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JGR-Solid Earth: 甘肅北山南緣北河灣斷裂晚第四紀活動性:對板內地區地殼穩定性和高原向北擴展的意義

2019-11-04

 青藏高原東北緣祁連山的隆升和向外擴展代表了高原現今構造變形和造山的最新階段(Tapponnier et al., 2001; Zhang P. et al., 2004)。山體低溫熱年代學、盆地沉積地層的磁性地層研究、古水流分析等揭示了祁連山在中新世中期開始發生快速隆升以及隨后向北逐漸擴展(Jolivet et al., 2001; Fang X. et al., 2005; Zheng D. et al., 2010, 2017; Wang W. et al., 2016a, b)。于~2Ma,地殼變形前緣已經抵達了河西走廊北側的金塔南山-合黎山一帶(Gao et al., 2001; Zheng W. et al., 2013)。那么,第四紀以來祁連山-河西走廊構造帶是否會繼續向北擴展?構造活動是否已經影響到河西走廊北側穩定的北山地塊?如果北山地區發生了第四紀構造變形,那么又是以何種構造樣式來呈現?

針對以上問題,活動構造研究室楊曉平研究員課題組與詹艷研究員課題組、美國東康涅狄格州立大學Dickson Cunningham教授共同合作,對北山南緣的北河灣斷裂開展了活動構造定量研究和跨斷層大地電磁探測工作,以獲得斷裂晚第四紀活動性以及河西走廊-北山地區深部斷層幾何結構。研究主要結論如下:

(1)北河灣斷裂是一條長約20km的全新世左旋走滑斷裂,挑戰了前人關于北山晚新生代以來(尤其是新近紀以來)構造不活動的傳統觀點。斷裂~160 ka以來的左旋走滑速率和~6 ka以來的逆沖速率分別為0.18-2.69 mm/a和 ~0.35 mm/a。震級-位錯統計關系給出了斷裂發生地震的潛在震級為6.5。

(2)跨北河灣斷裂的大地電磁探測剖面揭示斷層呈陡立的低阻帶,向下延伸切穿了下地殼。不支持北河灣斷裂在深部向南與阿爾金斷裂-金塔南山斷裂系相連。

 (3)遙感影像分析顯示,北河灣斷裂東西兩側發育大量的第四紀地表破裂,包括斷層陡坎、擠壓脊、位錯水系、限制性彎曲、切割巖性走滑帶等,指示了存在一個長約150km+的左旋走滑構造帶(Southeast Beishan Wrench Belt),這與北山內部的星星峽斷裂帶、馬鬃山斷裂帶等共同調節和吸收了北山內部構造變形(Cunningham, 2013)。

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圖1 祁連山-北山深部斷層結構.  祁連山北緣斷裂(NQTFZ) 改自地震反射剖面、GPS反演深部結構結果以及大地電磁剖面(Zuza et al., 2016; Allen et al., 2017; Gao et al., 2001; Xiao et al., 2011). 北部邊界斷裂改自 Gao et al. (2001).  斷層名稱:阿爾金斷裂- ATF; 北河灣斷裂-BHWF (論文研究斷層); 凳凳山斷裂-DDSF; 佛洞廟-紅崖子斷裂-FHF; 海原斷裂-HYF; 金塔南山斷裂-JTNSF; 玉門斷裂-YMF。 河西走廊-北山大地電磁探測剖面為本次研究成果之一。

上述研究成果發表在:

Yang, H., Yang, X.*, Zhan, Y., Cunningham, D.*, Zhao, L., Sun, X., Hu, Z., Huang, X., Huang, W. and Miao, S., 2019. Quaternary Activity of the Beihewan Fault in the Southeastern Beishan Wrench Belt, western China: Implications for crustal stability and intraplate earthquake hazards north of Tibet. Journal of Geophysical Research: Solid Earth. https://doi.org/10.1029/2018JB017209


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