大青山山前斷裂土右旗西段蓮花山探槽揭露的古地震事件及年齡

姚赟勝　王愛國　邵延秀　劉興旺　張波　賈源源

[摘要]? ? 大青山山前斷裂位于河套盆地北緣，晚第四紀(jì)以來活動(dòng)強(qiáng)烈，前人對該段古地震特征做過較多研究，但是因測年技術(shù)手段限制，以及在同一斷層剖面擁有較多能有效約束古地震事件的測年數(shù)據(jù)較少、且能揭露出較多古地震事件的剖面偏少。本文通過對大青山山前斷裂土右旗西段蓮花山東側(cè)古地震探槽的開挖，利用光釋光年代學(xué)數(shù)據(jù)對古地震事件進(jìn)行有效約束，并結(jié)合前人在該段探槽的年代數(shù)據(jù)，運(yùn)用斷層逐次限定法綜合分析，得出土右旗西段斷裂距今約11500年發(fā)生了5次古地震事件，平均復(fù)發(fā)間隔2260年。該段斷裂5次古地震事件由新到老分別為：1.28～1.42 ka、3.41～3.60 ka、4.08～5.01 ka、8.26～9.32 ka和10.70～11.30 ka。最新一次活動(dòng)事件應(yīng)該為公元849年地震。同時(shí)，探槽揭露該段斷層呈正斷層性質(zhì)，傾角在∠58°～∠77°之間。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，包頭段、土右

旗西段和土左旗西段的潛在發(fā)震能力分別在MW6.8～7.1、MW6.8～7.1和MW7.1～7.2左右。本文經(jīng)驗(yàn)公式得出的震級偏小，可能存在級聯(lián)破裂，后期需進(jìn)一步結(jié)合其他手段對大青山山前斷裂西段的危險(xiǎn)性進(jìn)行綜合評價(jià)。

[關(guān)鍵詞] 大青山山前斷裂; 土右旗西段; 蓮花山; 古地震探槽; 復(fù)發(fā)間隔; 正斷層

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2023-132

0? 引言

大青山山前斷裂帶沿大青山南麓展布，北側(cè)為陰山隆起帶，南臨河套斷陷盆地，在西端與烏拉山山前斷裂成右階分布（圖1）。大青山山前斷裂位于北側(cè)陰山斷隆和河套斷陷盆地之間，作為新生代長期活動(dòng)并控制著河套斷陷盆地北側(cè)的邊界斷裂，是控制山前盆地與大青山隆起帶形成的重要構(gòu)造帶，為河套斷裂系的重要組成部分，第四紀(jì)晚期活動(dòng)強(qiáng)烈[1-3]。大青山山前斷裂帶晚更新世和全新世活動(dòng)尤為顯著，形成一系列正斷層和階狀正斷層，并在近代歷史上發(fā)生過多次地震，其中最近一次為1996年發(fā)生在包頭市西的6.4級地震。

前人在大青山山前斷裂開展過相關(guān)工作，對其不同分段的活動(dòng)特征有不同認(rèn)識[4-8]。部分學(xué)者通過對古地震探槽所揭露的特征將大青山山前斷裂分為5段，其中古地震事件發(fā)生最多的為包頭至土默特右旗段，從多個(gè)探槽揭露出該段發(fā)生過5次古地震事件，但是在單一探槽中缺少能揭示出5次古地震事件發(fā)生的特征及證據(jù)，同時(shí)缺乏較為理想的年代序列來約束古地震期次[1-2， 4-5， 7-10]。馬保起等[5]把該段分為4段，認(rèn)為中部雪海溝—土默特右旗段活動(dòng)性較強(qiáng)，而江娃利等[6]通過對大青山山前斷裂破裂帶進(jìn)行研究，把大青山山前斷裂以土左旗為界，分為東西兩段，并對比現(xiàn)今中小地震震中分布得出，全新世晚期大青山斷裂活動(dòng)在土左旗以西活動(dòng)強(qiáng)烈，同時(shí)推斷西段為849年包頭強(qiáng)震的地表地震斷層。

此外，包頭市作為內(nèi)蒙古自治區(qū)第二大城市，是重要的經(jīng)濟(jì)中心和工業(yè)中心；而包頭位于大青山山前斷裂地震活動(dòng)斷層之上，歷史記載，曾在公元849年發(fā)生過（7.7 ± 0.5）～8級的大地震[11-14] 。何仲太等[8]對大青山山前斷裂潛在震源區(qū)進(jìn)行劃分，并認(rèn)為包頭段和土右旗西段、土左旗西段的潛在震級上限分別為7.5級、8級和8級。因此，該地區(qū)的地震危險(xiǎn)性一直是重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域之一。

鑒于以上前人研究結(jié)果，本文選取在全新世活動(dòng)較強(qiáng)烈的土右旗西段為重點(diǎn)研究區(qū)域。通過衛(wèi)星遙感影像解譯及野外地質(zhì)調(diào)查，在大青山山前斷裂土右旗西段蓮花山東側(cè)開挖了古地震探槽，并基于新的年代學(xué)數(shù)據(jù)和前人的古地震研究成果，對該段古地震序列進(jìn)行重新限定，同時(shí)對大青山山前斷裂西段（包頭段—土左旗西段）未來地震危險(xiǎn)性進(jìn)行探討。

1? 研究區(qū)概況

1.1? 構(gòu)造背景

大青山地區(qū)經(jīng)歷過復(fù)雜的構(gòu)造變動(dòng)，在中生代時(shí)期發(fā)生了強(qiáng)烈的板內(nèi)造山作用[15]，陰山地塊破裂解體，形成了中生代斷陷盆地和大型逆沖推覆構(gòu)造。到中、晚侏羅世末期的燕山運(yùn)動(dòng)，在受到南北向的擠壓作用，斷陷盆地消失，形成近東西向褶皺、斷裂構(gòu)造，以及北東東和北西西向的斷裂帶。燕山運(yùn)動(dòng)之后，奠定了本區(qū)基本構(gòu)造格局，陰山地塊固結(jié)為一穩(wěn)定的地塊，晚白堊世隆起遭受剝蝕。新生代時(shí)期，受區(qū)域性北西、南東向主張應(yīng)力場作用，陰山地塊南側(cè)破裂解體，形成河套斷陷盆地，盆地北側(cè)形成一系列斷裂帶，呈左階斜列展布，斷層面總體向南傾斜，山體間歇性抬升，遭受強(qiáng)烈的剝蝕作用，河套斷陷盆地不斷沉降，接收巨厚的沉積[1， 10]。

1.2? 大青山山前斷裂幾何展布及分段特征

大青山山前斷裂帶西起包頭市黃河南昭君墳，總體呈北東東向展布于大青山南麓，其中斷裂西側(cè)時(shí)而呈近東西走向，時(shí)而呈北西西向，在東側(cè)呈北東東向，經(jīng)九原區(qū)、東河區(qū)、土默特右旗、土默特左旗，一線延伸至呼和浩特以東，長約240 km（圖1），傾向南，是典型的正斷傾滑斷裂。

前人對大青山斷裂進(jìn)行了不同的分段。李克等[4]通過古地震時(shí)空的分布及斷裂的幾何特征、活動(dòng)速率、活動(dòng)時(shí)間及構(gòu)造地貌等實(shí)際資料把該段劃分為5段。江娃利等[6]根據(jù)探槽所揭示的斷層剖面分析，將該段在全新世晚期的活動(dòng)分為東、西兩段，西段自包頭至土左旗，東段自畢克齊至奎素。冉永康等[7]通過對古地震完整性的研究，把該段分為5段，自西向東分為：黃河—雪海溝段（包頭段），長37 km；雪海溝—土右旗段（土右旗西段），長35 km；土右旗—土左旗段（土左旗西段），長56 km；土左旗—烏素圖段（畢克齊段），長49 km和烏素圖—奎素段（呼和浩特段），長46 km；后期何仲太等[8]對前人的分段方法進(jìn)行分析比較之后，更為確定認(rèn)可該分段，本文沿用該分段模式。前人在此分段基礎(chǔ)上對大青山斷裂潛在震源區(qū)進(jìn)行了研究，得出雪海溝—土左旗段的震級上限為8級[6]。鑒于該段的重要性，本文重點(diǎn)也選擇在土右旗西段進(jìn)行研究。

土右旗西段西起雪海溝，東至土右旗，全長約35 km，該段斷裂沿大青山南麓山前臺(tái)地前緣展布，走向總體近東西向，是典型的正斷傾滑型斷裂，在最新地貌面上多處斷錯(cuò)全新世地層（圖1）。斷裂帶北側(cè)發(fā)育兩級臺(tái)地，大青山山前斷裂帶沿這兩級臺(tái)地展布。其中Ⅰ級臺(tái)地為洪積臺(tái)地，是全新世時(shí)期斷裂多次活動(dòng)堆積后形成的[6， 10]，Ⅰ級臺(tái)地下部主要為上更新統(tǒng)湖積粉砂層和砂礫石層，上部為全新世早期的洪積礫石層及黃土批蓋。Ⅱ級臺(tái)地為湖積基座臺(tái)地，下部基座由太古界片麻巖、燕山期正長巖和侏羅系砂巖組成，上部覆蓋更新統(tǒng)粉砂層及砂礫石層[4， 10]。

2? 研究方法

古地震學(xué)是一門揭露和研究地質(zhì)記錄過程中保存過去地震事件的科學(xué)，記錄了在史前和人類歷史資料沒有記錄的地震事件[16]。探槽技術(shù)作為古地震研究的一種直接而有效的手段，是獲取古地震位錯(cuò)量或古地震復(fù)發(fā)間隔等較為理想的資料[17]。探槽開挖可以通過探槽剖面發(fā)現(xiàn)一些保留在地層剖面的古地震遺跡和標(biāo)志，進(jìn)而分析揭露古地震事件的位錯(cuò)量以及其他變形特征等。同時(shí)，探槽剖面中也能夠提供和斷層活動(dòng)相關(guān)的年代關(guān)系。

古地震學(xué)要解決的核心問題是了解過去地震發(fā)生的時(shí)間、強(qiáng)度和重復(fù)間隔[18]。而光釋光測年技術(shù)是對晚第四紀(jì)碎屑沉積物最后一次曝光事件年齡直接測定的一種測年方法[19-20]。釋光測年技術(shù)經(jīng)過30多年的發(fā)展，特別是對全新世沉積物測年，在幾十至十萬年尺度范圍內(nèi)已經(jīng)獲得了與獨(dú)立年齡吻合較好的結(jié)果[21]。目前，國內(nèi)外學(xué)者已成功將光釋光測年應(yīng)用到古地震測年中[22-24]。

本文年代樣品在采集時(shí)先剝?nèi)ケ韺蛹s30 cm厚的物質(zhì)，然后選用直徑約5 cm不銹鋼圓管對探槽中的沉積物進(jìn)行避光采集，保證樣品在采集過程中未經(jīng)曝光。樣品的前處理采用常規(guī)操作流程[25]：先用濕篩法分選出63～90 μm顆粒，接著用10%的 HCL去除樣品中碳酸鹽以及表面可能包裹的氧化物，然后用30%的H2O2去除樣品中的有機(jī)質(zhì)，再用配置好的2.58 g/cm3多鎢酸鈉重液對長石和石英進(jìn)行分離，最后對分離的石英樣品進(jìn)行40% H2SiF6 刻蝕樣品，除去樣品中的長石和其他礦物。每次步驟后均用純水清洗3遍，最終得到63～90 μm的粗顆粒石英進(jìn)行測試。等效劑量（De）在Ris? TL/OSL-DA-20-C/D型熱/光釋光儀上完成測試，該輻照源為β源90Sr/90Y，每秒輻照劑量率為（0.129 ± 0.002）Gy。環(huán)境劑量率（Dose Rate）的測定采用中子活化分析法，測定了U，Th，K放射性元素的含量。測試流程采用石英單片再生法[26-27]。

3? 結(jié)果

3.1? 蓮花山古地震探槽

蓮花山位于包頭市東河區(qū)砂爾沁鎮(zhèn)永富村北側(cè)（圖2a），屬于大青山山前斷裂帶土右旗西段，在蓮花山東側(cè)2 km左右的西園北側(cè)山前發(fā)育T1堆積臺(tái)地，主要由全新統(tǒng)砂礫石和黃土礫石層組成。在該段臺(tái)地上發(fā)育斷斷續(xù)續(xù)的斷層陡坎，且較緩。由于該段人為改造嚴(yán)重，斷層陡坎不明顯（圖3）。但在野外踏勘過程中，發(fā)現(xiàn)在此臺(tái)地沖溝處有斷層剖面出露。由此，在此處清理出一條長約25 m，深4～7 m的古地震探槽剖面（圖4）。出露地層如下：

U1：花崗巖基巖構(gòu)造破碎蝕變帶?；鶐r風(fēng)化面呈褐紅色，塊狀構(gòu)造，構(gòu)造破碎強(qiáng)烈，大部分沿節(jié)理面破碎，呈棱角狀，在U1層上沉積了一層厚約14 cm的古土壤層；

U2：淺褐紅色的礫石層。分選性差，磨圓度差，呈角礫狀。礫石粒徑差別較大，在2～20 cm之間，中間部分夾粗砂層且有輕微的定向排列，在U2層上沉積了一層厚約14 cm的古土壤層；

U3：灰白色砂礫層，分選性差，含有<20 cm的小礫石，磨圓度較差，棱角狀，厚度1 m左右，部分礫石呈定向排列；

U4：灰黑色砂礫層，夾有灰白色砂礫層，兩層呈韻律分布，分選性差，水平層理分布，小礫石定向排列，磨圓度差，呈棱角狀，礫石粒徑<20 cm；

U5：灰黃色砂礫層，分選性差，部分砂礫石定向排列，水平層理，磨圓度差，呈棱角狀，礫石粒徑<10 cm；

U6：含砂礫石層，灰白色，分選性差，上部較亂，礫石粒徑<19 cm，礫石堆積較亂；

U7：灰黑色礫石層，分選性差，底部含粗砂的礫石層，磨圓度差，棱角狀分布，礫石粒徑，由下往上，總體由細(xì)變粗礫序排列，并定向排列；

U8：灰色含礫石砂層，分選性差，其中礫石磨圓度差，棱角狀，中部含有礫石定向排列，厚度82 cm左右，U8層上沉積了約 16 cm厚的古土壤層；

U9：灰白色含砂礫石層，較松散，分選性差，礫石粒徑<30 cm，呈棱角狀，礫石層及砂層部分可見定向排列，厚度1.2 m左右；

U10：灰黃色含砂礫層，較松散，分選性差，礫石呈棱角狀，厚0.5 m， U10層上沉積了約 16 cm厚的古土壤層；

U11：含礫砂層，灰紅色，分選差，礫石粒徑<30 cm，磨圓度差，呈棱角狀，部分礫石定向排列，厚1 m左右；

U12：表層是含腐殖土的黃土砂層，含灰黑色腐殖土，松散。含礫石，呈棱角狀，礫石粒徑無分選，雜亂堆積，最厚處約1.3 m，在U12地層中間因重力作用而形成了一塊下墜區(qū)域，深約1.6 m。

3.2? 古地震探槽事件解譯

從探槽剖面解譯可以揭露出5次古地震事件（圖4），斷層傾角在∠58°～∠77°之間，發(fā)生5次地震之后保留了5次事件所形成的崩積楔。

第1次事件F1，傾角∠75°。F1斷層斷錯(cuò)了U1和U2斷層，并形成了崩積楔C1，C1由棱角狀的礫石和砂層混合堆積而成。事件之后覆蓋了一層厚約14 cm的古土壤層，后期沉積了 U3、U4和U5等較年輕的地層。

第2次事件F2，傾角∠77°。F2斷錯(cuò)了最新地層U5及更老的地層，形成了崩積楔C2。但是，在該剖面顯示斷層U4地層的垂直錯(cuò)距為2.1 m，分析可能不是一次事件形成的錯(cuò)距，在后文中有驗(yàn)證。在第2次事件之后，在崩積楔C2之上沉積了U7地層，同時(shí)在U7地層之上又沉積了一套新地層U8。

第3次事件F3，傾角∠67°。F3斷錯(cuò)了U8地層，垂直錯(cuò)距為0.96 m，從而形成崩積楔C3。同時(shí)，該次事件伴有次級斷裂斷錯(cuò)了C3下層的古土壤層，后期形成了U9和U10地層。

第4次事件F4，傾角∠58°。F4斷錯(cuò)了U10 以下更老的地層，形成了崩積楔C4，從斷錯(cuò)的U10地層以上古土壤及U9地層垂直錯(cuò)距為0.76 m。事件之后發(fā)育了地層U11。

第5次事件F5，傾角∠65°。F5在F2斷裂帶上又發(fā)生了一次活動(dòng)，形成了崩積楔C5，兩次事件斷錯(cuò)距累積約2.1 m。同時(shí)，分析崩積楔C2的第1次活動(dòng)事件后形成的楔體主要來源于自由面所在的地層中，而第2次地震事件形成了一個(gè)基底張性裂隙帶，早期形成的崩積楔被破壞，部分物質(zhì)掉入裂隙內(nèi)。因此，確定這是兩次地震活動(dòng)事件的標(biāo)志物。

4? 討論

4.1? 土右旗西段古地震特征

土右旗西段位于包頭段東側(cè)，緊鄰包頭市區(qū)。始新世以來，大青山山前斷裂新生代活動(dòng)強(qiáng)烈。史載公元849年10月，內(nèi)蒙河套地區(qū)發(fā)生了大地震，前人對大青山山前斷裂活動(dòng)特征做了一些研究。國家地震局[1]和李彥寶等[28]在土右旗西段莎木佳山前T1級臺(tái)地上開挖的探槽剖面均揭露出了4次活動(dòng)事件。但是國家地震局[1]從測量3個(gè)碳同位素年代數(shù)據(jù)的約束結(jié)果中，僅僅較為粗略地限定了4次事件。第1次事件限定在（11758 ± 94） a與（9318 ± 78） a之間；第2次事件應(yīng)該是晚于（9318 ± 78） a；第3次事件在距今（3930 ± 95） a之后；第4次事件只是據(jù)充填楔的標(biāo)志來判識。李彥寶等[28]后來也對莎木佳點(diǎn)開挖了探槽，對碳同位素再校正后的結(jié)果表示，最新一次事件發(fā)生在1920 BC至今，在7500～1500 BC之間發(fā)生了兩次事件，7500 BC之前發(fā)生一次事件。李克等[4]和聶宗笙[2]用在大青山西段，包頭市以東的鋁廠北、阿善溝門、永富村和莎木佳等地的地層斷錯(cuò)層中所采的年代數(shù)據(jù)來限定地震事件的時(shí)間。冉勇康等[7]對該段古地震事件進(jìn)行過統(tǒng)計(jì)和劃分，認(rèn)為土右旗西段古地震活動(dòng)歷史是較為完整的，但是約束古地震事件的年代數(shù)據(jù)相對欠缺。

本文探槽中揭露出了5次古地震事件，針對5次古地震事件，分別在不同層位采集了8個(gè)光釋光樣品，其年代結(jié)果見表1。該樣品的年代結(jié)果對這5次事件有較好的約束，其中最老的一次事件發(fā)生在地層U2之后，崩積楔C1之后形成的古土壤之前，因此，樣品BT09和BT10約束了該事件發(fā)生在（10.7 ± 0.74）～（34.9 ± 3.06） ka之間。第2次事件在崩積楔前后地層都有采樣品BT07和BT08，限定在（3.41 ± 0.37）～（3.66 ± 0.27） ka之間。第3次事件發(fā)生后形成崩積楔C3，并斷錯(cuò)了崩積楔之前沉積的古土壤層，同時(shí)，在之后沉積的地層U10中采到樣品BT05，古土壤層中采到樣品BT06，把該次事件限定在（2.28 ± 0.51）～（1.42 ± 0.09）ka之間。第4次事件同樣和第3次類似，在崩積楔C4之前沉積的古土壤中采到樣品BT04，把第4次古地震事件約束在（1.39 ± 0.09） ka之后。第5次事件發(fā)生后沉積了U12地層，在該層中采到樣品BT01，結(jié)合前人研究成果最終把第5次事件限定在1140～1280 a之間。同時(shí)，綜合前人在土右旗西段開挖探槽中年代學(xué)數(shù)據(jù)，并利用古地震逐次限定法（圖5），對土右旗西段斷層活動(dòng)事件進(jìn)行有效限定，得出該5次事件由老到新年代依次為：11.30～10.70 ka、9.32～8.26 ka、5.01～4.08 ka、3.60～3.41 ka、1.42～1.28 ka。

圖中TC04黑色標(biāo)識為本文數(shù)據(jù)，TC01、TC02、TC03數(shù)據(jù)引自[5， 10， 28]

前人通過對探槽和地貌的研究表明，大青山山前斷裂共發(fā)生了約22次古地震事件，其中全新世有14次，每一段古地震事件都不同。該段總體從西段斷錯(cuò)地貌來看，斷裂活動(dòng)比較明顯，而在土右旗西段自1.1萬年以來，共發(fā)生了5次古地震事件，平均重復(fù)間隔為（2.29 ± 0.36） ka[7]。Peng等[29]統(tǒng)計(jì)了前人開挖探槽中的年代數(shù)據(jù)，大青山山前斷裂在15000 年以來有6次事件發(fā)生，復(fù)發(fā)間隔為（2700 + 340） a。本文結(jié)合前人年代數(shù)據(jù)用斷層逐次限定法綜合分析，得出左右旗西段斷裂距今約11500年以來發(fā)生了5次古地震事件，平均時(shí)間間隔為2260年。

聶宗笙[2]在鋁廠北I級臺(tái)地前緣位置開挖探槽（圖2a，TC01）中得出最新的一次活動(dòng)事件斷錯(cuò)地層的年代為（1.28 ± 0.07） ka，斷距為0.5 m，并認(rèn)為這次事件為公元849年地震所致。在本文所開挖探槽中，最新的一次事件發(fā)生后形成崩積楔，年代數(shù)據(jù)把這次事件約束在1.28～1.42 ka之間，可能就是公元849年的那次地震，這與前人研究成果吻合[29]，并縮小了最近一次古地震事件約束時(shí)限。

同時(shí)，聶宗笙等[9]在阿善溝門村北I級臺(tái)地陡坎處開挖探槽（圖2a，TC02），根據(jù)斷錯(cuò)地層的年齡判定此處0.28 m的陡坎是849年地震所致，累積斷距大于1.27 m。結(jié)合本次開挖探槽最新一次事件的斷距和第2次事件累積位錯(cuò)為2.1 m，單次地震事件位錯(cuò)約在1 m左右，這與前人研究基本相符。

此外，河套斷陷帶規(guī)模大、構(gòu)造活動(dòng)比較強(qiáng)烈[1]，其北界斷裂自西向東主要包括狼山山前斷裂、色爾騰山山前斷裂、烏拉山山前斷裂、大青山山前斷裂，各個(gè)斷裂均表現(xiàn)為正斷層和階狀正斷層。據(jù)Peng等[29]最新對前人在以上各個(gè)斷裂上所開挖探槽中的年代數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和重新統(tǒng)計(jì)。在大約15000年內(nèi)，以上各個(gè)斷裂依次發(fā)生了6次、7次、8次和6次古地震，其重復(fù)周期分別為（2290 ± 580） a、（1790 ± 820） a、（1680 ± 910） a和（2700 ± 340） a，本文為2260 ± 840） a。結(jié)合前人研究成果，根據(jù)單段和多段地震地表破裂和古地震事件的數(shù)據(jù)，狼山山前斷裂和大青山山前斷裂重復(fù)周期兩者更為接近，相對應(yīng)公元849年和公元前7年的地震。在危險(xiǎn)性方面，Peng等[29]對數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，根據(jù)地震重復(fù)周期表明，河套斷陷帶主要斷裂向西和向東方向呈不同類型叢集傳播，自公元849年地震以來，色爾騰山山前斷裂似乎沒有發(fā)生較大地震，因此應(yīng)該考慮該段未來會(huì)發(fā)生較大地震的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2? 大青山西段地震危險(xiǎn)性評價(jià)及影響

前人在大青山山前斷裂西段開展過相關(guān)古地震研究（表2），其中聶宗笙等[9]對包頭段的探槽進(jìn)行了古地震研究，得出包頭段自11.3 ka以來共發(fā)生5次事件，其中最新一次事件發(fā)生在2.21～1.28 ka之間，認(rèn)為是849年發(fā)生的強(qiáng)震，平均復(fù)發(fā)間隔為1.37 ka；土右旗西段經(jīng)過本文及前人開挖探槽的結(jié)果顯示出，共發(fā)生過5次古地震事件，其中最近一次事件位于1.14 ka之前，為849年地震所致；冉勇康等[7]對土左旗西段進(jìn)行總結(jié)得出，該段距今1.1萬年以來，發(fā)生4次古地震事件，平均復(fù)發(fā)間隔時(shí)間為2.95 ka。何仲太等[8]對大青山西段研究得出該段震級上限為8級。

盡管有很多利用原始地震變形資料來推斷古地震時(shí)間和震級，但是，前人還是習(xí)慣用板內(nèi)斷裂跡線上確認(rèn)的地表破裂帶長度（SRL）和最大位錯(cuò)量來計(jì)算古地震的震級[30-31]。假如大青山斷裂西段包頭段、土右旗西段和土左旗西段發(fā)生破裂，根據(jù)地表破裂帶長度（SRL）與震級關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式[10]：MW=5.08+1.16 ×log（SRL）推算的震級分別為6.8級、6.8級和7.1級。同時(shí)根據(jù)何仲太[32]獲得包頭段和土右旗西段最大平均同震位移為1.6 m，土左旗西段最大平均同震位移為2.4 m，利用最大同震位移（AD）與震級關(guān)系經(jīng)驗(yàn)公式[10]：MW=6.93+0.82×log（AD）推算包頭段、土右旗西段和土左旗西段的震級分別為7.1級、7.1級和7.2級（表3），包頭段、土右旗西段和土左旗西段的震級范圍分別為MW 6.8～7.1、MW 6.8～7.1和MW 7.1～7.2。

結(jié)合前人文章統(tǒng)計(jì)資料（表1和表2），大青山山前斷裂西段包頭段古地震平均復(fù)發(fā)周期相對較短，土右旗西段、土左旗西段斷裂古地震平均復(fù)發(fā)周期較長，同時(shí)包頭段最晚的地震的離逝時(shí)間較長，而土右旗西段和土左旗西段離逝時(shí)間較短，從而判斷包頭段未來發(fā)生地震的概率大于土右旗西段和土左旗西段。另外，本文討論的古地震包頭段、土右旗西段和土左旗西段的震級范圍分別為MW6.8～7.1、MW6.8～7.1和MW7.1～7.2，對比何仲太等[8]對包頭段破裂長度與震級之間的特征，判定地震的震級為6.6級，震級上限為7.5級，而土右旗西段和土左旗西段潛在震級上限為8級。本文經(jīng)驗(yàn)公式得出的震級偏小，作者認(rèn)為大青山山前斷裂相鄰段落可能存在級聯(lián)破裂的現(xiàn)象，尤其是土右西段和土左西段，多次古地震事件的時(shí)間相近，存在級聯(lián)破裂，相應(yīng)的震級會(huì)高于獨(dú)段破裂的震級，故得出的潛在震級范圍總體是偏小的。綜合考慮，雖然該段潛在震級是偏小的，但是能產(chǎn)生地表破裂的大震，各段斷裂也存在發(fā)生 6～7級中強(qiáng)地震的能力，如公元前7年內(nèi)蒙包頭市地區(qū)8級地震以及849年8級地震[10， 14]，對城市造成嚴(yán)重的破壞。

從文中得出該區(qū)的古地震數(shù)據(jù)顯示，該區(qū)具有類似叢集活動(dòng)性，叢集期之間的間隔較長，而叢集期內(nèi)的間隔較短。這可能是大青山山前各段斷裂各自發(fā)生特征地震時(shí)破裂到相鄰的各段，致使其他段斷層上的地震發(fā)生，不同段落古地震活動(dòng)疊加，這些地震都集中在一個(gè)相對較短的區(qū)間內(nèi)，每次叢集地震發(fā)生后伴隨的是長時(shí)間的構(gòu)造平靜。鑒于此，在評價(jià)該區(qū)地震危險(xiǎn)性評價(jià)時(shí)，平均復(fù)發(fā)間隔只作為一個(gè)參考。因此，未來有必要結(jié)合其他多手段對大青山山前斷裂西段的危險(xiǎn)性進(jìn)行綜合評價(jià)，為該地區(qū)防震減災(zāi)工作的制定提供更為科學(xué)的依據(jù)。

5? 結(jié)論

（1）通過對大青山斷裂土右旗西段蓮花山東側(cè)進(jìn)行衛(wèi)星影像解譯、野外現(xiàn)場踏勘和探槽的開挖以及光釋光年代學(xué)數(shù)據(jù)對古地震事件的約束，認(rèn)為大青山山前斷裂土右旗西段在全新世以來斷裂有過5次古地震事件。結(jié)合前人研究成果，運(yùn)用斷層逐次限定法綜合分析，得出土右旗西段斷裂距今約11500年以來發(fā)生5次古地震事件，平均時(shí)間間隔為2260年。該段斷裂發(fā)生過5次古地震事件，第1次發(fā)生在11.30～10.70 ka之間；第2次發(fā)生在9.32～8.26 ka之間；第3次發(fā)生在5.01～4.08 ka 之間；第4次發(fā)生在3.60～3.41 ka之間；第5次事件也是最新的一次事件發(fā)生在1.42～1.28 ka之間，并且這次事件就是公元849年地震。同時(shí)，探槽揭露該段斷層呈正斷層性質(zhì)，傾角在∠58°～∠77°之間，每次地震的垂直位移平均約在0.76～1.05 m之間。

（2）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，包頭段、土右旗西段和土左旗西段未來的潛在發(fā)震能力分別為MW6.8～7.1、MW6.8～7.1和MW7.1～7.2左右，經(jīng)驗(yàn)公式所計(jì)算的震級是低估的，但是斷裂可能存在在該震級條件下，將對包頭等周緣地區(qū)產(chǎn)生較大危害，未來對該地區(qū)的地震危險(xiǎn)性值得持續(xù)關(guān)注，但是需要多方法、多手段綜合開展評價(jià)研究工作。

致謝

衷心感謝審稿專家給本文提出的建設(shè)性意見和建議。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家地震局《鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系》課題組. 鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系[M]. 北京：地震出版社，1988：251-285? ? The Research Group of Peripheral Active Fault System Around the Ordos by State Seismological Bureau. Peripheral active fault system around the Ordos[M]. Beijing：Seismological Press，1988：251-285

[2] 聶宗笙. 內(nèi)蒙古大青山山前斷裂帶西段全新世古地震的大探槽研究[M]//活動(dòng)斷裂研究（5）：理論與應(yīng)用. 北京：地震出版社，1996：125-135? ? Nie Z S. Study on Holocene paleoearthquakes along the western segment of the Daqingshan piedmont fault[M]//Research on active fault （5）：Theory and application. Beijing：Seismological Press，1996：125-135

[3] 劉群. 內(nèi)蒙古大青山山前活動(dòng)斷裂帶構(gòu)造變形特征[J]. 世界地質(zhì)，2012，31（1） ：113-119? ? Liu Q. Structural deformation characteristics of Daqingshan piedomont fault in Inner Mongolia[J]. Global Geology，2012，31（1）：113-119

[4] 李克，吳衛(wèi)民，楊發(fā)，等. 大青山山前活動(dòng)斷裂分段性研究[M]//中國地震學(xué)會(huì)地震地質(zhì)專業(yè)委員會(huì). 中國活動(dòng)斷層研究. 北京：地震出版社，1994：102-113? ? Li K，Wu W M，Yang F，et al. A study on segmentation of the Daqingshan frontal active fault[M]//Professional Committee of Seismic Geology of Seismological Society of China. Research on active faults in China. Beijing：Seismological Press，1994：102-113

[5] 馬保起，李克，吳衛(wèi)民. 大青山山前斷裂活動(dòng)的分段性研究[M]//地殼構(gòu)造與地殼應(yīng)力文集（13）. 北京：地震出版社，2001：53-60? ? Ma B Q，Li K，Wu W M. A study on segmentation of the Daqingshan frontal active fault[M]// Bulletin of the Institute of Crustal Dynamics （13）. Beijing：Seismological Press，2001：53-60

[6] 江娃利，肖振敏，王煥貞，等. 內(nèi)蒙古大青山山前活動(dòng)斷裂帶的地震破裂分段特征[J]. 地震地質(zhì)，2001，23（1）：24-34? ? Jiang W L，Xiao Z M，Wang H Z，et al. Segmentation character of seimic surface ruptures of the piedmont active fault of Mt. Daqingshan，Inner Mongolia[J]. Seismology and Geology，2001，23（1）：24-34

[7] 冉勇康，張培震，陳立春. 河套斷陷帶大青山山前斷裂晚第四紀(jì)古地震完整性研究[J]. 地學(xué)前緣，2003，10（增刊1）：207-216? ? Ran Y K，Zhang P Z，Chen L C. Research on the completeness of paleoseismic activity history since Late Quaternary along the Daqingshan piedmont fault in Hetao depression zone，North China[J]. Earth Science Frontiers，2003，10（S1）：207-216

[8] 何仲太，馬保起，盧海峰. 大青山山前活動(dòng)斷裂帶分段與潛在震源區(qū)劃分[J]. 地震地質(zhì)，2007，29（4）：765-775? ? He Z T，Ma B Q，Lu H F. Active fault segmentation and the identification of potential seismic zones along the Daqingshan piedmont fault[J]. Seismology and Geology，2007，29（4）：765-775

[9] 聶宗笙， 李克， 陳建. 大青山山前斷裂帶中、晚全新世活動(dòng)的發(fā)現(xiàn)[J]. 地質(zhì)科學(xué)， 1986（3）： 217-220? ? Nie Z S， Li K， Chen J. The discovery of the Middle and Late Holocene activitiy of the front zone of Daqingshan Mt.[J]. Scientia Geologica Sinica， 1986（3）： 217-220

[10] 吳衛(wèi)民，李克，馬保起，等. 大青山山前斷裂帶大型組合探槽的全新世古地震研究[M]//活動(dòng)斷裂研究（4）：理論與應(yīng)用. 北京：地震出版社，1995：123-132? ? Wu W M，Li K，Ma B Q，et al. Research on Holocene paleoearthquakes along the piedmont fault of Mt. Daqingshan[M]//Research on active fault （4）：Theory and application. Beijing：Seismological Press，1995：123-132

[11] 聶宗笙，任云，劉志明，等. 內(nèi)蒙古包頭市區(qū)大青山山前斷裂地震活動(dòng)斷層初步研究[J]. 現(xiàn)代地質(zhì)，2011，25（5）：938-957? ? Nie Z S，Ren Y，Liu Z M，et al. Preliminary study on seismic active faults of the Daqingshan frontal fault in Baotou City，Inner Mongolia[J]. Geoscience，2011，25（5）：938-957

[12] 中央地震工作小組辦公室. 中國地震目錄[M]. 北京：科學(xué)出版社，1971? ? Office of the Central Earthquake Working Group. China earthquake catalogue[M]. Beijing：China Science Publishing，1971

[13] 顧功敘. 中國地震目錄（公元前1831—公元1969年）[M]. 北京：科學(xué)出版社，1983：9-98? ? Gu G X. Earthquakes catalogue of China （1831 BC—1969 AD）[M]. Beijing：Science Press，1983：9-98

[14] 聶宗笙. 公元前7年內(nèi)蒙古包頭地區(qū)8級地震的初步研究[J]. 地震學(xué)報(bào)，2013，35（4）：584-603? ? Nie Z S. Preliminary investigation on the historical M8 earthquake occurred in 7 BC at Baotou，Inner Mongolia[J]. Acta Seismologica Sinica，2013，35（4）：584-603

[15] 劉正宏，徐仲元，楊振升. 大青山逆沖推覆體系含義及地質(zhì)特征[J]. 世界地質(zhì)，2001，20（3）：224-229? ? Liu Z H，Xu Z Y，Yang Z S. Daqingshan thrust system signification and its geological characteristics[J]. World Geology，2001，20（3）：224-229

[16] 冉勇康，鄧起東. 古地震學(xué)研究的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]. 科學(xué)通報(bào)，1999，44（1）：12-20? ? Ran Y K，Deng Q D. History，current situation，and development trends of paleoseismic research[J]. Chinese Science Bulletin，1999，44（1）：12-20

[17] Sieh K E. A review of geological evidence for recurrence times of large earthquakes[M]. AGU，1981：182-203

[18] 冉勇康，王虎，楊會(huì)麗，等. 中國大陸古地震研究的關(guān)鍵技術(shù)與案例解析（4）?古地震定年技術(shù)的樣品采集和事件年齡分析[J]. 地震地質(zhì)，2014，36（4）：939-955? ? Ran Y K，Wang H，Yang H L，et al. Key techniques and several cases analysis in paleoseismic studies in Chinas mainland （4）：Sampling and event analysis of paleoseismic dating methods[J]. Seismology and Geology，2014，36（4）：939-955

[19] Aitken M J. An introduction to optical dating[M]. Oxford：Oxford University Press，1998：7-18

[20] Rhodes E J. Optically stimulated luminescence dating of sediments over the past 200 000 years[J]. Annual Review of Earth and Planetary Sciences，2011，39（1）：461-488

[21] Murray A S，Olley J M. Precision and accuracy in the optical stimulated lumine-scence dating of sedimentary quartz：A status review[J]. Geochronometria，2002，21：1-16

[22] Banerjee D，Murry A S，B?tter-Jensen L，et al. Equivalent dose estimation using a single aliquot of polymineral fine grains[J]. Radiation Measurements，2001，33（1）：73-94

[23] Fattahi M，Walker R，Hollingsworth J，et al. Holocene slip-rate on the Sabzevar thrust fault，NE Iran，determined usingoptically stimulated luminescence （OSL）[J]. Earth and Planetary Science Letters，2006，245（3/4）：673-684

[24] Porat N，Duller G A T，Rivka A，et al. Recent faulting in the southern Arava，Dead Sea Transform：Evidence from single grain lumi nescence dating[J]. Quaternary International，2009，199（1/2）：34-44

[25] 賴忠平，歐先交. 光釋光測年基本流程[J] . 地理科學(xué)進(jìn)展，2013，32（5）：683-693? ? Lai Z P， Ou X J. Basic procedures of optically stimulated luminescence （OSL） dating[J]. Progress in Geography，2013，32（5）：683-693

[26] Murray A S，Wintle A G. Luminescence dating of quartz using an improved single-aliquot regenerative-doseprotocol[J]. Radiation Measurements，2000，32（1）：57-73

[27] Murray A S，Wintle A G. The single aliquot regenerative dose protocol：Potential for improvements in reliability[J]. Radiation Measurements，2003，37（4/5）：377-381

[28] 李彥寶，冉勇康，陳立春，等. 河套斷陷帶主要活動(dòng)斷裂最新地表破裂事件與歷史大地震[J]. 地震地質(zhì)，2015，37（1）：110-125? ? Li Y B，Ran Y K，Chen L C，et al. The latest surface rupture events on the major active faults and great historical earthquakes in Hetao fault-depression zone[J]. Seismology and Geology，2015，37（1）：110-125

[29] Peng H，Zhang D L，Zheng W J，et al. Recurrence and clustering of large earthquakes along the northern boundary of Ordos block：Constraining paleoearthquakes by an improved multiple trench constraining method[J]. Lithosphere，2022（1）：6823155

[30] Bonilla M G，Mark R K，Lienkaemper J J. Statistical relation among earthquake magirude，surface rupture lengh，and surface fault displacement[J]. Bulletin of the Seismological Society of America，1984，74：2379-2411

[31] Coppersmith K J，Youngs R R. Data needs for probabilistic fault displacement hazard analysis[J]. Journal of Geodynamics，2000，29（3/5）：329-343

[32] 何仲太. 大青山山前活動(dòng)斷裂帶的分段地震危險(xiǎn)性概率評估[M]//地殼構(gòu)造與地殼應(yīng)力文集（19）. 北京：地震出版社，2007：35-41? ? He Z T. Occurrence probability of characteristic earthquakes on the segments of daqingshan piedmont fault[M]//Bulletin of the Institute of Crustal Dynamics （19）. Beijing：Seismological Press，2007：35-41

Paleoseismic events and ages revealed by the Lianhuashan trench in the western section of the Tuyouqi of the Daqingshan piedmont fault

Yao Yunsheng1， 2， Wang Aiguo1， 2， *， Shao Yanxiu3， Liu Xingwang1， 2， Zhang Bo1， 2， Jia Yuanyuan4

1. Gansu Lanzhou Geophysics National Observation and Research Station， Gansu Lanzhou 730000， China

2. Lanzhou Institute of Seismology，China Earthquake Administration， Gansu Lanzhou 730000， China

3. Tianjin University， Tianjin 300072， China

4. Gansu Earthquake Agency， Gansu Lanzhou 730000， China

[Abstract]? ? ?Daqingshan piedmont fault is located in the northern margin of Hetao basin and has been active strongly since the Late Quaternary. Previous researchers had conducted extensive research on the characteristics of paleoseismic in this area， but limited by the dating techniques and the fact that there were fewer data available on the same fault profile that can effectively constrain paleoseismic events， and fewer profiles that can reveal more paleoseismic events. This paper explores the excavation of an paleoseismic trench on the east side of Lianhuashan in the western section of Tuyouqi of the Daqingshan piedmont fault， using Optically Stimulated Luminescence data， and combineing with the age data of previous exploration trenches. By using the fault successive limit method， it is found that the western section of the Tuyouqi fault has experienced five paleoseismic events approximately 11500 years ago， with an average recurrence interval of 2260 years. The five paleoseismic events in this section of the fault， from new to old， are 1.28 to 1.42 ka， 3.41 to 3.60 ka， 4.08 to 5.01 ka， 8.26 to 9.32 ka， and 10.70 to 11.30 ka， respectively. The latest event of activity should be the earthquake of 849 AD. Meanwhile， the trench exploration revealed that the fault in this section exhibits a normal fault nature， with an inclination angle between 58 and 77 degrees. According to empirical formula， the potential seismic capacity of the Baotou section， the western section of Tuyouqi， and the western section of Tuzuoqi are around MW6.8～7.1， MW6.8～7.1 and MW7.1～7.2， respectively. The magnitude obtained by the empirical formula in this paper is relatively small， and there may be cascade rupture. In the later stage， it is necessary to conduct a comprehensive evaluation of the risk of the western section of Daqingshan piedmont fault combined with other means.

[Keywords] Daqingshan piedmont fault; western section of Tuyouqi; Lianhuashan; paleoseismic trench; recurrence interval; normal fault