西南天山迈丹断裂阿合奇段左旋走滑的证据及其最新活动

西南天山迈丹断裂阿合奇段左旋走滑的证据及其最新活动

贾启超1， 吴传勇2，沈军3， 吴国栋2， 任鹏3

(1.中国地震局兰州地震研究所,甘肃 兰州730000； 2.新疆维吾尔自治区地震局，新疆 乌鲁木齐830011；

3.防灾科技学院,北京101601)

摘要：柯坪推覆构造的根部断裂记录到的地震活动相对较弱，以至于多数学者认为该断裂晚第四纪以来活动性不强。笔者根据遥感影像解译和野外调查得到迈丹断裂的几何展布，确认F3阿合奇段为最新地表破裂带，并通过一系列河流阶地的左旋位移测量确定其晚更新世以来有过走滑活动。结合地貌测量和探槽开挖得到断层垂直错距，探槽揭示的古地震事件发生在距今(1.76±0.22) ka之后，根据现场考察获得的活动构造定量数据，依据不同震级与地表破裂关系式推算出该次古地震震级为7.5级。研究成果可能对区域活动断裂的研究以及区域活动构造图像的完整性提供基础资料，同时最新地表破裂证据的发现可能有助于更新认识该断裂的危险性。

关键词：构造地貌； 地表破裂； 左旋； 古地震； 迈丹断裂

收稿日期：*2014-08-20

基金项目：国家自然科学基金(41102137)；国家国际科技合作专项课题(2012DFR20440K02)；中国地震局教师科研基金(20120101)

作者简介：贾启超，男(汉族)，在读硕士研究生，主要从事活动构造与地震危险性分析研究.E-mail：jiaqichao1988@163.com

中图分类号:P315.2文献标志码：A

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2015.01.0222

Evidence of Left-lateral Strike-slip along the Aheqi Segment of Maidan

Fault in Southwest Tianshan Mountains，China and its Latest Activity

JIA Qi-chao1， WU Chuan-yong2， SHEN Jun3， WU Guo-dong2， REN Peng3

(1.LanzhouInstituteofSeismology，ChinaEarthquakeAdministration，Lanzhou，Gansu730000，China；

2.EarthquakeAdministrationofXinjiangUygurAutonomousRegion，Urumqi，Xinjiang830011，China；

3.InstituteofDisasterPreventionScienceandTechnology，Beijing101601，China)

Abstract：Maidan Fault is the boundary fault of the Tianshan Mountains and Tarim Basin.The geometric and historical seismic distributions revealed relatively weak seismic activity at the foot of Kalpin nappe；thus，the majority of scholars have reported that Maidan Fault has undergone low activity since the late Quaternary.On the basis of remote sensing image interpretation and field investigation，we obtain the geometric distribution of Maidan Fault.The fault distribution map of Aheqi Segment shows that the fault zone，with a length of approximately 60 km，is mainly composed of three approximately parallel NE faults；F3 is confirmed as its freshest surface fracture zone.At present，the fracture feature is still in dispute.Some researchers have reported that Maidan Fault was caused mainly by strike slip，whereas others have stated that no evidence exists for the westward continuation of the Maidan fault zone across the Pamirs.We believe that strike-slip activity created a series of river terraces with sinistral displacement during the late Pleistocene.Through topography measurement and trench exploration，we obtain the fault's offset.A cross section of the trench across Maidan Fault shows that a paleoearthquake occurred before (1.76±0.22) ka.We used different regression equations and quantitative date of active faults to determine that the magnitude this earthquake was 7.5.This research can provide new information on regional active faults.The regional active tectonic images and the discovery of the new surface rupture zone may help us to recognize the danger of this fault.

Key words： tectonic landform； surface rupture； sinistral strike-slip； paleoearthquakes； Maidan Fault

0引言

柯坪塔格推覆构造纵向上位于西南天山与塔里木盆地之间，是西南天山前陆构造的一部分。在迈丹断裂两侧仅40 km的范围内，海拔高度由7 345 m快速降至山前盆地的2 000 m，地形高差达5 000 m以上，新构造运动的幅度甚至超过了龙门山地区。该断裂是柯坪推覆构造的根部断裂[1]，前人对该地区的研究主要集中于柯坪推覆构造内部的近东西向等间距排列的多排单斜或倒转背斜以及逆断裂，对于其根部断裂鲜有涉及。受帕米尔向北推挤、天山向南逆冲以及塔里木顺时针旋转及陆内俯冲作用，该地区受挤压活动而变形强烈[2]，然而该地区地震活动集中于推覆体前缘的柯坪断裂等构造之上，且根部断裂记录到的地震活动相对较少，仅发生过1969 年乌什北6级地震、1987年乌什6.4 级地震和2009年阿合奇5.4级地震，以至于多数学者认为根部迈丹断裂晚第四纪以来活动性不强，发震能力有限，但也有学者认为迈丹断裂可能是1902 年阿图什8级大地震的发震构造[3]。对该断裂的研究可能为区域活动断裂的研究，以及区域活动构造图像的完整性提供基础资料，同时最新地表破裂证据的发现可能有助于重新认识该断裂的危险性。

图1　迈丹断裂几何形态及历史地震活动分布 Fig.1　The geometriy of Maidan Fault and drstribution of historical earthquakes on it

迈丹断裂西起塔拉斯—费尔干纳断裂带，向东经迈丹、阿合奇至乌什段呈NE向展布，由于新近纪以来断裂构造发育的不均衡性，乌什以东段转为近NEE向[4]，全长近400 km，由多条次级断裂组合而成，最大宽度可达15～17 km，断面倾向NW，倾角30～80°(图1)。断裂西邻阿图什推覆体，东邻柯坪推覆体，与断裂带共同构成统一的前缘逆冲推覆构造系统[1-5]。两个推覆构造分别向北收敛于南天山山前，造成山前强烈的挤压缩短运动[6-8]。新生代以来，该地区经历了强烈的构造变形，且变形集中在一个很窄的带内，很容易孕育和发生地震(图1)，张希等[9]据GPS速度场反演，亦表明该地区大震孕育背景显著。

陈杰等[3]认为迈丹断裂晚更新世晚期以来以垂直运动为主，左旋走滑并不明显。也有学者[10-11]认为该断裂是一条向南逆冲的大型左旋压扭断裂。郭建明[12]研究认为，迈丹断裂晚第四纪以来以左行走滑运动为主，是一条左行逆走滑断裂。Mark B. Allen等[13]则指出迈丹断裂并无明显走滑证据。付碧宏等[14]认为，塔里木板块处于持续的顺时针旋转运动状态中，导致本区域断裂系表现出不同程度的左旋走滑运动特征；由于逆冲兼左旋走滑的活动特征，使得构造体系在乌什逆冲断褶带中段突然转向时产生了垂直构造体系的局部高挤压应力区，导致乌什北地震活动频发(图1)。沿迈丹断裂发生的几次中强地震的震源机制解也表明该断裂具有明显的走滑特征(图1)，其中2009年阿合奇5.4级地震，震源机制解主压应力P轴方位355°，近南北向，倾角3°，主压应力T轴倾角为10°，其烈度分布也呈北东向，由此认为其发震构造迈丹断裂具走滑特征[15]。

前人的研究多是基于遥感影像解译的基础之上或是对区域震源机制的推测，并未进行详实的野外实地考察。断裂的基本性质是以走滑运动为主，还是以逆冲为主尚未有统一认识，而对于断裂的古地震问题更加无人研究，影响了我们对该断裂晚第四纪活动特征的准确认知，无法科学地评价其地震危险性。笔者根据遥感影像解译和野外调查得到迈丹断裂的几何展布，确认F3阿合奇段为最新地表破裂带，并通过一系列河流阶地的左旋位移测量确定其晚更新世以来有过走滑活动。结合地貌测量和探槽开挖得到断层垂直错距，并得到该断裂上古地震离逝时间为(1.76±0.22) ka。

2迈丹断裂阿合奇段空间展布

迈丹断裂阿合奇段由3条产状相近且大致平行的次级逆断层组成，倾向北，倾角20～50°，平面上具有良好的线性展布(图2、图3)，以下分别称F1、F2、F3。此处F3是Q2与Q3地层的分界断裂，并且错断了Q3上零星分布的全新世地层。F3可分为阿合奇段和乌什段，两段呈左阶斜列。阿合奇段错断了玉山古溪T3级阶地，而乌什段并未错断别迭里河T3级阶地，故阿合奇段活动性更强。工作区地处南疆，降水量小，侵蚀速率低，构造地貌保存较好。根据遥感影像解译和野外调查，阿合奇段的影像显示出古地震形变带和断层露头，以及断塞塘、地震陡坎、河流阶地位移等明显的古地震遗迹和断错地貌现象。

图2　阿合奇段断裂展布图 Fig.2　Fault distribution map of Aheqi Segement

地表破裂由南天山逆冲推覆构造的南北向构造应力引起，形成的三条相距很近的叠瓦状逆断层。根据南天山山前其他断裂带的空间分布推知，这三条断裂呈平行叠瓦状向下收敛于同一滑脱面之上[16]。就这三条断裂中的某一条而言，也是由更次一级的水平排列的多条小断裂组成，这种情况下形成的这一系列逆断层构造上并不彼此独立(图3)。

图3　迈丹断裂阿合奇段地质剖面图 Fig.3　Cross section through the Aheqi Segement of Maidan Fault

南天山山前发育有多期晚更新世至全新世的冲洪积扇，F3在阿合奇段冲洪积扇上留下许多错断痕迹，且在玉山古溪西T1级阶地上发现错断全新世地层的一次反向破裂(图4)；F2错断了上新世地层；F1错断了中新世地层(图3)。由于构造变形的多期性和复杂性，以及缺乏深部资料的限定，各排断裂间变形的相关性尚未得出。

图4　玉山古溪以西T 1阶地地表反向破裂 Fig.4　The surface reverse rupture of terrace T 1 west of Yushan ancient creek

3断裂地质地貌特征

受新生代构造活动控制，断裂北侧南天山多次抬升形成深切河谷、河流阶地和冲洪积扇等地貌形态(图2)，这些地貌现象对断裂活动有很好的响应。另外断裂带所在位置有史以来均人迹罕至， 因此地震痕迹不会遭到人类活动的破坏，同时研究区处于干旱少雨的山间谷地及紧邻山前的洪积扇， 地震遗迹长时间内会保存完好。在对断裂几何形态整体追踪调查的基础上，对F3段的最新活动特征和垂直位移等进行了详细的观察与测量， 同时对断裂所断错的地貌面进行了光释光样品采集， 特别是对其地表破裂带进行了重点考察，认为该断裂段存在明显的最新地震活动痕迹， 并开挖探槽验证推测。

图5　玉山古溪阶地地貌解译 Fig.5　Geomorphic interpretation of Yushanguxi ancient creek terrace

在玉山古溪出山口处，阶地面总体平坦开阔，地表大面积出露阶地砾石层，断错地貌非常明显。在T3阶地面上保留有非常清晰的陡坎地貌，陡坎走向变化较大，实测陡坎高度在2.1～2.3 m左右，左旋量约5.3 m，平面上呈蛇曲状，但连续性较好(图5)。在断层上盘局部地段还可见断续分布的反坡向陡坎；断层下盘，特别是陡坎附近，多沉积有风积的粉土层，厚度不一(图5)。

野外实地考察发现，断裂具有明显的走滑特征。阿合奇西北有很多左旋的大冲沟(位置见图2)，冲沟左旋地貌显著，将此处断层走滑活动完整地保存下来(图6(a)、6(b))。我们选择了一处典型的地点进行了地貌测量(位置见图6(a))。此处T5阶地上断层陡坎垂直位移(11.2±2.2) m，左旋位错为(72.5±5.3) m。

图6　阿合奇西北河流阶地左旋 Fig.6　The sinistral offset of river terrace on northeast Aheqi

4探槽与古地震

于玉山古溪河东岸T3级阶地上跨陡坎开挖了一个探槽(位置见图5)，揭露出一条逆断裂，断层下部产状：230°/N∠35°，向上倾角逐渐变缓，仅20°左右(图7)。该探槽揭露出一次古地震事件，在U10发生沉积之后，断层发生快速错动，并在断层下盘形成崩积楔U9，该次事件将U2垂直断错1.95 m左右。U8随后形成，并坡积在U9上部，上盘的U10已剥蚀殆尽，并在下盘堆积了U7，使上盘的U1出露地表。U10粉土层中采集的光释光测年样品OSL-02测定该套地层的年龄为(1.76±0.22) ka B.P.，推测该次古地震事件发生在距今(1.76±0.22) ka之后。

图7　玉山古溪探槽剖面 Fig.7　Cross section of trench in Yushan ancient creek

在T3阶地面上实测陡坎高度在2.3～2.5 m，与探槽中揭露的古地震事件的垂直位移量基本一致，表明该级阶地面上仅记录到一次古地震事件。T4阶地上的陡坎高度在4.4～4.9 m，位移量是最新一次古地震事件的2倍，应是两次古地震事件累计位移量。

综合以上测量结果，可以做如下分析：T3级阶地遭受过一次错动，错动事件发生在距今(1.76±0.22) ka，垂直错距约为2.1 m，同震左旋位移量为5.3 m。T4级阶地至少遭受过2次错动，形成4.4～4.6 m的断层陡坎。

表 1不同关系式得到的F3段古地震震级

Table 1Magnitude of the paleoearthquake on F3using different equations

关系式适用条件震级参考文献M=6.03+0.76lgL全球,断裂性质不分7.4[17]M=6.430+0.666lgL中国西部,断裂性质不分7.6[18]M=4.69+1.46lgL+0.48lgD(东亚,逆断裂)7.4[19]M=3.78+2.09lgL(东亚地区,逆断裂)7.5[19]M=5.44+0.980lgL+0.334lgD中国西部走滑型活动断裂7.4[20]

基于统计结果，根据震级(M)与地震地表破裂带参数(L，D)，不同作者得出不同的关系式，取F3阿合奇段最新破裂带长度为60 km，垂直错距2.3 m，左旋错距5.3 m，可得如下震级(表1)。

以上关系式得到的几个震级基本在7.5级附近，由于断裂处于挤压构造区，地表变形与破裂的表现形式复杂多样，变形带分布范围很大，很大一部分能量被地表挤压吸收，造成沉积盖层逆冲叠瓦状变形，因此实际震级可能更大。

5结论

(1) 迈丹断裂存在明显的走滑特征，是一条逆冲走滑型活动断裂。

(2) 迈丹断裂阿合奇段由3条产状相近且大致平行的次级逆断层组成，倾向N，倾角20～70°。

(3) 迈丹断裂发生过多次中强地震，是一条发震断裂，地震离逝时间为(1.76±0.22) ka，震级应不小于MS7.5。

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研究报道