【类型】期刊

【作者】吴国栋，吴传勇，沈军，戴训也，陈建波（新疆维吾尔自治区地震局；防灾科技学院）

【作者单位】新疆维吾尔自治区地震局；防灾科技学院

【刊名】内陆地震

【关键词】 博格达北麓；地壳缩短速率；断弯褶皱；断层扩展褶皱；剩余面积

【资助项】财政部重大专项“我国地震重点监视防御区活动断层地震危险性评价”；新疆地震科学基金项目（201409）共同资助

【ISSN号】1001-8956

【页码】P116-121

【年份】2019

【期号】第2期

【期刊卷】7

【摘要】博格达推覆构造,由南向北发育3~4排活动断裂,活动性逐渐向北迁移,最新活动主要集中在前缘的阜康断裂及北三台断裂上。阜康断裂上盘在二工河一带为单斜岩层,具有断弯褶皱的特征,通过测量阶地拔河高度、阶地基座岩层的产状以及阶地年代数据,应用断弯褶皱变形的关系式得到了断层沿断层面滑动速率为0.8 mm/a;北三台断裂发育在断层扩展褶皱北三台背斜北翼,利用阶地剩余面积及褶皱滑脱面埋深,计算得到北三台背斜晚更新世晚期以来的缩短速率在0.5~0.9mm/a之间。综合得到博格达北麓晚第四纪地壳缩短速率为1.3~1.7 mm/a,考虑到埋藏地貌面的变形量,估计博格达北麓晚第四纪以来南北向总的地壳缩短速率在1.5~2.0 mm/a之间。

【全文】 文献传递



博格达北麓晚第四纪地壳缩短速率①

吴国栋1， 吴传勇1 ， 沈 军2， 戴训也2， 陈建波1

(1.新疆维吾尔自治区地震局，新疆 乌鲁木齐 830011； 2.防灾科技学院，河北 三河 065201)

摘要： 博格达推覆构造，由南向北发育3～4排活动断裂，活动性逐渐向北迁移，最新活动主要集中在前缘的阜康断裂及北三台断裂上。阜康断裂上盘在二工河一带为单斜岩层，具有断弯褶皱的特征，通过测量阶地拔河高度、阶地基座岩层的产状以及阶地年代数据，应用断弯褶皱变形的关系式得到了断层沿断层面滑动速率为0.8 mm/a；北三台断裂发育在断层扩展褶皱北三台背斜北翼，利用阶地剩余面积及褶皱滑脱面埋深，计算得到北三台背斜晚更新世晚期以来的缩短速率在0.5～0.9 mm/a之间。综合得到博格达北麓晚第四纪地壳缩短速率为1.3～1.7 mm/a，考虑到埋藏地貌面的变形量，估计博格达北麓晚第四纪以来南北向总的地壳缩短速率在1.5～2.0 mm/a之间。

关键词：博格达北麓； 地壳缩短速率； 断弯褶皱； 断层扩展褶皱； 剩余面积

博格达弧形推覆构造是北天山东段构造运动最为显著的地区。这一地区构造变形非常强烈，地貌反差较大，在南北向近30 km的范围内，海拔高度由5 445 m的博格达峰快速降至山前冲洪积平原的1 000 m左右，地形高差达4 000 m以上。对于这样一个构造运动依然强烈的地区，其构造变形幅度，特别是晚第四纪以来这一地区的地壳缩短速率尚无系统研究。前人[1-6]曾对博格达弧形构造第三排断裂—阜康断裂晚第四纪以来的垂直滑动速率进行过研究，速率多在1 mm/a以下，但以往的工作对断裂变形地貌的测量仅集中在断层附近，忽略了褶皱变形引起的地壳缩短，因此，上述工作得到的地壳缩短速率并不能真正代表断裂的运动速率。而最新的GPS观测资料显示博格达弧形构造南北向的地壳缩短速率在3～5 mm/a[7]，明显大于地震地质方法得到地壳缩短速率。

博格达推覆构造紧邻乌鲁木齐、横亘天山北麓经济带，是一条具备发生强震能力的地震构造带[6]。笔者通过利用差分GPS对断裂变形地貌的细致测量，结合野外对断裂变形特征的调查，获得了断裂晚第四纪以来不同时期的变形幅度，结合年代学研究，获得了博格达北麓晚第四纪以来的地壳缩短速率。博格达地区晚第四纪以来滑动速率的定量研究为该地区的新构造运动提供了可靠的基础数据，同时，对了解博格达晚第四纪期间的构造变形特征具有重要意义。

1　博格达地区构造特征

博格达弧形推覆构造体系主要由3排构造带组成(图1)，在剖面上，3排弧形断层均具有犁式断层的形态(图1)，向下可能归并为同一滑脱断面[8,9]。最南侧二道沟断裂带是整个推覆构造的根部断裂，构成博格达北麓高山区与中低山区的分界线，1965年6.6级地震震中的投影就位于该断裂的西段；第二排构造带雅玛里克断裂，为古生代与中生代的分界线；第三排构造带为阜康断裂，该断裂构成博格达与准噶尔盆地的分界断裂。另外，在北三台附近还发育了一排更新的逆断裂-褶皱构造，称为北三台断裂，地貌上表现为低缓的丘陵。

2　博格达晚第四纪地壳缩短速率

博格达弧形构造带属于较为典型的推覆构造，北天山地区的推覆构造的变形模式属于前展式[9]，推覆构造不断向盆地方向扩展，活动性也随之向前迁移，推覆体后部的断裂活动性逐渐减弱。博格达推覆构造根部的二道沟断裂曾发生过1965年6.6级地震，地震震中位置的投影位于该断裂上，据此认定该断裂为全新世活动断裂[10]，但目前尚无该断裂全新世活动的地震地质证据。雅玛里克断裂带是推覆体的中央断裂带，该断裂晚第四纪以来活动趋于微弱，为晚更新世活动断裂[10]。目前，博格达推覆构造的新活动主要集中在前缘的阜康断裂和北三台断裂上，这2条断裂均为全新世活动断裂[1-2,4-6]。因此，我们的变形地貌测量工作主要跨阜康断裂和北三台断裂进行(图2)。

2.1　阜康断裂晚第四纪活动速率

在二工河西岸(小龙口附近)，对现代冲沟、T1阶地和T3阶地进行了测量(图3)，从测量结果来看，河流的T3阶地发生了明显的构造变形，在断层附近，垂直断错形成陡坎地貌，向北T3阶地与现代冲沟的高程逐渐减小，在断层以北约2.5 km左右，高程下降尤为明显，实测该处基座岩层产状仅20°左右。另外，T1阶地也发生了构造变形，虽然在断层附近地表没有陡坎地貌，但在断层上盘约2.5 km的范围内，T1阶地与现代冲沟的高程明显高于断层下盘和其他部位。

根据1∶200 000地质图，二工河一带阜康断裂上盘是一单斜岩层，断层上盘为紫红色、灰褐色泥岩、砂岩。实测断层上盘的三叠纪基岩地层也为单斜岩层，断层附近岩层较陡，局部近直立，向南岩层产状逐渐稳定，倾角为65°(图4)，再向南逐渐平缓，到断层以南约2.5 km附近，岩层产状仅20°左右。

这一构造特征属于断弯褶皱，断弯褶皱是指不存在剪切变形，仅通过膝折带迁移变形的构造，褶皱生长过程中地层保持恒定，沿断层各点的位移量相等。由于断弯褶皱各处的位移量与断层相等，地表隆起幅度的高度取决于下伏岩层倾角的大小，因此，对于这类构造，断层垂直抬升量u与断层位移量d之间存在如下关系(图5)：

d=u/sinθ　.

(1)

因此，只要获得某一点处地貌面的抬升量以及下伏岩层的倾角，就可以较为准确的获得该构造的运动量。该公式在背斜的后翼，及地层与断层面平行的岩层区该公式才能适用。二工河两岸发育有不对称的三级阶地，其中T1阶地较为平坦开阔，两岸均有发育，T2阶地不发育，仅局部残留，T3阶地拔河高度约22 m(图6)，河流两岸均有分布，在阶地剖面位置测量阶地基座岩层的产状为205°∠65°。该级阶地上覆风积黄土层，其底部的14C年龄为30 588±553 aB.P.[1]，若以阶地覆盖黄土层底部年龄近似代表该阶地年龄，则该级阶地的年龄可能在距今3万年左右。

根据上述关系式，以及河流阶地的年龄，得到阜康断裂在二工河附近的沿断层面滑动速率为0.8 mm/a左右。

2.2　北三台断裂晚第四纪活动速率

根据深部探测资料，北三台背斜为一断层扩展褶皱，北三台断裂在背斜北翼出露地表，断层上盘发生了明显的褶皱。在芦草嘴子村南实测该背斜的阶地剖面(图7)，阶地发生了明显的变形，阶地除在断层附近发生了明显的断错，在断层上盘还发生了明显的褶皱变形，形成拱曲变形。测量结果显示，T4阶地(背斜顶面)形成以来，背斜的隆升量为60 m，T3阶地形成以来，背斜的隆升量为29 m，T2阶地形成以来背斜的隆升量为10 m，T1阶地形成以来背斜的隆升量约为3 m。

褶皱变形量的计算是通过测量穿过褶皱的冲沟阶地的变形剖面，把地形平均坡度恢复到水平，这样可在剖面图上读出阶地的隆起高度。再利用近似的计算方法，可以求得阶地变形曲线与现代冲沟地形线之间的面积(剩余面积)。控制形成背斜的逆冲断层在地表下变成近水平断层的深度，由剩余面积除以滑脱断层的深度，即求得阶地褶皱的缩短量。北三台背斜是在印支—燕山期强烈抬升遭受剥蚀的古隆起，该隆起的核部地层为石炭系，在其南坡和北坡还残存有二叠系、三叠系、侏罗系和白垩系以上的地层[12]。现今的北三台背斜是在喜山期运动再次复活的产物，地貌上呈现平缓的丘陵，地表出来的地层为新近纪泥岩。从深部石油探测剖面分析，该背斜的滑脱面埋深可能在2 km左右[13]或3～3.5 km之间[14]。

通过近似计算，T4阶地的剩余面积为105 360 m2，T3阶地的剩余面积为52 290 m2，T2阶地的剩余面积为14 870 m2，T1阶地的剩余面积为3 065 m2，再根据背斜滑脱面的埋深，得到各级阶地形成以来的缩短量：T4阶地的缩短量为30～53 m，T3阶地的缩短量为15～26 m，T2阶地的缩短量为4～7 m，T1阶地的缩短量约为1～1.5 m。由于T4阶地、T3阶地在断层下盘处于埋藏状态，因此，这2级地貌面的缩短量是个最小值。如果T3阶地的年龄与二工河可以对比，同为距今3万年左右，由此初步估算得到，北三台背斜晚更新世晚期以来的缩短速率在0.5～0.9 mm/a之间。这样，博格达山北麓总的地壳缩短速率在1.3～1.7 mm/a之间，考虑到阜康断裂与北三台之间尚未测量到的埋藏地貌面的变形量、以及区域性侵蚀基准面的变化、河床弯曲率变化、阶地面或地貌面的影响、测年数据本身存在的误差等因素，计算得到的地壳缩短量误差可能在 15%～20%，综合估计博格达北麓晚第四纪以来南北向总的地壳缩短速率在1.5～2.0 mm/a之间。

3　认识及讨论

通过对博格达北麓地质构造的考察、论证、分析，得出如下几点认识：

(1) 博格达推覆构造系由南向北主要由二道沟断裂带、雅玛里克断裂以及阜康断裂3排构造带组成，在阜康断裂以北发育最新隆起的规模较小的北三台逆断裂—褶皱构造，而博格达构造系目前最新活动主要表现在其北缘的阜康断裂及北三台最新隆起地带。

(2) 博格达北缘最新活动呈现出不同的表现方式，阜康断裂中东部二工河附近构造变形以断弯褶皱形式为主，而北三台断裂则主要以断层扩展褶皱的形式发生构造变形。

(3) 根据断弯褶皱、断层扩展褶皱变形特征，利用野外获得的阶地变形数据、断层产状等信息，计算得到阜康断裂二工河附近断层滑动速率为0.8 mm/a之间，北三台背斜晚更新世晚期以来的缩短速率在0.5～0.9 mm/a之间。

(4) 阜康断裂与北三台之间存在埋藏地貌面，其变形量未被考虑，以及区域性侵蚀基准面的变化等对阶地高度的影响，阶地高度可能偏低，因此阜康断裂和北三台断裂变形量之和(1.3～1.7 mm/a)与博格达北麓真实地壳缩短速率相比值偏小，综合认为博格达北麓晚第四纪以来南北向总的地壳缩短速率应该为1.5～2.0 mm/a之间。

通过对阶地变形的测量，结合测年结果及深部资料，相对粗略计算得到了博格达北麓晚第四纪以来地壳缩短速率，仅选取了具有相对典型性、指示性的二工河、北三台地带，这样得到的结果在很大程度上又有一定的局限性，不能全面代表博格达北麓地壳缩短速率的分布情况。总之，尽管此次获得了地壳缩短速率的定量数据，较前人有了一定进步，但是更加全面、精确的定量数据结果，有待进一步调查研究获得。

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文章编号：1001-8956(2016)02-0116-06　　　　　中图分类号：P315.2

文献标识码：A

收稿日期：①2015-04-14;修回日期：2015-12-02.

作者简介：吴国栋(1982～)男，工程师，2009年毕业于兰州地震研究所构造地质学专业，研究方向活动构造. E-mail：wgd_xju@126.com

doi:10.16256/j.issn.1001-8956.2016.02.004

CRUSTAL SHORTENING RATE OF NORTHERN BOGEDA MOUNTAIN IN LATE QUATERNARY

WU Guo-dong1， WU Chuan-yong1， SHEN Jun2， DAI Xun-ye2， CHEN Jian-bo1

(1.Earthquake Administration of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 830011，Xinjiang，China；2.Institute of Disaster Prevention，Sanhe 065201，Hebei， China)

Abstract: In the Bogeda nappe tectonics, there are three or four active faults and their activity migrates gradually from south to north. The latest movement mainly displays in the Fukang fault and Beisantai fault. In Ergong river area, the upper wall of Fukang fault is monoclines strata, being characteristic of fault-bend fold. By measuring the terrace’s height, the stratum attitude of terrace’s base and the age data, writers obtain the fault’s slip rate which is 0.8 mm/a, applying the relationship of fault-bend fold deformation; Beisantai fault grows in the north limb of Beisantai fault-propagation fold. With the terrace remaining area and the buried depth of detachment, the calculating result of the shortening rate of Beisantai fold since late Pleistocene is 0.5～0.9 mm/a. The total crustal shortening rate of northern Bogeda mountain is 1.3～1.7 mm/a. Considering the deformation of the buried terrace, writers estimate the crustal shortening rate of northern Bogeda mountain is about 1.5～2.0 mm/a since late quaternary in the direction between south and north.

Key words: Northern Bogeda mountain; Crustal shortening rate; Fault-bend fold; Faultpropagation fold; Remaining area

课题项目：财政部重大专项“我国地震重点监视防御区活动断层地震危险性评价”、新疆地震科学基金项目(201409)共同资助.