河套地区狼山山前断裂的古地震研究——构造及地震危险性启示

位于鄂尔多斯西北缘的、狼山和河套盆地之间的狼山山前断裂是1条全新世活动断裂。沿狼山山前断裂,从北向南开挖了3个古地震探槽,分别为东升村探槽(TC1)、青山镇探槽(TC2)和乌兰哈少探槽(TC3)。由TC1限定的3次古地震事件(ED1、ED2、ED3)的发震时间可相应地限定为(6±1. 3) ka BP、(9. 6±2) ka BP和(19. 7±4. 2) ka BP;由TC2揭露的古地震事件EQ1的发震时间可以限定为(6. 7±0. 1) ka BP;由TC3限定的3次古地震事件(EW1、EW2、EW3)的发震时间可相应地限定为(2. 3±0. 4) ka BP、(6±1) ka BP和7ka之前。结合前人的研究,可以确定狼山山前断裂晚更新世以来的古地震序列为2.3～2.43ka BP(E1)、 4.41～3.06ka BP(E2)、 6.71～6.8ka BP(E3)、 7.6～9.81ka BP(E4)和(19.7±4.2) ka BP(E5)。虽然由于事件E5可能包含了多次古地震事件,导致晚更新世以来古地震漏记的可能性仍然无法剔除,但仍可认为狼山山前断裂在全新世期间的古地震历史应该是完整的,强震平均复发周期约为2 500a。与古地震事件E1、E3和E4相关的地震同震位移值明显较其他事件更大,表明这3次古地震事件可能是震级为7. 5～8级甚至>8级的破裂断裂全段的古地震事件,而古地震事件E2可能是较小一点的、仅破裂部分断裂段的古地震事件。狼山山前断裂在乌兰哈少点自15ka BP以来的滑动速率应该大于但接近于0. 66mm/a。狼山山前断裂的古地震研究结果显示,断裂现今是1条倾向于在地表破裂事件中全段破裂的不分段断裂。假设约2 500a的强震复发周期成立,则自最近1次强震事件以来的离逝时间接近或者已经超过了强震复发周期,狼山地区再发生强震事件的危险性是非常大的。

狼山山前断裂的晚第四纪活动习性与古地震研究

中国的活动正断层主要发育在鄂尔多斯周边和高喜玛拉雅南部的正断层系这两大区域。高喜玛拉雅南部的正断层系由于自然条件恶劣,加上断裂发育地区人烟稀少,现实防震减灾需求不强烈,目前对该系统的研究程度并不高,仅有零星的工作,而且多以定性研究为主。鄂尔多斯块体东缘和南缘(山西地堑系和渭河盆地)由于位于黄土地区,严重的黄土覆盖大大加大了获取活动断裂定量数据的难度。鄂尔多斯块体西缘的银川—吉兰泰盆地由于人类长期活动干扰和古黄河严重的侧蚀作用,也导致获取活动断裂的定量数据非常困难。相比之下,鄂尔多斯北缘的河套盆地是活动正断层研究的理想地区。河套盆地北缘控盆断裂系自西向东由北东向狼山山前断裂、东西向色尔腾山山前断裂、乌拉山山前断裂和大青山山前断裂组成。相比之下,狼山山前断裂构造位置更为敏感、断裂地貌现象极其丰富、现实防震减灾需求强烈、研究也更为薄弱。因此,本研究将狼山山前断裂作为研究对象。目前的研究成果显示,对鄂尔多斯周边活动正断层的工作主要是定性的、描述性的研究,定量的研究工作较少。虽然后来也有学者从古地震学、断裂滑动速率等角度进行过一些定量研究,但并不成体系。而且对河套地区的活动正断层的研究,也多集中在大青山山前断裂和色尔腾山山前断裂,对狼山山前断裂涉及较少。受限于当时的技术手段,之前的定量研究工作大量基于热释光(TL)的结果。该方法对沉积物定年的不稳定性已经被学界公认。以北东走向长约160km,断裂地貌极其明显的狼山山前断裂为目标断裂,利用构造地貌学和活动构造学的研究手段,开展了断裂几何学、运动学、古地震学和构造地貌学的定量研究工作,并以此为基础,建立了狼山山前断裂的构造演化模型,对狼山山前断裂的地震危险性进行了分析,并针对获得的认识,对未来河套地区的活动构造研究指出了研究方向和目标,获得以下认识和新进展:(1)在地貌遥感解译及野外调查的基础上,认为狼山山前断裂是一条以正断活动为主的断裂,控制着鄂尔多斯西北缘的构造形态和地貌特征,并在活动性调查的基础上完善了断裂的几何结构,提出了断裂几何分段模型可以达巴图庙为界,分为南北两段,各断裂段性质存在一定的差异。断裂整体形迹简单,连贯性好,主要只发育一条主断裂,不发育大规模阶区;(2)以遥感解译、地貌调查及测年为基础,对山前发育的洪积地貌面进行了分期,认为狼山山前普遍发育有多期晚更新以来形成的洪积地貌面,并通过这些洪积地貌的断错特征定量研究,获得了断裂不同位置的垂直滑动速率,并发现断裂不同位置、不同时段的滑动速率存在明显的不均一性,可能反映了断层活动的不均一;(3)对狼山山前断裂地貌特征分析认为,在断裂开始活动前,狼山山前已经存在一些先成河流(冲沟),断裂的活动使河流(冲沟)的形态,特别是,陡峭指数发生了改变,而裂点的迁移和形成也可能是断裂活动及不同段落连通的结果;狼山山前断裂现今河道的陡峭指数很好地指示了狼山地区滑动速率分布的"M"形特征,与狼山山前断裂的几何学分段模型有非常好的吻合。这种分段模型可能代表了狼山山前断裂贯通前的分段样式。狼山山前断裂中段的分段点已经进入贯通阶段,北东端的活动性要明显强于西南端的活动性;(4)探槽古地震揭露的结果认为,自晚更新世晚期以来至少发生了5次地表破裂型古地震事件,由新到老依次为2.3~2.43ka BP(E1),4.41~3.06ka BP(E2),6.71~6.8ka BP(E3),7.6~9.81ka BP(E4)和19.7±4.2ka BP(E5),其中至少有3次地震事件E1,E3和E4发生了断裂全段破裂,估算震级为7.5~8级,同时提出狼山山前断裂可能是一条以不分段破裂为主要强震活动特征的断裂,其强震危险性应该引起足够的重视;(5)对比研究和区域综合分析认为,鄂尔多斯北缘存在强震活动的危险,但需要综合区域的主要断裂活动及深部构造特征,综合分析河套地区的强震危险性。

内蒙古狼山山前断裂中段大地电磁探测研究

对一条穿过狼山山前断裂中段的宽频带大地电磁剖面进行精细化处理和二维反演,获得该断裂中段及其两侧地块的深部电性结构特征。结果表明,狼山山前断裂表现出明显的高低阻电性边界带,断裂西侧的狼山隆起上地壳表现出较为完整的高阻特征,中下地壳以低阻体为主;狼山山前断裂东侧的临河盆地浅部存在5 km厚的低阻沉积层,沉积层下方可能存在高阻基底。该分布特征表明狼山山前断裂是一条切割地壳尺度的深大断裂,同时具有孕育强震的风险。