柴达木盆地位于青藏高原北部,地貌上分别被祁连山、东昆仑山和阿尔金山所围限; 构造上北东边界为祁连山—南山逆冲断裂带,南边界为东昆仑山及其西部的祁漫塔格逆冲断裂带(Tapponnier et al,1990),北西边界为左行走滑的阿尔金断裂(Avouac,Tapponnier,1993; Tapponnier et al,2001; Yin et al,2002; 李海兵等,2006)。新生代印度—欧亚板块碰撞产生的南北向挤压,阿尔金断裂的推拉门式活动(Yin et al,2002),以及柴北缘、柴东和东昆仑逆冲断层系的活动,造就了青藏高原内部巨大的柴达木盆地的形成和巨量沉积物的堆积,在柴达木盆地内部形成一系列新生代的褶皱—逆冲断层系(陈宣华等,2010)。

位于柴达木复向斜西南缘的英雄岭背斜是柴达木盆地内新构造表现较为强烈的地区(王桂宏等,2004)。前人对该区的研究主要集中在柴达木盆地西部地区构造发育特征、盆地类型及成因机制、局部构造变形与发育演化、构造沉积特征及对阿尔金断裂走滑活动的响应等(王桂宏等,2004; 柳祖汉等,2006; 尹安等,2007; 于福生等,2011; 潘家伟等,2015),但针对该区的活动构造研究却很少。野外调查发现:在狮子沟Ⅱ号沟口西侧狮子沟断裂错断了全新世冲积地层,山前400～750 m处发育与狮子沟背斜平行的次级褶皱隆起。根据这些线索,本文将对狮子沟背斜南翼的狮子沟断裂开展构造地貌调查、断层剖面和探槽研究,以理解该区的晚第四纪构造活动及变形特征。

英雄岭所在的柴西地区构造变形以上地壳缩短为主(尹安等,2007)。狮子沟—油砂山背斜位于英雄岭构造南翼,走向上自西向东可划分为狮子沟、油砂山、大乌斯3个构造变形段(于福生等,2011),其中,可将狮子沟构造变形段对应的山前断裂称为狮子沟断裂,油砂山和大乌斯构造变形段对应的山前断裂称为油砂山断裂(图1)。在1:400万中国活动构造图(邓起东,2007)上,也将狮子沟—油砂山断裂合称为茫崖—油砂山断裂。

狮子沟背斜平面上呈弧形向NE凸出,轴向NW,向南逐渐转为近SN,长约为30 km,宽约

图1 英雄岭背斜及邻区地质构造示意图(据潘家伟等,2015)
Fig.1 Geological sketch map of the Yingxiongling anticline and its nearby(modified from Pan et al,2015)

为7 km。背斜核部出露上油砂山组地层,两翼主要为狮子沟组地层,在褶皱的南翼盆地边缘第四系地层也已卷入变形。而油砂山背斜轴向NW,背斜核部出露下油砂山组地层。油砂山滑脱构造西端的地形隆起幅度较大,构造变形强烈,海拔高度达到了3 600 m,高出尕斯库勒湖凹陷约750 m; 而往东构造变形减弱,逐渐倾伏于柴达木盆地。根据位于柴西地区的2条区域性地震-地质剖面,狮子沟—油砂山背斜是其中1个主要的基底卷入式断弯褶皱,具有断坡背形形态(尹安等,2007)。尕斯库勒湖地区构成了狮子沟—油砂山背斜及其下部逆冲断层的前陆盆地(尹安等,2007)。在狮子沟—油砂山背斜的前翼发育了一套与逆冲断层有关的生长地层层序,其形成时间开始于渐新世晚期上干柴沟组沉积的时候(35.5 Ma～23.3 Ma),在第四纪时表现得更为明显。这说明狮子沟—油砂山背斜的形成开始于渐新世,并一直持续到现在(尹安等,2007)。狮子沟—油砂山背斜代表了东昆仑山脉向北扩展的最年轻阶段,当向南仰冲的逆冲断层继续发展,油砂山将最终贴到祁漫塔格山之上(陈宣华等,2010)。

现今的GPS速度(Gan et al,2007)表明英雄岭构造在垂直于构造走向的SW38°方向上相对于尕斯库勒湖盆地存在1.8～3.5 mm/a的挤压运动(图1)。从历史地震(中国地震局震害防御司,1999)的分布(图1)可以看出,大部分地震位于逆冲断裂的上盘基岩山区内,其中,包括多次中强历史地震,如1977年6.4级地震和1987年6.1级地震,而盆地内只有零散的小震。

狮子沟—油砂山背斜位于英雄岭构造南翼,走向上自西向东可划分为狮子沟、油砂山、大乌斯3个构造变形段。背斜的南翼发育有向SW方向逆冲的狮子沟—油砂山断裂,其中,狮子沟断裂段的活动在山前将新近纪地层逆冲到了晚第四纪冲洪积相地层之上。受狮子沟逆断裂—背斜活动的影响,在狮子沟山前断层SW侧发育有沿断裂带倾向SW的次级单斜及在山前盆地内狮子沟至花土沟段发育有与狮子沟背斜近平行的次级褶皱隆起,这与狮子沟布设的浅震人口地震反射剖面显示的山前反射层倾向SW和山前盆地内反射层轻微隆起是一致的(图6)。

图6 狮子沟口处的浅层人工地震时间剖面图(a)和狮子沟背斜山前构造变形立体示意图(b)
Fig.6 The shallow artificial seismic profile of shizikou(a)and sketch map of the Shizigou anticline frontal tectonic deformation(b)

狮子沟山前断层剖面揭示,狮子沟断裂为一条逆冲断裂,断层面产状为330°/NE∠25°,将新近纪的地层向SW方向逆冲到晚第四纪的冲洪积相地层之上,其中(55～60)ka的冲洪积砾石层垂直落差不小于8.0 m,可得到(60.0±8.01)ka以来断层的最小垂直活动速率为0.12～0.15 mm/a。探槽揭露到了至少2次古地震事件:较老的一次事件在层U2底部形成一楔状地层。根据楔体地层上下的光释光测年结果可推断这次事件接近于40 ka; 较新一次活动错断了光释光测年(6.16±0.52)ka的地层,表明断层的最新活动应为全新世。2次古地震事件间隔的时间速率非常长,一种可能是断层的活动速率非常低,但从前文描述的断层地貌来看这种可能性较小; 另一种可能则是断层活动或发生地震时并不总是在山前这条分支断层上表现,可能表现为其它分支断层的活动,或者两者兼而有之。从盆地内褶皱变形的特征可以看出,盆地内的确可能存在分支断层,而且该分支断层表现出了多期粘滑活动的特征。因而本文倾向于后一种解释。

距山前约400～750 m处的狮子沟至花土沟段发育有与狮子沟背斜近平行的次级褶皱隆起,背斜南翼依次开挖的4个探槽揭露到5个生长地层,生长地层前后的地层倾角陡变约12°～16°。倾角稳定的地层单元代表构造的平静期,而生长地层则代表了构造的活动期(Chen et al,2007; Leon et al,2007)。狮子沟Ⅱ号探槽,揭露出了地层U4之前至少存在3期明显的构造活动; 从狮子沟Ⅲ号和Ⅳ探槽推测在2探槽揭露的地层之间也至少存在1期明显的构造活动。每期的构造活动使得小型背斜南翼的地层发生了明显的倾斜变形,在倾斜变形过程中,原地层遭受侵蚀,新堆积地层向盆地方向不断加积,形成楔形生长地层。背斜翼部系统性离散式的地层倾角突变暗示这种构造变形与背斜下伏隐伏断层粘滑活动关系更加密切,即狮子沟断层在山前盆地内存在隐伏活动的分支断层,断层粘滑活动使得山前盆地内的次级背斜缩短隆起,背斜翼部地层也随之发生系统性离散式的倾斜。从探槽揭露的多期离散式的生长地层可以看出狮子沟逆断裂-背斜带是第四纪以来一直在活动的构造。每一期的粘滑事件可能是由单一、震级很大的地震引起的,也可能是由在相对较短的时间内集中爆发的多次较小震级的地震引起的(Leon et al,2007)。如果生长地层的起始年龄代表了下伏地层倾斜的开始,而生长地层结束的年龄代表了下伏地层倾斜的结束,那么从最新的一期楔形地层上下的光释光测年结果可以得出:盆地内的分支断层或次级褶皱隆起最近主要的一期构造活动发生在(97.93±7.98)～(59.43±3.42)ka间。

从以上分析可以看出,狮子沟断裂的逆冲活动一部分表现为山前分支断层活动,断层逆冲断错晚第四纪地层,(60.0±8.01)ka以来该分支断层的最小垂直活动速率为0.12～0.15 mm/a; 而另一部分沿盆地内的隐伏断层活动,在地表表现为沿断裂带倾向SW的次级单斜及与狮子沟背斜近平行的盆地内次级褶皱隆起。这些变形构造分布在狮子沟山前断层以南约750 m的范围内,因此在该区进行地震地质灾害评价时,应考虑此类构造变形。

本文对狮子沟背斜山前构造地貌进行调查,对狮子沟Ⅱ号沟沟口西侧的断层剖面进行清理,并在山前盆地内次级褶皱隆起的南翼开挖了4个探槽,综合分析这些资料得到以下结论:

(1)狮子沟Ⅱ号沟口西侧的断层剖面揭露狮子沟断裂将新近纪地层逆冲到了晚第四纪地层之上,最新活动错断光释光测年(6.16±0.52)ka的冲洪积地层,表明该断裂是一条向SW方向逆冲的全新世活动断裂。晚更新世中期以来该分支断层的最小垂直活动速率为0.12～0.15 mm/a。山前盆地内的次级褶皱南翼开挖的探槽表明次级背斜南翼的多套楔形生长地层是由多期粘滑事件形成的,与盆地内分支断层的隐伏活动密切相关。从探槽揭露的最新一期生长地层的光释光测年结果可以得到盆地内的分支断层或褶皱隆起最近主要的一期构造活动发生在(97.93±7.98)～(59.43±3.42)ka间。

(2)狮子沟断裂的逆冲活动一部分表现为山前分支断层活动,断层逆冲断错晚第四纪地层; 而另一部分沿盆地内的隐伏断层活动,在地表表现为沿断裂带倾向SW的次级单斜及与狮子沟背斜近平行的盆地内次级褶皱隆起。这些变形构造分布在狮子沟山前断层以南约750 m的范围内,因此在该区进行地震地质灾害评价时,应考虑此类构造变形。