登登山-池家刺窝断裂晚第四纪活动性定量研究

闵　伟　刘玉刚　陈　涛　疏　鹏　余中元

1)中国地震局地质研究所，活动构造与火山重点实验室，北京　100029 2)浙江省地震局，杭州　310013 3)黑龙江省地震局，哈尔滨　150090



登登山-池家刺窝断裂晚第四纪活动性定量研究

闵伟1)刘玉刚1)陈涛2)疏鹏1)余中元1，3)

1)中国地震局地质研究所，活动构造与火山重点实验室，北京100029 2)浙江省地震局，杭州310013 3)黑龙江省地震局，哈尔滨150090

登登山-池家刺窝断裂位于阿尔金断裂东端宽滩山隆起的NE侧，总体走向NW，地貌上表现为醒目的断层陡坎；登登山段长约19km，池家刺窝段长约6.5km。通过卫星影像解译、探槽开挖、断错地貌测量及年龄样品测试等工作，研究了2条断裂的新活动特征。宽滩山NE麓普遍发育3级地貌面，即山前基岩侵蚀台面和冲沟I、Ⅱ级阶地。登登山断裂断错除I级阶地以外的其他地貌面，陡坎高度普遍在1.5m左右，最大高度2.6m 。探槽揭露登登山断裂晚更新世以来有3次古地震事件，3次事件的总断距约2.7m，一次事件的垂直断距为0.5～1.2m，事件Ⅰ大约发生于距今5ka；事件Ⅱ大致发生于距今2×104a，事件Ⅲ大致发生于距今3.5×104a，重复间隔约1.5×104a，晚更新世以来的垂直滑动速率约为 0.04mm/a。

池家刺窝断裂断错了所有3级地貌面，陡坎最大高度为4m，一般在2m左右。探槽揭露池家刺窝断裂晚更新世以来也有3次古地震事件，3次事件的总断距约3.25m，1次事件的垂直位错为0.75～1.5m，晚更新世以来断裂垂直滑动速率为 0.06mm/a。池家刺窝断裂古地震事件年代限定较差，但最新1次事件晚于登登山断裂，根据登登山断裂古地震事件的研究结果，推测池家刺窝断裂古地震重复间隔接近于登登山断裂的1.5×104a左右。

池家刺窝断裂的最新活动时代晚于登登山断裂，1次事件的垂直位错及晚更新世以来的垂直滑动速率都比登登山断裂略大，2条断裂之间还有长约5km的不连续段，被第四纪冲洪积砂砾石层覆盖，地形平坦，断裂地貌特征不发育，这些都表明登登山断裂和池家刺窝断裂具有明显的分段活动特征。

阿尔金断裂以北的登登山和池家刺窝断裂规模都不大，垂直滑动速率仅为0.04～0.06mm/a，远小于祁连山断裂及酒西盆地内NW向断裂的垂直滑动速率，反映出构造变形主要限制在高原内部及河西走廊地区，登登山和池家刺窝断裂以低滑动速率、古地震复发间隔很长(>104a)的缓慢构造变形为特征。

阿尔金断裂登登山断裂池家刺窝断裂滑动速率古地震

0　引言

许多研究成果表明，阿尔金断裂带上的左旋走滑位移是通过高原内部的变形和边缘山脉的隆升逐步吸收的(Burchfieletal.，1989; 国家地震局阿尔金活动断裂带课题组，1992；丁国瑜，1995；meyeretal.，1998；metivieretal.，1998；徐锡伟等，2003；李海兵等，2006; Zhangetal.，2007; 郑文俊等，2009)。阿尔金断裂东端位于其与祁连山断裂交会部位以东，沿阿尔金断裂的左旋走滑转换为祁连山断裂的逆冲及褶皱隆起，因此，该地区也是研究青藏高原隆升和生长过程的热点地区之一。祁连山北缘断裂最西端的玉门断裂和中段的张掖断裂垂直滑动速率分别为(0.35±0.05)mm/a和(0.64±0.08)mm/a(Hetzeletal.，2002，2004)。龚建业等(2007)通过卫星影像解译，认为在疏勒河以东阿尔金断裂呈 “树枝状”展布，除近EW向的主干断裂外，还有一些与主干断裂相交的NW向断裂，它们的作用可能类似于祁连山断裂，吸收沿阿尔金断裂的左旋走滑位移；阿尔金断裂的左旋走滑速率在肃北—石包城段为(11.5±3.5)mm/a左右，疏勒河口段减少到(4.8±1)mm/a左右，疏勒河东滑动速率减为(2.2±0.2)mm/a(徐锡伟等，2003)，再往东沙坪附近只有 0.9mm/a(陈柏林等，2008)。同时在酒西盆地内还发育1组NW向的逆冲断层，研究结果表明阴洼山断裂的垂直活动速率约为 0.18mm/a(闵伟等，2002)，新民堡断裂的垂直活动速率约为 0.24mm/a(闵伟等，2002)，嘉峪关断裂的逆冲滑动速率为 0.22mm/a(Zhengetal.，2013)。宽滩山隆起NE侧还发育1组NW向断裂，近些年我们对这组断裂中规模最大的登登山-池家刺窝断裂通过卫星影像解译、开挖探槽、年代样品测试、断错地面剖面测量等工作，获得了晚第四纪以来的定量活动参数，这些研究成果对于认识该地区的地震危险性以及阿尔金断裂东端的构造变形机制等都具有重要意义。

1　研究区地质构造概况

图1　研究区地质构造略图Fig. 1　The geological sketch map of the studying area.F1三危山断裂；F2花海断裂；F3登登山-池家刺窝断裂；F4阿尔金断裂；F5 黑山断裂；F6金塔南山断裂；F7阴洼山断裂；F8新民堡断裂；F9北大河断裂；F10嘉峪关断裂；F11祁连山断裂；F12昌马断裂；F13大雪山断裂

研究区位于阿尔金断裂与祁连山断裂交会部位以东(图1)，近NEE向的阿尔金断裂(F4)过昌马大坝后断续延伸到宽滩山，断裂以北分布了宽滩山隆起区，最高海拔2,244m位于隆起区的最东端，向NW海拔高度迅速降低为1,400m左右的台地。隆起区西侧为玉门盆地，构造走向为NE—NNE，如NE走向的三危山及三危山断裂(F1)；东侧为花海盆地，发育NW走向的花海隐伏断裂(F2)。阿尔金断裂以南为酒西盆地和祁连山隆起区，构造走向NW，新构造运动强烈，活动断裂发育，地震活动频繁，除控制酒西盆地的阿尔金断裂(F4)和祁连山断裂(F11)外，酒西盆地内还发育1组NW向的活动断裂(F7、F8、F9、F10)。在祁连山隆起内沿昌马断裂发生过1932年7.6级地震，在酒西盆地内也多次发生破坏性地震。本文所研究的登登山-池家刺窝断裂(F3)就位于宽滩山隆起的NE侧，它分割了这2个构造走向不同、活动强度具有明显差异的构造单元。

2　登登山断裂

2.1登登山断裂新活动的地貌表现

登登山断裂主要分布于登登山山前及以东(图2)，卫星影像上线性特征明显，呈向NE突出的弧形，长约19km。根据走向及地貌特征可以分为西、中和东3段，西段主要分布于登登山前，走向N60°W，长约11km，为坡向NE的地貌陡坎；中段主要分布于黑尖山两侧冲洪积台面上，走向N45°W，地貌陡坎不很明显，长约5km；东段分布于黑尖山东前震旦系片麻岩构成的低山南侧，走向N30°W，为坡向SW的地貌陡坎，长约3km。

图2　登登山断层分布图Fig. 2　The distribution map of Dengdengshan Fault.

2.1.1西段

登登山断层西段主要表现为醒目的地貌陡坎，卫星影像解译及野外调查表明，登登山前发育1个基岩侵蚀台地，台地上大部分地段前震旦系直接出露地表，部分地段覆盖了厚几十cm的第四纪冲洪积砂砾石层，断裂断错基岩台面和横跨该基岩台面的冲沟阶地及洪积扇，形成坡向NE、高度不同的地貌陡坎。图3a为断错基岩台面的陡坎，图3b为横跨该陡坎实测的地形剖面Dx-1，显示陡坎高约2.6m；图3c为断错冲沟Ⅱ级阶地的陡坎，图3d为实测Ⅱ级阶地陡坎剖面Dx-2，显示陡坎高约0.4m。

2.1.2中段

登登山断层中段黑尖山段以黑尖山为中心，呈向NE突出的弧形，长约5km，弧顶位于黑尖山。黑尖山NW侧有高度不大的坡向NE的陡坎(图4a)，走向310°，陡坎SW侧为基岩台地，上覆几十cm厚的第四纪冲洪积砂砾石层，NE侧为第四纪冲洪积扇；图4b为横跨该陡坎实测的地形剖面Dx-3，显示陡坎高约0.6m。黑尖山前洪积扇面平缓，没有地貌陡坎显示。东南侧为冲洪积扇面，地表为很缓的缓坡，没有明显的地貌陡坎，但可以看到1条明显的线性影像，走向340°，两侧植被明显不同(图4c)，沿此线性影像开挖探槽Tc-1，证实有断层存在(图5)。

图4　登登山断裂中段地貌陡坎照片及地形剖面图Fig. 4　The the scarps photos and topographic profiles along the middle segment of Dengdengshan Fault.a 断层陡坎照片；b 实测陡坎剖面；c 断层地貌照片

图5　黑尖山以东段探槽Tc-1Fig. 5　The trench Tc-1 in the east of Heijianshan.1 灰绿色砂砾石层，2 次生石膏层，3 砂质泥岩，4 正断层；a NW壁局部照片，b 西北壁局部剖面图

探槽Tc-1西北壁照片及剖面如图5 所示，揭露的地层如下：

① 晚更新世灰绿色砂砾石层，粒径约1cm，具有水平层理；②红色次生石膏层；③晚更新世浅黄色砂砾石层，粒径<1cm；④新近纪黄色砂质泥岩。

探槽内出露1条NE倾的高角度正断层F，产状330°/NE∠82°。断层F断错了剖面上所有地层至地表，但断距很小。断层两侧所有地层的断距基本一致，约0.15m。

2.1.3东段

分布于黑尖山东约3km的前震旦纪片麻岩构成的低山南侧，走向340°，长约3km。地貌上有1高度不大的坡向SW的陡坎(图6a，c)，陡坎东北侧为基岩台地，上覆十几cm厚的第四纪冲洪积砂砾石层，西南侧为第四纪冲洪积扇，横跨该陡坎实测的地形剖面Dx-4和Dx-5(图6b，d)，显示陡坎高约0.6m。

图6　登登山断裂东段地貌陡坎照片及地形剖面Fig. 6　The scarps photos and topographic profiles along the east segment of Dengdengshan Fault.a 断层陡坎照片；b 实测陡坎剖面；c 断层陡坎照片；d 实测陡坎剖面

图7　登登山东段探槽Tc-2 西北壁剖面图Fig. 7　The log of northwestern wall of trench Tc-2 along the east segment of Dengdengshan Fault.1 表层砂土层; 2 细砂层; 3 细砂土层; 4 砂砾石层; 5 细砂夹小砾石；6 片麻岩; 7 断层带; 8 正断层；9 光释光样品

垂直于地貌陡坎开挖探槽Tc-2，长约10m，宽2.0m，深约2.5m。图7 为探槽西北壁剖面图，揭露出的主要地层如下： ①表层冲积砂土夹小砾石；②灰白色细砂层；③灰白色粉细砂土；④淡黄色粉细砂土；⑤淡红色粉细砂土，夹小砾石；⑥淡黄色砂砾石层，粒径1～2cm；⑦灰绿色片麻岩；层⑦为前震旦系，其他都为晚更新世以来的地层。

探槽揭露出F1—F5等5条断层，总体走向330°，F1—F4倾向SW，F5倾向NE，都为高角度正断层，其中F3为主断层，断距最大，在探槽开挖深度内断层下降盘没有揭露出基岩。在层③顶部采集光释光样品hc-10，经测试其年龄为(8.4±0.8)ka，因此，为全新世活动断裂。

2.2登登山断裂古地震探槽剖面

登登山断裂基本没有天然剖面出露，为了揭示其断错剖面特征，沿断裂开挖了多个探槽，下面介绍其中部分探槽。

2.2.1探槽Tc-3

登登山山前断裂普遍没有断错冲沟Ⅰ级阶地，为了查明Ⅰ级阶地的年代以及与断层的关系，在玉花公路38km处Ⅰ级阶地断层穿过位置开挖1个探槽，探槽南壁如图8 所示，揭露出的地层如下：

图8　玉花公路38km处Tc-3探槽东南壁剖面图Fig. 8　The log of southeastern wall of trench Tc-3 at 38km site along Yuhua highway.1 灰绿色中细砾砂砾石层; 2 淡红色中粗砾砂砾石层; 3 灰绿色片麻岩; 4 逆断层; 5 光释光样品采样点

①灰绿色粗砂与细砾石互层，松散；②淡红色粗砂与砾石层，含次生石膏层；③片麻岩断层破碎带。除层③为前震旦系外，其他地层都为晚第四纪地层。

探槽只揭露出1条断层F，产状310°/SW∠30°，为片麻岩逆冲于层②砂砾石层之上，被厚约1m的层①灰绿色砂砾石覆盖，因此，断层最新一次活动应该在层①堆积之前。在层①底部和层②顶部分别采集1块光释光样品hc-1和hc-2，经测试其年龄分别为(4.5±1.3)ka和(7.6±3.0)ka。因此，表明断裂最新一次活动发生于距今(4.5±1.3)～(7.6±3.0)ka，为全新世活动断裂。

2.2.2探槽Tc-4

探槽Tc-4开挖于登登山断裂西段基岩台面陡坎前缘，探槽长13m，宽2.5m，最深3m。图9 为探槽西北壁照片和剖面图，揭露出的主要地层为： ①灰白色表层冲洪积粗砂夹小砾石；②淡红色洪积粗砂砾石层，砾径1～2cm，角砾状，含砂较多，远离断层含细砂层透镜体；③灰绿色砾石层与细砂互层；④灰绿色砂砾石层，砾径1～2cm；⑤浅红色细砂砾石层，砾径1cm为主，顶部有厚约5cm的次生石膏层；⑥灰绿色粗砾石层与粗砂层互层，砾径2～4cm；⑦淡黄色粗砂层；⑧灰绿色片麻岩；除层⑧为前震旦系外，其他地层都为晚第四纪地层。

图9　登登山断裂西段探槽Tc-4西北壁照片和剖面图Fig. 9　The photo and log of northwestern wall of trench Tc-4 along western segment of Dengdengshan Fault.1 表层砂土夹砾石; 2 砂砾石层; 3 细砂层; 4 砂脉；5 次生石膏层; 6 粗砂层; 7 片麻岩; 8 逆断裂；9 光释光样品

图10　登登山断裂探槽Tc-5东南壁照片和剖面图Fig. 10　The photo and log of southeastern wall of trench Tc-5 along Dengdengshan Fault.1 表层砂土夹砾石; 2 粗砂层; 3 砾石层; 4 砂砾石层; 5 细砂层; 6 片麻岩; 7 逆断裂; 8 光释光样品采样点

探槽揭露2条逆断层F1和F2，F1产状为300°/SW∠54°，F2产状为300°/SW∠70°。剖面上看不出地震崩积楔等古地震标志，但根据断层断错不同层位及断层两盘相同层位的断距差异，可以分析出2次古地震事件。第1次事件沿断层F1和F2发生，断错层⑥、⑦，随后堆积了层⑤以上地层。第2次事件沿断层F1和F2发生，F2断错了层⑤，同时F1也活动，断错了层⑤和层③，但断距只有约20cm，随后堆积了层②及层①。断层两侧片麻岩顶面垂直位移2.5～2.7m，共有2次古地震事件发生，平均每次事件的位移为1.25～1.35m。

在层⑤顶部采集1块光释光样品hc-3，在层⑦顶部和底部分别采集光释光样品hc-4和hc-5，经测试，其年龄分别为(32.1±7.0)ka、(39.5±1.3)ka和(67.2±6.1)ka，第1次事件发生于(39.5±1.3)ka BP以来，第2次事件发生于(32.1±7.0)ka BP以来。

2.2.3探槽Tc-5

探槽Tc-5开挖于登登山断裂中段1冲沟的Ⅱ阶地上，地貌上有1高度约0.3m的陡坎，探槽垂直地貌陡坎开挖，探槽长10m，宽3m，最深处超过3m。图10 为探槽东南壁剖面图，揭露出的主要地层为： ①灰绿色冲洪积粗砂层夹小砾石，砾径1cm；②淡红色冲洪积细砂夹砾石层，砾径5cm为主，近断层处发生牵引变形；③灰绿、浅红色冲洪积砾石层，砾径5～10cm，顶部夹细砂层；④浅红色冲洪积砾石层夹粗砂层，砾径5cm为主；⑤灰绿色片麻岩；除层⑤为前震旦系外，其他地层都为晚第四纪地层。

探槽揭露2条相距约20cm的逆断层F1和F2，产状基本一致，310°/SW∠57°，该剖面可以分析出1次古地震事件。早期在近水平的基岩侵蚀面上堆积了层④、③和②，1次错动事件沿断层F1和F2发生，断错层④、③和②，断层F1上盘的层②被侵蚀，随后堆积了层①。断层两侧基岩断距1～1.2m，这也是这次古地震事件的垂直断距。

在层②中部的细砂层和层③顶部的细砂透镜体中分别采集光释光样品hc-6和hc-7，经测试，其年龄分别为(19.8±0.7)ka和(55.3±3.3)ka，这次古地震事件应发生于距今(19.8±0.7)ka以来。

2.2.4探槽Tc-6

登登山断层西段在固化库附近地貌上表现为断错侵蚀基岩台地的地貌陡坎，基岩台地相当于登登山前的Ⅲ级地貌面，但陡坎高度较低，只有1.2m。垂直陡坎开挖探槽Tc-6，长10m，宽2.5m，最深处>3m。图11 为探槽东南壁照片及剖面图，揭露出的主要地层如下： ①表层冲积砂土夹小砾石；②上部浅红、下部浅灰色砂砾石层，粒径约2cm，含次生石膏；③灰绿色粗砂夹砾石层，粒径约1cm；④浅红色砂砾石层，砾石较粗，粒径为2～5cm；⑤灰绿色砾石层，粒径<2cm，磨圆较好；⑥浅红色泥岩；⑦灰绿色片麻岩；层⑦为前震旦纪，层⑥为新近纪，其他都为晚更新世以来的地层。

图11　登登山断裂探槽Tc-6东南壁照片及剖面图Fig. 11　The photo and log of northwestern wall of trench Tc-6 along Dengdengshan Fault.1 表层砂土层; 2 砂砾石层; 3 砾石层; 4 泥岩; 5 片麻岩; 6 逆断层; 7 断层带

该探槽揭示出3条逆断层，倾角45°～60°不等。根据断层断错不同层位以及断层两侧相同层位断距不同，可以分析出2次古地震事件。

第1次事件沿F2和F3发生，新近纪泥岩及前震旦纪片麻岩分别沿F3、F2逆冲于层③、④、⑤之上，随后堆积了层②。

第2次事件主要沿F1发生，前震旦纪片麻岩沿F1逆冲于层②之上，同时，F3也断错层②发生10～20cm的垂直位错。断层上盘前震旦纪片麻岩顶面到断层下盘新近纪泥岩顶面的距离为2.5m，因此，2次事件的总垂直位错为2.1～2.5m，平均1.05～1.25m。

2.3登登山断裂活动性质及定量活动参数

2.3.1断裂活动性质

通过野外调查、地貌陡坎测量、探槽开挖和年龄样品测试，表明登登山断裂为1条全新世活动断裂，可以分为活动特征不同的西、中、东3段。西段地貌上表现为坡向NE的陡坎，断错不同地貌面，形成高度不同的地貌陡坎，最高约2.6m。探槽剖面显示为SW倾的逆断层，基岩断距约2.7m。中段地貌上也表现为坡面向NE倾的陡坎，但陡坎高度普遍较低，最高约1m。探槽剖面显示为近于直立的逆断层，断距<1m。东段地貌上表现为SW倾的陡坎，但陡坎高度也较低，普遍<1m。探槽剖面显示为SW倾正断层，断距较大。地貌陡坎特征和探槽剖面显示登登山断裂为1条枢纽断层，西段为逆走滑，中段为逆冲，东段为正走滑，只是由于第四纪以来的走滑分量很小，地表看不出走滑位移特征。

2.3.2古地震期次及离逝时间

根据Tc-3、Tc-4和Tc-5确定的古地震事件及其年代样品值，运用古地震逐次限定法(图12)确定了3次古地震及大致发震时间，事件Ⅰ由探槽Tc-3确定，发生于(4.5±1.3)～(7.5±3.0)ka BP，大约距今5ka；事件Ⅱ由探槽Tc-4和Tc-5确定，发生于(19.8±0.7)～(32.1±7.0)ka BP；事件Ⅲ由探槽Tc-4确定，发生于(32.1±7.0)～(39.5±1.3)ka BP。事件Ⅱ和Ⅲ年代样品限定的时间尺度较大，确定的古地震发生时间的误差较大。 由于探槽揭露的3次事件中每次事件的垂直位移大致相同，事件Ⅰ的年龄限定相对较好，假定地震复发具有准周期特征，事件Ⅱ的年龄更接近于(19.8±0.7)～(32.1±7.0)ka的下限，大致发生于距今2×104a。 事件Ⅲ的年龄为(32.1±7.0)～(39.5±1.3)ka，大致发生于距今3.5×104a左右，事件重复间隔约1.5×104a，离逝时间约0.5×104a。

图12　登登山断裂古地震综合分析图Fig. 12　Comparison of paleoearthquakes and recurrence interval for large earthquakes documented in trenches along Dengdengshan Fault.

2.3.3登登山断裂垂直滑动速率

在探槽Tc-4断裂下盘第四系底部取热释光样品测试的年龄为(67.2±6.1)ka，基岩断距约2.7m，由此计算的晚更新世以来的垂直滑动速率约为 0.04mm/a。

3　池家刺窝断裂

池家刺窝断裂分布于宽滩山隆起NE侧，断错山前基岩侵蚀台面和横跨该基岩台面的冲沟阶地及洪积扇，形成长约6.5km，坡向NE、走向300°的地貌陡坎(图13)。

图13　池家刺窝断层SPOT卫星影像图Fig. 13　The SPOT satellite image of Chijiaciwo Fault.

3.1池家刺窝断裂新活动的地貌表现

断层陡坎是池家刺窝断裂最显著的地貌表现。与登登山断裂类似，宽滩山隆起NE侧山前也发育1基岩侵蚀台地，断裂断错基岩台面和横跨该基岩台面的冲沟阶地及洪积扇，形成坡向NE、高度不同的断层陡坎。图14a为西段断错基岩台面的陡坎，图14b为实测陡坎地形剖面，陡坎高约1.5m，图14c为某冲沟Ⅰ级阶地断层陡坎照片，图14d为实测Ⅰ级阶地陡坎剖面，显示陡坎高约0.9m。图15a为东段断错洪积台地及Ⅰ级阶地陡坎的照片，图15b为实测洪积台地陡坎剖面，陡坎高约2.1m；图15c为最东端断错洪积台地的陡坎照片，图15d为实测洪积台地陡坎剖面，显示陡坎高约4m。因此，陡坎高度由西向东逐渐增大。

3.2池家刺窝断裂古地震探槽剖面

沿池家刺窝断裂也开挖了大量探槽，下面介绍其中部分探槽。

图14　池家刺窝断裂西段地貌陡坎照片及实测地形剖面Fig. 14　The scarp photos and topographic profiles of the west segment of Chijiaciwo Fault.a 洪积扇断层陡坎照片; b 实测Dx-1地形剖面；c Ⅰ级阶地陡坎照片；d 实测Dx-2地形剖面

图15　池家刺窝断裂东段地貌陡坎照片及实测地形剖面Fig. 15　The scarp photos and topographic profiles of the east segment of Chijiaciwo Fault.a 断层陡坎地貌照片；b 实测Dx-3地形剖面；c 山前洪积台地陡坎照片；d 实测地形Dx-4剖面

3.2.1探槽Tc-1

探槽Tc-1位于某冲沟的Ⅰ级阶地上(图15a站人处)，垂直陡坎开挖，长约11m，宽2m，最深约3m，图16 为探槽西北壁照片及剖面图，揭露出的主要地层为： ①灰色表层冲积砂土夹小砾石；②灰绿色粗砂层，顶部含较多砾石，粒径1～2cm；③上部灰绿、下部浅红色粗砂层，含粒径约2cm的小砾石；④浅黄色砂砾石层，粒径1cm为主；⑤浅红色砂砾石，粒径2cm为主；⑥下部灰白、上部浅黄色的细砂层；⑦黄色泥岩；⑧灰绿色片麻岩；探槽揭露的地层中层⑧为前震旦系，层⑦为新近系，其他地层都为晚第四纪地层。

该探槽揭示出3条逆冲断层，其中F2和F3组成1断裂破碎带，宽10～20cm，充填了定向排列的砾石。F3倾向SW，倾角80°；F1也倾向SW，倾角50°。根据断层断错不同层位以及断层两侧相同层位断距的不同，可分析出3次古地震事件。

第1次事件沿F1—F3发生逆冲活动，层⑧断层F1、F2逆冲于层⑤砾石层之上，若以层⑤厚度作为断距，垂直断距约1m；同时F3也发生逆冲活动，层⑦逆冲于层⑥之上，层⑦顶面为标志，垂直断距约0.50m；随后堆积了层③、④，第1次事件的总断距约1.5m。

第2次事件主要沿F2、F3发生逆冲活动，层⑧逆冲于层③、④之上，同时在层③、④中形成地裂缝，被细砂充填形成砂脉；若以层⑤厚度作为断距，垂直断距约1m；断层F1也发生轻微逆冲活动，断错层③、④，逆冲断距只有几cm；随后堆积了层②。以层③、④厚度作为断距的话，垂直断距约1m。

第3次事件沿F2、F3发生逆冲活动，层⑧逆冲于层②之上；若以层②厚度作为断距，垂直断距约0.75m。

因此，3次事件的总断距约3.25m，也是断层上盘前震旦纪片麻岩顶面到断层下盘新近纪泥岩顶面的距离，1次事件的垂直位错为0.75～1.5m，平均约1.08m。

3.2.2探槽Tc-2

探槽Tc-2位于池家刺窝断错东南端与基岩台面高度相同的第四纪洪积台地陡坎前缘(图15c)。探槽垂直地貌陡坎开挖，探槽长约8m，宽2m，最深约2.5m，图17 为探槽东南壁剖面图，揭露出的主要地层如下： ①灰绿色表层冲洪积砂土夹小砾石；②地震崩积楔，混杂堆积的砂砾石；③灰绿色细砂砾石层，砾径1～2cm，具有水平层理；④灰绿色粗砂砾石层，砾径2～5cm，具有水平层理；⑤浅黄色细砂层；⑥地震构造楔，混杂堆积的砂砾石。

图17　探槽Tc-2西北壁照片及剖面图Fig. 17　The photo and log of northwestern wall of trench Tc-2 along Chijiaciwo Fault.1 砂土夹小砾石；2 砾石层；3 细砂砾石层；4 细砂层；5 正断层；6 光释光样品采集点

探槽揭露的地层都没有胶结，非常松散。在洪积台面即断层下盘中上部距地表约1m的层⑤浅黄色细砂层中采集1个光释光样品hc-16，经测试，其年龄为(58.8±4.0)ka，因此，探槽揭露的地层都属于晚第四纪。

该探槽揭示出2条断层，F1为NE倾的正断层，倾角80°；F2为SW倾的正断层，倾角70°。根据断层断错不同层位可以分析出3次古地震事件： 第1次事件沿F1和F2发生正断，断错层④和⑤，形成构造楔⑥，随后堆积了层③；第2次事件主要沿F1发生正断，断错层③，并形成崩积楔②；第3次事件沿F1发生正断，断错崩积楔②至地表。

由于断层两侧地层都为冲洪积砂砾石层，缺乏可信的标志层，所以，断层两侧地层不好对应，现在划分的断层两侧层④不一定是同一套地层，因为地表陡坎高约2.1m。在层⑤中采集1个光释光样品hc-16，经测试，其年龄为(58.8±4.0)ka。

3.2.3池家刺窝探槽Tc-3

探槽Tc-3位于探槽Tc-2东南约30m的同一级地貌面陡坎前缘。探槽垂直地貌陡坎开挖，长约8m，宽2m，最深约2.5m，图18 为探槽东南壁照片及剖面图，揭露出的主要地层如下： ①表层冲积砂土夹小砾石；②浅红色砂砾石层，棱角状，粒径2～5cm，含多层厚1cm左右的次生石膏；③灰绿色粗砂夹砾石层，粒径约1cm；④浅灰色粗砂层；⑤灰绿色砾石层，粒径2cm为主；⑥灰绿色粗砂砾石层，最大粒径约10cm；⑦灰绿色砂砾石层，粒径2～5cm，具有水平层理；⑧浅黄色细砂土透镜体；该探槽揭露出的都为晚更新世以来的地层。

图18　探槽Tc-3东南壁照片及剖面图Fig. 18　The photo and log of southeastern wall of trench Tc-3 along Chijiaciwo Fault.1 砂土夹小砾石；2 砂砾石层；3 粗砂层；4 细砂层；5 逆断层；6 正断层；7 光释光样品采集点

该探槽揭示出4条高角度断层，其中F1为正断层，F2—F4为逆断层。根据断层断错不同层位以及断层两侧相同层位断距的不同，可以分析出3次古地震事件：

第1次事件沿F4发生逆冲活动，层④、⑤逆冲于层⑥之上，随后堆积了层③。由于断层两侧地层不能对比，层⑤顶面到槽底的距离约1.3m，这次事件的垂直断距应在1.3m左右。

第2次事件主要沿F2、F3发生逆冲活动，断错层③、④，随后堆积了层②。以层④顶面为标志，F2与F3的垂直断距皆为0.35m，第2次事件的总断距约0.7m。

第3次事件沿F1发生正断活动，断错层②，以层⑧顶面为标志，垂直断距约0.8m。

因此，3次事件的总断距约2.8m；3次事件垂直位错为0.7～1.3m，平均约0.93m。由于F1西南侧层⑦在断层东北侧看不出对应层位，因此，从探槽内看不出最老地层的总断距。

3.3池家刺窝断裂活动性质及定量活动参数

3.3.1断裂活动性质

池家刺窝断裂地貌上表现为醒目的坡向NE、断错不同地貌面的陡坎，西段陡坎高约1.5m，东段最高约4m，陡坎高度由西向东逐渐增大。垂直陡坎开挖的探槽揭露出的断层主要为倾向SW的逆断层，最东端为近于直立的正断层。测年数据表明断裂为全新世活动断裂。沿池家刺窝断裂开挖的探槽剖面表明，大部分都为倾向SW的逆断层，只有东端的探槽既有逆断层，也有正断层，但逆断层为主，正断层为上盘的次生构造，因此池家刺窝断裂为逆断裂。

3.3.2古地震期次及离逝时间

多个探槽显示有古地震遗迹，综合分析有3次古地震事件，3次事件的总断距约3.25m，也是断层上盘前震旦纪片麻岩顶面到断层下盘新近纪泥岩顶面的距离，1次事件的平均垂直位错约1.1m，比登登山断裂1次事件的垂直位错略大。

登登山断层没有断错光释光年龄为(4.5±1.3)ka的Ⅰ级阶地，而池家刺窝断层断错了Ⅰ级阶地，因此，池家刺窝断裂最新一次活动发生于(4.5±1.3)ka BP以后。由于在池家刺窝断裂探槽中采集的光释光年龄样品测年结果离散很大，不能确定每次事件的发生年代和复发间隔。池家刺窝断裂紧邻登登山断裂，2条断裂探槽揭露的古地震事件具有很多共同点，如都有3次事件，每次事件的平均位移都在1m左右，因此，认为池家刺窝断裂的古地震复发间隔与登登山大致相同，约1.5×104a左右，离逝时间<(4.5±1.3)ka。

3.3.3断裂垂直滑动速率

在Tc-2中的断错第四纪洪积台地上距地表约1m处采集的光释光样品年龄为(58.8±4.0)ka(图17)，洪积台面的陡坎最大高度为4m，由此计算出断裂晚更新世以来的垂直滑动速率为 0.06mm/a。

4　主要结论及讨论

4.1主要结论

通过对2条断裂活动性的定量研究，表明它们具有明显的分段活动特征：

(1)几何不连续登登山断裂东段走向340°，池家刺窝断裂走向300°，2条断裂走向差异较大，而且2条断裂之间有长约5km的不连续段，被第四纪冲洪积砂砾石层覆盖，地形平坦，断裂地貌特征不发育。

(2)地貌特征登登山和宽滩山NE麓普遍发育3级地貌面，即山前基岩侵蚀台面和冲沟I、Ⅱ级阶地。池家刺窝断裂断错所有3级地貌面，陡坎最大高度为4m，普遍在2m左右；登登山断裂断错除I级阶地以外的其他地貌面，陡坎最大高度2.6m，普遍在1.5m左右；显示池家刺窝断裂最新活动时代新于登登山断裂，活动强度也略大于登登山断裂。

(3)定量活动参数登登山断裂晚更新世以来有3次古地震事件，3次事件的总断距约2.7m，1次事件的垂直断距为0.5～1.2m，事件Ⅰ发生于距今大约5ka；事件Ⅱ大致发生于距今2×104a，事件Ⅲ大致发生于距今3.5×104a，重复间隔约1.5×104a，离逝时间约0.5×104a，晚更新世以来的垂直滑动速率约为 0.04mm/a。

池家刺窝断裂晚更新世以来也有3次古地震事件，3次事件的总断距约3.25m，1次事件的垂直位错为0.75～1.5m，晚更新世以来的垂直滑动速率为 0.06mm/a。池家刺窝断裂1次事件的垂直位错及晚更新世以来的垂直滑动速率都比登登山断裂略大。

池家刺窝断裂古地震事件年代限定较差，但最新一次事件晚于登登山断裂，根据登登山断裂古地震事件的研究结果，推测池家刺窝断裂古地震重复间隔约1.5×104a左右，离逝时间<5ka。

综上所述，登登山断裂和池家刺窝断裂活动特征不同，具有明显的分段活动特征。

4.2讨论

阿尔金断裂的左旋走滑速率在与祁连山断裂交会部位以东迅速减小，被祁连山断裂的逆冲及褶皱隆起、酒西盆地内的NW向逆冲断层所吸收。祁连山北缘断裂最西端的玉门断裂和中段的张掖断裂垂直滑动速率分别为(0.35±0.05)mm/a和(0.64±0.08)mm/a(Hetzeletal.，2002，2004)。酒西盆地内阴洼山断裂的垂直活动速率约为 0.18mm/a(闵伟等，2002)，新民堡断裂的垂直活动速率约为 0.24mm/a(闵伟等，2002)，嘉峪关断裂逆冲滑动速率 0.22mm/a(Zhengetal.，2013)。这些断裂都以逆冲活动为主，活动速率差别不大，说明高原边缘变形是通过连续变形的模式完成的。阿尔金断裂以北宽滩山隆起NE侧的NW向登登山断裂和池家刺窝断裂规模都不大，垂直滑动速率仅为0.04～0.06mm/a，远小于祁连山断裂及酒西盆地内的NW向断裂垂直滑动速率，反映出构造变形主要限制在高原内部及河西走廊地区，登登山和池家刺窝断裂以低滑动速率、古地震复发间隔很长(>1×104a)的缓慢构造变形为特征。

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The Chijiaciwo Fault，however，dislocated all three geomorphic surfaces，and the general scarp height is about 2.0 meters with the maximum up to 4.0 meters. Three paleoseismic events are determined since late Pleistocene through trenching，and the total displacement of three events is about 3.25 meters，the average vertical dislocation of each event changed from 0.75 to 1.5 meters，and the vertical slip rate since the late Pleistocene is about 0.06mm/a. Although the age constraint of paleoearthquakes on Chijiaciwo Fault is not as good as that of Dengdengshan Fault，the latest event on Chijiaciwo Fault is later than Dengdengshan Fault’s. Furthermore，we infer that the recurrence interval of Chijiaciwo Fault is 15kaBP，which is close to that of Dengdengshan Fault.

The latest event on Chijiaciwo Fault is later than the Dengdengshan Fault’s，and the vertical displacement and the slip rate of a single event in late Quaternary are both larger than that of Dengdengshan Fault. Additionally，a 5-kilometer-long discontinuity segment exists between these two faults and is covered by Quaternary alluvial sand gravel. All these indicate that the activity of the Chijiaciwo Fault and Dengdengshan Fault has obvious segmentation feature.

The size of Chijiaciwo Fault and Dengdengshan Fault are small，and the vertical slip rate of 0.04～0.06mm/a is far smaller than that of Qilianshan Fault and the NW-striking faults in Jiuxi Basin. All these indeicate that the tectonic deformation of this region is mainly concentrated on Hexi Corrider and the interior of Tibet Plateau，while the activties of Chijiaciwo and Dengdengshan faults are characterized by slow slip rate，long recurrence interval(more than 10ka)and slow tectonic deformation.

THE QUANTATIVE STUDY ON ACTIVITY OF DENGDENGSHAN-CHIJIACIWO FAULTS SINCE LATE QUATERNARY

MIN Wei1)LIU Yu-gang1)CHEN Tao2)SHU Peng1)YU Zhong-yuan1，3)

1)KeyLaboratoryofActiveTectonicsandVolcano，InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029，China2)EarthquakeAdministrationofZhejiangProvince，Hangzhou310031，China3)EarthquakeAdministrationofHeilongjiangProvince，Harbin150090，China

The Dengdengshan and Chijiaciwo faults situate in the northeast flank of Kuantanshan uplift at the eastern terminal of Altyn Tagh fault zone，striking northwest as a whole and extending 19 kilometers and 6.5 kilometers for the Dengdengshan and Chijiaciwo Fault，respectively. Based on satellite image interpretation，trenching，faulted geomorphology surveying and samples dating etc.，we researched the new active characteristics of the faults. Three-levels of geomorphic surfaces，i.e. the erosion rock platform，terrace I and terrace Ⅱ，could be found in the northeast side of Kuantanshan Mountain. The Dengdengshan Fault dislocated all geomorphic surfaces except terrace I，and the general height of scarp is about 1.5 meters，with the maximum reaching 2.6 meters. Three paleoseismic events are determined since late Pleistocene through trenching，and the total displacement of three events is about 2.7 meters，the average vertical dislocation of each event changed from 0.5 to 1.2 meters. By collecting age samples and dating，the event Ⅰ occurred about 5kaBP，event Ⅱ occurred about 20kaBP，and event Ⅲ occurred about 35kaBP. The recurrence interval is about 15kaBP; and the vertical slip rate since the late Pleistocene is about 0.04mm/a.

Altyn Tagh fault zone，Dengdengshan Fault，Chijiaciwo Fault，slip rate，paleoearthquake

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.03.002

2014-10-22收稿，2016-02-16改回。

国家自然科学基金(41272253)资助。

P315.2

A

0253-4967(2016)03-0503-20

闵伟，男，1964年生，研究员，主要从事活动构造与工程区划方面的研究，电话： 010-62009152，E-mail: dzs_min@163.com。