新疆东北部纸房断裂晚第四纪活动性

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纸房断裂位于准噶尔盆地东缘,北接阿尔泰构造带富蕴断裂和北塔山断裂,东临戈壁阿尔泰构造带的梧桐泉断裂,南抵东天山构造带,全长约80km,是阿尔泰、戈壁阿尔泰和东天山三大构造交汇区的一条北西向断裂,属Ⅰ、Ⅱ级活动块体边界带。对该断裂晚第四纪活动性的深入研究,有助于了解现今陆内造山带的变形模式,对认识青藏高原隆升对陆内造山带的影响具有重要意义。本文在Google Earth影像解译和无人机航摄DEM、30m分辨率AsterDEM分析的基础上,结合野外地质地貌调查和探槽开挖,确定了断裂的几何展布,并进行分段。通过野外地质调查和地质剖面绘制、高精度无人机航摄、差分GPS进行野外陡坎及位错测量、探槽开挖、采取OSL和14C样品测年等方面的工作,对纸房断裂断裂晚第四纪活动性开展了研究,取得以下结论:(1)在纸房断裂北段纸房一带走向330345°,断面倾向NE,倾角60—78度,哲兰德、阿黑莫娜君克、纸房段山体有明显向NE向的掀斜特征;在阿黑莫娜君克倾向发生倒转,其以南的南段断面倾向SW,其断层走向基本沿塔克扎勒山山前展布,在逆冲盘产生了不对称的断裂扩展褶皱,山体具明显的掀斜特征。断裂南北两段断裂活动性质发生变化,不仅在地貌上呈四象限分布,而且构造性质也发生变化,断裂做枢纽运动,可将纸房断裂分为2段,即纸房—蒙洛克(F1-1)和陈大汉-哲兰德段(F1-2)。从断裂的几何展布和第四纪活动性地质地貌证据分析,断裂断错了全新世地层,断裂晚第四纪活动性以右旋走滑为主,陡坎发育,有一定逆冲成分,线性明显。(2)在纸房断裂的北段开挖了一个探槽,为探槽1,通过断裂事件反演分析,根据断层、充填楔与地层切盖关系,揭示了三次古地震事件,其中,最新一次地震事件发生1730-5170aBP,单次垂直位移约为0.5m,地震离逝时间应大于1730aBP,未来一段时间内有发生大震的可能。纸房断裂南北延伸方向均发生过强震,纸房断裂未有发生大震的历史记录,明显为地震空区,且其位于一、二级块体的边界,该断裂破碎带长约50km,故认为纸房断裂未来有发生7级以上强震的可能。(3)在其纸房以北约1km发现断层右旋错动冲沟,幅度约为14m;从纸房至阿黑莫娜君克用GPS测量的右旋滑动位错最大约14m左右,且纸房北位错冲沟离探槽2位置较近,14m能够代表纸房附近陡坎右旋位错最大位移;在纸房段陡坎上开挖探槽2,采集样品OSL年龄样品4个,最大年龄8.07±0.90ka,以此年龄近似代表陡坎抬升后冲沟的形成年代,计算得平均水平滑动速率值约为1.711.75mm/a,GPS研究结果认为阿尔泰地区右旋走滑速率约为4mm/a,与本文的研究结果一致,符合该区域动力学和地震活动背景;探槽2处陡坎高度约1.6m,坎高度丛集分布显示有3个峰值,分别为0.95m、1.85m和3.1m,1.6m比较接近1.85m,考虑到地震发生后陡坎经过长期的风化侵蚀,陡坎高度有所降低,采用1.85作为计算高度比较合理,样品年龄为4.79±0.59-8.07±0.90ka,探槽样品年龄变化不大,为全新世第四纪沉积物,样品年龄基本代表陡坎形成时间,可计算得断裂的平均垂向滑动速率约为0.21-0.39mm/a,表明纸房断裂除显著的右旋走滑外,还具有一定垂向分量。(4)纸房断裂沿线发育两个小型绿洲,研究了其形成与活动断裂的关系。通过无人机航测、开挖探槽和样品测试,对绿洲分布特点和水文地质条件进行研究。结果表明断裂晚第四纪活动对绿洲的形成起关键作用:断裂的最新活动在绿洲前缘形成不透水致密坝体,其主要是由钙质胶结的黏土矿物及其他碎屑物组成,由于断裂持续活动,坝体不断形成,不会遭受侵蚀破坏,地表水得以在坝体内富集;风沙带来的细砂层为草本植被生长提供适合的条件,而草地又利于固定细沙层,形成良性循环,进而形成小规模绿洲。此外,绿洲上游汇水面积小,不能形成季节性洪水冲毁坝体也是绿洲保持重要因素。
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