龙首山北缘活动断裂对金川矿区的远景预测及应用

李兵贤（金昌市地震安全性评价所，甘肃　金昌737100）



龙首山北缘活动断裂对金川矿区的远景预测及应用

李兵贤
（金昌市地震安全性评价所，甘肃金昌737100）

摘要：通过研究预测未来百年龙首山北缘活动断裂的活动性，对活动断裂带进行较长时期的地震危险性概率分析，预测未来百年对金川矿区的地震影响，可以提前做好震害预防措施，最大限度地减少人员伤亡和经济损失，维护社会的稳定和发展。

关键词：龙首山断裂；金川矿区；预测；应用

活动断裂是地震学研究中新兴的一项课题。本世纪初它随着人类对地震灾害的研究程度的提高而开始为地震工作者所重视，而今又因与大型工程（核电站、大型水坝、高层建筑）的基础稳定性紧密相关而俞发显示出其重要性。在这个领域中美国因其先进的科技水平和强大的经济实力而捷足先登，美国西部圣安德烈斯活动大断裂上的观测网点密度已精确在1km以内。数千公里长的断裂两侧设置这么多的观测网点耗资是巨大的，同时也从另一方面说明研究活动断裂的重要性。我国对活动断裂的研究起步较晚，始于50年代末，但因近几十年来我国连续发生几次较大规模的破坏性地震（邢台、唐山、辽东、张北、汶川）和一些大型水电工程的陆续上马（葛洲坝、刘家峡、二滩、三峡）而使我国对活动断裂的研究工作一次次地提高到更新更高的领域。

1　龙首山北缘活动断裂

该断裂带西起桃花拉山南麓，东至金川河，北西西向延伸长约140余km。断裂带由多条近于平行雁列、产状各异的断裂构成，由于受到其他方向横向小断裂割切影响，断裂几何特征较复杂。该断裂形成于加里东期，后经多期活动而断错了不同时代的地层，强烈的垂直差异活动造成龙首山与北侧潮水盆地的反差地貌，多处可见断裂割切了上更新统，局部地段割切了全新统。

该断裂带主体由四条次级断裂组成。东段金川河至宽龙井，岩断裂形成断层三角面和山间槽地，断裂总体呈北70°西方向波状延伸长45km，倾向南西。据钻孔资料垂直断距自白垩纪以来大于1200m，第四纪以来大于200m。白家嘴见前震旦系逆冲与上更新统砂砾石层之上，剖面上保留有两次古地震崩积楔。第二段自骟马湖至保得河，与东段做阶雁列，长30km，倾向西南。沿断裂形成一系列断层三角面、鞍状负地形，沟谷跨断裂后变宽缓，至少在晚更新世有明显活动。第三段自保得河口到黑山头，长约10～15km，倾向南西，与第二段左阶雁列；断裂所经之处山脊、水系普遍位错，断层崖、断层沟槽、孤立残丘随处可见。其中东半段断裂在山前形成两期反向陡坎，早起坎高3m左右，坡角19°～20°，为全新世早起产物，新坎高0.5～1.02m，坡角大于30°，断裂断错了低河漫滩，为1954年山丹级地震遗迹。野外考察结果表明：这次地震主破裂带就位于保得河至大峡河区段，沿断裂保留地裂缝、断层陡坎、滑坡、山崩和鼓包，产生的右旋水平位错为1～1.5m，最大达4m，垂直断距1.2m。在黑山头见断裂断错了坡积层，14C样品测年为距今3363+130a。西段子黑山头以北，经斜坡山和桃花拉山南缘向西隐入戈壁；断面倾向北东，在早、中更新世洪积戈壁中形成7～8m高的断崖地貌。在斜坡山南麓洪积扇上有一新陡坎高2～5m，坡角32°，14C样品测年为距今1583+70a产物。该断裂带向东经阿拉古山、四道山北麓一带隐入沙漠，并断续与图兰泰山北东向晚更新世活动断裂相接。

2　金川矿区近场区地质构造

金川矿区位于河西走廊北缘之龙首山东段，是祁连断褶带与巴彦淖尔断褶带和阿拉善断块的接壤地带；矿区所处地段属祁连山断褶带的河西走廊断拗北缘的龙首山断隆；因此，研究龙首山北缘活动断裂对金川矿区的发展具有重大意义。

金川三矿区露天矿附近可见到断层地质剖面。前震旦系中挤压破碎带宽50～80m，并见30m的断层角砾岩，断层片理化带及断层泥组合。新第三系倾向北东，倾角达50°～30°，中更新统砂砾石层也产生了10°～30°向北东方向的倾斜，地表形成明显断崖陡坎。断层在第三系中形成了170m的断距，其中在中更新统中断距至少为60m，在中更新统地表以下4.5m处亚砂土热释光年代为距今17.9±1.8万年如图1所示。

图1　金昌露天矿地质剖面

白家咀至玉石沟段，断层割切了前震旦系片岩，新第三系砂砾岩，下更新统砾岩及T2～T4级冲洪积阶地砂砾石层。断层沿山前公路边形成醒目的断崖陡坎地貌。陡坎附近为断层挤压破碎角砾岩带宽30～40m，之中向南陡倾的次级断层较发育。玉石沟东氡气房附近可见次级断层割切上更新统天然剖面。由前震旦系变质岩构成的黄褐、黄绿色、铁红色挤压破碎带在公路南2m处形成高5～8m的陡坎，其上部覆盖厚约0.8～1m阶地砾石层在陡坎北侧消失，陡坎内发育2条间距为0.5～0.2m的断层面，向下交于一条，沿断面形成宽10～20cm的以松散砂砾石为主并混有前震旦系成分的挤压破碎带，砾石明显定向排列，内有重结晶石膏填充。由氡气房北侧残留的阶地砾石层判断，断层割切上更新统垂直断距为1.2～1.5m。断层带揉进的亚砂土TL测年结果为距今6.9±1.5万年如图2、3所示。

图2　白家嘴断层剖面

图3　金川矿区近场区地震构造图

3　结论

3.1金川矿区远场区地震构造环境评价

金川矿区处在青藏高原地震构造区祁连山块体与阿拉善地震构造区阿拉善块体的交汇部位。总的说来，本区西南部地壳属于构造不稳定区，断裂构造活动强烈，发生过多次强震和古地震事件；北部地壳属于构造稳定区，地震活动水平相对较低。这是本区地质构造，地震活动的基本背景条件。通过上述区域活动断裂带新活动性、新构造分区、地壳形变、深部构造、地球物理等方面特征的分析，区域范围内强震发生的地震地质环境具有如下特征：

1）区域主体地震活动水平与区域新构造运动和分区有着密切关系。强震主要发生在新构造运动强烈的新构造区，如河西走廊断块区、北祁连山断块区等，特别是新构造分区边界，往往是强震带，有历史地震和古地震发生。

2）强震大部分发生在规模较大的晚更新世以来活动的断裂带上或是由其控制的断陷盆地内，它们与区域性的北西西向和北北西向的走滑或逆走滑断裂有关，如1927年古浪8.0级地震、1954年山丹71/4级地震等。

3）地壳形变是现代地壳运动的表征，地壳形变等值线比较密集，升降变化比较大的地带及其等值线转折、畸变部位往往也是强震发生部位。特别是地壳构造分区界限附近，为深部地球物理场及地形变突变带，是强震发生的有利场所。

4）研究区附近现代区域构造应力场继承了中更新世以来的区域构造应力场特征，表现了明显的分区性，西部地区主压应力方向为北20°～25°东，中部地区主压应力方向为北30°～40°东，东部地区主压应力方向为北50°东左右。在北北东至北东向优势挤压力作用下，北西西及近东西向断裂主要表现为左旋走滑兼压性特征，北西、北北西向断层主要表现为右旋走滑兼挤压性质。两组断裂复合结点部位，容易形成应力集中区，控制6级左右中强地震的发生；在结点间具一定规模的北西西向全新世左旋走滑活断层上，是未来7级以上强震发生的有利场所。

3.2地震活动环境评价

1）龙首山北缘活动断裂位于地震活动水平较高的祁连山—六盘山地震带内。研究区最早的地震记载为公元366年武威南5级地震，最大为1927年古浪8.0级地震。至2011年底，历史记录3级以上地震1368次，其中4～4.9级地震134次，5～5.9级地震42次，6～6.9级地震6次，7～7.9级地震2次，8.0级地震1次。

2）地震空间分布具有明显的不均匀性，祁连山-六盘山地震带地震活动强度大，频度高，最大为8.5级地震。研究区地震空间分布具明显的丛集性及条带性特征。震源皆分布于地壳内，其优势分布层位为10-30km，以北祁连山地区深度相对大，向北到龙首山、阿拉善，震源深度逐渐变浅至10km左右。表明研究区的地震多属于地壳中上层的浅源构造地震。

3）地震活动的时间分布具明显的韵律性。祁连山-六盘山地震带目前处于地震活跃期，未来百年内不能排除发生7级左右地震的危险性。

4）金川矿区历史上经历了多次中强以上地震的影响，这些地震对该工程场地造成最大地震影响烈度为7度。

3.3金川矿区近场区地震构造环境评价

1）金川矿区位于青藏高原北缘龙首山北侧，潮水盆地南缘，大地构造属于华北地台的阿拉善地块与祁连褶皱系河西走廊过渡带交接带，属于构造次稳定区。

2）金川矿区近场区主要位于龙首山区及潮水盆地南缘，受区域构造和岩性的控制，地貌表现为山盆相间的排列格局。近场区大致可划分为中山区、低山丘陵区和戈壁平原3个不同的地质地貌单元。

3）近场区内无历史大震发生，近期小震活动主要集中于场地西北部，活动水平中等。

4）近场区内发育了众多规模不等的断裂，主要分布于龙首山区及边缘，矿区内无断裂通过。这些断裂在近场区全新世以来均无明显活动的地质证据。

5）从上述地震构造环境综合分析，近场区属于第四纪早中期构造运动较强的地区，现代构造运动相对减弱。按特征地震的概念，龙首山北缘活动断裂仅潮水盆地南缘断裂F1、河西堡盆地北缘断裂F2和河西堡盆地南缘断裂F3在晚更新世表现了强烈的挤压逆冲活动特点，这三条活动断裂具备发生7.0级潜在地震的构造条件，未来百年内不排除发生5.5级左右地震的可能性，从而对金川矿区造成最大地震烈度最大为Ⅶ度的影响。地震时，断层不会产生地表破裂带而危及金川矿区工程建筑设施安全。

参考文献：

［1］胡聿贤.地震安全性评价技术教程［J］.地震出版社，1999.

［2］黄汲清.按大地构造观点进行中国地震地质区划的尝试［J］.中国地质科学院院报，1979.

［3］黄汲清，任纪舜.中国大地构造及其演化［M］.北京：科学出版社，1980.

［4］黄汲清.中国及邻区大地构造论文集［D］.地质出版社，1981.

［5］任纪舜，王作勋，陈炳蔚.从全球看中国大地构造—中国及邻区大地构造图简要说明［M］.地质出版社，1999.

［6］胡聿贤，张敏政.缺乏强震观测资料地区地震动参数的估算方法［J］.地震工程与工程振动，1984.

［7］汪素云，俞吉祥，高阿甲.中国分区地震动衰减关系的确定［J］.中国地震，2000，16（2）：57-58.

中图分类号：P5