甘肃疏勒河冲积扇发育对构造活动的响应——兼论阿尔金断裂东端新构造活动特征
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摘要
在阿尔金断裂与祁连山北麓断裂交汇的山前平原，展布着一个大型内陆干旱型冲积扇—疏勒河冲积扇。该冲积扇以其规模巨大、发育于特殊的构造部位、扇顶被阿尔金断裂左行错动2.8km等特征而引人注目。对这一正在生长中的年轻冲积扇的发育和演化过程的研究，将深化对区域一些重要新构造问题的认识，如走滑断裂相关沉积盆地新构造变形及其动力学机制，阿尔金断裂端部的运动学特征，阿尔金走滑断裂与北祁连山逆冲断裂的构造转换关系等。
利用遥感影像和前人工作成果，通过对疏勒河冲积扇地区及邻区的第四纪地质、活动构造的调查，结合晚第四纪沉积物年龄的测定，对疏勒河冲积扇的发育与构造活动的响应以及阿尔金断裂尔端部新构造活动特征进行了研究。
一．疏勒河冲积扇的发育特征和形成过程
疏勒河穿越耸立的祁连山地，在阿尔金主断裂北侧，流经山前台地带，于4km外撒开成扇，扇体呈略向西拖延的蚌壳状。疏勒河冲积扇北被三危山所阻挡，南受南截山所限，东部边界为北西向的基岩隆起带，西与踏实河冲积扇相邻。冲积扇面积达2400km~2，表面坡度平缓，后缘发育高十余米的喇叭状侵蚀陡坎。厚500-600m的第四系沉积显示向上变粗的巨层序。早更新世砾岩在现今疏勒河峡口西侧山前带广泛出露，中晚更新世砾石层不整合覆盖其上，向北超覆于第三系及其以前地层之上，构成现今疏勒河冲积扇的主体地层。
疏勒河冲积扇发育于北东东向阿尔金主断裂、三危山断裂及与二者斜交的南截山断裂所构成的走滑断裂构造域内。在祁连山北东方向的挤压收缩变形中，阿尔金断裂作左行走滑兼向外的隆升扩展运动，三危山断裂北侧块体为被动运动的相对固定盘，与阿尔金主滑动面锐角相交的次级剪切滑动面—南截山断裂，分隔了相对抬升的山前台地和强烈拗陷的冲积平原。现今疏勒河冲积扇的主体展布于冲积平原上。
根据疏勒河冲积扇地区的沉积地层结构、变形和地貌形态特征，可初步划分出新、老两期冲积扇。老(古)冲积扇可能形成于上新世晚期至早更新世晚期，其主体沉积为玉门砾岩，堆积于上新统砂、泥岩之上。砾岩在剖面上呈楔状堆积于山前带，在平面上于疏勒河出山口两侧不对称分布，其东侧离现今疏勒河出山口约1km处就已尖灭，而西侧在出山口以西约10km的距离内却几乎沿着阿尔金主断裂分布。在古冲积扇发育、玉门砾岩沉积过程中，阿尔金断裂强烈的走滑兼逆冲运动，使山前带的玉门砾岩发生褶皱变形和位移，并在早更新世末-中更新世初形成山前台地，砾岩遭受侵蚀和剥蚀，疏勒河冲积扇扇顶向下移动约4km至吕马大坝附近，并由此丌始发育新—期冲积扇。
新一轮冲积扇，亦即现今所见的冲积扇，主要由中、晚更新世砾石层组成。中更新世以来，一方面阿尔金断裂继续作左行走滑兼向北的逆冲运动，山前台地缓慢抬升，南截山断裂北侧楔状拗陷继续发育。另一方面，由于祁连山巨大的地形高差，加之第四纪中晚期冰期与间冰期气候多次更替，疏勒河中、上游物缘区侵蚀、剥蚀作用仍强烈进行，丰富的物源，致使冲积扇沉积不断扩展和超覆，扇体不断扩大，沉积了200余米厚的砾石层。全新世时期，该冲积扇的形貌已无多大变化，在扇顶和扇中加积了一般只有几米厚的砾石层，在扇缘细土
绿洲带发育了近十米厚的砂土层。
二.红外光释光测年(IRSL)在晚第四纪冲、洪积物中的应用
通过对疏勒河等地区晚第四纪冲、洪积物的光释光测年结果的分析，认为在西北干旱、
半干旱区，寻找粗碎屑物中细颗粒砂土夹层，进行细颗粒、多测片红外释光测年，是一种有
效的晚第四纪冲、洪积物的测年方法，在数万年尺度内，与’4c等测年结果有较好的可比性。
但由于释光测年方法有其基本假定，测试样品矿物成分复杂以及冲、洪积物自身的沉积特征
等原因，测年结果有其不确定性。细颗粒多测片红外光释光测年的不确定性分析需要重点考
虑以下因素:(l)洪积相沉积物要考虑样品释光信号计时器“归零”问题;(2)样品的异常衰减
和感量变化是对测年值影响较大的因素，有可能导致样品年龄的低估。(3)环境剂量率可能需
要考虑砂土夹层和周围粗碎屑层的贡献。注重测年结果的统计学意义，多剖面、多样品的系
统采样，以及多种测试手段和方法的对比是提高测年信度的有效办法。
三.阿尔金断裂东段疏勒河水系阶地沉积物的年代和隆升速率的讨论
疏勒河水系的段家沟河、疏勒河、踏实河在流经阿尔金断裂带的不同段落，发育了级数、
高度和侵蚀速率各异的多级阶地。这些阶地主要是断块差异隆升运动的结果。以阶地、台地
为代表的地貌面的年代确定可采用’OBe和岩石漆测年方法，但目前在国内的应用还受到一定
限制。我们采用了光释光(OSL)测年和电子自旋共振(ESR)测年方法对疏勒河流域阶地沉
积物进行了年代测定，初步分析了其所代表的隆升速率。
(l)疏勒河在昌马盆地南缘发育7级阶地，光释光测年结果显示这些总高度超过IO0m
的阶地可能主要形成于4万年以内，是大雪山一香毛山强烈抬升、昌马地震带新一轮活动的
反映。由此带动盆地南缘掀斜隆升的速率为大致为3mm/a。
(2)在照壁山峡谷疏勒河保留有5级阶地。拔河高度40一6Om的T。阶地可能与
Shulehe alluvial-fan, a large alluvial fan developed in a dry inland region, is located in the range-front of the north Qilian Mountains and the east end of the Alty Tagh fault zone. Much attention has been paid to this alluvial fan due to its great size, special tectonic setting, and approximately 3 km displacement of the fan apex caused by the Altun left-lateral faults. Studies on development and evolution of this young alluvial fan that is continuously growing will make it clear for some important neotectonic problems in the region, such as neotectonic deformation and dynamic mechanism of sedimentary basins related to strike-slip faults, kinematic characteristics of one part of the Altun Fault, the relation of tectonic transform between the Altun strike-slip fault and north Qilian overthrust, etc.
Based on previous research results, interpretation of remote sensing images, investigations on Quaternary geology, active tectonics in the region of the Shulehe alluvial fan and its adjacent regions, and dating of late Quaternary sediments, this thesis studies the development of the Shulehe alluvial fan and its response to tectonic activity and characteristics of neotectonic activity in the east end of the Altyn Tagh fault.
1. Application of infrared stimulated luminescence (IRSL) dating in late Quaternary proluvial-alluvial sediments
Optical Stimulated Luminescence (OSL) dating is a technique, also a research field. Its primary supposition, theory and experimental process constrain the source of errors and uncertainties, and determine the basic requirements for sampling. Due to the importance of values of ages in theoretical studies and engineering practice, it is necessary to evaluate objectively the data of ages obtained and use them in geological studies with much caution. Fine grain and multi-aliquot IRSL dating of late Quaternary alluvial-proluvial sediments in the Shulehe region, Gansu indicates that: OSL dating using fine grains found in coarse detrital sediments in region with proluvial-fans is a very simple and easy dating method for late Quaternary sediments in dry and half-dry regions such as northwest China. Abnormal decaying and sensitivity variations of samples are important factors influencing the values of ages, and may lead to underestimation of sample ages. Concerning proluvial sediments, signal zeroing, water content a
nd rate of
environmental dose are needed to be determined again. In addition, contents of U and Pb in samples may have climatic implication. Luminescence dating is one of the useful dating techniques for late Quaternary sediments at present. Because this dating technique must settle for the three primary suppositions and there are uncertainties occurring in the process of sample collecting, dealing, measuring and analyzing, much attention must be given to statistical implication of results of dating. Systematic sampling for more samples in more than one or two sections is an important aspect of testing itself. Depositing and forming of each geomorphic unit (terrace, proluvial fan, etc.) is a process bearing possible phase changes and prolonging of time. Therefore,when using OSL ages of sediments, to determine the formation ages of geomorphic units to discuss ages of active faults and to divide tectonic erents, integrated analysis based on field work is necessary, including communication with other reseachers a great extent.
2. Ages of layered geomorphic levels in the east end of the Altyn Tagh fault and uplift rates
Uplift of the Qilian Mountains and their spreading toward northeast lead to the occurrence of a serial of layered geomorphic levels represented by alluvial-proluvail fans and stream terraces in intermountain basins and range-front plains. Although 10Be and rock varnish dating can be used to determine ages of geomorphic levels, their use is limited in China now. In the studies of ages and uplift rates of geomorphic levels along the Shulehe reaches, methods of OSL and Electron Spin Resonance (ESR) dating are adopted.
There are seven terraces of the Shulehe river, w
利用遥感影像和前人工作成果，通过对疏勒河冲积扇地区及邻区的第四纪地质、活动构造的调查，结合晚第四纪沉积物年龄的测定，对疏勒河冲积扇的发育与构造活动的响应以及阿尔金断裂尔端部新构造活动特征进行了研究。
一．疏勒河冲积扇的发育特征和形成过程
疏勒河穿越耸立的祁连山地，在阿尔金主断裂北侧，流经山前台地带，于4km外撒开成扇，扇体呈略向西拖延的蚌壳状。疏勒河冲积扇北被三危山所阻挡，南受南截山所限，东部边界为北西向的基岩隆起带，西与踏实河冲积扇相邻。冲积扇面积达2400km~2，表面坡度平缓，后缘发育高十余米的喇叭状侵蚀陡坎。厚500-600m的第四系沉积显示向上变粗的巨层序。早更新世砾岩在现今疏勒河峡口西侧山前带广泛出露，中晚更新世砾石层不整合覆盖其上，向北超覆于第三系及其以前地层之上，构成现今疏勒河冲积扇的主体地层。
疏勒河冲积扇发育于北东东向阿尔金主断裂、三危山断裂及与二者斜交的南截山断裂所构成的走滑断裂构造域内。在祁连山北东方向的挤压收缩变形中，阿尔金断裂作左行走滑兼向外的隆升扩展运动，三危山断裂北侧块体为被动运动的相对固定盘，与阿尔金主滑动面锐角相交的次级剪切滑动面—南截山断裂，分隔了相对抬升的山前台地和强烈拗陷的冲积平原。现今疏勒河冲积扇的主体展布于冲积平原上。
根据疏勒河冲积扇地区的沉积地层结构、变形和地貌形态特征，可初步划分出新、老两期冲积扇。老(古)冲积扇可能形成于上新世晚期至早更新世晚期，其主体沉积为玉门砾岩，堆积于上新统砂、泥岩之上。砾岩在剖面上呈楔状堆积于山前带，在平面上于疏勒河出山口两侧不对称分布，其东侧离现今疏勒河出山口约1km处就已尖灭，而西侧在出山口以西约10km的距离内却几乎沿着阿尔金主断裂分布。在古冲积扇发育、玉门砾岩沉积过程中，阿尔金断裂强烈的走滑兼逆冲运动，使山前带的玉门砾岩发生褶皱变形和位移，并在早更新世末-中更新世初形成山前台地，砾岩遭受侵蚀和剥蚀，疏勒河冲积扇扇顶向下移动约4km至吕马大坝附近，并由此丌始发育新—期冲积扇。
新一轮冲积扇，亦即现今所见的冲积扇，主要由中、晚更新世砾石层组成。中更新世以来，一方面阿尔金断裂继续作左行走滑兼向北的逆冲运动，山前台地缓慢抬升，南截山断裂北侧楔状拗陷继续发育。另一方面，由于祁连山巨大的地形高差，加之第四纪中晚期冰期与间冰期气候多次更替，疏勒河中、上游物缘区侵蚀、剥蚀作用仍强烈进行，丰富的物源，致使冲积扇沉积不断扩展和超覆，扇体不断扩大，沉积了200余米厚的砾石层。全新世时期，该冲积扇的形貌已无多大变化，在扇顶和扇中加积了一般只有几米厚的砾石层，在扇缘细土
绿洲带发育了近十米厚的砂土层。
二.红外光释光测年(IRSL)在晚第四纪冲、洪积物中的应用
通过对疏勒河等地区晚第四纪冲、洪积物的光释光测年结果的分析，认为在西北干旱、
半干旱区，寻找粗碎屑物中细颗粒砂土夹层，进行细颗粒、多测片红外释光测年，是一种有
效的晚第四纪冲、洪积物的测年方法，在数万年尺度内，与’4c等测年结果有较好的可比性。
但由于释光测年方法有其基本假定，测试样品矿物成分复杂以及冲、洪积物自身的沉积特征
等原因，测年结果有其不确定性。细颗粒多测片红外光释光测年的不确定性分析需要重点考
虑以下因素:(l)洪积相沉积物要考虑样品释光信号计时器“归零”问题;(2)样品的异常衰减
和感量变化是对测年值影响较大的因素，有可能导致样品年龄的低估。(3)环境剂量率可能需
要考虑砂土夹层和周围粗碎屑层的贡献。注重测年结果的统计学意义，多剖面、多样品的系
统采样，以及多种测试手段和方法的对比是提高测年信度的有效办法。
三.阿尔金断裂东段疏勒河水系阶地沉积物的年代和隆升速率的讨论
疏勒河水系的段家沟河、疏勒河、踏实河在流经阿尔金断裂带的不同段落，发育了级数、
高度和侵蚀速率各异的多级阶地。这些阶地主要是断块差异隆升运动的结果。以阶地、台地
为代表的地貌面的年代确定可采用’OBe和岩石漆测年方法，但目前在国内的应用还受到一定
限制。我们采用了光释光(OSL)测年和电子自旋共振(ESR)测年方法对疏勒河流域阶地沉
积物进行了年代测定，初步分析了其所代表的隆升速率。
(l)疏勒河在昌马盆地南缘发育7级阶地，光释光测年结果显示这些总高度超过IO0m
的阶地可能主要形成于4万年以内，是大雪山一香毛山强烈抬升、昌马地震带新一轮活动的
反映。由此带动盆地南缘掀斜隆升的速率为大致为3mm/a。
(2)在照壁山峡谷疏勒河保留有5级阶地。拔河高度40一6Om的T。阶地可能与
Shulehe alluvial-fan, a large alluvial fan developed in a dry inland region, is located in the range-front of the north Qilian Mountains and the east end of the Alty Tagh fault zone. Much attention has been paid to this alluvial fan due to its great size, special tectonic setting, and approximately 3 km displacement of the fan apex caused by the Altun left-lateral faults. Studies on development and evolution of this young alluvial fan that is continuously growing will make it clear for some important neotectonic problems in the region, such as neotectonic deformation and dynamic mechanism of sedimentary basins related to strike-slip faults, kinematic characteristics of one part of the Altun Fault, the relation of tectonic transform between the Altun strike-slip fault and north Qilian overthrust, etc.
Based on previous research results, interpretation of remote sensing images, investigations on Quaternary geology, active tectonics in the region of the Shulehe alluvial fan and its adjacent regions, and dating of late Quaternary sediments, this thesis studies the development of the Shulehe alluvial fan and its response to tectonic activity and characteristics of neotectonic activity in the east end of the Altyn Tagh fault.
1. Application of infrared stimulated luminescence (IRSL) dating in late Quaternary proluvial-alluvial sediments
Optical Stimulated Luminescence (OSL) dating is a technique, also a research field. Its primary supposition, theory and experimental process constrain the source of errors and uncertainties, and determine the basic requirements for sampling. Due to the importance of values of ages in theoretical studies and engineering practice, it is necessary to evaluate objectively the data of ages obtained and use them in geological studies with much caution. Fine grain and multi-aliquot IRSL dating of late Quaternary alluvial-proluvial sediments in the Shulehe region, Gansu indicates that: OSL dating using fine grains found in coarse detrital sediments in region with proluvial-fans is a very simple and easy dating method for late Quaternary sediments in dry and half-dry regions such as northwest China. Abnormal decaying and sensitivity variations of samples are important factors influencing the values of ages, and may lead to underestimation of sample ages. Concerning proluvial sediments, signal zeroing, water content a
nd rate of
environmental dose are needed to be determined again. In addition, contents of U and Pb in samples may have climatic implication. Luminescence dating is one of the useful dating techniques for late Quaternary sediments at present. Because this dating technique must settle for the three primary suppositions and there are uncertainties occurring in the process of sample collecting, dealing, measuring and analyzing, much attention must be given to statistical implication of results of dating. Systematic sampling for more samples in more than one or two sections is an important aspect of testing itself. Depositing and forming of each geomorphic unit (terrace, proluvial fan, etc.) is a process bearing possible phase changes and prolonging of time. Therefore,when using OSL ages of sediments, to determine the formation ages of geomorphic units to discuss ages of active faults and to divide tectonic erents, integrated analysis based on field work is necessary, including communication with other reseachers a great extent.
2. Ages of layered geomorphic levels in the east end of the Altyn Tagh fault and uplift rates
Uplift of the Qilian Mountains and their spreading toward northeast lead to the occurrence of a serial of layered geomorphic levels represented by alluvial-proluvail fans and stream terraces in intermountain basins and range-front plains. Although 10Be and rock varnish dating can be used to determine ages of geomorphic levels, their use is limited in China now. In the studies of ages and uplift rates of geomorphic levels along the Shulehe reaches, methods of OSL and Electron Spin Resonance (ESR) dating are adopted.
There are seven terraces of the Shulehe river, w
引文
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7．甘肃省地质局．1980．安西幅区域水文地质普查报告(1：20万)．
8．甘肃省地质局．1980．报恩寺幅综合水文地质图说明(1：20万)．
9．甘肃省地质局．1994．河西走廊西段诸盆地水文物探综合研究报告．
10．甘肃省地质局．1995．1：50万甘青交界祁连山西段区域水文地质调查报告．
11．甘肃省地质局．1995．红柳峡幅万地质图说明书(1：5万)．
12．甘肃省地质局．1982．昌马幅区域水文地质普查报告(1：20万)
13．任收麦．2002．阿尔金断裂运动学特征与活动时间的约束，吉林大学博士学位论文．
14．西北石油勘探开发科学研究院．2000．蒙甘青地区中新生代板块构造演化与含油气盆地综合研究．
15．王昌桂，罗平，陈发景，等．1998．《中国北方侏罗系石油地质综合评价与勘探目标选择》阶段成果，中国北方侏罗系科技工程项目．
16．王峰．2002．阿尔金断裂带晚第四纪滑动速率及其地震地表破裂分段特征．中国地震局地质研究所博士生论文．
17．陈文彬．2002．河西走廊及邻近地区最新构造变形基本特征及构造成因分析．中国地震局地质研究所博士生论文．
18．张培震．2002．青藏高原东北缘晚新生代构造变形及形成过程．国家自然科学基金申请书．
19．赵华．1999．华北晚第四纪黄土及水沉积物光释光测年研究．中国科学院两安黄土与第
四纪地质国家重点实验室博士学位论文．
20．中国地震局兰州地震研究所．2000．祁连山中东段重点监视区孕震活动构造的定量研究与地震危险性评价．
21．中国石油天然气集团总公司．1997．敦煌盆地油气资源早期评价．
22．中国石油天然气集团总公司．1997．敦煌盆地西部重力、电法勘探成果报告．
23．中国石油天然气集团总公司．1998．阿尔金走滑构造域与沉积盆地评价．
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