0.   引言

逆断层及其相关褶皱是吸收大陆构造变形的主要方式之一。在全球范围内，逆断层及其相关褶皱广泛分布在板块边界和板块内部，这些逆冲型断层的活动会释放出巨大的地震能量，造成了多次严重的地震灾害。例如，1999年中国台湾集集地震(M 7.3)、2008年中国汶川地震(M_S8.0)和2015年尼泊尔地震(M_W7.9)等，这些地震引发的地质灾害造成了巨大的人员伤亡和财产损失，对当地的社会和经济发展产生了巨大的影响(彭阜南和叶银灿，2004；徐锡伟等，2008；杨志华等，2017；郭长宝等，2017；贾丽云等，2023；阎渊，2023)。因此，在板块边界和内部广泛存在的逆断层及其相关褶皱是造成地震灾害及其次生自然灾害的重要源头之一。通过对逆断层及其相关褶皱的研究可以更好地认识逆断层活动习性，进一步提升对自然灾害风险评估的能力，有效地预测地震灾害的发生和可能造成的次生灾害，从而更好地保护人民生命和财产安全。

大量震例研究表明，震级大于6.5级的强震有可能形成地震地表破裂，但也不排除少量低于6.5级的地震也能产生地震地表破裂(Clack et al., 2014；Yao et al., 2022；Di et al., 2023)。震后野外考察表明，坐落在地震地表破裂带上的建筑物，无论是一般的民用建筑，还是钢筋混凝土浇筑的水库大坝，都遭到了毁灭性的断错破坏(彭阜南和叶银灿，2004；徐锡伟等，2008)。依据震源破裂特征，地震一般可以分为三种类型，即走滑断层型地震、正断层型地震和逆冲断层型地震。现代挤压性造山带及其前陆地区多发生逆冲型大地震，但关于逆冲型地震引发的地表破裂的研究远少于正断层型和走滑断层型地震的地表破裂研究(Rubin，1996)。这主要是因为在逆冲型地震期间震源位错向地表的传播过程更为复杂，如1980年发生在欧洲板块与非洲板块汇聚处的活动挤压褶皱带内的阿斯南(ASNAM)7.5级地震，该地震在地表形成复杂多样的同震地表破裂，既有发震断层在地表形成的逆冲型同震破裂，也有逆冲断层上盘背斜区的弯矩正断层地表破裂，还有沿背斜翼部倾斜地层层面发生的弯滑断层地表破裂等(Philip and Meghraoui, 1983；虢顺民等，1990)。另外一些逆断层型地震的同震位移自深部向上快速衰减，使近地表的位移趋近于0 m，从而导致地震地表破裂规模较小，或不发生同震地表破裂(张培震等，1994；邓起东等，2000)。此外，逆冲型地震的同震地表变形往往又以褶皱隆起为主(King and Stein, 1983；Hill，1984；杨晓平等，2016)，从而导致其不容易在地表形成显著的地震地表破裂。

地震地质灾害是指在地震作用下地质体变形或破坏所引起的灾害，其主要类型有地震地表破裂、地裂缝、地基土液化、软土震陷、崩塌和滑坡等。文中讨论的活动背斜区地震地质灾害包括：①在挤压构造区发生逆冲型大地震、特大地震时，其震源位错沿发震断层传播到地表产生同震地表破裂引起的地震地质灾害；②震源位错传播到活动背斜构造产生的褶皱相关断层错动引起的地震地质灾害；③褶皱陡坎活动引起的地表倾斜导致的地震地质灾害；④震源位错传播到活动背斜区引起的同震隆升、缩短导致背斜两翼和倾伏端地形的掀斜造成的地震地质灾害。

1.   褶皱相关断层、褶皱陡坎及背斜隆升和侧向扩展

1.1   活动背斜区的褶皱相关断层

褶皱相关断层(fold accommodation faults)又称褶皱调节断层，是指褶皱变形过程中为了调节褶皱不同部位的应变差异而形成的从属于褶皱变形的断裂构造，主要表现为背斜区的弯矩断层、弯滑断层、前展式逆冲断层、反冲断层和共轭剪切断层(Mitra，2002；邓洪菱等，2009；Li et al., 2017，2018)。

1.1.1   逆冲断层与反冲断层

前陆冲断带的逆冲断层结构极其复杂，既有向前陆方向逆冲的前展式逆冲断层，也有反序的后展式逆冲断层，同样也存在大量的乱序逆冲断层(Morley，1988)。无论是哪一种逆冲断层，都可能在其端部产生与其倾向相反的反冲断层。模拟实验和野外地质调查中均发现了反冲逆断层的存在(Namson and Davis, 1988；McClay，1992；李安，2010)。

1.1.2   弯滑断层与弯矩断层

地壳中大多数褶皱的形成机制为纵弯褶皱作用，当一套地层受到侧向挤压形成纵弯时，在不同的部位可能形成一系列有规律分布的内部小构造。当一系列岩层通过层间滑动而弯曲形成褶皱时，上层岩层相对于下层朝背斜枢纽而远离向斜枢纽滑动而形成的次级断层称为弯滑断层，褶皱枢纽处滑动量为0 m(图 1a)。较为脆性的岩层在外突侧常产生与层面正交、呈扇状分布的小型正断层，而在内凹侧产生逆断层(图 1b)，这些断层也称为弯矩断层(Yeats，1986；Burbank and Anderson, 2011)。

图  1  弯滑断层与弯矩断层模型(Yeats，1986；Burbank and Anderson, 2011)

a—弯滑断层形成模式图；b—弯矩断层形成模式图

Figure  1.  Models of flexural-slip fault and flexural fault (Yeats, 1986; Burbank and Anderson, 2011)

(a) Formation pattern diagram of flexural-slip fault; (b) Formation pattern diagram of flexural fault

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1.1.3   共轭剪切断层

共轭断层(conjugated faults)又称共轭剪切带(conjugated shear zone)，是在统一构造应力场作用下形成的两组方向不同、剪切方向相反、大体同时发育的交叉剪切带。平分线平行最大主应力轴(σ₁)的两组断层的夹角称共轭角；脆性共轭剪切带共轭角一般为锐角，韧性共轭剪切带常为钝角，其两组断面的交线则平行于中间主应力轴(σ₂)。构造模拟实验表明，共轭的两组剪切带可以有先有后，发育的程度也可以不同(曾佐勋，1991；Benson et al., 2008)。现今地震活动中也表现出交角约90°的共轭剪切破裂。王雨晴等(2022)分析了1987年以来全球范围内14个发生共轭破裂的震例，其中共轭断层系统的展布形态大多呈“L”型，且两支断层通常发育不均衡。

1.2   活动背斜带中的褶皱陡坎

褶皱陡坎是褶皱变形过程中形成的陡坎地貌，指初始水平或近水平地层(或阶地面、洪积扇面、不整合面、侵蚀面等)受下伏断层的转折冲断作用，由于膝折带迁移使活动轴面与固定轴面分离，在地表形成的单斜褶皱斜坡或陡坎(卢华复等，2002；Hubert-Ferrari et al., 2007)。褶皱陡坎形成在活动轴面附近，当物质从一个等斜岩区迁移到另一个等斜岩区时，岩层的运动方向发生变化而形成(李涛等，2014)。褶皱陡坎能够在经典断层转折(Suppe，1983；Chen et al., 2007)、断层传播(Suppe and Medwedeff, 1990；陈杰等，2005a)和滑脱褶皱(Poblet et al., 1997；陈杰等，2005b；李涛等，2014)等任何一种以膝折带迁移方式变形的褶皱中形成(图 2)。

图  2  膝折带迁移作用生成的活动褶皱陡坎几何学模型(Li et al., 2015a)

H—褶皱陡坎高度；Φ—褶皱陡坎坡度；θ₁、θ₂—断层倾角；S—断层滑动增量；a、b、c、d—轴面初始位置；a′、b′、c′、d′—轴面迁移后位置

Figure  2.  Geometric model of active fold scarp generated by the migration of a kink band (Li et al., 2015a)

H-Height of fold scarp; Φ-Slope of fold scarp; θ₁, θ₂-Fault dip angles; S-Fault slip increment; a, b, c, d-Initial positions of axial planes; a′, b′, c′, d′-Positions after migration

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1.3   背斜隆升和侧向扩展引起的地形掀斜

无论活动背斜的形成机制是断层转折褶皱、断层传播褶皱，还是滑脱褶皱，其在背斜隆升和侧向扩展过程中都必然会导致背斜两翼的地形掀斜(Keller et al., 1999)。而在背斜的倾伏端，背斜侧向扩展不论是遵循侧向迁移还是侧向旋转机制(李涛等，2011)，背斜侧向扩展势必会造成新的地区卷入褶皱变形，从而导致原始的地形发生倾斜弯曲。随着褶皱变形的进一步发展，背斜两翼的地形坡度进一步增大(图 3)。

图  3  活动背斜的隆升和侧向扩展示意图(据Ramsey et al., 2008修改)

Figure  3.  Uplift and lateral propagation of active anticlines (modified after Ramsey et al., 2008)

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在背斜还没有开始形成的阶段①(图 3)，冲洪积平原上地形平坦；阶段②，背斜开始形成，平原西侧地表已经形成隆起，而在平原东侧，由于河流的侵蚀速率大于背斜的隆升速率，地表面仍然保持平坦状态，此时的建筑物A和B位于隐伏活动背斜上；阶段③，背斜发生快速隆起和向倾伏端侧向扩展，位于活动背斜上的建筑物A和B均发生不同的倾斜，其中建筑物A随着背斜翼部的掀斜而倾斜，建筑物B位于背斜的轴部，随着背斜的侧向扩展而向背斜扩展方向倾斜；阶段④，位于活动背斜上的建筑物A和B进一步发生倾斜，而河流的侵蚀使得其倾伏端被夷平，建筑物C位于隐伏活动背斜上；阶段⑤，活动背斜进一步隆起，位于活动背斜上的建筑物A和B发生更进一步的倾斜，由于背斜的隆升速率大于河流的侵蚀速率，建筑物C处的地面也发生倾斜，而此时的建筑物D则位于隐伏活动背斜上，可以预测随着活动背斜的隆升和侧向扩展，建筑物D也会发生倾斜。

2.   活动背斜区地表强变形实例

断层陡坎是活动断层错动在地表形成的陡坎状地貌，也是研究断层演化、破裂历史、强震震级以及未来强震复发行为的直接和间接证据(Wallace, 1984)，并且断层陡坎上的波折为多次地震发生后陡坎演化留下的微地貌信息(石霖等，2022)，横跨断层陡坎开挖探槽识别古地震事件、建立古地震序列是国内外研究古地震的主要技术手段(Yeats and Prentice, 1996；冉勇康等，2012)。逆冲型大地震的同震地表破裂、同震地表变形更为复杂，既有发震断层直接出露地表形成的同震破裂，也有活动背斜区褶皱相关断层的同震次生地表破裂，同时也伴随有背斜的同震隆起。强震过程中活动背斜区的强地形变形不仅包括各类褶皱相关断层活动形成的断层陡坎，而且还包括膝折带迁移形成的褶皱陡坎，以及褶皱隆起导致的背斜两翼地形的坡度增大等(King and Stein, 1983；Philip and Meghraoui, 1983；虢顺民等，1990)。无论是断层断错形成的断层陡坎，还是膝折迁移形成的褶皱陡坎，都会使坐落在其上的建筑物发生错断或严重倾斜；而位于背斜翼部的建筑物则会发生倾斜。以下简述几个活动背斜区构造成因的地貌陡坎实例，其位置见图 4所示。

图  4  塔里木盆地及周边地区活动褶皱分布图

DF—博罗可努-阿其克库都可断裂；TFF—塔拉斯-费尔干纳断裂；AFT—阿尔金断裂；KLF—昆仑断裂；RRF—红河断裂；MFT—喜马拉雅主前缘断裂；Tianshan—天山；Qilian—祁连山；Tarrim—塔里木盆地；Tibet—青藏高原；Himalaya—喜马拉雅山；India—印度高原

Figure  4.  Sketch map of active folds in and around the Tarim Basin

DF-Bolokenu-Aqikekuduk fault; TFF-Talas-Fergana fault; AFT-Altyn fault; KLF-Kunlun fault; RRF-Honghe fault; MFT-Himalaya main frontal fault

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2.1   新疆焉耆盆地北缘和静褶皱带中的活动断层

和静活动褶皱带位于焉耆盆地的北缘，距离古生代天山褶皱带的距离仅有3~5 km。自西向东由夏尔木登背斜、哈尔莫敦背斜和阿尔夏特背斜三个次级背斜组成。在其中段的哈尔莫敦背斜区第四纪晚期河流阶地(42°24′59.7″N，86°22′3.7″E)保存完整，给详细观察活动背斜区各类活动断层提供了便利条件(图 5)。

图  5  哈尔莫敦背斜区的活动断裂分布特征

a—和静活动背斜中段影像图(引自谷歌地球2010年11月10日影像；黑色线段及字母表示实测地形剖面图 6位置及编号)；b—建设在反冲活动断层带上的光伏电站(引自谷歌地球2016年10月15日影像)；c—和静背斜区的断层分布图(Huang et al., 2014；黄伟亮，2015)；d—横跨和静背斜实测地质剖面图(Huang et al., 2014)

Figure  5.  Distribution map of active faults in the Halmoton Anticline area

(a) Image of the middle section of the Hejing active anticline (taken from Google Earth imagery on November 10, 2010; black lines and letters indicate the location and numbering of measured topographic profile 6); (b) Photovoltaic power station constructed on the reverse fault zone (taken from Google Earth imagery on October 15, 2016); (c) Fault distribution map of the Hejing anticline area (Huang et al., 2014; Huang, 2015); (d) Measured geological cross-section across the Hejing anticline (Huang et al., 2014)

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2.1.1   背斜区的主逆断层和反冲断层

李安(2010)和黄伟亮(2015)的研究表明，哈尔莫敦背斜南翼分布倾向北的主逆断层，同时发育与主逆断层倾向相反的反冲逆断层(图 5c、5d)，以及在背斜核部发育大量与背斜轴向一致的弯矩正断层(图 5c、5d)。其中倾向北的主逆断层在T1阶地面上由三个分支断层组成，断层陡坎高度为1.8~16 m(图 6a—6c)；而在黄水河谷的高河漫滩上，断层陡坎高度为0.5 m。与主逆断层倾向相反的反冲逆断层陡坎在T2阶地上分布，大致由四条断层陡坎带组成，高度一般为1~4 m，最低的反冲断层陡坎的高度仅有0.5 m(图 6d—6g)。从卫星影像上可以看到，某光伏电站横跨反冲活动断层带(图 5b)。

图  6  哈尔莫敦背斜区的断层陡坎实测地形剖面(剖面位置见图 5a；李安，2010)

Figure  6.  Measured topographic profile of fault scarps in the Halmodon anticline area (profile location is shown in Fig. 5a; Li, 2010)

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2.1.2   背斜区的弯矩断层

李安(2010)对哈尔莫敦背斜区的弯矩断层进行系统测量表明，T5阶地面上残留四条近东西向、坡向南的断层陡坎，自北向南陡坎高度分别为2.6 m、1.8 m、7.6 m和14.5 m(图 6h)。T4阶地面拔河高度约为120 m，发育大量的南北向冲沟，但是坡向南、北的断层陡坎可以连续追踪，陡坎带走向近东西向，长约600 m；坡向南的断层陡坎有8条，陡坎高为0.5~6.0 m；坡向北的断层陡坎有两条，高为1.1~4.0 m(图 6i)。T3阶地上的弯矩断层陡坎分为东、西两部分，西部分布在黄水河谷东岸，东部分布在清水河西侧。西部断层陡坎带长约450 m，由长短不一的十条断层陡坎组成，其中一条为坡向北的断层陡坎，其余九条均为坡向南的断层陡坎。跨断层陡坎带的实测地形剖面显示，坡向南的断层陡坎总高度为16 m，低陡坎高为1 m，高陡坎高为3 m，坡向北的断层陡坎总高度为5.3 m(图 6j)。T3阶地东侧的断层陡坎带比较复杂，陡坎带长约500 m，由十条坡向南或北的断层陡坎组成，陡坎高度介于0.3~2.7 m(图 6k)；T2阶地面上发育六条坡向南的断层陡坎和两条坡向北的断层陡坎(图 6l)，长约450 m，最北的两条断层陡坎高为0.5 m，向南陡坎增高，高达6.1 m，合计高度达15.5 m(图 6l)。坡向北的两条断层陡坎分布较为局限，且在南侧的1条陡坎下发育断塞塘(图 6l)，合计陡坎高度为8 m。

2.2   天山南麓明尧勒背斜区的褶皱陡坎和弯滑断层陡坎

明尧勒背斜位于喀什-阿图什逆断裂-褶皱带最前缘，南侧与帕米尔逆冲推覆体前缘——卡兹克阿尔特逆断裂相邻，为第四纪晚期强烈活动的褶皱构造(陈杰等，2005a)。背斜走向近东西向，长约为40 km，南北宽约为10 km。明尧勒背斜的形成起始时间距今约为1.6 Ma，缩短量约为1.5 km，平均缩短速率为0.94 mm/a(陈杰等，2005b)。

2.2.1   明尧勒背斜区的褶皱陡坎

李涛等(2014)通过详细的地质地貌填图发现，背斜南翼基岩中发育近东西向的向斜枢纽，在约10 m的范围内基岩倾角由北侧50°~59°向南变为15°~20°。向斜枢纽经过的T2和T3b阶地上发育坡向南与枢纽位置对应的陡坎状地貌(图 7a、7b)，陡坎的形态类似于侵蚀形成的地貌陡坎(图 7c)，陡坎附近下伏基岩和阶地堆积未发生错断(图 7d)。这些褶皱陡坎北侧阶地堆积物较薄，向南明显增厚，具有生长地层的特征，表明在阶地形成过程中向斜枢纽持续活动。实际测量结果表明，T2和T3b阶地上褶皱陡坎的高度/宽度/坡度分别为16 m/40 m/25°、20 m/50 m/26°(李涛等，2014)。由于褶皱陡坎遭受一定程度的侵蚀，实测得到的陡坎坡度小于原始坡度。

图  7  明尧勒背斜南翼河流阶地与褶皱陡坎分布特征(39°30′41.9″N，75°19′33.6″E；李涛等，2014)

a、b—Google Earth影像及其地质地貌图；c、d—T3b阶地上褶皱陡坎照片；e—T3b阶地上弯滑断层陡坎照片；f—T3b阶地上弯滑断层陡坎实测地形剖面(度数为阶地面坡度)；g—T2阶地上褶皱陡坎实测地形地质剖面；h—T3b阶地上褶皱陡坎实测地形地质剖面(度数为褶皱陡坎坡度，紫线带圆点代表测量地层产状的位置，线条的倾斜程度为地层倾角大小，黄色和白色条带表示地层)

Figure  7.  Distribution characteristics of river terraces and fold scarps on the southern flank of the Mingyaole anticline (39°30′41.9″N, 75°19′33.6″E; Li et al., 2014)

(a, b) Google Earth images and geological geomorphological maps; (c, d) Photos of the flexural-slip fault on the T3b terrace; (e) Measured topographic profile of the flexural-slip on the T3b terrace (degree represents the slope of the terrace surface); (f) Photo of the fold scarp on the T3b terrace; (g) Measured geological profile of the fold scarp on the T2 terrace; (h) Measured geological profile of the fold scarp on the T3b terrace (degree represents the slope of the fold scarp, purple dotted lines represent the measurement positions of bedding attitudes, the slope of the lines indicates the dip angle of the beds, yellow and white bands represent bedding)

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2.2.2   明尧勒背斜区的弯滑断层

弯滑断层也是活动褶皱区常见的一种褶皱相关断层，在褶皱的缩短变形过程中褶皱翼部不同岩层之间的相对滑动也可以在地表形成断层陡坎。在天山南麓的明尧勒背斜南翼和北翼的褶皱陡坎附近，发育多条由弯滑断层活动形成的断层陡坎，断层陡坎高度介于1~3 m(图 7a、7e—7h；陈杰等，2005a；李涛等，2014)。

2.3   天山南麓明尧勒背斜翼部的地形掀斜

李涛等(2013)对明尧勒背斜西倾伏端进行了大比例尺地质地貌填图，并对河流阶地期次进行了划分和光释光定年，其中六级阶地中的T2b、T3b和T4a阶地的年龄分别为93.9±18.7 ka、82.6± 16.5 ka和19.4±2.9 ka。同时，李涛等(2013)利用差分GPS(水平误差≤2 cm，垂直误差≤4 cm)对掀斜变形的河流阶地进行测量，共完成五条大致垂直背斜枢纽走向(N45°W)的地形剖面，最终将实测数据投影到与背斜枢纽垂直的方向，利用最小二乘法对各级阶地实测数据进行拟合得到各阶地面的地形坡度。T2a、T3b和T4a阶地形成以来，明尧勒背斜西倾伏端南翼的掀斜角分别为0.78°±0.03°、4.1°±0.4°和7.9°±0.6°(李涛等，2013)。通过对明尧勒背斜区地层的沉积特征、接触关系以及古地磁进行研究，得到背斜区西倾伏端阿图什组地层在距今不到0.35 Ma以来发生46°的倾斜，掀斜速率大于0.13°±0.01°/ka。根据T2a、T3b和T4a阶地的形成年龄，可计算得到三级阶地形成以来的掀斜速率分别为0.08°±0.02°/ka、0.05°±0.01°/ka和0.04°±0.01°/ka(李涛等，2013)，晚更新世以来的平均掀斜速率约为0.06°/ka。

到目前为止，世界范围内尚未出现关于强震事件中活动背斜翼部地层旋转、掀斜角度的报道。但是，挤压构造区活动背斜的隆升、地壳缩短和翼部的掀斜与地震事件相关(King and Stein, 1983；Chen et al., 2007)。冯先岳(1997)研究了紧邻明尧勒背斜的托姆洛安活动背斜北翼断裂——卡兹克阿尔特断裂上的古地震事件，其结果表明该断裂上的古地震复发间隔约为3000年。假如明尧勒背斜区发生地震的震级和复发间隔与卡兹克阿尔特断裂相当，可以大致推测在3000年一次强地震的事件中，明尧勒背斜西倾伏端南翼地形的掀斜角度约为0.18°。

2.4   活动背斜区的共轭剪切断层

活动背斜区的共轭剪切断层也是一种常见的活动断层，通常与背斜轴大角度相交。塔里木盆地中央的麻扎塔格褶皱带为一条走向北西西向的复杂褶皱带，长约为200 km，由多个活动背斜组成，其北翼的逆冲断层倾向南西，错断晚更新世以来的冲沟阶地，形成高低不一的断层陡坎。在背斜区的一些地段发育两组共轭的剪切断层，其中走向北东、北东东向的一组断层为左旋走滑断层，卫星影像上可识别的水平位移为5~12 m；走向北西向的一组断层为右旋走滑断层，可识别的水平位移为2~10 m(图 8a)。

图  8  活动背斜区的共轭剪切断层

a—麻扎塔格褶皱带中的左旋走滑断层和右旋走滑断层(38°33′41.4″N，80°41′13.5″E)；b—明尧勒背斜区的左旋走滑断层(39°31′57.9″N，75°26′13.8″E)；c—基岩山脊的左旋错动；d、e—喀浪勾勒河阶地上的断层陡坎和微地貌左旋错动；f—背斜内部共轭剪切断层模型(S、D和C分别表示志留纪、泥盆纪和石炭纪地层，σ₁—最大主应力)

Figure  8.  Conjugate shear faults in the active anticline area

(a) Left-lateral strike-slip fault and right-lateral strike-slip fault in the Mazatag fold zone (38°33′41.4″N, 80°41′13.5″E); (b) Left-lateral strike-slip fault in the Menyaole anticline area (39°31′57.9″N, 75°26′13.8″E); (c) Left-lateral faulting on the bedrock ridge; (d, e) Fault scarps and microtopographic left-lateral faulting on the Kalanggoule river terrace; (f) Model of conjugate shear faults within the anticline (S, D, and C represent Silurian, Devonian, and Carboniferous strata, respectively, σ₁ is the maximum principal stress)

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西南天山的明尧勒背斜为一个略向南南东凸出的、北翼陡南翼缓的不对称弧形背斜。在背斜核部的喀浪勾勒河东、西两侧的中新统乌恰组砂岩、泥岩中，发育一组北东走向、与背斜轴夹角约40°的左旋走滑断层(图 8b)。在其中的一条断层上，可以测量得到断层的左旋走滑位移约为60 m(图 8c)。喀浪勾勒河在背斜区发育7级第四纪晚期以来形成的基座阶地(陈杰等，2005b)。北东走向的剪切断层切割高阶地，在阶地面上形成坡向北西的断层陡坎。通过测量断层两侧的微地貌可以发现，断层的左旋位移为11~15 m(图 8b、8d、8e)。

3.   活动背斜生长与地震地质灾害形成

挤压背景下背斜的生长演化过程为一个复杂的活动构造变形系统，断层相关褶皱的形成有三种端元模型，但在褶皱带实例中，断层相关褶皱的形成往往要复杂很多，同一个褶皱带中往往存在多种褶皱类型及其复合类型。但不论是简单的端元背斜还是复合背斜，其生长过程中均可以形成褶皱相关断层和褶皱陡坎，背斜区地层缩短、隆升和翼部的倾斜为其共有的特征。尽管目前还没有实际观测到地震中活动背斜的缩短量，但是King and Stein(1983)曾利用水准测量数据得出1983年美国西部6.6级地震使Coalinga背斜产生0.5 m的同震隆起。1980年的阿斯南(ASNAM)发生的7.5级地震虽然没有观测到阿斯南背斜的同震隆起和缩短，但在背斜区形成了同震逆断层、弯矩正断层和走滑断层等多种表现形式的同震破裂，其中主逆断层同震垂直位移为1.5~2.0 m(Philip and Meghraoui, 1983；虢顺民等，1990)。文中以断层传播褶皱为例，假设背斜区发生两次地震事件，其下部滑脱断层上的同震位移量分别为△S₁和△S₂，简单说明同震背斜生长过程中可能导致的建筑物破坏(图 9)。

图  9  活动背斜生长演化与地震地质灾害效应示意图

A—H—建筑物；DF—滑脱断层；RF—逆断层：RFS—逆断层陡坎；CF—剪切断层；BRF—反冲逆断层；FMF—弯矩断层；FSF—弯滑断层；FOS—褶皱陡坎；△S₁、△S₂—地震事件中滑脱断层上的位移量；粉色区表示褶皱陡坎；紫色区表示断层陡坎；灰色、白色条带表示地层；
黑色点线表示初始轴面；绿色点线表示迁移后的轴面
此图仅用来说明挤压背景下活动背斜同震生长变形过程中形成的地质灾害，并不代表活动背斜区褶皱相关断层、褶皱陡坎的类型和形成顺序，同样也不代表主逆断层(RF)断错至地表的顺序

Figure  9.  Schematic illustration of the growth and evolution of active anticlines and their seismic geological disaster effects

A-H-buildings; DF-detachment fault; RF-reverse fault; RFS-reverse fault scarp; CF-shear fault; BRF-back reverse fault; FMF-flexural fault; FSF-Flexural-slip fault; FOS-fold scarp; △S₁, △S₂-displacement on detachment faults during seismic events; Pink area represents fold-related scarps, purple area represents fault scarps, gray and white bands represent strata, black dotted lines represent initial axial planes, and green dotted lines represent migrated axial planes.
This figure is intended solely to illustrate the geological disasters formed during the co-seismic growth deformation process of active anticlines under compression, and does not represent the types and formation sequence of fold-related faults and fold-related scarps in the active anticline area, nor does it represent the sequence of the main reverse faults (RF) faulting to the surface.

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在一个被剥蚀夷平的活动断层传播背斜的翼部与核部的不同部位分布A—G共7个单体建筑物，另外还有一条跨越背斜的线状建筑物H(图 9a)。在挤压构造环境下，当滑脱面(DF)发生自右向左的滑动，位移量为△S₁时，控制活动背斜形成的逆断层上盘地层自断坡(RF)下端向上滑动(图 9b)。在向上滑动过程中断坡上的位移量逐渐减小，到达断层的端点时位移衰减到零，断坡上衰减的位移量转化为上盘地层的褶皱变形。在背斜区地层缩短、隆升和弯曲变形过程中，背斜前翼、后翼均形成褶皱陡坎(FOS)，位于褶皱陡坎上的建筑物A和B均发生倾斜破坏，位于背斜前翼的建筑物G随着背斜翼部的倾斜而倾斜；建筑物C、D和E分别位于共轭剪切断层、弯矩断层和弯滑断层上，因褶皱变形过程中这些相关断层的形成和错动导致位于其上的建筑物发生倾斜破坏；跨越背斜的线状建筑物H则发生弯曲变形，在背斜的前、后两翼的单体建筑和线状建筑则向不同方向倾斜(图 9b)。同时，线状建筑物在穿过褶皱陡坎(FOS)和断层陡坎时发生错断变形。位于活动背斜区以外的建筑物F则不会发生倾斜变形。

当近水平的滑脱面上进一步发生△S₂滑动量时，控制背斜生长的逆断坡上断点由图 9b所示的位置断错至地表，在地表面形成逆断层陡坎(RFS)，位于断层陡坎上的建筑物F被错断变形(图 9c)。在逆冲断层(断坡RF)的上盘，也可以形成与断坡(RF)倾向相反的反冲逆断层(BRF)，位于反冲断层上的建筑物G被错断。同时，位于活动背斜区其他部位的建筑物也会倾斜变形，若建筑物位于活动断层上就会被断错破坏，若建筑物位于褶皱陡坎上，相对于背斜翼部的建筑物则会发生较大幅度的倾斜变形。

4.   讨论

4.1   同震褶皱相关断层错动的普遍性

综合已有研究成果发现，在一部分活动背斜区发现了褶皱相关断层的存在，如哈尔莫敦背斜(李安等，2011；Huang et al., 2014；Li et al., 2018)、明尧勒背斜(陈杰等，2005b；李涛等，2014；Li et al., 2015a，2015b)、斯力克背斜(Li et al., 2018)、策勒背斜(Li et al., 2018)、哈拉安德-安集海背斜(邓起东等，2000)和独山子背斜东倾伏端(邓起东等，2000；Li et al., 2020)。这些活动背斜(区)具有以下共同特点：①背斜翼间角大，为开阔或平缓褶皱；②背斜区分布有不同时期、侵蚀程度较低的冲洪积扇或阶地面，有利于褶皱相关活动断层微构造地貌的保存和识别；③褶皱相关活动断层分布仅限于背斜展布区。但另一部分背斜区则没有发现褶皱相关活动断层，如霍尔果斯-玛纳斯-吐谷鲁背斜(邓起东等，2000)、东秋里塔格背斜(李胜强等，2016)和静背斜带西段的夏尔木登背斜(李安等，2011)、木什背斜(李涛等，2011)、喀什背斜和柯坪塔格背斜等。这些活动背斜(区)的共同特点则是：①背斜翼间角小，为闭合或紧闭褶皱；②背斜区内第四纪晚期的洪积扇或阶地面侵蚀严重，保存较差，不利于褶皱相关活动断层微构造地貌的保存和识别。在这些没有发现褶皱相关活动断层的背斜区，并不表示其不存在褶皱相关活动断层。例如，乌鲁木齐西侧的西山褶皱带为总体倾向北的复杂单斜构造，在头屯河以西的新近系和古近系出露的背斜区未发现褶皱相关断层；然而，在头屯河以东发育的王家沟断层带则为一组倾向北的逆冲活动断层，九家湾断层组为一组地堑式活动正断层，并且在断层上发现了古地震事件(宋和平等，2009)。西山褶皱带褶皱相关断层的活动为天山山前推覆构造前缘活动褶皱带中的反冲断层或弯矩断层(宋和平等，2009)。

4.2   背斜隆升、侧向扩展和褶皱陡坎形成导致的地面掀斜

在以往的活动断层探察和工程场地地震危险性评价等地震地质灾害评估工作中，工作重点主要围绕断层的展布、活动时代、滑动速率和古地震事件序列等参数进行，提供的可使用活动断层抗断参数也只是断层分布、结构、运动性质、一次地震事件的位错量和影响宽度等，还没有涉及到因构造活动或地震事件导致工程场地倾斜变形的地震地质灾害评估。

青藏高原周缘的山前地带和高原盆地内、天山南北的准噶尔盆地南缘和塔里木盆地周缘以及天山内部的山间盆地等发育许多活动褶皱带。这些褶皱带内发育褶皱陡坎强地形变形带，例如，天山北麓玛纳斯-吐谷鲁背斜南翼形成坡向南、坡角约为3°、高25 m、陡坎宽为460 m的褶皱陡坎(李跃华，2022)；天山南麓东秋里塔格背斜北翼的褶皱陡坎高为9.8 m、坡角为25°、宽约为20 m(卢华复等，2002)；南天山明尧勒背斜北翼褶皱陡坎坡向北，高约为50 m，陡坎带宽约为500 m，坡角为4.5°。褶皱陡坎属于在较宽范围内形成的宽缓陡坎状地貌，其坡角大小取决于下伏活动膝折带两侧地层倾角的差异大小。若活动膝折带两侧地层倾角变化大，则形成的褶皱陡坎坡度也大，反之褶皱陡坎的坡度也小。

褶皱的隆升导致活动背斜的翼部和倾伏端的地形向不同方向倾斜，并且在背斜不同构造部位地形的倾斜方向和程度不一致。在万年尺度、千年尺度的范围内，褶皱翼部和倾伏端地形的倾斜变形是一种变形范围大、倾斜角度不大的小变形，对于一般的工业和民用建筑而言危害性微弱；但对于高精尖的工业设施而言，活动逆冲推覆构造带中一次大地震、特大地震，可以造成相关活动背斜翼部地形和褶皱陡坎处的倾斜变形。但由于观测资料和研究程度有限，目前还无法评估一次地震事件中褶皱翼部和褶皱陡坎地形倾斜的具体数值。因此，活动构造变形引起的工程场地倾斜引发的危害性还需要进一步研究。

4.3   塔里木盆地周缘几个活动背斜带面临的地震地质灾害

历史记录以来，塔里木盆地周边地区发生过1902年阿图什8¼级地震、1949年库车7¼级地震和1980年乌恰7.1级地震等，1980年以前由于这些地区地广人稀，建筑物主要集中在山前的绿洲中，而活动背斜区均为戈壁荒漠区。因此，这些地震虽然造成了严重的地质灾害，但并没有出现有关控制活动背斜形成的主逆冲断层、褶皱相关断层同震破裂以及背斜同震隆起导致的地震地质灾害的相关报道。随着新疆地区人口的增长、经济发展水平的提升，目前一些居民小区、工业建筑等在活动背斜上建成，输油气管线、铁路隧道等穿越背斜山区。

1902年西南天山阿图什8¼级特大地震造成了死伤1万多人、倒塌房屋3万多间的严重地震灾害。Chen et al.(2022)的研究成果表明，这次地震的同震地表破裂穿越现在的阿其克、阿湖等村落，同时在震中附近的科克塔木活动背斜区形成同震弯矩正断层地表破裂。假如这次地震发生在今天或今后某个时间，活动褶皱区的逆冲断层和弯矩断层的同震破裂势必会造成更为严重的地震地质灾害。1949年库车7¼级地震发生在塔里木盆地北缘库车凹陷内的活动褶皱带上，同样造成了大量的人员伤亡和房屋破坏。这次地震的同震地表破裂既有发震断层突破东秋里塔格背斜南翼形成的断层陡坎，又有沿库车塔吾背斜北翼褶皱陡坎分布的次级断裂同震破裂(张玲等，2020)，并且输气管线和铁路隧道跨越地震破裂带、活动断裂和褶皱陡坎。亚肯活动背斜走向近东西，位于东秋里塔格背斜以南，分布在库车和轮台之间，该背斜带中—东段上分布有褶皱相关活动断层。另外，库车市的大量建筑物已经覆盖亚肯活动背斜西倾伏端，在此地区是否存在褶皱相关活动断层以及是否会发生同震破裂是一个值得研究的问题。此外，东秋里塔格背斜、库车塔吾背斜和亚肯背斜均为第四纪晚期以来活动背斜，油气管线和铁路隧道均穿越背斜带，背斜的同震隆起和缩短等对线状工程的影响也是一个值得思考的问题。

由于褶皱相关断层并不能切割到很深的、能够贮存巨大弹性应变能的岩石中，因此其不会产生强震而形成断错地表的地震地质灾害(Yeats et al., 1981)。但是，活动褶皱区发生大地震的过程会导致褶皱的同震缩短、隆升和褶皱相关断层的同震地表破裂(邓起东等，2000)。例如，Deng et al.(1996)在天山北麓独山子-安集海活动背斜带上沿反冲形成的断层陡坎开挖探槽，发现了1~2次古地震事件；Li et al.(2018)在塔里木盆地西南缘的和田活动褶皱带中的斯力克背斜上沿弯矩正断层陡坎开挖的探槽中发现断塞塘沉积，记录了晚更新世以来的1次古地震事件。

5.   主要认识与结论

(1) 活动褶皱是一个复杂的构造变形系统，反映了现今挤压作用下的活动构造变形组合。关于地壳浅部的褶皱变形与下伏断层的滑移关系，存在断层相关褶皱三种端元模型和成因机制，即断弯褶皱、断展褶皱和滑脱褶皱。但在真实实例中，褶皱形态和形成机制更为复杂，往往表现为上述三种基本褶皱的混合类型。在以往的活动断层探测、工程场地地震安全性评价工作中，研究重点主要集中在断层展布、活动时代、运动方式、滑动速率、古地震序列、一次事件的破裂长度和位移量以及破裂带的影响宽度等，这些数据往往是工程抗断设计需要的参数。对于活动逆冲推覆构造带中的背斜分布区而言，除重大建筑物横跨控制背斜形成的、突破到浅地表和地表的主逆冲断层需要采取抗断措施外，在活动背斜区分布的反冲断层、弯矩断层、弯滑断层和共轭剪切断层等褶皱相关断层也属于活动断层，其在背斜隆升、缩短变形过程中也会产生或多或少的位错变形，甚至能够记录到逆冲推覆构造区发生的古地震事件。虽然褶皱相关断层的位错量普遍偏小，但是对重大建筑物的断错破坏同样不可忽视。

(2) 褶皱陡坎是褶皱变形过程中形成的陡坎地貌，宽度往往达到几十米到上百米，高度为几米到几十米，地形坡度从几度到二三十度均有发现。跨越褶皱陡坎的建筑物需要预防弯曲、倾斜变形导致的地质灾害。同样，活动背斜的缩短、弯曲变形，对重大线状工程的地质灾害也需要引起重视。逆冲推覆构造区大地震震源处的同震位错可以转化为活动背斜的同震缩短、隆升和侧向扩展，将导致背斜的两翼和倾伏端地形发生倾斜，虽然在几十年或上百年的工程运行期间，发生几次大震不会对一般建筑物安全造成大的影响；但是，对基础稳定性要求极高的高精尖重大工业设施而言，则需要准确研究和评估地基倾斜对其安全运行带来的影响。