阿拉善地塊西部鼎新斷裂的發現及其構造意義*

張 波，鄭 龍，何文貴，朱俊文，蔡藝萌

(甘肅蘭州地球物理國家野外科學觀測研究站，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

向北東快速擴展的青藏高原和相對穩定的阿拉善地塊之間的構造接觸關系和相互作用一直備受關注(鄭文俊等，2021；Zheng，2013a，b；陳文彬，徐錫偉，2006)。近幾年前人在構造相對穩定的北山地區(阿拉善地塊西段)發現俄博廟斷裂等多條活動斷裂，引發了青藏高原東北緣是否已經擴展到阿拉善地塊西段內部這一科學問題的討論(Yang，2019；云龍等，2019；張波等，2020)。關于該科學問題的討論，進一步聚焦于俄博廟斷裂在幾何學和運動學上是否直接歸屬于祁連山逆沖擴展系，由于俄博廟斷裂的三維幾何、運動學特征的復雜性，對其認識仍存在不同觀點(Yang，2019；云龍等，2019；張波等，2020)。

鼎新斷裂與俄博廟斷裂分別位于黑河的東、西兩側，在幾何趨勢上相連，二者是否為同一斷裂帶是值得關注的問題，其幾何學、運動學特征及其與周邊斷裂的關系，是回答青藏高原是否已經擴展到阿拉善地塊西段內部的重要依據。基于此，本文對鼎新斷裂的幾何學和運動學特征開展初步研究。

1 區域構造背景

圖1 區域構造環境和研究區概況

祁連山—河西走廊活動斷裂系包括野馬河—大雪山斷裂、昌馬斷裂、玉門斷裂、榆木山斷裂、金塔南山斷裂、合黎山斷裂等，運動性質兼具逆沖和左旋走滑，其中榆木山東緣斷裂(近南北走向)表現為右旋走滑(鄭文俊，2009；Ren，2019)。阿拉善南緣發育一系列帚狀散開的活動斷裂系，包括慕少梁斷裂、北大山斷裂、桃花拉山斷裂等，這些斷裂形跡筆直，活動性質以左旋走滑為主(陳文彬，徐錫偉，2006；Yu，2017；Zhang，2020)。

阿拉善地塊內部的活動斷裂分布稀疏，斷裂長度和規模相對小。在阿拉善地塊的東南部發育阿右旗斷裂和雅布賴活動斷裂，活動性質為左旋走滑，兼具正斷或逆斷分量(Yu，2016，2017)。在阿拉善地塊西部的北山南緣，發現俄博廟活動斷裂，該斷裂長約45 km，地表斷裂形跡斷斷續續，正向陡坎和反向陡坎交替出現。大量探槽剖面顯示，正向陡坎由高角度正斷層(傾向S)控制，反向陡坎由低角度逆沖斷層(傾向S)控制(張波等，2020)。斷裂最新活動時代為全新世，活動性質以左旋走滑為主。云龍等(2019)限定兩次古地震事件，分別為30 ka BP以前和8.4～3.3 ka BP；Yang等(2019)限定其左旋走滑速率約為2.69 mm/a，垂直滑動速率為0.35 mm/a；張波等(2020)限定其左旋走滑活動速率為(1.52±0.25)mm/a。

除了俄博廟斷裂，Yang等(2021)詳細研究了北山內部的舊井斷裂，發現其運動性質為左旋走滑兼正斷，該斷裂及其控制的舊井盆地、其連接的EW走向第四紀斷裂體系，在約5.5 Ma以來的青藏高原擴展的影響下發生復活。

與和青藏地塊過渡的祁連山—河西走廊逆沖活動斷裂系相比，阿拉善地塊內部相對穩定，構造活動相對弱。阿拉善地塊內部歷史地震主要分布在地塊東南部，以中等震級的地震為主，最大地震為1954年騰格里沙漠北7級地震(中國地震局震害防御司，1999)。阿拉善地塊西部地震稀少，已知最大地震為2012年5月3日金塔—阿拉善盟5.4地震，其震源性質為走滑型，發震斷層節面的走向為78°、傾角82°、滑動角為-26°(張輝，王熠熙，2012)。何文貴等(2013)推測金塔—阿拉善5.4地震是馬山南東斷層和神螺山—野馬井斷層共同活動的結果，兩條斷層均為局部老斷層，地表未見其新活動的跡象。

2 鼎新活動斷裂的發現

2.1 斷裂線性特征

鼎新斷裂在衛星影像上線性極其清晰，形態表現為略向NE凸出的弧形，自西向東走向由100°逐漸轉變為130°，長約30 km(圖1c)。斷裂線性南側總體上為基巖中低山區，向西過渡到大型黑河洪積扇階地上，向東為山前沖洪積扇；斷裂線性北側以大型黑河洪積扇階地為主，東部被流動沙丘覆蓋(圖1c)。

鼎新斷裂西段穿過大型黑河洪積扇階地，走向108°，長約8.2 km，衛星影像上線性特征清晰，可解譯出多級線性陡坎。我們選擇有代表性的點，使用差分GPS實測3條陡坎剖面(圖2)，陡坎高度分別為(5.1±0.2)m、(5.2±0.6)m和(4.7±0.1) m。主陡坎(圖2紅色三角)南側還發育多條短陡坎，其長度均未超過1 km，向東與主陡坎斜交。

圖2 黑河階地上斷裂線性地貌

斷裂線性的主體形成基巖中低山與黑河階地的顯著邊界，形似略向NE向凸出的弧形，走向由98°逐漸轉變為125°(圖3a)，部分段發育多級線性陡崖(圖3b)。使用差分GPS實測2條典型剖面，高度分別為(20.8±1.2)m和(23.8±1.0)m(圖3c)，該段還發育2處明顯的斷層泉。

圖3 基巖山前斷層線性地貌

斷裂線性繼續向東延入山前沖洪積扇上，在洪積扇上發育的斷裂線性長度為1.1 km，走向127°(圖4)。該段表現為筆直的線性，局部可見復陡坎(圖5中P12)。使用差分GPS實測10條陡坎剖面，陡坎高度為0～3.5 m，總體表現為向東降低的趨勢，最東端陡坎P15表現為緩坡，地表已經看不清陡坎，反應斷裂向東逐漸消亡(圖5)。

圖4 山前洪積扇上斷層線性地貌

圖5 10條實測差分GPS剖面

2.2 斷裂性質與活動時代

為了揭示線性構造的性質與時代，筆者于2011年在東段山前洪積扇上橫跨線性陡坎開挖2個探槽(圖1，6～7)。

2.2.1 探槽1

探槽長度超過15 m，寬約4 m，深約2 m(圖6a)，剖面出露地層(圖6b)如下：

圖6 探槽1東壁照片(a)及剖面解譯圖(b)

①地表土黃色風成粉砂層，厚約0.2～0.5 m，底部偶見小礫石，一般礫徑為1 cm左右，分布不均。

②崩積礫石層，礫徑一般為1～2 cm，磨圓度較差，次棱角狀，礫石沿斷層呈定向排列。

③黃褐色沖洪積礫石層，夾少量砂，礫石礫徑一般為2～3 cm，分選性較好，磨圓度較好，次棱角-次圓狀，層厚不穩定，斷層南側厚約1.2 m，斷層北側未見底。

④花崗巖，中等風化。剖面上發育3條斷層，F為弧形逆斷層，斷層下部產狀為：305°∕SW∠82°，F為正斷層，產狀為315°∕SW∠72°走向300°，F也是弧形斷層，為正斷層，下部產狀為305°∕SW∠70°。斷層斷錯了層②～④，被層①覆蓋。層②頂部的OSL樣品測結果為距今(23.38±1.99)ka，說明斷層晚更新世晚期以來有活動。

2.2.2 探槽2

探槽長度超過15 m，寬約4 m，深約2 m(圖7a)，剖面出露地層(圖7b)如下：

圖7 探槽2西壁照片(a)及剖面解譯圖(b)

①土黃色地表風成粉砂，厚約0.2～0.5 m。

②紅褐色沖洪積砂礫石層，礫石一般礫徑為1～2 cm，分選性較好，磨圓度一般，次棱角狀，在斷層下盤厚度約為1.5 m，斷層上盤未見底。

剖面上發育3條斷層，F為逆斷層，產狀：310°∕SW∠81°；F為逆斷層，產狀：300°∕SW∠50°；F為逆斷層，產狀：310°∕SW∠81°。斷層斷錯了層②，被層①所覆蓋。層②頂部的OSL樣品測結果為距今(31.25±2.66)ka，說明斷層晚更新世以來有活動。

探槽結果表明線性陡坎由高角度逆斷層的活動形成，鼎新斷裂的最新活動時代至少為晚更新世晚期。由于探槽內的最新地層(層①)以松散的風成沙為主，探槽上部塌陷嚴重，未采集到層①可靠的OSL樣品，所以未限定最新活動時代的上限年齡。但根據較新鮮的斷錯地質地貌現象(圖4b、c)和上覆沉積層的厚度等，推測鼎新斷裂的最新活動時代有可能是全新世。

3 討論

繼前人在阿拉善地塊西段內部的北山南緣發現俄博廟活動斷裂后，筆者又在其東側新發現一條長約30 km的活動斷裂——鼎新斷裂。鼎新斷裂與俄博廟斷裂是研究阿拉善地塊西段內部構造活動及其動力機制的重要線索。鼎新活動斷裂的發現，提高了研究區的地震危險性，為附近金塔縣、鼎新鎮等人居地和酒泉衛星發射基地等重要軍民設施的抗震設防提出了新的要求。

3.1 鼎新斷裂與俄博廟斷裂的關系

俄博廟斷裂和鼎新斷裂分別位于黑河兩側，二者在趨勢上相連，但不是同一條斷裂帶，其原因為：①兩條斷裂的地貌表現差異顯著。俄博廟斷裂的連續性差，在地表斷斷續續出露，主斷裂上斷層陡坎的坡向不穩定，正向陡坎和反向陡坎交替發育(張波等，2020)；鼎新斷裂的連續性很好，主斷裂上陡坎坡向均向北。②斷裂運動性質不同。前人研究認為俄博廟斷裂以左旋走滑為主，晚第四紀左旋走滑速率為1.5～2.7 mm/a，垂直滑動速率為0.35 mm/a(云龍等，2019；Yang，2019；張波等，2020)；鼎新斷裂沿線未見明顯的左旋走滑跡象，而且斷裂形跡向NE凸出，陡坎高度從中部向兩端減小，斷錯地貌表現與探槽剖面揭示的向北逆沖的主斷裂匹配，說明鼎新斷裂應以逆沖為主。③鼎新斷裂和俄博廟斷裂之間的黑河及其低階地無斷錯顯示。鼎新斷裂更可能發生獨立破裂，根據逆斷裂的破裂長度與震級的經驗關系(Wells，Coppersmith，1994)，計算得出鼎新斷裂可能具有發生6.8級地震的危險性。

3.2 鼎新斷裂與區域活動斷裂的關系

三危山斷裂、俄博廟斷裂、鼎新斷裂一線，與其南側的阿爾金斷裂、金塔南山斷裂、合黎山斷裂一線，在幾何上近平行，斷裂連線均向北凸出，與青藏高原向北東擠出的區域構造背景相匹配，說明阿拉善內部、塔里木內部的斷裂系可能受到了青藏高原向北擴展的遠程影響。

運動性質方面，北側的俄博廟斷裂以左旋走滑為主，鼎新斷裂以逆沖為主；南側的金塔南山斷裂以左旋走滑為主，合黎山斷裂以逆沖為主，平行斷裂的運動性質相匹配(云龍等，2019；Yang，2019；張波等，2016，2020；Zheng，2013b)。另外，斷裂運動性質也發生同步轉變，黑河以西的斷裂為左旋走滑性質，黑河以東的斷裂為逆沖性質。鼎新斷裂與合黎山斷裂性質一致，與黑河西側分別趨勢相連的俄博廟斷裂、金塔南山斷裂不屬于同一斷裂系統。斷裂走向和區域構造運動方向的夾角決定阿拉善南緣斷裂系的運動性質(Yu，2016，2017)，走向NWW的鼎新斷裂和合黎山斷裂近平行，其運動性質均以擠壓縮短和逆沖為主，二者之間東西走向的慕少梁斷裂具有以左旋走滑為主的運動性質(陳文彬，徐錫偉，2006)。

3.3 區域動力學機制探討

為研究祁連山逆沖斷裂系是否擴展到阿拉善西段的內部，前人針對俄博廟斷裂的構造歸屬和動力背景開展了大量的研究和討論，曾提出俄博廟斷裂可能在構造上歸屬于祁連山逆沖斷裂系，即祁連山逆沖斷裂系擴展到阿拉善地塊西段內部(云龍等，2019)；然而大地電磁剖面(Yang，2019；云龍等，2021)顯示俄博廟斷裂為陡傾角斷層，其向深部延伸至下地殼，沒有歸并到祁連山逆沖斷裂系，祁連山逆沖斷裂系的向北擴展似乎難以解釋俄博廟斷裂的運動性質。斷錯地貌顯示，俄博廟斷裂斷層陡坎的坡向不穩定，或南或北交替變化，與祁連山擴展前緣的構造環境難以匹配，指示青藏高原與阿拉善地塊之間的相對剪切運動影響了俄博廟斷裂的左旋性質(張波等，2020)。

鼎新斷裂運動性質以逆沖為主，基于上述地塊之間的相互剪切理論似乎可以解釋金塔南山斷裂、俄博廟斷裂以左旋走滑為主的運動性質，卻不易解釋鼎新斷裂、合黎山斷裂的運動學特征。前人通過對黑河西岸一系列近南北向的正斷層和地塹進行研究，提出阿爾金斷裂經金塔南山斷裂延伸至黑河一帶，黑河西岸的張性構造標志著阿爾金斷裂的走滑終止(Zhang，2018)。據此，阿爾金斷裂在金塔盆地的殘余走滑分量分配到金塔南山斷裂、俄博廟斷裂上，使其表現為走滑為主、兼具或正或逆的傾滑分量；而黑河以東，可能僅受到青藏高原向北東運動的影響，使得相關斷裂的運動性質由斷裂走向決定。該模式提出黑河以西可能受到阿爾金斷裂東端走滑殘余的影響，或可解釋黑河東西兩側斷裂的差異運動學特征，但仍需更多證據來支持。

關于鼎新斷裂的運動學特征，尤其是最新活動時代、定量活動參數等方面，需要開展進一步的研究工作。同時，阿拉善地塊西段的構造活動背景，需要更深入地分析和探討。

4 結論

本文通過遙感解譯和野外地質地貌調查，在阿拉善地塊西部新發現一條活動斷裂——鼎新斷裂。該斷裂的線性特征極其清晰，斷裂形跡為略向NE凸出的弧形，長約30 km。斷裂中段主要形成基巖中低山和黑河階地的邊界，東西兩端分別斷錯黑河階地和山前洪積扇，斷層陡坎高度中段高，向兩端逐漸降低。斷裂活動性質以高角度逆沖為主，最新活動時代至少為晚更新世晚期。鼎新活動斷裂的發現表明青藏高原向北東的擴展影響了阿拉善地塊內部的構造活動。

本文OSL樣品由中國地震局地殼動力學重點實驗室測試，在此表示感謝！