南山断层东起盐湖南部盆地边缘,向西延伸,切过大西沟河(乌鲁木齐河)、头屯河、三屯河,消失在三屯河东约8 km处,全长约120 km。该断层是古生界地层与山前第四系地层之间的界线,也是柴窝堡盆地与依连哈比尔尕山东段的分界断层,从航、卫片看该断层有较明显的线性影像特征。根据该断层在不同区段遥感影像清晰程度的差异,由东向西大体以大西沟河谷为界,分东段和西段:东段为南台子以东,包括大西沟、板房沟、乌什城沟及东部的盐湖南部一带; 西段为南台子以西的头屯河至三屯河一带。断层东段古生代地层与盆地第四系断层分界明显,地貌差异突出,遥感影像清晰; 断层西段古生界与盆地第四系分界的断层地貌差异较小,遥感影像比较模糊。下面就该断层东、西段的最新活动特征进行详细介绍。
2.1.1 断层东段
在南台子大西沟河(乌鲁木齐河)出山口处,后峡公路以东的河谷东岸可见石炭系地层与上更新统砾石层的不整合接触界限。在不整合界限以北,河流下游向西约70～100 m处,河谷两侧各级阶地都有不同程度的变形,出现明显的断坎。沿断坎上、下两侧的阶地的高差有较为明显的突变现象,形成台阶式地貌。
沿断层陡坎走向,在河谷东岸残留的Ⅰ级阶地有该断层的活动迹象(图2)。断层由多组小的断层组成,断层错断了河流相含砂土卵砾石层,形成约20～40 cm的垂直断距,在断层下盘一侧还形成约50 cm厚的崩积楔。经确认该断层未断错地表黄土及碎石土层。区域性I级阶地的形成时间约5 000～8 000 a(邓起东等,2000),而该断层阶地又位于区域性I级阶地之下,是残留的最低一级阶地,属全新世堆积阶地,故该断层是全新世活动断层。
① 表土地层含砾黄土; ② 含砾碎石土; ③ 含砾砂土;
④ 崩积楔; ⑤ 粗砾卵砾石层; ⑥ 含砂土卵砾石层;
⑦ 粗砾、含大漂砾卵砾石层
图2 南台子大西沟东岸Ⅰ级阶地南山断层剖面图
Fig.2 Fault section of Chaiwopu basin south boundary in east bank of Daxigou in Nantaizi
在盐湖西南大冲沟中可见到南支断层切错了Ⅲ级阶地,新近系的砾岩向北逆冲于中更新世倾斜的砾石层与微倾斜的晚更新世阶地砂砾石层之上(
图3)。断裂由7～8条次级断层组成。F
1为主干断层,倾向230°,倾角53°。断层切错了晚更新世早、中期微倾斜的砂砾石层,砂砾石层与新近
① 砾石层,青灰色,砾粒2～3 cm,少量3～10 cm,近水平层理,砂和粉土充填,磨圆度次棱角状; ② 砾石层,灰黄色,砾粒2～4 cm为主,卵粒含量约30℅,砾粒含量20～40℅,砂和粉土充填,磨圆度次棱角状,夹薄层砂; ③ 砾石层,灰黄色,砾粒1～2 cm为主,含量约50～60℅,砂和土充填,微胶结,砾石磨圆度次棱角状,夹薄层砂; ④ 泥岩,灰黄色、灰绿色,泥质构造,岩体破碎,呈碎块状
图3 盐湖西南冲沟南山断裂东段剖面图
Fig.3 Fault east segment section of Chaiwopu basin south boundary in south-west gully in Yanhu
系不整合面被错断,垂直断距达5～6 m。断层被晚更新世晚期水平层理的砾石层覆盖。F
2由一组倾向大致相同的小断层组成,倾向235°,倾角41°～53°,断层错断了不整合于新近系之上的中更新世倾斜砾石层,砾石层受挤压发生弯曲变形,在底部形成一小向斜,不整合面垂直断错1 m。中更新世砾石层中的砂层透镜体垂直断错0.3 m。这些小断层均被晚更新世阶地砾石层覆盖,说明断裂在晚更新世早、中期有过显著活动。
另外在盐湖南—大冲沟中仍可见到断裂剖面,断裂由2条断层组成(图4)。F1断层倾向135°,倾角10°。断层南侧新近系的泥岩、砂岩逆掩于Ⅱ级阶地堆积的晚更新世水平层理细砾石层、砂层之上,经实测断层垂直断距大于9 m,水平缩短量大于50 m,说明该断层在晚更新世以来活动显著。根据该断层断错的最新地层岩性及胶结程度,推测自晚更新世以来断层垂直活动速率约0.09 mm/a,水平缩短速率约0.5 mm/a。F2为主干断层,倾向165°,倾角51°。断层南侧的石炭系凝灰岩向北逆冲于古近系红色泥岩、砾岩之上,断层破碎带宽约15 m。
1:细砾石层; 2:砂岩、砾岩; 3:泥岩;
4:凝灰岩; 5:断层破碎带; 6:断层
图4 盐湖南冲沟南山断裂东段剖面图
Fig.4 Fault east segment section of Chaiwopu basin south boundary in south gully in Yanhu
综上所述,南山断层东段最新活动错断了河流Ⅰ级阶地的全新世砂土卵砾石层,形成20～40 cm的垂直断距和50 cm厚的崩积楔。在盐湖南部一带,断层还错断了河流Ⅱ级阶地的晚更新世水平层理细砾石层,垂直断距大于9 m,水平缩短量大于50 m,反映出该断层自晚更新世以来垂直活动速率为0.09 mm/a; 水平缩短速率为0.5 mm/a,因此南山断层东段是一条晚更新世及全新世活动的断层,且断层东段由西向东活动年代有逐渐变老的趋势。
2.2 板房沟断层晚第四纪活动特征
板房沟断层东起板房沟与小东沟之间,从盆地边缘向盆地内切入。东段走向北西,过乌鲁木齐河后,向西延伸折转为近东西向,切过甘沟、小渠子沟,在楼庄子水库南侧(上游)约1.8 km处切过头屯河谷,再向西延伸4～5 km后消失,全长约45 km,断层面南倾,性质为逆断层。该断层最醒目的地质地貌标志是控制盆地南坡的第四纪早期堆积物(早更新统或是中更新统冰碛、冰水冲洪积老砾石层)形成台地地貌。南山著名的菊花台风景区,就是由断层上盘发育的第四纪早期老砾石层抬升形成的。该台地老砾石层形成于中更新世,说明板房沟断层运动开始于中更新世。
航、卫片显示该断层线性特征明显,在盆地南坡老砾石台地边缘、永丰乡乌鲁木齐河谷两岸的河流阶地上都有一系列的NW向断层陡坎。在永丰乡至中梁村一带和乌鲁木齐河谷两岸多处发现该断层的露头。如在乌鲁木齐河谷西岸的Ⅱ级阶地上,断层将上新统的泥岩和中更新统的砾石层逆冲于上更新统卵砾石层之上(图5),断层面产状为220°∠35°,沿断层面的砾石呈定向排列,局部砾石受挤压发生破碎和牵引,使得两侧的砾石层均表现为明显的弧型层理。
在乌鲁木齐河东岸的中梁村还发现该断层错断河谷Ⅰ级阶地的最新活动形迹(图6)。剖面显示早期板房沟断层由两条次级断层组成,北侧断层的产状为230°∠58°,断层将新近系泥岩夹砾岩逆冲在上更新统砾石层上。断层最新活动表现为南侧断层,产状为210°∠36°,该断层错断了上覆全新世Ⅰ级阶地的河流相堆积,将新近系泥岩夹砾岩逆掩于全新统卵砾石层上,垂直断距为0.4 m。
因此,种种迹象表明板房沟断层自晚更新世以来及全新世期间都曾有过明显活动,断层控制着老砾石台地边缘,陡坎地貌清楚,其最新一次活动是断错乌鲁木齐河Ⅰ级阶地,垂直断距达0.4 m。
1:上更新统冲洪积层,松散; 2:中更新统冲洪积层,半胶结;
3:新近系粉砂质泥岩; 4:断层;
图5 永丰乡乌鲁木齐河谷西岸板房沟断层剖面图
Fig.5 Fault section of Banfanggou in west bank of Urumqi river in Yongfeng village
1:全系统卵砾石层; 2:上更新统砾石层;
3:泥岩夹砾岩; 4:泥岩; 5:断层
图6 中梁村乌鲁木齐河东岸Ⅰ阶地板房沟断层地质剖面
Fig.6 Fault section of Banfanggou in east bank of Urumqi river in Zhongliang village
