文章推荐!拉脊山北缘断裂第四纪晚期分段活动的构造地貌证据

编者按：本周为大家推荐《地质力学学报》2025年3期封面文章——张梨君等作者的《拉脊山北缘断裂第四纪晚期分段活动的构造地貌证据》。

作者：张梨君, 袁道阳, 李红强, 苏琦, 苏瑞欢, 陈艳文, 文亚猛

摘要: 拉脊山-积石山造山带是青藏高原东北缘向北东方向挤压扩展的重要弧形构造带，由拉脊山南缘断裂和拉脊山北缘断裂2条挤压逆冲断裂带共同控制。晚新生代以来，拉脊山地区构造活动强烈，形成了显著的盆-山耦合构造地貌格局，是利用构造地貌学方法研究其地貌发育演化规律和构造活动的理想地区。文章基于30 m分辨率的数字高程模型（DEM）数据，使用ArcGIS和MatLab平台以及插件工具和开源代码包，提取了拉脊山北缘（包含积石山东缘）断裂上盘105条中、小河道的河流陡峭指数（Ksn），同时提取断裂沿线54个流域的面积-高程积分（HI）。从河道的Ksn分布结果来看，整个拉脊山北缘断裂隆升速率呈自西向东总体升高的趋势，但在拉脊山北缘断裂中段出现低值，推测与日月山右旋走滑断裂的向东推挤作用在该段减弱有关，这也揭示出该区域构造活动的复杂性、差异性和分段性。通过对Ksn统计分析得到明显的分段结果，认为拉脊山北缘东段-积石山段隆升速率最快，构造活动性最强。根据拉脊山北缘流域HI空间分布特征显示，拉脊山北缘断裂山前盆地内部存在多处高值区。结合地质调查和石油勘探剖面综合解释结果，表明拉脊山北缘断裂第四纪晚期除了自身继续活动之外，已向北东延展到西宁-民和盆地和临夏盆地内部，表现为逆断裂-褶皱变形特征，这与西宁-民和盆地内部10余次中—强地震的发生有密切关联，这种构造活动的迁移特征及其地震活动值得关注。

关键词：拉脊山；积石山；河流陡峭指数；面积-高程积分值；构造地貌

图件及说明

图 1 拉脊山-积石山地区活动构造图

青藏高原东北缘是由阿尔金断裂、祁连-海原断裂和南侧的东昆仑断裂所围限的一个相对独立的活动地壳块体（图1a），区内发育了以北西西向和北北西向为主的多条不同方向和不同性质的活动断裂带，新构造活动强烈，地震活动频繁（袁道阳等，2004）。

图 2 拉脊山北缘区域Ksn空间分布图

基于DEM数据，提取拉脊山北缘（包括积石山东缘，下同）断裂上盘基岩山区长度介于1~10 km、规模大体相当的中、小河道105条，从西到东编号依次为N1—N105。基于参考凹度θref= 0.45（Stock and Montgomery，1999）获取拉脊山北缘各河道的标准化陡峭指数（Ksn）的空间分布特征（图2）。

图 3 拉脊山北缘Ksn分布散点图

对拉脊山北缘Ksn做进一步统计分析，得到其平均值为96.9，但是全段具有明显的分段差异性。从西到东，大致可分为3段，即拉脊山北缘西段、拉脊山北缘中段和拉脊山北缘东段-积石山段（图3）。

图 4 拉脊山北缘HI空间分布特征

根据恰当的汇流阈值提取了拉脊山北缘区域的河网水系和对应流域，然后通过起伏比法计算了各个流域的HI，最后通过对HI进行克里金插值得到拉脊山北缘区域HI的空间分布特征（图4）。

图 5 拉脊山北缘流域HI分布规律图

将54个流域从西到东依次编号为1—54，通过对这54个流域的HI进行数据统计，发现拉脊山北缘区域内流域HI最小值为0.21，最大值为0.55，平均值为0.36。将54个流域的HI生成散点图并做回归曲线（图5）发现，沿拉脊山北缘从西向东，HI同样呈递增趋势。

图 6 Ksn、HI与年均降雨量和高程起伏曲线对比图

沿拉脊山北缘断裂-积石山东缘断裂两侧提取20 km范围的Ksn、HI和年均降雨量条带剖面（图6a—6c）。

图 7 拉脊山-积石山Ksn、HI和岩性分布图

将拉脊山北缘（包括积石山东缘）区域抗侵蚀能力较强的岩性进行划分（图7），同时将其与拉脊山北缘中、小流域HI和Ksn分布特征进行对比发现，整个拉脊山北缘（包括积石山东缘）范围内河流的流域HI受岩性影响较小，仅40—42流域周边有少量花岗闪长岩分布，与流域HI高值有对应。

图 8 拉脊山北缘断裂西段构造活动的地貌学证据

在湟中县南的大天桥（图8a）和疙瘩湾（图8b）附近发现断裂最新活动的地貌特征主要表现为较大的逆冲断层陡坎（高度为3～5 m）和山脊冲沟左旋（约为65 m），未发现最新地貌面断错的断层陡坎或冲沟、阶地位错，由此判断该段断裂最新活动时代为晚更新世。

图 9 拉脊山北缘断裂中段构造活动的地貌证据

野外考察发现，在六台村水库（图9a）和峰堆乡（图9b）附近断裂活动形成了明显的断层陡崖、断层沟槽和垭口等新活动地貌现象，断裂穿过的半山坡上的断错台地和断层陡崖高达数米。上述现象表明，拉脊山北缘断裂中段（断裂转向处）晚更新世具有新活动的地貌表现。

图 10 拉脊山北缘东段-积石山段构造活动的地貌证据

该段断裂从亲仁乡东直到积石山县麻尼寺沟乡，呈北东向弧形挤出，随后转南东向延展（此段为积石山东缘断裂）。这一区域以往研究程度较低，袁道阳等（2005）曾在北东向区段的峡门（图10a、10b）附近考察时发现断裂在地貌上较清晰，形成小的断层垭口，断裂穿过该沟口南侧T2级阶地时形成高为2~3 m的陡坎。

图 11 拉脊山北缘典型地质剖面图

参考米拉沟、古鄯乡和积石山前的银川沟等处的石油地质勘探综合地质解释剖面或地质调查剖面图（图11）可见，晚新生代以来，拉脊山北缘除主断裂持续活动外，其挤压逆冲活动已经逐渐沿北东方向向西宁-民和盆地和临夏盆地内部扩展，形成断续分布的前展式逆冲断裂和活动褶皱带（袁道阳，2003）。

文章结论

（1）拉脊山北缘（包括积石山东缘）构造地貌演化呈现明显差异，具有自西向东逐渐年轻的趋势。根据Ksn和HI分布规律，拉脊山北缘（包括积石山东缘）的地貌演化规律具有分段差异性，具体可分为拉脊山北缘西段、拉脊山北缘中段和拉脊山北缘东段-积石山段3段。其中，拉脊山北缘东段-积石山段构造活动最新、最强烈，这与长期构造演化是一致的，印证了地貌参数提取结果的合理性，也是该区差异构造活动的地貌响应。

（2）拉脊山北缘（包括积石山东缘）构造活动特征响应着地貌演化规律，也具有分段差异性。根据地貌参数（Ksn和HI）结果，结合野外地质考察，认为拉脊山北缘断裂（包括积石山东缘断裂）自西向东构造活动强烈，具体来说，拉脊山北缘西段隆升速率稳定，构造活动除了区域挤压隆升作用外，可能还叠加了日月山断裂的走滑分量，该段断裂在晚更新世活动，性质以左旋兼逆冲为主；拉脊山北缘中段（北东向凸出段），构造隆升速率最低，此段断裂以挤压逆冲为主，为晚更新世活动，受日月山断裂影响很小；拉脊山北缘东段-积石山段（断裂弧形突出到南东转向段）构造活动强烈，断裂全新世活动，性质主要以逆冲为主兼具右旋分量。

（3）拉脊山北缘断裂（包括积石山东缘断裂）除自身第四纪晚期活动之外，还具有向山前盆地扩展发育的趋势。拉脊山北缘的西宁-民和盆地和积石山东缘的临夏盆地内部出现多处HI高值区，结合野外地质调查和石油勘探剖面综合解释，认为拉脊山北缘断裂向盆地内部挤压扩展，形成逆断裂-褶皱带，其最新构造活动可能引发了历史上10余次中—强地震活动。盆地内部这种构造活动方式及其地震活动性应当引起重视。

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张梨君，袁道阳，李红强，等，2025. 拉脊山北缘断裂第四纪晚期分段活动的构造地貌证据[J]. 地质力学学报，31（3）：411-426 doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2024125

ZHANG L J，YUAN D Y，LI H Q，et al.，2025. Tectonic geomorphological evidence of late Quaternary segmented activity along the northern margin fault of Lajishan[J]. Journal of Geomechanics，31（3）：411-426 doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2024125