甘肃迭部—白龙江南支断裂中东段晚第四纪构造活动特征

刘兴旺　袁道阳　邵延秀　吴赵

摘 要：通过卫星影像解译、野外实地调查与地质填图，对甘肃东南部迭部—白龙江南支断裂中东段晚第四纪构造活动特征进行了研究。结果表明：迭部—白龙江南支断裂中段活动性明显强于东段；中段线性特征明显，可见清晰的断崖，不同期次的阶地之上都有断层陡坎发育，晚第四纪以来有过明显活动，最新活动的离逝时间为1 300年左右，属于全新世活动断裂；东段活动性明显减弱，没有发现断错全新世地层的证据，在地貌上多表现为线性沟谷，属于晚更新世断裂。根据对断错阶地的测量和年代测试，迭部—白龙江南支断裂中段左旋滑动速率为每年（1.3±0.1）mm，垂直滑动速率为每年（0.39±0.04）mm。

关键词：活动断裂；晚第四纪；滑动速率；阶地；全新世；迭部—白龙江断裂；甘肃

中图分类号：P546 文献标志码：A

Characteristics of Late Quaternary Tectonic Activity in the Middle-eastern

Segment of the Southern Branch of Diebu-Bailongjiang Fault， Gansu

LIU Xing-wang1，2，3，4， YUAN Dao-yang1， SHAO Yan-xiu1，2， WU Zhao1

（1. Lanzhou Institute of Seismology， China Earthquake Administration， Lanzhou 730000， Gansu， China；

2. Lanzhou National Observatory of Geophysics， Lanzhou 730000， Gansu， China； 3. School of

Earth Environmental Sciences， Lanzhou University， Lanzhou 730000， Gansu， China；

4. Key Laboratory of Western Chinas Environmental Systems of Ministry of

Education， Lanzhou University， Lanzhou 730000， Gansu， China）

Abstract： Based on satellite image interpretation， field survey and geological mapping， the characteristics of Late Quaternary tectonic activity in the middle-eastern segment of the southern branch of Diebu-Bailongjiang fault， Gansu， were discussed. The results show that the activity of the middle segment of the southern branch of Diebu-Bailongjiang fault is stronger than that of the eastern segment； the characteristic along the middle segment is significantly linear， and the scar and fault scarp cutting through several terraces can be easily distinguished； the middle segment is active since Late Quaternary， and the elapsed time of the last event should be less than about 1 300 years； the middle segment is Holocene active fault； the activity of the eastern segment is obviously weakened， and there is no evidence of Holocene fault； the landform in the eastern segment is a linear valley， and the eastern segment is Late Pleistocene fault. According to the measurement of fault terrace and dating， the left-lateral and vertical slip rates are （1.3±0.1） mm and （0.39±0.04） mm per year in the middle segment of the southern branch of Diebu-Bailongjiang fault.

Key words： active fault； Late Quaternary； slip rate； terrace； Holocene； Diebu-Bailongjiang fault； Gansu

0 引 言

甘肃省东南部地区位于青藏活动块体东部边缘，在大地构造分区上位于SN向与EW向构造分区的交汇部位，也是中国著名的南北地震带纵穿而过的位置[1-6]。区内发育多条晚第四纪逆冲兼走滑的活动断裂带，构造形式复杂，新活动性强，历史上曾发生过多次破坏性大地震（如公元前186年武都7级地震[7]、1654年天水8级地震[8-9]、1879年武都8级地震等[10-11]），近年来也发生过多次破坏性地震（如2003年岷县5.2级地震[12]、2004年岷县—卓尼5级地震[13]、2013年岷县—漳县6.6级地震[14-16]），未来存在发生大地震的构造条件，因此，本区一直是地震部门监测的重点区域。

本区夹持在两条巨大的走滑活动断裂（东昆仑断裂和西秦岭北缘断裂）之间，区内一系列断裂起到了传递和平衡二者之间构造转换的作用[17-18]。前人的研究主要集中在断裂几何展布和活动性初步调查方面，对断裂在构造转换中的作用也是基于几何形态的推测，而对本区单条断裂的定量研究比较零星[19-20]且存在不同的认识[10-11]。笔者选择甘肃省东南部地区较为重要的迭部—白龙江南支断裂为研究对象，通过对新活动性及滑动速率的确定，给出断裂运动学特征的定量参数，为该区的地震危险性评价提供依据；同时，结合前人对周边地区断裂新活动特征及运动学特征的研究成果，综合讨论了该断裂在区域构造转换中的作用和意义。

1 断裂基本特征

迭部—白龙江断裂西起尕海以南的西倾山（图1），西段大致沿白龙江河谷发育，东段沿白龙江南侧拱坝河流向延伸，东南端至陇南市武都区附近，由2条断裂组成，长均约为250 km。断裂总体走向NW70° ，倾向SW 或NE，倾角40°～70°，断层性质主要表现为逆冲（局部正断）兼具左旋走滑。该断裂具有分段活动特征：断裂西段由于受植被覆盖和河流切割侵蚀的影响，断错地貌不清楚，未发现可靠的晚第四纪活动断错剖面，前人初步研究认为属于晚更新世断裂[21]；断裂中段发育于中高山之间，由南、北两支断层组成（图2），断裂沿线断错地貌明显，部分段落可见明显的山脊及水系左旋位错、断层陡坎等。迭部—白龙江北支断裂最清楚的段在舟曲县三角坪乡附近的虎家湾一带，发育并保留了连续的地震鼓包及低陡坎等新活动证据。通过历史地震考证和探槽开挖，该断裂段确定为公元前186年武都7级地震的发震断裂[7]，属全新世断裂。迭部—白龙江南支断裂则未开展过系统研究，仅有的报道多见于地震安全性评价报告中。本文研究区位于迭部—白龙江南支断裂中东段（图2）。

1.1 断裂几何结构

迭部—白龙江南支断裂在经过迭部县旺藏乡后开始偏离白龙江流域，朝SE向拱坝河流域延伸（图2）。研究区内该断裂长度约为120 km，其中，旺藏—花草坡段属于该断裂的中段，花草坡—武都段属于该断裂的东段。

旺藏—花草坡段主要发育于三叠系碎屑岩与志留系碳酸盐岩以及白垩系砂岩与石炭系灰岩之间，自旺藏开始，经帕尕、次古、洋布，止于花草坡一带，长约55 km，总体走向305°，倾向NE或SW，倾角40°～70°。花草坡—武都段主要发育于石炭系灰岩内部，自花草坡开始，向SE经插岗、大年至武都西北部，长约65 km，总体走向290°～310°，中间略呈S形弯曲。

F1为西秦岭北缘断裂；F2为东昆仑断裂；F3为临潭—宕昌断裂；F4为礼县罗家堡断裂；F5为光盖山—迭山断裂；F6为迭部—白龙江

断裂；F7为两当—江洛断裂；F8为成县盆地南支断裂；F9为武都—略阳断裂；F10为文县—康县—略阳断裂；F11为龙门山断裂带；

Ms为地震震级；图件引自文献[13]和[16]，有所修改

图1 甘肃省东南部地区主要活动断裂与地震分布

Fig.1 Distribution of Active Faults and Earthquake in the Southeast of Gansu Province

F6-1 为迭部—白龙江南支断裂；F6-2 为迭部—白龙江北支断裂；F12 为舟曲断裂；F13 为坪定—化马断裂

图2 迭部—白龙江南支断裂地质简图

Fig.2 Simplified Geological Map of the Southern Branch of Diebu-Bailongjiang Fault

1.2 断裂沿线断错地貌特征

根据郭进京等的研究，西秦岭岷县—武都地区主要发育4级夷平面，海拔高度分别为3 000～3 100、2 400～2 600、2 000～2 100、1 500～1 700 m，形成时代分别为晚白垩世—渐新世、3.6 Ma、2.5 Ma、1.8 Ma[22]。迭部—白龙江断裂主要发育在Ⅰ级夷平面与Ⅱ级夷平面之间，或发育在半山腰附近，形成台地地貌。1.8 Ma以来，由于青藏高原多阶段的隆升，白龙江沿岸形成7级河流阶地（T1～T7），形成时代分别为0.01、0.03～0.05、0.14～0.15、0.56、1.2、1.4～1.5、1.7 Ma[22]。其支流一般发育2～4级阶地。本区第四系沉积物以冲洪积或泥石流成因的洪积扇、洪积台地为主，相对缺乏细粒沉积。

从卫星影像上看，迭部—白龙江南支断裂中段线性影像清晰，断裂通过处地貌上有明显反映，其表现形式主要有：断层沟槽、断层垭口、断错山脊、基岩陡崖、断层陡坎及冲沟左旋等断错地貌。其中，在旺藏沟白龙江支流发育了至少4级阶地，支流西岸保留T3和T4两级阶地，T3阶地比较连续，T4阶地经后期冲沟侵蚀，呈零星分布。在断层通过处，T3和T4阶地发生明显的变形，形成高度不等的断层陡坎[图3（a）]，T4阶地陡坎高度明显高于T3阶地，说明断裂是持续活动的，阶地越老，陡坎越高。在台尼傲村附近，有6条冲沟发生了同步左旋，位错量各不相同，分为3、7、13 m等3个等级[图3（b）、（c）]，若一次地震能产生3 m左右的左旋位错，震级估计在7级以上。在洋布村一带，断层位于宽缓河谷的南侧山坡上，断层断错地貌较为清晰。洋布村南北侧都见有较为连续的断层陡坎、垭口等，在洋布村北侧山坡上，可清晰看到浅灰色石炭系地层逆冲于红色白垩系地层之上，并形成灰白色断层破碎带[图3（d）]。断层经过洋布村后，在洋布村东南侧山头形成断层垭口，后进入植被茂密的山区；根据卫星影像解译，断层在花草坡形成不连续阶区。

在断裂东段大年乡一带，断层地貌主要有断层陡坎、冲沟左旋等；在大年乡南侧山坡上，断层地貌以陡坎为主，但陡坎都很大，高几十米。在大年乡南侧发现一冲沟左旋，左旋位移量约为120 m[图4（a）]。在左旋冲沟上方可看到断层陡坎、断层沟槽，而在其下方可见宽几十米的断层破碎带，破碎带前端有类似断层泥的黑色细粒物质[图4（b）]。

图3 迭部—白龙江南支断裂中段断错地貌

Fig.3 Fault Landforms Along the Middle Segment of the Southern Branch of Diebu-Bailongjiang Fault

图4 大年乡断错地貌

Fig.4 Fault Landforms at Danian Town

1.3 断裂活动的地质证据

断裂活动性的鉴定对该区未来地震危险性的判定至关重要。研究区第四系沉积物较少，基本以断错大地貌为主，在这种情况下判断一条断层的活动性只能依靠一些关键点和关键部位的微地貌断错特征来分析。

在断裂中段帕尕村南侧见到断层剖面（图5），断裂通过此地时夹杂了一套白垩系岩块，断块北侧断面倾向NE，而南侧断面倾向SW。所见的断面为南侧断层面，三叠系板岩逆冲在白垩系红层之上，并断错全新世早期坡洪积砾石层；断面上可见3种颜色的断层泥，分别是已胶结的黄褐色泥、半胶结黑色泥及松散—微胶结紫红色泥，断层泥总厚度约30 cm；断裂形成约50 m的挤压破碎带，破碎带南侧为三叠系板岩夹砂岩透镜体。综上所述，该断裂曾经多次活动，最新活动时代应该在全新世。

图5 帕尕村断层剖面

Fig.5 Fault Profile at Paga Village

U1为灰黑色地表根土层；U2为浅土黄色砂砾石土层；U3为土灰色细砾石层；U4为灰白色粗砂砾石层；U5为暗灰色砂砾石层；

U6为姜黄色断层破碎带；U7为灰黑色断层泥带；U8为淡红色砂岩

图6 次古村断层剖面

Fig.6 Fault Profile at Cigu Village

在次古村附近，断层剖面中发现4条断层[图6（b）中断层F14、F15、F16和F17]。F14、F15为正断层，F16、F17为逆断层。从剖面上看，断层F14、F16、F17均未断错最新的地层（灰黑色地表根土层，U1），断层F14断错的最新地层为浅土黄色砂砾石土层（U2），断层F16、F17断错灰黑色地表根土层以下所有地层，断层带内最新活动的断层为F15。断层F15形成一个宽约20 cm的黑色断层泥带，产状为300°/SW∠70°，断错最新的地表沉积层为灰黑色地表根土层。野外在灰黑色地表根土层底部采集了14C样品，年代为（1 320±30）a BP（表1），表明断层在约1 300年以来是有过活动的。

在断裂东段的阳坝村，拱坝河T2阶地边缘发现断层剖面（图7）。T2阶地拔河超过10 m，阶地砾石层之上为淡红色砂土，顶部为地表根土层。断层为正断层，产状为315°/SW∠80°，断层断错T2阶地砾石层及砂土层底部，但浅土黄色砂砾石土层上部

表1 14C样品测年结果

Tab.1 Radiocarbon Dating Results of 14C

注：BP为1950年以前。

没有断错，地表也没有形成断层陡坎，可能断层在浅土黄色砂砾石土层沉积早期活动，后期则再无活动。根据区域阶地资料，T2阶地可能形成于30 000～50 000年，断裂活动时代可能为晚更新世。在插岗乡嘎尔里村附近，断裂剖面也是断错晚更新世黄土。

图7 阳坝村断层剖面

Fig.7 Fault Profile at Yangba Village

1.4 小 结

综合断层剖面及沿线断错地貌特征，判断迭部—白龙江南支断裂中段为全新世活动断裂，而东段属晚更新世断裂。

2 断裂滑动速率的确定

断裂滑动速率的定量结果是断裂在一定时期内运动学特征的反映。根据迭部—白龙江南支断裂不同位置的断错地貌和运动学特征，断层性质主要表现为逆冲兼具左旋走滑。在断裂中段的旺藏沟，不同时期的地貌面被断错，根据地貌面上断错位移量及地貌面废弃年龄，就可以确定该地貌面自废弃以来的累计位移量及滑动速率。

图8 旺藏沟阶地断错地貌解译

Fig.8 Interpretation of Terrace Fault Landforms at Wangzanggou

在旺藏沟内白龙江一级支流上，河流主要发育4级阶地（图8）。T1和T2阶地主要发育于河流东岸， T2阶地又可以分为T2a和T2b两级亚阶地；在断层上盘，T1阶地拔河高度为3 m，T2a亚阶地拔河高度为5 m，T2b亚阶地约为8 m。T3阶地主要分布于河流西岸，断层上盘拔河高度为15 m。T4阶地经后期侵蚀，仅分布于较高的冲沟之上，上覆3～5 m厚黄土，拔河高度约为75 m。因为T1、T2阶地砾石层之上沉积物极少，仅厚30～50 cm，且植物根系发达，所以无法进行年代测试。野外主要对T3和T4阶地采集了14C样品。T3阶地采样深度为1.5 m，为阶地砾石层之上灰黑色土层。T4阶地为阶地砾石层之上黄土层，采样深度约为3 m。根据试验所得年代数据（表1），T3阶地年代较为合理，而T4阶地年代明显偏年轻。根据郭进京等的研究[22]，区域内白龙江、洮河、岷江等河流的阶地序列为T1、T2、T3和T4，对应时代分别为0.01、0.01～0.03、0.14～0.15、0.56 Ma。支流阶地年代和主河流阶地年代往往具有可对比性。T3阶地年代为（26 990±230）a BP，与区域河流的T2阶地具有近似的年代；T4阶地可能与区域河流的T3阶地年代接近，形成于0.14～0.15 Ma，该年代明显高于14C测年的上限。从拔河高度上推断，T1和T2阶地形成年代不会相差太大，可能形成于约10 000年以来，与区域河流T1阶地相对应。根据区域河流阶地资料，共和运动以来的河流阶地保持了相对稳定的下切速率[23]。根据旺藏沟内T3阶地砾石层拔河高度和年代，约27 000年以来的河流阶地下切速率推算为每年0.5 mm。若该下切速率保持稳定的话，则可推断T1阶地、T2a亚阶地、T2b亚阶地和T4阶地年代分别为6 000、10 000、16 000、140 000 a BP，与区域资料对比较为一致，因此，推测该年代结果较为可靠。

野外实测发现，由于断裂的持续活动，河流东侧T2a亚阶地边缘发生了左旋位错，野外测量确定位错量为（13±1）m；根据T2a亚阶地年代（约10 000 a BP），估算断裂的左旋滑动速率为每年（1.3±0.1）mm。在河流西岸，断层的垂直抬升使得T3和T4阶地形成明显的断层陡坎。野外利用差分GPS对T3和T4阶地进行实地测量（图9），T3阶地断坎高为（14±1）m，T4阶地断坎高为（36±3）m。根据T3阶地年代（（26 990±230）a BP）和T4阶地年代（140 000 a BP）资料，约27 000年以来的断裂逆冲速率推算为每年（0.52±0.04）mm，140 000年以来的断裂逆冲速率推算为每年（0.26±0.02）mm，断裂平均逆冲速率为每年（0.39±0.04）mm。

图9 旺藏沟阶地断坎测量

Fig.9 Measurement of Terrace Fault Scarp at Wangzanggou

3 讨 论

甘肃省东南部地区多条NW向和NE向活动断裂组成了复杂的构造体系（图1），而这一复杂区域夹持于两条巨大的左旋走滑断裂（西秦岭北缘断裂和东昆仑断裂）之间，其间的复杂断裂系起到了传递和平衡二者构造转换的作用[17-18]。临潭—宕昌断裂（F3）活动受西秦岭北缘断裂的影响，而迭部—白龙江断裂（F6）、光盖山—迭山断裂（F5）的形成演化受控于南侧东昆仑断裂的NE向扩展和推挤，西秦岭北缘断裂（F1）与临潭—宕昌断裂以及东昆仑断裂（F2）与迭部—白龙江断裂、光盖山—迭山断裂分别形成相向发展的花状构造[5，14，24-25]。根据已有的研究，东昆仑断裂中段的左旋滑动速率约为每年10 mm， 向东逐渐衰减，玛曲一带约为每年5 mm，而到了被认为是东昆仑断裂东延的塔藏断裂，滑动速率衰减至每年约1.5 mm，同时具有逆冲特征[26-29]。光盖山—迭山断裂、迭部—白龙江断裂及塔藏断裂共同组成了东昆仑断裂向东延伸发散的部分；各条断裂的滑动（包括走滑和逆冲）以及断裂间隆起的山脉和不同时代盆地的变形，共同承担了东昆仑断裂向东滑动速率衰减的部分。光盖山—迭山断裂晚第四纪以来逆冲速率为每年（0.49±0.08）mm 至每年（1.15±0.28）mm，左旋走滑速率为每年（0.51±0.03）mm[19]。3条断裂滑动速率之和与东昆仑滑动速率衰减量相当。

4 结 语

（1）甘肃迭部—白龙江南支断裂中段与东段的分界点在花草坡一带，中段地貌特征及新活动明显强于东段。断裂中段线性特征明显，断层崖清晰，断错河流阶地形成陡坎，晚第四纪以来有过明显活动，最后一次活动离逝时间约1 300 a BP；而东段多表现为线性沟谷，没有发现明显的断错微地貌，属晚更新世断裂。

（2）对旺藏沟阶地断错地貌研究认为，迭部—白龙江南支断裂中段晚第四纪以来的左旋滑动速率为每年（1.3±0.1）mm，垂直滑动速率为每年（0.39±0.04）mm。由此可见，迭部—白龙江南支断裂晚第四纪以来以低滑动速率为特征。

（3）对比周边地区的前人研究成果，该地区包括迭部—白龙江南支断裂在内的一系列断裂吸收和转换了部分东昆仑断裂的变形，起到局部变形的调节作用。

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