北阿尔金断裂晚第四纪活动构造特征
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第４４卷 第２期２０２２年４月地 震 地 质ＳＥＩＳＭＯＬＯＧＹＡＮＤＧＥＯＬＯＧＹＶｏｌ．４４，Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２０２２
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－４９６７．２０２２．０２．００２叶雨晖，吴磊，王依平，等．２０２２．北阿尔金断裂晚第四纪活动构造特征［Ｊ］．地震地质，４４（２）：２９７—３１２．ＹＥＹｕｈｕｉ，ＷＵＬｅｉ，ＷＡＮＧＹｉｐｉｎｇ，ｅｔａｌ．２０２２．ＬａｔｅＱｕａｔｅｒｎａｒｙａｃｔｉｖｅｔｅｃｔｏｎｉｃｓｏｆｔｈｅｎｏｒｔｈＡｌｔｙｎＦａｕｌｔ［Ｊ］．ＳｅｉｓｍｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｌｏｇｙ，４４（２）：２９７—３１２．
北阿尔金断裂晚第四纪活动构造特征
叶雨晖１） 吴 磊１） 王依平１） 楼谦谦２） 陈力琦３）
高石宝１） 林秀斌１） 程晓敢１） 陈汉林１）
１）浙江大学，地球科学学院，浙江省地学大数据与深部资源重点实验室，杭州 ３１００２７２）浙江省第三地质大队，金华 ３２１００１３）浙江省国土资源厅信息中心，杭州 ３１０００７
摘 要 位于青藏高原和塔里木盆地之间的北阿尔金断裂是青藏高原向Ｎ扩展的重要边界条件，目前对其新生代以来的运动学特征还存在较大争议。文中利用ＤＥＭ数据提取了穿过北阿尔金断裂的１８条河流及相关汇水盆地的地貌信息，分析了河流平、纵剖面的形态、标准化河流长度坡度指数（ＳＬＫ）、标准化河流陡峭指数（Ｋｓｎ）以及汇水盆地面积－高程曲线和积分（ＨＩ）等多个构造地貌指标参数，以研究北阿尔金断裂晚第四纪以来的活动性和活动方式。结果表明，北阿尔金断裂西段的河流纵剖面和汇水盆地面积－高程曲线呈上凹型，河流纵剖面上发育较多小规模的裂点，ＳＬＫ、Ｋｓｎ和ＨＩ值相对较低。与之相反，其东段的河流纵剖面大都呈上凸型和平直型，在北阿尔金断裂上盘发育较大规模的河流裂点，对应较高的ＳＬＫ和Ｋｓｎ值；面积－高程曲线形态以Ｓ型和上凸型为主，ＨＩ值也相对较大。上述地貌指标反映北阿尔金断裂东段的地貌活动性较西段更强，推测为东段正好位于南阿尔金断裂阿克图受阻双弯曲北侧，受其强烈侧向挤压所致。此外，河流穿过北阿尔金断裂没有发生系统的左旋位错，新发现的一条错断晚第四纪冲积扇的前锋断裂也呈现出典型的逆冲特征，表明北阿尔金断裂在晚第四纪以来以逆冲运动为主。结合前人的研究结果推测，北阿尔金断裂在晚新生代存在从走滑向逆冲的构造转换，且与南阿尔金断裂之间存在密切的相互作用。关键词 阿尔金断裂系 水系特征 地貌分析 走向变化 运动学转变中图分类号：Ｐ３１５．２文献标识码：Ａ文章编号：０２５３－４９６７（２０２２）０２－０２９７－１６
〔收稿日期〕 ２０２１－０２－２５收稿，２０２１－０６－１５改回。〔基金项目〕 国家自然科学基金（４１９７２２１８，４１７７２２０３）资助。通讯作者：吴磊，男，１９８３年生，副教授，主要研究方向为构造地质、沉积盆地分析、活动构造与地表过程，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｅｉｗｕ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。０ 引言
长约１６００ｋｍ的阿尔金左旋走滑断裂系构成了青藏高原的北部边界，连接着青藏高原北
部及周缘几乎所有造山带（如东、西昆仑造山带、祁连山造山带等）和盆地（如塔里木盆地、柴
达木盆地和酒泉盆地等），是认识高原向Ｎ扩展过程和方式的重要边界条件（图１ａ）（Ｍｅｙｅｒｅｔ地 震 地 质４４卷
ａｌ．，１９９８；Ｙｕｅｅｔａｌ．，１９９９；Ｙｉｎｅｔａｌ．，２００２；Ｃｏｗｇｉｌｌｅｔａｌ．，２００３；李海兵等，２００６；Ｄａｙｅｍｅｔａｌ．，
２００９；孙知明等，２０１２；Ｃｈｅｎｇｅｔａｌ．，２０１６；Ｄａｉｅｔａｌ．，２０１７；Ｗｕｅｔａｌ．，２０１９）。阿尔金断裂系在
中段（８６°～９２５°Ｅ）具有复杂的几何学结构（崔军文，１９９９；Ｙｉｎｅｔａｌ．，２００２），由２条主要的断
裂带组成，包括南侧的南阿尔金断裂和北侧的北阿尔金断裂（图１ｂ）。目前已有的研究多集中
在现今更为活跃的南阿尔金断裂上，前人已对其深部结构、古地震、走滑速率等开展了非常详
细的工作，取得了一系列重要进展（徐锡伟等，２００３；刘永江等，２００７；Ｚｈａｎｇｅｔａｌ．，２００７；
Ｃｏｗｇｉｌｌｅｔａｌ．，２００９；崔军文，２０１１；孙知明等，２０１２；肖安成等，２０１３；孙岳等，２０１４；潘家伟
等，２０１５；王亚东等，２０１５；Ｚｈａｎｇｅｔａｌ．，２０１５；邱江涛等，２０１８；Ｓｈａｏｅｔａｌ．，２０１８；Ｙｕａｎｅｔａｌ．，
２０１８；Ｗｕｅｔａｌ．，２０１９；Ｚｈａｎｇｅｔａｌ．，２０２０；Ｚｈｕｅｔａｌ．，２０２０）。而对于分隔塔里木盆地和青藏高
原的北阿尔金断裂，相关的研究仍非常欠缺。目前，针对北阿尔金断裂晚新生代的运动学特征
（以逆冲还是走滑为主）还存在较大争议（Ｃｏｗｇｉｌｌｅｔａｌ．，２０００；Ｙｕｅｅｔａｌ．，２００４），对其构造活动
的走向变化也缺乏研究，制约了我们对南、北阿尔金断裂的运动学联系、应变分配以及相互作
用的认识，而这也是理解阿尔金断裂系新生代演化的关键（Ｙｉｎｅｔａｌ．，２００２；Ｃｏｗｇｉｌｌｅｔａｌ．，
２００９）
。
图１ 研究区的地形与主要断裂特征Ｆｉｇ．１ Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｍａｊｏｒｆａｕｌｔｓｏｆｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ．ａ青藏高原主要断裂和研究区（白色实线矩形框）的位置与范围，构造线数据来自Ｔａｙｌｏｒ等（２００９）；ｂ研究区的主要断裂与水系分布；ｃ北阿尔金断裂的地形条带剖面（条带宽１ｋｍ），剖面位置如图１ｂ所示。ＡＴＦ南阿尔金断裂；ＮＡＦ北阿尔金 断裂；ＥＫＦ东昆仑断裂；ＸＳＨＦ鲜水河断裂；ＫＫＦ喀喇昆仑断裂；ＬＭＳＦ龙门山断裂带８９２２期叶雨晖等：北阿尔金断裂晚第四纪活动构造特征
在南、北阿尔金断裂之间的阿尔金山中发育了数十条ＮＷ走向的河流。它们大都起源于
南阿尔金断裂附近，向ＮＷ穿过北阿尔金断裂流入塔里木盆地内（图１ｂ）。因此，这些河流地
貌中蕴含着丰富的、有关北阿尔金断裂构造活动特征的信息。本文利用数字高程模型（ＤＥＭ）
提取了阿尔金山中穿过北阿尔金断裂的水系和分水岭特征，并通过河流纵剖面、标准化河流长
度坡度指数（ＳＬＫ）、河流陡峭指数（Ｋｓｎ）、流域面积－高程曲线及其积分（ＨＩ）等地貌指标综合定
量刻画了北阿尔金断裂晚第四纪以来的构造活动性及其走向变化。在此基础上，结合遥感解
译分析了北阿尔金断裂晚第四纪以来的运动学特征，探讨了其与南侧南阿尔金断裂之间的相
互作用关系，所得结论对认识整个阿尔金断裂系的新生代演化过程具有重要意义。
１ 地质背景
一般认为，新生代以来阿尔金断裂系自晚古新世—始新世就开始活动，其总体左旋走滑位
移可达３５０～４００ｋｍ或更大（Ｙｕｅｅｔａｌ．，２００１；Ｙｉｎｅｔａｌ．，２００２；刘永江等，２００３；李海兵等，
２００７；Ｚｈｕａｎｇｅｔａｌ．，２０１１；Ｗｕｅｔａｌ．，２０１２；孙岳等，２０１４；Ｃｈｅｎｇｅｔａｌ．，２０１５）。走向ＮＥＥ的南
阿尔金断裂是该断裂系内最大的活动断裂，以左旋走滑为主，构造地貌和大地测量研究表明其
走滑速率在中段（８５°～９４°Ｅ）基本稳定在１０ｍｍ／ａ左右，至祁连山一带（９４°～９７°Ｅ）则向Ｅ逐
渐减小至２ｍｍ／ａ以下（Ｚｈａｎｇｅｔａｌ．，２００７；Ｃｏｗｇｉｌｌｅｔａｌ．，２００９；Ｚｈｅｎｇｅｔａｌ．，２０１３；Ｌｉｅｔａｌ．，
２０１８；Ｌｉｕｅｔａｌ．，２０１８；Ｋａｎｇｅｔａｌ．，２０１９；Ｘｕｅｔａｌ．，２０１９；Ｌｉｕｅｔａｌ．，２０２０）。对南阿尔金断裂古
地震的研究表明，其地震复发周期性不强，２次古地震的时间间隔最小仅约１５０ａ，最长则约达
１４６０ａ（Ｙｕａｎｅｔａｌ．，２０１９）。南阿尔金断裂在平面上总体为平直的线性形态，其中东段发育４个
受阻双弯曲（ｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇｄｏｕｂｌｅｂｅｎｄ），自西向东分别为苏拉木双弯曲（约８７３°Ｅ）、阿克图双弯
曲（约８９２°Ｅ）、茫崖双弯曲（约９０４°Ｅ）和阿克塞双弯曲（约９３７°Ｅ）。这些受阻双弯曲是南
阿尔金断裂沿线局部地壳缩短最强、海拔最高的地区（Ｃｏｗｇｉｌｌｅｔａｌ．，２００４），对南阿尔金断裂的
走滑速率和古地震破裂行为有着重要的抑制作用（Ｅｌｌｉｏｔｔｅｔａｌ．，２０１８；Ｈａｎｅｔａｌ．，２０１８；Ｓｈａｏｅｔ
ａｌ．，２０１８）。除这些受阻双弯曲外，南阿尔金断裂中东段在其两侧并没有形成明显的地形高差
（图１ｃ）。
北阿尔金断裂是阿尔金山的西北边界，分隔了阿尔金山和塔里木盆地，在二者之间形成了
１～３ｋｍ的地形高差（图１ｃ）。大地测量结果指示其现今变形以竖直抬升为主（Ｂｅｎｄｉｃｋｅｔａｌ．，
２０００），但由于观测点位置位于北阿尔金断裂的最东端，该结果是否能代表其现今整体的运动
学特征还不清楚。对于北阿尔金断裂新生代长时间尺度的活动方式以及其与南阿尔金断裂的
相互关系，目前还有很大争议。Ｃｏｗｇｉｌｌ等（２０００）通过对北阿尔金断裂带内次级构造的野外测
量，认为北阿尔金断裂在新生代以左旋走滑为主，存在１２０ｋｍ以上的位移量，并与南阿尔金断
裂共同组成了走滑双重构造（ｓｔｒｉｋｅｓｌｉｐｄｕｐｌｅｘ）。Ｙｉｎ等（２００２）基于阿尔金断裂系走滑与青藏高
原北缘逆冲同时发育的假设，提出北阿尔金断裂是早期的古阿尔金断裂在晚渐新世—早中新
世时被侧向挤出的产物，在整个新生代也以走滑运动为主。Ｙｕｅ等（２００４）基于对北阿尔金断
裂北侧新生界的源－汇分析结果，认为其新生代的左旋走滑位移量≤３０ｋｍ，据此推测青藏高原
西北边界的应变被分解为北阿尔金断裂上的竖直抬升和南阿尔金断裂上的左旋走滑。此外，
Ｗｕ等（２０１９）基于柴达木盆地西北缘的构造记录，推测阿尔金断裂系在中中新世存在１期构造
转换事件，使主走滑断裂从北阿尔金断裂跳跃至新形成的南阿尔金断裂上，与此同时，北阿尔９９２地 震 地 质４４卷
金断裂的运动方式也从以左旋走滑为主变为以逆冲为主，但确切的转换证据仍十分缺乏。可
见，了解北阿尔金断裂的运动学方式是目前认识整个阿尔金断裂系内应变分配的关键。
２ 方法
本文利用９０ｍ空间分辨率的ＳＲＴＭＤＥＭ数据对穿过北阿尔金断裂的１８条河流及相应汇
水盆地的形态进行了提取（图１），分析了河流纵剖面形态、标准化河流长度坡度指数（ＳＬＫ）、
河流陡峭指数（Ｋｓｎ）、面积－高程曲线及其积分（ＨＩ）等多项构造地貌参数。
２１ 河流纵剖面
河流纵剖面反映了侵蚀速率与岩石隆升速率之间的关系（Ｓｉｎｈａｅｔａｌ．，１９９６；Ｋｉｒｂｙｅｔａｌ．，
２００３）。均衡条件下，河流纵剖面表现为平滑上凹的形态（Ｓｉｎｈａｅｔａｌ．，１９９６）。一旦这种均衡
状态被打破（如由于构造岩石隆起、岩性变化或基准面降低），河流就会处于一种瞬态不均衡
状态，在河流纵剖面中出现局部异常上凸的情形，即发育裂点。在岩性、基准面和气候变化不
大的流域，河流裂点的出现往往是断裂构造活动的反映。
２２ 标准化河流长度坡度指数（ＳＬＫ）
河流长度坡度指数（ｓｔｒｅａｍｌｅｎｇｔｈｇｒａｄｉｅｎｔｉｎｄｅｘ，ＳＬ）最先由Ｈａｃｋ（１９７３）提出，其为单位距
离的坡度与河流源头距离的乘积，即
ＳＬ＝（ΔＨ／ΔＬ）Ｌ（１）
其中，ΔＨ／ΔＬ代表坡度，Ｌ为所研究河段距源头的距离（沿河道）。后又引入标准化河流长度
