国家自然灾害防治研究院地震中心科研团队揭示狼山山前断裂垂直滑动速率及构造意义
2025-04-24 发布者:地震灾害研究中心
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       新生代以来,随着青藏高原的扩张,高原扩张的周缘地区受地震灾害的影响十分严重。鄂尔多斯西北地区地处于青藏高原的远程影响区域,距离高原扩展的前缘仅50-450km,是青藏高原、阿拉善及鄂尔多斯三大地块相互作用的区域。1739 年银川-平罗M8.0级地震的发生,表明这一地区的构造活动非常强烈。因此,对于区域内主要断裂活动性以及区域现今构造运动模式的研究具有十分重要的意义。

       位于鄂尔多斯西北缘的临河凹陷,新生代以来沉积了厚度约为12.2km的沉积物,是鄂尔多斯周缘甚至全中国,沉积厚度最深的新生代盆地之一。因此,作为临河凹陷主要控盆边界断裂的狼山山前断裂(图1),可能是中国垂直滑动速率最大的活动断层之一。国家自然灾害防治研究院地震科学研究中心科研团队运用高精度无人机摄影测量、钻探、第四纪测年等研究方法,通过精确测定断层上升盘野外剖面上和断层下降盘钻孔中同一湖相地层的垂直落差,以及它的形成年代,获得了狼山山前断裂晚更新世中期(51ka)以来的平均垂直滑动速率为3.14± 1.14mm/a。同时,通过对鄂尔多斯西北地区的主要断层的活动性参数以及主要盆地的结构进行整理和分析,定量化构建了鄂尔多斯西北地区各个次级地块的构造运动学模型。鄂尔多斯块体、巴彦浩特次级块体、贺兰山次级块体相对于阿拉善北部次级块体的运动速率分别为1.36 ±0.30 mm/a(N138.04°),0.24±0.33mm/a(N65.34°),0.26± 0.15mm/a(N133.78°)。结果表明,鄂尔多斯西北地区现今最显著的构造特征是:在青藏高原往北东方向的生长推挤作用下,阿拉善地块与鄂尔多斯地块之间产生NW-SE方向上的相对差异运动。阿拉善块体内部各次级块体之间也产生了分裂,但相对运动幅度较小。

图1 区域构造图.

       鄂尔多斯周缘断裂系是我国地震活动最为活跃的区域之一(图1a)。1303以来,该区域内至少有4次M≥8.0级的大地震记录,包括1303年山西洪洞M 8.0大地震、1556年陕西华县M81/4大地震,1920年海原M 8.5级大地震和1739年银川-平罗M 8.0级大地震。临河凹陷作为鄂尔多斯周缘最深的沉积盆地,晚更新世以来的沉积厚度达到280,沉积中心位于狼山山前断裂北东段乌拉特后旗附近(图1b)。

图2 紫金矿场剖面,断层和湖相地层出露

       在乌拉特后旗县城北部山前,紫金矿场剖面(41°07′04.9076″N;107°06′08.2068″E)中出露了狼山山前断裂和黄绿色湖相地层(图2)。狼山山前断裂由F1,F2和F3三条分支断层组成,走向NE,倾向皆为SE。湖相地层出露于断层F1的下盘,在湖相地层顶部取光释光样品,测年结果为51.4±17.87 ka。

图3 乌后旗钻孔柱状图

       乌后旗钻孔(41°06′24.738″N,107°06′08.939″E, 1,035.31 m)布设于狼山山前断裂南东(127.6°)约1.3 km的亲亲牧场附近。采用文登300液压钻机进行施工,钻孔直径为110 mm,获得了深度为166 m的完整岩芯(图3)。沿钻孔从上到下采集了7个14C和5个光释光测年样品。并根据软沉积变形、第四纪测年及古地震数据得出18.6m为钻孔中全新统底界。

图4 钻孔年龄-深度建模

       利用钻孔中获得的12个年龄样品的深度和年龄结果,我们运用Bacon软件拟合了断层下降盘钻孔的年龄-深度模型(图4)。通过该模型,我们获得断层上升盘剖面中湖相地层顶部年龄值51.4±17.87ka(图2)在钻孔中对应的深度为145.17±18.12m。再用图2剖面中湖相地层顶部海拔(1051.33 m)减去钻孔中该层的海拔(890.14±18.12m),得到该湖相地层在断层两侧的垂直落差为161.19±18.12m。最后,用垂直落差161.19±18.12m除以湖相地层的年龄51.4±17.87ka,得到狼山山前断裂51ka以来的平均垂直滑动速率约为3.14±1.14mm/a。

图5 鄂尔多斯西北地区构造运动模型

       最后,我们收集了鄂尔多斯西北缘各活动断裂的走向、倾向、倾角、活动性质和滑动速率等参数,结合各沉积盆地的结构,通过Matlab计算,获得了鄂尔多斯西北缘各次级块体之间相对运动速率的大小和方向(图5)。鄂尔多斯块体、巴彦浩特次级块体、贺兰山次级块体相对于阿拉善北部次级块体的运动速率分别为1.36±0.30 mm/a(N138.04°),0.24±0.33mm/a(N65.34°),0.26± 0.15mm/a(N133.78°)。

       该研究由国家自然灾害防治研究院中央公益性科研院所基本科研业务专项(ZDJ2019-28和ZDJ2019-21)和国家自然科学基金(42202253)项目共同资助。
本项研究成果以国家自然灾害防治研究院为第一完成单位,于2025年3月发表在国际著名学术期刊《Tectonics》上,第一作者为硕士研究生雷璇月,通讯作者为梁宽副研究员。
       原文链接:https://doi.org/10.1029/ 2024TC008442。
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