祁連山北緣斷裂帶構造地貌研究現狀與意義

吉祥和

蘭州大學資源環境學院,西部環境教育部重點實驗室 甘肅 蘭州 730000

1 前言

祁連山前沖斷帶中的隱伏逆沖斷層的運動學對于地震風險的評估,地殼變形過程和地貌演化的研究都有重要的意義。活動斷層的滑移量以及滑動速率結合古地震研究資料,對比同震位移量可以定量的評估發生地震的潛在能力。斷層的幾何形態對于祁連山變形過程的探究也具有重要意義,目前對于祁連山的變形機制主要的幾種認識有:變形主要發生在上地殼,這種模式下斷裂向下延伸深度較淺;祁連山下地殼地幔之間是解耦變形,阿拉善巖石圈沿著先前存在的古縫合帶俯沖至祁連山下[2];這一地區斷裂延伸較深,達到上地幔分割不同剛性塊體[3],基于以上認識,如果我們能夠獲得斷裂向下延伸的形態和深度我們就能評估幾種形成機制。此外基于運動學模型可以得到斷層的滑動量,如果獲得了一條剖面上所有的斷層滑動量和形態,通過恢復平衡剖面我們就能得到這個剖面的縮短應變率,再利用縮短應變率可以評估現今的地殼厚度是否可以僅通過地殼分布式縮短一種模式達到,這對于我們理解祁連山變形過程也非常有幫助。

祁連山前沖斷帶中包括許多隱伏斷層以及斷層滑動形成的相關褶皺,這些斷層沒有切穿地表形成地表破裂,所以例如斷層幾何形態等斷層相關信息的獲取變得非常困難。之前的研究通常利用地震剖面獲取斷層的相關信息,祁連山北緣河西走廊地區由于豐富的石油資源,所以有地震剖面研究揭示該地區的活動斷層相關信息,但這一地區地表和地下構造復雜,地震波在這一地區吸收衰減嚴重,經濟成本較高的地震剖面方法在這一地區應用耗資較一般地區更高,并且需要面臨得不到數據的風險[4]。此外地震剖面方法雖然在沉積巖層區域能較好的反應上地殼精細構造,但在基巖區域往往存在很大的不確定性。近年來也有學者在祁連山前開展地貌學工作,試圖通過精細的地表測量結合斷層相關褶皺理論對隱伏斷層幾何形態及相關褶皺運動學過程做出解釋。

2 研究現狀

沿著金塔河發育的河流階地被活動的南營背斜所變形,金塔河的階地記錄下來了南營背斜的變形過程,通過對金塔河階地的精細測量和幾何分析,得到南營背斜下伏鏟式斷層尖端位于距離地表2.2±0.1 km處,隨著深度的加深,斷層的傾角在5.8±1.1km處減小到23±3°,結合年代學研究得到南營背斜縮短速率為0.8mm/a[5]。

有學者通過對北大河沿岸階地的研究,推算了地殼尺度的斷層幾何形態,排除氣候影響之后,得出褶皺的形成是由一條陡峭的逆沖斷層控制(傾角約為50°),該斷層在地下15-17 km深處和約為10°的滑脫層連接。還得出斷層深部的滑動速率大約是地表的1.8倍,這表明了很大一部分的縮短是被山脈內部的縮短所吸收的。結合光釋光和宇生核素暴露測年得到自T2廢棄以來縮短速率為1.4±0.4 mm/a[6]。

也有學者在祁連山北緣東段的童子壩河利用變形的河流階地結合鏟式斷層相關褶皺的模型,推算出永固背斜的生長是由兩個平面斷坡組成的斷層控制,這兩個平面斷坡被一段鏟式斷層所分隔。并結合年代學研究得到了民樂-大馬營斷裂的水平滑動速率為1.4±0.5 mm/a,永固背斜的水平縮短速率為1.3±0.4 mm/a[7]。

3 結論與展望

這些研究所獲得的的滑動速率能夠很好的和區域內的前人研究結論或者現代GPS觀測數據匹配,證明基于構造地貌學方法可以可靠的限定活動斷層的滑動速率,代表了此種方法在祁連山前的研究中具有較好的前景。但由此方法推算出的斷層幾何形態可靠性并未得到驗證,還需要進一步的工作來證明模型推算幾何形態的可靠性。