榆木山是祁连山主体山系以北、河西走廊中段的一座突出的隆起山系(金卿等,2011)。沿榆木山造山带,发育有榆木山北缘断裂和榆木山东缘断裂。Tapponnier等(1990)认为榆木山北缘断裂为全新世活动断裂,断裂带上的断层陡坎可能是公元180年高台71/2级地震造成的; 陈柏林等(2007)确认该断裂在距今13.1～13.3 ka和距今3～5 ka发生过2次明显的新构造活动; 金卿等(2011)通过探槽开挖和样品测年确定出2次古地震事件,分别为距今(4.066±0.086)ka和距今(6.852±0.102)ka～(6.107±0.082)ka 。榆木山东缘断裂研究程度较榆木山北缘断裂低。李玉龙和邢成起(1988)在黑河口T₃级阶地上发现了断层陡坎,经探槽开挖证实断裂最新活动为距今13.3 ka左右; 冉勇康等(1988)讨论了黑河口断层晚第四纪以来发生的古地震期次,认为该断层晚第四纪以来发生过4次古地震事件,最早1次发生在距今约25 ka,另外3次分别发生在距今13、10.5和8.5 ka左右; 李有利等(1995,1997)研究发现黑河口断层至少有3次活动,对黑河口地区的阶地断错研究表明榆木山东缘断裂全新世仍比较活跃。

在临泽县梨园河以北、倪家营乡以西的冲洪积扇上,发现晚更新世—全新世冲洪积扇上发育有局部多级排列的、走向NNW—SSE的多条断层陡坎。该断层陡坎虽然位于榆木山东缘断裂西北端和榆木山北缘断裂南端东部,在位置和形态上与榆木山东缘断裂或榆木山北缘断裂关系密切,但是目前还未厘清该断层陡坎与这两条断裂的具体关系,尚不能作为上述两条断裂的一部分来论述,本文以临泽断裂称之。地貌上,临泽断裂形成了一个类似“橄榄球”状的形态,断层陡坎较低矮,显示出较新的活动性。仅有少数学者开展过研究工作,Palumbo等(2009)对该断裂进行了简单的地质地貌调查; 金卿(2011)对该断裂进行了初步的古地震研究,确定了全新世晚期以来的2次古地震事件。本文在这些断层陡坎上布设了多条测线,进行形变测量,厘定其形变特征; 并增补了多个探槽,获得了该断裂更加完整的古地震序列,明确了几条断层陡坎的构造关系。

祁连山—河西走廊构造带位于青藏高原东北缘,阿拉善隆起区与北祁连加里东褶皱带之间,自印度与欧亚板块碰撞之后,正经历着大规模的大陆变形(张培震等,2006; 袁道阳等,2004)。该区活动构造密集发育,是高原周边主要的汇聚构造带之一,也是现今构造运动和地震活动最为强烈的地区之一(Tapponniner et al,1990; 国家地震局地质研究所,国家地震局兰州地震研究所,1993; Gaudemer et al,1995; Xu et al,2010)。

从构造上来看,祁连山—河西走廊构造带总体上被阿尔金断裂、海源断裂和祁连断裂等大型活动断裂带所围限,区域内发育有党河南山断裂、昌马断裂、佛洞庙—红崖子断裂等NWW向的活动断裂带(郑文俊等,2016)。从地形来看,河西走廊为新生代形成的压陷性前陆盆地,南侧为祁连山,北侧为龙首山、合黎山等山脉,走廊西起阿尔金断裂北部的宽滩山,向东延伸到景泰县一带,全长1 000多千米,宽度近百千米(潘宏勋等,2000; 郑文俊,2009)。河西走廊内部有3个横向的隆起将其分为一系列小的盆地:大黄山隆起分隔了武威盆地和民乐盆地,榆木山隆起分隔了民乐盆地和酒东盆地,文殊山隆起分隔了酒东盆地和酒西盆地。

榆木山位于祁连山北缘,介于酒泉和张掖盆地之间,在新生代青藏高原隆升的过程中,作为祁连山地块的一部分也强烈地隆升。刘栋梁等(2012)认为榆木山变形隆升不晚于3.58 Ma,之后至少经历两期构造变形隆升; 潘宏勋等(2000)认为榆木山可能是祁连山北缘断裂系向北东叠瓦状逆冲作用形成的推覆体; 郑文俊(2009)认为榆木山山脉的隆升和山前洪积扇面的平缓下降说明了断裂活动主要集中在榆木山北侧,还没有向盆地内发生明显的迁移,特别是山脉中部陡倾和洪积扇的截然分开说明断裂在新生代后期仍继续以山脉隆升为主。另外榆木山南西侧的新近系地层缓倾,同时侏罗系与白垩系地层的强烈挤压变形说明在新生代中后期榆木山整体隆升过程中将其北侧的地层整体抬升,而榆木山西端的第三纪背斜及其与玉门砾岩间的角度不整合也可以说明,新生代后期是榆木山隆升变形的主要时期。沿着榆木山山脉前缘,主要发育NW向的榆木山北缘断裂、榆木山东缘断裂及临泽断裂等活动断裂(图1)。临泽断裂作为近期发现的榆木山山前盆地内的活动断裂,对于讨论榆木山断裂向河西走廊的进一步活动具有重要意义。

图1 临泽断裂展布周边构造图(庞炜,2015)
Fig.1 Map of the distribution of Linze fault zone and tectonic environment in its nearby area

通过室内卫星影像解译和野外地质调查,发现临泽断裂是由3条断层陡坎组成的,由东到西分别命名为F₁,F₂和F₃,分布在临泽县倪家营乡黄家湾村西侧,发育在晚更新世至全新世洪积扇上,断裂整体走向为320°～330°(图2),最长约7 km。

F₁是临泽断裂最东侧的一条断层陡坎,长约4 km,总体走向340°,大部分倾向NE,其北端一段陡坎倾向SW(图2),与F₂一同构成一个100多米宽的地堑。该陡坎从北向南较为连续,高度有增大之势,尤其在陡坎中南段,局部发育有雁列状多级坎。如图2所示,在光伏电厂东南角向东约600 m处,地貌清楚,F₁断层陡坎明显,细粒物质发育较好(图3a,b),有利于古地震事件的识别和采集测年样品。在此处布设了一个探槽,同时为了明确该处断层陡坎的具体高度和形态等特征,布设了4条差分GPS测线。F₂断层陡坎是

中间断层陡坎,长约7 km,总体走向呈向东突出的弧形,陡坎倾向NE(图3c,d)。在断层陡坎中段,有一条1 km多长的小断层陡坎与主断层陡坎平行,构成双排坎。为了能完全厘定断层变形特征及变形量,在该区域布设了9条测线。F₃断层陡坎是西侧断层,长约4 km,总体呈向西突出的弧形,倾向W(图3e,f)。地貌上为比较低矮的断层陡坎,角度较缓,尤其在该段南端部分,

图2 临泽断裂断层陡坎展布影像(a)及其解译(b)
Fig.2 Map of distribution of Linze fault scarp(a)and its image interpretation(b)

图3 典型断层陡坎地貌
Fig.3 Typical landforms of Linze fault scarp

图4 断层陡坎测线分布图
Fig.4 Distribution of measuring lines of fault scarp

陡坎下盘发育细粒物质,上盘物质较粗,沿线比较连续,适合开挖探槽,故在此处布设了7条测线来厘定断层形变大小和样式。

在F₁断层北段共布设4条差分GPS测线,编号p18～p21(图4)。实测结果表明该断层陡坎较

小,平均高度为0.8 m,除p21测线陡坎高1.4 m以外,其他3条测线的陡坎都未超过1 m,最低的陡坎只有0.2 m(图5,表1); F₁断层陡坎中段不连续,呈右阶雁列排列,两个阶区宽都为80 m左右; 断层陡坎南段较高,Palumbo等(2009)在

图5 临泽断裂断层陡坎差分GPS实测图
Fig.5 Differential GPS surveying diagram of Linze fault scarp

此布设了5条测线,测量结果陡坎的平均高度为4.1 m,最高为4.4m,最低为1.9 m,比北段的陡坎高得多。在F₂断层陡坎中段上布设了10条差分GPS测线,编号为p8～p17(图4)。测得主断层陡坎的平均高度为1.4 m,最高陡坎出现在p13测线上,高度为3.1 m,最小的陡坎为0.6 m(图4中p10,图5)。有6条测线(p9～p14)测到了小断层陡坎,其平均高度为1.1 m,最大高度在测线p9上,高度为1.7 m; 最小陡坎在p10和p12上,高度为0.8 m(图5,表1)。在F₃南段布设了7条差分GPS测线,编号为p1～p7(图4)。该断层陡坎高度较前两条断层小。测得主断层陡坎的平均高度为0.6 m,最高陡坎出现在p2和p4测线上,高度为0.8 m,最小的陡坎为0.4 m(图4中p7)。另外在F₃断层的西侧,可见一条长600 m、SN走向的小陡坎(图2),倾向W,陡坎坡角较缓,与F₃斜交,视为F₃的分支。在其上布设了4条差分GPS测线,编号为p01～p04(图4)。陡坎的平均高度为0.7 m,p02测得最高陡坎高度为1.0 m,p04测得最低陡坎高度只有0.2 m(图5,表1)。

表1 临泽断裂断层陡坎差分GPS测量结果
Tab.1 Differential GPS surveying results of Linze fault scarp

临泽断裂由3条近于平行的断层陡坎组成,总体走向呈NNW,长约8 km,位置上处于榆木山东缘断裂北端,但其活动性与榆木山东缘断裂略有差异。榆木山东缘断裂活动以挤压逆冲为主,兼具右旋走滑,断裂最活动的段落是上龙王断裂,在黑河口T₃级以上阶地存在有较明显的断层陡坎(冉勇康等,1988),未见有断错低阶地的研究,古地震资料更少。而从断层陡坎的规模来看,临泽断裂的断层陡坎整体都较小较新。差分GPS测量结果显示,临泽断裂东侧断层陡坎F₁平均高0.8 m,中间断层陡坎F₂平均高度为1.4 m,西侧断层陡坎F₃平均高度为0.6 m。可以看出,除Palumbo等(2009)得出东侧断层陡坎F₁南段陡坎较高外,其他都较低。

临泽断裂结构复杂,探槽开挖结果显示,临泽断裂东侧断层陡坎上探槽Tc-4、中间陡坎探槽Tc-1和探槽Tc-2揭露的均为倾角较陡的正断层,只有西侧陡坎上探槽Tc-6揭露的是向东倾斜的逆断层,倾角较缓。东侧和中间断层陡坎在探槽Tc-2和探槽Tc-4之间形成一个由正断层控制的地堑,西侧断层陡坎为逆断层所控制。地貌上,未发现临泽断裂右旋走滑的证据。临泽断裂长度只有8 km,该断裂的古地震事件可能与榆木山北缘断裂或榆木山东缘断裂的古地震事件相关。从探槽剖面分析确定了临泽断裂在全新世至少发生过3次古地震事件,其中较早一次古地震事件与金卿等(2011)在榆木山北缘断裂所确定的较早一次古地震事件的时间比较吻合,说明临泽断裂与榆木山断裂在破裂事件上有一定关系。综合认为,临泽断裂主断裂为逆冲断裂,与区域构造一致,而在主断裂的后缘局部张性环境下发育正断层,形成了局部的小型地堑(图 12); 此外,该断裂可能是榆木山断裂向河西走廊继续活动的延伸,是榆木山断裂活动由山前向河西走廊盆地内的扩展。

图 12 临泽断裂构造变形模式简图
Fig.12 Diagram of structural deformation of Linze fault

通过对临泽断裂进行室内卫星影像的解译、野外地质调查、探槽开挖及古地震分析,主要获得以下结论:

(1)临泽断裂在地貌上可见3条断层陡坎,总体走向NNW,最长约8 km,东侧和中间陡坎主体倾向E,西侧陡坎倾向W。单条断层陡坎展布有不连续现象,出现右阶雁列现象,阶区宽约60～80 m。

(2)对于断层陡坎差分GPS实测发现:东侧断层陡坎F₁北段陡坎平均高0.8 m,中间断层陡坎F₂中段陡坎平均高度为1.4 m,西侧断层陡坎F₃南段陡坎平均高度为0.6 m。除Palumbo等(2009)发现的东侧断层陡坎F₁南段陡坎较高外,其他都较低。

(3)探槽剖面揭露出临泽断裂晚更新世晚期以来发生过4次古地震事件,最早一次发生在(8 895±125)a B.P.之前,全新世以来至少发生过3次。其中较早一次事件与榆木山北缘断裂上较早一次古地震事件时间较吻合,说明临泽断裂可能是榆木山断裂向河西走廊内部继续活动的延伸; 最后一次古地震事件的离逝时间约为2 500 a,表明临泽断裂全新世活动一直较强烈。

感谢昆明南方地球物理技术开发有限公司金卿同志在前期地质资料收集和分析中的帮助。