高放废物处置库场址北山预选区新构造运动分区与中、强地震分布特征

云龙，王驹，杨晓平，宋方敏

（1.核工业北京地质研究院，中核高放废物地质处置评价技术重点实验室，北京 100029；2.中国地震局地质研究所，北京 100029）

高放废物处置库场址北山预选区新构造运动分区与中、强地震分布特征

云龙1，王驹1，杨晓平2，宋方敏2

（1.核工业北京地质研究院，中核高放废物地质处置评价技术重点实验室，北京 100029；2.中国地震局地质研究所，北京 100029）

根据高放废物处置库场址北山预选区的新构造运动特征，将其分为祁连山强烈隆升区、河西走廊差异沉降区、安西差异沉降区和北山弱隆升区。预选区内中、强地震集中分布于祁连山强烈隆升区和河西走廊差异沉降区，其中，5.0级以上地震的发生均与区内主要大型断裂带的活动有关。中、强地震的分布与新构造运动的活跃程度相关。新生代以来，青藏高原的NE向扩展、挤压和缩短是形成以上新构造运动格局及地震分布的动力来源。

北山预选区；新构造运动分区；中、强地震分布

按放射性水平分类，核废物可分为高放废物、中放废物和低放废物。其中高放废物具有放射性强、毒性大、核素半衰期长且发热的特点［1］。高放废物的处置要求将其与生物圈隔离1万a以上。已有的几种处置方法中，国内、外公认深地质处置最为适宜，即将高放废物深埋于地下400～1 000 m的处置库中，在多重屏障体系的阻滞作用下，实现高放废物与生物圈的隔离［2］。

处置库在选址过程中，要考虑区域地形与地貌、地质与构造、水文地质、地壳稳定性、围岩的物理和化学性质以及社会人文等若干因素［3］。其中区域地壳稳定性是影响处置库选址的关键因素之一，而研究预选区新构造活动特征，之后进行新构造分区，是以上工作的基础。目前，将甘肃北山作为主要预选地区，王驹等（2000）开展了该区区域地壳稳定性的研究，将北山地区分为北山微弱隆起区、河西走廊坳陷区和祁连山强烈隆起区［4］。然而，最近的研究表明，以阿尔金断裂带东北段大坝—宽滩山段和金塔南山西段为界，河西走廊内部表现出不同的新构造活动特征。基于此，笔者进一步对北山预选区进行了新构造运动分区，同时讨论了区域内中、强地震的分布特征及其与新构造运动强弱的关系。

1 区域新构造活动特征

高放废物处置库场址北山预选区涵盖东经94°50′～100°、北纬39°15′～42°45′的范围，涉及新疆维吾尔自治区、内蒙古自治区和甘肃省。大地构造上位于青藏高原东北缘及以北的北山地区。新生代以来，青藏高原的隆升成为该区构造演化中最显著的特征。新构造运动表现为时间上的继承性和新生性，空间上的关联性和差异性。概括起来，该区新构造运动主要有以下特征。

1.1 显著的断块水平运动

新生代以来，随着印度板块与欧亚板块的碰撞，青藏高原开始隆升，高原东部的构造块体大致于中新世中期（15～10 Ma）开始被逐渐挤出，区域GPS资料显示，这些块体沿一些大型、重要的边界断裂向东平移、顺时针旋转。区域新构造应力场的研究表明，该区以NE—SW向水平挤压为特征。在此应力场作用下，NW、NWW走向的断裂均表现出左旋逆走滑的活动性质［5］。

1.2 大范围显著的间歇性抬升

预选区南部的鹰咀山、野马山、陶莱山、大雪山及祁连山等山脉。古近纪以来，随着青藏高原的强烈隆升，形成了平均海拔在3 000 m以上的高山区。受区内多条断裂活动的影响，导致不同山脉的差异性隆升，主要形成3级夷平面，Ⅰ级夷平面形成于中生代末至古近纪，Ⅱ级夷平面形成于新近纪，Ⅲ级夷平面形成于早更新世至中更新世，平均海拔分别达4 000～5 000 m、3 500～4 000 m和3 000～3 500 m。其中，Ⅰ级夷平面是不连续的高峰顶面；Ⅱ级夷平面分布范围大，相当于高原面；Ⅲ级夷平面限于盆地和谷地两侧（图1）。此外，山区河谷中还发育多级阶地。由此可见，该高山区曾经历过多次显著间歇性抬升。

1.3 大面积差异性沉降

预选区中部河西走廊内的疏勒河、北大河和黑河等流域，新生代以来经历了大面积的差异性沉降。古近纪至新近纪，走廊内部及西邻地区处于压陷下沉状态，酒泉和安西盆地形成了广阔的湖盆，接受了1 000～2 000 m厚的河湖相碎屑沉积，但三危山和巴兔山的相对隆升，成为广阔湖盆中的“孤岛”，整个区域表现出差异性下降的特征。新生代以来，河西走廊仍以下降为主，使得酒泉、安西、张掖等盆地的第四系厚度达1 000 m左右，但榆树沟山、文殊山、榆木山和金塔南山等地还有小范围的相对隆升。

1.4 大面积的弱差异性隆升

预选区内的北山山地，新生代以来表现为大面积的弱差异性隆升。地貌上形成海拔1 600～2 500 m的中山，山地中镶嵌有上新世、第四纪盆地。古近纪到新近纪早期，整个区域表现为整体弱隆升的特点，因而缺失同期堆积。从上新世开始，北山地区由整体弱隆升转为弱差异性隆升，但局部出现相对下降的断陷或坳陷盆地，如毛尔井盆地和马莲井盆地，这些盆地内堆积了河湖相碎屑岩。第四纪以来，弱差异隆升仍在持续，但相对上新世，盆地规模缩小，有的盆地甚至结束堆积而转为隆升。值得指出的是，这种大面积弱差异隆升运动也具有间歇性的特征，使北山区形成两级剥夷面。Ⅰ级剥夷面形成于上新世，上新世末—早更新世初隆升解体，现今海拔2 000～2 500 m；Ⅱ级剥夷面形成于早更新世到中更新世，晚更新世隆升解体，现今海拔1 500～1 800 m。

图1 北祁连山及邻区夷平面分布［6］Fig.1Map showing the distribution of planation surfaces in the northern Qilian Shan and its neighborhood［6］

1.5 构造活动的继承性与新生性

构造活动的继承性，表现为新构造期内，断裂和断块格局受先存构造控制。喜马拉雅早期间歇性隆升时，北祁连地区沿一些NW—NWW向先存边界断裂再次逆冲抬升，隆起区再次隆起，如祁连山的抬升。受其影响，河西走廊的酒泉盆地进一步断陷沉降。

新生性不仅表现为前述区域新构造运动格局发生的重大变化，而且还反映在新构造时期或其中某一阶段断裂、断块原有运动方式和强度的改变。早更新世晚期或中更新世初以来，区内NW—NWW向断裂的性质发生了显著变化，由先前的挤压逆冲为主转变为以水平走滑为主，显示出明显的新生性特点。

1.6 断裂活动的相关性与差异性

预选区内断裂的活动多具相关性，断裂带多沿山脊、山脉边缘或山丘间谷底分布。在北祁连地区，除阿尔金断裂带为NEE向外，其他断裂均为NWW向；河西走廊内，除三危山断裂为NE向外，其他断裂带主要为NW向或近EW向；北山山地内的断裂带为NEE向、NWW向或近EW向。以上断裂带多形成于前新生代，但新生代以来仍继续活动。其中一些断裂活动强烈，如鹰咀山、野马山、托莱山、大雪山、祁连山和中部的三危山、巴兔山等断裂带。这些断裂带受青藏高原强烈隆起的影响，从新生代开始至今都一直强烈活动。

古近纪至早更新世，区内主要断裂表现为逆冲性质，然而中更新世以来，不同地区的断裂表现出不同的活动性质。在北祁连地区，阿尔金断裂继续以左旋水平运动为主，大雪山、昌马—俄博断裂带及北祁连断裂带转为强烈的左旋走滑逆冲运动。但在河西走廊内，以阿尔金断裂带东北端的大坝—宽滩山和金塔南山西段为界，西部的三危山断裂已转为正走滑运动，而东部的嘉峪关断裂和金塔—南山断裂仍以逆冲为主。同时，三危山断裂和巴兔山断裂作为阿尔金断裂的分支，其活动性也受阿尔金断裂带的影响。

预选区北部的北山地区，近EW和NE、NW向断裂主要形成于前新生代。部分断裂活动一直延续到第四纪早、中更新世，个别断裂活动甚至持续到晚更新世。

2 预选区新构造运动分区

根据对预选区内新构造运动明显的差异性，预选区可分为4个分区，北部为北山弱隆升区（Ⅰ）、中部为安西差异沉降区（Ⅱ）和河西走廊差异沉降区（Ⅲ）、南部为祁连山强烈隆升区（Ⅳ）。各分区间的界线分别为阿尔金断裂带、北祁连断裂带、疏勒河断裂带和金塔南山断裂带西段（图2）。

图2 预选区新构造运动分区图Fig.2Map showing the subdivision of neotectonics in Beishan preselected area

2.1 北山弱隆升区

新生代以来，该区主要以大面积弱差异性隆升为主要特征。地貌上以海拔1 500～2 500 m的浑圆状的中山为主，山地内镶嵌有上新世、第四纪盆地。古近纪—新近纪中新世，整个地区表现为整体弱隆升，缺失堆积。上新世由整体弱隆升转变为弱差异性隆升。在整体弱隆升的背景下，局部出现相对下降的断陷或坳陷盆地，堆积了河湖相碎屑岩。第四纪以来，仍具持续弱差异隆升的特点，但相对上新世，盆地规模缩小，有的盆地甚至结束堆积转而隆升。

该区内主要发育NWW、NEE和近EW向断裂。断裂活动集中在前第四纪，进入第四纪的早、中更新世，断裂活动强度开始减弱。晚更新世以来，除个别断裂活动外，大部分断裂已停止活动。

2.2 安西差异沉降区

该区位于河西走廊西侧，区内安西盆地、三危山、玉门盆地、巴兔山和四百戈壁相间出现，以盆地为主，盆地面积占该区面积的70%左右，局部为中山，走向皆为NEE向。盆地内新生界厚度达4 000 m左右。三危山、巴兔山占该区面积的30%左右，虽然新生代表现为隆升，但海拔高度仅1 400～1 800 m，高出盆地面300～500 m，明显小于盆地的下降幅度。因此，新构造时期总体以差异性下降为主要特征。三危山、巴兔山在相对隆起的过程中，形成了两级夷平面。Ⅰ级夷平面形成于新近纪，现今海拔2 000 m左右；Ⅱ级夷平面形成于早更新世—中更新世，现今海拔1 500～1 800 m。反映在总体下降过程中，还具间歇性活动的特点。

该区断裂构造发育，不仅有控制新构造分区边界的疏勒河断裂、阿尔金断裂，其内部还有三危山断裂、巴兔山断裂。除疏勒河断裂晚更新世以来活动不明显外，其余断裂都是晚更新世以来强烈活动的断裂。

2.3 河西走廊差异沉降区

该区属河西走廊西部，呈NWW向分布，地貌上以沉积平原为主，局部为中山。平原之下为酒泉盆地，盆地面积占该区面积的80%左右，古近纪和新近纪堆积了厚约2 500 m左右的河湖相碎屑岩，第四系厚度也达1 000 m以上。盆地中的宽滩山、黑山、土山和金塔南山占该区面积的20%左右，虽然新生代表现为隆升的特点，但海拔高度仅1 400～2 700 m，高出盆地面200～1 200 m，明显小于盆地的下降幅度。因此该区以差异性下降为主要特征。宽滩山、黑山和土山在相对隆起的过程中，形成两级夷平面。Ⅰ级夷平面形成于新近纪，现今海拔2 000～2 200 m，Ⅱ级夷平面形成于早更新世—中更新世，现今海拔1 500～1 800 m。反映出总体下降过程中，兼具间歇性抬升的特点。

该区断裂构造发育，除北边界的疏勒河断裂、南边界的北祁连断裂外，其内部还有嘉峪关断裂、金塔南山断裂等。祁连山断裂、嘉峪关断裂、龙首山断裂都是晚更新世以来强烈活动的断裂。

2.4 祁连山强烈隆升区

该区位于青藏高原东北缘，以大面积间歇性强烈隆升为主要特征，形成平均海拔3 000 m以上的高山区。鹰嘴山最高峰3 891 m、野马山最高峰4 758 m、大雪山最高峰5 473 m、祁连山最高峰5 554 m、陶莱山最高峰5 214 m。大雪山、祁连山和陶莱山有现代冰川发育。古近纪—新近纪，该区隆升幅度不大，沿山边有一些规模不大的盆地形成。上新世末—第四纪为快速隆升阶段，原古近纪或新近纪发育的盆地与周边的山地一起隆升。该隆升区发育Ⅲ级夷平面，Ⅰ级夷平面形成于古近纪，现今海拔4 500～5 400 m；Ⅱ级剥夷面形成于新近纪，现今海拔3 200～4 300 m；Ⅲ级夷平面形成于早更新世—中更新世，现今海拔3 000～3 500 m。反映出总体隆升的过程中，在古近纪、新近纪、早更新世—中更新世的某些时段，隆升相对停止，处于间歇阶段。

该区断裂构造发育，且规模大、新构造活动强烈。如控制边界的阿尔金断裂和北祁连断裂绵延上千公里，新生代以来活动强烈。区内的大雪山断裂带、昌马—俄博断裂带，其延伸都在200 km以上，也是新生代以来活动强烈的断裂。

3 区域中、强地震的分布特征

根据统计（公元180—2013年），预选区内共发生4.0级（含4.0级）以上中、强地震95次，其中，4.0～4.9级地震76次，5.0～5.9级地震14次，6.0～6.9级地震2次，7级以上地震3次。有记录以来，最早的地震发生于公元180，震级72 1/2，震中位于甘肃高台附近。区域内记录到的最大地震为1932年12月25日的昌马7.6级地震。

图3 预选区地震震中分布图（M≥4.0，公元180—2013年）Fig.3Map showing the distribution of epicenter in Beishan preselected area（M≥4.0，AD180～2013）

图3给出了预选区从公元180年至2013年4.0级以上中、强地震的分布。由此可见，地震主要集中于祁连山强烈隆升区（Ⅳ）和河西走廊差异沉降区（Ⅲ）。其中，1609年7月11日甘肃红崖、清水煲74 1/4级强震和1932年12月25日的昌马7.6级地震分别发生于祁连山强烈隆升区（Ⅳ）的北祁连断裂带和昌马—俄博断裂带上，且有近63.2%的5.0级以上的和近69.5%的4.0级以上地震发生于该区；公元180年秋的表氏72 1/2级强震及嘉峪关6.5级地震、酒泉5.5级地震发生于河西走廊差异沉降区（Ⅲ），此外还有11次4.0～4.9级地震发生于该区；安西差异沉降区（Ⅱ）内共发生2次5.0～5.9级和4次4.0～4.9级地震；北山弱隆升区（Ⅰ）共发生2次5.0～5.9级和15次4.0～4.9级地震（表1）。

表1 4个新构造运动分区内的发震次数Table 1The numbers of earthquakes in 4 neotectonics areas

综上所述，区域内4.0级以上地震存在以下分布特点：1）4.0级以上地震主要分布于祁连山强烈隆升区，河西走廊差异沉降区次之，北山弱隆升区又次之，而安西差异沉降区最少；2）5.0级以上地震的发生均与大雪山断裂带、昌马—俄博断裂带、北祁连断裂带、阿尔金断裂带、三危山断裂带及嘉峪关—文殊山断裂等的活动有关，以上断裂带的活动均受青藏高原的NE向挤压、扩展及缩短控制，而印度板块的NE向俯冲，造成青藏高原的隆起和扩展为其主要动力学来源；3）河西走廊差异沉降区内地震的数目明显多于安西差异沉降区，表明青藏高原NE向挤压和缩短所影响的区域主要位于阿尔金断裂带的大坝—宽滩山和北祁连断裂带的夹持区域。

4 新构造运动与中、强地震的关系

地震的发生往往与断裂带的活动相关，预选区内新构造的活动特点与中、强地震的分布表现为以下相关性：

1）区域地震分布与新构造运动活跃程度相关。研究区域内，祁连山强烈隆升区构造活动最为强烈，与之相对应，3次7.0级以上地震中的2次发生于该区，大多数4.0级以上地震发生于该区。与之对比，在北山弱隆升区，没有6.0级以上地震发生，仅发生过2次5.0～5.9地震及少数4.0级地震。

2）青藏高原NE向扩展所影响的区域，地震分布较多。由阿尔金断裂带大坝—宽滩山段、金塔南山西段及北祁连断裂带所围限的河西走廊差异沉降区及以北邻区为青藏高原扩展所影响的主要区域，该区域内4.0～4.9、5.0～5.9、6.0～6.9级及7.0级以上地震均有发生。与之相比，在其西邻的安西差异沉降区内，地震数目明显少，仅有2次5.0～5.9级和4次4.0～4.9级地震，明显少于河西走廊差异沉降区的。

3）5.0 级以上地震均与区内主要断裂的活动相关。祁连山强烈隆升区发生的2次7.0级以上地震与北祁连断裂带和昌马—俄博断裂带的活动有关。其他5.0～5.9和6.0～6.9级的发生也与阿尔金断裂带、大雪山断裂带、嘉峪关—文殊山断裂及三危山断裂等断裂的活动相关。

5 初步结论

1）高放废物北山预选区的新构造运动表现出显著的断块水平运动、大范围显著的间歇性抬升及大面积差异性沉降和弱差异性隆升的特征，此外，区内构造活动表现出既有继承性，又有新生性；断裂活动表现出既有相关性，又有差异性的特点。根据以上特征，预选区可分成4个新构造运动分区：祁连山强烈隆升区、河西走廊差异沉降区、安西差异沉降区和北山弱隆升区。

2）预选区内中、强地震主要分布于祁连山强烈隆升区和河西走廊差异沉降区，北山弱隆升区次之，而安西差异沉降区最少。5.0级以上地震的发生均与区内主要大型断裂带的活动有关。

3）预选区内中、强地震的分布与新构造运动的活跃程度相关。新生代以来，青藏高原的NE向扩展、挤压和缩短是形成以上新构造运动格局及地震分布的动力来源。

［1］闵茂中．放射性废物处置原理［M］．北京：原子能出版社，1998:11-21.

［2］潘自强，钱七虎．高放废物地质处置战略研究［M］．北京：原子能出版社，2009:2-9.

［3］IAEA.Underground Disposal of Radioactive Waste，Basic Guidance［C］//Safety Series No.54，Vienna: IAEA，1981.

［4］王驹，徐国庆，金远新，等．甘肃北山地区地壳稳定性研究［M］．北京：地质出版社，2000:73-78.

［5］国家地震局《阿尔金活动断裂带》课题组．阿尔金活动断裂带［M］．北京：地震出版社，1992: 273-279.

［6］国家地震局地质研究所，国家地震局兰州地震研究所．祁连山—河西走廊活动断裂系［M］.北京：地震出版社，1993:25-28.

Neotectonics subdivision and moderate，strong earthquake distribution of preselected site for high-level radioactive waste disposal repository in Beishan

YUN Long1，WANG Ju1，YANG Xiaoping2，SONG Fangmin2
（1.CNNC Key Laboratory on Geological Disposal of High-level Radioactive Waste，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China；2.Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China）

Beishan area for HLW disposal repository could be divided into four active parts:the strong uplift area in Qilianshan，the differential sedimental area in Hexi Corridor，the differential sedimental area in Anxi and the weak uplift area in Beishan.All those areas have different characters in neotectonics.Most of the earthquakes（M≥4.0）in Beishan area focus on the strong uplift area in Qilianshan and the differential sedimental area in Hexi Corridor.The earthquakes（M≥5.0）occurred in large-scale faults.That means the relationship between neotectonics and large earthquakes is relatively notable.All these events told us the NE toward growth；compression and shortening of the Tibet Plateau set up the modern pattern of neotectonics and effect the distribution of earthquakes.

Beishan preselected area；subdivision of neotectonics；distribution of earthquakes（M≥4.0）

TL942+.1结果A

1672-0636（2015）03-0172-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.03.008

2014-04-19；

2014-05-13

云龙（1985—），男，内蒙古呼和浩特人，博士，工程师，研究方向为活动构造及其在高放废物地质处置库选址过程中的应用。

E-mail:yunl1985@126.com