白龍江斷裂西段晚第四紀構造活動特征研究1

黃雄南 楊曉平 胡宗凱 楊海波

（中國地震局地質研究所, 地震動力學國家重點實驗室, 北京 100029）

引言

東昆侖斷裂晚第四紀活動速率向東衰減的機制是青藏高原東緣研究熱點之一（Van der Woerd 等，2002；袁道陽等，2004；李陳俠等，2011；Kirby 等，2007，2013；Ren 等，2013；張軍龍等，2017；張波等，2022）。阿萬倉斷裂、塔藏斷裂等分支斷裂對東昆侖斷裂滑動速率的分解導致速率下降已有明確的地質證據（李陳俠等，2011；Kirby 等，2013；Ren 等，2013；任俊杰，2013；張軍龍，2013）。張波等（2022）推測白龍江斷裂和光蓋山-迭山斷裂也屬于東昆侖斷裂向東延伸的組成部分。向北東方向，白龍江斷裂等大型斷裂可能也吸收了東昆侖斷裂的滑動速率。這些斷裂西段如何展布、是否與東昆侖斷裂相接及其晚第四紀的活動性，對解釋東昆侖斷裂速率向東衰減乃至青藏高原向北東擴展和向東擠出具有重要的科學意義（袁道陽等，2004；Zhang 等，2021）。

白龍江斷裂位于東昆侖斷裂和西秦嶺北緣斷裂之間（圖1），與東昆侖斷裂近平行，走向NW290°～310°，多沿白龍江河谷展布，總長約270 km，為左旋走滑活動斷裂（李陳俠，2009；張軍龍，2013；何玉林，2013；杜建軍等，2013；劉興旺等，2015）。對該斷裂東段（迭部縣旺藏鄉以東）的研究程度較高，斷錯地貌明顯，發育并保留了連續的地震鼓包及低陡坎等新活動證據，其為公元前186 年武都7 級地震的發震斷裂，為全新世斷裂，走滑速率1.3～2.6 mm/a（袁道陽等，2007；張軍龍，2013；何玉林，2013；邵延秀等，2014；劉興旺等，2015；Li 等，2020）。

圖1 青藏高原東緣晚第四紀活動斷裂分布Fig.1 Distribution of main active faults of the eastern Qinghai-Xizang Plateau

目前對白龍江斷裂西段幾何展布存在分歧，杜建軍等（2013）認為白龍江斷裂西起自哈拉塘，經尕海盆地南緣、紅星鎮，向東大致沿白龍江河谷發育；李昭等（2022）將白龍江斷裂尕海以西段命名為尕海斷裂，后者在尕海東側轉為北東走向，并不與白龍江斷裂相接；張波（2020）認為白龍江斷裂西起紅星鄉，向東經熱爾鄉、迭部縣城南、卡壩鄉、尼傲鄉，在旺藏鄉一帶終止；Li 等（2020）認為白龍江斷裂西段在熱爾鄉南由近東西走向轉為北東東-南西西走向，大體沿若爾蓋縣崩巴村、尼賢寺、下熱爾村北東東走向谷地分布。白龍江斷裂西端止于何處，是否與東昆侖斷裂相接，仍沒有定論。

本研究在詳細遙感解譯的基礎上，通過斷錯地貌、地質剖面和探槽開挖等方法，以查明白龍江斷裂西段的幾何展布，初步揭示斷裂的晚第四紀活動特征，探討其對東昆侖斷裂活動速率向東衰減的作用。

1 區域構造背景

白龍江斷裂位于西秦嶺塊體南緣，與其南側的東昆侖斷裂圍限著白龍江塊體（Li 等，2020），如圖1 所示，圖1 根據鄧起東（2007）、李陳俠等（2011）、付俊東等（2011）、何玉林（2013）、張軍龍（2013）、任俊杰等（2017，2018）、李峰等（2018）、劉華國等（2018）、袁道陽等（2019）、Li 等（2020）、張波（2020）、李昭等（2022）、張波等（2022）。該地區經歷多期構造巖漿活動，曾廣泛發育擠壓推覆構造，二疊紀以來處于陸相沉積環境（張國偉等，2004；趙志中等，2009）。西秦嶺塊體南北分別以切穿地殼的深大斷裂-東昆侖斷裂和西秦嶺北緣斷裂與巴顏喀拉塊體和祁連塊體相接（高銳等，2006；王海燕等，2007，2014）。巴顏喀拉塊體的構造演化明顯不同于秦嶺塊體，早泥盆世至三疊紀一直處于海相沉積環境，發育了厚達萬米的復理石建造，大規模的造山作用始于印支晚期 （許志琴等，1992；Burchfiel 等，1995，2008；Xu 等，2008）。

新生代以來，印度板塊向北俯沖作用使得青藏高原北部向東擠出，在其東緣發生了大規模的逆沖推覆、走滑和隆升（劉樹根，1993；林茂炳等，1996；Arne 等，1997；吳珍漢等，2007；許志琴等，2011）。大范圍整體性、間歇性抬升使得區域發育3 級夷平面（崔之久等，1996a，1996b；袁道陽等，2019）、白龍江等大型河流4～9 級階地（陳洪凱等，1997；梁學戰，2010；俞晶星等，2012；劉興旺等，2015；張波，2020）。白龍江斷裂可能是東昆侖斷裂的東延之一（張岳橋等，2005）。大地電磁探測表明，東昆侖斷裂帶、白龍江斷裂和光蓋山-迭山斷裂向下延伸并歸并于中下地殼低阻層中，表現為由南向北擴展的花狀構造（孫翔宇等，2020）。

2 白龍江斷裂西段晚第四紀活動特征

遙感解譯表明白龍江斷裂西段分為3 支2甘肅省地質局第一區域地質測量隊，1973a.中華人民共和國地質圖（1∶200 000）碌曲幅.甘肅省地質局第一區域地質測量隊，1973b.中華人民共和國地質圖（1∶200 000）卓尼幅.。中支西起于郎木寺北，以101°走向經紅星鎮、阿米塘村、熱爾鄉至迭部縣城南，向東至傲傲村后沿白龍江以108°走向延伸至旺藏鄉一帶，總長約100 km，是白龍江斷裂的主干。南支西起于若爾蓋縣下熱爾村西北，以走向75°延伸至熱爾鄉西南的崩巴村，與中支相接。北支西起于若爾蓋縣的下山村，沿白龍江經熱隴、白衣、康多、鐵布鎮至迭部縣城，在迭部縣城南東與中支相接，總體走向105°，長約43 km。

2.1 郎木寺斷裂

白龍江中支斷裂包括郎木寺斷裂、阿米塘斷裂、熱爾-旺藏斷裂，依次向東分別以左階形式相接（圖2（a））。已有研究表明，郎木寺斷裂在晚更新世活動（何玉林，2013），可能西起自哈拉塘（杜建軍等，2013）。經遙感解譯并沿已有斷層位置進行野外考察，未在郎木寺鎮以西發現活動斷層跡象，這與張波（2020）認為白龍江西段西起紅星鄉的觀點一致。

本研究表明斷裂西起于郎木寺北，經折勿村北，向南東東延伸到紅星鎮東，走向105°，長約11.6 km（圖3（a）底圖為天地圖衛星影像）。斷裂左旋兼有逆沖分量，造成北側基巖山地的抬升，形成一系列南傾斷層崖，并在白龍江及其支流的T2 級及以上階地形成線性陡坎；沿斷裂形成北西西向谷地，包括坡中谷地貌（圖3（a）、圖3（g））。斷層造成了沖溝和河流的左旋扭動（圖3（a）、圖3（b）、圖3（d）），在次新的沖積扇及小型支流沖溝階地上形成0.5～2.4 m 高的陡坎（圖3（c）、圖3（e）、圖3（f））。地貌面測年、探槽和剖面研究表明，郎木寺斷裂為全新世活動斷裂。

圖3 郎木寺斷裂斷錯地貌證據Fig.3 Geomorphic evidences of the Langmusi fault

紅星鎮塔哇村（點R20-29）白龍江支流左旋扭動，T2 級階地發育北西西走向陡坎且階地坎左旋錯動。該階地光釋光測年結果為（4.4±0.3）ka。紅星鎮東（點R21）白龍江T2 階地發育北西西走向陡坎，坎高（26±2） m（圖4（a）、4（b）、4（e））。陡坎下部的剖面可見白堊系砂礫巖逆沖到第四系含礫粉砂-粉土層上（圖4（b）、4（c）、4（d）），斷層產狀85°∠55°。斷層下盤第四系光釋光測年結果為（10.9±0.6）ka（深度1.5 m）和（17.4±1.1）ka（深度2.6 m），覆蓋在斷層之上的粉土層光釋光測年結果為（1.8±0.1）ka。

圖4 紅星鎮東313 省道拐彎處郎木寺斷裂剖面Fig.4 Profile of the Langmusi fault in the eastern Hongxing town

在折勿村北（點R20-22，位置見圖2（a））白龍江北岸，次新的沖積扇發育近東西走向陡坎，實測陡坎高度2.2 m（圖5）。垂直陡坎開挖探槽，揭示了5 套地層單元和4 組斷層。南側2 組斷層f1 和f2 為北傾逆沖斷層，共造成約1 m 的垂向位錯。其中斷層f1 切錯了地層單元③和④，被地層單元⑤和②覆蓋，其中地層單元⑤為含磨圓礫石的灰黃色砂土，形狀為楔形，可能是地震崩積楔。地層單元③獲得了4 個測年結果，除1 個為15 ka，明顯偏老，可能存在曝光不充分外，其他樣品測年結果集中在5.1～6.3 ka（本文14C 樣品由美國Beta 實驗室測試，測年結果置信區間95%，經樹輪校正；光釋光測年樣品由中國地震局地質研究所實驗測試中心測試，年齡誤差5%～10%）。斷層f1 上覆地層單元②年齡為（4.8±0.2）ka，表明最新的地表斷錯事件發生在5.1～4.8 ka。斷層f2 斷錯了地層單元④，進入到地層單元③中，前者的測年結果為（7 130±117）a BP，表明次新事件發生在7.1～5.1 ka。北側2 組斷層產狀近直立，其中斷層f3 與f2 類似，也斷錯了地層單元④，消失于地層單元③之中。斷層f4 切錯地層單元③，被地層單元②a 覆蓋。雖然該地點為牧場，探槽規模受限，未能展現斷層全貌，但揭示了郎木寺斷裂在7.1 ka 以來至少發生了2 次地表破裂型地震事件。

圖5 郎木寺斷裂點R20-22 斷錯地貌與探槽剖面Fig.5 Faulted topography and trench profile of the Langmusi fault at the field point R20-22

2.2 阿米塘斷裂和熱爾-旺藏斷裂

阿米塘斷裂展布在紅星鎮與熱爾鄉之間，長約33 km，總體走向105°（圖6（a））。該段斷裂主要發育在基巖山區，造成了沖溝和山脊的左旋扭動（張波，2020）。未在白龍江T2階地和白龍江支流的階地上發現斷錯地貌和斷層剖面（圖6），根據區域上相關階地的年齡數據（梁學戰，2010），推測阿米塘斷裂為晚更新世早期或中更新世活動斷裂。

圖6 阿米塘斷裂斷錯地貌衛星影像解譯Fig.6 Satellite photographs and faulted topography explanation of the Amitang fault

熱爾-旺藏斷裂西起熱爾鄉南，經姜巴村向東至傲傲村后沿白龍江河谷向南東東延伸到旺藏鄉南，總體走向105°，長約71 km（圖7（a））。熱爾鄉南（點R20-54）白龍江支流T3 階地左旋錯斷（圖7（b）），覆蓋階地的洪積扇上發育114°走向陡坎，高約3 m（圖7（b）、圖7（c））。熱爾鄉南東（點R20-51）另一支流的T2 級階地上發育6 m 高的陡坎（圖7（d））。姜巴村（點R20-84）小洪積扇上發育近東西走向的陡坎，高0.9 m，小沖溝左旋位錯5.5 m（圖7（e））。尼傲鄉（點R20-91）發育坡中谷斷錯地貌（圖7（f）），谷地中出露斷層破碎帶，陡傾的斷層面上（傾向56°，傾角79°）保留有低傾角（傾向133°，傾角18°）擦痕和階步，指示左旋走滑（圖7（g））。在斷層谷東延伸方向上，可見白龍江T1 級階地上發育約1 m 的陡坎。尼傲鄉西（點R20-92）小沖溝的沖積扇上發育走向110°的陡坎，高1.7 m，小沖溝左旋錯動5±1.8 m。尼什峽東（點R20-94）白龍江支流T2 級以上階地左旋位錯（圖8（a）），在T2 級階地坎清理剖面，可見石炭系灰巖與第四系松散沉積物以斷層接觸（圖8（b）、圖8（c）），剖面中斷層f1 向南陡傾（走向100°，傾角60°），斷錯了所有地層并將地層②垂向斷錯約0.5 m。剖面中斷層f2 北傾，斷錯了地層②至地層④，并將地層②垂向斷錯約0.1 m。

圖8 熱爾-旺藏斷裂點R20-94 斷錯地貌解譯、露頭照片與地質剖面Fig.8 Faulted linear topography explanation of satellite photography, photographs and structural profile of the fault outcrop at the field point R20-94, the Reer-Wangzang fault

根據以上斷錯地貌證據，結合區域測年資料，其中白龍江一級階地形成于全新世，支流的三級階地形成于晚更新世晚期（劉興旺等，2015；張波，2020），判斷熱爾-旺藏斷裂具有全新世活動性。

2.3 崩巴村斷裂

南支崩巴村斷裂走向72°，長約19 km（圖2、圖6（a）），在賢尼寺以西段，其表現為大型溝谷地貌，沿線大型沖溝左旋扭動，但階地上無明顯的斷層陡坎，小型沖溝無一致性的偏轉，因此推測其具有中更新世活動性。南支崩巴村斷裂東段長約9 km，發育明顯的斷層谷，白龍江支流T3 級以上階地左旋扭動且發育陡坎，對比區域河流階地定年數據（張波，2020），判斷其為晚更新世晚期活動斷裂。

尼賢寺東（點R20-50）T3 級階地上發育84°走向陡坎，高約2 m（圖9（a））。陡坎剖面揭示了2 條向北陡傾斷層，其中斷層f1 造成了10 cm 的垂向視位錯，斷層f2 垂向位錯＞60 cm。被斷層f1 錯斷的地層（點R20-C-14）測年結果為（587±59）a BP （1 304～1 422 ）AD，如圖9（c）所示。相關文獻未見附近有1 304 ～1 422 AD 以來的強震紀錄（顧功敘，1983；國家地震局震害防御司，1995；中國地震局震害防御司，1999），可能存在漏記的歷史強震，但也不能排除樣品為后期混入的炭屑。在崩巴村（點R20-58）沿北東80°走向的峽谷方向，河流左旋錯動約（26±6）m（圖9（f））。T3 級階地剖面揭示存在傾向北西的斷層（圖9（d）、圖9（e））。綜合上述證據，崩巴村斷裂至少是晚更新世晚期活動斷裂。

圖9 崩巴村斷裂斷錯地質地貌證據Fig.9 Geomorphic evidences and fault outcrops of the Bengbacun fault

2.4 下山-迭部斷裂

下山-迭部斷裂走向105°，由3 段以左旋左階樣式組成，總長約43 km（圖10（a））。斷層沿線，河流、沖溝左旋扭動，多在白龍江T2 級以上階地形成陡坎。

圖10 下山-迭部斷裂點R20-109 和R18 斷錯地貌解譯與露頭照片Fig.10 Geomorphic evidences and fault outcrops of the Xiashan-Diebu fault at the field points of R20-109 and R18

熱隴村公路旁（點R20-109）基巖剖面出露斷層，斷層核部之上發育斷層谷地貌（圖10（b）、圖10（c））。河東岸基巖左旋錯動（圖10（b）），其東南發育4 級階地，而北側和西側僅保存有T1 級階地。剖面揭示了3 組南傾斷層，最北側的斷層f1 傾向南南西（傾向217°，傾角57°），發育近水平擦痕（傾向128°，傾角10°），其上發育斷層谷，為主斷層。南側斷層f2 和f3 斷面彎曲，被斷層f1 截切。更南側出露近東西走向的左旋韌性剪切帶（傾向194°，傾角78°），寬約180 m。剪切帶上覆蓋著T2 級階地沉積物（圖10（d））。向東的點R18 處斷裂表現為北西西-南東東向谷地（圖10（e）、圖10（f）、圖10（g）），河流沿斷層谷左旋扭動，有小沖溝左旋位錯（20±7）m（圖10（e））。

康多村東（點R20-63）沖溝T3 級以上階地上發育120°走向陡坎（圖11（a）、圖11（b））。其中T3、T4、T5 階地上的陡坎分別高1.8、2.5、（1.8～4.0） m。沿陡坎走向，T4 和T5 階地陡坎分別左旋錯動（6.5±1.3）m 和（9.0±1.7）m（圖11（b））。T4 階地地層為含礫黃土。距地表約4.6 m 的礫石層向北東緩傾（傾向52°，傾角12°），與坡向相反（圖11（c）、圖11（d）），在陡坎南，該礫石層突然消失，推測存在斷層。層中的木炭測年結果為（2 022±92 ）a BP，表明斷裂存在全新世活動。鐵布鎮（點R20-73）白龍江支流左旋扭動，東岸階地左旋錯動（圖11（d）），沿錯動方向發育反向陡坎（圖11（e）），陡坎向東變低。沿陡坎T3 階地出露走向90°的近直立片巖剪切帶（圖11（f））。

圖11 下山-迭部斷裂點R20-63 和R20-73 斷錯地貌解譯與露頭照片Fig.11 Linear topography explanation of satellite photography and field photographs of the Xiashan-Diebu fault at the field points of R20-63 and R20-73

鐵布鎮東（點R20-80）白龍江北岸洪積扇上發育北西西走向陡坎，沿陡坎小沖溝左旋位錯4.5±0.5 m（圖12（a））。沖溝T1 級階地上，陡坎高0.8 m（圖12（c））。向西，斷層左旋走滑效應造成洪積扇上陡坎高度由5.4 m 增大到8.2 m（圖12（b））。在迭部縣西北部，白龍江支流和一系列南西流向的沖溝一致左旋扭動。白龍江三級階地上（點R20-87）出露南傾斷層（傾向123°，傾角85°），斷層斷錯了志留系片巖及其上覆的風化堆積層（向北緩傾，傾向58°，傾角34°），如圖12（d）、12（e）所示。

圖12 下山-迭部斷裂點R20-80 和R20-87 斷錯地貌解譯與露頭照片Fig.12 Linear topography explanation of satellite photography，field photographs and the fault outcrop of the Xiashan-Diebu fault at the field points of R20-80 and R20-87

3 討論和結論

遙感解譯和野外地質地貌調查結果表明，白龍江斷裂西段呈帚狀向西分支，由3 支斷裂組成，分別為郎木寺斷裂、阿米塘斷裂和熱爾-旺藏斷裂組成的中支，崩巴村斷裂構成的南支和下山-迭部斷裂構成的北支，皆為左旋走滑斷層。地質剖面和探槽揭示了3 支斷裂在晚更新世～全新世活動的證據。這些活動斷裂大多沿襲著前第四紀斷裂位置發育，圍巖發育著相同走向的韌性剪切帶或斷層破碎帶。這些現象表明晚第四紀白龍江斷裂向西的擴展是沿襲先存軟弱帶-前第四紀斷裂或者韌性剪切帶發生的。

這3 支斷裂在幾何形態上屬于同向分支斷層（Kim 等，2006），為大型走滑斷層典型的尾端構造樣式，是由于主斷層擴展方向上的剪切破裂作用形成的，分支斷層具有與主斷層相同的運動學性質（圖13）。白龍江斷裂尾端構造最西止于郎木寺西北；向西，北西西走向的下山-迭部斷裂、郎木寺斷裂分別被北東-北東東走向的光蓋山-迭山斷裂（西段）和尕海斷裂阻攔；在南西，南西西走向的崩巴村斷裂被北西走向的下熱爾斷裂（塔藏斷裂分支，付俊東等，2011）截切。在地表，白龍江斷裂西段未與東昆侖斷裂的主干（瑪曲斷裂或塔藏斷裂）直接相接。

圖13 東昆侖斷裂東段（瑪沁段至塔藏段）滑動速率向東遞減模式Fig.13 Tectonic model to the falling slip rate gradient of the eastern Kunlun fault （From the Maqin segment to the Tazang segment）

東昆侖斷裂瑪沁段晚更新世以來左旋滑動速率約為10 mm/a，向東，瑪曲斷裂滑動速率下降為6 mm/a左右（何文貴等，2006；李陳俠等，2011；Kirby 等，2013）。李陳俠等（2016）認為速率的下降與阿萬倉斷裂（滑動速率為3 mm/a）和迭部-武都斷裂（白龍江斷裂）對東昆侖主干斷裂滑動速率的分解吸收有關，并推測后者吸收了1 mm/a 的滑動速率。近年來的研究表明，白龍江斷裂晚第四紀滑動速率為1.3～2.6 mm/a（何玉林，2013；劉興旺等，2015；Li 等，2020），其北側的光蓋山-迭山斷裂的滑動速率約為1 mm/a（張波，2020；Zhang 等，2021）。從斷層展布來看（圖1），與瑪曲斷裂相接的尕海斷裂更可能是光蓋山-迭山斷裂的西延，而不是與郎木寺斷裂相連。再向東，塔藏斷裂的滑動速率明顯低于瑪曲斷裂（胡朝忠等，2017），該速率的下降既可能與塔藏斷裂存在分支（如下熱爾斷裂）有關，也有可能是因為白龍江斷裂與東昆侖斷裂深部相接，吸收了東昆侖斷裂部分滑動速率。白龍江斷裂與東昆侖斷裂地表不相接而深部相連可能導致斷裂滑動速率向北吸收，從而使得東昆侖斷裂活動速率向東衰減（圖13）。

致謝 本文14C 測年工作在Beta Analytic Inc 實驗室完成，光釋光測年工作由中國地震局地質研究所楊會麗完成，苗樹清和徐芳參加了部分野外工作，在此表示感謝。感謝評審專家的寶貴意見，幫助論文完善和提高。