引言

柴达木盆地是青藏高原内部最大的压陷型盆地，盆地周缘被柴达木盆地北缘断裂、柴达木盆地南缘断裂、阿尔金断裂围限（图1），对其构造成因进行研究可以揭示青藏高原形成机制和生长历史（尹安等，2007）。综合格尔木-额济纳旗地学断面等综合地质和地球物理研究成果，可以还原柴达木盆地的深部构造特征。已有研究分析认为，青藏高原地区在受到印度洋板块的水平向强烈挤压和高原地区重力势能的作用下，柴达木盆地北侧的祁连山和南侧的昆仑山分别逆冲到了柴达木盆地之上（高锐等，1995，2001；袁道阳，2003；段博儒等，2020），因此柴达木盆地南北侧均发育逆冲推覆构造。其中，柴北缘山前逆断层推覆于中、新生代地层之上，如锡铁山断裂逆冲推覆于第三系紫红色砂砾岩之上，柴达木盆地南缘断裂使得东昆仑山推覆于盆地之上，二者共同组成的逆冲推覆构造使得柴达木盆地大幅沉降。

图 1  柴达木盆地南缘构造

Figure 1.  Sketch tectonic map of the southern fringe of Qaidam basin

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以往对柴达木块体边界断裂的研究多集中在块体北缘，对南缘断裂研究程度较低，且活动性存在争议。柴达木盆地南缘断裂带是柴达木盆地与东昆仑构造带的分界断裂，断裂带西起甘森镇乌拉尔，经乌图美仁、塔尔丁至格尔木后转为近EW向，终止于诺木洪以东，全长约500 km（李国佑等，2017）。受板块推挤作用和阿尔金断裂带左旋走滑活动的影响，断裂带表现为逆冲性质（汤良杰等，2002；周保等，2009）。在小灶火附近沿该断裂附近曾发生1952年10月6日6.0级、1980年7月13日5.1级、1986年12月21日5.3级地震；小灶火以东沿带无中强地震活动，与格尔木段相比较，小灶火段小震频发，呈丛集分布 ¹。

据前人资料该断裂带由一系列规模不等的次级断裂斜列组合而成，断裂在地表无明显的活动遗迹，但两侧地貌反差醒目。该断裂地处高海拔地区，自然条件恶劣，无历史地震相关记录，研究程度较低。前人认为柴达木盆地南缘断裂为隐伏断裂，作者结合遥感影像和野外实地考察，发现断裂在小灶火一带出露地表，小灶火以东至格尔木市未见地表出露。针对小灶火段，采用槽探的方式探究其活动性；针对格尔木隐伏段，将人工地震勘探和钻孔联合剖面探测相结合，同时结合年代学测试结果探究其活动性。该断裂晚第四纪活动特征研究对于认识和理解柴达木盆地构造演化的地球动力学机制具有重要意义。

1.   格尔木隐伏段晚第四纪活动性

格尔木隐伏段自大灶火向东，经格尔木至诺木洪一带，格尔木市及其外围有多条石油地震勘探测线，这些地震测线揭示了柴达木盆地南缘断裂位置和构造样式，如长达75 km的97424地震测线时间剖面变密度图 ²解译出的f1、f2和f3即为柴达木盆地南缘断裂3条大的分支断裂，其中f1断裂紧靠昆仑山山前，断层南倾，深部为基岩断裂，浅部为古生界岩浆岩、变质岩与新生界沉积地层相接触，老地层超覆于新地层之上，地貌上为昆仑山与柴达木盆地间的分界线；f2断裂距f1断裂约7 km，断层南倾较陡，深部为基岩断层，上断点错开新生界沉积地层但较f1略深；f3断裂距f2约3 km，断层南倾也较陡，为基岩断层，为古生界基岩与新生界沉积地层接触，未错断顶部新生界（图2）。f1、f2和f3共同构成柴达木盆地南缘断裂系，符合逆冲叠瓦构造的基本特征（上断点投影位置如图3所示）。为验证柴达木盆地南缘断裂的最新活动性，收集了研究区针对f2、f3断点的浅层地震测线，补充探测了针对f1断裂的测线。

图 2  97424石油地震测线时间剖面变密度图

Figure 2.  Petroleum seismic survey profile 97424

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图 3  地球物理勘探测线分布

Figure 3.  Distribution of geophysical exploration survey lines

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格尔木市地震小区划项目专题研究曾针对f2、f3断点布设浅层地震测线Lg1，据其深度解释剖面图上f3断点埋深约500 m，f2断点埋深约320 m。本次补充了针对f1断点的浅震测线Glm2，测线位置如图3所示。

浅层地震Glm2测线由北向南布设，其长度为1 800 m。图4为Glm2测线的反射波叠加时间剖面及其深度解释剖面。该测线反射波叠加时间剖面的信噪比不是太高，根据剖面反射波场特征，隐约可看到3～4组特征较为明显的地层反射，分别以T₀、T₁、T₂和T₃标出。这些反射层在剖面上总体呈近水平展布形态，在断层附近可看到断层两侧的反射同相轴数目和界面产状明显不同，且在断裂上升盘一侧地层明显抬升。该测线揭示的FP1断裂即为图2中的f1断裂，是南倾的逆断层，上断点大约位于测线480 m位置处，据深度解释剖面图埋深约为80 m。

图 4  Glm2测线反射波叠加时间和深度解译剖面

Figure 4.  Interpretation profile of reflection wave superposition time and depth of line Glm2

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根据浅层地震Glm2的探测结果，综合石油地震剖面和浅层地震测线可以看出3条分支断裂（f1～f3）靠近盆地一侧更早形成，变形强烈，新的逆冲断裂发育在老的逆冲断裂之上，断裂带的新活动通常向推覆体后缘的新生构造带迁移，因此认为柴达木盆地南缘断裂具后展式逆冲推覆特征。

自20世纪90年代利用钻孔联合剖面探测隐伏活动断裂以来，经不断完善和改进，逐渐形成了科学的技术路线。钻孔联合剖面探测可准确厘定断裂位置，确定上断点具体埋深和断层最新活动时代，是验证地球物理勘探结果的有效手段（刘华国等，2022；张扬等，2022）。本文为验证Glm2的浅震结果，在FP1上断点两侧布设8个钻孔，最大孔深97 m，孔间距为34.2～39.8 m，剖面长度267.8 m，总进尺733 m，钻孔联合剖面如图5所示。

图 5  格尔木河钻孔联合剖面图

Figure 5.  The composite drilling section near Golmud river

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由图5可知，50 m以浅主要由辫状河道沉积、风成砂和湖相沉积组成，属典型的三岔河组沉积，50 m以下为不同颜色的角砾沉积物互层，在钻孔揭示的深度范围内，未见地层错动迹象。OSL测年结果显示深度在40 m位置的GEMzk3-1样品年龄值为（94.2±10.44）ka BP，50 m以下存在的多个标志层均为正常波动起伏，未见断层扰动迹象，这说明断层至少晚更新世以来的地层未发生过错动。不同学者在本区域用OSL方法测量沉积物年龄一致性较好（吴锡浩等，1982；王岸等，2003；陈艺鑫等，2011），这表明OSL是研究格尔木流域河流沉积物年龄测定的有效方法，年龄测试结果是可信的。

2.   小灶火段探槽开挖结果分析

小灶火断层段地貌上有一定显示，断续发育一些数米高的断层陡坎，由小灶火向西北延伸约20 km，由多条斜列的分支断裂组成，各分支断层规模不同且展布方向有差别，但总体走向北西，平面展布为舒缓弧形，为典型的逆断层特征，陡坎在不同期次的地貌面上高3～8 m（图6）。

图 6  断层地貌及地形测量

Figure 6.  The fault landform and topographic measurement on site

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2.1   探槽开挖情况

小灶火河是研究区较大的常年性河流，发源于东昆仑中段北坡，上游河谷呈“V”字型，下游河谷宽缓，河床沟谷宽1～3 km，下游河段发育多级阶地，其中小灶火附近发育有5级阶地。末次冰期至末次冰盛期之间昆仑山北麓持续发育有冰川，这一时期沉积了厚达几百米的三岔河组沉积，末次冰盛期之后进入晚冰期和全新世，此时河流开始下切，形成河流阶地。根据前人资料昆仑山北麓地区普遍发育5级阶地，T5级阶地主要为堆积阶地，其物质为三岔河组沉积，T1、T2、T3、T4级阶地均为基座阶地，以三岔河组沉积作为基座。

探槽位于小灶火河T5级阶地上，此处断层陡坎线性明显，走向北西，陡坎向西北延伸约20 km（图8，位置如图1、图7）。探槽长约15 m，深约5 m，选取断面清晰的东壁进行了清绘、解译以及年龄样品7的采集和测试。探槽内地层如下：①灰白色中细砂，局部已完全胶结，形成“细砂盐壳”；②中粗砂含砾石层，具水平层理，局部有胶结，层厚约2.5 m；③细砂透镜体，局部有薄层粗砂砾；④细砂透镜体，砂质较纯；⑤砾石层，磨圆较好、有分选，粒径2～5 cm，局部有10 cm的大砾石；⑥中粗砂含砾石层，具水平层理。

图 7  小灶火河流阶地遥感影像解译（卫星影像来自Google Earth）

Figure 7.  Satellite imagery of the fluvial terraces in Xiaozaohuo

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图 8  小灶火探槽剖面

Figure 8.  Paleo-seismic trench profile of Xiaozaohuo

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探槽中记录了至少2次地震事件，第一次事件发生后层③堆积，之后分支F1和F4右支错断至地表产生第二次破裂事件，后层①堆积。目前测年结果较少，但可以明确这两次事件均发生在层④堆积之后和层①堆积之前，层④的细砂透镜体光释光年龄为（37.3±4.02）ka BP，因此该段落晚更新世晚期以来发生过2次破裂事件，坎前的灰白色中细砂光释光年龄为（9.06±1.34）ka BP，可知该段落全新世以来未发生破裂事件。

2.2   东昆仑山北坡河流阶地年龄分析

东昆仑山北坡普遍发育5级阶地，阶地的发育受相同因素控制，因此据前人研究同级阶地的年龄一致性很强（表1）。分析认为小灶河T5级阶地是形成于晚更新世晚期的堆积阶地，该阶地沉积物在整个东昆仑北坡分布稳定，因此可根据区域河流阶地测年结果，取其年龄值为（16.1~18.4.0）ka BP，而陡坎仅见于T5级阶地上，并未延伸至T3级阶地，同样可知该断裂晚更新世晚期有过活动，而全新世以来未错断至地表，与探槽内得到的结果是一致的。

表 1  东昆仑北坡河流阶地年龄

Table 1.  Ages of fluvial terraces in North slope of Eastern Kunlun Mountains

河流名称	阶地年龄/ka BP					参考文献
	T5	T4	T3	T2	T1
哈图河	18.4±2.5	13.3±1.2	—	—	—	王岸等（2003）
诺木洪河	21.9±2.9	—	10.9±1.3	10.4±1.4		王岸等（2003）
昆仑河	23.8±2.28	—	12.9±1.3	8.8±1.0	4.91±0.1	吴锡浩等（1982）
			13.27±0.65
格尔木河	16.1±2.0	13.0	11.1±1.1	—	4.3±0.4	陈艺鑫等（2011）

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3.   断裂活动性综合分析与结论

综合野外调查结果和遥感影像可以看出，柴达木盆地南缘断裂大致可以分为两个独立的段落，小灶火附近出露地表的段落为晚更新世活动断裂，格尔木隐伏段晚更新世以来不活动。

对于小灶火段，探槽开挖并采集年龄样品进行研究，结合不同学者东昆仑山北麓河流阶地的年龄研究结果，得出小灶火段晚更新世活动的结论。对于格尔木隐伏段，在石油物探资料得到3个主断点的基础上，收集和补充了浅层地震探测，并对埋深最浅的断点使用钻探手段加以验证，结合年龄样品测试结果，得出格尔木隐伏段晚更新世以来不活动的结论。

柴达木盆地南缘断裂又称昆北断裂，沿整个东昆仑山北麓展布，整条断裂活动性明显西强东弱的构造特征，主要表现在柴达木盆地南缘断裂在小灶火附近出露地表，陡坎断续延伸20 km，陡坎高3～8 m；小灶火以东为隐伏段，未见出露地表。结合现代小震分布来看，小灶火附近地震分布更加集中，这种特征表明在现今应力环境下，小灶火段活动性更强。在研究区近南北向挤压应力长期持续作用下，柴达木盆地南北两侧断裂构造基本以挤压逆冲性质为主。柴北缘和东昆仑一系列逆冲断裂靠近盆地一侧活动性更强，柴达木盆地南缘断裂与之不同，盆地一侧埋深更大，具后展式逆冲推覆构造特征。