鄂尔多斯块体西北缘晚第四纪构造活动特征研究

论文摘要

新生代初期（50Ma）,印度板块与欧亚板块发生碰撞,其后印度板块向欧亚板块持续楔入作用,致使青藏高原块体大幅度的缩短隆升,形成了现今世界最大最高的高原。在这样的推挤和楔入作用下,青藏高原至今仍在持续不断的向外扩张,但在高原隆升造山的前陆位置,高原的扩张则受到多个相对稳定的刚性地块的阻挡,如高原北部的塔里木盆地、阿拉善块体、东北缘的鄂尔多斯块体,以及东缘的四川盆地。在高原与刚性块体的接触带上往往发育了崇山峻岭,以及密集的活动断裂带,如龙门山断裂带等。但高原的隆升和扩张的影响并不仅限于高原内部和高原边界,也可以通过其与这些刚性块体的相互作用,被传递到更远的区域而转化为多种多样的构造活动。我们将这种与高原非直接接触,却因高原扩张而产生的构造活动称之为青藏高原扩张的远程效应,例如新生代塔里木盆地北部天山的活化。本文研究区鄂尔多斯块体西北缘地处青藏高原、阿拉善和鄂尔多斯三大块体相互作用的区域,距离青藏高原块体往北东方向扩展的最前缘三关口-牛首山-罗山一带,约50-450km,是研究青藏高原块体往北东方向扩展的远程效应的极佳位置。那么,青藏高原往北东向的扩展对研究区产生怎样的远程的影响?这些影响会通过什么样的方式来体现?又是通过什么样的机制来实现的呢?研究区主要发育了河套、吉兰泰、乌海和银川四个主要的活动盆地,以及阿拉善隆起、贺兰山隆起和鄂尔多斯隆起。本论文在总结前人对于银川盆地和河套盆地研究成果的基础上,对乌海盆地内部主要断裂的几何展布、活动方式、滑动速率等方面进行精细的研究,得出乌海盆地的精细结构。同时,本文重新厘定了河套盆地北边界狼山-色尔腾山山前断裂的滑动速率及断层转折处构造演化模式。通过对比河套盆地、乌海盆地和银川盆地的几何结构、活动方式,讨论它们之间的关系,结合研究区现代应力场资料、GPS观测数据和断层的活动特征,获得了较为完善的鄂尔多斯块体西北缘活动构造图像,归纳总结出该地区晚更新世至今的构造变形特征,探讨构造变形的动力学机制以及其与青藏高原北东向扩张的关系。本论文主要取得以下认识:深/浅地震反射剖面揭示,乌海盆地内黄河隐伏断裂是由两条平行的、近南北走向的正断层组成。其中东支断裂为一条向西倾的正断层,大约在深度1.21.5km左右归并到向东倾的西支断裂上;西支断裂在剖面上表现为东倾的正断层,大约在深度810km左右终止于边界断裂桌子山西缘断裂上。东、西断裂在剖面上呈“Y”字形分布,组成盆地内地堑型的沉降中心。乌兰乡钻孔揭示东支断裂上断点埋深约为26米,通达大街钻孔揭示西支断裂上断点埋深约为50.5米,二者共同揭露了黄河隐伏断裂晚更新世以来的四次古地震事件（E1-E4）,发生时间分别为25.6±0.11 ka BP,39.5±0.45–41.7±0.57 ka BP,58.25±7.13 ka BP和111±1.21 ka BP。黄河隐伏断裂为晚更新世活动断裂,其活动模式符合特征地震的发震模式,周期为16.32±3.51 ka,同震位错为2.0-2.8米。断层的平均垂向滑动速率为0.12-0.17mm/a。根据分析,断层的活动模式多样,既有东支断裂或西支断裂的单独破裂,也有它们联合活动。因黄河隐伏断裂的离逝时间已经大于特征地震的平均复发周期,我们认为黄河隐伏断裂（YRF）现今具有较高的危险性。作为乌海盆地的东边界断裂,桌子山西缘断裂在剖面上主要表现为西倾的正断层。在乌海盆地北部的千里山一带,盆地的控盆边界断裂仍表现为正断层,在盆地中发育北西向的逆断层和霍洛图背斜。我们在断裂的中部和南部选择四个点,根据同一湖相地层在断层两侧的垂直落差,计算出桌子山西缘断裂晚更新世中期（70ka）以来的平均垂直滑动速率为0.5±0.2至1.0±0.2 mm/a。在断裂中部的凤凰岭一带,断层的垂直滑动速率最大,这与乌海盆地的沉降中心一致。我们根据三道坎断层剖面上发育的擦痕,估算桌子山西缘断裂的右旋滑动速率为1.1-5.8mm/a。断层上盘软弱岩层往北北东方向的运动受盆地北部山体的阻挡,形成了NW向逆断层和霍洛图褶皱。由于断层的水平滑动速率对于理解区域构造运动特征的重要性,我们建议对该断层的水平滑动速率做进一步的研究。通过同一湖相地层在断层两侧的垂直落差计算得知:北东走向的狼山山前断裂距今65 ka以来平均垂直滑动速率为1.8±0.2至3.2±0.2mm/a。断层中段的青山镇一带断层的垂直滑动速率达到最大,并向两侧减小。在临河凹陷的西北角,北东走向的狼山山前断裂与东西走向的色尔腾山山前断裂转折处以呈阶梯状的多个断层段相连;而在临河凹陷东北角,东西走向的色尔腾山山前断裂西段与北西走向的断层东段转折处以发育大型三角状的转换斜坡的方式过渡。根据计算,我们得出研究区鄂尔多斯西北缘以阿拉善块体北部为参照的块体相对运动的几何图像。鄂尔多斯块体相对阿拉善块体北部的运动速率为1.31±0.15mm/a,方向为SE143.7°。贺兰山块体相对于阿拉善块体北部的运动速率为0.132±0.012mm/a,块体运动方向为SE123°。巴彦浩特块体相对于阿拉善块体北部往NEE76°方向运动,速度为0.231±0.022mm/a。总体来看,在青藏高原对阿拉善块体和鄂尔多斯块体往北东向的强烈的差异性挤压作用下,研究区的变形以银川-乌海-吉兰泰-河套盆地所形成的“S”型拉张区为主。同时,阿拉善块体内部次级块体间产生相对运动,但运动幅度较小。

论文目录

摘要

Abstact

第一章前言

1.1 选题意义

1.2 研究现状与存在的问题

1.2.1 银川盆地

1.2.2 河套盆地

1.2.3 乌海盆地

1.3 研究目标和拟解决关键科学问题

1.4 研究内容和技术路线

1.5 完成工作量

第二章乌海盆地内黄河隐伏断裂晚第四纪活动性及滑动速率研究

2.1 区域构造简介

2.2 研究方法

2.2.1 深地震反射剖面

2.2.2 浅层地震勘探（SSE）

2.2.3 钻孔联合剖面探测

2.2.4 第四纪测年

2.3 乌兰乡钻孔联合剖面

2.3.1 剖面布设简介

2.3.2 运用层序地层学划分和对比地层

2.3.3 断层几何形态和活动参数

2.4 通达大街钻孔联合剖面

2.4.1 剖面布设

2.4.2 层序地层学法对比钻孔地层

2.4.3 断层WYF活动证据和最新活动参数

2.5 讨论

2.5.1 结果可信度分析

2.5.2 黄河隐伏断裂的古地震序列

2.6 本章小结

第三章桌子山西缘断裂晚第四纪活动性及滑动速率研究

3.1 研究方法

3.1.1 无人机摄影测量

3.1.2 钻孔资料收集

3.1.3 海拔高程的校正

3.1.4 垂直滑动速率的计算

3.1.5 第四纪测年

3.2 桌子山西缘断裂的地质地貌特征

3.2.1 千里山段地质地貌特征

3.2.2 凤凰岭段地质地貌特征

3.2.3 岗德尔山段地质地貌特征

3.2.4 二道坎段地质地貌特征

3.3 讨论

3.3.1 桌子山西缘断裂不同区段垂直滑动速率对比

3.3.2 桌子山西缘断裂运动学特征

3.4 本章小结

第四章狼山-色尔腾山山前地貌特征与断层滑动速率研究

4.1 区域构造背景

4.2 狼山-色尔腾山山前地貌面发育特征及其形成年龄

4.3 狼山山前地貌特征及其垂直滑动速率计算

4.3.1 三贵补隆点（Site1）地貌特征

4.3.2 狼山山前断裂垂直滑动速率估算

4.3.3 狼山山前断裂与色尔腾山山前西段转折处构造演化特征

4.4 色尔腾山山前地貌特征及西段与东段转折处构造演化特征

4.4.1 团结嘎查点（Site2）地貌特征

4.4.2 乌不浪口地质地貌特征

4.4.3 神华北地质地貌特征

4.4.4 德岭山地质地貌特征

4.4.5 色尔腾山山前断裂西段与东段转折处构造演化模式

4.5 本章小结

第五章鄂尔多斯块体西北缘构造活动特征

5.1 研究区内主要活动断裂特征

5.1.1 河套盆地及其周缘断裂

5.1.2 乌海盆地及其周缘断裂

5.1.3 银川盆地及其周缘断层

5.1.4 吉兰泰盆地及其周缘断裂

5.1.5 其它断裂

5.2 鄂尔多斯西北缘主要断层滑动速率对比

5.3 鄂尔多斯西北缘构造变形特征

5.4 研究区内块体的相对运动

5.4.1 鄂尔多斯块体相对阿拉善块体的运动

5.4.2 贺兰山块体与鄂尔多斯块体之间的相对运动

5.4.3 巴彦浩特块体相对于阿拉善块体北部运动

5.4.4 巴彦乌拉山块体与贺兰山块体相对运动

5.4.5 贺兰山块体相对阿拉善块体北部的运动

5.4.6 研究区各块体相对阿拉善块体北部的运动

5.5 鄂尔多斯西北缘GPS速度场特征

5.6 本章小结

第六章主要认识及存在的问题

6.1 研究的主要认识

6.2 论文的主要创新

6.3 存在的主要问题和未来工作

参考文献

英文文献

中文文献

致谢

作者简介

博士期间参加项目

博士期间发表学术论文

文章来源

类型: 博士论文

作者: 梁宽

导师: 田勤俭,马保起

关键词: 鄂尔多斯块体西北缘,活动构造,隐伏断裂,垂直滑动速率,远程效应,构造转换

来源: 中国地震局地质研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地质学

单位: 中国地震局地质研究所

基金: 《内蒙古乌海市城市活动断层探测与地震小区划》项目

分类号: P534.63;P542

DOI: 10.27489/d.cnki.gzdds.2019.000011

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