白龙江断裂西段晚第四纪构造活动特征研究1

黄雄南 杨晓平 胡宗凯 杨海波

（中国地震局地质研究所, 地震动力学国家重点实验室, 北京 100029）

引言

东昆仑断裂晚第四纪活动速率向东衰减的机制是青藏高原东缘研究热点之一（Van der Woerd 等，2002；袁道阳等，2004；李陈侠等，2011；Kirby 等，2007，2013；Ren 等，2013；张军龙等，2017；张波等，2022）。阿万仓断裂、塔藏断裂等分支断裂对东昆仑断裂滑动速率的分解导致速率下降已有明确的地质证据（李陈侠等，2011；Kirby 等，2013；Ren 等，2013；任俊杰，2013；张军龙，2013）。张波等（2022）推测白龙江断裂和光盖山-迭山断裂也属于东昆仑断裂向东延伸的组成部分。向北东方向，白龙江断裂等大型断裂可能也吸收了东昆仑断裂的滑动速率。这些断裂西段如何展布、是否与东昆仑断裂相接及其晚第四纪的活动性，对解释东昆仑断裂速率向东衰减乃至青藏高原向北东扩展和向东挤出具有重要的科学意义（袁道阳等，2004；Zhang 等，2021）。

白龙江断裂位于东昆仑断裂和西秦岭北缘断裂之间（图1），与东昆仑断裂近平行，走向NW290°～310°，多沿白龙江河谷展布，总长约270 km，为左旋走滑活动断裂（李陈侠，2009；张军龙，2013；何玉林，2013；杜建军等，2013；刘兴旺等，2015）。对该断裂东段（迭部县旺藏乡以东）的研究程度较高，断错地貌明显，发育并保留了连续的地震鼓包及低陡坎等新活动证据，其为公元前186 年武都7 级地震的发震断裂，为全新世断裂，走滑速率1.3～2.6 mm/a（袁道阳等，2007；张军龙，2013；何玉林，2013；邵延秀等，2014；刘兴旺等，2015；Li 等，2020）。

图1 青藏高原东缘晚第四纪活动断裂分布Fig.1 Distribution of main active faults of the eastern Qinghai-Xizang Plateau

目前对白龙江断裂西段几何展布存在分歧，杜建军等（2013）认为白龙江断裂西起自哈拉塘，经尕海盆地南缘、红星镇，向东大致沿白龙江河谷发育；李昭等（2022）将白龙江断裂尕海以西段命名为尕海断裂，后者在尕海东侧转为北东走向，并不与白龙江断裂相接；张波（2020）认为白龙江断裂西起红星乡，向东经热尔乡、迭部县城南、卡坝乡、尼傲乡，在旺藏乡一带终止；Li 等（2020）认为白龙江断裂西段在热尔乡南由近东西走向转为北东东-南西西走向，大体沿若尔盖县崩巴村、尼贤寺、下热尔村北东东走向谷地分布。白龙江断裂西端止于何处，是否与东昆仑断裂相接，仍没有定论。

本研究在详细遥感解译的基础上，通过断错地貌、地质剖面和探槽开挖等方法，以查明白龙江断裂西段的几何展布，初步揭示断裂的晚第四纪活动特征，探讨其对东昆仑断裂活动速率向东衰减的作用。

1 区域构造背景

白龙江断裂位于西秦岭块体南缘，与其南侧的东昆仑断裂围限着白龙江块体（Li 等，2020），如图1 所示，图1 根据邓起东（2007）、李陈侠等（2011）、付俊东等（2011）、何玉林（2013）、张军龙（2013）、任俊杰等（2017，2018）、李峰等（2018）、刘华国等（2018）、袁道阳等（2019）、Li 等（2020）、张波（2020）、李昭等（2022）、张波等（2022）。该地区经历多期构造岩浆活动，曾广泛发育挤压推覆构造，二叠纪以来处于陆相沉积环境（张国伟等，2004；赵志中等，2009）。西秦岭块体南北分别以切穿地壳的深大断裂-东昆仑断裂和西秦岭北缘断裂与巴颜喀拉块体和祁连块体相接（高锐等，2006；王海燕等，2007，2014）。巴颜喀拉块体的构造演化明显不同于秦岭块体，早泥盆世至三叠纪一直处于海相沉积环境，发育了厚达万米的复理石建造，大规模的造山作用始于印支晚期 （许志琴等，1992；Burchfiel 等，1995，2008；Xu 等，2008）。

新生代以来，印度板块向北俯冲作用使得青藏高原北部向东挤出，在其东缘发生了大规模的逆冲推覆、走滑和隆升（刘树根，1993；林茂炳等，1996；Arne 等，1997；吴珍汉等，2007；许志琴等，2011）。大范围整体性、间歇性抬升使得区域发育3 级夷平面（崔之久等，1996a，1996b；袁道阳等，2019）、白龙江等大型河流4～9 级阶地（陈洪凯等，1997；梁学战，2010；俞晶星等，2012；刘兴旺等，2015；张波，2020）。白龙江断裂可能是东昆仑断裂的东延之一（张岳桥等，2005）。大地电磁探测表明，东昆仑断裂带、白龙江断裂和光盖山-迭山断裂向下延伸并归并于中下地壳低阻层中，表现为由南向北扩展的花状构造（孙翔宇等，2020）。

2 白龙江断裂西段晚第四纪活动特征

遥感解译表明白龙江断裂西段分为3 支2甘肃省地质局第一区域地质测量队，1973a.中华人民共和国地质图（1∶200 000）碌曲幅.甘肃省地质局第一区域地质测量队，1973b.中华人民共和国地质图（1∶200 000）卓尼幅.。中支西起于郎木寺北，以101°走向经红星镇、阿米塘村、热尔乡至迭部县城南，向东至傲傲村后沿白龙江以108°走向延伸至旺藏乡一带，总长约100 km，是白龙江断裂的主干。南支西起于若尔盖县下热尔村西北，以走向75°延伸至热尔乡西南的崩巴村，与中支相接。北支西起于若尔盖县的下山村，沿白龙江经热陇、白衣、康多、铁布镇至迭部县城，在迭部县城南东与中支相接，总体走向105°，长约43 km。

2.1 郎木寺断裂

白龙江中支断裂包括郎木寺断裂、阿米塘断裂、热尔-旺藏断裂，依次向东分别以左阶形式相接（图2（a））。已有研究表明，郎木寺断裂在晚更新世活动（何玉林，2013），可能西起自哈拉塘（杜建军等，2013）。经遥感解译并沿已有断层位置进行野外考察，未在郎木寺镇以西发现活动断层迹象，这与张波（2020）认为白龙江西段西起红星乡的观点一致。

本研究表明断裂西起于郎木寺北，经折勿村北，向南东东延伸到红星镇东，走向105°，长约11.6 km（图3（a）底图为天地图卫星影像）。断裂左旋兼有逆冲分量，造成北侧基岩山地的抬升，形成一系列南倾断层崖，并在白龙江及其支流的T2 级及以上阶地形成线性陡坎；沿断裂形成北西西向谷地，包括坡中谷地貌（图3（a）、图3（g））。断层造成了冲沟和河流的左旋扭动（图3（a）、图3（b）、图3（d）），在次新的冲积扇及小型支流冲沟阶地上形成0.5～2.4 m 高的陡坎（图3（c）、图3（e）、图3（f））。地貌面测年、探槽和剖面研究表明，郎木寺断裂为全新世活动断裂。

图3 郎木寺断裂断错地貌证据Fig.3 Geomorphic evidences of the Langmusi fault

红星镇塔哇村（点R20-29）白龙江支流左旋扭动，T2 级阶地发育北西西走向陡坎且阶地坎左旋错动。该阶地光释光测年结果为（4.4±0.3）ka。红星镇东（点R21）白龙江T2 阶地发育北西西走向陡坎，坎高（26±2） m（图4（a）、4（b）、4（e））。陡坎下部的剖面可见白垩系砂砾岩逆冲到第四系含砾粉砂-粉土层上（图4（b）、4（c）、4（d）），断层产状85°∠55°。断层下盘第四系光释光测年结果为（10.9±0.6）ka（深度1.5 m）和（17.4±1.1）ka（深度2.6 m），覆盖在断层之上的粉土层光释光测年结果为（1.8±0.1）ka。

图4 红星镇东313 省道拐弯处郎木寺断裂剖面Fig.4 Profile of the Langmusi fault in the eastern Hongxing town

在折勿村北（点R20-22，位置见图2（a））白龙江北岸，次新的冲积扇发育近东西走向陡坎，实测陡坎高度2.2 m（图5）。垂直陡坎开挖探槽，揭示了5 套地层单元和4 组断层。南侧2 组断层f1 和f2 为北倾逆冲断层，共造成约1 m 的垂向位错。其中断层f1 切错了地层单元③和④，被地层单元⑤和②覆盖，其中地层单元⑤为含磨圆砾石的灰黄色砂土，形状为楔形，可能是地震崩积楔。地层单元③获得了4 个测年结果，除1 个为15 ka，明显偏老，可能存在曝光不充分外，其他样品测年结果集中在5.1～6.3 ka（本文14C 样品由美国Beta 实验室测试，测年结果置信区间95%，经树轮校正；光释光测年样品由中国地震局地质研究所实验测试中心测试，年龄误差5%～10%）。断层f1 上覆地层单元②年龄为（4.8±0.2）ka，表明最新的地表断错事件发生在5.1～4.8 ka。断层f2 断错了地层单元④，进入到地层单元③中，前者的测年结果为（7 130±117）a BP，表明次新事件发生在7.1～5.1 ka。北侧2 组断层产状近直立，其中断层f3 与f2 类似，也断错了地层单元④，消失于地层单元③之中。断层f4 切错地层单元③，被地层单元②a 覆盖。虽然该地点为牧场，探槽规模受限，未能展现断层全貌，但揭示了郎木寺断裂在7.1 ka 以来至少发生了2 次地表破裂型地震事件。

图5 郎木寺断裂点R20-22 断错地貌与探槽剖面Fig.5 Faulted topography and trench profile of the Langmusi fault at the field point R20-22

2.2 阿米塘断裂和热尔-旺藏断裂

阿米塘断裂展布在红星镇与热尔乡之间，长约33 km，总体走向105°（图6（a））。该段断裂主要发育在基岩山区，造成了冲沟和山脊的左旋扭动（张波，2020）。未在白龙江T2阶地和白龙江支流的阶地上发现断错地貌和断层剖面（图6），根据区域上相关阶地的年龄数据（梁学战，2010），推测阿米塘断裂为晚更新世早期或中更新世活动断裂。

图6 阿米塘断裂断错地貌卫星影像解译Fig.6 Satellite photographs and faulted topography explanation of the Amitang fault

热尔-旺藏断裂西起热尔乡南，经姜巴村向东至傲傲村后沿白龙江河谷向南东东延伸到旺藏乡南，总体走向105°，长约71 km（图7（a））。热尔乡南（点R20-54）白龙江支流T3 阶地左旋错断（图7（b）），覆盖阶地的洪积扇上发育114°走向陡坎，高约3 m（图7（b）、图7（c））。热尔乡南东（点R20-51）另一支流的T2 级阶地上发育6 m 高的陡坎（图7（d））。姜巴村（点R20-84）小洪积扇上发育近东西走向的陡坎，高0.9 m，小冲沟左旋位错5.5 m（图7（e））。尼傲乡（点R20-91）发育坡中谷断错地貌（图7（f）），谷地中出露断层破碎带，陡倾的断层面上（倾向56°，倾角79°）保留有低倾角（倾向133°，倾角18°）擦痕和阶步，指示左旋走滑（图7（g））。在断层谷东延伸方向上，可见白龙江T1 级阶地上发育约1 m 的陡坎。尼傲乡西（点R20-92）小冲沟的冲积扇上发育走向110°的陡坎，高1.7 m，小冲沟左旋错动5±1.8 m。尼什峡东（点R20-94）白龙江支流T2 级以上阶地左旋位错（图8（a）），在T2 级阶地坎清理剖面，可见石炭系灰岩与第四系松散沉积物以断层接触（图8（b）、图8（c）），剖面中断层f1 向南陡倾（走向100°，倾角60°），断错了所有地层并将地层②垂向断错约0.5 m。剖面中断层f2 北倾，断错了地层②至地层④，并将地层②垂向断错约0.1 m。

图8 热尔-旺藏断裂点R20-94 断错地貌解译、露头照片与地质剖面Fig.8 Faulted linear topography explanation of satellite photography, photographs and structural profile of the fault outcrop at the field point R20-94, the Reer-Wangzang fault

根据以上断错地貌证据，结合区域测年资料，其中白龙江一级阶地形成于全新世，支流的三级阶地形成于晚更新世晚期（刘兴旺等，2015；张波，2020），判断热尔-旺藏断裂具有全新世活动性。

2.3 崩巴村断裂

南支崩巴村断裂走向72°，长约19 km（图2、图6（a）），在贤尼寺以西段，其表现为大型沟谷地貌，沿线大型冲沟左旋扭动，但阶地上无明显的断层陡坎，小型冲沟无一致性的偏转，因此推测其具有中更新世活动性。南支崩巴村断裂东段长约9 km，发育明显的断层谷，白龙江支流T3 级以上阶地左旋扭动且发育陡坎，对比区域河流阶地定年数据（张波，2020），判断其为晚更新世晚期活动断裂。

尼贤寺东（点R20-50）T3 级阶地上发育84°走向陡坎，高约2 m（图9（a））。陡坎剖面揭示了2 条向北陡倾断层，其中断层f1 造成了10 cm 的垂向视位错，断层f2 垂向位错＞60 cm。被断层f1 错断的地层（点R20-C-14）测年结果为（587±59）a BP （1 304～1 422 ）AD，如图9（c）所示。相关文献未见附近有1 304 ～1 422 AD 以来的强震纪录（顾功叙，1983；国家地震局震害防御司，1995；中国地震局震害防御司，1999），可能存在漏记的历史强震，但也不能排除样品为后期混入的炭屑。在崩巴村（点R20-58）沿北东80°走向的峡谷方向，河流左旋错动约（26±6）m（图9（f））。T3 级阶地剖面揭示存在倾向北西的断层（图9（d）、图9（e））。综合上述证据，崩巴村断裂至少是晚更新世晚期活动断裂。

图9 崩巴村断裂断错地质地貌证据Fig.9 Geomorphic evidences and fault outcrops of the Bengbacun fault

2.4 下山-迭部断裂

下山-迭部断裂走向105°，由3 段以左旋左阶样式组成，总长约43 km（图10（a））。断层沿线，河流、冲沟左旋扭动，多在白龙江T2 级以上阶地形成陡坎。

图10 下山-迭部断裂点R20-109 和R18 断错地貌解译与露头照片Fig.10 Geomorphic evidences and fault outcrops of the Xiashan-Diebu fault at the field points of R20-109 and R18

热陇村公路旁（点R20-109）基岩剖面出露断层，断层核部之上发育断层谷地貌（图10（b）、图10（c））。河东岸基岩左旋错动（图10（b）），其东南发育4 级阶地，而北侧和西侧仅保存有T1 级阶地。剖面揭示了3 组南倾断层，最北侧的断层f1 倾向南南西（倾向217°，倾角57°），发育近水平擦痕（倾向128°，倾角10°），其上发育断层谷，为主断层。南侧断层f2 和f3 断面弯曲，被断层f1 截切。更南侧出露近东西走向的左旋韧性剪切带（倾向194°，倾角78°），宽约180 m。剪切带上覆盖着T2 级阶地沉积物（图10（d））。向东的点R18 处断裂表现为北西西-南东东向谷地（图10（e）、图10（f）、图10（g）），河流沿断层谷左旋扭动，有小冲沟左旋位错（20±7）m（图10（e））。

康多村东（点R20-63）冲沟T3 级以上阶地上发育120°走向陡坎（图11（a）、图11（b））。其中T3、T4、T5 阶地上的陡坎分别高1.8、2.5、（1.8～4.0） m。沿陡坎走向，T4 和T5 阶地陡坎分别左旋错动（6.5±1.3）m 和（9.0±1.7）m（图11（b））。T4 阶地地层为含砾黄土。距地表约4.6 m 的砾石层向北东缓倾（倾向52°，倾角12°），与坡向相反（图11（c）、图11（d）），在陡坎南，该砾石层突然消失，推测存在断层。层中的木炭测年结果为（2 022±92 ）a BP，表明断裂存在全新世活动。铁布镇（点R20-73）白龙江支流左旋扭动，东岸阶地左旋错动（图11（d）），沿错动方向发育反向陡坎（图11（e）），陡坎向东变低。沿陡坎T3 阶地出露走向90°的近直立片岩剪切带（图11（f））。

图11 下山-迭部断裂点R20-63 和R20-73 断错地貌解译与露头照片Fig.11 Linear topography explanation of satellite photography and field photographs of the Xiashan-Diebu fault at the field points of R20-63 and R20-73

铁布镇东（点R20-80）白龙江北岸洪积扇上发育北西西走向陡坎，沿陡坎小冲沟左旋位错4.5±0.5 m（图12（a））。冲沟T1 级阶地上，陡坎高0.8 m（图12（c））。向西，断层左旋走滑效应造成洪积扇上陡坎高度由5.4 m 增大到8.2 m（图12（b））。在迭部县西北部，白龙江支流和一系列南西流向的冲沟一致左旋扭动。白龙江三级阶地上（点R20-87）出露南倾断层（倾向123°，倾角85°），断层断错了志留系片岩及其上覆的风化堆积层（向北缓倾，倾向58°，倾角34°），如图12（d）、12（e）所示。

图12 下山-迭部断裂点R20-80 和R20-87 断错地貌解译与露头照片Fig.12 Linear topography explanation of satellite photography，field photographs and the fault outcrop of the Xiashan-Diebu fault at the field points of R20-80 and R20-87

3 讨论和结论

遥感解译和野外地质地貌调查结果表明，白龙江断裂西段呈帚状向西分支，由3 支断裂组成，分别为郎木寺断裂、阿米塘断裂和热尔-旺藏断裂组成的中支，崩巴村断裂构成的南支和下山-迭部断裂构成的北支，皆为左旋走滑断层。地质剖面和探槽揭示了3 支断裂在晚更新世～全新世活动的证据。这些活动断裂大多沿袭着前第四纪断裂位置发育，围岩发育着相同走向的韧性剪切带或断层破碎带。这些现象表明晚第四纪白龙江断裂向西的扩展是沿袭先存软弱带-前第四纪断裂或者韧性剪切带发生的。

这3 支断裂在几何形态上属于同向分支断层（Kim 等，2006），为大型走滑断层典型的尾端构造样式，是由于主断层扩展方向上的剪切破裂作用形成的，分支断层具有与主断层相同的运动学性质（图13）。白龙江断裂尾端构造最西止于郎木寺西北；向西，北西西走向的下山-迭部断裂、郎木寺断裂分别被北东-北东东走向的光盖山-迭山断裂（西段）和尕海断裂阻拦；在南西，南西西走向的崩巴村断裂被北西走向的下热尔断裂（塔藏断裂分支，付俊东等，2011）截切。在地表，白龙江断裂西段未与东昆仑断裂的主干（玛曲断裂或塔藏断裂）直接相接。

图13 东昆仑断裂东段（玛沁段至塔藏段）滑动速率向东递减模式Fig.13 Tectonic model to the falling slip rate gradient of the eastern Kunlun fault （From the Maqin segment to the Tazang segment）

东昆仑断裂玛沁段晚更新世以来左旋滑动速率约为10 mm/a，向东，玛曲断裂滑动速率下降为6 mm/a左右（何文贵等，2006；李陈侠等，2011；Kirby 等，2013）。李陈侠等（2016）认为速率的下降与阿万仓断裂（滑动速率为3 mm/a）和迭部-武都断裂（白龙江断裂）对东昆仑主干断裂滑动速率的分解吸收有关，并推测后者吸收了1 mm/a 的滑动速率。近年来的研究表明，白龙江断裂晚第四纪滑动速率为1.3～2.6 mm/a（何玉林，2013；刘兴旺等，2015；Li 等，2020），其北侧的光盖山-迭山断裂的滑动速率约为1 mm/a（张波，2020；Zhang 等，2021）。从断层展布来看（图1），与玛曲断裂相接的尕海断裂更可能是光盖山-迭山断裂的西延，而不是与郎木寺断裂相连。再向东，塔藏断裂的滑动速率明显低于玛曲断裂（胡朝忠等，2017），该速率的下降既可能与塔藏断裂存在分支（如下热尔断裂）有关，也有可能是因为白龙江断裂与东昆仑断裂深部相接，吸收了东昆仑断裂部分滑动速率。白龙江断裂与东昆仑断裂地表不相接而深部相连可能导致断裂滑动速率向北吸收，从而使得东昆仑断裂活动速率向东衰减（图13）。

致谢 本文14C 测年工作在Beta Analytic Inc 实验室完成，光释光测年工作由中国地震局地质研究所杨会丽完成，苗树清和徐芳参加了部分野外工作，在此表示感谢。感谢评审专家的宝贵意见，帮助论文完善和提高。