编者按：
本周为大家推荐《地质力学学报》2021年2期文章。此次推送的是黄飞鹏等作者的《走滑断裂百万年时间尺度位移量估计及其在阿尔金断裂系中的应用》。
作者：黄飞鹏, 张会平, 熊建国, 赵旭东
摘要：断裂滑动速率不仅是新生代构造定量研究的重要参数之一，也是地球动力学研究的重要组成部分。但现有研究普遍缺乏介于长时间尺度（>Ma）地质体累积位移和短时间尺度（晚第四纪以来）地貌单元位错以及年—十年尺度的大地测量观测之间的断裂位移量，从而造成了理解百万年时间尺度下断裂演化历史的空区。由于走滑断裂破坏了山前洪积扇与其汇水盆地组成的系统，残留的断错洪积扇会沿断裂走向在空间上不均匀地展布。据此提出3种利用断错洪积扇确定走滑断裂大规模累积位移量的方法。第一，洪积扇面积与汇水盆地面积一般符合Af=γAc（Af为洪积扇面积，Ac为汇水盆地面积，γ为常数0.5±0.35）对应关系，利用二者之比是否异常，获得断裂位错流域盆地走滑位移量；第二，利用断裂两盘的河流上下游分布相同岩性矿物组分，识别两盘对应地貌单元获得走滑位移量；第三，利用地貌单元残留标志与上游物源河道进行对比，估算走滑位移。同时，将上述3种方法应用于研究阿尔金断裂系百万年时间尺度以来的走滑位移量实例中，在现有速率分布前提下，可估算出地貌体的形成年龄，进一步验证了文中提出的走滑位移量估计方法能为精确厘定走滑断裂百万年尺度的演化历史提供新的解决途径和技术方法。
关键词：断裂滑动速率；累积位移；洪积扇；走滑断裂；阿尔金断裂系
图件及说明
图 1 断错洪积扇与上游汇水盆地异常分布恢复位移模式
如图 1中所示，汇水盆地A的规模大于洪积扇a，而汇水盆地C的规模远远小于洪积扇c，根据上述的关系式，则可判断出这一区域明显存在地貌异常，即存在水平运动的影响，导致洪积扇体的分布异常。
图 2 断裂两盘分布相同岩性矿物组分恢复位移模式
在气候干旱、植被稀少地区，多光谱卫星图像数据可以用来高效、快速地对断错洪积扇及其补给沟谷区进行岩性矿物组分填图。现有研究实验表明，多光谱短波红外(波长范围：1.6~2.5 μm)和热红外(波长范围：8.0~12.0 μm)卫星图像可以用来测绘地表岩性矿物组分(Sultan et al., 1987; Khan and Glenn, 2006)以及沉积物的岩性属性。不同种类的岩石所含矿物种类及化学特征的差异，会导致短波红外反射率和热红外波段的发射率出现相应的特征差异(傅碧宏等, 1994; 燕守勋等, 2003)，利用星载多光谱传感器可以探测这些来自不同岩性区的沉积地貌单元，在特征波段融合显示之后，可以获得探测范围内的岩性组分分布图像(图 2)。由于该方法不受沉积物年龄和岩石风化程度、破碎程度的影响(Gillespie et al., 1984)，因此，通过使用高分辨率多光谱卫星短波红外-热红外(英文简称为SWIR-TIR)图像数据，进行活动断裂附近基岩、洪积扇岩性矿物组分填图，建立跨断裂上游源区、下游堆积区的位错联系，进而定量估算断裂的位移幅度及走滑速率。
图 3 残存地貌体恢复位移模式
在出山口形成的冲洪积地貌体被山前展布的走滑断裂，尤其是活动历史很长的岩石圈断裂错断之后，不断远离原来的位置，由于气候与地表过程的长期作用，这些断错地貌体并不能得到完整保存。而且，这些断错地貌体的上游并不发育河道，或者现存的邻近上游河道并不能提供物源，那么，寻找正确的和对应的上游河道，并将残存的地貌体与其相应的上游河道出山口之间的距离进行测量，则可以获得断裂长期活动以来的累积位移量(图 3)，这对重建断裂的长期活动历史具有重要意义。
图 4 研究区地貌简图
文中主要以阿尔金断裂系为例，进行走滑断裂大规模走滑位移恢复的探讨研究。阿尔金断裂系的主要组成包括阿尔金断裂、且末河隐伏断裂、亚门-柳什断裂、江尕勒萨依断裂、红柳沟断裂、塞力克沙依断裂和三危山断裂等(国家地震局《阿尔金活动断裂带》课题组, 1992)，其中，阿尔金断裂和三危山断裂是以左旋走滑运动为主的晚第四纪活动断裂(图 4)。
图 5 野马山山前洪积扇与汇水盆地分布
通过查看卫星影像和大比例尺地质图，对肃北县东侧野马山山前的洪积扇分布情况进行了解译，发现最西侧的洪积扇(面积为42.09 km2)和其最近的上游汇水盆地(9.74 km2；图 5)之间存在明显的不匹配(比值为4.32)，已显著大于Dade和Verdeyen(Dade and Verdeyen, 2007)提出的经验值。考虑到阿尔金断裂明显左旋断错此处的一系列河谷，推测残留洪积扇的累积位移量约为16 km，根据相关学者在附近地区获得的走滑速率约10 mm/a，则可估计出该断错洪积扇的形成年代约为1.6 Ma。
图 6 民主乡岩性组分分布与位移测量图
利用软件ENVI5.3的色彩拉伸和饱和度拉伸功能处理哨兵2A的多光谱数据，能够获得阿尔金断裂在阿克塞县民主乡附近的岩性矿物成分分布的大致范围图，并利用Arcgis的水文分析模块提取这一区域的河网与上游汇水盆地，从图 6可以直观地观察到相同波谱特征的区域在断裂两侧的分布情况，因此，通过比对沿断裂两侧相同来源的岩性区域，获得了约8 km的走滑位移，根据相关学者给出的断裂走滑速率结果约10 mm/a，假定断裂走滑速率长期以来保持稳定，则可获得该断错地貌单元的形成年代约为0.8 Ma，虽然所获得结果的精度可能不高，但对于千米级别以上的位错量，所采用的处理方法所产生的误差是可以忽略不计的。当然，为了更准确地限定断错地貌的可靠来源，可以考虑利用传统的物源示踪方法，比如碎屑锆石U/Pb年代学、重矿物分析方法(程瑜等, 2018)。
图 7 三危山山前断错残存地貌单元
通过卫星影像解译(图 7)，发现三危山山前存在3处残留的断错洪积扇(图 7中绿色区域)，与上游河道进行对比，测量得出这三处断错地貌的水平位移自西向东分别为290 m，120 m和220 m，若假定三危山断裂长期以来的走滑速率保持稳定，且为0.3 mm/a，则可估算这3处地貌单元的形成年龄分别为0.97 Ma，0.4 Ma和0.73 Ma。
文章结论：
(1) 通过对洪积扇演化与断裂走滑位移响应的分析，归纳得到3种利用洪积扇与汇水盆地确定走滑断裂大规模位移量的方法：①利用洪积扇面积与汇水盆地面积之比是否相近获得走滑位移限定断裂走滑速率；②利用断裂两盘的河流上下游分布相同岩性矿物组分的地貌单元获得走滑位移；③利用残留地貌单元与物源河道进行对比获得走滑位移。
(2) 文中以阿尔金构造系为例，分别应用上述3种方法，获得肃北县东侧野马山山前断错洪积扇累积走滑位移量约16 km，形成年代约为1.6 Ma；阿克塞县民主乡附近断错相同物源的岩性地貌单元走滑位移量约8 km，形成年代为0.8 Ma；三危山山前3处断错洪积扇累积走滑位移分别有290 m，120 m和220 m，形成年代分别为0.97 Ma，0.4 Ma和0.73 Ma，为下一步选择适当的测年方法，进而精确厘定每条断裂的长期走滑速率提供参考。
(3) 这3种方法虽然能快速确定大规模的走滑位移，但由于这些断错地貌体经历了长期的地表侵蚀作用，另外，在选择多光谱卫星数据进行矿物组分识别进而确定物源时，需要考虑到黄土对冲积地貌单元的遮蔽影响，这些因素都会导致获得的位移存在一定的误差，因此，在应用这些方法时，结合传统的沉积学、矿物学和元素地球化学方法，能大大提高结果的可靠性。
第一作者简介：黄飞鹏(1993-), 男, 在读博士, 主要从事活动构造与构造地貌学研究。E-mail: huangfeipeng5@gmail.com
引用格式: 黄飞鹏, 张会平, 熊建国, 等, 2021. 走滑断裂百万年时间尺度位移量估计及其在阿尔金断裂系中的应用 [ J] . 地质力学学报,27 ( 2) : 208-217. DOI: 10. 12090 / j. issn. 1006-6616. 2021. 27. 02. 020
HUANG F P, ZHANG H P, XIONG J G, et al. , 2021, Estimation of displacements along strike-slip fault on a million-year timescale: A case study of the AltynTagh fault system [J]. Journal of Geomechanics, 27 (2) : 208-217. DOI: 10. 12090 / j. issn. 1006-6616. 2021. 27. 02. 020
