鼎新断裂在卫星影像上线性极其清晰,形态表现为略向NE凸出的弧形,自西向东走向由100°逐渐转变为130°,长约30 km(图1c)。断裂线性南侧总体上为基岩中低山区,向西过渡到大型黑河洪积扇阶地上,向东为山前冲洪积扇; 断裂线性北侧以大型黑河洪积扇阶地为主,东部被流动沙丘覆盖(图1c)。

图2 黑河阶地上断裂线性地貌
Fig.2 Fault lineaments on the Heihe river terrace

鼎新断裂西段穿过大型黑河洪积扇阶地,走向108°,长约8.2 km,卫星影像上线性特征清晰,可解译出多级线性陡坎。我们选择有代表性的点,使用差分GPS实测3条陡坎剖面(图2),陡坎高度分别为(5.1±0.2)m、(5.2±0.6)m和(4.7±0.1)m。主陡坎(图2红色三角)南侧还发育多条短陡坎,其长度均未超过1 km,向东与主陡坎斜交。

断裂线性的主体形成基岩中低山与黑河阶地的显著边界,形似略向NE向凸出的弧形,走向由98°逐渐转变为125°(图3a),部分段发育多级线性陡崖(图3b)。使用差分GPS实测2条典型剖面,高度分别为(20.8±1.2)m和(23.8±1.0)m(图3c),该段还发育2处明显的断层泉。

断裂线性继续向东延入山前冲洪积扇上,在洪积扇上发育的断裂线性长度为1.1 km,走向127°(图4)。该段表现为笔直的线性,局部可见复陡坎(图5中P12)。使用差分GPS实测10条陡坎剖面,陡坎高度为0～3.5 m,总体表现为向东降低的趋势,最东端陡坎P15表现为缓坡,地表已经看不清陡坎,反应断裂向东逐渐消亡(图5)。

图3 基岩山前断层线性地貌
Fig.3 Fault-controlled bedrock cliff

图4 山前洪积扇上断层线性地貌
Fig.4 Fault lineaments on the alluvial fans

图5 10条实测差分GPS剖面
Fig.5 Ten differential GPS profiles

为了揭示线性构造的性质与时代,笔者于2011年在东段山前洪积扇上横跨线性陡坎开挖2个探槽(图1,6～7)。

2.2.1 探槽1

探槽长度超过15 m,宽约4 m,深约2 m(图6a),剖面出露地层(图6b)如下:

①地表土黄色风成粉砂层,厚约0.2～0.5 m,底部偶见小砾石,一般砾径为1 cm左右,分布不均。

②崩积砾石层,砾径一般为1～2 cm,磨圆度较差,次棱角状,砾石沿断层呈定向排列。

③黄褐色冲洪积砾石层,夹少量砂,砾石砾径一般为2～3 cm,分选性较好,磨圆度较好,

图6 探槽1东壁照片(a)及剖面解译图(b)
Fig.6 The photo of east wall(a)and the interpretation map(b)of Trench 1

次棱角-次圆状,层厚不稳定,断层南侧厚约1.2 m,断层北侧未见底。

④花岗岩,中等风化。剖面上发育3条断层,F₁为弧形逆断层,断层下部产状为:305°∕SW∠82°,F₂为正断层,产状为315°∕SW∠72°走向300°,F₃也是弧形断层,为正断层,下部产状为305°∕SW∠70°。断层断错了层②～④,被层①覆盖。层②顶部的OSL样品测结果为距今(23.38±1.99)ka,说明断层晚更新世晚期以来有活动。

2.2.2 探槽2

探槽长度超过15 m,宽约4 m,深约2 m(图7a),剖面出露地层(图7b)如下:

①土黄色地表风成粉砂,厚约0.2～0.5 m。

②红褐色冲洪积砂砾石层,砾石一般砾径为1～2 cm,分选性较好,磨圆度一般,次棱角状,

在断层下盘厚度约为1.5 m,断层上盘未见底。

剖面上发育3条断层,F₁为逆断层,产状:310°∕SW∠81°; F₂为逆断层,产状:300°∕SW∠50°; F₃为逆断层,产状:310°∕SW∠81°。断层断错了层②,被层①所覆盖。层②顶部的OSL样品测结果为距今(31.25±2.66)ka,说明断层晚更新世以来有活动。

探槽结果表明线性陡坎由高角度逆断层的活动形成,鼎新断裂的最新活动时代至少为晚更新世晚期。由于探槽内的最新地层(层①)以松散的风成沙为主,探槽上部塌陷严重,未采集到层①可靠的OSL样品,所以未限定最新活动时代的上限年龄。但根据较新鲜的断错地质地貌现象(图4b、c)和上覆沉积层的厚度等,推测鼎新断裂的最新活动时代有可能是全新世。

图7 探槽2西壁照片(a)及剖面解译图(b)
Fig.7 The photo of west wall(a)and the interpretation map(b)of Trench 2

俄博庙断裂和鼎新断裂分别位于黑河两侧,二者在趋势上相连,但不是同一条断裂带,其原因为:①两条断裂的地貌表现差异显著。俄博庙断裂的连续性差,在地表断断续续出露,主断裂上断层陡坎的坡向不稳定,正向陡坎和反向陡坎交替发育(张波等,2020); 鼎新断裂的连续性很好,主断裂上陡坎坡向均向北。②断裂运动性质不同。前人研究认为俄博庙断裂以左旋走滑为主,晚第四纪左旋走滑速率为1.5～2.7 mm/a,垂直滑动速率为0.35 mm/a(云龙等,2019; Yang et al,2019; 张波等,2020); 鼎新断裂沿线未见明显的左旋走滑迹象,而且断裂形迹向NE凸出,陡坎高度从中部向两端减小,断错地貌表现与探槽剖面揭示的向北逆冲的主断裂匹配,说明鼎新断裂应以逆冲为主。③鼎新断裂和俄博庙断裂之间的黑河及其低阶地无断错显示。鼎新断裂更可能发生独立破裂,根据逆断裂的破裂长度与震级的经验关系(Wells,Coppersmith,1994),计算得出鼎新断裂可能具有发生6.8级地震的危险性。

三危山断裂、俄博庙断裂、鼎新断裂一线,与其南侧的阿尔金断裂、金塔南山断裂、合黎山断裂一线,在几何上近平行,断裂连线均向北凸出,与青藏高原向北东挤出的区域构造背景相匹配,说明阿拉善内部、塔里木内部的断裂系可能受到了青藏高原向北扩展的远程影响。

运动性质方面,北侧的俄博庙断裂以左旋走滑为主,鼎新断裂以逆冲为主; 南侧的金塔南山断裂以左旋走滑为主,合黎山断裂以逆冲为主,平行断裂的运动性质相匹配(云龙等,2019; Yang et al,2019; 张波等,2016,2020; Zheng et al,2013b)。另外,断裂运动性质也发生同步转变,黑河以西的断裂为左旋走滑性质,黑河以东的断裂为逆冲性质。鼎新断裂与合黎山断裂性质一致,与黑河西侧分别趋势相连的俄博庙断裂、金塔南山断裂不属于同一断裂系统。断裂走向和区域构造运动方向的夹角决定阿拉善南缘断裂系的运动性质(Yu et al,2016,2017),走向NWW的鼎新断裂和合黎山断裂近平行,其运动性质均以挤压缩短和逆冲为主,二者之间东西走向的慕少梁断裂具有以左旋走滑为主的运动性质(陈文彬,徐锡伟,2006)。

为研究祁连山逆冲断裂系是否扩展到阿拉善西段的内部,前人针对俄博庙断裂的构造归属和动力背景开展了大量的研究和讨论,曾提出俄博庙断裂可能在构造上归属于祁连山逆冲断裂系,即祁连山逆冲断裂系扩展到阿拉善地块西段内部(云龙等,2019); 然而大地电磁剖面(Yang et al,2019; 云龙等,2021)显示俄博庙断裂为陡倾角断层,其向深部延伸至下地壳,没有归并到祁连山逆冲断裂系,祁连山逆冲断裂系的向北扩展似乎难以解释俄博庙断裂的运动性质。断错地貌显示,俄博庙断裂断层陡坎的坡向不稳定,或南或北交替变化,与祁连山扩展前缘的构造环境难以匹配,指示青藏高原与阿拉善地块之间的相对剪切运动影响了俄博庙断裂的左旋性质(张波等,2020)。

鼎新断裂运动性质以逆冲为主,基于上述地块之间的相互剪切理论似乎可以解释金塔南山断裂、俄博庙断裂以左旋走滑为主的运动性质,却不易解释鼎新断裂、合黎山断裂的运动学特征。前人通过对黑河西岸一系列近南北向的正断层和地堑进行研究,提出阿尔金断裂经金塔南山断裂延伸至黑河一带,黑河西岸的张性构造标志着阿尔金断裂的走滑终止(Zhang et al,2018)。据此,阿尔金断裂在金塔盆地的残余走滑分量分配到金塔南山断裂、俄博庙断裂上,使其表现为走滑为主、兼具或正或逆的倾滑分量; 而黑河以东,可能仅受到青藏高原向北东运动的影响,使得相关断裂的运动性质由断裂走向决定。该模式提出黑河以西可能受到阿尔金断裂东端走滑残余的影响,或可解释黑河东西两侧断裂的差异运动学特征,但仍需更多证据来支持。

关于鼎新断裂的运动学特征,尤其是最新活动时代、定量活动参数等方面,需要开展进一步的研究工作。同时,阿拉善地块西段的构造活动背景,需要更深入地分析和探讨。