新疆博州地區地震地質特征

王秋良 劉小利 李 雪 林亞洲

1 中國地震局地震研究所（地震大地測量重點實驗室），武漢市洪山側路40號，430071

博州（全稱博爾塔拉蒙古族自治州）位于新疆維吾爾自治區西北邊陲，西界哈薩克斯坦，南連伊犁州，東接烏蘇市。境內北東向阿拉套山與近東西向別珍套山、科古琴山、博羅科努山在西部復合交匯，地貌上呈現朝東撒開、向西收斂的山（嶺）、盆結構，地質構造獨具特色。前人［1－2］多論述到本區的基礎地質，而專論地震地質的文獻［3－8］則將重點置于北天山東段，涉及本區的資料較少。筆者于2012－08和2013－09兩次現場調查區內主要斷裂和地形地貌，對區內及外圍的遙感影像進行解譯。本文介紹了本區的基礎地質概況、新構造運動與現代地殼形變、主要斷裂（帶）的活動性與活動構造、地震地質基本特征，并對本區的地震構造環境進行初步評估。

1 區域地震活動

根據資料，博州及毗鄰地區最早也是最大的地震為1765－02－99精河6.5級（Ⅷ度）地震，另5次較大者分別為1888－11－10 溫 泉6.25 級（Ⅷ度）、1932－09－11精河北6.0 級、1958－12－21賽里木湖南6.5級和1962－08－2博樂、賽里木湖東6.4級（Ⅷ度）、1973－06－03精河東6.0級（Ⅶ度）地震。其余4.7～5.9級地震相對集中于別珍套山、科古琴山和博樂霍洛山的不同地段，而M≤4.5的大量小震則密集于區域活動斷裂帶上。

上述地震屬天山地震帶組成部分［4］，雖然地震活動強度不比東天山地區，但頻次較高，在評估未來強震的危險性時需充分考慮。

2 區域新構造運動與活動構造

2.1 新構造運動與現今地殼形變

本區新構造運動與現代地殼形變是2.4×105a以來整個青藏、帕米爾地區構造活動的縮影，表現為造山帶復合隆升、山前逆（沖）斷－褶皺形成、山前和山間斷坳盆地發育、新地層普遍變形和產生新的斷層等，并在構造－微地貌和水系分布上有明顯響應。

2.1.1 北天山造山帶復合隆升與山前、山間盆地斷陷

古近紀中、晚期，印度板塊與亞洲板塊的碰撞導致中亞和天山古生代、中生代造山帶活化，山體幾度隆升和山前（間）盆地不斷沉陷。新構造運動早期（中新世晚期至上新世），這種運動加速進行，本區內的依連哈比爾尕山和博羅霍洛山等強烈隆升，形成3 000～4 000 m 的高山［6］，毗鄰的阿拉套山亦升至3 000～3 500 m 以上。與山體隆升相隨，在山前地帶，前新近紀發育的盆地則繼之沉陷，在天山南北兩側堆積了厚達1 000～3 000m的礫石層［3，9］。第四紀的構造運動具有繼承性，并在隆升過程中經歷過早更新世（Qp1）與中更新世（Qp2）、中更新世與晚更新世（Qp3）之間的構造－侵蝕間斷。前者稱為西域運動，后者稱為獨山子運動［4］。第四紀山前坳陷在本區準噶爾盆地堆積了2 000～3 000m 厚的礫石層，區內精河地區的沉降幅度約為1 000～1 200 m，博樂坳陷為800m。以賽里木湖為例，面積約454km2，湖面高程2 071m［10］，山間斷陷在遙感影像上呈長對角線近東西向菱形幾何圖式。據文獻［6］和現場調查，邊界多被斷裂切割，缺乏湖成階地，僅在其北、東部發育一級洪積扇和浪蝕陡崖，湖水自東向西加深，已淹沒先前的道路，岸邊砂、礫石層也伸入湖底。由此表明，賽里木湖是受周邊斷裂切割的年輕的斷陷（坳）盆地。

2.1.2 先存斷裂活化與新地層逆沖斷－褶皺變形

新構造期以來，北天山的隆升主要沿先存的區域斷裂進行，區內博羅霍洛斷裂、阿拉山口－精河斷裂、庫松木契克斷裂和別珍套斷裂等，自中新世以至第四紀，都被構造活化，發育形成新的構造微地貌，歷史和現代地震活動都與其最新運動有關。特別有意義的是，自上新世以來天山造山帶由內部向南北兩側產生構造遷移、擴展，致使兩側山前一系列平行的逆沖斷裂－褶皺帶由老到新依次排布，形成年輕的造山系列。

2.1.3 現代地殼形變

據文獻［3－4］，1955～1989年一、二等精密水準測量獲得的垂直形變速率等值線表明，本區及外圍現代地殼垂直運動的總趨勢具有繼承性，天山山脈不斷隆升，南北兩側相對下沉，介于其間的山麓地帶則掀斜式抬升。依連哈比爾尕山和博羅霍洛山最大隆升速率達＋17.8mm／a；山體北側逐漸下降到＋2～4mm／a，至溫泉縣南北的別珍套山和麻依拉山，運動速率降到＋4mm／a；艾比湖至阿拉山口地區的速率較小，為0～1.7mm／a。

2.1.4 新構造運動的地形地貌和水系響應

地形地貌和水系分布雖然也受到氣候環境的影響，但構造運動無疑是最主要的內動力因素，據此可以推斷第四紀以來地殼運動的性質和強度、活動斷裂的產狀要素、運動方式和滑錯速率等。本區內的強烈隆升地帶呈高、中、低山和層狀地貌，在500～4 000m 以上還發育冰川地貌，溝谷深切，多層夷平面發育，并因斷裂切割導致夷平面被分解。以區內果子溝附近的別珍套山為例，溝谷深切，由于強烈隆升，谷底地面高程僅1 250m，而山頂則高達3 500m，地貌反差強烈（1 500～2 000 m），形成十分險峻的復式溝谷。同時還發育高程2 000～2 600m 和3 000～3 500m 二級夷平面。相反，在山前特別是被斷裂切割的隆升與坳陷盆地過渡地帶，普遍發育極為清晰的斷層構造微地貌，表現為不同時序、類型的沖洪積扇（裙）、谷中谷、吊鉤水系、復式斷層陡崖和斷層三角面、斷錯溝谷、水系，以及高級別的沖洪積河谷階地等。

在艾比湖這類山前坳陷盆地，地貌上呈現廣闊湖積平原，地面高程僅1 890m，自18 800a以來已堆積了厚度＞5 m 的湖相堆積物［6］，與前述隆起山地形成強烈反差。

2.2 斷裂活動性與活動構造

圖1是根據文獻［1］和衛星影像資料編繪的地震地質圖。可見，本區的主要區域斷裂（帶）都是海西期主造山帶形成時與褶皺大致平行的走向斷裂，并被后期中、新生代構造運動激活、復雜化。

圖1 區域地震地質略圖Fig.1 Regional seismogeological map

北西、北北西向斜滑斷裂與北西西（近東西）走向斷裂互切成不同規模的微斷塊構造。探討這些斷裂自第四紀以來的活動性，是地震地質研究的主要內容。現重點敘述以下幾條斷裂（帶）。

2.2.1 庫松木契克河斷裂帶（F1）

該斷裂西起賽里木湖西部阿克巴依塔勒，經南岸松樹頭，順庫松木契克河南岸科古琴山北麓延伸至阿沙河左（西）岸，長度＞120km，總體走向280°，傾南西或北東，傾角50°～80°，由平行的2、3條斷層組成，寬度5～10km。主斷裂切割新元古界、寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系、上新統和第四系以及海西期花崗巖，構造變形復雜，多期活動，地形地貌和水系響應明顯，在賽里木湖南岸松樹頭312國道西邊坡出露清晰（圖2）。

斷裂發育在震旦系與第四系之間，南盤為震旦系淺紫紅色、灰綠色、灰色砂巖、粘土巖夾灰巖，產狀280°／SW∠70～80°；北盤為上更新統砂礫石層、粘土層，產狀120°／NE∠25～30°，構造變形帶寬＞80m。自南向北有：1）強變形的震旦系（圖2中①），由一系列指北的沖斷巖片（f1－f4）、構造透鏡體和“S”型片狀巖組成。2）主斷裂F（圖2 中②），產狀285°／SW∠60～70°，沖斷性質，并與f4形成3.5m 寬的碎裂巖帶，長透鏡狀中粗碎裂巖與片理化巖相間排布，顯示多期活動跡象。3）上更新統淺灰、淺灰褐色、灰黃色礫石夾砂粘土層（圖2中③），產狀30°／SE∠15～25°，被一系列北西－南東向高角度斷層切割，上沖或傾滑，致使礫石層呈塊狀結構。

該斷裂的最新活動性在構造－微地貌上有強烈響應，在賽里木湖東南隅，斷裂切割了早更新世至晚更新世巨大的山前沖洪積扇。而在庫松木契克河中下游，斷裂亦切割過同期的山前沖洪積扇群，1958年和1962年在此發生2次6.5級地震，1965年迄今ML≥1.0小震沿斷裂形成密集帶。

圖2 松樹頭一帶庫松木契克河斷裂帶露頭（鏡向W）Fig.2 Outcrop of Koxemqek fault around Songshutou

2.2.2 阿拉山口－精河斷裂（F2）

該斷裂北起阿拉山口（北延入哈薩克斯坦塔勒得庫爾岡州境內），向南經艾比湖兩岸、精河縣城、黑山頭西麓沿庫拉提河谷展布，長度＞140 km，總體走向320°～330°，傾北東或南西，高傾角。斷裂切割中、上泥盆統、下石炭統、下二疊統、上新統和第四系（圖1）。

據地質資料［1］分析，該斷裂是在海西期末北天山褶皺帶隆起時產生的斜滑剪切帶，之后在中生代復活，第四紀以來繼承性活動，控制艾比湖的西界，地形地貌響應強烈，并在局部地段出露古地震變形帶，是本區最顯著的活動構造。由圖1可以看出，斷裂F2大致以精河縣為界分為南段（f2－1）和北段（f2－2）。

在艾比湖西岸斷裂北段的白頭山一線（f2－2），主斷裂西盤為二疊系和泥盆系碎屑巖、火山巖；東盤即為艾比湖畔的全新統。構造巖以強變形和碎裂結構為特征。

由此向北，在斷裂北東側分布著長度＞40 km 的巨型沖、洪積扇（裙），地面高程由200m 增至600m 以上，其堆積物屬上更新統和全新統，巖性為淺灰、灰黃色礫石層、含礫砂粘土、粉砂等。扇體軸向和沖溝的優勢方向均呈南東，表明斷裂在晚第四紀以來具有右旋位移。據文獻［5－6］，在12km 長的條帶上遺留有清晰的斷層陡坎、微型右旋走滑拉分盆地（坳陷），垂直位移0.5～1.5 m，水平位移1.0～1.7m。

在精河東南至卡熊庫都克的斷裂南段（f2－1），基巖山前斷裂切割上古生界、新近系和第四系，并與北西－南東向黑山頭斷裂、查崗果勒斷裂和阿拉爾斷裂組成帚狀斷裂束（圖1）。新生的斷裂f2－1則切割晚更新世沖洪積扇和河谷階地，構成長度＞10 km 的變形帶，微地貌顯示清晰的錯斷山脊、沖溝、斷層陡坎、鼓包、拉分盆地等。據文獻［5－6］，大級別沖溝右旋位移為100～500m；中等級別者為16～66.3m；小級別者為5.7～15.0m；斷層陡坎上紋溝的位移為2.6～4.0m；最大垂直位移1.2～3.63m。圖3清晰地揭示出斷層的右旋位移。

圖3 阿拉山口－精河斷裂南段地質地貌圖［5］Fig.3 Geologic map of the southern section of Alashankou－Jinghe fault［5］

由圖3可見，在高程1 118 m 附近出現巨型鼓包，高出西南側戈壁面約45 m，而在其頂部又形成相對高度為63 m 的北東向斷層陡坎，陡坎西南側發育新鮮的斷層。此外，在5號沖溝與斷裂交匯處，亦發育完整的斷層剖面。據楊曉平［5］和沈軍等［6］觀察，該剖面會有古地震楔體，其時代距今（3.10±0.25）×104a。而斷層的最新活動被約束在距今（2.97±0.23）×104a之前，但非地震事件所致。

從以上可見，阿拉山口－精河斷裂曾多期活動，晚第四紀以來右旋滑移速率為4.7mm／a，伴之以較強的地震事件和明顯的地表變形，估算震級為7.5～7.8級［6］。該斷裂是一條強烈的活動構造帶，對未來本區地震趨勢和評估有重要影響。

2.2.3 博爾塔拉河斷裂帶（F3）

該斷裂帶西起道剃西，向東經溫泉縣、博樂市，延伸至精河西南，總體走向近東西轉南東東，長度＞200km。西段切割元古界、上古生界、侏羅系和新生界以及加里東期花崗巖，中、東段全被第四系覆蓋。但據石油勘探資料［11］，博樂盆緣斷裂已切割至古近系－第四系或第四系頂部。遙感解譯［10］該斷裂帶的幾何學因地而異，由單條至數條組成（圖1）。

據文獻［4］，主斷裂傾南，前新生界逆沖于第三系之上，傾角45°～50°。調查表明，這種構造與準噶爾南緣斷裂最顯著地段——烏魯木齊至托斯臺河段相似，表現為山麓逆斷－褶皺（背斜）變形。斷裂活動自南向北遷移，切割地層由老遞新，最新為上更新統－全新統，并可能與北側阿拉套山前斷裂形成對沖逆斷。

遙感影像顯示為北盤指南的沖斷，切割中、下更新統砂礫石層。整個斷裂帶的微地貌響應十分明顯，普遍發育斷層三角面、斷裂陡崖。三角面山之間的沖溝出口處，都堆積有大小不等的沖洪積扇群，多數具有二期以上的活動。扇錐頂向山體移動，呈串珠狀疊加（圖4），局部扇體具左旋位移。

圖4 溫泉縣城北F3 斷裂前緣發育的沖洪積扇［10］Fig.4 Alluvial and proluvial fan in front of Bortala rever fault，north of Wenquan county［10］

該斷裂帶自1965年以來雖未發生≥5.0級地震，但小震在局部地段尤其是西段密集成帶，斷裂已切割晚更新世和全新世地層，揭示該帶仍具活動構造的特征。

3 地震地質特征與地震活動性評估

3.1 地震地質特征

1）區內主要斷裂（帶）與天山造山帶同期發育形成的走向斜滑或逆滑斷裂切割較深，多期活動，構造結構復雜。

2）新構造期以來，斷裂帶繼承性活動，控制了山前、山間盆地的發育，并形成新的斷層，導致構造變形由南向北遷移，上更新統和全新統普遍被切割，發育成顯著的活動構造帶。

3）斷層地貌和水系響應清晰，表現為沿帶出露斷層三角面山、斷層陡崖、不同類型和規模的山前沖洪積扇群以及斷錯水系等。

4）少數斷裂帶上發現強震變形或古地震事件遺跡，例如阿拉山口－精河斷裂的這類變形帶長度＞10km，估算古地震震級為7.5～7.8 級［6，12］。此外，庫松木契克山北麓山前斷裂亦發現有古地震地表變形帶，距今2 250a［8］。

5）構造活動與地震活動的差異性和不均性明顯，具分段、分區特征。較強的構造活動與地震活動沿別珍套山、科古琴山、博羅霍洛山和依連哈比爾尕山山體的逆沖斷裂帶集中分布，形成密集、寬度數十至百余km 的條帶；其次為阿拉山口－精河斷裂帶，其余地區的構造活動與地震活動強度相對較低。

3.2 地震活動趨勢評估

地震危險性分析主要有確定性方法和概率性方法。確定性地震危險性分析方法是基于某些特定發震構造，采用歷史地震法和地震構造法相結合，選取其中結果較大者。地震構造法主要包括以下3方面的內容：劃分地震構造區和確定彌散地震；確定地震構造區內發震構造及其最大潛在地震；利用地震動衰減關系確定地震動參數。

博州地區的地震地質環境可以歸入北天山地震帶，但與該帶東段相比，其地震活動強度偏低，迄今只記錄到5次6.0～6.5級地震。然而考慮到：1）阿拉山口－精河斷裂帶和庫松木契克山前斷裂帶已發現古地震事件，包括同震變形位移、斷層水平滑動和垂直位移速率、離逝時間（古地震年代）、斷層長度［3，6，12］等參數；2）與南天山和北天山東段等緊鄰地區發震構造具有一定的相似性和可比性；3）溫泉縣北部亦發育規模較小的逆沖斷裂－褶皺變形構造等，用確定性地震構造方法對本區的地震活動趨勢進行評估。初步認為，未來強震仍然有可能發生，主要在阿拉山口－精河斷裂帶南北兩段，特別是與博羅霍洛斷裂的交匯地帶，其次為別珍套山和科古琴山一系列走向斷裂帶，而阿拉套山之南博爾塔拉河斷裂帶局部地段的逆沖－褶皺帶因其規模較小，未來地震活動強度較低。

4 結 語

博州境內構造以北西西向為主，間有北東向構造與其疊加，構成了較典型的盆、嶺（山）活動構造帶。區內斷裂發育，地震活動相對頻繁，是天山地區現今中強地震孕育和發生的主要場所［7］。本文在資料分析的基礎上，借助遙感解譯和野外地質調查成果，對該地區的地震地質環境進行研究，并利用確定性地震構造法對該區未來的地震活動趨勢進行評估。分析認為：

1）區內主要斷裂（帶）與天山造山帶共時發育形成的走（逆）滑或斜滑斷裂切割深，構造復雜，多期活動變形。

2）新構造期以來，斷裂繼承性活動，控制了山前、山間盆地的發育，新生斷層和構造變形普遍影響到上更新統和全新統，形成較顯著的活動構造帶。

3）斷裂地貌和水系響應清晰，表現為沿帶出露斷層三角面、斷層崖、不同類型的山前沖洪積扇（群）以及斷錯水系等，少數斷裂（如阿拉山口－精河斷裂和庫松木契克山前斷裂）已發現古地震事件和相關的變形帶，估算震級為7.5～7.8級。

4）地震地質環境與南天山和北天山東段緊鄰地區具有一定的相似性和可比性，同屬北天山地震帶。用確定性方法評估，本區仍具有發生強震的地震地質條件。

致謝：中國地震局地震研究所劉鎖旺研究員參加了野外地質調查，博州地震局在野外工作中提供交通保障，在此一并表示感謝！

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