楊曉平 李 安 黃偉亮 張 玲

(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)

天山北麓活動(dòng)背斜區(qū)河流階地與古地震事件

楊曉平 李 安 黃偉亮 張 玲

(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)

利用航空遙感照片和Google earth衛(wèi)星影像，對(duì)天山北麓獨(dú)山子活動(dòng)背斜區(qū)奎屯河兩側(cè)的河流地貌進(jìn)行解釋，結(jié)合野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，奎屯河流經(jīng)獨(dú)山子背斜段發(fā)育7級(jí)基座階地，階地基座為上新統(tǒng)獨(dú)山子組泥巖，其上部為2.5～15m厚的砂礫石層和砂質(zhì)黏土。在開挖或剝離的各級(jí)階地堆積物剖面中采集細(xì)粒堆積物樣品，實(shí)驗(yàn)室中采用細(xì)粒石英光釋光測(cè)年的簡(jiǎn)單多片再生法對(duì)每件樣品進(jìn)行測(cè)試，得到獨(dú)山子背斜區(qū) T1、T2、T3、T5、T6和 T7階地堆積上部的堆積時(shí)代分別為距今1.7、14.98、20.7～27.3、29.3～39.2、47～56和103～118ka。結(jié)合晚第四紀(jì)的氣候變化，認(rèn)為奎屯河T1～T7階地的下切形成時(shí)代分別為距今約1.7、14、20、25、30、50和100ka。獨(dú)山子-安集海斷裂帶上的古地震資料表明，距今約25ka以來(lái)發(fā)生了8次古地震事件，發(fā)生時(shí)間分別為距今2、3.4、4.3、5.8、7.5、12.8、18和24ka。對(duì)比古地震發(fā)生的時(shí)代和階地形成的時(shí)代發(fā)現(xiàn)，最新1次、第6次、第7次、第8次古地震事件發(fā)生時(shí)代分別與T1、T2、T3和T4階地形成時(shí)代大致相同。T2階地形成之后到T1階地形成之前還發(fā)生了4次古地震事件，這期間沿奎屯河沒(méi)有發(fā)育河流階地，但奎屯河快速下切約40m。我們認(rèn)為獨(dú)山子-安集海斷裂帶上古地震的發(fā)生使得其斷層上盤的獨(dú)山子背斜快速隆起，以及奎屯河河床坡度增大，從而使水流的下切能力增強(qiáng)，引起河流快速下切而形成河流階地或深切峽谷，活動(dòng)背斜段的階地序列可能反映與其相關(guān)斷裂上的古地震序列。

河流階地 古地震 同震隆升 活動(dòng)褶皺 天山

0 引言

新生代以來(lái)印度板塊和歐亞板塊碰撞使天山地區(qū)遭受了強(qiáng)烈的擠壓縮短和隆升，并形成了復(fù)雜的構(gòu)造格局，因此該區(qū)成為大陸動(dòng)力學(xué)研究的熱點(diǎn)之一(Minster et al.，1978;Avouac et al.，1993;郭召杰等，2006)。在天山北側(cè)由南向北形成3排中-新生代褶皺帶 (圖1，2)，這些褶皺帶在晚第四紀(jì)時(shí)期有不同程度的活動(dòng)，一系列河流橫切褶皺帶并發(fā)育了多級(jí)階地(鄧起東等，2000)。對(duì)河流階地的研究可以獲取構(gòu)造活動(dòng)的信息，鄂爾多斯高原、祁連山、天山和喜馬拉雅等地區(qū)第四紀(jì)構(gòu)造活動(dòng)研究新進(jìn)展就是通過(guò)對(duì)河流階地的研究取得的(Molnar et al.，1994;楊曉平等，1995，2009;程紹平等，1998;楊景春等，1998;Li et al.，1999;鄭文濤等，2000;Lave et al.，2000;Shen et al.，2001;袁慶東等，2006;Yang et al.，2007;史興民等，2008;呂紅華等，2008)。因此，河流階地的研究在創(chuàng)建構(gòu)造演化和河流發(fā)展歷史等方面有重要的意義(Merri et al.，2002;史興民等，2008)。天山北麓發(fā)育3期沖積扇，相應(yīng)的這3期洪積扇被下切之后形成天山北麓河流3級(jí)主要的階地(張培震等，1995)。對(duì)奎屯河階地的研究主要集中在河流階地的發(fā)育特征和褶皺隆升，對(duì)河流階地的形成年代只有少量的直接測(cè)年結(jié)果(Molnar et al.，1994;鄧起東等，2000;袁慶東等，2006;呂紅華等，2008)，對(duì)奎屯河等穿越活動(dòng)褶皺段的河流階地尚無(wú)系統(tǒng)的年代學(xué)研究。Ota等在1991年就提出Huon半島上重復(fù)發(fā)生的7級(jí)以上地震導(dǎo)致了該地區(qū)的第四紀(jì)隆升，并在2006年研究了Huon半島上階地的形成，認(rèn)為其形成與同震隆起有關(guān)。筆者對(duì)天山北麓的奎屯河穿越活動(dòng)褶皺段的河階地進(jìn)行了野外科學(xué)考察，精確測(cè)定了階地礫石層頂面和底面的拔河高度，系統(tǒng)采集了各階地堆積物中的測(cè)年樣品，用光釋光技術(shù)測(cè)定了階地沉積物的堆積年代，厘定了階地沉積物的堆積時(shí)代和階地的形成時(shí)代，把獨(dú)山子活動(dòng)斷裂帶中揭露出的古地震事件(毛鳳英等，1995)發(fā)生年代與階地形成年代對(duì)比，進(jìn)而對(duì)獨(dú)山子活動(dòng)褶皺的隆起提出一些新的認(rèn)識(shí)。

圖1 天山南北兩側(cè)活動(dòng)褶皺帶分布圖Fig.1 Active fold belts at both south and north sides of Tianshan.

1 構(gòu)造背景

烏魯木齊山前坳陷發(fā)育于準(zhǔn)噶爾盆地南緣，呈EW向帶狀分布，長(zhǎng)達(dá)300km以上，南北寬50～80km，是一個(gè)中新生代山前坳陷，中新生界最厚達(dá)12 000m。各時(shí)代沉降中心由老至新從東向西遷移，新生代不同時(shí)代地層之間大多為連續(xù)沉積，其中下更新統(tǒng)西域組與上新統(tǒng)獨(dú)山子組產(chǎn)狀有輕微變化，下更新統(tǒng)與中更新統(tǒng)之間則為不整合關(guān)系，顯示了最新構(gòu)造活動(dòng)。烏魯木齊山前坳陷大致以烏魯木齊市為界分為東西兩段，東段為博格達(dá)推覆構(gòu)造，西段為北天山活動(dòng)褶皺帶。北天山活動(dòng)褶皺帶南界為準(zhǔn)噶爾南緣斷裂，它是天山再生造山帶與烏魯木齊山前坳陷的分界斷裂，也是二者在地貌上的分界線。南側(cè)天山山體海拔高達(dá)3 000～4 000m，北側(cè)山前坳陷內(nèi)發(fā)育3排近EW向由背斜山嶺組成的低山-丘陵區(qū)，自南向北海拔高程分別為1 300～2 100、1 000～1 500和600～1 200m。準(zhǔn)噶爾南緣斷裂總體走向?yàn)?80°～290°，傾向S，傾角45°～75°，為一長(zhǎng)達(dá)245km的逆沖斷裂。沿?cái)嗔芽梢姽派貙幽鏇_于中新生代地層之上，斷裂在第四紀(jì)不同時(shí)期均有活動(dòng)。準(zhǔn)噶爾南緣斷裂以北，烏魯木齊山前坳陷內(nèi)最南邊的第1排逆斷裂-背斜帶被稱為齊古逆斷裂-背斜帶。在該帶以北20～30km發(fā)育了第2排逆斷裂-背斜帶，即霍爾果斯-瑪納斯-吐谷魯活動(dòng)逆斷裂-背斜帶，簡(jiǎn)稱瑪納斯逆斷裂-背斜帶。1906年瑪納斯7.7級(jí)地震時(shí)沿該逆斷裂發(fā)育了不連續(xù)的地表破裂帶和同震隆起帶(張培震等，1994)?，敿{斯逆斷裂-背斜帶西段以北10km左右處發(fā)育了第3排逆斷裂-背斜帶，即獨(dú)山子-安集?；顒?dòng)逆斷裂-背斜帶，簡(jiǎn)稱獨(dú)山子逆斷裂-背斜帶。該帶自西向東由獨(dú)山子、哈拉安德和安集海3個(gè)逆斷裂-背斜組成，其中獨(dú)山子背斜核部地層為中新統(tǒng)，兩翼地層為上新統(tǒng)及下更新統(tǒng)(圖2)。獨(dú)山子逆斷裂-背斜帶北翼陡、南翼緩，北翼發(fā)育主逆沖斷裂，斷裂上盤發(fā)育反沖逆斷裂，其中獨(dú)山子背斜北翼靠近主逆沖斷裂的中新統(tǒng)發(fā)生倒轉(zhuǎn)，斷裂切割不同時(shí)代的地層和河流階地，并使階地發(fā)生褶皺變形(鄧起東等，2000)。

圖2 北天山活動(dòng)逆斷裂-背斜帶分布圖Fig.2 Map showing active fold-and-thrust belts along the northern Tianshan.

北天山山前坳陷中發(fā)育的3排褶皺帶為一個(gè)前展式的逆沖推覆構(gòu)造，瑪納斯逆斷裂-背斜帶、獨(dú)山子逆斷裂-背斜帶分別為主滑脫斷層上2個(gè)逆沖斷坡上盤地層中的斷層相關(guān)褶皺?，敿{斯、獨(dú)山子活動(dòng)逆斷裂-褶皺帶的構(gòu)造變形，以及斷裂帶上的古地震事件記錄了天山山前推覆構(gòu)造根帶(天山山前的活動(dòng)隱伏斷坡)上的逆沖活動(dòng)和地震事件(鄧起東等，2000)。

2 方法

本文從以下幾個(gè)方面開展工作:1)利用高精度的航空遙感圖像、1/5萬(wàn)地形圖以及Google earth衛(wèi)星遙感圖像，對(duì)獨(dú)山子市西側(cè)及其以南的奎屯河沿岸進(jìn)行地質(zhì)地貌填圖，詳細(xì)劃分了奎屯河兩側(cè)的河流階地;2)在獨(dú)山子背斜段的河流階地堆積物中采集測(cè)年樣品，然后在地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室用光釋光法測(cè)定年齡;3)通過(guò)地質(zhì)樣品的測(cè)年結(jié)果和第四紀(jì)氣候變化對(duì)比，確定河流階地的形成時(shí)代;4)收集整理獨(dú)山子活動(dòng)斷裂帶上的古地震研究成果，確定晚第四紀(jì)以來(lái)的古地震發(fā)生時(shí)代;5)對(duì)比古地震時(shí)代和階地的形成時(shí)代，討論二者之間的關(guān)系。

3 河流階地分布和形成年代

3.1 活動(dòng)背斜段的河流階地

利用高精度的遙感影像，對(duì)奎屯河流經(jīng)獨(dú)山子背斜及南北兩側(cè)進(jìn)行了地貌解釋，發(fā)現(xiàn)奎屯河在獨(dú)山子背斜北側(cè)只發(fā)育1級(jí)階地，且為堆積階地，在獨(dú)山子背斜南側(cè)的向斜部位發(fā)育2級(jí)堆積階地，而流經(jīng)獨(dú)山子背斜段的奎屯河發(fā)育7級(jí)階地，均為基座階地。其中只有T6階地在獨(dú)山子背斜區(qū)及其南北兩側(cè)均有分布(圖3)。

圖3 奎屯河流經(jīng)活動(dòng)背斜段階地分布Fig.3 The distribution of Kuytun River terraces in Dushanzi active anticline area.

依據(jù)前人的研究，天山北麓發(fā)育3期沖洪積扇，相應(yīng)的這3期沖洪積扇被下切之后形成天山北麓河流的3級(jí)主要階地，而這3級(jí)階地為晚第四紀(jì)氣候變化形成的氣候階地。在天山北麓的奎屯河沿岸，其中的T7和T6階地為兩級(jí)氣候階地(張培震等1995，鄧起東等2000)。T7階地存在于獨(dú)山子背斜區(qū)和以南地區(qū)，T6階地在獨(dú)山子背斜區(qū)及其南北均有分布，且階地面寬闊。T1～T5階地僅存在于獨(dú)山子活動(dòng)背斜分布區(qū)，它們的形成與背斜的構(gòu)造隆起密切相關(guān)。

3.2 階地堆積物的年代測(cè)定

在奎屯河T1～T7階地分別采集了斷代樣品，并進(jìn)行了光釋光測(cè)年，樣品全部采集于地下0.5～1.5m，成分為含黏土的粉砂和細(xì)砂或砂質(zhì)黏土 (圖3b)。對(duì)粉砂和細(xì)砂樣品，采用直徑8cm、長(zhǎng)20cm的不銹鋼管封裝，兩頭用錫箔紙包裝;對(duì)砂質(zhì)黏土，則采集重約1.5kg的塊狀樣品，用錫箔紙包裝。各階地堆積物采樣位置的地質(zhì)剖面如圖4。上述兩種包裝的樣品外層均用膠帶密封，保持地層原始的含水量。樣品測(cè)試由地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。光釋光測(cè)年法適于測(cè)定第四紀(jì)沉積物的沉積年齡(孫洪艷等，2003)，其中細(xì)顆粒礦物簡(jiǎn)單多片再生法(SMAR)是河流階地沉積物釋光測(cè)年最為實(shí)用的方法之一(王昌盛等，2005;Lu et al.，2007)。因此，本批樣品均采用簡(jiǎn)單多片再生法測(cè)定階地堆積物的沉積年齡，測(cè)試結(jié)果見表1。

雖然細(xì)顆粒石英光釋光測(cè)年的簡(jiǎn)單多片再生法是一種有效的測(cè)定沉積物堆積年齡的方法，但由于每件測(cè)年樣品本身的不同也會(huì)導(dǎo)致同一級(jí)階地堆積物測(cè)年結(jié)果存在較大的差異。其原因主要有:1)同一級(jí)階地不同地點(diǎn)的堆積物堆積時(shí)代應(yīng)在一個(gè)特定的時(shí)間段內(nèi)，但階地堆積物的形成也不是在短時(shí)間內(nèi)完成的，而是要經(jīng)歷一定長(zhǎng)時(shí)段，先期堆積物的沉積年齡本身就大于后期形成的堆積物;2)奎屯河階地堆積物均為沖洪積物，細(xì)顆粒物質(zhì)在沉積之前受到的光曬退程度不一致，部分樣品釋光信號(hào)沒(méi)有“歸零”，導(dǎo)致同一層位中的沉積物樣品光釋光測(cè)年結(jié)果不一致;3)測(cè)年樣品顆粒的大小也是影響測(cè)年結(jié)果的原因之一，在相同的光曬退條件下，細(xì)顆粒石英樣品中較粗顆粒石英樣品的釋光信號(hào)更容易“歸零”。

另外，在奎屯河T1階地粉細(xì)砂透鏡體中發(fā)現(xiàn)一個(gè)長(zhǎng)約10cm、直徑3cm已經(jīng)炭化的樹干，地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果為距今(1.705±0.07)ka，樹輪校正區(qū)間為252～411AD。

3.3 奎屯河階地形成的年代

影響河流階地形成的主要因素是氣候變化和構(gòu)造活動(dòng)。氣候變化主要表現(xiàn)為冰期和間冰期的交替。在內(nèi)陸地區(qū)由于冰期河流流量的減少導(dǎo)致河流下切能力減弱，使得河流的侵蝕以拓寬河谷為主;間冰期河流的流量增大使得其下切能力增強(qiáng)，河流以下切河谷為主，冰期形成的沖洪積扇被下切而形成階地(Bull et al.，1990;Molnar et al.，1994)。在活動(dòng)構(gòu)造發(fā)育的地區(qū)，地殼相對(duì)穩(wěn)定時(shí)河流以側(cè)蝕為主，形成河漫灘和沖洪積層;地殼隆升階段河流以深切為主，使河漫灘轉(zhuǎn)化為階地。天山北麓穿越活動(dòng)褶皺帶的河流因褶皺的間歇性隆升會(huì)引起間歇式的側(cè)向侵蝕和下切，以及晚第四紀(jì)氣候的變化引起的河流側(cè)蝕和下切共同作用形成深切河谷和兩岸的階地地貌;而在活動(dòng)褶皺帶以北的準(zhǔn)噶爾盆地南緣，河流僅發(fā)育因氣候變化形成的區(qū)域性階地(鄧起東等，2000)。

圖4 奎屯河階地堆積物采樣位置地層剖面Fig.4 Cross sections of terrace deposits of the Kuytun River and sampling locations.(采樣點(diǎn)位置見圖3b)

階地堆積物的時(shí)代大致為晚第四紀(jì)的寒冷階段，或活動(dòng)褶皺帶隆升相對(duì)緩慢的時(shí)代，這個(gè)時(shí)期河流拓寬河谷，沖洪積砂礫石、粉質(zhì)黏土等堆積于河谷中，河流下切時(shí)代大致為晚第四紀(jì)溫暖期以及褶皺相對(duì)隆升較快階段?？秃幼阅舷虮睓M穿獨(dú)山子活動(dòng)背斜，在背斜以北的地區(qū)僅發(fā)育1級(jí)堆積階地，獨(dú)山子活動(dòng)背斜段發(fā)育7級(jí)階地，且為基座階地 (圖3，5)。野外工作中用手持GPS測(cè)定了階地采樣地點(diǎn)階地面的海拔高度，用TRUPULSETM200激光測(cè)量?jī)x測(cè)定了階地礫石層的厚度。奎屯河西岸階地橫剖面如圖5a所示。

圖5 奎屯河階地橫剖面、階地下切時(shí)代和古地震年代對(duì)比圖Fig.5 Cross profiles，incision time and paleoeathquake age of the Kuytun River terraces.

新疆和藏北地區(qū)均屬于大陸內(nèi)部干旱地區(qū)，中更新世末期以來(lái)經(jīng)歷了多次氣候的變化。斷代樣品采樣的位置均位于河流堆積物的上部，它們的光釋光測(cè)年結(jié)果應(yīng)反映了冰期、冰階、寒冷階段河流拓寬河谷，或構(gòu)造隆升相對(duì)緩慢階段的末期。之后的氣候轉(zhuǎn)暖期間，河流流量增加，或背斜構(gòu)造快速隆升階段，河流切割沖洪積物和下伏的基巖而形成基座階地。

我們?cè)诹砦闹袑?duì)奎屯河階地的下切時(shí)代進(jìn)行了詳細(xì)的討論(楊曉平等，2011)，以下簡(jiǎn)要概述奎屯河各級(jí)階地的形成時(shí)代?？秃覶7階地堆積物的測(cè)年樣品采自砂礫石層之上的黃土夾礫石層中，測(cè)年結(jié)果為距今103～118ka;采樣位置以上的黃土中未發(fā)現(xiàn)礫石和層理，因此，這個(gè)年代值應(yīng)大致代表了奎屯河T7階地沉積物的最后形成時(shí)代，之后的末次間冰期奎屯河下切形成T7階地，下切的時(shí)代推測(cè)為距今100ka左右?？秃覶6階地礫石層厚約10m，砂礫石層頂部的細(xì)砂透鏡體光釋光測(cè)年結(jié)果為距今47～56ka，推測(cè)該階地堆積物形成于距今58～75ka的末次間冰期早冰階，在末次間冰期間冰階被下切，距今約為50ka。T5階地堆積物有3個(gè)測(cè)年結(jié)果，較年輕的2個(gè)年齡值為距今29.3～39.2ka，為末次間冰期間冰階的堆積物，推測(cè)T5階地的下切時(shí)代為距今約30ka的異常溫暖階段?？秃覶3階地礫石層厚3～5m，其上部粉細(xì)砂透鏡體測(cè)年結(jié)果為距今20.7～27.3ka，應(yīng)為距今23～30ka之間的低溫期的沖洪積物，推測(cè)該級(jí)階地下切的時(shí)代為距今約20ka的末次冰盛期溫暖階段?？秃覶2階地為典型的二元沉積結(jié)構(gòu)，下部為砂礫石堆積，上部為粉質(zhì)黏土;粉質(zhì)黏土的光釋光測(cè)年結(jié)果為距今14.98ka，為末次冰后期寒冷階段的沉積，推測(cè)在距今14ka開始的末次冰后期溫暖階段被下切。T1階地為二元沉積結(jié)構(gòu)，下部細(xì)砂層中夾的黏土層14C年齡為距今8.4ka的全新世早期(鄧起東等，2000)，上部細(xì)砂透鏡體中炭化的植物殘?bào)w14C年齡為距今1.7ka，應(yīng)是全新世末氣候干濕波動(dòng)階段的堆積，推測(cè)T1階地被下切時(shí)代為全新世末干濕氣候波動(dòng)階段?？秃覶4階地堆積物測(cè)年結(jié)果為距今100ka左右，可能是測(cè)年樣品堆積之前沒(méi)有充分退火的原因，依據(jù)奎屯河階地序列關(guān)系，可以推測(cè)T4階地下切的時(shí)代約為25ka。

4 古地震事件

毛鳳英等(1995)利用逐次限定法對(duì)獨(dú)山子-安集海斷裂帶15個(gè)探槽內(nèi)揭露的古地震事件(鄧起東等，1991)進(jìn)行了綜合分析，可以確定在20ka以來(lái)至少發(fā)生過(guò)6～7次古地震事件(圖5b)。最早的一次事件(事件7)發(fā)生年代為距今 (18±2)ka，在2個(gè)探槽中發(fā)現(xiàn)了這次事件。事件6發(fā)生在距今 (12.8±1.5)ka，在2個(gè)探槽中發(fā)現(xiàn)了事件6。事件5發(fā)生在距今(7.5±0.55)ka，在4個(gè)探槽中發(fā)現(xiàn)了該次事件的遺跡。事件4發(fā)生年代為距今 (5.8±0.55)ka，在2個(gè)探槽中揭露出這次古地震事件。事件3的年代為距今 (4.3±0.12)ka，在2個(gè)探槽中發(fā)現(xiàn)了這次古地震事件的遺跡。事件2發(fā)生的年代為距今 (3.4±0.1)ka，也是在2個(gè)探槽中發(fā)現(xiàn)了這次事件。事件1發(fā)生在距今2ka左右。

距今20ka以來(lái)獨(dú)山子-安集海斷裂帶的古地震活動(dòng)在時(shí)間上是不均一，距今8ka以前只發(fā)生過(guò)2次古地震事件，重復(fù)間隔是4～5ka，距今3～8ka之間發(fā)生過(guò)4次古地震事件，重復(fù)間隔為1.5ka。即該斷裂帶上的古地震重復(fù)周期在平靜期為4～5ka，活躍期為約1.5ka，最近一次古地震事件發(fā)生在距今2ka左右(毛鳳英等，1995)。

Deng等(1996)對(duì)獨(dú)山子-安集海斷裂帶揭露的古地震事件進(jìn)行了再研究，認(rèn)為該活動(dòng)斷裂帶古地震的復(fù)發(fā)間隔為4ka左右。另?yè)?jù)鄧起東等(1991)的資料，在DTC-13探槽中還揭露出1次古地震事件，距今年代為24～27ka(圖5b)。

鄧起東等(1991)根據(jù)一次古地震事件垂直位移量，估算了獨(dú)山子斷裂帶上的古地震震級(jí)應(yīng)＞7級(jí)。

5 階地形成與古地震事件的關(guān)系

對(duì)比奎屯河獨(dú)山子活動(dòng)背斜段階地的形成時(shí)代，可以發(fā)現(xiàn)最近一次古地震事件(距今2ka)以來(lái)，奎屯河下切了7m，據(jù)T1階地堆積物距離地表0.6m深處的14C年代樣品測(cè)年結(jié)果為距今1.7ka左右，推測(cè)這次古地震事件造成獨(dú)山子背斜的強(qiáng)烈隆起而導(dǎo)致河流下切。奎屯河T2階地頂部河漫灘相堆積物底部的堆積時(shí)代為距今15ka年左右，被下切時(shí)代為距今14ka。獨(dú)山子活動(dòng)逆斷裂帶距今12.8ka左右發(fā)生過(guò)古地震事件，它可能造成獨(dú)山子背斜瞬間的快速隆起，而導(dǎo)致奎屯河的快速下切。距今3～8ka之間，獨(dú)山子-安集海斷裂帶還記錄到4次古地震事件，但在獨(dú)山子背斜段奎屯河沒(méi)有發(fā)育河流階地。推測(cè)這期間獨(dú)山子逆斷裂-背斜帶發(fā)生了多次強(qiáng)烈地震，造成獨(dú)山子背斜以平均2.7mm/a的速率快速隆起(楊曉平等，2011)，在奎屯河獨(dú)山子背斜段形成現(xiàn)今的峽谷地貌?？秃覶3階地為距今23～30ka之間的沖洪積物，階地下切的時(shí)代為距今約20ka，距今18ka左右獨(dú)山子斷裂帶發(fā)生過(guò)1次(叢)古地震事件。T4階地形成的年代為距今25ka左右，在距今24ka左右發(fā)生了1次(叢)古地震事件(圖5b，c)。

奎屯河流經(jīng)獨(dú)山子活動(dòng)背斜時(shí)還發(fā)育了T5、T6和T7階地，其中T6和T7階地是區(qū)域氣候變化形成的階地(張培震等，1995;鄧起東等，2000)。但是同樣可以看到，T6階地在獨(dú)山子背斜南、北地區(qū)為堆積階地，出露的礫石層厚度分別達(dá)290m和80m左右，而在獨(dú)山子活動(dòng)背斜段，階地礫石層厚度僅有2～20m。這種階地礫石層厚度的巨大差異說(shuō)明，T6階地礫石層在活動(dòng)背斜段地層沉積不連續(xù)，或活動(dòng)背斜隆起過(guò)程中遭受了剝蝕;也可能是活動(dòng)背斜段階地礫石層沉積速率慢，背斜南北兩側(cè)礫石層沉積速率快。推測(cè)在背斜南北兩翼T6階地礫石層中發(fā)育的生長(zhǎng)地層，記錄了T6階地礫石層堆積時(shí)段獨(dú)山子背斜的隆起過(guò)程，這期間可能伴隨多次古地震事件的發(fā)生。

T5階地被下切的時(shí)代為距今30ka左右，階地堆積物中最新的測(cè)年結(jié)果為(29.28±1.59)ka BP，二者之間的年齡差異小，或接近一致，大致可以推測(cè)為距今30ka左右，獨(dú)山子逆斷裂-背斜帶發(fā)生強(qiáng)烈的古地震事件，導(dǎo)致了T5階地堆積物的被下切。

6 結(jié)論和討論

天山北麓的獨(dú)山子活動(dòng)背斜區(qū)發(fā)育7級(jí)基座階地，它們的形成時(shí)代分別為距今100、50、30、25、20、14和1.7ka。獨(dú)山子活動(dòng)逆斷裂帶上的古地震事件發(fā)生在距今24、18、12.8、7.5、5.8、4.3、3.4和2.0ka。奎屯河T1、T2、T3和T4階地的形成與分別距今2.0、12.8、18和24ka的古地震事件相對(duì)應(yīng)。

GPS觀測(cè)資料表明，2008年汶川8.0級(jí)地震的同震隆起為5.5～7.5m(王敏等，2009)，徐錫偉等(2008，2010)測(cè)得汶川8.0級(jí)地震最大垂直位移為6.2m左右，冉勇康等(2010)在北川附近測(cè)得汶川8.0級(jí)地震的最大垂直位移為(9±0.5)m，劉靜等(2008)、李海兵等(2008)認(rèn)為汶川8.0級(jí)地震的最大垂直位移是11m?？傊?，汶川地震至少造成映秀-北川逆沖斷裂的上盤隆升了5.5m以上，甚至達(dá)到11m。這樣的垂直隆升足以增加河流在近斷裂附近的坡降，導(dǎo)致河流形成的快速下切。

獨(dú)山子逆沖斷裂的上盤為一個(gè)活動(dòng)褶皺，晚第四紀(jì)以來(lái)平均隆升速率為1.1～1.9mm/a(鄧起東等，2000)，但它的隆升速率是非均勻的(楊曉平等，2011)。我們雖然不清楚一次古地震事件造成的褶皺隆升量，也不知道地震之后河流的快速下切量。但通過(guò)古地震發(fā)生的時(shí)間和階地形成的時(shí)間對(duì)比，可以認(rèn)為古地震的同震隆起導(dǎo)致了河流的加速下切形成河流階地，它們?cè)跁r(shí)間上有很好的一致性。地震多發(fā)的時(shí)期，既是地殼活動(dòng)強(qiáng)烈的時(shí)段，也是階地形成過(guò)程中構(gòu)造因素占主導(dǎo)地位的時(shí)期。

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PALEOEARTHQUAKE EVENTS AND FORMATION OF RIVER TERRACES IN ACTIVE ANTICLINE REGION，NORTHERN PIEDMONT OF TIANSHAN MOUNTAINS，CHINA

YANG Xiao-ping LI An HUANG Wei-liang ZHANG Ling

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

Using the aerial remote sensing photos and Google earth satellite images，we find seven terraces at the both sides along the Kuytun River in Dushanzi active anticline area，northern piedmont of Tianshan.Based on the field investigation，we find that all these terraces are pedestal terraces.The rock of pedestal is Pliocene mud rock，and on the top of each terrace pedestal are the stratums of sandy gravel or sandy clay with 2.5～15m in thickness.We collected samples from deposits of all terraces for OSL(optically stimulated luminescence)geological dating using the SMAR(single-multiple-aliquot-regeneration)method on fine grains.We also performed dating using the14C method to the samples from the deposit of terrace T1of the Kuytun River.The results show that the ages of all these deposits are the later phase of the Late Pleistocene.The accumulation time of the upper stratum for T1，T2，T3，T5，T6and T7terraces is about 1.7ka，14.98ka，20.7 ～ 27.3ka，29.3 ～ 39.2ka，47 ～ 56ka and 103 ～118ka，respectively.Combining with late Quaternary climate change，we believe that the formation age for T1～ T7terraces of Kuytun River are 1.7ka，14ka，20ka，25ka，30ka，50ka and 100ka BP.Paleoearthquake data reveal that eight paleoearthquake events occurred on the Dushanzi-Anjihai reverse fault since about 25ka BP，respectively at 2ka，3.4ka，4.3ka，5.8ka，7.5ka，12.8ka，18ka and 24ka BP.Comparing the ages of paleoearthquakes and terraces，we find that the ages of the latest，the sixth，the seventh and the eighth paleoearthquake are roughly corresponding to the formation times of T1，T2，T3and T4terraces，respectively.The other four paleoearthquake events occurred during the period after the formation of T2and before the formation of T1.In this time，no terraces developed along the Kuytun River，but the Kuytun River incised rapidly for 40m.We believe that the paleoearthquake events resulted in the fast uplift of Dushanzi active anticline on the hanging wall of Dushanzi-Anjihai Fault and the increase of riverbed slope and river incision ability，which led to the formation of river terraces or deep canyons.The terrace sequence in active anticline region may reflect the paleoearthquake sequence associated with fault or blind fault.

river terrace，paleoearthquake，coseismic uplift，active fault，Tianshan

P315.2

A

0253-4967(2011)04-0739-13

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.04.001

2011-10-28收稿，2011-11-19改回。

地震行業(yè)科研專項(xiàng)(200808013)和國(guó)家自然科學(xué)基金(40572126)共同資助。

楊曉平，男，1963年生，1995年在中國(guó)地震局地質(zhì)研究所獲得理學(xué)博士學(xué)位，研究員，主要從事新生代構(gòu)造、活動(dòng)構(gòu)造和工程地震等方面的研究，電話:010-62009144，E-mail:yangxiaopingdzs@sina.com。