应十分明显，普遍发育断层三角面、断裂陡崖。三角面山之间的冲沟出口处，都堆积有大小不等的冲洪积扇群，多数具有二期以上的活动。扇锥顶向山体移动，呈串珠状叠加（图4），局部扇体具左旋位移。

图4 温泉县城北F3 断裂前缘发育的冲洪积扇［10］Fig.4 Alluvial and proluvial fan in front of Bortala rever fault，north of Wenquan county［10］

该断裂带自1965年以来虽未发生≥5.0级地震，但小震在局部地段尤其是西段密集成带，断裂已切割晚更新世和全新世地层，揭示该带仍具活动构造的特征。

3 地震地质特征与地震活动性评估

3.1 地震地质特征

1）区内主要断裂（带）与天山造山带同期发育形成的走向斜滑或逆滑断裂切割较深，多期活动，构造结构复杂。

2）新构造期以来，断裂带继承性活动，控制了山前、山间盆地的发育，并形成新的断层，导致构造变形由南向北迁移，上更新统和全新统普遍被切割，发育成显著的活动构造带。

3）断层地貌和水系响应清晰，表现为沿带出露断层三角面山、断层陡崖、不同类型和规模的山前冲洪积扇群以及断错水系等。

4）少数断裂带上发现强震变形或古地震事件遗迹，例如阿拉山口－精河断裂的这类变形带长度＞10km，估算古地震震级为7.5～7.8 级［6，12］。此外，库松木契克山北麓山前断裂亦发现有古地震地表变形带，距今2 250a［8］。

5）构造活动与地震活动的差异性和不均性明显，具分段、分区特征。较强的构造活动与地震活动沿别珍套山、科古琴山、博罗霍洛山和依连哈比尔尕山山体的逆冲断裂带集中分布，形成密集、宽度数十至百余km 的条带；其次为阿拉山口－精河断裂带，其余地区的构造活动与地震活动强度相对较低。

3.2 地震活动趋势评估

地震危险性分析主要有确定性方法和概率性方法。确定性地震危险性分析方法是基于某些特定发震构造，采用历史地震法和地震构造法相结合，选取其中结果较大者。地震构造法主要包括以下3方面的内容：划分地震构造区和确定弥散地震；确定地震构造区内发震构造及其最大潜在地震；利用地震动衰减关系确定地震动参数。

博州地区的地震地质环境可以归入北天山地震带，但与该带东段相比，其地震活动强度偏低，迄今只记录到5次6.0～6.5级地震。然而考虑到：1）阿拉山口－精河断裂带和库松木契克山前断裂带已发现古地震事件，包括同震变形位移、断层水平滑动和垂直位移速率、离逝时间（古地震年代）、断层长度［3，6，12］等参数；2）与南天山和北天山东段等紧邻地区发震构造具有一定的相似性和可比性；3）温泉县北部亦发育规模较小的逆冲断裂－褶皱变形构造等，用确定性地震构造方法对本区的地震活动趋势进行评估。初步认为，未来强震仍然有可能发生，主要在阿拉山口－精河断裂带南北两段，特别是与博罗霍洛断裂的交汇地带，其次为别珍套山和科古琴山一系列走向断裂带，而阿拉套山之南博尔塔拉河断裂带局部地段的逆冲－褶皱带因其规模较小，未来地震活动强度较低。

4 结 语

博州境内构造以北西西向为主，间有北东向构造与其叠加，构成了较典型的盆、岭（山）活动构造带。区内断裂发育，地震活动相对频繁，是天山地区现今中强地震孕育和发生的主要场所［7］。本文在资料分析的基础上，借助遥感解译和野外地质调查成果，对该地区的地震地质环境进行研究，并利用确定性地震构造法对该区未来的地震活动趋势进行评估。分析认为：

1）区内主要断裂（带）与天山造山带共时发育形成的走（逆）滑或斜滑断裂切割深，构造复杂，多期活动变形。

2）新构造期以来，断裂继承性活动，控制了山前、山间盆地的发育，新生断层和构造变形普遍影响到上更新统和全新统，形成较显著的活动构造带。

3）断裂地貌和水系响应清晰，表现为沿带出露断层三角面、断层崖、不同类型的山前冲洪积扇（群）以及断错水系等，少数断裂（如阿拉山口－精河断裂和库松木契克山前断裂）已发现古地震事件和相关的变形带，估算震级为7.5～7.8级。

4）地震地质环境与南天山和北天山东段紧邻地区具有一定的相似性和可比性，同属北天山地震带。用确定性方法评估，本区仍具有发生强震的地震地质条件。

致谢：中国地震局地震研究所刘锁旺研究员参加了野外地质调查，博州地震局在野外工作中提供交通保障，在此一并表示感谢！

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