Geosphere:阿尔金断裂阿克塞段晚第四纪滑动速率及速率快速降低的构造意义

断裂滑动速率不仅是活动构造定量研究的定量参数,而且代表着断裂应变累积速率,是地球动力学研究的重要基础资料。综合分析断裂不同时间尺度的滑动速率变化,能够深化对地震应变累积释放方式的理解;比较不同断裂的滑动速率变化,还能够揭示区域上的应变调节和断裂的相互影响(Zechar et al., 2009)。阿尔金断裂作为青藏高原北边界一条重要的活动断裂,其晚第四纪滑动速率一直被作为理解大陆变形的重要依据之一(Zhang et al., 2007; Cowgill et al., 2007; 图1)。其东段由于北西向展布的祁连山等构造的出现,成为重要的构造转换位置,此段滑动速率空间时间的精确厘定有助于揭示青藏高原东北缘构造变形过程。虽然以往研究已经得到阿尔金断裂滑动速率空间上在端部逐渐降低(Zhang et al., 2007),但是整个阿尔金东段空间上滑动速率降低幅度是否一致并不清楚,尤其是滑动速率开始降低的区域-阿克塞段,其滑动速率在空间和时间的分布规律是怎样的?在东段应变分配中起到什么样的作用?

图1 研究区构造背景图。(A) 青藏高原构造框架 (Tapponnier et al., 2001)。(B) 阿尔金断裂几何展布及前人滑动速率研究位置。

基于以上问题,强震构造与地震危险性评价研究室刘金瑞博士,在任治坤研究员、闵伟研究员和中山大学郑文俊教授的指导下,在阿克塞老县城到肃北段约50 km的范围,选取了老县城西侧、阿克塞老县城、加尔乌宗村、雁丹图四个典型研究点,利用半自动化测量软件对不同时间尺度的地貌面高精度DEM进行位错测量 (Zielke et al., 2010),结合光释光(OSL)、宇宙成因核素(10Be)第四纪测年方法,对此段滑动速率进行了精细厘定。在进行滑动速率计算时,利用多级断错阶地面的位错-年龄序列数据,引入蒙特卡洛模拟方法(Gold et al., 2011),综合考虑位错-时间两个参数的误差,分析出更符合地质历史过程的滑动速率结果。主要获得如下结论和认识:

(1)老县城西位置 9 ka以来左旋走滑速率为10.9±1.2 mm/yr,阿克塞老县城220 ka以来的滑动速率为10.2+1.2/-1.1 mm/yr,与前人研究得到的老县城附近7 ka以来的滑动速率基本一致,在时间尺度上进行了补充,同时说明了阿尔金断裂滑动速率在不同时间尺度上变化较小,加尔乌宗村7 ka以来滑动速率为7.5+1.2/-0.6 mm/yr(图2),雁丹图7 ka以来滑动速率为5.1±0.8 mm/yr。

(2)综合整个阿尔金断裂东段滑动速率空间分布,阿克塞-肃北段~50 km范围内,滑动速率从~10 mm/yr降低到5.1±0.8 mm/yr,速率降低梯度(slip gradient)为~9.8 mm/yr/100 km,从肃北向东一直到断裂尾端~200 km范围内,滑动速率逐渐降低为0,速率降低梯度仅为~2.5 mm/yr/100 km。结果表明阿尔金断裂东段滑动速率降低不是不均匀的,其速率降低梯度也是变化的。

图2 加尔乌宗村高精度DEM数据山影图及多阶断错地貌解译结果

(3)阿克塞-肃北段的速率降低梯度是肃北以东段的4倍,表明阿尔金断裂晚第四滑动速率在阿克塞-肃北之间降低较快,结合前人对党河南山断裂活动构造的研究(Van der Woerd et al., 2001; Shao, 2010),我们认为党河南山的隆升、两侧新生代盆地的缩短变形以及党河南山南缘断裂吸收了约为3.9~4.1mm/yr的降低量,因此阿克塞-肃北段在阿尔金断裂东段应变分配中起到非常重要的作用(图3)。

图3 阿克塞段在阿尔金断裂东段滑动速率分配中的作用

研究成果发表于美国地质学会期刊Geosphere:Liu, J., Ren, Z., Zheng, W., Min, W., Li, Z., and Zheng, G., 2020, Late Quaternary Slip Rate of the Aksay Segment and its rapidly decreasing gradient along the Altyn Tagh Fault: Geosphere, v. 16, https://doi.org/10.1130/GES02250.1. 原文连接:https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geosphere/article-standard/doi/10.1130/GES02250.1/592013/Late-Quaternary-slip-rate-of-the-Aksay-segment-and