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地球科学进展, 2018, 33(3): 321-332
doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2018.03.0321
东昆仑断裂带秀沟段晚第四纪滑动速率研究
Late Quaternary Slip Rate of the Xiugou Segment, Eastern Kunlun Fault Zone
黄飞鹏, 任俊杰*,, 吕延武, 赵俊香
中国地震局地壳应力研究所,地壳动力学重点实验室,北京 100085
Huang Feipeng, Ren Junjie*, Yanwu, Zhao Junxiang
Key Laboratory of Crustal Dynamics, Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085, China
 引用本文:
黄飞鹏, 任俊杰, 吕延武, 赵俊香. 东昆仑断裂带秀沟段晚第四纪滑动速率研究[J]. 地球科学进展, 2018, 33(3): 321-332, doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2018.03.0321
Huang Feipeng, Ren Junjie, Yanwu, Zhao Junxiang. Late Quaternary Slip Rate of the Xiugou Segment, Eastern Kunlun Fault Zone[J]. Advances in Earth Science, 2018, 33(3): 321-332, doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2018.03.0321

摘要:

东昆仑断裂带是青藏高原北部一条大型左旋走滑断裂带,其滑动速率对于断裂地震危险性评价和青藏高原的地球动力学研究具有重要意义。已有的研究认为东昆仑断裂带中西段晚第四纪滑动速率稳定、均一(10~13 mm/a),但对中段精确的滑动速率研究较少。以东昆仑断裂带中段秀沟盆地一个被断错的洪积扇为研究对象,基于高分辨率卫星影像和SPOT7立体像对提取的高精度数字高程模型(DEM)恢复位错量,利用宇宙成因核素测年厘定了断错洪积扇的年龄。结果表明,该洪积扇被左旋断错(1 862±103) m,年龄为(76.55±3.20)~(106.37±3.38)ka,据此得到的平均左旋滑动速率为(20.3+3.5/-2.3)mm/a。东昆仑断裂带中段的左旋滑动速率从晚更新世到全新世存在明显的减慢趋势。

关键词: 东昆仑断裂带 ; 秀沟盆地 ; 滑动速率 ; 断错洪积扇 ; 宇宙成因核素测年

Abstract:

The Eastern Kunlun fault zone (EKLF) is a large left-lateral strike-slip fault, whose slip rate is meaningful to seismic hazard assessment and geodynamics of the Tibetan Plateau. Previous studies suggested that the late Quaternary average slip rate was stable and uniform (10~13 mm/a) in the central and western segment of the EKLF. But there were a few researches of accurate slip rate in the central segment on the EKLF. Therefore, we focused on an offset and well preserved alluvial fan from Xiugou basin, located in the east of Xidatan-Dongdatan, to make it clear. Moreover, we used high-resolution satellite images and digital elevation model extracted from SPOT7 stereo image pairs to restore the offset alluvial fan, and combined terrestrial cosmogenic nuclides method, including 13 quartz-rich samples from this fan surface, 1 quartz-rich sample from the main active channel bed and 1 10Be depth profile from this fan edge to eliminate the 10Be concentration of inheritance accurately, with 1 optically stimulated luminescence sample to obtain the reliable age of this alluvial fan together. Referring to field observations, this alluvial fan was offset left-laterally by (1 862±103) m, and its age is (76.55±3.20)~(106.37±3.38) ka which can be determined through the actual geologic setting and improving chi-square test. Thus, we used the Monte Carlo method to obtain a left-lateral slip rate of (20.3+3.5/-2.3) mm/a with 68% confidence envelopes since the late Pleistocene in the Xiugou basin. As a result, combining with the results of previous studies, the left-lateral slip rate indicated that the obviously decreasing activity transferred from late Pleistocene to Holocene on the central segment of the EKLF.

Key words: Eastern Kunlun fault zone ; Xiugou Basin ; Slip rate ; Offset alluvial fan ; Cosmogenic nuclides dating.
1 引言

断裂晚第四纪滑动速率是活动构造定量研究的重要参数之一[1],代表着一条断裂应变能累积的速率,对于理解活动断裂地震危险性至关重要[2,3]。研究断裂滑动速率的空间特征,有助于认识和理解断裂长期应变分配规律。

东昆仑断裂带是青藏高原北部一条大型弧形左旋走滑断裂带,在青藏高原向东运动的变形分配中承担着重要作用[4]。该断裂带作为巴颜喀拉块体的北边界,晚第四纪以来活动十分强烈[1,5,6](图1)。大致以西大滩、阿尼玛卿山为界,分为西、中和东3段。20世纪以来共发生过5次震级7.0以上的大震,形成了大规模的地表破裂带。其中东昆仑断裂带西段在2001年发生了昆仑山口MS 8.1大地震,形成了长约426 km的地表破裂带[19],中段在1937年发生了托索湖M 7.5级地震,形成了约150 km长的地表破裂[20]。自20世纪80年代中期以来,在东昆仑断裂带上开展的一系列晚第四纪断裂滑动速率的定量研究表明,虽然结果存在一定的差异,但断裂带中西段总体上表现为具有稳定、均一的滑动速率,为10~13 mm/a[21,22],自阿尼玛卿山向东滑动速率逐渐减小[9,10,11,12],至最东段的塔藏断裂降为1.4~3.2 mm/a[13]。而目前,对东昆仑断裂带中段晚第四纪滑动速率的相关研究较少。

本研究选取东昆仑断裂带中段秀沟盆地被断错的大型洪积扇为研究对象,在野外地质调查的基础上,基于高分辨率卫星影像和SPOT7立体像对提取的高精度数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)确定洪积扇形态,进而恢复了洪积扇的位错量,并利用宇宙成因核素测年厘定了洪积扇的年龄,据此估算断裂的左旋滑动速率。该结果补充了东昆仑断裂带中段的滑动速率研究,并有利于理解该断裂带滑动速率的空间变化特征。


图1

东昆仑断裂带几何展布及已开展的滑动速率研究结果[7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20]
EKLF.东昆仑断裂带;HF.海原断裂带;AWCF.阿万仓断裂;GYF.甘孜—玉树断裂带;XSF.鲜水河断裂带;LRBF.龙日坝断裂带;MJF.岷江断裂;HYF.虎牙断裂;LMSF.龙门山断裂带;白色圆点数据来自参考文献[7],浅棕色圆点数据来自参考文献[8],浅蓝色圆点数据来自参考文献[9],黑色圆点数据来自参考文献[10],浅绿色圆点数据来自参考文献[11],紫色圆点数据来自参考文献[12],白色方形数据来自参考文献[13],深绿色圆点数据来自参考文献[7,14],红色圆点数据来自参考文献[15],红色方形数据来自参考文献[16],粉红色方形数据来自参考文献[17],浅绿色方形数据来自参考文献[18](滑动速率单位:mm/a)

Fig.1

Geometric distribution and previous slip-rate studies of the Eastern Kunlun fault zone[7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20]
EKLF:Eastern Kunlun Fault Zone; HF:Haiyuan Fault zone; AWCF:Awancang Fault; GYF:Ganzi-Yushu Fault zone; XSF:Xianshui River Fault zone;LRBF:Longriba Fault zone; MJF:Minjiang fault; HYF:Huya Fault; LMSF:Longmenshan Fault zone. The data of white circle from reference[7], the data of light brown circle from reference[8], the data of light blue circle from reference[9], the data of black circle from reference[10], the data of light green circle from reference[11], the data of purple circle from reference[12], the data of white square from reference[13], the data of deep green circle from references[7] and [14], the data of red circle from reference[15], the data of red square from reference[16], the data of pink square from reference[17], the data of light green square from reference[18](the unit of slip-rate: mm/a)

2 研究区地质地貌背景

秀沟盆地位于东昆仑断裂带中段的东西大滩和阿拉克湖之间,平均海拔4 000 m左右,盆地总体走向北西西,长64 km、宽约12 km,被认为是东昆仑断裂带上的一个大型拉分盆地[21](图2)。盆地南侧主要为石炭—二叠系灰岩夹砂砾岩、二叠系灰岩和三叠系变砂岩夹板岩,而北侧除了三叠系地层之外,盆地边缘为大范围的第三系泥岩和泥灰岩。

秀沟盆地两侧均发育一系列洪积扇,但北侧发育程度明显强于南侧。北侧基岩山前在第三系之上广泛发育一级洪积台地,砾石层胶结好,应属于早—中更新统[21](图2)。北侧冲沟较长,汇水面积大,且由于秀沟盆地不断下降,盆地北侧较老的洪积扇被下切形成了一系列的洪积台地,洪积扇由老到新逐渐向盆地方向迁移。因盆地中心地形起伏不大,秀沟河表现为辫状河流,河流水动力条件弱,下切非常缓慢,大部分河段表现为沼泽。沿秀沟河及两侧支沟均不发育阶地。

东昆仑断裂带自东西大滩向东穿过温泉水库,沿秀沟盆地北侧展布。断裂穿过一系列不同级别的洪积扇,形成明显的线性断错地貌特征,较新的洪积扇上可见地表变形相关的挤压鼓包和断陷坑。这些较新的洪积扇总体形态保存较好,且扇面上纹沟位移不大,其应该形成于全新世中晚期。也有人推测这些地表位移可能与1902年11月4日发生在秀沟盆地附近的[7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20]7.0级地震有关[6,21,22]。另外,还有一些较老的洪积扇被断裂断错,但断裂南侧的洪积扇完全被后期侵蚀掉,难以恢复出位移量。在温泉水库东侧可见一较大的洪积扇,被东昆仑断裂左旋断错,且断裂两侧的形态保存较好,为我们恢复断层位移提供了条件。因此,本文选择该洪积扇作为研究对象。


图2

秀沟盆地地质地貌特征

Fig. 2

Geologic and geomorphic characteristics of Xiugou Basin

3 研究方法
3.1 走滑断裂水平位移的确定

洪积扇是暂时性山地水流在出山口堆积形成的扇形地貌,是山体阶段性隆升与气候变化相互耦合的产物,尤其在干旱—半干旱地区普遍发育。洪积扇形态包括扇顶、扇中、扇边和扇缘4个部分。在一定区域范围内洪积扇的发育具有同期性的特征。因此,洪积扇经常作为活动构造研究的媒介[23,24]

对于走滑断裂来讲,基于洪积扇的原始形态和断裂的空间交切关系,水平滑动位移的恢复可简化为以下3种模式:①当断裂从扇边穿过时,可基于两侧扇边延伸线在断裂上的投影点来恢复位移(图3a)。这种模式已被广泛应用到走滑断裂的滑动速率研究中[25,26]。②当断裂从扇边与扇缘的转折处穿过,而转折处往往因后期侵蚀不易分辨,此时需要利用扇边和扇缘二者延伸线的交点来恢复洪积扇上的位移(图3b)。③当断裂从扇缘穿过,此时断裂的位移需要根据断裂两盘所保留扇缘的趋势线在断裂迹线上的交点来恢复(图3c)。因此,在利用断错洪积扇恢复走滑断裂上的水平位移时,需要根据实际情况来选取合适的位移恢复模式。


图3

基于断错洪积扇的走滑断裂水平位移恢复模式

Fig.3

Models for horizontal displacement of a strike-slip fault based on offset alluvial fan

3.2 洪积扇形成年龄的确定

研究区位于我国西北干旱地区,植被稀少。此处洪积扇的沉积物粒度较粗,一般为细砂和粗砾。因此难以采集到合适的14C和OSL样品,而原地生成宇宙成因核素(Terrestrial Cosmogenic Nuclides, TCN)暴露年龄能够直接测定地貌面的年代,在干旱—半干旱区定年中具有独特的优势,并已得到广泛的应用[27,28,29,30]。其主要原理是地表岩石在暴露后受宇宙射线照射,会产生3He,10Be,21Ne,26Al和36Cl等同位素,其中放射性同位素10Be,26Al和36Cl会随着时间推移,在积累的同时又按照自身的半衰期减少,因此通过实验测量其实际浓度便可确定地貌面的形成年代。目前,主要采用2种方法:①采集地表富含石英的砾石或者巨砾以确定地貌面的暴露年龄,但是这些砾石或巨砾在沉积之前及传输过程中仍然能接收到宇宙射线的照射,即会产生核素继承浓度,为了去除这一影响,可以利用深度剖面或者现代河床采集的样品来计算继承浓度[29,31];②利用距地表2 m左右的深度剖面来测年[32]

另外,在砾石或巨砾沉积后由于地表过程作用(风化、剥蚀等)、暴露后曾经被积雪或其他沉积物阶段性覆盖等均会对样品暴露年龄产生潜在影响,可能导致暴露年龄呈分散式分布。为了识别分散年龄中的异常值,获得地貌面合理的形成年龄,Balco[33] 通过年龄概率密度曲线和累积概率密度曲线建立了一种卡方检验方法,后由Chen等[34] 稍作改进并被用于分散年龄的分析。该方法的主要原理为:在显著性水平p<0.05时,累积概率密度的卡方检验显著,这时可认为年龄的变化是由于地表过程,如剥蚀作用导致的,那么该地貌面的年龄可用暴露年龄的范围值表示;而当显著性水平p>0.05时,累积概率密度的卡方检验不显著,那么认为年龄的变化是由计算误差导致的,就可以将暴露年龄的平均值作为该地貌面的年龄。

3.3 样品采集与实验方法

我们在野外采样时,尽量选择地形平坦、保留较好的地点进行样品采集。在洪积扇P3上采集13个样品(图4,表1,扇面样品已去除继承浓度),并在断裂南侧洪积扇上挖掘深度剖面,在不同深度间隔采集6个样品以确定继承组分(表2)。同时在现代间歇性河床上采集一个砾石样品(编号KLW9),也作为继承组分来对比分析2种方法在该地区研究中的可靠性,综合确定地貌面的年龄。样品的前处理在中国地震局地壳应力研究所宇宙成因核素实验室

进行,采用Kohl等[35]的实验方法优化改进的步骤:①将样品粉碎为0.1~0.6 mm的颗粒;②加入6 mol/L HCl除去碳酸盐及花岗岩表层吸附的Be;③利用磁选仪进一步将磁性矿物去除;④加入10%的HF和10%的HNO3混合溶液在85 ℃水浴锅中溶蚀样品,以获得纯石英和去除大气成因的10Be;⑤称取提纯后石英约30 g并加入约0.25 mg的9Be载体,再加入40%的HF于恒温电炉上加热使其完全溶解;⑥通过Dowex(50W-X8)阳离子交换树脂提取出Be;⑦加入氨水将Be离子转化为Be(OH)2沉淀; ⑧在920 ℃马弗炉中煅烧为BeO。制备的BeO靶样送西安加速器质谱中心完成AMS测试,参照标准为07KNSTD(10Be/9Be为2.851×1012)。


图4

野外采样地点照片

Fig.4

Photos of field sampling sites

4 研究结果
4.1 TCN样品的继承浓度

地表侵蚀和继承组分是宇宙成因核素测年的2个主要影响因素。前人研究表明高原面或干旱区的侵蚀速率为0.14~0.53 cm/ka[36,37],由于洪积扇沉积物为比较松散的堆积物,且部分高级洪积扇面上已有薄层黄土覆盖,说明研究区侵蚀速率应很小,可以忽略侵蚀速率的影响[38]。因此样品沉积前所积累的10Be继承浓度,是获得洪积扇形成年龄的主要影响因素。所采集的深度剖面样品(表2)通过Hidy等[32]开发的Matlab程序对10Be浓度拟合计算,得到了洪积扇TCN样品的继承浓度为2.57×105 atoms/g,拟合暴露年龄为(98+20/-14)ka(图5)。而现代沟床样品获得的继承浓度为5.1×105 atoms/g(表1),2个继承浓度的结果均较大,对暴露年龄应会产生较大影响。另外,Van der Woerd等[7]在东西大滩的研究认为,该区域上山前冲洪积相沉积的继承浓度对地貌面年龄的影响较小。我们推测河床样品结果偏大可能是因为老洪积扇的沉积物垮塌而搬运到河道导致的。而研究区冲沟样品的10Be浓度较深度剖面高1倍,应是早期洪积扇沉积砾石混合的结果,因此,本研究中采用深度剖面样品拟合浓度2.57×105 atoms/g作为所有地表TCN样品的10Be继承浓度。然后利用基于Lal[39]和Stone[40]的随时间变化产率模型和CRONUS Earth 2.2的宇宙成因核素在线计算工具(http:∥hess.ess.washington.edu/math/)计算出各样品的暴露年龄。

表1

宇宙成因核素样品信息和10Be结果

Table1

Sample information of cosmogenic nuclides and 10Be results

表2

深度剖面样品信息和10Be结果

Table 2

Sample information of depth profile and 10Be results


图5

深度剖面采样照片和拟合结果

Fig.5

Sampling photo and result of the 10Be depth profile

4.2 洪积扇的左旋位移

洪积扇位于秀沟盆地的北部,长约3 km,宽约2 km,最老洪积扇之下发育3级洪积扇,即洪积扇P1,P2和P3(图6)。洪积扇P3表面局部被小于20 cm的薄层黄土覆盖,大部分洪积相砂砾石裸露,植被覆盖较少,并被后期多条长度不同的冲沟切割。出山口西侧的洪积扇明显被后期冲沟强烈切割,原始扇面呈条带状保留,但仍可分辨出洪积扇形态。而出山口东侧的洪积扇后期受冲沟的侵蚀有限,基本保留了原始扇面形态。


图6

野外采样分布(位置见图2)和洪积扇SPOT7卫星影像解译

Fig.6

Distribution of sampling sites and SPOT7 satellite image of the alluvial fan

洪积扇P3明显被东昆仑断裂左旋断错。断裂带南盘洪积扇整体保留完整,扇面之上保留多个较宽和较深的干沟,这应是原来洪积扇面上次级冲沟因被左旋断错而成的断头沟。另外,位于断裂南盘的洪积扇P3的西段与断裂北盘的东段相连,一系列次级冲沟被一致性左旋断错或拐弯,断裂通过处表现为断层沟槽。在沟槽东侧边界处,一次级冲沟沟床右岸见断层剖面。剖面中断层错断冲洪积扇砂砾石层,断面近直立,断裂带内被砂层充填,其间砾石定向排列,表明该段东昆仑断裂以左旋走滑为主,兼有正断分量(图7)。

断裂北盘洪积扇P3主要受到次级小冲沟的切割,扇面原始形态保留较好,而断裂南盘的洪积扇P3东侧边界主要受到秀沟河的侵蚀。如前所述,该段秀沟河对洪积扇的侵蚀作用有限,洪积扇P3东侧边界大致保持原始形态。断裂南盘的西侧边界保留较好,野外仍可清晰分辨。值得注意的是,位于断裂南盘的洪积扇P3能完整保留,主要是因为该洪积扇对应的冲沟长度和汇水面积均明显偏小,在洪积扇被左旋断错过程中,位于沟口处的洪积扇受到的侵蚀有限。

根据断裂两盘洪积扇P3的形态,断裂可能从扇缘部位穿过。根据图3c的洪积扇断错模式,对洪积扇P3东侧扇缘部分进行水平位移恢复,得到洪积扇P3被左旋位错1 759 m(图8a)。而洪积扇P3西侧,断裂可能从扇缘和扇边的转折处穿过,那么根据图3b的洪积扇断错模式,对断裂两盘洪积扇P3的西端点进行水平位移恢复,得到洪积扇P3被左旋位错1 965 m(图8b)。因此,洪积扇P3的左旋位错量为(1 862±103) m。


图7

洪积扇P3的断错冲沟和断层剖面
1.黄土层;2.细砂层;3.砾石层;4.粉砂质黏土层;5.断层带

Fig.7

Offset channels and fault exposure of the eastern Kunlun fault in alluvial fan P3
1:Loess; 2:Fine sand; 3:Gravel; 4:Silty soil; 5:Fault zone


图8

洪积扇位错恢复图
(a)由位错模式c得到的最小位移;(b) 由位错模式b得到的最大位移

Fig. 8

Restoration map of fault displacement on the alluvial fan P3
(a) Minimum displacement by model c; (b) Maximum displacement by model b

5 讨 论
5.1 洪积扇P3的形成年龄

为了限定洪积扇P3的年龄,我们在洪积扇P3的西侧距顶面约5 m处发现冲洪积相砾石层中夹厚约30 cm的黄土层,在其中采集了1个光释光样品(OSL-1),并在中国地震局地壳应力研究所释光实验室进行测试,结果为(101.22±13.67) ka(图9表3)。


图9

洪积扇P3光释光样品采样剖面

Fig.9

OSL sampling profile of western alluvial fan P3

表3

洪积扇P3光释光样品测年结果

Table 3

OSL dating result of western alluvial fan P3

一般情况下,光释光的测年上限年龄应小于100 ka,但根据Lu等[41]利用光释光简单多测片再生法(Sensitivity-corrected Multiple Aliquot Regenerative-dose Protocol, SMAR)对洛川黄土进行定年的研究,其年龄结果在130 ka以来与黄土序列有很好的可对比性,这表明黄土的光释光SMAR法的年龄结果至少在130 ka以内是可靠的。本研究的光释光样品在中国地震局地壳动力学重点实验室的释光实验室采用SMAR法进行测试,因此认为该样品结果是可靠的。结合OSL样品年龄给出P3年龄的上限值,并考虑到TCN样品采样位置,对样品暴露年龄进行筛选。样品KLW10((139.37±3.61)ka)和KLW11((158.83±3.86)ka)靠近较老的台地和洪积扇P3之间的陡坎,可能造成年龄值明显偏大,样品KLW1((32.07±3.01)ka)和 KLW3((47.34±2.97)ka)离冲沟较近,后期受到强烈的侵蚀作用影响,导致年龄值偏小,剔除这4个年龄之后,再根据Chen等[34]改进的暴露年龄的检验方法,绘制了洪积扇表面采集的TCN样品暴露年龄的概率密度曲线和累积概率密度曲线分布(图10),并计算得到了该累积概率密度曲线的卡方检验值(=10.6,p>0.05),这表明测得的洪积扇暴露年龄主要受到计算误差的影响,而地表过程的影响可以忽略。因此,可得到洪积扇P3的平均年龄为(90.79±2.51)ka。另外,考虑到形成大规模洪积扇是一个很长的时间累积过程,认为应使用地表暴露年龄的范围值为该地貌面的年龄,即(76.55±3.20)~(106.37±3.38)ka,而且该年龄也与通过深度剖面得到的拟合暴露年龄(98+20/-14)ka一致。

另外,古里雅冰芯δ18O研究表明,青藏高原地区在MIS 5阶段即末次间冰期(75~125 ka)期间,存在5a,5c和5e为暖期,其间夹5b和5d 2个冷期[42],这与本研究点北部的达布逊湖的孢粉研究结果一致[43]。因此,推断洪积扇P3的形成可能与5c亚阶段内由干到湿的气候转换事件有关。


图10

洪积扇P3暴露年龄分布和年龄概率密度曲线

Fig.10

Distribution and probability density plot of 10Be surface exposure ages for fan P3

5.2 断裂滑动速率

在秀沟段,洪积扇P3的年龄是(76.55±3.20)~(106.37±3.38) ka,左旋位错量为(1 862±103)m,根据Gold等[44]利用蒙特卡洛算法,得到东昆仑断裂带晚更新世以来的平均左旋滑动速率为(20.3+3.5/-2.3) mm/a。这与利用平均年龄(90.79±2.51)ka所求的平均滑动速率(20.5+0.9/-0.8) mm/a也较为接近。

已有研究表明,东昆仑断裂带中西段因北侧为坚硬的柴达木次级块体,使得该段具有均一、稳定的滑动速率[45],而且断错地貌研究表明,在东西大滩段8 ka以来的平均滑动速率约为10 mm/a[9]。在将本文结果和前人研究结果综合后,利用蒙特卡洛算法,对东昆仑断裂带中段基于断错地貌研究的位移—年龄进行重新拟合,可以看出该段全新世以来的平均左旋滑动速率大致是稳定、均一的,在68%置信区间下的左旋滑动速率为(9.7+2.1/-1.4) mm/a,而晚更新世以来的左旋滑动速率为(20.9+3.4/-2.7)mm/a(图11)。这表明,东昆仑断裂带中段晚更新世以来滑动速率存在明显的降低。而东昆仑断裂带一直被认为是青藏高原向东挤出作用的重要构造[4],其晚更新世以来滑动速率的降低可能是由多种机制造成的:①进入全新世以来,青藏高原向东运动整体减弱,如果这种机制是合理的,那么在青藏高原向外扩展的过程中所形成的其他一系列构造是否也存在变形速率同期变缓的趋势,目前缺少相关的研究;②由于东昆仑断裂向东扩展新形成的构造承担了一部分变形。目前尚无法确定哪种机制造成了这种滑动速率的降低,这还需要对青藏高原向东运动过程进行更多深入的研究。


图11

东昆仑断裂带中段基于断错地貌研究的位移—年龄图
矩形框表示位移—年龄范围,黑线和灰线分别表示68%和95%置信区间的速率历史路线,浅灰色和红色区域分别表示68%和95%置信区间的中值速率历史

Fig. 11

Displacement-age plot of middle segment from eastern Kunlun fault zone based on offset landform
Rectangular box, displacement-age envelope; Black & grey line, slip history path; Light grey & red area, median slip history with 68% & 95% confidence envelopes

6 结 论

东昆仑断裂带左旋断错了中段秀沟盆地北部的一大型洪积扇P3,通过宇宙成因核素测年和洪积扇断错位移量恢复表明,该洪积扇的年龄是(76.55±3.20)~(106.37±3.38)ka,左旋位错量为(1 862±103)m。从而估算得到断裂晚更新世以来的平均左旋滑动速率为 (20.3+3.5/-2.3)mm/a。东昆仑断裂带中段的平均左旋滑动速率晚更新世以来呈现出减慢的趋势。

The authors have declared that no competing interests exist.

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Magsci
库玛断裂(库赛湖-玛曲断裂)是青藏高原北部东昆仑缝合线中的主要断层系。它是青藏高原内部所形成的以走滑运动为主的大断裂带之一,也是高原南部与北部相对陷落差异活动十分强烈的断块地貌界线。东昆仑缝合线第四纪时期是活动的,晚第四纪以来沿库玛断裂带发育了多期地震地表破裂,构成长达700多Km的地震地表破裂带。
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Magsci
文中通过对东昆仑活动断裂带托索湖至玛曲段的实际野外测量,获得了该段上的1组断裂位错实测数据和14C及TL测年样品。通过室内分析研究,发现大体以阿尼玛卿山玛积主峰为界,东昆仑活动断裂带托索湖至玛曲段可再分为花石峡段和玛沁段2个在几何上不连续的段落,花石峡段的全新世水平滑动速率(11.5±1.1)mm/a明显高于玛沁段(7.0±0.6)mm/a。此外,由于断裂而引起的断裂两侧的差异垂直隆升速率,花石峡段自4kaBP以来约为(2.1±0.3)mm/a,玛沁段自10kaBP以来约为0.55mm/a。这种差异垂直隆升速率的明显变化,一方面反映了东昆仑活动断裂带不同段落上活动的差异,另一方面也可能反映了研究区内全新世以来的快速隆升。
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DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2016.01.004 Magsci

文中从几何结构特征、断裂长期滑动速率和古地震复发特征3个方面对阿万仓断裂进行了研究。详细的遥感解译和野外调查结果表明:1)阿万仓断裂作为东昆仑断裂带东段(玛沁-玛曲段)的分支断裂,和东昆仑断裂一样也是1条全新世活动断裂,性质为左旋走滑兼逆断,总长约200km。西北段由2条总体走向310&deg;,相距约16km近平行的次级断层组成,向SE方向合为1条断裂。2)在阿万仓断裂上发现大约15km长的古地震地表破裂带,表现为断层陡坎、断塞塘、地裂缝、断层沟槽等典型断错微地貌现象。3)经航、卫片解译,野外现场调查,断错地貌测量和样品测试,得到该断裂晚第四纪以来的平均左旋水平滑动速率为3mm/a,垂直滑动速率约0.07mm/a。4)通过对断错最新地貌面的测年和探槽剖面分析,认为阿万仓断裂带存在4次古地震事件,属原地复发型,最新1次事件是在(850&plusmn;30)a BP以后发生的。5)阿万仓断裂左旋滑动速率与东昆仑断裂带玛沁-玛曲段递减的滑动速率量值相当,它的存在和发现可以很好地解释东昆仑断裂带东段(玛沁-玛曲段)滑动速率递减的特征。东昆仑活动断裂带中东段滑动速率逐渐递减,与东昆仑活动断裂带中东段帚状散开的几何结构有关,其中的阿万仓断裂是东昆仑断裂带东延过程中的重要分支断裂,吸收了东昆仑断裂带东延的应变分配。

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Magsci
秀沟盆地是发育在东昆仑走滑断裂带上的一级拉分盆地,位于该断裂带西大滩-东大滩段与托索湖段的左阶连接部位。本研究通过解译分析高分辨率遥感影像和数字高程模型(DEM)数据,并结合野外高精度实时差分GPS(RTK-GPS)测量数据,对秀沟盆地第四纪构造活动及其地貌特征进行了研究。研究结果表明,沿东昆仑活动断裂带秀沟盆地段发育了晚第四纪地表地震破裂带、次级走滑拉分盆地、错断阶地陡坎、错断冲积扇等典型走滑构造地貌特征。其中秀沟盆地东北部发现约50km长,而且保存完好的地表地震破裂带,很可能是1902年秀沟盆地东北部M7.0级的地震地表破裂带。在破裂带的长度上,它与1963年发生在其东部阿拉克湖段的M7.0所产生的40km长的地震地表破裂带相近。
高分辨率遥感影像的解译结果表明,冲积扇上发育的河流T3阶地与T4阶地之间发生了90m左右的水平断错累积位移,根据同一海拔高度沉积物的宇宙成因核素暴露年代测定资料得出的T3和T4阶地的形成年龄分别是 6276&plusmn;262a和 8126&plusmn;346a,估算出东昆仑活动断裂带秀沟盆地段全新世以来的平均走滑速率为12.9&plusmn;2.9mm/a。此外,遥感影像解析和野外测量指示晚第四纪冲积扇发生的累积错断距离为2970&plusmn;30m,根据这些推测冲积扇形成年代约为 297&plusmn;19kaB.P.,由此估算出秀沟盆地段晚更新世以来的长期平均走滑速率为10.1&plusmn;0.8mm/a。两者结果接近,表明东昆仑活动断裂带秀沟盆地段晚第四纪以来有比较一致的走滑速率。
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Magsci

阿尔金断裂带是青藏高原北部的一条大型左旋走滑断裂带,近EW向延伸2000多公里, 它构成了青藏高原与塔里木盆地之间的重要地质边界。康西瓦断裂位于阿尔金断裂带西段, 呈WNW-ESE向延伸约 700km。文章在高分辨率卫星遥感图像(印度遥感卫星5.8m分辨率)和数字高程地形模型(DEM)数据分析的基础上,并结合野外构造地貌考察观测,对康西瓦断裂的第四纪构造活动及其地貌特征进行了初步研究。沿断裂带发育的系统错断水系、错断冲积扇、挤压脊、走滑拉分盆地等典型构造地貌特征表明,该断裂晚第四纪经历了强烈的左旋走滑活动。同时,研究还揭示沿康西瓦断裂发育了一条长约80km的地表地震破裂带,最大同震左旋水平错位为4m,估算产生该地表破裂带的地震是一矩震级为Mw7.3的大地震。

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柯坪推覆系是南天山重要的多排逆断裂推覆系,研究其活动性对讨论天山新生代构造具有重要意义。讨论柯坪推覆系全新世以来的活动特征和古地震情况可以对其最新活动性特点做出评价。通过对柯坪推覆系西段三排褶皱冲断带山前地貌面上断层陡坎的精确测量和典型地点的古地震探槽研究,并通过10Be宇宙成因核素方法确定地貌面时代和古地震发生时间。获得的结果表明全新世以来柯坪推覆系西段的西柯坪塔格断裂、奥兹塔格断裂和托克塔格断裂的活动速率分别为1.45(+1.68/-0.44)mm/a,0.81(+0.35/-0.19)mm/a和(0.3±0.05)mm/a。表现出天山多排逆断层前展模式中活动强度由后排构造向前排构造转移的特点;古地震的位移量和复发周期特点与活动速率相似,前排古地震活动性强于后排,产生较大地表破裂的强震多出现在第一排的柯坪塔格断裂上。其中第一排西柯坪塔格断裂2次地震复发间隔约4 ka,单次地震位移量约3 m;第二排奥兹塔格断裂4次地震复发间隔约2 ka,单次地震位移量约1 m;第三排托克塔格断裂7 ka来仅发生过1次地震。皮羌捩断层是柯坪推覆系东西段前展推覆速率差异的构造结果。推覆系西段的变形速率明显强于东段,造成推覆系统整体沿皮羌捩断层撕裂。同时由于前展模式的构造特点,目前皮羌断裂两侧的后排断层已经存在近20 km的巨大错距,而随着活动速率向前排的转移,前排两侧4 km左右的错距正在增大。
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基于青海柴达木盆地达布逊湖达1井岩芯样品孢粉分析结果,将孢粉谱划分为Q2、Q3和Q4三个孢粉带;并根据孢粉组合特征讨论了过去50万年中研究区植被演化和古气候变化问题。达1井沉积剖面年龄根据古地磁测定。研究结果表明,柴达木盆地中更新世中、晚期(500-130ka BP)气候可能为暖温带半潮湿型,晚更新世(130-10ka BP)气候为温带半干燥型,全新世(10-0ka BP)气候为寒温带干燥型。晚更新世气候变化与青藏高原古里雅冰芯所记录的冷暖事件演变基本一致。
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