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青藏高原由南向北分隔成6个形状不同的活动地块,其中祁连地块位于青藏高原东北缘,是青藏高原向大陆内部扩展的最前缘,也是最新和活动最强烈的区域之一。该地块晚新生代至今的构造变形十分强烈,全区遍布晚第四纪逆冲和走滑断裂,整个地区正接受强烈的地壳缩短和地块的左旋剪切活动。阿尔金断裂为青藏高原北缘的一条大型边界断裂,由多条次级断层组成,全长约1600km,以左旋走滑为主,兼有一定的逆冲分量。在阿克塞附近,阿尔金断裂的滑动速率向东递减,转换为祁连山内部的逆冲和左旋走滑变形。海原断裂作为青藏高原东北缘的一条主要的走滑断裂,北西西向,全长850km,以左旋走滑为主,并具有逆冲的分量。在硫磺沟以西,海原断裂的滑动速率从西向东具有递增的现象;在硫磺沟以东,经冷龙岭、老虎山、毛毛山其滑动速率大致一致;从海原向东,左旋速率减小,转换为六盘山的地壳缩短。祁连山位于这两条主要走滑断裂的衔接处,承担该区域的主要构造转换。其中大雪山北缘断裂、昌马断裂和鹰嘴山南缘断裂分别在肃北和石包城与阿尔金断裂连接,构成三联点。
昌马-大雪山区域位于祁连山褶皱系的西缘,区内构造复杂。前人在昌马断裂和大雪山洪积扇的北山断裂做了基本的工作,大雪山北缘断裂和鹰嘴山断裂基本属于研究的空白区。本次工作试图对该区域的晚第四纪活动断裂进行初步的研究。
论文的主要结论:
1)昌马断裂全长约120km,总体走向N70-800°W,个别地段为N70-80°E。以疏勒河和石油河为界分为东、中、西三段。该断裂以左旋走滑为主,但中段的红窑子地区为右旋走滑,兼有逆冲活动的断裂,表现为西南盘向北东盘逆冲,控制着昌马-西水峡盆地南缘的变形。
晚更新世以来,昌马断裂的碱泉子左旋滑动速率为1.11±0.14mm/a,逆冲速率为0.52±0.02mm/a;三个泉附近的左旋走滑速率为1.5mm/a,逆冲速率为0.27±0.07mm/a;大灰条沟东区域的左旋滑动速率为3.22±0.18mm/a;臭水柳沟区域的左旋滑动速率为3.93±0.16mm/a,逆冲速率为0.45±0.06mm/a。由西向东左旋滑动速率逐渐加大,而逆冲速率没有明显的变化。在臭水柳沟所开挖的探槽揭示该断层发生过1次古地震事件。
2)大雪山北缘断裂全长约90km,按走向可分为东西两段。西段大藏德勒区域的全新世的左旋滑动速率为2.73±0.20mm/a;石板墩晚更新世以来左旋走滑速率为1.45±0.19mm/a,逆冲速率为0.13±0.01mm/a;东段流沙坡东地区晚更新世以来的左旋滑动速率为1.40±0.12mm/a,逆冲速率为0.22±0.04mm/a。
大雪山北缘断裂在查旱哈德开挖探槽一个,揭示古地震事件3次;在流沙坡清理阶地剖面一个,揭示古地震事件1次;在石板墩西清理阶地剖面一个揭示古地震事件3次。
3)鹰嘴山南缘断裂长约60km,按走向和断层的展布形态可分为东西两段。晚更新世以来活动十分活跃,局部Ⅰ级阶地上有数条陡坎。西段石包城东地区的逆冲速率为0.16±0.06mm/a东段鹰嘴山东地区的逆冲速率为0.35±0.14mm/a。
在昌马-大雪山区域,阿尔金断裂东段滑动速率降低,被2个构造所分解,一是通过大雪山北缘断裂和昌马断裂的左旋走滑运动,经祁连山中段系列左旋走滑断层转换到其东侧的海原断裂上;二是鹰嘴山南缘断裂和大雪山洪积扇上逆断层及大雪山北缘断裂、昌马断裂逆冲分量所引起的地壳缩短所吸收。在断裂端部块体存在内部的变形(应力的分配),以这种变形来保持应变的和谐性,反映了青藏高原的活动变形在断裂的端部应力被吸收。总体来说,该区域的主要断裂水平滑动速率和逆冲速率都比较低,低滑动速率的结果与现今GPS观测结果相吻合,支持青藏高原的“连续变形”假说。