近日，我院郑文俊教授课题组硕士研究生杨俯尔（目前在南方科技大学攻读博士）在青藏高原东北缘活动构造与变形速率研究方面取得重要进展。该研究利用高分辨率卫星影像数字高程模型和光释光测年技术，结合断层相关褶皱理论，系统揭示了祁连山前缘民乐-大马营断裂的铲式几何结构及其变形速率，为理解祁连山北缘逆冲断裂带的运动学特征和青藏高原向北扩展机制提供了关键定量约束。相关成果发表在国际地学权威期刊《GSA Bulletin》（Geological Society of America Bulletin，中科院一区Top期刊，JCR Q1）上。

研究背景

祁连山位于青藏高原东北缘，是由印度-亚洲板块碰撞驱动的大陆内部挤压造山带，以一系列北西-南东走向的平行山脉和山间盆地为特征。祁连山北缘逆冲断裂带是该造山带最前缘的活动构造边界，其变形速率的精确厘定对于理解青藏高原的隆升历史、构造扩展机制以及区域地震危险性评估具有重要意义。民乐-大马营断裂（MDF）位于祁连山北缘东段，是一条晚更新世以来持续活跃的逆冲断裂。前人研究主要通过断层陡坎测量来估算滑动速率，但河流阶地的纵剖面显示出明显的褶皱变形特征，表明地壳缩短并非完全由山前断层陡坎处的位错所吸收。因此，如何综合考虑断层活动和褶皱变形，准确评估该断裂的真实变形速率，成为亟待解决的科学问题。

研究方法与数据

研究选取了祁连山东段童子坝河沿线五级河流阶地（T1–T5）作为研究对象，利用高分七号和WorldView-1高分辨率全色卫星影像，通过立体像对处理生成水平分辨率优于2 m、垂直精度约0.5 m的高精度数字高程模型，为阶地变形的精细刻画提供了可靠的地形数据基础。在年代学方面，研究团队在童子坝河上下游两个区域共采集12组光释光样品以约束各级阶地的废弃年龄，结果显示T5阶地废弃于约12.9–11.7 ka，T4约6.9–5.1 ka，T3约5.3–5.0 ka，T2约3.0–2.5 ka，T1约2.7–2.1 ka，均形成于末次冰盛期之后的全新世。在此基础上，基于铲式断层相关褶皱模型，利用阶地纵剖面的褶皱变形特征定量反演断裂的深部几何结构和滑动量，并通过面积平衡法计算地壳缩短量。

主要发现

1. 阶地变形及地层产状揭示民乐-大马营断裂深部结构呈现三段式铲形特征

研究发现，童子坝河沿线各级阶地的褶皱变形特征与铲式断层相关褶皱模型高度吻合，表现为短前翼、宽枢纽和长后翼的不对称褶皱形态，且高阶地的后翼倾角大于低阶地，指示断层活动过程中渐进式的褶皱翼旋转。基于断层相关褶皱理论的定量计算表明，民乐-大马营断裂断层倾角由近地表的约40°±5°随深度逐渐减小至16°–18°，呈现出由陡变缓的三段式铲形特征。

2. 断裂几何结构不同但最大缩短速率相似揭示统一区域构造应力场的控制作用

基于褶皱变形分析，T5和T4阶地记录的垂直抬升量分别为16 m和7.2 m，结合OSL废弃年龄，计算得到T5和T4的垂直抬升速率分别为1.34 ± 0.21 mm/yr和1.29 ± 0.27 mm/yr，利用面积平衡法估算的地壳缩短速率分别为1.94 ± 0.25 mm/yr和1.87 ± 0.36 mm/yr。上述基于褶皱变形获得的速率显著高于仅基于近场断层陡坎测量的结果（0.78 ± 0.06 mm/yr），表明局部陡坎测量由于未能完整捕获分布式褶皱变形所吸收的地壳缩短，会系统性地低估逆冲断裂的真实滑动速率。此外，尽管民乐-大马营断裂东、西两段在深部几何结构上存在明显差异（铲式与等倾角），但基于阶地褶皱变形估算的水平缩短速率却高度一致（均约2 mm/yr），表明断裂内部几何形态的变化对地表缩短速率的影响有限，变形速率主要受区域构造应力场的统一控制。

3. 综合祁连山北缘断裂带变形速率结果显示其在一定时间范围内具有时空稳定性，符合前展式变形的模式

祁连山北缘断裂各段的缩短速率虽存在一定空间差异，但最大值普遍接近2 mm/yr，表明该断裂系统自活动以来维持了高度稳定的构造变形速率。综合断层滑动与褶皱变形，祁连山北缘褶皱-逆冲带的总缩短速率超过3 mm/yr，吸收了横跨整个祁连山总汇聚速率的近一半，表明该前缘构造带在青藏高原东北缘的隆升与向北扩展过程中发挥了主控作用。这一结果支持以前缘逆冲为主导的前展式变形模型，即高原扩展主要通过前缘边界断裂的向外推进来实现，而非由多条内部断裂均匀分担的整体抬升模式。

论文第一作者为我院硕士研究生杨俯尔，通讯作者为郑文俊教授。研究得到第二次青藏高原综合科学考察研究（2019QZKK0901）和国家自然科学基金面上项目（42174062）等项目的资助。

论文信息：

Fuer Yang, Wenjun Zheng*, Dongli Zhang, Shiqi Wei, Yunsheng Yao, Jiaxin Guo. Deformation rates of the Minle-Damaying fault from folded fluvial terraces: Implications for kinematics of the Qilian Shan frontal thrust, NE Tibet. GSA Bulletin, 2025. https://doi.org/10.1130/B38053.

供稿人：杨俯尔  郑文俊

初审：董晓涵 黄荣

审核：郑义 徐永怡

审核发布：王伟涛 孔晓慧