基于断层活动型干盐湖沉积光释光年代学约束伊朗中部西部杜鲁内赫断层系统晚第四纪左旋走滑速率

《Journal of Asian Earth Sciences》：Constraining the late quaternary left-lateral slip rate of the western Doruneh fault system, central Iran, based on OSL chronology of faulted playa deposits

　　

• •
  88 ± 10 m 的左旋错动表明西部多鲁内赫断裂系统（Doruneh Fault System，DFS）的晚第四纪滑动速率为 2.5 ± 0.4 mm a^?1。
• •
  光致发光（OSL）年代学将受断层影响的干湖（playa）沉积物年代限定为 35.2 ± 4.2 ka，将断裂充填年代限定为约 6.3 ka。
• •
  约 2.5 mm a^?1 的滑动速率与中部段落地质学估算值相当，表明西部和中部 DFS 经历了稳定的长期变形。
• •
  约 6.3 ka 的充填型地表破裂为西部多鲁内赫断裂系统提供了古地震证据。
• •
  研究结果凸显了西部多鲁内赫断裂系统相关的潜在地震灾害风险。

引言

伊朗境内的活动断层对数百万人构成严重威胁，地震已多次造成灾难性损失。例如，1978 年 M_w 7.4 塔巴斯地震造成超过 2 万人死亡；1990 年鲁德巴–塔罗姆地震至少夺去 3 万条生命；2003 年 M_w 6.5 巴姆地震导致超过 3 万人遇难，历史名城巴姆几乎被完全摧毁。这些悲剧事件凸显了深入了解伊朗活动断裂系统及其地震灾害风险的紧迫性。

量化断层滑动速率是活动构造学和地震灾害研究的关键步骤，因为它揭示了不同时空尺度上变形的分布情况。将测地学测量得出的短期滑动速率与长期地质学估算值进行比较，有助于评估断层是在地震周期中稳定地容纳应变，还是以时变的方式容纳应变。

滑动速率可通过测地学、地质学和年代学方法进行测量。GPS 速度模型提供的短期速率是年际至数十年的平均值。地质学方法则利用具有年代标定的地貌标志物来捕捉从数千年到数百万年的位移。常用的测年技术包括碳十四测年、陆生宇宙成因核素测年和光致发光测年。每种技术都有其优势与局限性：碳十四测年在年龄不确定度方面较为精确（误差范围较窄），但仅适用于约 45,000 年以内的有机质材料；陆生宇宙成因核素测年的适用范围广泛（10²–10⁷ 年），但存在 8–10% 的不确定性。然而，发光测年测定的是石英（和长石）最后一次受热或接受日光照射的时间。由于这些矿物普遍存在，发光测年可应用于地表几乎所有沉积物，测年范围从近十年来至约 500 ka，甚至可能达 10⁶ 年。尽管存在一些困难，但发光测年在伊朗已被成功应用于通过滑动速率估算和断层活动时段确定来研究地震灾害风险。

伊朗的构造背景受阿拉伯板块与欧亚板块持续汇聚（速率约 20–22 mm a^?1）驱动（图 1）。这种变形通过扎格罗斯山脉（西南）、阿尔博尔斯山脉（北部）和科佩–达格山脉（东北部）以及伊朗东部地区的活动断裂来吸收。这种汇聚分布在山脉和伊朗中部的多个主要断裂系统中，包括逆冲断层和走滑断层构造，在不同区域容纳变形。其中，左旋多鲁内赫断裂系统（DFS）是伊朗东北部和中部地区最长、最重要的活动走滑断层之一，延伸长度从约 600 km 至 900 km，其中心段落的 GPS 速度率为 3 mm a^-1。

DFS（图 2）沿弯曲轨迹从伊朗中部（西段，走向为西南–东北向），经伊朗东北部（中段，走向大致为东西向），延伸至伊朗–阿富汗边境（东段，走向为西西北–东东南向）。尽管其重要性突出，但与其他碰撞区断层相比，DFS 的研究仍然不足。近年来，基于 GPS、OSL 和 TCN 的方法对其中段和东段的估算表明中更新世至全新世的滑动速率约为 1–3 mm a^?1。然而，这些数值不足以平衡区域变形预算（尤其是对西段而言），这引发了关于滑动如何在 DFS 及相邻断层之间分配的问题。断层沿线的地震记录稀疏。仪器记录的地震包括 1903 年（M_s 6.5）、1926 年和 1923 年（M_s 5.8）发生在卡沙马尔和托尔巴特–海达里耶附近的震群，以及 1927 年达什特–卡维尔地震，均造成了局部破坏。尽管未记录更早的事件，但 DFS 中段的地貌证据揭示了 3–5.5 m 的溪流错动，被解释为由矩震级约 7.5 地震引起的地表破裂，凸显了该断层具有重大地震活动的潜力。

DFS 的西段位于托鲁德干湖以南，显示出清晰的变形地貌证据，但缺乏可靠的地质学滑动速率估算。目前对该段落的了解主要来自基于 GPS 的模型，这些模型仅反映了短期变形，无法揭示长期断层行为。因此，在晚第四纪时间尺度上滑动是稳定还是变化的仍然不清楚，该断层在伊朗中部构造框架和地震灾害风险中的作用也仍然不确定。

本研究旨在弥补这些不足，通过调查 DFS 西段的晚第四纪滑动行为。我们选取被位移的干湖边缘沉积物作为地貌标志物，并利用石英提取物的 OSL 测年建立其年代框架。该地区在发光测年方面的一个关键方法挑战是富含碳酸盐的沉积物的存在，这使剂量率测定复杂化。为克服这一困难，我们采用了"RCarb"模型来提高剂量率估算的可靠性。通过将发光年代学、地貌制图和探槽观测相结合，本研究旨在为 DFS 西段提供首个关于滑动速率和古地震历史的可靠约束，从而促进对其在阿拉伯–欧亚汇聚中的容纳作用及其对伊朗中部地震灾害风险的意义的更全面理解。

章节摘要

研究区域

伊朗中部是该国地质构造最为复杂的沉积–构造域之一。该区域北接阿尔博尔斯山脉，西南接桑安达贾–锡尔詹带，东接卢特地块。该区域拥有伊朗最古老的变质岩，可追溯至前寒武纪，同时还分布着活动和半活动的火山中心。作为伊朗微大陆最古老的组成部分，伊朗中部

地貌分析

仔细绘制变形区内的第四纪地貌和沉积物通常是古地震调查的第一步，也是最富有成效的步骤。只有在充分了解研究区的地貌关系后，才应确定探槽位置。活动断层迹线通常在地表表现为线性地貌带，在倾滑断层上表现为垂直位移，在走滑断层（如 DFS）上表现为横向错动。

断层活动性地貌与构造证据

DFS 西段（以下简称 WDFS）保存了若干与断层活动相关的地貌和构造特征。最显著的特征是沿托鲁德干湖边缘约 88 m 的左旋错动，沉积物界面和夷平面在此发生位移（图 4）。构造测量表明断层走向为北东 58°，向东南倾伏约 39°，余角为西南 10°（图 5）。

高程和形态各异的台地表面在附近得以保存

WDFS 的地貌表现与运动学特征

地貌和构造证据表明，WDFS 沿线的变形以左旋走滑运动为主，伴有次要的垂直分量。被位移的干湖边缘是保存良好的晚第四纪变形累积标志物，为滑动速率估算提供了地貌基础。台地高程和形态的差异以及测量的断层几何参数表明，景观对断层活动的响应涉及局部的垂直运动。

结论

本研究首次为西部多鲁内赫断裂系统（WDFS）的活动性提供了可靠约束，推进了我们对一个长期被忽视但构造意义重大的断裂段落的断层动力学理解。通过结合地貌分析、古地震探槽和 OSL 年代学，我们建立了定量滑动速率，并揭示了托鲁德干湖区域构造变形与沉积过程之间的直接联系。充填型破裂及其后的环境变迁

作者贡献声明（CRediT）

梅赫迪·托拉比（Mehdi Torabi）：撰写–审阅与编辑，撰写–初稿，软件，正式分析，数据整理，概念化。莫尔塔扎·法塔希（Morteza Fattahi）：撰写–审阅与编辑，监督，方法论，正式分析。哈米德·阿米尼（Hamideh Amini）：撰写–审阅与编辑，数据整理。穆罕默德·R·加塞米（Mohammad R. Ghassemi）：撰写–审阅与编辑，验证，调查。克里斯蒂安·布德尔（Christian Büdel）：撰写–审阅与编辑，正式分析。扎基耶·拉希迪·库奇（Zakieh Rashidi Koochi）：撰写–审阅与编辑，正式分析。马库斯·福克斯（Markus Fuchs）：

未引用参考文献

利斯和金，2023 年；美国国家地理数据中心，美国国家海洋和大气管理局，2016 年。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告工作的公正性。

致谢

作者衷心感谢匿名审稿人的建设性意见、细致深入的建议和支持，这些意见提高了论文质量。作者衷心感谢已故工程师马沙拉·穆罕默德·萨法尔（Engineer Mashallah Mohammad Saffar）在研究采样阶段提供的宝贵支持。令人悲痛的是，他因交通事故去世。他的记忆和贡献将永远被深切尊重和感激。

梅赫迪·托拉比|Morteza Fattahi|哈米德·阿米尼|穆罕默德·R·加塞米|克里斯蒂安·布德尔|扎基耶·拉希迪·库奇|马库斯·福克斯