吳國(guó)棟， 常想德， 胡偉華

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011； 2. 中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，活動(dòng)構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市尤其是大中型城市的發(fā)展不斷趨向集中化，人口急劇增加，進(jìn)而產(chǎn)生城市建設(shè)對(duì)土地的迫切需求。然而城市內(nèi)分布的活動(dòng)斷層制約了城市的發(fā)展，為減輕地震災(zāi)害、保障人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全，城市的規(guī)劃建設(shè)需要避開(kāi)活動(dòng)斷層帶，在土地資源稀缺的情況下對(duì)活動(dòng)斷層的準(zhǔn)確位置、終止點(diǎn)、位錯(cuò)量等方面的要求更加精確和細(xì)致。因而，在進(jìn)行活動(dòng)斷層探測(cè)時(shí)工作深入程度較以前有很大提高，揭示的斷層變形特征越來(lái)越細(xì)致，對(duì)斷層末端的變形特征也有了具體認(rèn)識(shí)。從而在一定程度上對(duì)土地利用率的要求與最大限度地避開(kāi)潛在地震活斷層之間的矛盾有所緩解。本文中通過(guò)對(duì)烏魯木齊九家灣斷層組第二條斷層(F2)西端開(kāi)展詳細(xì)勘探，分析了該斷層西端變形的基本特征。

根據(jù)早期影像，九家灣斷層組在臺(tái)地上斷層陡坎跡象清晰，然而對(duì)于該斷層向西南、東北是否延伸，延伸至九家灣臺(tái)地兩側(cè)更年輕的地貌面其變形特征如何，都是需要回答的問(wèn)題。已有工作表明，九家灣斷層組第三條(F3)向東北延伸，在低一級(jí)地貌面(進(jìn)入主城區(qū)部分)，發(fā)現(xiàn)了斷層錯(cuò)斷的直接地質(zhì)證據(jù)[1]。本文中對(duì)九家灣斷層組第二條(F2)向西南延伸情況著重進(jìn)行追索，主要采用了地質(zhì)探槽開(kāi)挖直接揭示斷層方法。

1 烏魯木齊地質(zhì)構(gòu)造背景

烏魯木齊地區(qū)位于北天山山前斷展褶皺系與博格達(dá)推覆構(gòu)造系的交匯部位[2-3]，以烏魯木齊河為界，以西為北天山山前構(gòu)造發(fā)育的NEE向活動(dòng)構(gòu)造，以東為博格達(dá)西翼發(fā)育的NE向活動(dòng)構(gòu)造(圖1)。前者屬于典型的山前薄皮推覆構(gòu)造體系[3-4]，由發(fā)育在上地殼中埋深10～18 km向南緩傾的滑脫層[5]、由南向北逆沖并歸于滑脫層的斷層系及西山斷塊掀斜隆起組成；后者屬于逆沖推覆構(gòu)造，由根部逆沖斷裂帶、中部滑脫層和前緣擠壓構(gòu)造帶組成[3,6]。

烏魯木齊市及周邊分布眾多晚第四紀(jì)活動(dòng)斷層，如烏魯木齊西山南緣的西山斷裂、西山北緣中更新世礫石臺(tái)地上的王家溝、九家灣斷層組等，斷層走向以NE、NEE為主(圖1)，與東西兩側(cè)推覆構(gòu)造展布方向一致。對(duì)這些斷層的規(guī)模、活動(dòng)時(shí)代、活動(dòng)性質(zhì)、活動(dòng)速率等均有較為詳細(xì)的研究[7-9]。斷層以逆沖性質(zhì)為主，其中的九家灣斷層被認(rèn)為是全新世正斷層。

圖1 烏魯木齊市及周邊地震構(gòu)造示意圖

2 九家灣斷層組基本特征

九家灣斷層組、西山斷層及王家溝斷層組均屬于北天山山前推覆構(gòu)造體系的前緣斷層，為相對(duì)獨(dú)立的西山斷隆中發(fā)育的斷裂構(gòu)造[7]。九家灣斷層組由4條走向NE、主斷面NW傾的正斷層組成，由北向南編號(hào)分別為F1、F2、F3和F4，各條斷層間近等間距排列，長(zhǎng)度3.2～6.8 km不等(圖2)，根據(jù)最新資料，其中F3長(zhǎng)度超過(guò)10 km。該斷層組展布于苜蓿溝以東，黑山頭以西的中更新世洪積臺(tái)地上，該臺(tái)地面與王家溝河谷兩岸的高臺(tái)地是一致的，都屬于西山隆起北翼緩坡高臺(tái)地地貌，九家灣斷層組斷錯(cuò)了該地貌面，地貌上形成斷層溝槽，構(gòu)造變形跡象非常清晰。

圖2 九家灣斷層組平面分布圖

3 九家灣斷層組F2斷層西末端特征

圖3 九家灣斷層組F2西末端探槽位置圖

九家灣斷層組在Q2礫石臺(tái)地上在影像上跡象清晰，探槽揭示出呈地塹模式的相向傾斜的一組正斷層，形成寬度30～50 m構(gòu)造槽谷。探槽揭示出北傾正斷層垂直位錯(cuò)0.75～1.25 m，南傾正斷層垂直位錯(cuò)0.3～0.6 m[7]。而斷層向西南延伸，進(jìn)入年輕地貌面(全新世階地面)時(shí)，地表斷層跡象不清晰。根據(jù)地球物理勘探結(jié)果[10]及斷層延伸方向，垂直其走向開(kāi)挖兩條大型探槽(圖3)，來(lái)揭示斷層在晚第四紀(jì)地貌面上的活動(dòng)及變形情況。

探槽TC1長(zhǎng)50 m，寬1.5 m，深3.5 m，走向?yàn)?40°。探槽揭示出3個(gè)大的層位，即層U1、層U2、層U3(圖4)。

① 層U1為地表土層，含礫石，呈褐紅色；

② 層U2為淺黃色卵礫石層，層理不清，泥質(zhì)膠結(jié)，礫石分選較差，磨圓中等，粒徑以1～2 cm為主，少數(shù)5～10 cm。斷層頂部可能延伸至該層底部；

③ 層U3灰色礫石層，略具層理，分選較好，粒徑多數(shù)以1 cm左右，少數(shù)3～5 cm，大者10 cm。夾黃白色、灰黃色礫石薄層，基本沒(méi)有膠結(jié)，為局部洪水形成。通過(guò)標(biāo)志層判斷斷層垂直錯(cuò)距為3～5 cm。該層又可分為6個(gè)小的層，主要表現(xiàn)為層位顏色、粒徑大小等方面的差異，以U3-1至U3-6標(biāo)示(圖4)。

圖4 九家灣斷層組F2探槽TC1東壁斷層附近剖面圖

由此可見(jiàn)，探槽TC1揭示出斷層未錯(cuò)動(dòng)該級(jí)地貌面頂部，斷層上斷點(diǎn)埋深1 m左右，并且探槽僅揭示出一條斷層，為北傾的主斷層，斷層產(chǎn)狀為330°∠78°，斷層垂直斷距僅有3～5 cm。斷層接近于一條裂縫，同時(shí)斷層兩側(cè)礫石層變形也較為微弱。

探槽TC2長(zhǎng)200 m，寬1.5 m，深4～5 m，走向?yàn)?30°。由于先于TC1開(kāi)挖的TC2，由北向南挖TC2時(shí)，開(kāi)始未發(fā)現(xiàn)斷層錯(cuò)動(dòng)跡象，加之該斷層在此段地表跡象不清，位置難于控制，因此開(kāi)挖了200 m長(zhǎng)。最終經(jīng)仔細(xì)辨識(shí)在探槽北側(cè)發(fā)現(xiàn)了斷層錯(cuò)動(dòng)跡象。探槽揭示出7個(gè)層位，即層U1至層U7(圖5)。

① 層U1地表土層，淡黃色，含礫石；

② 層U2灰色礫石層，略具水平層理，粒徑以1 cm左右為主，少數(shù)3～5 cm，分選較好，磨圓呈次圓狀；

③ 層U3灰白色礫石層，層理不清，粒徑3～6 cm，分選差，泥質(zhì)膠結(jié)，磨圓較好；

④ 層U4土黃色礫石層，泥質(zhì)膠結(jié)，推測(cè)為局部氣候形成的山洪堆積，礫石層理不清；

⑤ 層U5青灰色礫石層，呈透鏡體狀，粒徑以1 cm左右為主，個(gè)別2～3 cm，分選較好，略具層理，磨圓較好；

⑥ 層U6灰色礫石層，略具層理，粒徑以1～3 cm為主，少數(shù)5～7 cm，分選一般，磨圓中等；

⑦ 層U7灰白色礫石層，該層與上部層相比，粒徑顯著增大，多數(shù)在4～8 cm，少數(shù)10 cm左右，分選較差，層理不清，磨圓較好，膠結(jié)程度較弱，夾有青灰色礫石透鏡體及灰黃色礫石薄層。

圖5 九家灣斷層組F2探槽TC2西壁斷層附近剖面圖

根據(jù)層U6和層U7之間的灰白色礫石薄層，判斷斷層垂直錯(cuò)距3～5 cm，同時(shí)根據(jù)層U7下部深灰色礫石層的上下盤層位對(duì)應(yīng)，斷層垂直錯(cuò)距為20～25 cm。斷層面傾向335°，斷層傾角下部接近直立，上部稍有變緩亦有75°左右，沿?cái)鄬拥[石定向排列特征明顯。

綜上所述，通過(guò)大型探槽開(kāi)挖，揭示出九家灣斷層組F2西末端的錯(cuò)動(dòng)跡象。已有成果表明[7]，九家灣斷層組每條斷層為相向傾斜的正斷層，小型地塹模式構(gòu)造，與之相比，此次在九家灣斷層組F2末端揭示的斷層僅顯示了北傾的主斷層，同時(shí)斷層上斷點(diǎn)埋深1 m左右，斷層垂直錯(cuò)距僅3～25 cm。

另外，九家灣斷層組在礫石臺(tái)地上斷層傾角一般50°～70°[11]，而此次探槽揭示的斷層傾角均在75°以上。

4 認(rèn)識(shí)及討論

根據(jù)已有研究成果，對(duì)比此次探槽開(kāi)挖揭示的斷層變形特征。

(1) 九家灣斷層組在九家灣中更新世礫石臺(tái)地上表現(xiàn)為相向傾斜的正斷層地塹構(gòu)造模式，而向西延伸進(jìn)入年輕地貌面(Ⅱ、Ⅲ級(jí)階地面)，斷層以北傾的主斷層活動(dòng)為主，并且斷層帶縮小成一條裂隙，斷層兩側(cè)地層變形程度較弱。

(2) 斷層上斷點(diǎn)由九家灣臺(tái)地接近錯(cuò)至地表，至西末端埋深1 m左右，表明斷層錯(cuò)斷過(guò)程中間向兩端能量逐漸衰減，到了末端能量?jī)H能錯(cuò)至地表下一定深度處。

(3) 兩個(gè)探槽揭示的斷層垂直位錯(cuò)量3～25 cm，與九家灣臺(tái)地上斷層垂直錯(cuò)斷0.3～1.25 m相比，明顯較小，同時(shí)探槽TC1、TC2平面距離90 m，由東向西斷層垂直位錯(cuò)由25 cm降至3 cm，可見(jiàn)末端變形衰減加快。同時(shí)探槽TC2底部位錯(cuò)較上部位錯(cuò)大，由25 cm減小到3～5 cm。總之?dāng)鄬幼冃畏燃扔兴椒较蛏舷蚰┒怂p，又有垂向上由底部向上衰減的特征。

全面研究九家灣斷層組變形特征，需要綜合各條斷層已有資料，對(duì)整條斷層變形特征進(jìn)行分析，同時(shí)各條斷層之間變形特征存在的差異也應(yīng)做進(jìn)一步分析，既要橫向又要縱向?qū)Ρ妊芯?。將在后續(xù)工作中做進(jìn)一步研究。

在野外現(xiàn)場(chǎng)工作中，特別感謝吳傳勇副研究員、姚遠(yuǎn)高級(jí)工程師的積極參與和現(xiàn)場(chǎng)討論，為準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)斷層錯(cuò)斷特征提供了有益探討。