龍首山北緣活動斷裂對金川礦區(qū)的遠(yuǎn)景預(yù)測及應(yīng)用

李兵賢（金昌市地震安全性評價所，甘肅　金昌737100）

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龍首山北緣活動斷裂對金川礦區(qū)的遠(yuǎn)景預(yù)測及應(yīng)用

李兵賢
（金昌市地震安全性評價所，甘肅金昌737100）

摘要：通過研究預(yù)測未來百年龍首山北緣活動斷裂的活動性，對活動斷裂帶進(jìn)行較長時期的地震危險性概率分析，預(yù)測未來百年對金川礦區(qū)的地震影響，可以提前做好震害預(yù)防措施，最大限度地減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，維護(hù)社會的穩(wěn)定和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：龍首山斷裂；金川礦區(qū)；預(yù)測；應(yīng)用

活動斷裂是地震學(xué)研究中新興的一項課題。本世紀(jì)初它隨著人類對地震災(zāi)害的研究程度的提高而開始為地震工作者所重視，而今又因與大型工程（核電站、大型水壩、高層建筑）的基礎(chǔ)穩(wěn)定性緊密相關(guān)而俞發(fā)顯示出其重要性。在這個領(lǐng)域中美國因其先進(jìn)的科技水平和強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實力而捷足先登，美國西部圣安德烈斯活動大斷裂上的觀測網(wǎng)點密度已精確在1km以內(nèi)。數(shù)千公里長的斷裂兩側(cè)設(shè)置這么多的觀測網(wǎng)點耗資是巨大的，同時也從另一方面說明研究活動斷裂的重要性。我國對活動斷裂的研究起步較晚，始于50年代末，但因近幾十年來我國連續(xù)發(fā)生幾次較大規(guī)模的破壞性地震（邢臺、唐山、遼東、張北、汶川）和一些大型水電工程的陸續(xù)上馬（葛洲壩、劉家峽、二灘、三峽）而使我國對活動斷裂的研究工作一次次地提高到更新更高的領(lǐng)域。

1　龍首山北緣活動斷裂

該斷裂帶西起桃花拉山南麓，東至金川河，北西西向延伸長約140余km。斷裂帶由多條近于平行雁列、產(chǎn)狀各異的斷裂構(gòu)成，由于受到其他方向橫向小斷裂割切影響，斷裂幾何特征較復(fù)雜。該斷裂形成于加里東期，后經(jīng)多期活動而斷錯了不同時代的地層，強(qiáng)烈的垂直差異活動造成龍首山與北側(cè)潮水盆地的反差地貌，多處可見斷裂割切了上更新統(tǒng)，局部地段割切了全新統(tǒng)。

該斷裂帶主體由四條次級斷裂組成。東段金川河至寬龍井，巖斷裂形成斷層三角面和山間槽地，斷裂總體呈北70°西方向波狀延伸長45km，傾向南西。據(jù)鉆孔資料垂直斷距自白堊紀(jì)以來大于1200m，第四紀(jì)以來大于200m。白家嘴見前震旦系逆沖與上更新統(tǒng)砂礫石層之上，剖面上保留有兩次古地震崩積楔。第二段自騸馬湖至保得河，與東段做階雁列，長30km，傾向西南。沿斷裂形成一系列斷層三角面、鞍狀負(fù)地形，溝谷跨斷裂后變寬緩，至少在晚更新世有明顯活動。第三段自保得河口到黑山頭，長約10～15km，傾向南西，與第二段左階雁列；斷裂所經(jīng)之處山脊、水系普遍位錯，斷層崖、斷層溝槽、孤立殘丘隨處可見。其中東半段斷裂在山前形成兩期反向陡坎，早起坎高3m左右，坡角19°～20°，為全新世早起產(chǎn)物，新坎高0.5～1.02m，坡角大于30°，斷裂斷錯了低河漫灘，為1954年山丹級地震遺跡。野外考察結(jié)果表明：這次地震主破裂帶就位于保得河至大峽河區(qū)段，沿斷裂保留地裂縫、斷層陡坎、滑坡、山崩和鼓包，產(chǎn)生的右旋水平位錯為1～1.5m，最大達(dá)4m，垂直斷距1.2m。在黑山頭見斷裂斷錯了坡積層，14C樣品測年為距今3363+130a。西段子黑山頭以北，經(jīng)斜坡山和桃花拉山南緣向西隱入戈壁；斷面傾向北東，在早、中更新世洪積戈壁中形成7～8m高的斷崖地貌。在斜坡山南麓洪積扇上有一新陡坎高2～5m，坡角32°，14C樣品測年為距今1583+70a產(chǎn)物。該斷裂帶向東經(jīng)阿拉古山、四道山北麓一帶隱入沙漠，并斷續(xù)與圖蘭泰山北東向晚更新世活動斷裂相接。

2　金川礦區(qū)近場區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

金川礦區(qū)位于河西走廊北緣之龍首山東段，是祁連斷褶帶與巴彥淖爾斷褶帶和阿拉善斷塊的接壤地帶；礦區(qū)所處地段屬祁連山斷褶帶的河西走廊斷拗北緣的龍首山斷隆；因此，研究龍首山北緣活動斷裂對金川礦區(qū)的發(fā)展具有重大意義。

金川三礦區(qū)露天礦附近可見到斷層地質(zhì)剖面。前震旦系中擠壓破碎帶寬50～80m，并見30m的斷層角礫巖，斷層片理化帶及斷層泥組合。新第三系傾向北東，傾角達(dá)50°～30°，中更新統(tǒng)砂礫石層也產(chǎn)生了10°～30°向北東方向的傾斜，地表形成明顯斷崖陡坎。斷層在第三系中形成了170m的斷距，其中在中更新統(tǒng)中斷距至少為60m，在中更新統(tǒng)地表以下4.5m處亞砂土熱釋光年代為距今17.9±1.8萬年如圖1所示。

圖1　金昌露天礦地質(zhì)剖面

白家咀至玉石溝段，斷層割切了前震旦系片巖，新第三系砂礫巖，下更新統(tǒng)礫巖及T2～T4級沖洪積階地砂礫石層。斷層沿山前公路邊形成醒目的斷崖陡坎地貌。陡坎附近為斷層擠壓破碎角礫巖帶寬30～40m，之中向南陡傾的次級斷層較發(fā)育。玉石溝東氡氣房附近可見次級斷層割切上更新統(tǒng)天然剖面。由前震旦系變質(zhì)巖構(gòu)成的黃褐、黃綠色、鐵紅色擠壓破碎帶在公路南2m處形成高5～8m的陡坎，其上部覆蓋厚約0.8～1m階地礫石層在陡坎北側(cè)消失，陡坎內(nèi)發(fā)育2條間距為0.5～0.2m的斷層面，向下交于一條，沿斷面形成寬10～20cm的以松散砂礫石為主并混有前震旦系成分的擠壓破碎帶，礫石明顯定向排列，內(nèi)有重結(jié)晶石膏填充。由氡氣房北側(cè)殘留的階地礫石層判斷，斷層割切上更新統(tǒng)垂直斷距為1.2～1.5m。斷層帶揉進(jìn)的亞砂土TL測年結(jié)果為距今6.9±1.5萬年如圖2、3所示。

圖2　白家嘴斷層剖面

圖3　金川礦區(qū)近場區(qū)地震構(gòu)造圖

3　結(jié)論

3.1金川礦區(qū)遠(yuǎn)場區(qū)地震構(gòu)造環(huán)境評價

金川礦區(qū)處在青藏高原地震構(gòu)造區(qū)祁連山塊體與阿拉善地震構(gòu)造區(qū)阿拉善塊體的交匯部位。總的說來，本區(qū)西南部地殼屬于構(gòu)造不穩(wěn)定區(qū)，斷裂構(gòu)造活動強(qiáng)烈，發(fā)生過多次強(qiáng)震和古地震事件；北部地殼屬于構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)，地震活動水平相對較低。這是本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造，地震活動的基本背景條件。通過上述區(qū)域活動斷裂帶新活動性、新構(gòu)造分區(qū)、地殼形變、深部構(gòu)造、地球物理等方面特征的分析，區(qū)域范圍內(nèi)強(qiáng)震發(fā)生的地震地質(zhì)環(huán)境具有如下特征：

1）區(qū)域主體地震活動水平與區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動和分區(qū)有著密切關(guān)系。強(qiáng)震主要發(fā)生在新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈的新構(gòu)造區(qū)，如河西走廊斷塊區(qū)、北祁連山斷塊區(qū)等，特別是新構(gòu)造分區(qū)邊界，往往是強(qiáng)震帶，有歷史地震和古地震發(fā)生。

2）強(qiáng)震大部分發(fā)生在規(guī)模較大的晚更新世以來活動的斷裂帶上或是由其控制的斷陷盆地內(nèi)，它們與區(qū)域性的北西西向和北北西向的走滑或逆走滑斷裂有關(guān)，如1927年古浪8.0級地震、1954年山丹71/4級地震等。

3）地殼形變是現(xiàn)代地殼運(yùn)動的表征，地殼形變等值線比較密集，升降變化比較大的地帶及其等值線轉(zhuǎn)折、畸變部位往往也是強(qiáng)震發(fā)生部位。特別是地殼構(gòu)造分區(qū)界限附近，為深部地球物理場及地形變突變帶，是強(qiáng)震發(fā)生的有利場所。

4）研究區(qū)附近現(xiàn)代區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場繼承了中更新世以來的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場特征，表現(xiàn)了明顯的分區(qū)性，西部地區(qū)主壓應(yīng)力方向為北20°～25°東，中部地區(qū)主壓應(yīng)力方向為北30°～40°東，東部地區(qū)主壓應(yīng)力方向為北50°東左右。在北北東至北東向優(yōu)勢擠壓力作用下，北西西及近東西向斷裂主要表現(xiàn)為左旋走滑兼壓性特征，北西、北北西向斷層主要表現(xiàn)為右旋走滑兼擠壓性質(zhì)。兩組斷裂復(fù)合結(jié)點部位，容易形成應(yīng)力集中區(qū)，控制6級左右中強(qiáng)地震的發(fā)生；在結(jié)點間具一定規(guī)模的北西西向全新世左旋走滑活斷層上，是未來7級以上強(qiáng)震發(fā)生的有利場所。

3.2地震活動環(huán)境評價

1）龍首山北緣活動斷裂位于地震活動水平較高的祁連山—六盤山地震帶內(nèi)。研究區(qū)最早的地震記載為公元366年武威南5級地震，最大為1927年古浪8.0級地震。至2011年底，歷史記錄3級以上地震1368次，其中4～4.9級地震134次，5～5.9級地震42次，6～6.9級地震6次，7～7.9級地震2次，8.0級地震1次。

2）地震空間分布具有明顯的不均勻性，祁連山-六盤山地震帶地震活動強(qiáng)度大，頻度高，最大為8.5級地震。研究區(qū)地震空間分布具明顯的叢集性及條帶性特征。震源皆分布于地殼內(nèi)，其優(yōu)勢分布層位為10-30km，以北祁連山地區(qū)深度相對大，向北到龍首山、阿拉善，震源深度逐漸變淺至10km左右。表明研究區(qū)的地震多屬于地殼中上層的淺源構(gòu)造地震。

3）地震活動的時間分布具明顯的韻律性。祁連山-六盤山地震帶目前處于地震活躍期，未來百年內(nèi)不能排除發(fā)生7級左右地震的危險性。

4）金川礦區(qū)歷史上經(jīng)歷了多次中強(qiáng)以上地震的影響，這些地震對該工程場地造成最大地震影響烈度為7度。

3.3金川礦區(qū)近場區(qū)地震構(gòu)造環(huán)境評價

1）金川礦區(qū)位于青藏高原北緣龍首山北側(cè)，潮水盆地南緣，大地構(gòu)造屬于華北地臺的阿拉善地塊與祁連褶皺系河西走廊過渡帶交接帶，屬于構(gòu)造次穩(wěn)定區(qū)。

2）金川礦區(qū)近場區(qū)主要位于龍首山區(qū)及潮水盆地南緣，受區(qū)域構(gòu)造和巖性的控制，地貌表現(xiàn)為山盆相間的排列格局。近場區(qū)大致可劃分為中山區(qū)、低山丘陵區(qū)和戈壁平原3個不同的地質(zhì)地貌單元。

3）近場區(qū)內(nèi)無歷史大震發(fā)生，近期小震活動主要集中于場地西北部，活動水平中等。

4）近場區(qū)內(nèi)發(fā)育了眾多規(guī)模不等的斷裂，主要分布于龍首山區(qū)及邊緣，礦區(qū)內(nèi)無斷裂通過。這些斷裂在近場區(qū)全新世以來均無明顯活動的地質(zhì)證據(jù)。

5）從上述地震構(gòu)造環(huán)境綜合分析，近場區(qū)屬于第四紀(jì)早中期構(gòu)造運(yùn)動較強(qiáng)的地區(qū)，現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動相對減弱。按特征地震的概念，龍首山北緣活動斷裂僅潮水盆地南緣斷裂F1、河西堡盆地北緣斷裂F2和河西堡盆地南緣斷裂F3在晚更新世表現(xiàn)了強(qiáng)烈的擠壓逆沖活動特點，這三條活動斷裂具備發(fā)生7.0級潛在地震的構(gòu)造條件，未來百年內(nèi)不排除發(fā)生5.5級左右地震的可能性，從而對金川礦區(qū)造成最大地震烈度最大為Ⅶ度的影響。地震時，斷層不會產(chǎn)生地表破裂帶而危及金川礦區(qū)工程建筑設(shè)施安全。

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中圖分類號：P5