龐煒何文貴袁道陽?┱挪í┪庹?

摘要：通過衛(wèi)星影像解譯發(fā)現(xiàn)，青海海西地區(qū)大柴旦東側(cè)山前洪積扇上發(fā)育了一條影像特征清晰、連續(xù)性較好的活動斷裂帶，被稱為大柴旦斷裂。野外追蹤調(diào)查確認該斷裂為一條總體走向NNW（340°左右），長度約125 km的活動斷裂帶。該斷裂屬柴達木盆地北緣斷裂系的重要組成部分，晚第四紀構(gòu)造活動具擠壓逆沖特征兼右旋走滑分量。山前沖洪積扇保存有多級較小的斷層陡坎、斷層溝槽和沖溝右旋等斷錯地貌現(xiàn)象。利用差分GPS技術(shù)對斷層陡坎進行測量，單條小陡坎的高度一般為0.5～1 m，多條陡坎組合累積高度為3～5 m。通過對2個天然古地震剖面和3個探槽剖面進行綜合分析，最前緣的主控斷層為逆沖斷層，后緣表現(xiàn)為張性正斷層的組合形式，斷裂新構(gòu)造活動具有逐漸向山前擴展的特征。根據(jù)樣品14C測年結(jié)果大致確定了5次古地震事件，其中全新世以來有4次；古地震時間具有準周期性，其復(fù)發(fā)間隔約為2 000年。最近一次古地震事件的離逝時間是（1 935±60） a B.P.之后，說明大柴旦斷裂離逝時間與復(fù)發(fā)間隔較接近，地震危險性比較高。

關(guān)鍵詞：古地震；大柴旦斷裂；陡坎；探槽； 14C測年；復(fù)發(fā)間隔；柴達木盆地

中圖分類號：P315.2文獻標志碼：A

0引言

位于青藏高原東北緣的柴達木—祁連山活動地塊，是青藏高原向大陸內(nèi)部擴展的前緣部位，也是其最新的和正在形成的重要組成部分[13]，是由NEE向阿爾金斷裂、NWW向祁連山—海原斷裂和近EW向東昆侖斷裂3條巨型左旋走滑斷裂所圍限的一個相對獨立的活動地殼塊體[34]。柴達木盆地北緣活動斷裂系是該塊體內(nèi)部柴達木中新生代坳陷盆地與祁連山褶皺隆起區(qū)的分界斷裂，西起阿爾金山東段南麓的賽什騰山，向東南終止于青海烏蘭地區(qū)，并被鄂拉山斷裂所截。該斷裂系全長約350 km，總體呈NW向，由走向一致、首尾錯列的賽什騰山斷裂、綠梁山斷裂、大柴旦斷裂、錫鐵山斷裂、阿木尼克山斷裂等組合而成[5]。大柴旦斷裂是一條地貌上線性特征清晰，新構(gòu)造活動性強的晚第四紀以擠壓逆沖為主兼具右旋走滑分量的活動斷裂，其北側(cè)為宗務(wù)隆山斷裂，南側(cè)為綠梁山斷裂、錫鐵山斷裂和歐隆布魯克斷裂。它們共同構(gòu)成柴達木盆地北緣的主干活動斷裂系。

柴達木盆地北緣斷裂系新構(gòu)造活動明顯，歷史上及現(xiàn)今發(fā)生過多次中強以上地震。近十多年以來，該地區(qū)發(fā)生過兩組較大震級的地震： 2003 年4 月17 日德令哈Ms6.6 級地震和2004年5月11日發(fā)生在宗務(wù)隆山斷裂上的Ms62級地震；2008 年11 月10 日的Ms6.3級地震、2009 年8月28 日Ms6.4級地震和2009年8月31日Ms6.2級地震，均位于大柴旦斷裂和宗務(wù)隆山斷裂附近[6]。這表明該區(qū)的構(gòu)造活動與地震活動呈增強趨勢，未來的大震危險性值得關(guān)注。其中，Ms為里氏震級。

袁道陽等對柴達木盆地的各條斷裂曾開展過一些初步調(diào)查，獲得了斷裂展布及其新構(gòu)造活動的一些地質(zhì)地貌證據(jù)[35，78]，但是缺乏斷裂新構(gòu)造活動的滑動速率和古地震期次等定量參數(shù)，不利于分析該區(qū)未來的大震危險性。研究表明，對那些會發(fā)生地表破裂的斷裂的潛在最大震級進行研究對于評價未來大震危險性具有重要的意義[910]。本文選取交通條件較為便利、地質(zhì)地貌特征明顯的大柴旦斷裂為研究對象，擬通過衛(wèi)星影像解譯、野外地質(zhì)調(diào)查、探槽開挖以及樣品采集測試等，獲取大柴旦斷裂的古地震活動特征，為該斷裂的最大潛在震級以及在未來大震危險性分析方面提供地質(zhì)資料。

1斷層活動特征

1.1斷層展布特征

逆沖活動斷裂一般沿斷裂延伸方向在地表形成較連續(xù)的斷層陡坎或撓曲變形[11]。通過衛(wèi)星影像解譯發(fā)現(xiàn)，青海海西地區(qū)大柴旦東北側(cè)的山前沖洪積扇上發(fā)育了清晰的線性斷層陡坎。該斷裂北起魚卡北，向SE經(jīng)大柴旦、八里溝、大頭羊溝、塔塔楞河溝、綠草山和東風(fēng)等地，大致沿達肯大坂山南緣展布，向東到耳溫烏蘭以東終止，斷續(xù)長達125 km。在地貌上，該斷裂多由2、3條近平行或斜列的次級斷層陡坎組成，西北段走向330°，東南段走向295°～315°，呈反“S”弧形（圖1、2）；斷裂新構(gòu)造活動表現(xiàn)為擠壓逆沖兼右旋走滑性質(zhì)。依據(jù)斷裂幾何展布、活動特性及其活動性的差異，將該斷裂以溫泉溝和塔塔楞河溝為界分為北、中、南三段。

大柴旦斷裂北段（F1）從魚卡北到溫泉溝附近，長度約45 km，斷層走向295°，傾向NE，傾角較陡。該段斷裂主要沿山體發(fā)育，形成與山體近平行的斷層陡坎或斷層崖，局部段在山前洪積扇上發(fā)育了延伸較短的低矮斷層陡坎，表明斷裂的新構(gòu)造活動逐漸向盆地內(nèi)部發(fā)展。

影像來自Google Earth

圖1青海大柴旦斷裂及其周圍斷裂展布

Fig.1Map Showing the Distribution of Dachaidan Fault and Its Surrounding Faults in Qinghai

影像來自Google Earth；箭頭指向斷裂分段點

圖 2大柴旦斷裂展布

Fig.2Map Showing the Distribution of Dachaidan Fault

大柴旦斷裂中段（F2）從溫泉溝到綠草山附近，長度約50 km，走向330°，主斷層傾向NE，傾角超過60°。溫泉溝至八里溝一段，斷層陡坎較為連續(xù)，在洪積扇上發(fā)育單條或多條斷層陡坎，單條陡坎高05～2.5 m不等。斷層朝SE向沿基巖山邊緣發(fā)育，形成較高的斷層陡坎。在八里溝一帶，一些沖溝還具有右旋走滑特征，位錯量為1.5～21 m不等。

大柴旦斷裂南段（F3）從綠草山至耳溫烏蘭以東，長度約30 km，傾向305°～310°。衛(wèi)星影像解譯顯示該斷裂有較好的線性構(gòu)造特征，均為高大的斷層陡坎（高度超過10 m）和斷層三角面。在東風(fēng)以南分為南、北兩段，北段為新近系地層與第四系地層形成的老斷層，南段斷層切割第四系沖洪積扇，活動性較強。

圖3大柴旦斷裂中段全新世活動段展布

Fig.3Distribution of Holocene Active Segment in the Central Part of Dachaidan Fault

本次研究選取斷錯地貌最為典型的大柴旦斷裂中段山前沖洪積扇上長約7 km的斷裂段進行深入分析（圖3），重點研究該斷裂全新世斷錯地貌特征和古地震活動特征。

1.2斷裂活動的地貌特征

地貌特征是地質(zhì)構(gòu)造格局的基本反映，是新構(gòu)造運動中斷裂活動、塊體運動和侵蝕風(fēng)化作用的綜合結(jié)果[1215]。從衛(wèi)星影像解譯和野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，青海海西地區(qū)大柴旦東側(cè)山前長約7 km的斷層段（圖3）線性影像特征清晰，切割了第四紀以來各時期洪積扇，保存多條近于平行、不同高度的斷層陡坎。

根據(jù)衛(wèi)星影像解譯、野外實地調(diào)查和年代樣品測試結(jié)果，對本區(qū)的地貌單元進行了初步劃分，大致可以劃分出4級沖洪積扇或臺地：T0～T1臺地主要為河漫灘或者次級沖溝Ⅰ級階地，地層時代為全新統(tǒng)；T2沖洪積臺地或階地主要由上更新統(tǒng)上段沖洪積層構(gòu)成；T3沖洪積臺地或階地屬于上更新統(tǒng)中段洪積層；T4臺地由中更新統(tǒng)冰磧物構(gòu)成，也可能是冰水扇。

在被斷錯的沖洪積臺地，尤其是八里溝北側(cè)晚第四紀洪積扇上，最多可見到5級小斷層陡坎，長度為120～200 m，高度約為0.5 m，坡向SW，總體為正向陡坎。大柴旦斷裂南段多為單條斷層形成的大陡坎，高度為2～5 m，最高達12 m。沿大柴旦斷裂可見沖溝階地面、高漫灘以及最新沖洪積扇面等均被斷錯，形成陡坎地貌[圖4（a）]。此外，

局部段還可見斷層溝槽[圖4（b）]、反向陡坎[圖4（c）]和沖溝右旋[圖4（d）中T2沖洪積臺地上侵蝕切割發(fā)育的Ⅱ級階地右旋位錯（8±1）m]等斷錯地貌現(xiàn)象。右旋走滑斷錯各級沖溝及階地，較小的位移約1.5 m，大的位移超過200 m，如八里溝右旋位移可超過240 m。野外踏勘時，在一些典型觀察點進行了陡坎高度和右旋位錯的測距儀和差分GPS測量。差分GPS測線分布見圖3（b）以及圖5、6，差分GPS測線附近地貌見圖7、8，差分GPS測量結(jié)果見表1、圖9和圖10。

從表1可以看出：T1臺地只有1個觀察點，陡坎高度在0.5 m以下；T2沖洪積臺地上陡坎高度大致為 （1.5±0.5）m；T3沖洪積臺地上陡坎高度大致為（3.0±0.5）m；T4臺地有1個觀察點，陡坎高度達12.0 m。沖溝右旋的分布規(guī)律不明顯，T2沖洪積臺地右旋位錯量平均約（4.0±1.0）m，T3沖洪積臺地右旋位錯量平均約（6.0±1.0）m。這些地貌現(xiàn)象表明，大柴旦斷裂晚更新世以來尤其是全新世以來活動強烈。

圖4大柴旦斷裂斷錯地貌

Fig.4Photos Showing Faulted Landforms in Dachaidan Fault

圖5T2沖洪積臺地差分GPS測線分布

Fig.5Map Showing the Distribution of Differential GPS Surveying Lines of T2 Alluvialdiluvial Platform

圖6T3沖洪積臺地差分GPS測線分布

Fig.6Map Showing the Distribution of Differential GPS

Surveying Lines of T3 Alluvialdiluvial Platform

圖7T2沖洪積臺地差分GPS測線附近斷錯地貌照片

Fig.7Photos Showing Faulted Landforms near Differential GPS Surveying Lines of T2 Alluvialdiluvial Platform

圖8T3沖洪積臺地差分GPS測線附近斷錯地貌照片

Fig.8Photos Showing Faulted Landforms near Differential GPS Surveying Lines of T3 Alluvialdiluvial Platform

2古地震特征

為了確定古地震事件的發(fā)生時間、復(fù)發(fā)間隔以及事件的空間分布，利用古地震遺跡探測技術(shù)進行古地震研究已取得廣泛共識[1619]，而該技術(shù)的兩個重要方面就是進行古地震探槽開挖和古地震事件識別。為了解決事件年代不確定性，逐次限定法[20]也應(yīng)運而生[16]。

為了得到比較確切的大柴旦斷裂古地震事件發(fā)生時間及期次，在詳細的構(gòu)造地貌解譯和野外踏勘的基礎(chǔ)上，選擇八里溝北側(cè)晚第四紀沖洪積扇上斷層帶較寬（有5條斷層陡坎），交通較便利（挖掘機容易到達）的地段進行大探槽的開挖工作；同時，在調(diào)查過程中，還發(fā)現(xiàn)了2個天然古地震剖面，增加了古地震研究的證據(jù)。

2.1天然古地震剖面特征

在野外踏勘期間，發(fā)現(xiàn)了2個比較好的天然古地震剖面（圖3、11）：剖面a（經(jīng)緯度為37.892 51°N，95.388 87°E）和剖面b（經(jīng)緯度為37.872 32°N，95401 60°E）。

2.1.1剖面a

天然古地震剖面a位于一條大沖溝南壁，其地貌位置相當于T2沖洪積臺地上次級沖溝T1級沖洪積階地，斷裂活動斷錯了沖洪積層，在地表發(fā)育有斷層陡坎，陡坎傾向SW，高度小于0.5 m。剖面高度15 m，出露地層為：層①為土黃色砂礫石層，頂部為粗砂，中下部為小礫石夾砂，礫石呈棱角狀—次棱角狀，一般粒徑為0.5～2 cm，偶含粒徑為4～5 cm的礫石，較松散，成分多為片巖及花崗巖，厚度約30 cm；層②為土黃—青灰色礫石層，砂質(zhì)充填，礫石呈棱角狀，一般粒徑為5～6 cm，厚度約35 cm，在該層頂部采集到14C樣品（編號為DCD14C3），測年結(jié)果為（2 402.5±57.5）a B.P.（表2）；層③為青灰色粗砂夾小礫石層，礫石多為片狀，一般粒徑為0.5～1 cm，偶含粒徑為4～5 cm的礫石，在斷層?xùn)|側(cè)的厚度約為1 m，斷層西側(cè)未見底；層④為青灰色礫石層，礫石呈棱角狀-次棱角狀，一般粒徑為3～4 cm，粒徑大者大于10 cm，未見底。

剖面上出露2條傾向相對的正斷層。斷層F1走向330°，傾向SE，斷層下部較陡，可達80°，上部較緩。斷層F2走向330°，傾向NW，傾角較陡，近直立。斷層F1和F2均斷錯層②頂部，被層①覆蓋。層②垂直位錯量為28 cm。地表陡坎高度約30 cm，二者比較一致。由此可以推斷2條斷層活動時代相同，至少發(fā)生過1次古地震事件。斷裂的張性活動不但造成兩

2.1.2剖面b

天然古地震剖面b位于另一大沖溝北壁，地貌位置相當于T2沖洪積臺地上次級沖溝T1級沖洪積階地，斷層活動斷錯了沖洪積層，剖面高度為1.5 m。地表發(fā)育有斷層陡坎，陡坎傾向SW，傾角較緩，高

度約0.3 m。出露地層為：層①為土黃色砂礫石層，

厚約10 cm；層②為土黃色次生黃土夾礫石，礫石呈棱角—次棱角狀，一般粒徑為4～5 cm，厚度約20 cm；層③為土黃色砂礫石層，礫石呈棱角狀，粒徑約5 cm，剖面上呈現(xiàn)三角狀；層④為青灰色粗砂、細砂，上部為粗砂含礫石，礫石呈次棱角狀，一般粒徑為2～3 cm，厚度約30 cm，該層底部有5 cm厚的礫石層，可做為標志層；層⑤為青灰色砂礫石層，礫石呈次棱角狀，一般粒徑為3～4 cm，粒徑大者可達到8 cm，厚度約40 cm，該層底部有10～13 cm厚的礫石層，可做為標志層；層⑥為青灰色砂礫石層，特征同層③，未見底。

剖面中出露了2條分支斷層，下部合并為1條斷層。斷層總體走向350°，斷層F1傾向SE，斷層F2傾向NW，斷層傾角較陡，可達到80°。斷層F1、F2可能均斷錯至層①以下。實際上，剖面b的形成與剖面a類似，不僅斷裂由正斷活動造成約0.2 m位錯，并使原先沉積的物質(zhì)形成了一個崩積楔（層③），在其中取14C樣品（編號為DCD141）進行測年，得到的年齡為（3 907.5±72.5）a B.P.，說明古地震事件發(fā)生在（3 907.5±72.5）a B.P.之后。在層④底部形成的垂直斷距是19 cm，層⑤垂直斷距為18 cm，位錯量比較

2.1.3小結(jié)

由于天然斷層剖面a和b各自可以獲得1次古地震事件，分別發(fā)生在（3 907.5±72.5）a B.P.之間和（2 402.5±57.5）a B.P.之后，二者為同一次或單獨的古地震事件需要借助探槽分析來確定。

2.2古地震探槽布設(shè)

天然古地震剖面上出露斷層較少，所發(fā)現(xiàn)的古地震事件可能會有遺漏，而且其性質(zhì)為張性正斷，因此，其應(yīng)為主斷裂逆沖活動過程中形成的次級斷裂。為揭露出更完整的古地震事件，分析其古地震特征，需要采用機械進行探槽開挖。探槽開挖地點能否達到古地震記錄的完整性以及能否獲取大量的測年樣品等直接關(guān)系到未來地震危險性評價的可靠性 [16，2127]。在西北干旱戈壁地區(qū)，斷層陡坎受到后期的人為改造比較小，保存完好。按照探槽選點的原則和要求，一般應(yīng)選擇陡坎高度適中，可能存在多期古地震事件，晚第四紀沉積物顆粒較細，層序清晰尤其是地勢相對低洼的地方，利于采集碳粒年代樣品，且保證探槽開挖的深度是確保所揭示古地震事件完整性的重要條件。

本研究確定的探槽開挖地點位于上更新統(tǒng)沖洪積層為主的T2沖洪積臺地上，臺地主體形成以后，后期又沉積了晚全新世地層。該探槽開挖地點發(fā)育5條斷層陡坎，單條陡坎高度在0.4～0.6 m之間（圖3、12、13），均處于同一期沖洪積扇上，地勢相對低洼，細粒沉積較厚。多級斷層陡坎地貌的發(fā)育可能是單次古地震事件在地表同時形成多條陡坎，也可能是一次事件形成一條陡坎，多次事件形成多條陡坎。因此，采用一個完整跨越全部陡坎的探槽可以更直觀地顯示出地層層序及其發(fā)育情況，并且可以完整地給出一個斷裂系統(tǒng)古地震發(fā)生時間次序。

2.3探槽古地震特征

本研究先期只開挖了3個獨立的大型探槽（編號為Tc1、Tc2和Tc3）。從本次探槽開挖可以看出，大柴旦斷裂的主控制斷裂是逆沖斷裂（探槽Tc1），在其后緣還形成張性正斷層（探槽Tc2和Tc3），符合山前逆沖斷裂的活動規(guī)律。探槽Tc1是3個探槽中最西邊也就是最前緣的一個，跨過了2條斷層陡坎，陡坎高約0.5 m，探槽長30 m，寬3 m，深3 m。探槽Tc2是3個探槽的中間一個，跨過中間2條陡坎，探槽總長17 m，寬3 m，深2～3 m。探槽Tc3是3個探槽最東邊（最后緣）的1個，探槽長10 m，寬3 m，最深處約3 m（圖12）。由于探槽Tc1剖面較長，為了重點表現(xiàn)斷層附近的特征，筆者將探槽Tc1分成東、西2段進行分析。

探槽Tc1西段剖面（圖14）地層描述為：層①為土黃色粉砂夾小礫石層，厚約15 cm；層②為黃褐色礫石層，礫石呈棱角狀，一般粒徑約8 cm，最大可超過15 cm，厚30～40 cm，在該層中部取14C樣品（編號為DCDC1413）進行測年，得到的年齡為（1 935±60）a B.P.；底部有一層厚5 cm紅黏土層②1，其可做為標志層，在其中取14C樣品（編號為DCD14C12）進行測年，得到的年齡為（4 842.5±17.5）a B.P.；層③為青灰色沖積砂礫石層，礫石呈次棱角狀，底部發(fā)育一層細粒砂質(zhì)黏土層③1，厚5～10 cm，粒徑一般為3～5 cm，層厚約50 cm；層④為土黃色沖洪積砂礫石互層，礫石有一定的磨圓度，一般粒徑為2～3 cm，粒徑最大可達10 cm，礫石層④1夾在砂層之間，具有明顯的折曲變形和位錯。層④1、③1都可作為標志層。

探槽Tc1西段剖面上出露2條逆斷層F1和F2。斷層F1為最前緣的斷層，產(chǎn)狀為350°/NE∠55°，發(fā)育5 cm寬的斷層帶（即地層曲折帶），上斷點位于層②頂部。冉勇康等在研究汶川地震地表、近地表地層變形時，提出折曲位錯變形時，在相對較細的層狀堆積物中一般曲折位錯較為明顯，層位越低的地層曲折變形量越大，而層位越向上的地層彎曲變形量越大，使得一次事件后總的位移量基本平衡[30]。斷層F2為2條斷層構(gòu)成的上寬下窄的斷層帶，斷裂帶內(nèi)小礫石都定向排列，斷層傾角較陡，近乎直立。斷層F2東側(cè)斷層斷錯位置較高，接近層①，西側(cè)斷層被層③頂部的紅黏土層③1覆蓋。根據(jù)斷層與地層的切蓋關(guān)系以及不同標志地層單元的位錯量，剖面上可識別出2次古地震事件Ⅰ和Ⅱ。

圖15探槽Tc1東段拼圖與解譯

Fig.15Photomosaic and Interpretation of the East Part of Trench Tc1

古地震事件Ⅰ是斷層F1和F2共同活動的結(jié)果，斷層斷錯層③以下地層，被層②覆蓋。由于斷層曲折變形的存在，并沒有形成崩積楔，并在后緣發(fā)育一張裂縫；其年代在（4 842.5±17.5）a B.P.之前。古地震事件Ⅱ也是斷層F1和F2共同活動的結(jié)果，斷層F1逆沖活動終止在層②頂，斷層F2同時發(fā)生逆沖活動，也終止在層②頂；其年代在（1 935±60）a B.P.之后。

對于這2次古地震事件，斷層F1錯斷層③中礫石層④1的垂向位移為32 cm，層③1垂直位錯為30 cm，層②1垂直位錯為11 cm。上述標志地層單元沿曲折帶向上位移量減小，是判斷古地震事件存在的重要依據(jù)。對于斷層F2而言，層④1垂直位移量約11 cm，層③的垂向位錯為10 cm，層②的位移量為12 cm。也就是說，第1次古地震事件的垂向位移量約20 cm，其位錯僅發(fā)生在斷層F1上，而斷層F2僅形成張裂縫；第2次古地震事件時，斷層F1位錯約11 cm，斷層F2位錯約12 cm，位移總和為23 cm。2次古地震事件的位移量都是20 cm左右，累計位錯為43 cm，而地表相應(yīng)的陡坎高度約50 cm，相互有一定的匹配關(guān)系。

2.3.2探槽Tc1東段

探槽Tc1東段剖面（圖15）地層描述為：層①為褐紅色粉土夾砂石層，礫石呈次棱角狀，一般粒徑為3～5 cm，該層底部取14C樣品（編號為DCD14C11）進行測年，得到的年齡為（2 925±70）a B.P.，厚約30 cm；層②為黃褐色礫石層，礫石呈次棱角狀，粒徑一般為3～4 cm，粒徑最大超過20 cm，局部有細砂沉積，為沖積成因，厚40～70 cm；層③為青灰色砂礫石互層，層理較發(fā)育，為沖積成因，厚約110 cm；層④為大礫石層，礫石中棱角狀，一般粒徑大于10 cm，厚約15 cm；層⑤為混雜砂礫石層，斷層?xùn)|側(cè)較之西側(cè)層理更發(fā)育，礫石粒徑約5 cm，未見底。

探槽Tc1東段剖面上見到1條逆斷層和多條地震裂縫。斷層斷錯層②以下所有地層，被層①所覆蓋。斷層將層④斷錯形成的垂直斷距為50 cm，將層②斷錯形成的垂直斷距約50 cm，表明該斷層有過1次構(gòu)造活動，也與地表陡坎50 cm左右的高度較為吻合。根據(jù)層①底部14C樣品DC14C11測年結(jié)果，古地震事件發(fā)生在（2 925±70）a B.P.之前。

2.3.3探槽Tc2

選取探槽Tc2重要的包含斷裂的13 m長度進行詳細剖面分析（圖16）。剖面地層描述為：層①為表土層，黃褐色細砂夾少量小礫石，厚10～30 cm；層②為土黃色粉砂與褐紅色黏土互層狀堆積，黏土層厚2～5 cm，該層為地震時形成的斷塞塘；層③為土黃色粉砂、褐色黏土與青灰色粗砂及礫石的混雜堆積，為地震時形成的崩積楔；層④為沖積砂礫石層，粗砂與礫石互層發(fā)育，具有水平層理，其中夾有一層厚約5 cm的含礫粉砂層，整體厚度超過100 cm；層⑤為土黃色砂與礫石混雜堆積，為洪積成因，礫石呈棱角—次棱角狀，粒徑大小不一，粒徑大者可達30 cm，粒徑小者為3～5 cm，未見底。

圖16探槽Tc2拼圖與解譯

Fig.16Photomosaic and Interpretation of Trench Tc2

探槽Tc2剖面上出露2條斷層F4和F5。斷層F4走向340°，傾向NE，傾角75°～85°；斷層F5走向340°，傾向SW，傾角85°；斷層F4和F5均為正斷層。斷層F5斷錯層①以下的所有地層，在斷層下盤形成1個崩積楔（層③）和1個斷塞塘（層②）。在崩積楔中未取到測年樣品，但在斷塞塘底部取到14C樣品（編號為DCD14C8）進行測年，得到的年齡為（14 145±80）a B.P.，并且斷塞塘開始接受堆積的年代，接近于崩積楔結(jié)束的年代，說明在（14 145±80）a B.P.之前發(fā)生過一次古地震事件；斷塞塘堆積結(jié)束后，斷層F5再次活動，將崩積楔與斷塞塘同時斷錯，斷塞塘頂部的14C樣品（編號為DCD14C9）進行測年，得到的年齡為（7 780±5）a B.P.，說明此次地震事件發(fā)生在該年代之后。對于斷層F5的2次活動，斷層F4可能伴隨其中一次發(fā)生活動，并形成了一個張性充填楔，后被逐漸覆蓋；斷層F4是由2條近于平行的斷層構(gòu)成一個寬10～20 cm的斷層崩積楔，在斷層帶頂部的紅黏土內(nèi)取14C樣品（編號為DCD14C10）進行測年，得到的年齡為（6 345±55）a B.P.，說明在此年代之后發(fā)生過一次古地震事件。也就是說，斷層F4發(fā)生了2次活動，第1次活動可能與斷層F5的某次活動是同時代的，第2次活動斷錯早期充填之上的覆蓋層，至層①之下；斷層F4的2次活動不能很好地確定地層的位錯，層④下部延伸較短的礫石層垂直位移量約28 cm，但是上覆地層沒有發(fā)現(xiàn)明顯的位錯特征。

根據(jù)層④中含礫石細粒層，垂直位移量約54 cm，與地表陡坎高度（60 cm）比較一致。

2.3.4探槽Tc3

選取探槽Tc3發(fā)育斷層的8 m長度進行詳細剖面分析（圖17）。剖面地層描述為：

層①為土黃色表土層，為粉砂細砂夾小礫石，厚約10 cm；層②為灰黑色沖洪積砂礫石層，為粗砂夾礫石，礫石呈棱角—次棱角狀，一般粒徑為1～2 cm，厚20～40 cm；層③為黃灰色沖洪積礫石層，礫石磨圓度較差，呈次棱角狀，一般粒徑為3～5 cm，粒徑大者可達20 cm，厚20～30 cm；層④為青灰色沖積砂礫石層，為粗礫與礫石互層，礫石呈次棱角狀，且多為片狀碎石，一般粒徑為2～3 cm，粒徑大者可達7 cm，具有明顯的水平層理，厚約80 cm；層⑤為土黃色洪積砂夾礫石層，礫石呈棱角狀，一般粒徑為5～8 cm，粒徑大者可達20 cm，混雜堆積為洪積成因，厚約80 cm；層⑥為青灰色粗砂夾礫石與土黃色粉砂互層，土黃色粉砂層厚度約15 cm，礫石多為片狀碎石，具有明顯的水平層理，一般粒徑為1～2 cm，粒徑大者達10 cm，為沖積成因，未見底。

圖17探槽Tc3拼圖與解譯

Fig.17Photomosaic and Interpretation of Trench Tc3

探槽Tc3剖面上發(fā)育2條拉張正斷層及多個地震裂縫，斷層走向340°，上部較陡，傾角70～80°，下部變緩，斷層面上有礫石定向排列。2條斷層組成一個上寬下窄的斷層帶，上部最寬處可達88 cm，帶內(nèi)發(fā)育有2個崩積楔。從剖面上可以看出，層②和層③垂直位移均為19～20 cm，層④的垂直位移量約36 cm，層⑤在斷層上盤未見底，現(xiàn)有的垂直位錯超過60 cm?；诒婪e楔、充填楔等的發(fā)育、斷層和地層的切蓋關(guān)系以及不同地層單元的位移量，至少可以判斷出3次古地震事件。層④沉積前可能發(fā)生了至少一次古地震事件Ⅰ，層④沉積后發(fā)生的2次古地震事件Ⅱ和Ⅲ比較明確。

古地震事件Ⅰ發(fā)生在層④沉積之前與層⑤之后，可能為晚更新世，發(fā)育崩積楔<1>。

斷層發(fā)生破裂后，發(fā)育充填楔<2>，其主要以砂礫石為主，應(yīng)該是古地震事件Ⅱ發(fā)生后立即形成的沉積物；后來，逐漸在其上沉積了崩積楔<3>，組成為含礫石泥質(zhì)粉砂。在2個崩積楔交界處取到14C樣品（編號為DCDC144）進行測年，得到的年齡為（7 217.5±52.5）a B.P.，也就是說，古地震事件Ⅱ發(fā)生在（7 217.5±52.5）a B.P.之前。

崩積楔<3>堆積結(jié)束后，沖溝沉積使得其被細粒砂土質(zhì)沉積物充填楔<4>覆蓋，并在其上發(fā)育層②；后來，可能由于剝蝕作用，層②減薄且將充填楔<4>裸露出來，從而沉積層①。在充填楔<4>中采集14C樣品（編號為DCDC146）進行測年，得到的年齡為（2 215±95）a B.P.，說明古地震事件Ⅲ發(fā)生在（2 215±95）a B.P.之后。

每次地震的垂直位移量約18 cm，而地表陡坎的位移量約50 cm，與古地震事件Ⅱ和Ⅲ的位移量不符，但與層⑤垂直位錯比較符合，因此，可以斷定至少發(fā)生過3次古地震事件。

2.4小結(jié)

根據(jù)探槽Tc1、Tc2和Tc3的剖面分析，大柴旦斷裂晚更新世以來發(fā)生過多次古地震事件，但是限于年齡和樣品品質(zhì)的關(guān)系，只能大體確定全新世以來的4次古地震事件，每次垂直位移量都為20～30 cm，其震級大致相當（約7級）。

3古地震事件的對比分析

通過對3個探槽和2個天然古地震剖面的分析，結(jié)合14C樣品測年結(jié)果，得到了多次古地震事件的年代。采用毛鳳英等提出的古地震事件逐次限定法[20]，得出大柴旦斷裂晚更新世以來發(fā)生過5、6次古地震事件，可以限定年代的有5次，全新世以來該斷裂發(fā)生過4次活動。古地震事件A發(fā)現(xiàn)于探槽Tc2中，通過1個樣品來限定；古地震事件B發(fā)現(xiàn)于探槽Tc2和Tc3中，通過2個樣品來限定；古地震事件C發(fā)現(xiàn)于探槽Tc1和Tc2中，通過2個樣品來限定；古地震事件D發(fā)現(xiàn)于天然古地震剖面b和探槽Tc1中，也是通過2個樣品來限定；古地震事件E發(fā)現(xiàn)于天然古地震剖面a、探槽Tc1和Tc3中，通過3個樣品來限定。

古地震事件A的斷裂活動時間在（14 145±80）a B.P.之前，但是無法確定其發(fā)生時間的下限。

古地震事件B可能發(fā)生在（7 780±5）a B.P.以后和（7 217.5±52.5）a B.P.之前，大致為（7 500±280）a B.P.。

古地震事件C發(fā)生在（6 345±55）a B.P.之后和（4 842.5±17.5）a B.P.之前，大致為（5 600±750）a B.P.。

古地震事件D發(fā)生在（3 907.5±725）a B.P.之后和（2 925±70）a B.P.之前，大致為（3 400±490）a B.P.。

古地震事件E發(fā)生在（1 935±60）a B.P.之后，但是其上限年齡不能確定（圖18）。

圖18古地震期次分布

Fig.18Distribution of Occurrence Time of Paleoseismic Event

從圖18可以看出，全新世以來古地震復(fù)發(fā)時間約為2 000年，具有準周期的特征，古地震最后的離逝時間為（1 935±60）a B.P.之后。

除古地震事件A（發(fā)生在（14 145±80）a B.P.之前）之外，全新世以來的4次古地震事件具有一定的關(guān)聯(lián)性。對于古地震事件B，只在探槽Tc2和Tc3剖面上發(fā)現(xiàn)了幾條高角度正斷層（帶），限定在斷層F5活動之后和斷層F6活動之前，主控逆沖斷層可能以盲斷層的形式存在。古地震事件C限定在斷層F4活動之后和斷層F1活動之前。古地震事件D限定在天然古地震剖面b（正斷層）活動之后和探槽Tc1東段斷層F3活動之前。古地震事件E發(fā)生在（1 935±60）a B.P.之后，而整個斷層帶最前緣的2條逆斷層恰巧在此時間之后有過活動，顯示了最新的活動時代。綜上所述，大柴旦斷裂具有向盆地內(nèi)部前展式發(fā)育的特征。

4不確定性討論

大柴旦斷裂古地震研究表明，從探槽的選址開挖到剖面分析和采樣以及古地震事件的厘定依然存在一定的不確定性。

（1）探槽開挖的制約。本研究的探槽開挖點是全斷裂比較理想的地方，然而由于斷層帶過于寬大以及戈壁野外工作的制約，未能將5條陡坎一次性貫通，而是進行了分段開挖，對地層對比和后期的整體分析帶來了一些困難和不確定性。

（2）戈壁環(huán)境碳質(zhì)及含碳沉積物發(fā)育極差。通過仔細尋找，在探槽剖面和2個天然古地震剖面上采集了12個14C年齡樣品，其中有2個還沒有做出結(jié)果，其余10個樣品測年結(jié)果可信度較高。但是，對于限定古地震事件期次來說，樣品數(shù)量偏少，尤其是探槽Tc1東段的2次古地震事件只能大概判斷較晚古地震事件的發(fā)生時間，而對于較早的古地震事件不能做出很好的判斷。

（3）探槽Tc1西段剖面上相對細粒的薄層沉積物發(fā)育較好的曲折位錯變形。不同標志地層單元沿曲折帶在斷層兩盤位差變化是判斷古地震事件存在的重要依據(jù)；越到上部地層，標志地層單元的位移會逐漸減小，“上斷點”[28]之上的地層可能是古地震事件發(fā)生之前形成的。曲折變形帶不能看作是斷層破裂帶，在解譯的時候需要區(qū)分直接位錯和曲折變形的形態(tài)特征。

（4）崩積楔的識別。崩積楔作為重要的構(gòu)造標志，對于古地震事件的識別有關(guān)鍵作用。Rockwell等在研究阿根廷圣胡安La Laja 斷層時，在一個探槽中識別出了9個崩積楔[29]，但是這樣的例子顯然不多見。對于大柴旦斷裂的研究表明，該斷裂上崩積楔的發(fā)育與地層之間的特征區(qū)別不是很明顯，且多數(shù)不是發(fā)育在坎前的典型模式，而是以充填的形式發(fā)育的，給古地震事件的判斷增加了難度。

5結(jié)語

（1）大柴旦斷裂是柴達木盆地北緣斷裂中較為重要的活動斷裂，斷裂活動長度可達125 km。其中，該斷裂中段全新世活動強烈最為顯著，表現(xiàn)為逆沖兼右旋走滑性質(zhì)。

（2）通過2個天然地震剖面和3個探槽剖面分析，結(jié)合14C樣品測年結(jié)果，得到大柴旦斷裂比較確切的5次古地震事件發(fā)生時間分別為（14 145±80）a B.P.之前、（7 780±5）a B.P.～（7 217±52.5）a B.P.、（6 345±55）a B.P.～（4 842.5±17.5）a B.P.、（3 907.5±72.5）a B.P.～（2 925±70）a B.P.以及（1 935±60）a B.P.之后。全新世以來發(fā)生4次古地震事件，且每次古地震事件垂直位移量都在20～30 cm之間。古地震的復(fù)發(fā)間隔約2 000年，最近一次古地震事件的離逝時間為（1 935±60）a B.P.之后，說明大柴旦斷裂的活動性比較強，地震危險性比較高，這與該區(qū)近年來強震活動頻繁的特征相吻合。

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