銀川盆地東南緣面子山—清水營斷裂活動性

武治群　雷啟云　杜鵬　劉超　邵禎　李澤山

[摘要]? ? 研究銀川盆地的構造活動特征對于認識青藏、鄂爾多斯和阿拉善3大地塊的相互作用具有重要意義。銀川盆地東南緣的面子山—豬頭嶺一帶地形高差顯著，影像上線性明顯，可能發育一條未知的活動斷裂。本文沿面子山—清水營一線開展了野外地質調查、探槽開挖和地層年代測試等工作，結果表明：銀川盆地東南緣發育面子山—清水營斷裂，全長50 km，以豬頭嶺北為界，分為面子山斷層和清水營斷層兩段。面子山斷層以高角度正斷為主，斷層擦痕顯示具有左旋走滑運動，走向北東，跨斷層數條沖溝顯示具有左旋扭動特征；而清水營斷層則表現為逆斷層，走向北東東，發育陡坎地貌。該斷裂斷錯了（23.65 ± 1.17） ka BP和（33.16 ± 1.82） ka BP的沉積地層，表明斷裂最新活動時代為晚更新世晚期。該斷層的發現表明，鄂爾多斯地塊的西北邊界復雜，構造變形帶較寬，且不嚴格的受控于斷陷盆地的邊界斷裂，其構造變形已擴張到地塊一側，這可能與青藏高原持續向東北向的推擠擴展有關。

[關鍵詞] 銀川盆地; 面子山—清水營斷裂; 鄂爾多斯活動地塊; 斷層活動性

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2023-154

0? 引言

鄂爾多斯地塊是中國大陸內部最穩定的活動地塊之一，在地質歷史期間表現非常穩定，地塊內部沒有明顯的變形作用且鮮有地震發生，僅表現為整體性的升降和掀斜運動[1-2]，破壞性地震多發生在其周緣邊界上。鄂爾多斯活動地塊周緣除西南邊界外，發育由系列正斷層控制的斷陷盆地。一般認為，以地塊相鄰的盆地邊界斷裂為界，構造變形和地震活動發生在斷陷盆地一側，而地塊內部保持穩定[3-4]。

銀川斷陷盆地位于鄂爾多斯地塊西北緣，新生代以來處于拉張環境，沉積了巨厚的新生界，東西兩側受黃河斷裂與賀蘭山東麓斷裂控制，盆地內發育多條正斷層[5-14]。黃河斷裂是鄂爾多斯地塊與銀川斷陷盆地的邊界，斷裂之東為鄂爾多斯地塊內的靈鹽臺地，海拔高出銀川盆地二三百米，長期處于剝蝕狀態，臺地上松散沉積物厚度小于10 m[15-16]。在臺地上，面子山、豬頭嶺等低山沿北東方向展布，西側沙地、沙丘廣布，兩側地形高差顯著，南段約40～50 m，往北變小，為十余米，影像上線性明顯，推測可能受斷層控制。

前人對銀川盆地內部的活動斷裂開展了大量的研究工作，但對銀川盆地東南緣的工作尚且不足。以前工作中在狼皮子梁附近發現了斷層面，在寧東鎮禿葫蘆墩至清水營一線，有一線性延伸的地形陡坎，調查初步判定為正斷層，推測晚更新世以來沒有活動，對該斷裂未開展過深入研究。本次工作將對此斷裂開展野外調查及開挖探槽，鑒定其斷層活動性。

1? 區域地震地質環境

研究區位于銀川盆地東南部，是青藏高原與鄂爾多斯塊體的交匯部位，區域上分別受兩類構造體系控制：一類為銀川斷陷系構成的北東向、或近南北向的張性正斷層，這些斷層形成于始新世[9]，控制著銀川盆地的東西邊界和現今的第四紀沉降中心；另一類為青藏高原東北隅的弧形構造系，該斷裂系成熟于中新世以來，主要表現為由次級斷塊差異滑動形成的走滑斷層[17-18]，平面上表現為一系列北西西至北西向，呈向北東突出的弧形，其中在銀川盆地西南緣為弧形斷裂帶最外圍的三關口—牛首山斷裂（圖1）。

銀川盆地位于中朝準地臺中鄂爾多斯西緣拗陷帶內，新生代以來，在太平洋板塊的西向俯沖和青藏高原北東向擴展的共同作用下，銀川盆地于始新世開始裂解，沉積了自始新世到第四紀以來所有的地層，盆地內沉積層厚度達萬米 [16， 19-20]。在新構造分區中，該盆地作為鄂爾多斯周緣一系列斷陷盆地之一，處在青藏塊體、阿拉善塊體和鄂爾多斯塊體的交匯部位，構造活動十分強烈，歷史上發生過1739年銀川—平羅8級地震和10多次5～6級地震[21]。

新生代以來，在印—亞板塊碰撞作用下，青藏高原持續隆起，且不斷向北東擴展，受北側阿拉善塊體和東側鄂爾多斯塊體的阻擋，在高原的東北隅形成3條主要的弧形斷裂系：海原—六盤山弧形斷裂帶、香山—天景山—廟山弧形斷裂帶和三關口—牛首山—羅山弧形斷裂帶。在這些弧形斷裂系內先后發生過1561年中寧鳴沙7?級地震、1709年中衛7?級地震和1920年海原8?級地震等。

2? 斷裂的幾何結構

面子山—清水營斷裂南起長流水南側地貌陡坎，向北展布于狼皮子梁西面子山山前，向北繼續沿面子山、六道溝梁、豬頭嶺山前展布，走向20°～40°，過寧東鎮新東路后，走向轉為60°左右，過馬跑泉西，沿山前向北東方向延伸至清水營南。繼續向北，地貌上已無跡象，斷層長約50 km（圖2）。第四紀以來地表岀露的斷層跡線總體呈向北西凸出的弧形，斷續出露。從幾何結構和活動性分析，將斷層分為面子山斷層和清水營斷層兩段。

2.1? 面子山斷層

該段斷層分布于面子山、六道溝梁、豬頭嶺一線山體西側山前，長約37 km。走向約20°～40°，陡坎地貌明顯，斷層東側為白堊系灰白色礫巖山體，地表有零星的風積沙分布，斷層西側為山前洪積臺地，向西緩傾，地表沙丘廣布。斷層兩側高差約40～50 m，向北逐漸變小，過豬頭嶺至大河子溝段，地表被風積沙覆蓋，地貌上未見跡象。

狼皮子梁東，有一垃圾填埋場，原為采砂場，砂坑西側見一殘留白堊系基巖陡壁（圖3a），陡壁光滑平直，判斷應為斷層面，產狀323°∠84°。其上見擦痕，擦痕沿斷面向下，表明斷層可能有左旋走滑運動性質。在滅腦溝北，一無名沖溝溝口，見高約6.3 m陡坎（圖3b），陡坎兩側均為第四系沖洪積物，地表覆蓋風積砂，位置與山體西緣地貌陡坎一致，推測應為斷層活動所致。在虎皮溝北，一沖溝溝口見基巖出露，邊緣處巖層陡立（圖3c），為斷層破碎帶，寬約2～3 m，斷層產狀260°∠61°，基巖與第四系之間未見清晰滑動面。

木瓜豁子發育沖溝，地表多為風積沙覆蓋，地貌上有陡坎，溝內見基巖出露，可見基巖產狀135°∠16°逐漸變化到110°∠31°，西側為風積沙，未見斷面出露，根據巖層變化及地貌陡坎推測斷層通過該處。豬頭嶺西，甜磁公路北側，公路施工揭露白堊系礫巖剖面，剖面上發育逆斷層，斷層產狀100°∠64°，產狀與另幾個斷點不一致，且地貌陡坎在該點以西，推測斷層在西側陡坎處。

過大河子溝后，新東路南見斷層剖面（圖3d），斷層產狀310°∠65°，斷層東側底部為棕紅色泥巖，其上有黃灰色礫巖，表層為黃土，地表見礫石；西側為第四系堆積物，下部為砂礫石層、砂巖，上部為黃土。

2.2? 清水營斷層

南起寧東鎮新東路北，過青銀高速公路后，沿地貌陡坎展布，清水營南，線性陡坎已消失，斷層可能終止，斷層全長約13 km，走向約為60°。

斷層過新中路后，南東盤向北西盤逆沖，地貌上有陡坎顯示，靈州電廠東南見斷層出露（圖4a），盡管剖面走向和斷層走向夾角較小，但仍可觀察到斷層面的存在，古近系清水營組桔紅色泥巖沿著斷層面向北西逆沖于上更新統黃土之上，斷層產狀25°/SE∠61°，斷面上見可見斷層擦痕，表明斷層也具有水平運動性質。在馬跑泉西禿葫蘆墩附近，發育線性陡坎地貌（圖4d），陡坎東側山體由白堊系礫巖組成，西側則為上更新統黃土，在一沖溝內見斷層面出露（圖4b），該剖面方向與斷層走向夾角較小，但仍可觀察到斷層面及破碎帶，斷層破碎帶內見紅色泥巖，斷層面產狀69°/SE∠71°，表現為南東傾向的逆斷層，白堊系礫巖逆沖于上更新統黃土之上，且黃土層內有斷錯跡象（圖4c）。在史家圈臺子東，工程施工開挖后遺留陡坎（圖4e），陡坎上部為白堊系灰白色礫巖，下部為黃土，揭露接觸面見礫巖向黃土層逆沖，黃土擠壓呈片狀（圖4f），斷層產狀75°/SE∠65°。在陡坎南端，斷面上見擦痕，擦痕側伏角55°，側伏向10°，指示斷層有左旋走滑運動。

史家圈臺子以北，陡坎逐漸變緩，且近年來寧東基地煤化工園區施工，斷層陡坎已難辨識，至清水營南，陡坎已完全消失，斷層可能已不再向北東延伸。

3? 斷裂活動時代鑒定

3.1? 狼皮子梁探槽（TC1）

狼皮子梁東，見基巖斷層面，斷面延伸處，地貌上形成陡坎（圖5b），地表多為風積沙覆蓋。該處使用精靈4RTK無人機進行影像攝影測量，搭載了大疆制造的FC6310R型號的相機，飛行高度為 120 m、航向和旁向的重疊度均為 80%，拍攝照片1419張，利用集成SfM算法的Agisoft PhotoScan軟件，經過對齊照片、生成密集點云、生成網格，建立數字高程模型（DEM），裁剪后得到探槽附近范圍DEM圖（圖5a），斷層跡象線性較好，陡坎兩側高差近30 m。

為了鑒定這條斷裂的活動性，我們在探槽中④ ， ⑤ ， ⑧ 地層分別采集了光釋光樣品LPZ5、LPZ3-1、LPZ2，年齡分別為：（25.95 ± 1.33） ka，（36.16 ± 2.01） ka，（23.65 ± 1.17） ka（表1）。地層 ⑧ 年齡較小，可能不合理，但總的來說，該地層是晚更新世晚期堆積是無疑的，故該處斷層晚更新世晚期可能有過活動。

3.2? 馬跑泉西探槽（TC2）

馬跑泉西，地貌上形成陡坎，沖溝內見斷層面，斷面向上延伸處，地表黃土覆蓋。該處與TC1處使用相同的方法，拍攝照片1243張，處理后建立數字高程模型（DEM），裁剪后得到探槽附近范圍DEM圖（圖6a），斷層跡象線性較好，陡坎兩側高差約36 m。

沿沖溝方向于側壁開挖探槽（圖6b）。探槽剖面揭露出沖洪積層、白堊系礫巖兩套地層，斷層處見磚紅色泥巖，巖層破碎，為斷層破碎帶（圖6g）。c剖面（圖6c）上發育3條斷層，F1斷錯白堊系礫巖，其上被卵、礫石層覆蓋，活動時代可能較老（圖6e）。F3斷錯層 ⑩ ，其上被層 ⑨ 覆蓋。F2斷錯層 ⑧ ～ ? （圖6e），往上延伸追索，可在d剖面（圖6d）上發現該斷層。另外，剖面底部見斷層擦痕（圖6f），擦痕側伏角51°，側伏向240°，揭示斷層有走滑運動。

d剖面（圖6d）上發育兩條斷層，F2斷層與c剖面中的F2斷層產狀相近，可能是同一條斷層，斷層斷錯了 ④ ， ⑤ ， ⑥ ， ⑧ 地層，在 ⑤ 層頂部形成斷層陡坎，有坎前堆積，層 ② 覆蓋其上。另外，在層 ④ 下部F2斷層附近，砂層有明顯的擾動痕跡，層理向下彎曲（圖6g），可能是地震造成的砂土液化所致。F4斷錯層 ③ ， ④ 和層 ① 的底部，形成陡坎并有坎前堆積，剖面上見有裂縫延伸至地表，斷層可能向上斷錯。

為了鑒定這條斷裂的活動性，在探槽中采集了光釋光樣品（表1），層 ③ 形成于距今（33.16 ± 1.82） ka，層 ② 形成于距今（38.64 ± 2.06） ka。層 ③ 可能是F2斷層錯動后的坎前堆積，后又被F4斷錯，故層 ③ 形成晚于層 ② 。斷層斷錯最新地層為層 ③ ，故斷層為晚更新世晚期活動斷層。

4? 斷裂的水平運動特征

前述中TC1、TC2探槽斷層面上發現擦痕，史家圈臺子處斷層面上亦見斷層擦痕，擦痕揭示了斷層具有左旋走滑運動。清水營段，斷裂西側因為施工多經人為改造，地表未見水平運動跡象。面子山段，斷裂西側多被風積沙覆蓋，多數沖溝較短，未在山體西側形成較大沖溝。野外調查中僅在沙溝、虎皮溝、干溝、滅腦溝等溝口附近見到沖溝的左旋拐折（圖7a），這些地方均為斷裂通過處，揭示斷層距有左旋走滑運動。

為了得到更好的沖溝左旋圖像，在沙溝、干溝和滅腦溝3處使用精靈4RTK無人機進行影像攝影測量，使用與圖5a處相同的方法，得到了3處溝口附近的DEM圖（圖7b—d）。沙溝北側形成一明顯的槽地，應為斷層運動所致，南岸的臺地有明顯的左旋運動（圖7b）。干溝溝口北側亦因斷層運動形成槽地，南側的溝沿亦有左旋運動（圖7c）。滅腦溝溝口處陡坎地貌明顯，兩側高差約60 m，外延沖溝南東側，有一平行沖溝的槽地展布（圖7d），推測可能為斷層活動造成的沖溝錯動，錯動距離較大，可能與地表的風積沙運動有較大關系，不能代表斷層的水平走滑量，但能揭示斷層的左旋走滑運動。

5? 討論與結論

（1）銀川盆地東南緣發育面子山—清水營斷裂，全長50 km，以寧東鎮新東路為界，分為面子山斷層和清水營斷層兩段。面子山斷層垂向為正斷性質，斷層擦痕顯示具有左旋走滑運動，走向北東；而清水營斷層則表現為逆斷層，走向北東東。兩條斷裂在垂向運動性質上差異較大，面子山斷裂的產狀相對陡立，可能以水平運動為主，考慮兩條斷裂的走向展布，清水營的逆沖運動可能是面子山斷裂左旋走滑在端部形成擠壓構造環境所致，二者并存在構造上依然是可能的。該斷裂斷錯了（23.65 ± 1.17） ka BP和（33.16 ± 1.82） ka BP的沉積地層，表明斷裂最新活動時代為晚更新世晚期。根據斷裂長度和錯斷位移初步判斷，該斷裂具備發生6.5級地震的能力。對這條新發現的活動斷裂，在今后有關地震潛源劃分及防震減災工作中應予以重視，有關斷裂的運動性質，仍需開展深入詳細的研究。

（2）面子山—清水營斷裂位于銀川盆地東南邊界黃河斷裂的東側，發育在傳統認為的鄂爾多斯地塊內部，由兩條走向和垂直運動不同的次級斷裂組成。清水營段具有向北逆沖特征，面子山段向西傾斜高角度正斷特征，斷面上見擦痕，指示斷層具有左旋走滑水平運動性質，跨斷層數條沖溝同步發生了左旋扭動。該斷裂西側的黃河斷裂（靈武段）為正斷層，水平運動不顯著，斷裂西南的三關口—牛首山—羅山斷裂具有明顯的右旋走滑兼逆沖運動。這條新發現的活動斷裂表明，鄂爾多斯地塊西北緣的邊界比較復雜，并不嚴格的受控于斷陷盆地的邊界斷裂，其構造變形已擴張到地塊一側，構造變形的范圍更為寬泛，這可能與青藏高原通過羅山東麓斷裂持續向東北向的推擠擴展鄂爾多斯地塊有關，引起該斷裂的左旋走滑運動，而北段因走向的變化形成了逆沖分量。鑒于目前的資料和研究深度有限，關于斷裂北段的晚第四紀逆斷層及成因問題，以及有關斷裂的水平運動性質及構造意義還有待進一步深入研究。

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Activity of the Mianzishan-Qingshuiying fault in the southeast margin of the Yinchuan basin

Wu Zhiqun， Lei Qiyun*， Du Peng， Liu Chao， Shao Zhen， Li Zeshan

Earthquake Agency of Ningxia Hui Autonomous Region， Ningxia Yinchuan 750001， China

[Abstract]? ? ?Studying the tectonic activity characteristics of the Yinchuan basin is of great significance for understanding the interaction among the three major blocks of Qinghai Tibet， Ordos and Alxa. The terrain elevation difference in the Mianzishan-Zhutouling area on the southeastern margin of the Yinchuan basin is significant， and the linear trace on satellite image is obvious， indicating the development of an unknown active fault. This article conducted field geological surveys， trench excavation and stratigraphic dating along the Mianzishan-Qingshuiying line. The results showed that the linear trace along the Mianzishan-Qingshuiying line had been dominated by fault， which was developed on the southeastern margin of the Yinchuan basin with a total length of 50 km. It is divided into two segments， the Mianzishan fault and the Qingshuiying fault. The Mianzishan fault is mainly characterized by high angle normal faults， the scratches on the fault surface show a sinistral strike slip motion， heading northeast， several gullies across the fault layer display left-handed twisting characteristics. The Qingshuiying fault， on the other hand， exhibits a reverse fault trending NEE， developing steep slope landforms. The fault has displaced sedimentary strata deposited at （23.65 ± 1.17） ka BP and （33.16 ± 1.82） ka BP， indicating its latest activity was postdated by Late Pleistocene. The discovery of this fault indicates that the boundary of the northwestern Ordos block is a complex zone associated with a wide structural deformation zone. This zone is not strictly controlled by the boundary faults of Yinchuan basin， but expanded to interior of the Ordos block， which may be related to the continuous northeast pushing and expansion of the Qinghai Tibet Plateau.

[Keywords] Yinchuan basin; Mianzishan-Qingshuiying fault; Ordos active block; fault activity

*通訊作者： 雷啟云（1981-），男，正高級工程師，主要從事活動構造、地震構造方面的研究。E-mail：leiqy624@163.com

作者簡介： 武治群（1979-），男，工程師，主要從事工程地震、活動構造方面的研究。 E-mail：672109189@qq.com