柴達木盆地西南緣獅子溝斷裂晚第四紀構造變形分析

許建紅 惠旭輝 程宏賓 張曉亮 尚思歧

摘要：獅子溝斷裂位于柴達木盆地西南緣英雄嶺背斜南翼。對獅子溝斷裂晚第四紀構造變形進行分析，有助于理解該區長期的構造演化和地震地質災害的評價。通過對該斷裂帶構造地貌調查、斷層剖面和探槽研究，得到以下認識：獅子溝斷裂是一條向SW方向逆沖的全新世活動斷裂，斷裂的逆沖活動一部分沿著山前分支斷層，該分支錯斷了全新世早中期的沖洪相地層，晚更新世中期以來的最小垂直活動速率為0.12～0.15 mm/a；另一部分沿著盆地內隱伏分支斷層活動，形成次級褶皺隆起，最近主要的一期構造活動發生在（97.93±7.98）～（59.43±3.42）ka間。這些晚第四紀構造變形單元分布在基巖山前以南約750m的范圍內，因此，在該區進行地震地質災害評價時應考慮此類構造變形。

關鍵詞：柴達木盆地西南緣；獅子溝斷裂；晚第四紀構造變形；全新世活動斷裂；滑動速率

中圖分類號：P315.241 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2018）01-0046-09

0 引言

柴達木盆地位于青藏高原北部，地貌上分別被祁連山、東昆侖山和阿爾金山所圍限；構造上北東邊界為祁連山—南山逆沖斷裂帶，南邊界為東昆侖山及其西部的祁漫塔格逆沖斷裂帶（Tapponnier etal，1990），北西邊界為左行走滑的阿爾金斷裂（Avouac，Tapponnier，1993：Tapponnier et al，2001；Yin et al，2002；李海兵等，2006）。新生代印度一歐亞板塊碰撞產生的南北向擠壓，阿爾金斷裂的推拉門式活動（Yin et al，2002），以及柴北緣、柴東和東昆侖逆沖斷層系的活動，造就了青藏高原內部巨大的柴達木盆地的形成和巨量沉積物的堆積，在柴達木盆地內部形成一系列新生代的褶皺—逆沖斷層系（陳宣華等，2010）。

位于柴達木復向斜西南緣的英雄嶺背斜是柴達木盆地內新構造表現較為強烈的地區（王桂宏等，2004）。前人對該區的研究主要集中在柴達木盆地西部地區構造發育特征、盆地類型及成因機制、局部構造變形與發育演化、構造沉積特征及對阿爾金斷裂走滑活動的響應等（王桂宏等，2004；柳祖漢等，2006；尹安等，2007；于福生等，2011；潘家偉等，2015），但針對該區的活動構造研究卻很少。野外調查發現：在獅子溝n號溝口西側獅子溝斷裂錯斷了全新世沖積地層，山前400～750m處發育與獅子溝背斜平行的次級褶皺隆起。根據這些線索，本文將對獅子溝背斜南翼的獅子溝斷裂開展構造地貌調查、斷層剖面和探槽研究，以理解該區的晚第四紀構造活動及變形特征。

1 地質構造背景

英雄嶺所在的柴西地區構造變形以上地殼縮短為主（尹安等，2007）。獅子溝一油砂山背斜位于英雄嶺構造南翼，走向上自西向東可劃分為獅子溝、油砂山、大烏斯3個構造變形段（于福生等，2011），其中，可將獅子溝構造變形段對應的山前斷裂稱為獅子溝斷裂，油砂山和大烏斯構造變形段對應的山前斷裂稱為油砂山斷裂（圖1）。在1：400萬中國活動構造圖（鄧起東，2007）上，也將獅子溝—油砂山斷裂合稱為茫崖—油砂山斷裂。

獅子溝背斜平面上呈弧形向NE凸出，軸向NW，向南逐漸轉為近SN，長約為30km，寬約為7km。背斜核部出露上油砂山組地層，兩翼主要為獅子溝組地層，在褶皺的南翼盆地邊緣第四系地層也已卷入變形。而油砂山背斜軸向NW，背斜核部出露下油砂山組地層。油砂山滑脫構造西端的地形隆起幅度較大，構造變形強烈，海拔高度達到了3600m，高出尕斯庫勒湖凹陷約750m；而往東構造變形減弱，逐漸傾伏于柴達木盆地。根據位于柴西地區的2條區域性地震一地質剖面，獅子溝一油砂山背斜是其中1個主要的基底卷入式斷彎褶皺，具有斷坡背形形態（尹安等，2007）。尕斯庫勒湖地區構成了獅子溝一油砂山背斜及其下部逆沖斷層的前陸盆地（尹安等，2007）。在獅子溝一油砂山背斜的前翼發育了一套與逆沖斷層有關的生長地層層序，其形成時間開始于漸新世晚期上干柴溝組沉積的時候（35.5Ma～23.3Ma），在第四紀時表現得更為明顯。這說明獅子溝一油砂山背斜的形成開始于漸新世，并一直持續到現在（尹安等，2007）。獅子溝一油砂山背斜代表了東昆侖山脈向北擴展的最年輕階段，當向南仰沖的逆沖斷層繼續發展，油砂山將最終貼到祁漫塔格山之上（陳宣華等，2010）。

現今的GPS速度（Gan et al，2007）表明英雄嶺構造在垂直于構造走向的SW380方向上相對于尕斯庫勒湖盆地存在1.8～3.5mm/a的擠壓運動（圖1）。從歷史地震（中國地震局震害防御司，1999）的分布（圖1）可以看出，大部分地震位于逆沖斷裂的上盤基巖山區內，其中，包括多次中強歷史地震，如1977年6.4級地震和1987年6.1級地震，而盆地內只有零散的小震。

2 晚第四紀構造變形

2.1 地貌特征

獅子溝斷裂西起積極溝，往東經獅子溝、花土溝、游園溝，終止于油砂山附近，全長約30km，總體呈NW向展布，傾向NE。受構造活動和地表侵蝕的影響，沿斷裂帶發育有平臺和陡坎，形成高差可達 30m的線性分布的階梯狀地貌（圖2，圖3a）；背斜南翼近山前1km寬的地層近直立；盆地邊緣的第四系地層也發生了明顯的掀斜，傾角可達40°～60°；斷裂帶上基巖破碎易被侵蝕，從而沿斷裂帶形成了明顯的槽地地貌（圖2，3b）；另外，獅子溝至花土溝段，在垂直距山前400～750m處，發育有與獅子溝背斜近平行的次級褶皺隆起（圖2，3c，d）。

2.2 獅子溝斷層剖面

獅子溝斷層剖面（獅Ⅰ）位于花土溝鎮北西約8km、獅Ⅱ溝口西側（圖2），地貌上處于山前沖洪積扇與基巖山的交接部位。剖面大體垂直于斷裂走向，長約27m，高處約8m，低處約3m（圖4a，b）。剖面揭露出8個地層單元（圖4b），特征如下，其中測年過程由中國科學院地球環境研究所完成。

灰黃色含礫砂層（U1），主要為中粗砂，層理明顯，略向盆地方向（SW）傾斜。地層松散，含有少量礫石，礫徑最大約4cm。該層粗砂樣品（SZG-1）光釋光測年結果為（6.16±0.52）ka，屬全新世地層。

灰黃色砂礫石層（U2），主要為砂礫石，層理明顯，略向盆地方向（SW）傾斜。地層略有膠結，礫徑最大約7cm。在該層的中上部取粗砂樣品SZG-2，光釋光測年結果為（32.63±2.27）ka。在層U2的底部，與斷層面的交接處，有一楔體地層（圖4c，d），雜色，楔體內的地層可分為截然不同的2套地層，上部為傾向南西、傾角約300的砂礫層，下部為灰白色的中粗砂層。在楔體地層之下、層U2的底部取粗砂樣品SZG-3，光釋光測年結果為（39.97±6.38）ka，說明為晚更新世的地層。

紅褐色砂礫石層（U3），具層理，略向盆地方向（SW）傾斜。泥砂質膠結，膠結程度較好。礫石分選磨圓較差，粒徑最大約14cm，地層中夾有透鏡體，巖性為中粗砂，厚約15cm，長約1.5m。在透鏡體中取砂樣SZG-4，光釋光測年結果為（55.37±6.67）ka。礫石沿斷層面定向排列（圖4c，d）。

灰白色砂巖（U4），中粗砂巖，強風化一完全風化，發育有微小裂隙面。

砂巖夾薄層泥巖（U5）：泥巖為紅褐色，中風化一強風化。砂巖為灰白色，強風化。地層傾向北東，傾角約75°。泥巖層面上順層剪切擦痕明顯（圖4e）。

砂巖夾薄層泥巖（U6）：砂巖呈灰白色，強風化。泥巖為紅褐色，泥巖多以斷層面或破裂帶形式存在。地層產狀同層U5。泥巖層面間的破碎帶，呈黑褐色。

紅褐色泥巖（U7），中風化一微風化，巖體較為破碎，發育了多條破碎面。偶夾薄層砂巖。

紅褐色砂礫石層（U8），該層不整合覆蓋于新近紀地層之上，巖性同層U3砂礫石層相近。該層取粗砂樣品一個SZG-0，光釋光測年結果為（60.0±8.01）ka。

剖面揭示，獅子溝斷層為逆沖性質，新近紀的U4、U5、U6和U7等砂泥巖地層向SW方向逆沖到晚第四紀的U1、U2和U3等沖洪積地層之上（圖4a，b），斷層面產狀為330°/NE∠25°。斷層上盤地層發生了倒轉及強烈的順層滑動變形，并在第三系泥巖地層中形成了多條破裂面，破裂帶內泥巖破碎，破裂面上順層剪切擦痕明顯（圖4e）。斷層下盤地層發育拖曳和揉皺變形現象，表現為在斷層面附近20～30cm的窄條帶內，U3紅褐色砂礫石層沿斷層面被拖曳了至少4.0m，層U2被擠壓、揉皺，層U1被錯動、掀斜（圖4c，d）。層U8為斷層上盤不整合覆蓋于新近紀的砂泥巖地層之上的紅褐色沖洪積相的第四系砂礫石層，其巖性特征同下盤的層U3相近，地層的光釋光測年結果也大致相近，為距今約（55～60）ka的地層。持續的斷層活動使得該地層隨著上盤的新近紀地層一同抬升，據野外實測，層U8和層U3垂直位錯量不小于8.0m。由此可估算出（60.0±8.01）ka以來斷層的最小垂直活動速率為0.12～0.15mm/a。

從斷層剖面上可以看出，在層U2、層U3及斷層面的交接處存在一個楔狀的傾斜地層，該楔狀的地層具層理，應是斷層逆沖將上盤地層推覆在下盤地層之上或是逆沖活動之后上盤地層垮塌在下盤地層之上，這在低角度的逆沖斷層上尤為常見（冉勇康等，2012），因而判定代表了一次古地震事件。根據楔體下方層U2底部地層的光釋光測年結果（39.97±6.38）ka，楔體上方層U2中部地層的光釋光測年結果（32.63±2.27）ka，可以推斷這次事件發生距今約40ka。另外，斷層較新的活動影響到地表的層U1，明顯錯斷其中下部地層，斷層上盤地層發生了傾斜、揉皺現象（圖4c，d），該處地層的光釋光測年為（6.16±0.52）ka，表明斷層的最新活動為全新世。

2.3 盆地邊緣次級褶皺隆起變形

獅子溝與花土溝之間，盆地邊緣發育一次級褶皺隆起，走向SE，長約3.5km，寬約400m，隆起幅度很低（圖2），變形的最新地層為晚第四紀灰色松散砂礫石層。為了解這種褶皺變形是連續的還是離散的，筆者在褶皺隆起的南翼依次開挖了4個探槽。探槽東距花土溝鎮約2km、北距山前約700m（圖2）。這4個探槽完整地揭露了該次級褶皺南翼的地層，由老到新根據其傾角變化可分為7個地層單元（U1，U2，……，U7），其中傾角相同而巖性差別明顯的再進一步細分（如U6-1和U6-2）。在相鄰的2套地層單元之間發育有生長地層，至少可判別出5個生長地層。

獅子溝Ⅱ號探槽（獅Ⅱ，圖5a）揭露到了其中的5套地層，U1、U2、U3和U4地層傾角較大，傾向SW，與U7地層角度不整合接觸。U1地層位于剖面北段，地層褶皺變形強烈，地層近陡立，傾角65°～80°，傾角變化約15°，與U2地層角度不整合接觸；U2地層層理明顯，傾角約為63°，與U3地層交接處存在明顯的生長地層，從而導致地層傾角由63°突變為47°，傾角變化約16°，在U3地層內還發育一條次級正斷層；U3與U4地層存在同樣的現象，地層傾角由47°突變為35°，生長地層前后地層傾角變化約12°。從探槽的生長地層及地層之間的接觸關系上可以看出探槽U4地層之前至少存在3期明顯的構造活動，另外從U4與U7地層之間的角度不整合關系上可以看出在2套地層之間也存在明顯的構造活動，只是在該探槽中尚未揭露出來。

為了揭露更新的構造活動信息，筆者在該探槽相對的南西側（該探槽南西側是占地寬約50m的3條天然氣管線，因而將下一個探槽沿構造走向向SE移了約430m）開挖了獅子溝Ⅲ號探槽（獅Ⅲ，圖5b），探槽揭露到的地層與獅子溝11號探槽南西端的U4地層一致，地層傾角約為35°。因為兩個探槽布設方向平行，所以認為該探槽只揭露到了獅子溝Ⅱ號探槽的U4地層，未揭露到構造活動的信息。跳過天然氣管線后，在Ⅲ號探槽的南西側開挖獅子溝N號探槽（獅N，圖5c），探槽揭露的地層U5傾斜方向與Ⅲ號探槽一致，只是地層傾角約為21°，傾角相對于層U4變化了約14°，與獅子溝Ⅱ號探槽中生長地層前后地層傾角突變的角度大小一致，因此推測傾角發生突變的地層應位于天然氣管線下方，說明在Ⅲ號與Ⅳ號探槽揭露的地層之間可能發生過一期明顯的構造活動。

繼續在Ⅳ號探槽的南西側開挖獅子溝Ⅴ號探槽（獅V，圖5d），探槽揭露到了其中的2套地層。U6-1與U6-2地層以侵蝕面為界假整合接觸，粒度大小及膠結程度有所差異，地層傾角約20°。U6-2地層頂部侵蝕明顯，上覆向盆地方向加積增厚的一套生長地層，該套地層下部光釋光測年結果為（97.93±7.98）ka。生長地層前后地層傾角變化約15°。U7-1、U7-2和U7-3地層與地表地形坡度大體一致，傾角約為5°，向盆地方向加積的現象不明顯。U7-1地層為淺棕紅色含粉質砂土及少量礫石的中細砂層，地層受過明顯擾動，被上覆淺灰色松散含礫中細砂層侵人，光釋光測年結果為（59.43±3.42）ka。其上的U7-2地層為松散的灰色砂礫石層，U7-3地層為含粘土的砂層。說明該探槽揭露到了至少一期明顯的構造活動。

3 討論

獅子溝—油砂山背斜位于英雄嶺構造南翼，走向上自西向東可劃分為獅子溝、油砂山、大烏斯3個構造變形段。背斜的南翼發育有向SW方向逆沖的獅子溝一油砂山斷裂，其中，獅子溝斷裂段的活動在山前將新近紀地層逆沖到了晚第四紀沖洪積相地層之上。受獅子溝逆斷裂一背斜活動的影響，在獅子溝山前斷層SW側發育有沿斷裂帶傾向SW的次級單斜及在山前盆地內獅子溝至花土溝段發育有與獅子溝背斜近平行的次級褶皺隆起，這與獅子溝布設的淺震人口地震反射剖面顯示的山前反射層傾向SW和山前盆地內反射層輕微隆起是一致的（圖6）。逆沖斷裂，斷層面產狀為330°/NE∠25°，將新近紀的地層向SW方向逆沖到晚第四紀的沖洪積相地層之上，其中（55～60）ka的沖洪積礫石層垂直落差不小于8.0m，可得到（60.0±8.01）ka以來斷層的最小垂直活動速率為0.12～0.15mm/a。探槽揭露到了至少2次古地震事件：較老的一次事件在層U2底部形成一楔狀地層。根據楔體地層上下的光釋光測年結果可推斷這次事件接近于40 ka；較新一次活動錯斷了光釋光測年（6.16±0.52）ka的地層，表明斷層的最新活動應為全新世。2次古地震事件間隔的時間速率非常長，一種可能是斷層的活動速率非常低，但從前文描述的斷層地貌來看這種可能性較小；另一種可能則是斷層活動或發生地震時并不總是在山前這條分支斷層上表現，可能表現為其它分支斷層的活動，或者兩者兼而有之。從盆地內褶皺變形的特征可以看出，盆地內的確可能存在分支斷層，而且該分支斷層表現出了多期粘滑活動的特征。因而本文傾向于后一種解釋。

距山前約400～750m處的獅子溝至花土溝段發育有與獅子溝背斜近平行的次級褶皺隆起，背斜南翼依次開挖的4個探槽揭露到5個生長地層，生長地層前后的地層傾角陡變約12°～16°。傾角穩定的地層單元代表構造的平靜期，而生長地層則代表了構造的活動期（Chen et al，2007；Leon et al，2007）。獅子溝B號探槽，揭露出了地層U4之前至少存在3期明顯的構造活動；從獅子溝Ⅲ號和Ⅳ探槽推測在2探槽揭露的地層之間也至少存在1期明顯的構造活動。每期的構造活動使得小型背斜南翼的地層發生了明顯的傾斜變形，在傾斜變形過程中，原地層遭受侵蝕，新堆積地層向盆地方向不斷加積，形成楔形生長地層。背斜翼部系統性離散式的地層傾角突變暗示這種構造變形與背斜下伏隱伏斷層粘滑活動關系更加密切，即獅子溝斷層在山前盆地內存在隱伏活動的分支斷層，斷層粘滑活動使得山前盆地內的次級背斜縮短隆起，背斜翼部地層也隨之發生系統性離散式的傾斜。從探槽揭露的多期離散式的生長地層可以看出獅子溝逆斷裂一背斜帶是第四紀以來一直在活動的構造。每一期的粘滑事件可能是由單一、震級很大的地震引起的，也可能是由在相對較短的時間內集中爆發的多次較小震級的地震引起的（Leon et al，2007）。如果生長地層的起始年齡代表了下伏地層傾斜的開始，而生長地層結束的年齡代表了下伏地層傾斜的結束，那么從最新的一期楔形地層上下的光釋光測年結果可以得出：盆地內的分支斷層或次級褶皺隆起最近主要的一期構造活動發生在（97.93±7.98）（59.43±3.42）ka間。

從以上分析可以看出，獅子溝斷裂的逆沖活動一部分表現為山前分支斷層活動，斷層逆沖斷錯晚第四紀地層，（60.0±8.01）ka以來該分支斷層的最小垂直活動速率為0.12～0.15mm/a；而另一部分沿盆地內的隱伏斷層活動，在地表表現為沿斷裂帶傾向sw的次級單斜及與獅子溝背斜近平行的盆地內次級褶皺隆起。這些變形構造分布在獅子溝山前斷層以南約750m的范圍內，因此在該區進行地震地質災害評價時，應考慮此類構造變形。

4 結論

本文對獅子溝背斜山前構造地貌進行調查，對獅子溝Ⅱ號溝溝口西側的斷層剖面進行清理，并在山前盆地內次級褶皺隆起的南翼開挖了4個探槽，綜合分析這些資料得到以下結論：

（1）獅子溝B號溝口西側的斷層剖面揭露獅子溝斷裂將新近紀地層逆沖到了晚第四紀地層之上，最新活動錯斷光釋光測年（6.16±0.52）ka的沖洪積地層，表明該斷裂是一條向sw方向逆沖的全新世活動斷裂。晚更新世中期以來該分支斷層的最小垂直活動速率為0.12～0.15m/a。山前盆地內的次級褶皺南翼開挖的探槽表明次級背斜南翼的多套楔形生長地層是由多期粘滑事件形成的，與盆地內分支斷層的隱伏活動密切相關。從探槽揭露的最新一期生長地層的光釋光測年結果可以得到盆地內的分支斷層或褶皺隆起最近主要的一期構造活動發生在（97.93±7.98）（59.43±3.42）ka間。

（2）獅子溝斷裂的逆沖活動一部分表現為山前分支斷層活動，斷層逆沖斷錯晚第四紀地層；而另一部分沿盆地內的隱伏斷層活動，在地表表現為沿斷裂帶傾向SW的次級單斜及與獅子溝背斜近平行的盆地內次級褶皺隆起。這些變形構造分布在獅子溝山前斷層以南約750m的范圍內，因此在該區進行地震地質災害評價時，應考慮此類構造變形。

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