西南天山東柯坪推覆系古地震初步研究

李 安 冉勇康 徐良鑫 劉華國(guó) 李彥寶

(中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，國(guó)家地震活動(dòng)斷層研究中心，北京 100029)

西南天山東柯坪推覆系古地震初步研究

李 安 冉勇康*徐良鑫 劉華國(guó) 李彥寶

(中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，國(guó)家地震活動(dòng)斷層研究中心，北京 100029)

西南天山柯坪推覆系發(fā)育多排逆斷裂－褶皺帶，各排逆斷裂－褶皺帶的變形速率并不一致，古地震發(fā)生規(guī)律也可能具有不同特點(diǎn)。自汶川地震造成龍門(mén)山中央和前山兩條斷裂同時(shí)活動(dòng)之后，對(duì)于如何判斷多條逆斷裂級(jí)聯(lián)破裂的逆斷裂古地震事件，是一個(gè)值得討論的問(wèn)題。文中通過(guò)對(duì)東柯坪塔格和薩爾干塔格兩排逆斷裂－褶皺帶山前多期地貌面(沖洪積扇面)上發(fā)育的不同高度的斷層陡坎進(jìn)行測(cè)量和探槽古地震事件分析，通過(guò)10Be暴露年齡獲得各級(jí)地貌面形成時(shí)間，利用相鄰兩級(jí)記錄了不同次數(shù)古地震的地貌面年齡對(duì)各次古地震事件的上下限時(shí)間進(jìn)行限制，得到了兩排逆斷裂－褶皺帶山前不同的古地震復(fù)發(fā)周期、單次古地震垂直位錯(cuò)量和各自的古地震事件發(fā)生時(shí)間范圍。結(jié)果表明距今20ka以來(lái)，東柯坪塔格山前古地震平均復(fù)發(fā)周期為(6.7±0.84)ka，單次事件垂直位錯(cuò)1m左右;薩爾干塔格山前古地震平均復(fù)發(fā)周期為(5.4±0.50)ka，單次事件的垂直位錯(cuò)0.8～1.2m，古地震活動(dòng)強(qiáng)度基本一致，薩爾干塔格的周期略短。根據(jù)這些結(jié)果對(duì)是否發(fā)生級(jí)聯(lián)破裂進(jìn)行了初步探討，認(rèn)為探槽揭露出的第2次和第3次古地震事件發(fā)生時(shí)間范圍重合，存在發(fā)生級(jí)聯(lián)破裂的可能。

古地震10Be暴露年齡 天山 柯坪

0 引言

由于新生代時(shí)期印度板塊與亞歐板塊碰撞，天山造山帶的古生代與中生代構(gòu)造重新復(fù)活，再度隆起，形成了這一世界上最年輕和最宏偉的內(nèi)陸再生造山帶(馮先岳，1985;Avouac et al.，1993;Hendrix et al.，1994;鄧起東等，1999)。在天山南北山前的多個(gè)坳陷中均發(fā)育了多排逆斷裂－褶皺帶。從地震剖面資料上看，這些多排逆斷裂－褶皺帶具有統(tǒng)一的淺層滑脫面。前人對(duì)天山地區(qū)各條斷裂和褶皺帶中長(zhǎng)期變形速率的研究顯示天山地區(qū)不僅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈而且變形復(fù)雜。Stephen等(2002)對(duì)納倫盆地(Naryn Basin)以北的天山山體的活動(dòng)構(gòu)造的研究結(jié)果認(rèn)為，東經(jīng)74.5°附近天山三分之二寬度范圍內(nèi)的地殼縮短速率是(11+2/－1)mm/a。西南天山的柯坪活動(dòng)逆斷裂－褶皺帶中，皮羌斷裂東西兩側(cè)的地殼縮短量分別為40km和45km(楊曉平等，2006;冉勇康等，2006)，南天山庫(kù)車(chē)逆斷裂－褶皺帶中生代以來(lái)的地殼縮短量達(dá)27～37km(Burchfiel et al.，1999;楊曉平等，2001;汪新等，2002;汪新，2005)，北天山瑪納斯逆斷裂－褶皺帶石河子一帶的地殼縮短量為8.5～10.5km，最東端吐魯番盆地中央隆起帶的地殼縮短量為6～7km(楊曉平等，2008)。這4個(gè)山前活動(dòng)逆斷裂－褶皺帶大致代表了中國(guó)天山自西向東不同段的最小地殼縮短量，反映出天山新生代地殼縮短向東減小的構(gòu)造變形。同時(shí)天山地區(qū)除了SN向地殼縮短形成的天山南北麓和山間的活動(dòng)逆斷裂－褶皺帶，還存在大型的NW向右旋走滑斷裂，天山西段地區(qū)發(fā)育的走向約340°的塔拉斯－費(fèi)爾干納斷裂，第四紀(jì)以來(lái)的右旋活動(dòng)速率達(dá)到10mm/a左右(Burtman et al.，1996)，博阿斷裂也是一條NW向斜切天山的活動(dòng)走滑斷裂，西段晚第四紀(jì)右旋活動(dòng)速率為5mm/a(楊曉平等，2000;沈軍等，2003)，東段活動(dòng)速率為1.4mm/a(沈軍等，2003)，吐魯番盆地以南部分為晚第四紀(jì)不活動(dòng)的斷裂。同時(shí)，天山地區(qū)百余年來(lái)發(fā)生了多次8級(jí)地震和數(shù)十次7級(jí)以上地震(陳祥玉等，1994;中國(guó)地震簡(jiǎn)目編輯組，2000)。因此，研究變形速率快慢與地震強(qiáng)度和周期的關(guān)系，對(duì)認(rèn)識(shí)多排逆斷裂破裂形式和各排逆斷裂之間的活動(dòng)關(guān)系具有一定的意義。在此認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)東柯坪塔格推覆系前后兩排單斜山山前的地貌面變形和形成年齡的分析，各地貌面形成以來(lái)古地震次數(shù)和位移量的討論，可以得到東柯坪塔格推覆系各排逆斷裂的一些活動(dòng)差異特點(diǎn)和古地震復(fù)發(fā)規(guī)律。

汶川地震作為目前已知惟一的單次地震造成2條斷裂同時(shí)活動(dòng)的逆斷裂型大地震(xu et al.，2009)，它對(duì)活動(dòng)逆斷裂的研究提出了新的科學(xué)問(wèn)題。在龍門(mén)山后山、中央和前山斷裂中，認(rèn)為后山斷裂基本不活動(dòng)，中央和前山斷裂仍活動(dòng)強(qiáng)烈(Densmore et al.，2007)。在多排逆斷裂推覆系中，類(lèi)似于龍門(mén)山前、中、后3條斷裂具有差異活動(dòng)強(qiáng)度的情況是否具有普遍性?像汶川地震這種多條逆斷裂級(jí)聯(lián)破裂的情況到底是個(gè)案還是常態(tài)?柯坪推覆系是典型的多排逆斷裂推覆系，并具有相同的滑脫面(楊海軍等，2010)。在柯坪推覆系中的各排逆斷裂－褶皺帶是否存在時(shí)間和空間上的變形差異，是否出現(xiàn)過(guò)多條逆斷裂級(jí)聯(lián)破裂的古地震事件，是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

1 柯坪推覆系構(gòu)造背景

柯坪逆沖推覆構(gòu)造系位于塔里木盆地西北緣，北以喀拉鐵克斷裂與南天山晚古生代造山帶為界，南以柯坪塔格南緣逆斷裂與塔里木盆地內(nèi)NWW向的塔里木西南坳陷、巴楚斷隆和阿瓦提凹陷為界，西界位于八盤(pán)水磨一帶，與阿圖什－八盤(pán)水磨逆沖構(gòu)造帶相接，東端位于阿克蘇附近，與庫(kù)車(chē)逆沖構(gòu)造系呈過(guò)渡關(guān)系(賈承造，1997;曲國(guó)勝等，2001)。推覆系由多排NEE向延伸的弧形逆斷裂－褶皺帶構(gòu)成，被NWW向的皮羌斷裂分為東、西兩段。西段發(fā)育3排逆斷裂－褶皺帶;東段以三岔口為界，西到皮羌斷裂，表現(xiàn)為6排逆斷裂－褶皺帶，東到柯坪，表現(xiàn)為3排逆斷裂－褶皺帶。各排褶皺僅殘留背斜北翼，缺失南翼地層，主斷裂出露地表，表現(xiàn)為古地震斷層陡坎。整個(gè)區(qū)域古生界發(fā)育齊全，巖性以砂巖和灰?guī)r為主，中、下寒武統(tǒng)發(fā)育較多的膏鹽層，成為該區(qū)重要的構(gòu)造變形控制層。中生代在柯坪逆沖推覆系中僅沉積少量白堊紀(jì)地層，新生代地層發(fā)育不全，厚度不大(圖1)。

2 主要變形形式

從深部地震探測(cè)資料上看(楊海軍等，2010)，柯坪推覆系各排逆斷裂－褶皺帶由于巨量的剝蝕，主斷裂已經(jīng)貫通至地表，與之對(duì)應(yīng)的主山體沒(méi)有明顯的褶皺變形，主要表現(xiàn)為主斷裂錯(cuò)斷變形為主;在主斷裂前的地層中沒(méi)有斷裂發(fā)育，以褶皺變形為主。從地表地質(zhì)地貌上，也顯示相同的構(gòu)造特征。

圖1 柯坪逆沖推覆構(gòu)造地質(zhì)圖Fig.1 The geological map of Kalpin nappe structure.

柯坪推覆系晚第四紀(jì)的變形主要表現(xiàn)為2種形式。其一，逆斷裂－褶皺帶山前地貌面(沖洪積扇面)褶皺變形。最為明顯的是在柯坪塔格和依木干它烏塔格山前沖洪積扇面上分別發(fā)育的新生次級(jí)背斜三郎塔格和五郎塔格的隆升，是各排褶皺帶最新的褶皺變形。其二，逆斷裂－褶皺帶山前主逆斷裂的斷錯(cuò)變形，表現(xiàn)為古地震產(chǎn)生的斷層陡坎。山前的多期沖洪積扇面上古地震斷層陡坎的高度并不一致，因此各級(jí)地貌面形成以來(lái)發(fā)生的古地震事件次數(shù)和位移量存在差異。同時(shí)由于古地震造成上盤(pán)地貌面抬升，在斷裂上盤(pán)保留的地貌面級(jí)數(shù)大于下盤(pán)地貌面級(jí)數(shù)。通過(guò)對(duì)特征地點(diǎn)各級(jí)地貌面上不同高度的地震陡坎的探槽開(kāi)挖，可以揭示各級(jí)地貌面形成以來(lái)記錄的古地震次數(shù)和位移量。結(jié)合地貌面形成年齡，可進(jìn)行山前斷層面的斷錯(cuò)速率分析。

3 柯坪古地震測(cè)年

柯坪地區(qū)屬于干旱氣候區(qū)，缺乏14C測(cè)年樣品的物質(zhì)來(lái)源。同時(shí)斷層陡坎位于高聳的單斜山山前沖洪積扇面上，物質(zhì)成分多以粗礫石為主，幾乎沒(méi)有釋光測(cè)年方法所需的粉細(xì)砂層。利用粗礫石層礫石間的填充砂所做出的結(jié)果可信度欠佳。

在宇宙成因核素測(cè)年方法中，利用10Be元素定年主要用于對(duì)地貌面暴露年齡的測(cè)定。測(cè)年樣品成分可以為含石英的小礫石或粗砂，干旱地區(qū)地貌面在形成之后表面受水流剝蝕量很小。利用宇宙成因核素測(cè)年方法，對(duì)柯坪地區(qū)地貌面年齡的確定具有較好的可信度。

本文得到的東柯坪塔格和薩爾干塔格山前沖洪積扇面樣品的測(cè)年數(shù)據(jù)，是由法國(guó)宇宙成因核素國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Laboratatoire national des nucleides cosmogeniques)測(cè)量得出的。根據(jù)研究區(qū)核素生成速率和對(duì)相應(yīng)地貌面年齡的初步估計(jì)，通過(guò)適當(dāng)增加石英樣品用量的方式盡量提高測(cè)試靶中10Be的含量，使加速器測(cè)試的結(jié)果有更高的精度。通過(guò)10Be測(cè)年不確定度模型對(duì)所得結(jié)果的分析(Lal，1991;stone，2000;Balco et al.，2008)，認(rèn)為不確定度可控制在 12.6% 以內(nèi)。

通過(guò)利用各級(jí)地貌面年齡、探槽剖面中揭露的古地震次數(shù)和單次事件位移量，結(jié)合不同級(jí)地貌面上陡坎的不同高度，可控制古地震的復(fù)發(fā)周期和發(fā)生時(shí)間。對(duì)各期地貌面進(jìn)行測(cè)年分析得到的年齡結(jié)果見(jiàn)表1。

4 山前古地震及地貌變形

4.1 東柯坪塔格山前

三岔口加油站北側(cè)東柯坪塔格(第1排單斜山)前具有5級(jí)沖積扇面，多于該地區(qū)一般的3級(jí)地貌面，同時(shí)在這些地貌面上發(fā)育了多級(jí)不同高度的地震陡坎，古地震事件序列最為完整。其中T1、T2和T33級(jí)地貌面上下盤(pán)均有保留，上盤(pán)拔河高度分別為1.5m、3.7m和8.9m，在T1、T2和T33級(jí)地貌面的斷層陡坎高度分別為0.64m、1.33m和3.0m。T4和T5兩級(jí)地貌面僅保留上盤(pán)，與現(xiàn)今沖溝高差分別為20.8m和37.2m(圖2，3)。除T1外各級(jí)地貌面均屬基座型地貌面，斷層的產(chǎn)狀為350°∠20°，因此，T1、T2、T3的水平縮短量分別為:1.3，2.7，6.1m。在T3地貌面的斷層陡坎處開(kāi)挖探槽揭露了3次古地震事件 (圖4)。

在T3陡坎位置清理的探槽剖面揭露地層由下至上依次為(圖4):

U1 灰白色粗礫石層，僅上盤(pán)出露，礫石直徑10～20cm;由于礫石直徑不同而略顯層理;頂部有1層厚約20cm、粒徑5～10cm的礫石層;

U2 含砂質(zhì)細(xì)礫石層，粒徑3～5cm，層頂部含細(xì)砂或粉砂質(zhì)較高，略有土壤化，鹽堿程度較高，可以推測(cè)為古地面層;

U3－1 第1次古地震事件形成的崩積楔，為礫石混雜堆積;

U3－2 地震后陡坎片流形成的細(xì)粒堆積物，與下伏U3－1崩積楔混雜堆積有明顯分界線;

U4－1 第2次古地震事件形成的崩積楔，也具有二元結(jié)構(gòu)，下部混雜礫石較多，上部砂質(zhì)含量高，但二者為逐漸過(guò)渡，無(wú)明顯界限;

U4－2 含粉砂和細(xì)砂質(zhì)較高的細(xì)礫石層，鹽堿化程度很高，顏色較U1和U2層略深，粒徑2～3cm;為坎前堆積地層;

U5 第3次(最新)古地震事件形成的崩積楔或坎前堆積物。

圖2 三岔口實(shí)測(cè)地形Fig.2 The measured topographical map of Sanchakou.

整個(gè)探槽剖面中3個(gè)崩積楔(U3－1、U4－1和U5)的變形程度不同，U3－1崩積楔僅殘留下盤(pán)部分;U4－1崩積楔被斷層斷錯(cuò);U5崩積楔為較平緩的順坡堆積。逐次恢復(fù)古地震事件，該探槽揭露出在U2古地表層形成以后發(fā)生了第1次古地震事件，事件造成1m左右的位錯(cuò)(U3－1崩積楔粗粒部分高度)，上盤(pán)U2層崩塌到下盤(pán)U2層上，堆積了U3－1崩積楔的礫石混雜堆積物，而其下伏的U2－1和U1層發(fā)生彎曲褶皺變形，使得在斷層附近地層加厚。地震之后并未形成一個(gè)穩(wěn)定的沉積層，僅受到地表陡坎上的雨水片流沖刷，在崩積楔上部形成U3－2細(xì)粒堆積物;第2次古地震事件，錯(cuò)斷U3－1崩積楔并使得上盤(pán)U3－1崩積楔物質(zhì)和斷層附近的U2層一起塌落形成了U4－1崩積楔，從U4－1崩積楔的高度分析，該次古地震的位錯(cuò)量也在1m左右，第2次古地震后順坡堆積了U4－2層;第3次(最新1次)古地震事件，U4－1崩積楔和U4－2層發(fā)生變形和斷錯(cuò)，在U4－2層上形成U5崩積楔，并蓋住斷層面。由于之前的2次古地震累計(jì)的陡坎高度已經(jīng)到達(dá)2m左右，同時(shí)陡坎的寬度也已經(jīng)較寬，所以崩積楔C主要堆積在坎下，厚度較小。根據(jù)U2層積累了3次地震的變形，形成3m的垂直位錯(cuò)量;U4－2層積累了一次事件的變形，同時(shí)剖面東側(cè)T1地貌面上殘留的陡坎高度為64cm(圖3)，考慮地貌面上片流的剝蝕作用，估計(jì)最新事件位移量應(yīng)略大于該陡坎高度，在1m左右。因此，前2次古地震事件的總垂直位錯(cuò)約2m，第3次事件垂直位移約1m，單次事件垂直位移為1m左右。

三岔口T3年齡為(20.2±1.91)ka，自T3形成以來(lái)共計(jì)發(fā)生3次古地震事件，平均復(fù)發(fā)周期為(6.7±0.84)ka。平均垂直位錯(cuò)速率為0.149mm/a，縮短速率為0.409mm/a。從T2復(fù)式陡坎1.33m的高度看應(yīng)發(fā)生了2次事件，與其(8.0±0.75)ka的年齡相符。T1地貌面0.64m的陡坎高度(單次事件垂直位移)和(4.0±0.4)ka的形成年齡也相符合。若同時(shí)滿足T33次事件，T22次事件，T11次事件和T0未記錄事件的要求，估計(jì)最新一次古地震可能發(fā)生在0～4ka BP;第2次事件在6.7～8.0ka BP;第1次事件在13.4～14.7ka BP。再早事件則為20.1～21.4ka BP，超過(guò)T3地貌面年齡。

圖3 三岔口實(shí)測(cè)地形剖面(位置見(jiàn)圖2)Fig.3 The measured topographical profile of Sanchakou.

圖4 三岔口T3探槽剖面(位置見(jiàn)圖2)Fig.4 The trench profile of T3terrace in Sanchakou.

4.2 薩爾干塔格山前

薩爾干塔格(第2排單斜山)山前(40°13'45.3″，78°15'40.4″)也發(fā)育了5級(jí)地貌面。其中T1和T2兩級(jí)地貌面上發(fā)育斷層陡坎，高度分別為1.68m和2.8m。上盤(pán)拔河高度分別為3.2m和6.8m，是第2排單斜山前惟一具有2級(jí)不同高度地震陡坎的地點(diǎn)。T3、T4和T5僅殘留上盤(pán)，拔河高度分別為17.7m、26.3m和40.8m(圖5，6)。斷層產(chǎn)狀N∠23°。

圖5 薩爾干塔格山前的實(shí)測(cè)地形Fig.5 The measured topographical map in front of Saergantage.

在T2陡坎處開(kāi)挖探槽，揭露了3次古地震事件 (圖7)。

探槽揭示的地層由下至上分別為:

U1 灰黃色粗礫石層，僅上盤(pán)出露，礫石直徑10cm左右，近斷層位置發(fā)生褶皺變形;

U2 灰黃色粗礫石層，因鹽堿表面發(fā)白，礫石直徑5～10cm，個(gè)別可達(dá)20cm，近斷層位置發(fā)生褶皺變形;下部膠結(jié)較好，主要以5cm左右礫石為主，含有直徑＞20cm的大礫石;上部以10cm左右的礫石層為主，略有層理，上盤(pán)剖面后緣與上覆的U3層呈角度不整合;

U3－1 第1次古地震事件形成的崩積楔，礫石排列雜亂;

U3－2 灰褐色礫石層，礫石直徑3～5cm，含砂土較多，與下伏的U2呈角度不整合，為陡坎附近順坡堆積層;

圖6 薩爾干塔格山前階地陡坎實(shí)測(cè)剖面(位置見(jiàn)圖5)Fig.6 The measured topographical profile of the terrace in front of Saergantage.

U4－1為第2次古地震事件形成的崩積楔，崩積楔礫石堆積雜亂，上部細(xì)粒物質(zhì)較下部明顯增多，崩積楔內(nèi)斷層位置有礫石定向，顯示被斷層二次錯(cuò)斷;

U4－2 褐黃色含砂質(zhì)礫石層，礫石直徑3cm，略小于U3－2層，填充物以砂質(zhì)為主，無(wú)鹽堿化;

U5 第3次(最新)古地震事件形成的崩積楔或坎前堆積。

探槽中可以分辨出3次古地震事件，在U2層形成以后發(fā)生了第1次古地震事件，錯(cuò)斷了U2層，近斷層上盤(pán)位置U1和U2層同時(shí)發(fā)生褶皺變形，并形成U3－1崩積楔;之后順坡堆積U3－2，為坎前堆積層，向上盤(pán)尖滅。第2次古地震事件，錯(cuò)斷了U3－1崩積楔和U3－2層并在其上形成了新的U4－1崩積楔，U1、U2層上盤(pán)地層彎曲變形加劇，U3－2層也發(fā)生彎曲，這次事件后再次出現(xiàn)順陡坎坡向的堆積，形成U4－2層。第3次古地震事件，U4－1崩積楔被錯(cuò)斷，U4－2層近斷層附近物質(zhì)崩落形成U5崩積楔。U5崩積楔完整，沒(méi)有被錯(cuò)斷的痕跡，其形成以后無(wú)古地震事件。經(jīng)歷過(guò)3次古地震事件的U2層現(xiàn)今垂直位移量約2.8m，經(jīng)歷2次事件的U3－2層垂直位移量約1.6m，經(jīng)歷1次事件的U4－2層垂直位錯(cuò)量＜1m。因此，單次事件的垂直位錯(cuò)可能為0.8～1.2m。

圖7 薩爾干塔格T2探槽剖面(位置見(jiàn)圖5)Fig.7 The trench profile of T2terrace in front of Saergantage.

薩爾干塔格山前T2年齡為(16.1±1.50)ka，共計(jì)發(fā)生3次古地震事件，平均復(fù)發(fā)周期為(5.4±0.50)ka。平均垂直位錯(cuò)速率為0.174mm/a，縮短速率為0.372mm/a。由于T1年齡為(6.6±0.61)ka大于平均復(fù)發(fā)周期，所以從T1地貌面1.68m的陡坎高度和(6.6±0.50)ka的年齡都表明發(fā)生過(guò)2次古地震事件，2次事件可能分別發(fā)生在0～1 200 a BP左右和5 400～6 600 a BP左右。

5 古地震差異與級(jí)聯(lián)破裂討論

古地震復(fù)發(fā)模型主要有準(zhǔn)周期和叢集兩種。Shimazaki等(1980)提出簡(jiǎn)單地震復(fù)發(fā)模型之后，Savage等(1987)通過(guò)畢曉普－猛犸湖附近的地震研究提出了地震準(zhǔn)周期模型，即地震在時(shí)間上具有一定的周期性，地震震級(jí)具有一定的波動(dòng)范圍。Sieh(1989)通過(guò)圣安德列斯斷層古地震高精度年代研究討論了地震的叢集特征，地震時(shí)間不完全符合周期性，還存在活躍期和平靜期。我們通過(guò)各個(gè)地貌面上的時(shí)間和陡坎高度估計(jì)各級(jí)地貌面形成以來(lái)的地震平均垂直位錯(cuò)速率均在0.15～0.17mm/a，僅有薩爾干塔格山前的T1面位錯(cuò)速率略大為0.25mm/a，更符合準(zhǔn)周期模型。

從兩排單斜山山前的古地震分析，距今20ka以來(lái)，東柯坪塔格山前古地震平均復(fù)發(fā)周期為(6.7±0.84)ka，單次事件垂直位錯(cuò)約1m左右。平均垂直位錯(cuò)速率為0.15mm/a縮短速率為0.41mm/a;薩爾干塔格山前古地震平均復(fù)發(fā)周期為(5.4±0.50)ka單次事件的垂直位錯(cuò)為0.8～1.2m，平均垂直位錯(cuò)速率為0.17mm/a，縮短速率為0.37mm/a。古地震活動(dòng)強(qiáng)度基本一致薩爾干塔格復(fù)發(fā)周期略快(表1)。，，，

東柯坪塔格山前若同時(shí)滿足T33次事件、T22次事件(復(fù)式陡坎)、T11次事件的要求，最新一次古地震一定發(fā)生在T1面形成之后，在0～4ka BP之間;按照T2面形成以來(lái)發(fā)生2次事件分析，其中最新事件為T(mén)1面記錄事件，則前次事件發(fā)生在6.7～8ka BP之間;相同方法估計(jì)T3記錄的最早事件在13.4～14.7ka BP。若再利用T3面求得的周期估算更早事件則為20.1～21.4ka，超過(guò)T3地貌面年齡，證明T3面不可能記錄到4次事件，此平均復(fù)發(fā)周期可同時(shí)滿足各級(jí)地貌面年齡和記錄事件次數(shù)的要求。薩爾干塔格山前T2年齡為(16.1±1.50)ka，共計(jì)發(fā)生3次古地震事件，T1年齡(6.6±0.61)ka大于平均復(fù)發(fā)周期，僅從時(shí)間上無(wú)法限定事件次數(shù)，考慮到T1地貌面1.68m的陡坎高度和單次事件0.8～1.2m的位錯(cuò)量而按照兩次事件分析，兩次事件可能分別發(fā)生在0～1.2ka BP和5.4～6.6ka BP。這樣的結(jié)果正好可以導(dǎo)致T1面平均垂直位錯(cuò)速率0.25mm/a，高于平均垂直位錯(cuò)速率0.17mm/a。T2面記錄的第1次事件發(fā)生在10.8～12ka BP之間。以此周期估計(jì)，更早事件發(fā)生在T2面形成之前(表3)。

汶川地震造成龍門(mén)山逆沖構(gòu)造中兩條斷裂同時(shí)活動(dòng)，分別形成前山和中央兩條地表破裂帶(XU et al.，2009)。如走滑斷裂在發(fā)生特大地震時(shí)會(huì)產(chǎn)生多個(gè)階區(qū)級(jí)聯(lián)破裂一樣，對(duì)于擁有相同滑脫面的多排逆沖構(gòu)造系可能由于滑脫面滑移而導(dǎo)致上部多條逆斷裂－褶皺帶發(fā)生地表破裂。目前對(duì)于無(wú)歷史記錄的古地震，僅能利用地震前后形成的地層年代將發(fā)生時(shí)間控制在一個(gè)區(qū)間內(nèi)。但是，由于各條地表破裂帶的地層并不一致，使得對(duì)可能為同一次古地震事件造成的破裂在時(shí)間區(qū)間上存在一定的差異。如果兩排單斜山山前的某次古地震事件發(fā)生的時(shí)間區(qū)間部分重合，該次地震具有同時(shí)破裂的可能性。

從兩排單斜山前通過(guò)復(fù)發(fā)周期估計(jì)的事件發(fā)生時(shí)間看 (表3)，各次事件發(fā)生時(shí)間并不完全一致。但考慮到兩排單斜山山前的古地震復(fù)發(fā)周期都在5.4～6.7ka，而最新事件時(shí)間具有重復(fù)區(qū)間，且第2次事件時(shí)間相差僅100a，此外東柯坪塔格山前T2和T3地貌面的形成時(shí)間與薩爾干塔格山前T1和T2具備時(shí)間上的同期性，盡管地貌面的形成同時(shí)受到氣候和構(gòu)造兩方面控制，但在氣候相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期古地震事件和地貌面形成具有一定的相關(guān)性，因此東柯坪推覆系兩排單斜山山前相同時(shí)期形成的地貌面反映了近似相同的構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度，而地貌面上的相似的斷層陡坎也有可能為同次級(jí)聯(lián)破裂所致。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)西南天山柯坪推覆系皮羌斷裂以東各排山前地貌面和古地震規(guī)律的分析，可以得到初步結(jié)果:距今20ka以來(lái)，東柯坪推覆系兩排單斜山山前古地震更具準(zhǔn)周期性，東柯坪塔格山前古地震平均復(fù)發(fā)周期為(6.7±0.84)ka，單次事件垂直位錯(cuò)約1m左右。平均垂直位錯(cuò)速率為0.149mm/a，縮短速率為0.409mm/a;薩爾干塔格山前古地震平均復(fù)發(fā)周期為(5.4±0.50)ka，單次事件的垂直位錯(cuò)約 0.8～1.2m，平均垂直位錯(cuò)速率為 0.174mm/a，縮短速率為0.372mm/a。古地震活動(dòng)強(qiáng)度基本一致，薩爾干塔格周期略短。

致謝 在野外工作中徐錫偉研究員和陳杰研究員給我們提出了幾點(diǎn)建議，在此表示感謝。衷心感謝審稿人的寶貴意見(jiàn)使本文得以完善。

陳祥玉.1994.公元1600—1987年新疆地震目錄(MS≥4.7)［J］.內(nèi)陸地震，2(3):320—340.

CHEN Xiang-yu.1994.Catalogue of MS≥4.7 earthquakes in Xinjiang during 1600—1987 A.D.［J］.Inland Earthquake，2(3):320—340(in Chinese).

鄧起東，馮先岳，張培震，等.1999.烏魯木齊山前坳陷逆斷裂－褶皺帶及其形成機(jī)制［J］.地學(xué)前緣，6(4):191—201.

DENG Qi-dong，F(xiàn)ENG Xian-yue，ZHANG Pei-zhen，et al.1999.Reverse fault and fold zone in the Urumqi range-front depression of the northern Tianshan and its genetic mechanism ［J］.Earth Science Frontier，6(4):191—201(in Chinese).

馮先岳.1985.論新疆地震地質(zhì)特征［J］.地震地質(zhì)，7(2):35—44.

FENG Xian-yue.1985.Seismogeological characteristics of the Xinjiang area［J］.Seismology and Geology，7(2):35—44(in Chinese).

賈承造主編.1997.中國(guó)塔里木盆地構(gòu)造特征與油氣［M］.北京:石油工業(yè)出版社.

JIA Cheng-zao(ed).1997.Structure Character and Oil-gas in Tarim Basin，China［M］.Petroleum Industry Press，Beijing(in Chinese).

曲國(guó)勝，陳杰，陳新發(fā)，等.2001.阿圖什－八盤(pán)水磨塔里木盆地反沖構(gòu)造系統(tǒng)研究［J］.地震地質(zhì)，23(1):1—14.

QU Guo-sheng，CHEN Jie，CHEN Xin-fa，et al.2001.A study on the back-thrusting system at Atushi-Bapanshuimo in Tarim Basin［J］.Seismology and Geology，23(1):1—14(in Chinese).

冉勇康，楊曉平，徐錫偉，等.2006.西南天山柯坪推覆構(gòu)造東段晚第四紀(jì)變形樣式與縮短速率［J］.地震地質(zhì)，28(2):179—193.

RAN Yong-kang，YANG Xiao-ping，XU Xi-wei，et al.2006.Deformation pattern and shortening rates in the east part of Kalpin thrust system in southwest Tianshan during late Quaternary ［J］.Seismology and Geology，28(2):179—193(in Chinese).

沈軍，汪一鵬，李螢甄，等.2003.中國(guó)新疆天山博阿斷裂晚第四紀(jì)右旋走滑活動(dòng)特征［J］.地震地質(zhì)，25(2):183—194.

SHEN Jun，WANG Yi-peng，LI Ying-zhen，et al.2003.Late Quaternary right-lateral strike-slip faulting along the Bolokenu-Aqikekuduke Fault in Chinese Tianshan［J］.Seismology and Geology，25(2):183—194(in Chinese).

汪新，賈承造，楊樹(shù)鋒，等.2002.南天山庫(kù)車(chē)褶皺沖斷帶構(gòu)造幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)［J］.地質(zhì)科學(xué)，37(3):372—384.

WANG Xin，JIA Cheng-zao，YANG Shu-feng，et al.2002.Geometry and kinematics of the Kuqa fold-and-thrust belt in the southern Tianshan［J］.Chinese Journal of Geology，37(3):372—384(in Chinese).

汪新.2005.南天山山前復(fù)雜褶皺的構(gòu)造形態(tài)分析:以庫(kù)車(chē)秋里塔克背斜和柯坪八盤(pán)水磨背斜為例［J］.高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，11(4):568—576.

WANG Xin.2005.Geometry and kinematics of complex folds，illustrated with examples from Quilitake anticline of Kuqa and Bapanshuimo anticline of Keping，southern Tianshan ［J］.Geological Journal of China Universities，11(4):568—576(in Chinese).

楊曉平，李安，黃偉亮.2011.天山北麓活動(dòng)褶皺帶晚第四紀(jì)時(shí)期隆升的差異性［J］.中國(guó)科學(xué)(D輯)(已接收).

YANG Xiao-ping，LI An，HUANG Wei-liang.2001.Uplift differential of active fold zones during the late Quaternary，northern piedmonts of the Tianshan Mountains，China［J］.Science in China Earth Sciences(in press).

楊海軍，李曰俊，師駿，等.2010.南天山晚新生代褶皺－沖斷帶構(gòu)造特征［J］.第四紀(jì)研究，30(5):1030—1043.

YANG Hai-jun，LI Yue-jun，SHI Jun，et al.2010.Tectonic characteristics of the late Cenozoic south Tianshan fold-thrust belt［J］.Quaternary Sciences，30(5):1030—1043(in Chinese).

楊曉平，沈軍.2000.天山內(nèi)部博羅可努斷裂精河—阿拉山口段晚更新世以來(lái)的活動(dòng)特征［J］.地震地質(zhì)，22(3):305—315.

YANG Xiao-ping，SHEN Jun.2000.Late Quaternary activity of Jinghe-Alashankou section of the Boluokenu Fault，interior Tianshan［J］.Seismology and Geology，22(3):305—315(in Chinese).

楊曉平，冉勇康，程建武，等.2006.柯坪推覆構(gòu)造中的幾個(gè)新生褶皺帶階地變形測(cè)量與地殼縮短［J］.中國(guó)科學(xué)(D 輯)，36(10):905—913.

YANG Xiao-ping，RAN Yong-kang，CHENG Jian-wu，et al.2007.Measurement of terrace deformation and crustal shortening of some renascent fold zones within Kalpin nappe structure［J］.Science in China(Ser D)，50(1):33—42.

楊曉平，周本剛，李軍，等.2001.新疆南天山亞肯背斜晚更新世以來(lái)的隆起和縮短［J］.地震地質(zhì)，23(4):501—509.

YANG Xiao-ping，ZHOU Ben-gang，LI Jun，et al.2001.Shortening and uplift of the active Yaken anticline，southern Tianshan，China since late Pleistocene［J］.Seismology and Geology，23(4):501—509(in Chinese).

中國(guó)地震簡(jiǎn)目編輯組.2000.中國(guó)地震簡(jiǎn)目(公元前780—公元1986年)［M］.北京:地震出版社.

Editorial Board of Brief Catalogue of Chinese Earthquake.2000.Brief Catalogue of Earthquakes in China from 780 B.C.to 1986 A.D.［M］.Seismological Press，Beijing(in Chinese).

Avouac J P，Tapponnier P T，Bai M，et al.1993.Active thrusting and folding along the northern Tienshan，and Late Cenozoic rotation of the Tarim relative to Dzhungaria and Kazakhstan ［J］.Journal of Geophysical Research，98:6755—6840.

Burchfiel B C，Brown E T，Deng Qidong，et al.1999.Crustal shortening on the margins of the Tienshan，Xinjiang，China［J］.International Geological Review，41:665—700.

Burtman V S，Skolelev S F，Molnar P.1996.Late Cenozoic slip on the Talas-Ferghana，the Tienshan，Central Asia［J］.GSA Bulletin，108(8):1004—1021.

Balco G，Stone J O，Lifton N A，et al.2008.A complete and easily accessible means of calculating surface exposure ages or erosion rates from10Be and26Al measurements［J］.Quaternary Geochronology，3:174—195.

Densmore A L，Ellis M A，Li Y，et al.2007.Active tectonics of the Beichuan and Pengguan faults at the eastern margin of the Tibetan Plateau ［J］.Tectonics，26:TC4005.

Herdrix M S，Dumitru T A，Graham S A，1994.Late Oligocene-early Miocene unroofing in the Chinese Tianshan:An early effect of the India-Asia collision［J］.Geology，22:487—490.

Lal D.1991.Cosmic ray labeling of erosion surfaces:In situ nuclide production rates and erosion models［J］.Earth and Planetary Science Letters，104:424—439.

Savage J C and Cockerham R S.1987.Quasi-periodic occurrence of earthquakes in the 1978 －1986 Bishop-Mammoth Lakes sequence，eastern California［J］.BSSA，77(4):1347—1358.

Shimazaki K and Nakata T.1980.Time-predictable recurrence model for large earthquakes［J］.Geophys Res Lett，7:279—282.

Sieh K.1989.A more precise chronology of earthquake produced by the San Andreas Fault in southern California［J］.J Geophy Res，94(B1):603—623.

Stephen C T，Welson R J，Rubin C M，et al.2002.Late Quaternary slip rates across the central Tienshan，Kyrgyzstan，central Asia［J］.Journal of Geophysical Research，107(B9):2203.

Stone J O.2000.Air pressure and cosmogenic isotope production［J］.Journal of Geophysical Research，105:23，753—23，759.

Tsukuda E，Awata Y，Yamazaki H，et al.1993.Strip map of the Atera fault system［J］.Geol Surv Jap Tect Map Ser，7.Xu X W，Wen X Z，Yu G H，et al.2009.Coseismic reverse-and oblique-slip surface faulting generated by the 2008 MW7.9 Wenchuan earthquake，China［J］.Geology，37(6):515—518.

A PRELIMINARY STUDY ON PALEOEARTHQUAKES IN THE EASTERN KALPIN NAPPE SYSTEM，SOUTHWESTERN TIANSHAN，CHINA

LI An RAN Yong-kang XU Liang-xin LIU Hua-guo LI Yan-bao

(National Center for Active Fault Studies，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China)

There are several thrust-fold belts developed in the Kalpin nappe system of the southwestern Tianshan Mountains.Not only deformation rates of these thrust-fold belts are inconsistent，but also the paleoearthquakes recurrence laws on these thrust-fold belts in the nappe system are different.The Beichuan-Yingxiu Fault and the Pengguan Fault ruptured simultaneously in the Mw7.9 Wenchuan earthquake.Therefore，it is worth discussing the question of how to determine the cascade-rupturing of a paleoearthquake on two or three thrust faults.We measured the scraps of different heights on the geomorphic surfaces(alluvial-proluvial fans)of different stages in eastern Kalpintage and Saergantage and analyzed the paleoearthquake events revealed by trenches in Shanchakou and Saergantage.Using the10Be exposure age，we obtained the ages of the geomorphic surfaces.Then we got the upper and lower limit time of each paleoearthquake from the age of adjacent geomorphic surfaces.Finally，we got the recurrence intervals of different paleoearthquakes，the vertical dislocation of a single event，and the time range of the respective events.The results show that since 20ka BP，the average recurrence interval of paleoearthquake in the piedmont of east Kalpintage is 6.7 ±0.84ka，the vertical dislocation of a single event is 1m;the average recurrence interval of paleoearthquake in the piedmont of Saergantage is 5.4 ±0.50ka，and the vertical dislocation of a single event is 0.8 ～1.2m.The intensity of paleoseismicity is basically identical and the recurrence interval in Saergantage is slightly shorter.In the end，we discussed the possibility of cascade-rupturing accompanying these paleoearthquake events and found that the second and the third paleoearthquake events revealed by the trenches overlap in their occurrence time ranges，indicating the possibility of cascade-rupturing during the earthquake.

paleoearthquake，10Be exposure age，Tianshan Mountains，Kalpin

P315.2

A

0253－4967(2011)04－0752－13

10.3969/j.issn.0253 － 4967.2011.04.002

2011－09－01收稿，2011－11－09改回。

國(guó)家自然科學(xué)基金(40872130)和財(cái)政部重大專(zhuān)項(xiàng)“我國(guó)重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)活動(dòng)斷層地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)”共同資助。

* 通訊作者:冉勇康，研究員，E－mail:ykran@263.net。

李安，男，1983年生，在讀博士研究生，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專(zhuān)業(yè)，主要從事活動(dòng)構(gòu)造研究，電話010－62009127，E －mail:antares_lee@163.com。