大型走滑活动断裂带沿线通常会发育不同规模的几何复杂区，区内各分支断裂对于理解断裂带全段的运动学特征、演化历史以及评估地震安全性都有重要的指示意义，而对于复杂几何结构位置的各分支断裂滑动速率的精确厘定是理解大型走滑活动断裂带不同段落上构造变形如何分配和变化的关键。
海原断裂带作为青藏高原北缘重要的大型边界活动断裂带之一，是印度-欧亚板块碰撞挤压作用下应力承载的重要构造之一，其构造变形强烈，历史上发生过多次M>7级的强震，尤其是1920年12月16日发生的MW 7.9海原大地震，地震波及13个省区，造成了约27万人罹难、30万人受伤，并诱发了成千上万次山崩滑坡，损失巨大，史称“寰球大地震”。因此，基于海原断裂滑动速率的准确厘定所揭示的变形分配特征不仅对于理解青藏高原大陆岩石圈的构造变形机制有重要的指导作用，同时也有助于揭示断裂沿线区域的强震复发特征。然而，对海原断裂上几何结构最为复杂的段落—米家山-哈思山阶区，前人研究多聚焦于1920年海原地震形成地表破裂的哈思山南麓山前断裂，其研究结果为理解海原断裂带的整体构造变形特征带来了困惑，而卫星影像显示其南侧的紫红山断裂具有清晰的错断地貌特征，表明该断裂具有明显的晚第四纪活动性及其在该区域海原断裂带的应变分配中承担的重要作用。
图1 海原断裂带米家山-哈思山挤压阶区及邻区的滑动速率研究分布图
近期，天津大学地球系统科学学院刘静教授课题组与法国巴黎地球物理学院Yann Klinger教授合作，对长约50 km的紫红山断裂开展了滑动速率的精确厘定工作。本项研究基于小型无人机航空摄影测量技术和三维结构运动技术（Structure from Motion, SfM），获取了沿断裂展布的高精度拼接影像（Digital Orthograph Model, DOM）以及数字高程数据（Digital Elevation Model, DEM）。基于该套数据，通过优选错断点位的微构造地貌精细解译（错断冲积扇、阶地等）对左旋错断位移量进行量测，并利用光释光和宇宙成因核素10Be深度剖面测年法确定关键地貌面的废弃年龄，继而利用迭代算法综合上述两项参数精确厘定了紫红山断裂自~13 ka以来1.9 ± 0.6 mm/yr的滑动速率值。因此，在尚且不考虑其北侧两支断裂（LSSF和SLF）的活动性以及各分支断层的垂向变形的情况下，结合紫红山断裂及其北侧的哈思山南麓山前断裂的滑动速率研究结果（Matrau et al., 2020），海原断裂在米家山—哈思山几何复杂阶区内的滑动速率值至少可达到4.1 ± 0.6 mm/yr，该结果与邻区的研究结果近乎相同。
图2 微构造地貌的精细解译及关键地貌面废弃年龄的测定
同时，本研究对高精度地形数据的错断地貌信息进行了充分挖掘，利用最新的基于MATLAB软件开发的半自动测量代码（LaDiCaoz_v2）系统获取了沿断裂共73个点位的左旋位移量和垂直位移量，结果显示紫红山断裂上平均同震位移量可能达到3.9 m。结果均与其北侧的1920年Mw 7.9海原强震破裂带上的最新相关研究结果的量级相近。此外，基于震级-长度-平均位移的多个经验关系式，估算了紫红山断裂如果全段产生地表破裂所产生的震级可能为Mw ~7.0级。基于该项研究，刘静教授团队指出紫红山断裂的地震危险性被明显低估，而其邻近著名的黄河石林国家地质公园，应当被予以重视并开展更细致的古地震研究工作。
图3 沿紫红山断裂的错断地貌点位及位移量分布情况
该研究主要得到国家自然基金（项目号：U1839203）、地震动力学国家重点实验室基金（项目号：LED2017A01）的资助，相关研究成果以论文“Late Quaternary Slip Rate of the Zihong Shan Branch and Its Implications for Strain Partitioning Along the Haiyuan Fault, Northeastern Tibetan Plateau”于2022年4月19日发表在Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 全文链接：https://doi.org/10.1029/2021JB023162
Yao, W., Liu-Zeng, J., Klinger, Y., Wang, Z., Shao, Y., Han, L., et al. (2022). Late Quaternary slip rate of the Zihong Shan branch and its implications for strain partitioning along the Haiyuan fault, northeastern Tibetan Plateau. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127, e2021JB023162.
