張逸鵬，鄭文俊，袁道陽(yáng)，王偉濤，張培震

1.中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，廣東省地球動(dòng)力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 珠海 519082；2.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海)，廣東 珠海 519082；3.蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院，甘肅 蘭州 730000

0 引言

橫貫中國(guó)大陸呈東西向展布的中央造山帶(秦嶺-大別-蘇魯造山帶)與南北向展布的南北地震帶(賀蘭山-龍門(mén)山-川滇構(gòu)造帶)在西秦嶺形成交匯的巨型“十字”構(gòu)造區(qū)(張培震等, 2013; 董云鵬等, 2019)。西秦嶺在印支期就奠定了造山帶內(nèi)部的地質(zhì)單元基本配置與構(gòu)造格架；中—新生代以來(lái)，受特提斯構(gòu)造域、古亞洲構(gòu)造域和太平洋構(gòu)造域等三大構(gòu)造動(dòng)力學(xué)體系共同作用，成為華北地塊、華南地塊和青藏高原交匯、銜接和轉(zhuǎn)換部位，由于區(qū)內(nèi)巖石單元成分復(fù)雜，構(gòu)造變形樣式繁多，疊加有不同時(shí)代的造山事件，因此又被稱(chēng)為“西秦嶺構(gòu)造結(jié)”(張國(guó)偉等, 2004)。此外，現(xiàn)今的西秦嶺還是中國(guó)大陸東部與西部地殼結(jié)構(gòu)、地殼厚度和地球物理場(chǎng)發(fā)生變化的梯度帶和地貌過(guò)渡帶(張國(guó)偉, 2015)，其內(nèi)部新生代以來(lái)的構(gòu)造變形和地球動(dòng)力學(xué)作用引起了國(guó)內(nèi)外地學(xué)界的廣泛關(guān)注。

在地貌上，西秦嶺其從西向東“漸變”的地貌與青藏高原東緣(川西地區(qū))平頂陡坡的“突變”地貌狀態(tài)完全不同。因此，Clark and Royden(2000)提出的管道流(Channel Flow)模型認(rèn)為，由于西秦嶺的地殼物質(zhì)相對(duì)較為軟弱，主要以塑性流變?yōu)橹鳎小碌貧の镔|(zhì)沿著秦嶺向東流動(dòng)，并未受到剛性塊體的阻擋，因而沿秦嶺造山帶走向的地形高差并不明顯，呈現(xiàn)出模糊的“漸變式”地貌；而在龍門(mén)山地區(qū)，由于受四川盆地剛性基底的阻擋，使得中—下地殼囤積，導(dǎo)致龍門(mén)山地區(qū)的地殼急劇增厚，形成了地貌高差明顯且高原邊界清晰的“突變式”地貌。然而這種地貌上的反差與地表構(gòu)造活動(dòng)的關(guān)系及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制，值得進(jìn)一步深入研究。

西秦嶺造山帶北部以西秦嶺斷裂(WQLF)為界、南部被東昆侖斷裂(EKLF)所分割，內(nèi)部疊加有不同時(shí)代、不同走向和不同運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的地質(zhì)構(gòu)造，現(xiàn)今地殼變形十分活躍，強(qiáng)震頻發(fā)。歷史上曾發(fā)生過(guò)1654年天水南和1879年武都南兩次8級(jí)大地震(侯康明等, 2005)。2013年7月22日MS6.6級(jí)岷縣-漳縣破壞性地震發(fā)生于西秦嶺核部地區(qū)，更證明了整個(gè)西秦嶺內(nèi)部斷裂的構(gòu)造活動(dòng)性十分顯著(鄭文俊等, 2013)。晚新生代以來(lái)，西秦嶺內(nèi)部主要存在兩種走向不同但活動(dòng)性質(zhì)相近的活動(dòng)斷裂：①北西向展布的逆沖兼左旋性質(zhì)的斷裂，臨潭-宕昌斷裂(LTF)、光蓋山-迭山斷裂(GDF)和白龍江逆沖斷裂(BLJF)；②近東西向展布的逆沖兼左旋性質(zhì)的斷裂，兩當(dāng)-江洛斷裂(LJF)和成縣斷裂(CXF)。局部還存在左旋走滑兼有少量正斷分量的禮縣-羅家堡斷裂(LLF)。這些斷裂構(gòu)成整體向南突出的弧形構(gòu)造帶。從這種活動(dòng)斷裂的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)來(lái)看，西秦嶺整體的變形被內(nèi)部彌散的斷裂所分解和吸收，并且導(dǎo)致了高原過(guò)渡帶內(nèi)部的強(qiáng)震活動(dòng)(Zheng et al., 2016)；然而，根據(jù)青藏高原東北緣的地表GPS的觀測(cè)結(jié)果表明，東昆侖斷裂的變形并沒(méi)有沿著秦嶺向東傳遞，也沒(méi)有被西秦嶺內(nèi)部的斷裂活動(dòng)完全吸收，而是向北主要被海原斷裂及其北側(cè)高原前陸內(nèi)散布的張性斷裂或塊體的旋轉(zhuǎn)所完全吸收(Duvall and Clark, 2010)。

從區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)斷裂的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)來(lái)看，由于青藏高原持續(xù)向北東方向擴(kuò)展，西秦嶺內(nèi)部的活動(dòng)斷裂起到了傳遞和平衡西秦嶺斷裂和東昆侖斷裂二者之間的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換作用(袁道陽(yáng)等, 2004)，其內(nèi)部先存斷裂的活化是區(qū)域構(gòu)造變形的主要原因。然而，西秦嶺內(nèi)部不同走向活動(dòng)斷裂間的構(gòu)造轉(zhuǎn)換關(guān)系是什么？應(yīng)變是怎樣在不同斷裂間傳遞、分配和釋放的？什么樣的深部動(dòng)力過(guò)程驅(qū)動(dòng)著構(gòu)造變形和中強(qiáng)震發(fā)生？近年來(lái)，西秦嶺及鄰區(qū)開(kāi)展了大量的晚新生代以來(lái)的構(gòu)造活動(dòng)研究，積累了諸多定量數(shù)據(jù)，非常有必要加以總結(jié)和歸納。文章從西秦嶺內(nèi)部的活動(dòng)斷裂幾何學(xué)和斷裂的運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)入手，在總結(jié)和分析區(qū)域內(nèi)不同構(gòu)造部位斷裂的運(yùn)動(dòng)特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合該區(qū)新生代晚期的構(gòu)造變形的年代框架、變形模式和演化過(guò)程等研究成果，進(jìn)而深入探討了西秦嶺晚新生代以來(lái)的構(gòu)造活動(dòng)特征及其與青藏高原向北擴(kuò)展的動(dòng)力過(guò)程。

1 西秦嶺內(nèi)部主要斷裂的活動(dòng)特征

斷裂的滑動(dòng)速率是活動(dòng)構(gòu)造定量研究的最重要參數(shù)之一，尤其是全新世以來(lái)的滑動(dòng)速率，不僅可以直接應(yīng)用于活動(dòng)構(gòu)造的地震危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)和工程場(chǎng)地的地震安全性評(píng)價(jià)，同時(shí)也為區(qū)域動(dòng)力學(xué)的研究提供重要信息(張培震等, 2008; 吳中海, 2019)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在西秦嶺及其周緣進(jìn)行了大量的研究工作，尤其是在斷裂滑動(dòng)速率的研究方面取得了十分重要的成果。隨著活動(dòng)構(gòu)造近年來(lái)在理論上的發(fā)展，提出了構(gòu)造轉(zhuǎn)換、應(yīng)力分配等概念，來(lái)解釋區(qū)域斷裂之間變形強(qiáng)弱、變形樣式差異等構(gòu)造之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系(袁道陽(yáng)等, 2004; 張?jiān)罉虻? 2005; Kirby et al., 2007; Duvall and Clark, 2010; Li et al., 2011, 2018; 張培震等, 2013; Zheng et al., 2016)。西秦嶺全新世以來(lái)活動(dòng)構(gòu)造的變形，受先存區(qū)域北西向和北東向兩組構(gòu)造的制約和影響，共同控制著該區(qū)的晚新生代構(gòu)造變形(圖1a)。區(qū)域內(nèi)主要活動(dòng)斷裂的特征簡(jiǎn)述如下。

1.1 西秦嶺斷裂

西秦嶺斷裂(WQLF)是西秦嶺北側(cè)的邊界斷裂(圖1b)，西起臨夏南部，東至寶雞，與商丹縫合帶相連(張國(guó)偉, 2015; 董云鵬等, 2019)。斷裂整體呈北西西—南東東向展布，斷裂整體較為平直，其內(nèi)部仍然保留有古生代—中生代早期有關(guān)島弧火山巖、弧前加積楔與俯沖-碰撞雜巖等物質(zhì)，以構(gòu)造混雜殘留的狀態(tài)夾持在斷裂帶的內(nèi)部(裴先治等, 2007)?？傮w而言，西秦嶺斷裂是一條在先期板塊俯沖-碰撞縫合帶的基礎(chǔ)上，后又疊加中—新生代陸內(nèi)構(gòu)造變形，并以斷裂為骨架的復(fù)合構(gòu)造帶，具有長(zhǎng)期復(fù)雜而特殊的形成演化過(guò)程(張國(guó)偉等, 2015)。現(xiàn)今西秦嶺斷裂南、北兩側(cè)的地貌存在巨大差異(圖1b)，斷裂南側(cè)主要以高海拔、地形陡峭的中高山區(qū)為主，其內(nèi)部河谷深切(如黃河、洮河、岷江、白龍江等)，是秦嶺向西的延伸部分，整體地勢(shì)西高東低；北側(cè)主要為隴中盆地，主要包括西寧-蘭州盆地、臨夏盆地、循化盆地、天水盆地、寺口子盆地等次級(jí)盆地，平均海拔約1800 m。同時(shí)整個(gè)隴中盆地位于黃土高原的東緣，因此，在這些中—新生代盆地之上又覆蓋了厚度不等的黃土，主要呈現(xiàn)出侵蝕堆積的黃土丘陵地貌，相對(duì)高差不超過(guò)200 m(李傳友, 2005)。

新生代以來(lái)，西秦嶺斷裂最顯著的變形特點(diǎn)是其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)由逆沖斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮呋瑪嗔?Fang et al., 2003; Clark et al., 2010; Wang et al., 2012b)。始新世時(shí)期(約50～45 Ma)，西秦嶺斷裂開(kāi)始被活化，臨近斷裂上盤(pán)的夏河地區(qū)(Clark et al., 2010)，以及造山帶腹陸地區(qū)快速抬升(Zhang et al., 2020)，遭受剝蝕。強(qiáng)烈的逆沖作用導(dǎo)致了西秦嶺斷裂南北兩側(cè)存在顯著的地貌高差，同時(shí)在斷裂下盤(pán)形成了前陸盆地(如臨夏盆地和循化盆地；Fang et al., 2003)。中中新世時(shí)期(～15 Ma)，西秦嶺斷裂的活動(dòng)性質(zhì)發(fā)生改變，沿?cái)嗔褞?nèi)部形成的拉分盆地(武山盆地)表明這一時(shí)期斷裂主要以左旋走滑為主。第四紀(jì)以來(lái)，先存的西秦嶺斷裂在新構(gòu)造活動(dòng)背景下再次復(fù)活，并且對(duì)先存斷裂存在一定的改造。與寬闊的先存斷裂帶相比，新生的斷裂帶較窄，但在新生斷裂帶內(nèi)部仍然可見(jiàn)與先存斷裂相伴生的強(qiáng)烈揉皺、擠壓透鏡體以及片理化的斷層泥。現(xiàn)今的西秦嶺斷裂主要由規(guī)模不等的次級(jí)斷裂呈左行雁列組合而成(圖1b)。晚第四紀(jì)時(shí)期，強(qiáng)烈的左旋走滑活動(dòng)錯(cuò)斷了一系列沖溝和山脊，最新形成的破裂面保存較好，發(fā)育近水平擦痕，累計(jì)的走滑距離可達(dá)18 km，晚更新世—全新世的左旋走滑速率約為2.5～3.0 mm/a，傾滑速率約為0.29 mm/a(李傳友, 2005; Zheng et al., 2016; Chen and Lin, 2019；圖2)。

HYF—海原斷裂；WQLF—西秦嶺斷裂；EKLF—東昆侖斷裂；LTF—臨潭-宕昌斷裂；GDF—光蓋山-迭山斷裂；BLJF—白龍江斷裂；LLF—禮縣-羅家堡斷裂；LJF—兩當(dāng)-江洛斷裂；CXF—成縣斷裂；WKLF—文縣-康縣-略陽(yáng)斷裂；MJF—岷江斷裂；HyF—虎牙斷裂；QCF—青川斷裂；LMSF—龍門(mén)山斷裂

圖2 西秦嶺活動(dòng)斷裂展布圖(斷裂代號(hào)同圖1；滑動(dòng)速率資料來(lái)源于Kirby et al.，2007; Li et al.，2011, 2020; Zheng et al.，2016; Chen and Lin，2019; Zhang et al.，2021)

1.2 臨潭-宕昌斷裂

臨潭-宕昌斷裂(LTF)自臨潭西部向南東，經(jīng)過(guò)宕昌、岷縣至成縣北部石峽鎮(zhèn)地區(qū)。斷裂整體呈北西—南東向展布，傾向北東，區(qū)內(nèi)總長(zhǎng)約300 km(圖2)。中生代早期，斷裂北側(cè)的古生代濁流沉積序列向西南逆沖至斷裂南側(cè)的三疊紀(jì)復(fù)理石建造；中生代晚期，斷裂構(gòu)造性質(zhì)反轉(zhuǎn)，主要以伸展作用為主，控制了一系列白堊紀(jì)陸源沉積序列(如宕昌盆地；Horton et al., 2004; 張逸鵬, 2020)。臨潭-宕昌斷裂是現(xiàn)今西秦嶺內(nèi)部較為活動(dòng)的斷裂，2013年MS6.6級(jí)的岷縣-漳縣地震就發(fā)生在斷裂中部(圖1b)；同時(shí)也是造山帶核部構(gòu)造轉(zhuǎn)換和變形傳遞中的重要斷裂(圖2)。

現(xiàn)今的臨潭-宕昌斷裂走向上圖像差異明顯(圖2)，斷裂在西部(合作-碌曲地區(qū))和中東部(岷縣地區(qū))的平面幾何學(xué)圖像呈發(fā)散狀；在中部(臨潭地區(qū))斷裂平直，由多條規(guī)模不等、相互平行或斜列的次級(jí)斷裂組合而成，最新的斷裂帶寬度可達(dá)5～10 km，斷裂整體以逆沖作用為主，沿傾向滑動(dòng)速率小于1 mm/a，存在左旋走滑分量，根據(jù)現(xiàn)今地表活動(dòng)的影像可知斷裂整體的活動(dòng)差異性較大。

臨潭-宕昌斷裂西段(合作地區(qū))以斷層谷地、鞍狀山等為主，地貌特征沒(méi)有最新活動(dòng)的跡象表明分支斷裂呈現(xiàn)出活動(dòng)性不勻的狀態(tài)，局部地區(qū)控制了晚更新世的黃土沉積，表明該斷裂可能在晚更新世—全新世存在局部活動(dòng)；斷裂中段(臨潭地區(qū))在地貌上為明顯的山脈與盆地的分界線，北側(cè)為西秦嶺內(nèi)部的主夷平面(美武高原)，同時(shí)控制了南側(cè)臨潭-卓尼新生代沉積序列，沿?cái)鄬由郊箶噱e(cuò)較為明顯，同時(shí)洮河南北向的支流經(jīng)過(guò)斷裂時(shí)，存在數(shù)千米的同步左旋位錯(cuò)，表明晚第四紀(jì)存在明顯活動(dòng)；斷裂東段(宕昌地區(qū))主要呈向南西突出的弧形，該斷裂段傾角以高角度為主，多在50°～60°，在衛(wèi)星影像上斷裂線性特征較為明顯，主要控制了部分新生代盆地沉積，在地貌上有斷錯(cuò)山脊、斷層三角面、斷層溝谷等，由于該段人口密集，地貌多被改造，難以保留，總體來(lái)說(shuō)，斷錯(cuò)地貌特征沒(méi)有臨潭-岷縣地區(qū)發(fā)育。

1.3 光蓋山-迭山斷裂

光蓋山-迭山斷裂(GDF)是瑪曲-迭部逆沖推覆構(gòu)造帶的北部邊界，自迭部西北側(cè)的光蓋山向南東，經(jīng)過(guò)舟曲，至武都北部，斷裂整體呈北西—南東向展布，傾向北東，總長(zhǎng)度約260 km(圖2)。光蓋山-迭山斷裂是西秦嶺造山帶內(nèi)部三疊紀(jì)楔狀復(fù)理石建造的南部邊界，斷裂上盤(pán)的三疊系整體呈南翼陡、北翼緩，軸面北傾的復(fù)式向斜褶皺構(gòu)造，指示了斷裂上盤(pán)自北向南的逆沖推覆作用(裴先治, 2001; 張國(guó)偉, 2015)。斷裂帶寬約10 km，其內(nèi)部存在多條逆沖斷裂，斷層面以北傾為主，逆沖于南側(cè)古生界之上。中生代晚期，整條斷裂處于伸展構(gòu)造背景，在斷裂的上盤(pán)形成一系列不連續(xù)的斷陷盆地，這表明整條斷裂的活動(dòng)特征存在分段性。新生代早期，整條斷裂以逆沖作用為主；而晚期斷裂不但繼承了先存斷裂的活動(dòng)特征，還存在左旋走滑的運(yùn)動(dòng)特征。光蓋山-迭山斷裂全新世以來(lái)存在較強(qiáng)的活動(dòng)，公元842年的7級(jí)碌曲地震就發(fā)生在斷裂的西段(袁道陽(yáng)等, 2014)。

現(xiàn)今的光蓋山-迭山斷裂由北西至南東，依次分為三條近平行的次級(jí)斷裂：光蓋山-迭山北緣斷裂、坪定-化馬斷裂和舟曲斷裂(俞晶星等, 2012)。光蓋山-迭山北緣斷裂主要發(fā)育在高山峽谷中，在地貌上多表現(xiàn)為斷層谷地、埡口等；遙感影像上，斷裂的線性特征明顯，主要表現(xiàn)為基巖崩塌體上的線性陡坎、斷層溝槽等，同時(shí)還存在沖溝、階地、山脊、水系同步左旋斷錯(cuò)地貌，野外可見(jiàn)三疊紀(jì)復(fù)理石建造逆沖至白堊系紅層之上，并錯(cuò)斷了頂部的坡積砂礫石層，表明斷裂在晚更新世—全新世期間存在較為強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)(袁道陽(yáng)等, 2014)。中部坪定-化馬斷裂主要發(fā)育在區(qū)域的第二和第三級(jí)夷平面之間；在地貌上表現(xiàn)為線性槽地；在舟曲北側(cè)，斷裂斷錯(cuò)了全部階地面，表明斷裂在晚更新世以來(lái)有過(guò)明顯活動(dòng)(俞晶星等, 2012)。東南段的舟曲斷裂在岷江西側(cè)為高山和盆地之間的構(gòu)造邊界；而在岷江東側(cè)斷裂兩側(cè)不存在明顯的地貌高差，主要發(fā)育在峽谷之中(張波等, 2018)。整體而言，光蓋山-迭山斷裂左旋位錯(cuò)地貌較為典型，同時(shí)在不同期次的洪積扇上均有斷層陡坎發(fā)育，可通過(guò)斷錯(cuò)地貌來(lái)約束斷裂晚第四紀(jì)以來(lái)的滑移速率。在光蓋山-迭山斷裂中西部，斷裂垂向滑移速率(0.5～1.2 mm/a)略大于左旋走滑速率(0.51 mm/a；俞晶星等, 2012; Zheng et al., 2016; Zhang et al., 2021)；在斷裂中東部，斷裂以左旋滑移為主(0.72 mm/a)，垂向傾滑作用較弱(0.13 mm/a；Zhang et al., 2021)。

1.4 白龍江逆沖斷裂

白龍江逆沖斷裂(BLJF)是瑪曲-迭部逆沖推覆構(gòu)造帶南部邊界(圖2)。該構(gòu)造帶是西秦嶺造山帶內(nèi)部變形最為強(qiáng)烈的地方，整體是一個(gè)以古生界為核，三疊系為翼的區(qū)域復(fù)式背斜。中生代早期，隨著華北與華南地塊逐漸拼貼，勉略洋消失，復(fù)式背斜遭受強(qiáng)烈改造，以其南緣斷層為主推覆斷層，在自北而南的疊瓦式逆沖推覆作用下，最南緣已推覆至若爾蓋隱伏地塊之上(張國(guó)偉, 2015)；中生代晚期，斷裂性質(zhì)存在構(gòu)造反轉(zhuǎn)，局部形成了明顯的斷陷盆地(如舟曲盆地；張逸鵬, 2020)。新生代時(shí)期，隨著青藏高原向北的生長(zhǎng)，斷裂活動(dòng)性質(zhì)再次反轉(zhuǎn)，整體以逆沖活動(dòng)為主。

白龍江逆沖斷裂西起迭部西部，經(jīng)過(guò)舟曲，向東南至武都，整體呈北西—南東向展布，長(zhǎng)約300 km。根據(jù)衛(wèi)星影像可知，白龍江斷裂西段受植被覆蓋和河流下切侵蝕的影響，斷裂線性特征地貌隱約可見(jiàn)，斷裂活動(dòng)性較弱，未發(fā)現(xiàn)可靠的晚第四紀(jì)活動(dòng)的斷層剖面；中—東段斷裂線性特征清晰，斷裂切過(guò)得地貌主要表現(xiàn)為：斷層埡口、斷錯(cuò)山脊、基巖陡崖、斷層陡坎及沖溝左旋等斷錯(cuò)地貌。根據(jù)對(duì)斷錯(cuò)階地的測(cè)量和年代測(cè)試，斷裂的逆沖滑動(dòng)速率約為0.38 mm/a(侯康明等, 2005)，左旋走滑速率為1.73～2.61 mm/a(Li et al., 2020)。通過(guò)歷史地震考證和開(kāi)挖的探槽結(jié)果可知，公元前186年的武都7級(jí)地震就發(fā)生白龍江逆沖斷裂的中—東段，這表明該斷裂在全新世期間存在明顯的活動(dòng)(袁道陽(yáng)等, 2007)。

1.5 兩當(dāng)-江洛斷裂

兩當(dāng)-江洛斷裂(LJF)是西秦嶺內(nèi)部一條重要的地殼尺度的斷裂，斷裂整體呈北東東—南西西方向展布，自成縣北部一直延伸至太白山腳，出露地表的斷面近直立，斷裂長(zhǎng)約160 km(圖2)。斷裂分割了北側(cè)的泥盆紀(jì)濁流沉積序列和南側(cè)的三疊紀(jì)復(fù)理石建造。古近紀(jì)時(shí)期，隨著青藏高原向北持續(xù)的擴(kuò)展，兩當(dāng)-江洛斷裂在強(qiáng)烈的收縮構(gòu)造背景下控制了武都-成縣-徽縣盆地的沉積(史小輝等, 2018; Zhang et al., 2020；圖1b)。中中新世，隨著青藏高原繼續(xù)向北擴(kuò)展，當(dāng)高原的擴(kuò)展前緣已經(jīng)跨過(guò)西秦嶺到達(dá)祁連山時(shí)(袁道陽(yáng)等, 2004)，西秦嶺內(nèi)部的斷裂開(kāi)始出現(xiàn)明顯的左旋走滑分量(Wang et al., 2012b; Chen and Lin, 2019)，徽成盆地兩側(cè)的邊界斷裂(兩當(dāng)-江洛斷裂和成縣斷裂)可能還記錄了區(qū)域上構(gòu)造擠出的動(dòng)力學(xué)過(guò)程(張?jiān)罉虻? 2005; 馬收先等, 2013)。

第四紀(jì)以來(lái)，兩當(dāng)-江洛斷裂的活動(dòng)繼承了早期左旋走滑的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，斷裂西段和中段主要位于造山帶內(nèi)部，存在多個(gè)斜列斷層，地貌上線性特征清晰，可見(jiàn)多處的沖溝左旋位錯(cuò)、逆沖形成高大的斷層陡坎和線性溝谷等地貌特征，新鮮的斷面上也可見(jiàn)左旋運(yùn)動(dòng)的擦痕。斷裂東段由于植被覆蓋率高，地貌特征相對(duì)較為模糊，斷錯(cuò)地貌零星發(fā)育。通過(guò)對(duì)斷錯(cuò)地貌的測(cè)量及相應(yīng)的年代學(xué)約束可知，晚更新世以來(lái)，兩當(dāng)-江洛斷裂的逆沖滑動(dòng)速率約為0.43 mm/a、左旋水平滑動(dòng)速率約為0.71 mm/a(劉興旺等, 2015; Zheng et al., 2016)。與臨潭-宕昌斷裂、白龍江逆沖斷裂一樣，西秦嶺內(nèi)部的逆沖速率相對(duì)較低，整體的變形呈彌散的狀態(tài)。

1.6 禮縣-羅家堡斷裂

禮縣-羅家堡斷裂(LLF)西起宕昌，經(jīng)過(guò)禮縣，東至天水，斷裂全長(zhǎng)約160 km。斷裂整體呈北東—南西向展布，發(fā)育在古生界濁流沉積序列內(nèi)部，新生代時(shí)期再次復(fù)活，控制了禮縣盆地的形成(陳鵬等, 2016)。斷裂呈雁列式分布，現(xiàn)今以左旋走滑為主，局部伴隨有正傾滑分量的走滑斷裂(圖2)；晚更新世以來(lái)斷裂的平均走滑和傾滑速率分別為0.95 mm/a和0.35 mm/a(韓竹軍等, 2001)。

禮縣-羅家堡斷裂在影像上地貌形跡清晰，斷層陡坎和水系位錯(cuò)沿?cái)嗔演^為發(fā)育，局部表現(xiàn)為明顯的斷裂寬緩谷地。晚更新世以來(lái)，禮縣-羅家堡斷裂存在過(guò)明顯構(gòu)造活動(dòng)，在禮縣地區(qū)(即斷裂中部)，斷裂的活動(dòng)已經(jīng)影響到上覆更新世的黃土序列，同時(shí)改變了鹽關(guān)河和西漢水北段的走勢(shì)。同時(shí)，斷裂廣泛發(fā)育有地震滑坡和沙土液化現(xiàn)象表明，禮縣-羅家堡斷裂很可能是1654年天水南8級(jí)地震的發(fā)震斷裂(韓竹軍等, 2001)。

1.7 東昆侖斷裂

東昆侖斷裂(EKLF)是在勉略縫合帶基礎(chǔ)上再次活化而形成的活動(dòng)斷裂。中生代早期，由于華南地塊與華北地塊逐漸匯聚，勉略洋逐漸消減，斷裂以大規(guī)模低角度向南的韌性逆沖剪切變形為主；三疊紀(jì)晚期，以南北向的收縮構(gòu)造為主(張國(guó)偉, 2015)?，F(xiàn)今的東昆侖斷裂是一條強(qiáng)烈活動(dòng)的巖石圈尺度的左旋走滑斷裂(張?jiān)罉虻? 2005)。在研究區(qū)范圍內(nèi)，僅出露東昆侖斷裂帶的最東段的瑪曲段(圖1b、圖2)。

研究區(qū)內(nèi)東昆侖斷裂出露的斷層面平直光滑，傾角近直立(約70°～80°)，影像上斷裂的線性特征清晰，斷裂經(jīng)過(guò)的地方?jīng)_溝、山脊、河流階地、沖洪積扇都發(fā)生了不同程度的位錯(cuò)。東昆侖斷裂在高原內(nèi)部(瑪沁以西地區(qū))全新世早期以來(lái)的左旋走滑速率約為11～13 mm/a；經(jīng)過(guò)阿尼瑪卿山后，水平滑動(dòng)速率降到約10 mm/a；向東經(jīng)過(guò)瑪曲縣城，走滑速率約為5 mm/a；再向東經(jīng)過(guò)若爾蓋盆地，走滑速率下降至1 mm/a(圖2)，同時(shí)與龍日壩斷裂、岷江斷裂和虎牙斷裂相交，形成帚狀撒開(kāi)的尾端收縮構(gòu)造(Kirby et al., 2007; Li et al., 2011)。東昆侖斷裂走滑速率向東逐漸遞減的趨勢(shì)，一方面是由于東昆侖斷裂自身的幾何結(jié)構(gòu)吸收了部分走滑速率(如擠壓隆起區(qū))；另一方面東昆侖斷裂尾部與其及直交的逆沖斷裂吸收了絕大部分走滑速率(如岷江斷裂和虎牙斷裂)，導(dǎo)致了岷山-龍門(mén)山地區(qū)橫向構(gòu)造的地殼所短(Li et al., 2011)，同時(shí)還造成了區(qū)域的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(張?jiān)罉虻? 2005)。

2 西秦嶺現(xiàn)今地表變形特征

活動(dòng)構(gòu)造研究獲得的斷裂滑動(dòng)速率和地殼縮短速率只反映了區(qū)域構(gòu)造變形的長(zhǎng)期和平均活動(dòng)水平；然而，全球定位系統(tǒng)(GPS)觀測(cè)的結(jié)果則可以提供高精度、大范圍和準(zhǔn)實(shí)時(shí)的地殼運(yùn)動(dòng)定量數(shù)據(jù)，從而反映地殼構(gòu)造變形的現(xiàn)今和暫態(tài)的活動(dòng)水平(Zhang et al., 2004)。文中選用了中國(guó)“九五”期間建設(shè)的重大科學(xué)工程“中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”1999—2004年的觀測(cè)結(jié)果，以及2004年以后在“十一五”到“十二五”陸續(xù)開(kāi)展的“中國(guó)陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)工程”獲得的相關(guān)結(jié)論，對(duì)西秦嶺及其周緣的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行分析和討論。文中使用的GPS數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理(包括誤差傳遞)和參考框架轉(zhuǎn)換等方法參見(jiàn)Wang et al.，2001; Zhang et al.，2004; Gan et al.，2007和Ge et al.，2015。為了更好地研究西秦嶺內(nèi)部地殼運(yùn)動(dòng)與時(shí)空分布特征，文中以去除旋轉(zhuǎn)和平移后的無(wú)旋轉(zhuǎn)框架為基準(zhǔn)，得到了西秦嶺及其周緣塊體內(nèi)部的構(gòu)造變形特征(圖3)，同時(shí)橫跨西秦嶺內(nèi)部弧形構(gòu)造帶，得到了西秦嶺東、西兩段不同部位斷裂的縮短速率剖面和平行于斷裂的走滑速率剖面(圖4；Zheng et al., 2016)?？紤]到GPS站點(diǎn)的離散性，為得到更加可靠的西秦嶺區(qū)域性變形特征，選取廊帶寬度約80 km以保證覆蓋西秦嶺的主要斷裂。

圖3 西秦嶺及其周緣的GPS速度場(chǎng)(Zheng et al., 2016；斷裂代號(hào)同圖1；灰色橢圓置信度為95%；GPS數(shù)據(jù)來(lái)源于Gan et al.，2007)

2.1 北東向GPS速度剖面揭示的斷裂最新活動(dòng)特征

從橫跨西秦嶺內(nèi)部北西—南東向斷裂的GPS速度剖面可以看到(圖4a)，從若爾蓋盆地南緣到東昆侖斷裂之間，整個(gè)盆地吸收了部分變形。在跨過(guò)東昆侖斷裂之后，從觀測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，白龍江斷裂(BLJF)、光蓋山-迭山斷裂(GDF)之間的縮短速率相近，均約為1～2 mm/a，而北側(cè)西秦嶺斷裂(WQLF)到臨潭-宕昌斷裂(LTF)表現(xiàn)出明顯的擠壓縮短，縮短速率達(dá)2 mm/a，表明臨潭-宕昌斷裂(LTF)在吸收區(qū)域變形時(shí)，比其南側(cè)的斷裂更為顯著。從若爾蓋盆地到隴中盆地的GPS速度梯度變化情況可以看出，無(wú)論是塊體的邊界斷裂(EKLF/WQLF)，還是造山帶內(nèi)部的主要斷裂(BLJF/LTF)并沒(méi)有顯著的吸收區(qū)域收縮構(gòu)造背景下的應(yīng)變，而是在整個(gè)區(qū)域上存在明顯的漸變型構(gòu)造縮短(圖4a)，這說(shuō)明西秦嶺及其周緣將全部的收縮構(gòu)造變形分散到每一條斷裂，區(qū)域呈彌散的變形狀態(tài)。因此，整個(gè)區(qū)域處于“連續(xù)變形”的構(gòu)造背景之中。

平行于北西—南東向斷裂的走滑分量反映(圖4b)，東昆侖斷裂(EKLF)上存在2～2.5 mm/a的左旋走滑速率，而西秦嶺斷裂(WQLF)為1～2 mm/a，二者之間的多條北西向斷裂多表現(xiàn)為1 mm/a的左旋走滑速率甚至更低，這也與地質(zhì)速率給出的單條斷裂上低走滑速率以及左旋段錯(cuò)地貌的結(jié)果是一致的。區(qū)域上斷裂的走滑速率仍舊可以看出，西秦嶺及其周緣屬于連續(xù)的彌散型變形，單條斷裂在區(qū)域上并沒(méi)有占主導(dǎo)作用。盡管西秦嶺內(nèi)部的走滑速率均處于1 mm/a左右，但是造山帶核部地質(zhì)體的走滑速率仍略高于造山帶南、北兩側(cè)，即光蓋山-迭山斷裂(GDF)和臨潭-宕昌斷裂(LTF)之間的滑移速率略高于這兩條斷裂南北兩側(cè)地質(zhì)體的滑移速率(圖4b)。這說(shuō)明隨著青藏高原在側(cè)向擴(kuò)展時(shí)，與造山帶走向平行的核部地區(qū)更容易成為物質(zhì)擠出的通道，這與青藏高原整個(gè)區(qū)域上的應(yīng)變特征是一致的，即高原腹陸的塑性物質(zhì)更容易發(fā)生側(cè)向流動(dòng)(Zhang et al., 2004)。

a，b—剖面A廊帶GPS速率剖面；c，d—剖面B廊帶GPS速率剖面

現(xiàn)今GPS速率觀測(cè)到的區(qū)域變形結(jié)果與晚新生代地質(zhì)記錄的構(gòu)造變形是相近的。整個(gè)西秦嶺內(nèi)部新生代的沉積序列幾乎不存在明顯的收縮構(gòu)造變形，僅在臨近斷裂的地方變形較為強(qiáng)烈。這與新生代早期彌散的收縮構(gòu)造背景完全不同(Clark et al., 2010; Zhang et al., 2020)，這也說(shuō)明區(qū)域的動(dòng)力學(xué)背景存在明顯改變。

2.2 北西向GPS速度剖面揭示的斷裂最新活動(dòng)特征

橫跨西秦嶺內(nèi)部北東(東)—南西(西)向斷裂的GPS速度剖面揭示(圖4c)，自青川斷裂(QCF)向北至兩當(dāng)-江洛斷裂(LJF)，區(qū)域的縮短速率約2 mm/a，最明顯收縮構(gòu)造變形發(fā)生在徽成盆地兩側(cè)，這一特征與地質(zhì)上呈現(xiàn)的區(qū)域收縮構(gòu)造變形特征相一致。再往北至禮縣盆地，局部亦處于擠壓環(huán)境背景，只是盆地周緣約1.5 mm/a的縮短速率比徽成盆地兩側(cè)的形變量較小，主要的原因可能是由于禮縣地區(qū)存在幔源巖漿巖(喻學(xué)惠等, 2001; Liu et al., 2018)，導(dǎo)致區(qū)域的地?zé)崽荻容^高，局部存在熱沉降。整體而言，西秦嶺內(nèi)部構(gòu)造縮短主要集中于徽成盆地的南北兩側(cè)。從廊帶剖面看，隴中盆地與米倉(cāng)山之間似乎區(qū)域存在著一定的伸展作用，主要是由于隴中盆地與西秦嶺內(nèi)部均存在著順時(shí)針旋轉(zhuǎn)作用，而且隴中盆地的旋轉(zhuǎn)速率遠(yuǎn)高于西秦嶺內(nèi)部旋轉(zhuǎn)速率(Hao et al., 2021)，二者存在明顯的差異性，因此在廊帶剖面上呈現(xiàn)出局部的伸展構(gòu)造背景。

平行于北東(東)—南西(西)向斷裂的走滑分量反映(圖4d)，由于青川斷裂(QCF)南東觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)較少，現(xiàn)有的觀測(cè)結(jié)果表明該條斷裂南側(cè)的區(qū)域相對(duì)于西秦嶺構(gòu)造帶存在約1～1.5 mm/a左旋走滑運(yùn)動(dòng)，西秦嶺斷裂(WQLF)的左旋走滑速率為1 mm/a左右；剖面中部的兩當(dāng)-江洛斷裂(LJF)及兩側(cè)表現(xiàn)出1 mm/a甚至更低的左旋走滑速率，與文中得到的地質(zhì)速率是相符的。隴中盆地和米倉(cāng)山之間的走滑速率整體成右旋走滑特征，表明了區(qū)域整體以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為主。最新的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)以及沿秦嶺走向展布的中生界和新生界接觸關(guān)系表明，古近紀(jì)時(shí)期，西秦嶺陸內(nèi)構(gòu)造演化的動(dòng)力學(xué)環(huán)境主要受控于特提斯構(gòu)造域，秦嶺在這一時(shí)期沿造山帶走向存在明顯的分段性(Clark et al., 2010; Wang et al., 2011; Zhang et al., 2020)。而剖面B中展現(xiàn)的北東(東)—南西(西)向斷裂走滑分量特征進(jìn)一步說(shuō)明，西秦嶺內(nèi)部斷裂系統(tǒng)繼承了先存斷裂的變形特征，無(wú)論是收縮構(gòu)造還是沿?cái)嗔训膫?cè)向滑移作用都不是特別明顯；同時(shí)亦說(shuō)明青藏高原向北的擴(kuò)展作用，限制了西秦嶺東西向構(gòu)造體系的向西延伸，因此，其構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征處于一個(gè)相對(duì)緩慢的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，變形往往分布于一個(gè)很寬的范圍，而不是集中斷裂附近(Zhang et al., 2004; Gan et al., 2007; Zheng et al., 2016)。

3 西秦嶺現(xiàn)今地震活動(dòng)與地殼結(jié)構(gòu)

西秦嶺地區(qū)歷史上就有多次強(qiáng)震發(fā)生，尤其是北邊西秦嶺斷裂和南部的武都一帶(圖1b)。地震活動(dòng)與地殼結(jié)構(gòu)和構(gòu)造動(dòng)力學(xué)環(huán)境息息相關(guān)，是非均質(zhì)地殼在區(qū)域構(gòu)造背景下，特定構(gòu)造部位應(yīng)變積累與釋放的結(jié)果，地震活動(dòng)特征可以反映地殼結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)環(huán)境。另一方面，詳細(xì)的地殼結(jié)構(gòu)解析有助于對(duì)地區(qū)未來(lái)地震危險(xiǎn)性進(jìn)行預(yù)測(cè)研究。

3.1 儀器記錄以來(lái)地震活動(dòng)特征

根據(jù)史料記載，西秦嶺曾發(fā)生過(guò)1654年天水南和1879年武都南兩次8級(jí)大地震(侯康明等, 2005; 袁道陽(yáng)等, 2007)，還發(fā)生了多次6～7級(jí)以上的地震，強(qiáng)震主要發(fā)生于西段起伏大、海拔高、侵蝕改造強(qiáng)烈的高山區(qū)(圖1b)。有儀器記錄以來(lái)MS4.0級(jí)以上的地震主要發(fā)生在臨潭-宕昌斷裂和光蓋山-迭山斷裂及其周緣(圖5a)，并且震源機(jī)制解顯示西秦嶺內(nèi)部的中強(qiáng)震主要以逆沖型為主，伴隨有少量的走滑特征，這與晚新生代以來(lái)活動(dòng)斷裂的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)一樣。

2019年甘肅合作北部MS5.7地震和2013年岷縣-漳縣MS6.6級(jí)地震都表明臨潭-宕昌斷裂具有極強(qiáng)的分段性，不同段落的地震活動(dòng)規(guī)模及頻率差異較大(圖5a)。尤其是在臨潭地區(qū)，地貌特征顯示斷裂晚第四紀(jì)活動(dòng)特征最為明顯，因此可能存在中強(qiáng)地震破裂空區(qū)(鄭文俊等, 2013)。同樣，2015年碌曲南部MS4.5地震和1987年迭部東部MS5.5地震發(fā)生在光蓋山-迭山斷裂東西兩端，在該斷裂中部迭部地區(qū)無(wú)明顯強(qiáng)震(圖5a)。通常情況下，在中強(qiáng)震發(fā)生之后，一系列的小震將沿發(fā)震斷裂及其附近發(fā)生，形成明顯的小震集中帶，這種狀況可以持續(xù)數(shù)十年或數(shù)百年，直到經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，地殼趨于穩(wěn)定，歷史大震震源區(qū)的小震方才逐漸減少，最后才可以形成小震活動(dòng)空區(qū)(王澤皋, 1985)。這種地震活動(dòng)的分布規(guī)律可能是由于地震時(shí)在震源區(qū)產(chǎn)生了部分次級(jí)斷裂，這種脆性背景下的斷裂是需要一定的時(shí)間才能恢復(fù)的，在恢復(fù)的過(guò)程中，始終以小震或中強(qiáng)震的活動(dòng)特點(diǎn)呈現(xiàn)出這一弱化區(qū)，根據(jù)小震的集中區(qū)可以大致反映歷史上曾經(jīng)存在過(guò)中—強(qiáng)震；同時(shí)也有可能是因?yàn)榈卣鸢l(fā)生后，中強(qiáng)震的震源區(qū)小震逐漸減少，并最后形成小震活動(dòng)的空區(qū)，它與其端部的差異又可以從小震反映出來(lái)。因此，西秦嶺地區(qū)仍然存在著中—強(qiáng)震的危險(xiǎn)。

3.2 地殼結(jié)構(gòu)特征

最新的高精度密集臺(tái)陣揭示出西秦嶺構(gòu)造結(jié)內(nèi)部P波和S波速度結(jié)構(gòu)具有明顯的橫向不均勻性(Shen et al., 2014)。同一深度的P波和S波速度結(jié)構(gòu)也有明顯差異，在西秦嶺核部S波由地表至25 km深度時(shí)，存在較弱的分層性，隨著深度越深，低速帶逐漸變窄，整體呈倒三角狀(圖5b)；而P波速度結(jié)構(gòu)由地表至25 km時(shí)，隨著深度越深，低速帶逐漸變窄，幾乎不存在分層性(李敏娟等, 2018)。從重定位后的地震事件分布圖可以看出(圖5b)，地震主要沿著主干斷裂(如LTF和GDF)，而強(qiáng)震發(fā)生后作為具有脆性特征的高速體更容易發(fā)生余震，地震事件沿著斷裂呈現(xiàn)帶狀或簇狀分布的特征。以九寨溝地震和岷縣-漳縣地震為例，二者均發(fā)生在顯著的P波高低速過(guò)渡帶上，而S波速度結(jié)構(gòu)顯示強(qiáng)震發(fā)生在低速體的邊緣。因此，基于密集臺(tái)陣和接收函數(shù)可知，西秦嶺構(gòu)造結(jié)的地殼起伏和波速比呈現(xiàn)較強(qiáng)烈的橫向變化，這可能也是該區(qū)域孕育巨大地震的一種深部結(jié)構(gòu)條件(Shen et al., 2014)。

a—1976—2021年西秦嶺及鄰區(qū)地震分布(地震目錄來(lái)源：https://www.globalcmt.org)；b—P波和S波揭示的地殼結(jié)構(gòu)特征(據(jù)李敏娟等，2018修改)

此外，西秦嶺構(gòu)造結(jié)兩側(cè)存在不同構(gòu)造背景下形成的地塊(華北和華南地塊)/地體(松潘-甘孜和碧口地體)，以及沉積背景差異較大的地質(zhì)單元(古生代濁流沉積和中生代復(fù)理石建造)。因此，盡管西秦嶺內(nèi)部地質(zhì)單元錯(cuò)綜復(fù)雜，但是由于其巖石組成單元的電阻率存在明顯差異，因此西秦嶺中—上地殼的電性結(jié)構(gòu)十分清晰。已有的大地電磁剖面揭示出西秦嶺斷裂、臨潭-宕昌斷裂、兩當(dāng)-江洛斷裂、青川斷裂和東昆侖斷裂表現(xiàn)為明顯的電性梯度帶，是區(qū)域內(nèi)重要的地殼尺度斷裂(詹艷等, 2014; 趙凌強(qiáng)等, 2015)。垂向上，西秦嶺自地表到中地殼(～20 km)表現(xiàn)為東北和西南淺、中部深的倒“梯形”高阻層，在高阻層之下廣泛發(fā)育低阻層，低阻層與高阻層相互契合，呈現(xiàn)相互擠壓堆積的式樣；松潘-甘孜地體的中—下地殼存在西南深、東北淺的低阻層；隴中盆地和碧口地體具有穩(wěn)定的成層性結(jié)構(gòu)。橫向上，西秦嶺中段表現(xiàn)出與東西兩段截然不同的構(gòu)造特征，即102°E以西范圍地殼結(jié)構(gòu)為大規(guī)模高速構(gòu)造和近乎完整的高阻構(gòu)造；105°E以東地殼的深部結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為高、低阻塊體間相互組合的特征；102°～105°E之間，從地表到約20 km的深部電性結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)高阻特征，下地殼中存在成區(qū)域性連續(xù)展布的低阻層，上—下地殼間存在著明顯的電性界面。因此，西秦嶺內(nèi)部頻發(fā)的中強(qiáng)震一方面發(fā)生在電性結(jié)構(gòu)存在差異的構(gòu)造部位，另一方面可能與區(qū)域大規(guī)模存在的中—下地殼低阻層以及深部結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為高、低阻塊體間相互組合的復(fù)雜構(gòu)造特征相關(guān)(詹艷等, 2014; 趙凌強(qiáng)等, 2015；劉誠(chéng)等，2020)。

根據(jù)地表地質(zhì)調(diào)查和地球物理資料可知，白龍江斷裂及其南部上地殼的反射層變形主要受到東昆侖斷裂的直接影響，其斷裂滑動(dòng)速率大，褶皺變形強(qiáng)烈，河流急劇深切，地形起伏較大；而臨潭-宕昌斷裂及其北側(cè)主要受西秦嶺斷裂的直接影響，活動(dòng)速率相對(duì)較小，上地殼反射層相對(duì)平緩，僅局部位置發(fā)育強(qiáng)烈變形帶(鄭文俊等, 2013;Xu et al., 2017;張波等, 2020)。因此，西秦嶺的歷史強(qiáng)震以及現(xiàn)代地震儀器記錄的中強(qiáng)震主要發(fā)生在構(gòu)造邊界以及不同構(gòu)造背景的地質(zhì)單元分界帶上，現(xiàn)今的觀測(cè)亦表明這些邊界帶是高速(或高阻)與低速(或低阻)的分界帶。因此，這些西秦嶺內(nèi)部低速(或低阻)帶是其內(nèi)部主要的構(gòu)造變形單元；內(nèi)部穩(wěn)定性較好、強(qiáng)度較高的高速(或高阻)帶具有剛性塊體的特征，是區(qū)域內(nèi)收縮構(gòu)造應(yīng)變積累的支撐單元，這種持續(xù)的變形將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為積累在西秦嶺內(nèi)部邊界帶的應(yīng)力，當(dāng)其超過(guò)斷裂的摩擦強(qiáng)度時(shí)就突發(fā)破裂(張培震等, 2009)，繼而形成西秦嶺腹陸的中強(qiáng)震。

4 討論

4.1 西秦嶺新生代早期構(gòu)造變形的方式及構(gòu)造轉(zhuǎn)換

新生代早期(約50～35 Ma)，西秦嶺斷裂上盤(pán)和及其腹陸的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)研究發(fā)現(xiàn)，這一時(shí)期整個(gè)造山帶存在區(qū)域性強(qiáng)烈的收縮構(gòu)造變形，而這一地質(zhì)過(guò)程卻沒(méi)有在東秦嶺發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明秦嶺在古近紀(jì)時(shí)期就存在明顯的分段性(Clark et al., 2010; Zhang et al., 2020)。與此同時(shí)，西秦嶺斷裂下盤(pán)發(fā)育臨夏前陸盆地(隴中盆地南側(cè)；Fang et al., 2003)，而隴中盆地的(東)北側(cè)卻以寺口子伸展斷陷盆地為主(Wang et al., 2013)，結(jié)合西秦嶺及其腹陸的變形特征可知(Clark et al., 2010; Wang et al., 2016; Zhang et al., 2020;張逸鵬, 2020)，漸新世早期(～30 Ma)，西秦嶺斷裂是當(dāng)時(shí)青藏高原東北緣的北部邊界(Clark et al., 2010; Zhang et al., 2020)。同時(shí)也說(shuō)明當(dāng)西秦嶺處于青藏高原擴(kuò)展的最前緣時(shí)，西秦嶺幾乎全部吸收了整個(gè)高原向北生長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)分量，即區(qū)域內(nèi)以逆沖和褶皺收縮構(gòu)造為主。

中中新世(～15 Ma)，西秦嶺斷裂運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變(圖6a)，由早期的逆沖構(gòu)造活動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮呋\(yùn)動(dòng)(Wang et al., 2012b)，這說(shuō)明青藏高原在這一時(shí)期存在明顯的側(cè)向生長(zhǎng)，高原的物質(zhì)與應(yīng)變逐漸向東傳遞(馬收先等, 2013)。而西秦嶺的地殼強(qiáng)度明顯比四川盆地和鄂爾多斯盆地的剛性基底要更為軟弱。因此，西秦嶺中—下地殼的物質(zhì)更容易發(fā)生塑性變形，存在較強(qiáng)的流動(dòng)性。在這種背景下，西秦嶺的地殼在沿構(gòu)造帶走向的范圍內(nèi)，由西向東逐漸增厚，使得沿造山帶走向形成漸變的地貌特征。在這種假說(shuō)下，高原的物質(zhì)與應(yīng)變也是逐漸向東傳遞的(Clark and Royden, 2000)。因此，西秦嶺的時(shí)-空演化過(guò)程表明，新生代期間，西秦嶺的巖石圈結(jié)構(gòu)存在明顯的流變學(xué)分層性，而這種流變學(xué)分層也表明陸內(nèi)形變?cè)谇嗖馗咴虮睌U(kuò)展過(guò)程中，不同階段的變形方式是截然不同的。當(dāng)西秦嶺處于青藏高原的擴(kuò)展前緣時(shí)，區(qū)域以收縮構(gòu)造為主；當(dāng)青藏高原跨過(guò)西秦嶺，使得西秦嶺成為高原腹陸時(shí)，中下地殼的塑性變形導(dǎo)致區(qū)域以整體抬升為主。

a—西秦嶺及其周緣晚新生代主要構(gòu)造事件的年代學(xué)數(shù)據(jù)(青藏高原東緣河流下切事件參考自Tian et al.，2015；Clark et al.，2005。山脈隆升：龍門(mén)山參考自Wang et al.，2012a；岷山參考自Tian et al.，2018；米倉(cāng)山參考自Tian et al.，2012；太白山參考自Liu et al.，2013；六盤(pán)山參考自Zheng et al.，2006；積石山和拉脊山參考自Lease et al.，2011。盆地形成及物源變化事件：武山盆地參考自Wang et al.，2012b；臨夏盆地參考自Fang et al.，2003。走滑斷裂活動(dòng)事件：海原斷裂參考自Wang et al.，2020。巖漿活動(dòng)：西秦嶺參考自Liu et al.，2018。)

4.2 西秦嶺晚新生代地殼變形與區(qū)域中強(qiáng)震活動(dòng)

晚新生代，西秦嶺作為青藏高原東北部重要的過(guò)渡帶，在高原逐漸向北擴(kuò)展的過(guò)程中，應(yīng)變?cè)谖髑貛X到底是向北傳遞還是沿著秦嶺逐漸向東傳遞呢？

現(xiàn)今西秦嶺主要受控于東昆侖斷裂和西秦嶺斷裂(圖1b)，兩條邊界斷裂之間一系列近乎平行的斷裂明顯繼承了中中新世以來(lái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)，在區(qū)域中起到了明顯的構(gòu)造轉(zhuǎn)換作用。西秦嶺內(nèi)部的臨潭-宕昌斷裂、白龍江斷裂、兩當(dāng)-江洛斷裂以及文縣-康縣-略陽(yáng)斷裂主要運(yùn)動(dòng)特征均呈現(xiàn)出左旋兼逆沖的滑移特征，左旋滑動(dòng)速率一般為1 mm/a左右，逆沖速率一般均小于1 mm/a，這些特征均表現(xiàn)出西秦嶺內(nèi)部的構(gòu)造作用是在兩條邊界斷裂圍限下，通過(guò)內(nèi)部多條斷裂共同調(diào)節(jié)和吸收區(qū)域應(yīng)變的，構(gòu)造結(jié)內(nèi)部的應(yīng)變并沒(méi)有集中在某一條斷裂上。區(qū)域內(nèi)已有的GPS速度場(chǎng)同樣揭示了西秦嶺內(nèi)部的應(yīng)變是彌散式的(圖4)。區(qū)域上，東昆侖斷裂與西秦嶺斷裂走滑速率的不一致主要也是由于被西秦嶺腹陸一系列北西—南東向斷裂的走滑和傾滑變形所吸收(袁道陽(yáng)等, 2004)。從幾何結(jié)構(gòu)上看，在東昆侖斷裂和西秦嶺斷裂之間構(gòu)成一個(gè)巨大的左旋巖橋區(qū)，這些西秦嶺核部的斷裂通過(guò)相對(duì)較低的水平和垂向滑動(dòng)速率，以及斷裂之間隆起山脈及不同時(shí)代盆地的變形，共同吸收了東昆侖斷裂往北傳遞過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)分量(鄭文俊等, 2013)。而西秦嶺內(nèi)部也可能并沒(méi)有完全吸收區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變，而是繼續(xù)向北傳遞，被海原斷裂及其以北的區(qū)域吸收(Duvall and Clark, 2010)。

事實(shí)上，陸內(nèi)變形是大陸碰撞過(guò)程中形成的所有應(yīng)變的總和，這不僅包括區(qū)域內(nèi)收縮構(gòu)造和走滑構(gòu)造的活動(dòng)，還包括大陸內(nèi)部次級(jí)塊體的旋轉(zhuǎn)。西秦嶺及其周緣由南向北存在著三條地殼尺度近東西向展布的左旋走滑斷裂：東昆侖斷裂、西秦嶺斷裂和海原斷裂，England and Molnar(1990)用剛性塊體簡(jiǎn)單剪切的模式來(lái)解釋區(qū)域內(nèi)走滑斷裂的分布，并且強(qiáng)調(diào)青藏高原東緣近南北向的右旋剪切帶內(nèi)，塊體普遍存在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的特性，近似于一個(gè)巨型的多米諾骨牌構(gòu)造。在這種構(gòu)造背景下，塊體的旋轉(zhuǎn)吸收了絕大部分的形變，可能青藏高原內(nèi)部塊體的擠出只是有限擠出，近東西向左旋走滑斷裂只是在區(qū)域性順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的作用下被動(dòng)出現(xiàn)的結(jié)果(圖6b)。近年來(lái)，西秦嶺及其周緣大量的古地磁數(shù)據(jù)表明區(qū)域內(nèi)存在明顯的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(Dupont-Nivet et al., 2004; Wang et al., 2013; 張逸鵬, 2020)，同時(shí)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)主要從中中新世開(kāi)始(約20～15 Ma；Yan et al., 2006;張逸鵬, 2020)，并且持續(xù)距今，旋轉(zhuǎn)率大約為1°/Ma(Zuza and Yin, 2016)，這與現(xiàn)今GPS數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的旋轉(zhuǎn)率一致(Gan et al., 2007)。綜上可知，西秦嶺及其周緣次級(jí)塊體的順時(shí)針對(duì)地殼變形的調(diào)整和分配具有重要的作用(圖6a)。而其根本的動(dòng)力學(xué)機(jī)制可能不是單一模型就可以對(duì)其進(jìn)行解釋的，如基底剪切模型(Zuza and Yin, 2016)、重力擴(kuò)散模型(England and Molnar, 1997)、軟流圈拖拽模型(Soto et al., 2012)、先存弧形構(gòu)造帶活化模型(Dupont-Nivet et al., 2004)。因此，需要更多的研究去深入剖析這一問(wèn)題；同時(shí)，塊體旋轉(zhuǎn)到底可以吸收多大的縮短量，仍然需要深入思考。

陸內(nèi)造山帶再次被活化和改造過(guò)程中另一個(gè)重要的地質(zhì)過(guò)程就是造山帶內(nèi)圈層的解耦。中新世時(shí)期(約20～16 Ma)，西秦嶺內(nèi)部形成了一系列鉀霞橄黃長(zhǎng)巖(即幔源玄武巖)，根據(jù)其類(lèi)似洋島玄武巖的地球化學(xué)性質(zhì)認(rèn)為，其成分具有原始巖漿的特征，形成于距離地表80～120 km的軟流圈(喻學(xué)惠等, 2001; Lai et al., 2014; Liu et al., 2018)。盡管對(duì)其構(gòu)造成因的認(rèn)識(shí)并不統(tǒng)一，但對(duì)于其自身的源區(qū)及成因認(rèn)識(shí)存在一致性，即形成于軟流圈地幔低度部分熔融作用，原始巖漿作用較高的CO2含量表明源區(qū)又經(jīng)歷了含碳酸巖洋殼沉積物俯沖交代作用(Lai et al., 2014)。與此同時(shí)，青藏高原腹地向外以及沿昆侖斷裂自西向東分布的鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)火山巖分布都表現(xiàn)出高原內(nèi)部軟流圈地幔向周緣區(qū)域流動(dòng)的巖漿活動(dòng)記錄(Liu et al., 2018)。此外，剪切波速圖像顯示，在深度～95 km之下，青藏高原腹地到西秦嶺存在明顯且連續(xù)的低速帶(Bao et al., 2015)，這可能是高原內(nèi)部地幔擠出的通道地球物理學(xué)證據(jù)。橫跨西秦嶺的深反射地震剖面揭示了造山帶的莫霍面十分平坦，這種現(xiàn)象在擠壓造山帶中十分少見(jiàn)，合理的解釋是造山帶曾經(jīng)出現(xiàn)了強(qiáng)烈的伸展作用(Gao et al., 2014)。但是在伸展作用過(guò)后，西秦嶺在高原向北擴(kuò)展的過(guò)程中地殼又出現(xiàn)了增厚，Shen et al.(2014)用中—下地殼塑性流動(dòng)促使西秦嶺地殼增厚來(lái)進(jìn)行解釋?zhuān)⑶疫@可以很好的解釋了西秦嶺內(nèi)部大量的新生代沉積序列變形微弱的地質(zhì)事實(shí)(張國(guó)偉, 2015; 張逸鵬, 2020)。同時(shí)，這種區(qū)域性的整體抬升作用也得到了水準(zhǔn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證(Hao et al., 2014)。

西秦嶺在中生代晚期不存在大規(guī)模的地殼變形(Clark et al., 2010)，區(qū)域以穩(wěn)定的剝蝕作用為主(郭進(jìn)京等, 2015)，造山帶向著穩(wěn)定的克拉通方向發(fā)展。上文已述，新生代西秦嶺受特提斯構(gòu)造域的影響，中新世之前經(jīng)歷了青藏高原的垂向生長(zhǎng)和側(cè)向擴(kuò)展的過(guò)程。地殼不僅存在強(qiáng)烈的變形，同時(shí)中—下地殼和巖石圈地幔都經(jīng)歷了側(cè)向流動(dòng)的過(guò)程，因此晚中生代穩(wěn)定的陸殼結(jié)構(gòu)遭到了嚴(yán)重改造，甚至先存的地殼成分已經(jīng)被置換。在地球物理剖面中，可以看到地殼中，乃至巖石圈地幔，存在大量的低速帶/低阻層，這說(shuō)明巖石圈深部可以較為容易的發(fā)生塑性變形；同時(shí)也存在一些高速或者高阻體，這可能是西秦嶺內(nèi)部保存下來(lái)的古陸核。因此，這些內(nèi)部低速帶是其內(nèi)部主要的構(gòu)造變形單元；而穩(wěn)定性較好、強(qiáng)度較高的高速帶具有剛性塊體的特征，是構(gòu)造應(yīng)變積累的支撐單元，這種持續(xù)的變形將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為積累在內(nèi)部邊界帶的應(yīng)力，當(dāng)其超過(guò)斷裂的摩擦強(qiáng)度時(shí)就突發(fā)破裂，繼而形成西秦嶺陸內(nèi)的中強(qiáng)震。同時(shí)伴隨著斷裂之間存在較強(qiáng)的分段性，導(dǎo)致了地震的離散性。

綜上所述，新生代早期(約50～30 Ma)，西秦嶺作為青藏高原生長(zhǎng)的最前緣，內(nèi)部的收縮構(gòu)造吸收了絕大部分形變；中中新世(約15～10 Ma)，隨著高原繼續(xù)向北的生長(zhǎng)，西秦嶺由擴(kuò)展前緣逐漸轉(zhuǎn)變成高原腹地，這一時(shí)期，西秦嶺以整體抬升和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)作用來(lái)調(diào)節(jié)區(qū)域應(yīng)變。晚新生代以來(lái)，西秦嶺內(nèi)部相對(duì)低滑動(dòng)速率的斷裂，以及斷裂之間隆起山脈及盆地的變形，共同吸收了東昆侖斷裂往北傳遞過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)分量?，F(xiàn)今西秦嶺上地殼保留有主造山期的地質(zhì)構(gòu)造，中—下地殼存在弱化，莫霍面之上的圈層存在解耦；而流動(dòng)的巖石圈地幔不但改變了西秦嶺的深部結(jié)構(gòu)，同時(shí)也控制了現(xiàn)今地貌的發(fā)育；此外，大量的地震活動(dòng)亦表明西秦嶺在垂向上具有構(gòu)造流變學(xué)分層的特性(張培震等, 2013; 張國(guó)偉, 2015)，不同時(shí)代的不同構(gòu)造形跡存在疊加狀況。張國(guó)偉先生將這種現(xiàn)今具有流變學(xué)分層的三維結(jié)構(gòu)模型稱(chēng)之為“立交橋”模型(張國(guó)偉, 2015)，而這種“立交橋”圈層結(jié)構(gòu)，也成為中國(guó)大陸“十字構(gòu)造”的核心區(qū)域(董云鵬等, 2019; 張國(guó)偉等, 2019; 鄭文俊等, 2019)。

5 主要結(jié)論

近二十年來(lái)對(duì)西秦嶺晚新生代構(gòu)造活動(dòng)的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征研究結(jié)果表明，西秦嶺內(nèi)部主要包括北西向展布的逆沖兼左旋性質(zhì)的斷裂(臨潭-宕昌斷裂、光蓋山-迭山斷裂和白龍江斷裂等)，北東向展布的逆沖兼左旋性質(zhì)的斷裂(兩當(dāng)-江洛斷裂和成縣斷裂等)，二者在平面幾何學(xué)上整體呈明顯的向南突出的弧形構(gòu)造帶。通過(guò)斷裂的滑動(dòng)速率、GPS跨斷裂應(yīng)變速率以及現(xiàn)今地震活動(dòng)與地殼結(jié)構(gòu)的綜合研究，文章獲得以下主要結(jié)論：

(1)西秦嶺內(nèi)部的弧形構(gòu)造帶主要受青藏高原北東向擴(kuò)展作用，晚新生代以來(lái)，西秦嶺內(nèi)部單條斷裂以相對(duì)低的滑動(dòng)速率(包括了垂向滑移速率和水平滑移速率)，以及斷裂之間隆起山脈及盆地的變形，共同承擔(dān)自東昆侖斷裂向西秦嶺斷裂的構(gòu)造轉(zhuǎn)換過(guò)程。即西秦嶺斷裂走滑速率遠(yuǎn)低于東昆侖斷裂，主要是被內(nèi)部的弧形構(gòu)造帶的走滑和逆沖變形及斷裂之間地殼的縮短共同吸收和調(diào)節(jié)。

(2)GPS數(shù)據(jù)揭示區(qū)域現(xiàn)今主要以連續(xù)的彌散型變形為主，并且西秦嶺及其周緣塊體的旋轉(zhuǎn)作用也吸收了部分變形分量；同時(shí)東昆侖斷裂的變形并非往東傳遞，而是向北傳遞；斷裂之間存在局部應(yīng)力集中效應(yīng)，這也是導(dǎo)致西秦嶺內(nèi)部中強(qiáng)震活動(dòng)頻繁的原因之一。

(3)現(xiàn)今地球物理資料表明，西秦嶺有史以來(lái)的中強(qiáng)震主要發(fā)生在構(gòu)造邊界以及不同構(gòu)造背景的地質(zhì)單元分界帶上，同時(shí)這些邊界帶主要是高速(或高阻)與低速(或低阻)的分界帶。并且西秦嶺內(nèi)部北西向的斷裂之間存在較強(qiáng)的分段性，不同段落的地震活動(dòng)規(guī)模及頻率差異較大。因此，在這些未發(fā)生地震的邊界斷裂分段上，區(qū)域仍然存在著中—強(qiáng)震的危險(xiǎn)。

致謝：感謝中國(guó)地震局蘭州地震研究所葛偉鵬副研究員在處理GPS數(shù)據(jù)中給予的幫助，感謝李敏娟助理研究員提供的地殼結(jié)構(gòu)剖面圖。與中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院沈旭章教授、李志剛副教授、閆永剛副教授、許斌斌博士生多次交流和討論使作者深受啟發(fā)，在此一并表示感謝。