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JSG:沿海原活动断裂带滑动速率亏损

2022-01-19

晚新生代以来,在印度板块与欧亚板块持续的汇聚作用下,青藏高原及其周缘发育了一系列大型陆内走滑断裂,这些断裂在吸收和调节高原内部应变和物质迁移上起到了极其重要的作用。海原断裂作为青藏高原北东向扩展的边界断裂,是区域上一条重要的活动断裂,历史上曾发生过1920年海原M 8.0级地震,形成了长度达237 km的同震地表破裂带,造成了约30万人的伤亡,给我国人民带来了深重的灾难。2022年1月8日凌晨1时45分青海门源发生Ms 6.9级地震,据野外调查和震源机制初步推测,此次地震的发震断裂为海原断裂带西段冷龙岭断裂,形成了长度至少达20 km的同震地表破裂带,造成震中及周边地区房屋、兰新高铁等基础设施受损严重。种种迹象表明海原断裂带一直是一条活动性较强的发震断裂,对该断裂开展详细的活动构造、构造地貌和古地震研究具有重要的理论意义和现实意义。

通过对海原断裂带滑动速率研究现状的总结,发现该断裂的滑动速率沿走向自西向东具有大致递减的规律。即从冷龙岭段14±5 mm/yr (Lasserre et al., 2002)到毛毛山-老虎山段5.0-8.9 mm/yr (Yao et al., 2019),到哈斯山段3.2±0.2 mm/yr (Matrau et al., 2019),再到东部的海原断裂4.5±0.7 mm/yr (Li et al., 2019),总体上具有速率递减的特征,这一现象与GPS和InSAR等观测结果也基本一致(图1)。进一步的数理分析表明沿海原断裂带走向,断裂滑动速率的衰减梯度大约为2.65 mm/100 km (图2)。

图1. 沿海原断裂带走向的滑动速率分布特征

图2. 沿海原断裂带走向的滑动速率衰减曲线

然而异常的是,哈斯山段的滑动速率却小于其东部海原断裂带的滑动速率,这与上述规律相矛盾。通过速率衰减梯度的反算,哈斯山段的滑动速率应该在6.2 mm/yr左右,与通过高分辨位错测量和地貌定年获取的实际速率3.2±0.2 mm/yr (Matrau et al., 2019) 相差约3 mm/yr(图2)。

为了查明哈斯山段滑动速率异常的原因,中国地质科学院地质力学研究所陈鹏博士在这一地区开展了详细的活动构造填图。详细的遥感解译表明海原断裂带哈斯山段发育复杂的断层-褶皱系统。这一系统包含除主断层(F1)之外的三条不同性质的活动断层和活动褶皱,即左旋走滑断层F2、正断层F3和与主断层近于平行的分支断层F4, 以及分布在F1和F4之间的剪切褶皱P(图3)。

图3. 海原断裂带哈斯山段断层—褶皱系统

正是这一复杂的断层-褶皱系统吸收和分解了沿海原主断裂大致3 mm/yr的滑动。这一结果表明走滑断裂带,尤其是大型走滑断裂带不同段落的滑动速率,不仅取决于其相对构造位置,也部分受控于局部断层结构的复杂性。

以上研究成果发表于国际知名构造地质学期刊Journal of Structural Geology,该成果得到了国家自然科学基金(42130720, 41873063)和中国地质科学院地质力学研究所基本科研业务费(No. DZLXJK202107)的资助。

Chen, P., Shi, W., Liu, Y., Cao, X.J., 2022. Slip rate deficit partitioned by fault-fold system on the active Haiyuan fault zone, northeastern Tibetan Plateau. Journal of Structural Geology. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2022.104516.