河套盆地西南缘巴音恩格尔活动断裂的发现及地质意义

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.082

摘要/Abstract

摘要：

河套盆地西南缘活动断裂的研究对环鄂尔多斯断陷盆地边缘构造演化规律的认识和黄河三盛公水利枢纽地震安全性评价有着重要意义。最新地表调查发现的巴音恩格尔断裂位于内蒙古磴口县东部,长约15 km,走向北东东。断层陡坎、水系错动等构造地貌显示,巴音恩格尔断裂是以正断为主兼具右旋走滑分量的张扭性断层。通过野外地质调查、浅层面波地震以及光释光(OSL)测年等方法,查明了巴音恩格尔断裂的运动学特征及活动历史。结果显示晚第四纪以来巴音恩格尔断裂右旋错断了数条黄河支流水系,平均水平位错量179 m。断裂在(118.98±20.96)~(76.97±13.5)ka的右旋正走滑运动错断了鄂尔多斯高原夷平面和黄河高阶地,形成长2.5 km的断层陡坎;断裂最新一期活动年代为(38.20±2.3)~30 ka,以垂直位移为主,断裂错断的最新地貌是黄河支流T3阶地,平均垂直位移速率0.337 mm/a。研究表明,巴音恩格尔断裂活动造成鄂尔多斯高原夷平面渐新统乌兰布拉格组大面积出露,并主导了河套盆地西南缘黄河支流T3阶地的快速下切,在区域地貌的演化过程中扮演着重要角色。

关键词: 活动断裂, 河套盆地, 错断地貌, 光释光测年

Abstract:

The study of active faults in the southern margin of Hetao Basin can reveal the structural and geomorphological evolution of the northwestern margin of Ordos Block. Recently, we found a 15 km long ENE-trending active fault in the eastern Dengkou County, Inner Mongolia. Displacement of channels and geomorphic features suggest that the Bayanengger Fault (BEF) is a normal fault with dextral strike-slip component. The kinematic characteristics and active periods of the BEF have been identified through field work, surface wave seismic exploration, and OSL dating. The results indicate that the Yellow River tributaries were displaced dextrally, with an average horizontal displacement of 179 m since the Late Pleistocene. The normal motion with dextral strike-slip component between (118.98±20.96) ka and (76.97±13.5) ka may have formed fault scarps on the planation surface of the Ordos Plateau and high terraces of the Yellow River. The latest event of the BEF occurred in (38.20±2.3) -30 ka, which was dominated by vertical offset. The latest geomorphic surface faulted by the BEF is T3 of the Yellow River tributary. The slip rate was 0.337 mm/a. The BEF activity likely caused the exposure of the Oligocene Wulanbulage Formation on the planation surface of Ordos Plateau. It also led to the rapid incision of T3 in the southwest margin of Hetao Basin, which played an important role in the regional geomorphological evolution.

Key words: active fault, Hetao Basin, faulted landform, OSL dating

中图分类号:

P931.2

李成路, 张绪教, 武法东, 叶培盛, 卢晶. 河套盆地西南缘巴音恩格尔活动断裂的发现及地质意义[J]. 现代地质, 2023, 37(02): 340-352.

LI Chenglu, ZHANG Xujiao, WU Fadong, YE Peisheng, LU Jing. Discovery and Geological Significance of Bayanengger Active Fault in the Southern Hetao Basin[J]. Geoscience, 2023, 37(02): 340-352.

图/表 10

图1 河套盆地周缘活动断裂分布简图 F1.狼山山前断裂;F2.色尔腾山山前断裂;F3.乌拉山北缘山前断裂;F4.乌拉山山前断裂;F5.大青山山前断裂;F6.和林格尔断裂;F7.鄂尔多斯北缘断裂;F8.桌子山断裂;F9.巴音恩格尔断裂

Fig.1 DEM map of the study area, showing the rift distribution around the Hetao Basin

图2 巴音恩格尔断裂的展布及错断地貌 (a)(b)河套盆地西南缘活动断裂与不同地貌的相对位置关系;(c)巴音恩格尔断裂错断地貌的分布;(d)鄂尔多斯高原夷平面断层陡坎;(e)黄河T5阶地断层三角面;(c)图中①—⑤水系分别为水泉沟、巴拉贡沟、阿玛乌素沟、板凳口子沟、朝开沟,SW-5为浅层面波地震测线

Fig.2 Distribution of the Bayanengger Fault and the faulted landform

表1 巴音恩格尔断裂右旋错断冲沟水平位移量统计

Table 1 Horizontal displacement of the BEF

编号	冲沟名称	测量点位	水平位移量(m)	平均位移量(m)
1	朝开沟	巴音恩格尔苏木东4.5 km	145	179	激光测距
2	巴拉贡沟	巴音恩格尔苏木北3 km	170
3	阿玛乌素沟	阿玛乌素大桥北东0.8 km	151
4	板凳口子沟	阿玛乌素大桥北2.3 km	250

图3 巴音恩格尔断裂右旋错断黄河支流水系 (a)水系右旋位错分布及断裂两盘水系形态差异;(b)(b')巴拉贡沟水系右旋位错170 m;(c)(c')板凳口子沟水系右旋位错250 m

Fig.3 Tributaries of the Yellow River dextrally displaced by the BEF

图4 SW-5测线地震横波速度-深度反演结果 (a) F1鄂尔多斯北缘断裂处N2及上覆Qp3与河套盆地Qh断层接触;(b) F3巴音恩格尔断裂处E3w与E3y断层接触;(c) 鄂尔多斯高原夷平面冲沟侵蚀出露的巴音恩格尔断裂剖面;(d) 断裂擦痕及产状;(e)SW-5测线横波速度-深度反演图

Fig.4 Shear wave velocity-depth inversion of SW-5

图5 巴音恩格尔断裂西段黄河支流阶地剖面中发育的断层 (a)(b)板凳口子沟T4阶地中发育的断层;(c)板凳口子沟河流阶地分布与断裂走向; (d)(e)板凳口子沟T3阶地断层剖面及照片; (d)图中①-⑧为剖面岩性分层

Fig.5 The terraces of the Yellow River tributary, faulted by the western BEF

表2 BY-1和BY-2细颗粒光释光样品测试结果

Table 2 OSL dating results of samples BY-1 and BY-2

样品编号	U(μg/g)	Th(μg/g)	K(%)	环境剂量率(Gy/ka)	等效剂量(Gy)	年龄(ka)
BY-1	1.55±0.05	7.67±0.23	3.21±0.10	4.12±0.19	135.70±8.00	32.96±2.49
BY-2	10.90±0.33	5.62±0.17	3.18±0.10	5.99±0.27	164.60±10.80	27.49±2.19

表3 BY-3、BY-4、BY-5粗颗粒光释光样品测试结果

Table 3 OSL dating results of samples BY-3, BY-4 and BY-5

样品编号	Th(Bq/kg)	K(Bq/kg)	U(Bq/kg)	环境剂量率(Gy/ka)	等效剂量(Gy)	年龄(ka)
BY-3	21.44±0.92	849.72±40.66	8.76±4.68	3.29±0.18	33.40±3.20	10.16±1.27
BY-4	40.67±1.54	1194.86±57.02	21.69±9.65	4.73±0.28	156.80±7.70	33.14±3.23
BY-5	24.05±1.04	933.08±44.51	13.49±6.67	3.53±0.20	209.80±8.30	59.38±5.43

表4 黄河支流阶地剖面巴音恩格尔断裂垂直位移量统计结果

Table 4 Vertical displacement of the BEF in terraces of the Yellow River tributary

编号	点号
1	D0201	阿玛乌素大桥东 1 km(T4阶地)	5.7	2.76	0.337
2	D0208	阿玛乌素大桥东 1.1 km(T3阶地)	1.2
3	D0206	阿玛乌素大桥北东 0.8 km(T4阶地)	3.5
4	D0207	阿玛乌素大桥南东 1.2 km(T3阶地)	1.9
5	D0209	阿玛乌素大桥东 1.3 km(T3阶地)	1.5

图6 鄂尔多斯西北缘晚更新世以来河流沉积-下切与气候变化的对比(据文献[22])

Fig.6 Comparison of fluvial deposition-incision and climate change since the Late Pleistocene in the northwestern Ordos

参考文献 49

[1]	邓起东, 徐锡伟, 张先康, 等. 城市活动断裂探测的方法和技术[J]. 地学前缘, 2003, 10(1):93-104.
[2]	DENG Qidong, ZHANG Peizhen, RAN Yongkang, et al. Basic characteristics of active tectonics of China[J]. Science in China(Series D:Earth Sciences), 2003(4):356-372.
[3]	DENG Qidong, WEN Xueze. A Review on Researches of Active Tectonics—History, Progress and Suggestions[J]. Earthquake Research in China, 2009, 23(1):1-27.
[4]	吴珍汉, 叶培盛, 吴中海, 等. 青藏铁路沿线断裂活动的灾害效应[J]. 现代地质, 2003, 17(1):1-7.
[5]	PAUL T, PETER M. Active faulting and tectonics in China[J]. Journal of Geophysical Research, 1977, 82(20): 2905-2930. DOI URL
[6]	苏刚. 以运动地块为单元的区域地震活动研究——鄂尔多斯地块和它的地震活动[J]. 西北地震学报, 1984, 6(2):1-9.
[7]	邓起东, 尤惠川. 断层崖研究与地震危险性估计——以贺兰山东麓断层崖为例[J]. 西北地震学报, 1985, 7(1):29-38.
[8]	施炜, 刘源, 刘洋, 等. 青藏高原东北缘海原断裂带新生代构造演化[J]. 地学前缘, 2013, 20(4):1-17.
[9]	黄兴富, 施炜, 李恒强, 等. 银川盆地新生代构造演化:来自银川盆地主边界断裂运动学的约束[J]. 地学前缘, 2013, 20(4):199-210.
[10]	王俊, 李家存, 张迪. 基于多源遥感数据的古河道识别方法——以磴口地区古黄河河道为例[J]. 首都师范大学学报(自然科学版), 2019, 40(1):70-77.
[11]	苏玮, 苏瑛, 王全录. 磴口黄河大桥拟选工程场地地震影响评估[J]. 内蒙古公路与运输, 2003(3):22-24.
[12]	哈广浩, 吴中海, 马凤山, 等. 藏北改则县别若则错活动断裂的发现及其地质意义[J]. 地震地质, 2019, 41(2):436-446.
[13]	柯钦, 郭波, 王玉柱, 等. 梨树断陷边界控陷断裂活动特征及油气地质意义[J]. 复杂油气藏, 2018, 11(3):17-21.
[14]	张开建. 鄂尔多斯周缘地震活动震源机制与地震形变[J]. 山西地震, 1988(4):37-47.
[15]	江娃利. 内蒙狼山—色尔腾山山前活动断裂古地震事件识别及同震垂直位移[J]. 地壳构造与地壳应力文集, 2003(1):45-52.
[16]	江娃利, 肖振敏, 谢新生. 鄂尔多斯块体周边正倾滑活动断裂历史强震地表破裂分段[J]. 地震学报, 2000, 22(5):517-526.
[17]	杨晓平, 冉勇康, 胡博, 等. 内蒙古色尔腾山山前断裂带乌加河段古地震活动[J]. 地震学报, 2003, 25(1):62-71.
[18]	潘博. 河套断陷带北缘主要活动断裂带地震危险性研究[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2012.
[19]	梁宽. 鄂尔多斯块体西北缘晚第四纪构造活动特征研究[D]. 北京: 中国地震局地质研究所, 2019.
[20]	冉勇康, 陈立春, 杨晓平, 等. 鄂尔多斯地块北缘主要活动断裂晚第四纪强震复发特征[J]. 中国科学(D辑:地球科学), 2003, 33(增1):135-143.
[21]	李建彪. 河套盆地晚第四纪成湖环境变化与构造活动研究[D]. 北京: 中国地震局地质研究所, 2006.
[22]	王涛. 鄂尔多斯北缘河流阶地发育及其新构造运动意义[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2019.
[23]	《鄂尔多斯周缘断裂系》课题组. 鄂尔多斯周缘断裂系[M]. 北京: 地震出版社, 1988.
[24]	张永谦, 腾吉文, 王谦身, 等. 河套盆地及其邻近地域的地壳结构与深层动力学过程[J]. 地球物理学进展, 2013, 28(5):2264-2272.
[25]	HE Zhongtai, MA Baoqi, LONG Jianyu, et al. Recent ground fissures in the Hetao basin, Inner Mongolia, China[J]. Geomorphology, 2017, 295:102-114. DOI URL
[26]	丁琦. 鄂尔多斯地块周缘地震迁移特征及动力学机理研究[D]. 三河: 防灾科技学院, 2016.
[27]	李彦宝. 鄂尔多斯周缘几个盆地的构造组合及其强震响应[D]. 北京: 中国地震局地质研究所, 2013.
[28]	范俊喜. 鄂尔多斯地块运动特征研究[D]. 北京: 中国地震局地质研究所, 2002.
[29]	李建彪, 冉勇康, 郭文生. 呼包盆地第四纪地层与环境演化[J]. 第四纪研究, 2007, 27(4):632-644.
[30]	李建彪, 冉勇康, 郭文生. 河套盆地托克托台地湖相层研究[J]. 第四纪研究, 2005, 25(5):630-639.
[31]	张岳桥, 廖昌珍, 施炜, 等. 论鄂尔多斯盆地及其周缘侏罗纪变形[J]. 地学前缘, 2007, 14(2):182-196.
[32]	张岳桥, 廖昌珍, 施炜, 等. 鄂尔多斯盆地周边地带新构造演化及其区域动力学背景[J]. 高校地质学报, 2006, 12(3):285-297.
[33]	张岳桥, 施炜, 廖昌珍, 等. 鄂尔多斯盆地周边断裂运动学分析与晚中生代构造应力体制转换[J]. 地质学报, 2006, 80(5):639-647.
[34]	张岳桥, 廖昌珍. 晚中生代—新生代构造体制转换与鄂尔多斯盆地改造[J]. 中国地质, 2006, 33(1):28-40.
[35]	ZHANG Hao, HE Zhongtai, MA Baoqi, et al. The vertical slip rate of the Sertengshan piedmont fault, Inner Mongolia, China[J]. Journal of Asian Earth Science, 2017, 143:95-108. DOI URL
[36]	谢毓寿. 历史地震震级的评定[J]. 地震地磁观测与研究, 1982(3):10-13.
[37]	孙加林. 鄂尔多斯块体北部边缘发生强震的危险性[J]. 西北地震学报, 1985, 7(增1):13-23.
[38]	聂宗笙. 公元前7年内蒙古包头地区8级地震的初步研究[J]. 地震学报, 2013, 35(4):584-603.
[39]	聂宗笙, 吴卫民, 马保起. 公元849年内蒙古包头东地震地表破裂带及地震参数讨论[J]. 地震学报, 2010, 32(1):94-107.
[40]	闻学泽. 内蒙古1979年五原6.0级和1996年包头6.4级地震的震源区构造[J]. 地震地质, 2014, 36(3):586-597.
[41]	徐林硕. 河套磴口东南部水系发育与活动构造关系研究[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2020.
[42]	刘睿, 马保起. 桌子山西缘断裂的初步研究[J]. 地壳构造与地壳应力文集, 2014(1):68-82.
[43]	高泽民. 桌子山西缘断裂晚第四纪活动特征及大震危险性分析[D]. 兰州: 中国地震局兰州地震研究所, 2020.
[44]	赵希涛, 贾丽云, 胡道功. 内蒙河套地区黄河阶地与新近纪砾石层的发现及其对黄河发育、中国河流古老性与河湖共存论的意义[J]. 地质学报, 2018, 92(4):845-886.
[45]	李维东, 赵希涛, 杨艳. 黄河河套盆地段阶地砾石层的形成时代和物源分析[J]. 地球学报, 2020, 41(4):515-524.
[46]	BEN-ZION Y, SAMMIS C G. Characterization of Fault Zones[J]. Pure and Applied Geophysics, 2003, 160(3/4):677-715 DOI URL
[47]	BOS B, SPIERS C J. Effect of phyllosilicates on fluid-assisted healing of gouge-bearing faults[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2000, 184(1):199-210 DOI URL
[48]	张天琪, 吕红华, 赵俊香. 河流阶地演化与构造抬升速率——以天山北麓晚第四纪河流作用为例[J]. 第四纪研究, 2014, 34(2):281-291.
[49]	MADDY D, BRIDGLAND D R, GREEN C P. Crustal uplift in southern England: evidence from the river terrace records[J]. Geomorphology, 2000, 33(3):167-181. DOI URL