阿拉善地区地壳稳定性研究

高洪雷，何建国，张松，孔维豪，田明明，黄贤芳

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

阿拉善地区地壳稳定性研究

高洪雷，何建国，张松，孔维豪，田明明，黄贤芳

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

阿拉善作为中国西部的一个刚性块体，岩石圈有效弹性厚度为40～50 km，地壳稳定。新生代以来，由于受印度板块向欧亚板块俯冲的远程效应影响，阿拉善地块发生构造隆升，块体周缘造山带发生构造活动，但块体内部宗乃山—沙拉扎山地区新生代期间为准平原化地貌，新构造运动不发育。综合分析阿拉善地区地壳稳定性和岩体发育情况，笔者遴选出宗乃山—沙拉扎山侵入岩带作为高放废物处置库备选场址的重点工作区。

高放废物处置库；阿拉善；地壳稳定性；宗乃山—沙拉扎山

我国倡导积极发展核电的能源战略，核电份额将很快突破2020年的设定目标，届时每年从反应堆中卸出的乏燃料连同已累积的核废物都需要采取妥善的方法进行处理。把高放废物处置在深部稳定的地质体中是目前公认的优选方案，其中放射性废物处置库的选址工作是高放废物处置系统的重要步骤，场址的选择不仅要能对放射性废物形成天然的圈闭，防止放射性核素向周围环境迁移，还应该能适宜于建设所需的工程屏障［1-2］。目前，我国已经把甘肃北山预选区作为高放废物处置的一个重点候选场址，在该区开展了大量工作。2008年，国家国防科技工业局向核工业北京地质研究院下达了在西北地区开展高放废物地质处置库备选区预选的任务。依照区域选址的基本标准，在大量收集前人资料和野外地质调查的基础上，笔者遴选出阿拉善地区作为高放废物地质处置库备选场址。

1 研究区概况

1.1 地理位置

阿拉善工作区东以狼山—巴彦乌拉山为界，南以合山、龙首山与河西走廊相隔，西以弱水河与甘肃北山相望，北面邻蒙古国，总面积为27万km2。区内分布着北大山、雅布赖山、宗乃山和沙拉扎山，巴丹吉林沙漠占据中西部大片区域，腾格里沙漠位于本区的东南部。

1.2 大地构造位置与构造单元划分

阿拉善地块位于华北板块西北缘，哈萨克斯坦板块南缘，北邻西伯利亚板块，是一个多构造单元的结合部位。地块内部以乌套海—恩格尔乌苏断裂为界，划分为南部华北板块与北部哈萨克斯坦板块两大构造区（图1）。在印支中晚期，古蒙古洋壳在阿拉善地区完全消减，最终沿恩格尔乌苏一线发生碰撞拼合在一起，形成了统一的阿拉善地块［3］。

2 研究区岩体发育情况

阿拉善地区侵入岩分布广泛，占基岩面积的一半以上，各个时代均有出露，但以古生代侵入岩的广泛分布为特征，尤以二叠纪岩浆活动最为强烈，为区内岩浆岩的主体［4］。其中早期元古代的的侵入岩多呈小岩株产出，分布面积不大，岩体经历长期的构造作用，并被后期侵入体穿插变得支离破碎，呈残留体形式存在，已不适合作为高放废物处置库选址岩体。在阿拉善地区产出的较新的侵入岩带主要有两个，分别是石炭纪—二叠纪发育的雅布赖山—巴音诺尔公—红古尔玉林侵入岩带和石炭纪—三叠纪发育的宗乃山—沙拉扎山侵入岩带（图2）。

2.1 雅布赖山—巴音诺尔公—红古尔玉林侵入岩带

该岩带由石炭纪—二叠纪的花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩等组成，在不同地段分别侵入阿拉善岩群、渣尔泰山群以及元古代、早古生代侵入体，被中、新生代地层覆盖。

石炭纪侵入的岩体有：诺尔公岩体，NEE向岩基，面积2 900 km2，主要由花岗岩组成；图古日格岩体，NE向带状岩基，面积200 km2，以斜长花岗岩为主；罕乌拉岩体，NE向岩基，面积1 400 km2，由黑云母花岗闪长岩、二长花岗岩组成；浩来音阿木岩体，NE向岩基，面积900 km2，以黑云二长花岗岩为主。

二叠纪侵入的岩体有：雅布赖山花岗闪长岩体，出露面积达1 000 km2，岩体侵入于阿拉善岩群，两侧被中、新生代地层覆盖。岩体内含有大量中元古代中基性侵入岩和阿拉善岩群捕虏体。岩石类型有中细粒黑云母花岗闪长岩、似斑状黑云母花岗闪长岩及似斑状斜长花岗岩等；土克木庙岩体，NE向岩基，面积300 km2，由花岗岩、斜长花岗岩、二长花岗岩组成。

2.2 宗乃山—沙拉扎山侵入岩带

该岩带位于阿拉善中部沙拉套尔汗山—乌力吉—银根一带，近EW向展布，长约270 km，宽30～50 km，由石炭纪辉长岩类、中酸性火山岩、二叠纪、三叠纪花岗岩类组成，尤以二叠纪—三叠纪花岗岩形成的巨大岩基构成本岩带主体。岩带受EW向断裂控制明显，石炭纪末期，由于强裂的拉张深陷，发生中酸性火山喷发，随后出现深源基性岩浆上侵，至二叠纪—三叠纪，伴随着断裂构造的进一步活动和发展，发生酸性岩浆的大规模侵入。

二叠纪—三叠纪花岗岩类最具代表性的是沙拉套尔汗岩体和乌力吉岩体，面积分别为1 600 km2和1 250 km2。沙拉套尔汗岩体构成宗乃山主体，岩石类型有黑云母花岗岩、黑云母斜长花岗岩、黑云母花岗闪长岩，K-Ar同位素年龄值在223～263 Ma之间；沙拉扎山的巨大花岗岩岩基呈EW向延伸，习称乌力吉花岗岩，乌力吉花岗岩体相带不发育，以中粒结构的花岗岩为主，岩体两侧可见细粒结构花岗岩。

在该侵入岩带内部发育一系列NW走向的逆冲断裂，断裂贯穿于整个岩体内部，但并没有延伸入岩体南北两侧白垩纪盆地，被白垩纪沉积地层覆盖，断裂活动时间早于白垩纪。侵入岩带东部乌力吉岩体中发育一系列的闪长玢岩、花岗斑岩脉体，脉体沿断裂分布，近SN走向。

3 阿拉善地区地壳稳定性分析

3.1 地震活动

阿拉善地区在20世纪50年代有地震记载以来，期间共发生7级地震1次，5级以上地震17次，弱震活动很频繁，其地震分布特征明显受构造控制。阿拉善南缘的龙首山断裂以及合黎山—北大山断裂具有较强的地震构造活动特征，东部的雅布赖山断裂也是一条晚更新世活动断裂。由阿拉善地区地震分布图（图3）可以看出，研究区内地震只集中分布在以龙首山和雅布赖山所夹持的三角型区域内，雅布赖山以北地区地震活动微弱。通过前人对阿拉善地区块体内部和边缘几次强震构造的研究资料表明［5］，强震的发生与NE—NEE向断裂的活动密切相关，阿拉善地区的地震活动集中分布于这些新生代走滑断裂带上。

3.2 新构造运动

阿拉善位于中朝古板块西部，其南侧为正在隆起的青藏高原，北部是新生代活动的蒙古高原，东侧为鄂尔多斯高原。中、新生代以来我国西部强烈而又频繁的构造变动，致使阿拉善地块呈现出比较高的活动性。阿拉善地块新生代变形在其周边表现比较明显，东缘的狼山地区，巴彦乌拉山地区以及南缘的龙首山—合黎山地区都有明显的新构造运动特征（图4），在地块内部主要表现为一系列沉降的小盆地［6］。

3.2.1 狼山断裂

断裂位于阿拉善地块东缘北部地区，是阿拉善地块与鄂尔多斯地块之间一条重要的NE向构造带，长约370 km。在狼山地区发育一套古新世沉积的红褐色砾岩，砾石磨圆好，但分选性差，层面倾向SEE，这套红色砾岩在狼山山脚至山顶都有分布，岩层厚度也较大，古新世后狼山地区发生了构造抬升运动将古新世地层抬升到山体之上。

3.2.2 合黎山—北大山断裂

断裂西起合黎山南麓，东至羊圈沟以东，NWW转EW向，再转NEE向弧形延伸长125 km，由一系列近于平行的断裂组成，具有明显的左行走滑性质。断裂切割了晚更新世晚期洪积砂砾石层，地表形成高2～4 m断崖陡坎。经热释光测年，断裂所切地貌面的形成年代为（22.2±2.3）～（27.1±2.8）ka［7］。根据探槽剖面揭露，断裂直通地表，并形成明显的地表破裂带，说明该断裂陡坎是经过多次断裂作用所形成的，为全新世活动断裂。

3.2.3 龙首山断裂带

断裂西起酒泉盆地北缘，向东经张掖北侧，山丹北侧，然后经金昌，插入武威盆地西北侧，全长约370 km，总体走向NNW，倾向NE或SW。地貌上北侧为前新生界构成的基岩山地，南侧为新生代盆地。断裂性质以挤压逆冲为主，其中张掖以西地段和永昌以东地段新构造活动较弱，为早、中更新世断裂。断裂中段（山丹以北地段，长约40 km）新构造活动较强烈，地貌上断裂呈直线形延伸。

3.2.4 雅布赖山断裂带

断裂展布在内蒙古自治区的阿拉善右旗，走向NE，长约120 km。卫星影像上显示为NE向的线型构造。在雅布赖镇东北约15 km处，不同级别的洪积扇上形成高度不同的断层陡坎（图5），通过遥感解译，T3地貌面上断层陡坎高约5 m，T2地貌面上断层陡坎高约2 m，T1地貌面上未发现断层陡坎。依据地貌面的切割程度和影像色彩，大致可以推断出T3地貌面组成物质为中更新世砾石层，T2地貌面组成物质为晚更新世砾石层，T1地貌面组成物质为全新世砂砾石层。根据断层和地貌的关系，雅布赖断裂在晚更新世发生了明显的新构造运动［8］。

3.3 地球物理场特征

阿拉善地区是一个前寒武纪的刚性块体，地壳厚度变化平缓，地壳厚度变化对该区的地球物理场异常没有太大影响［4］。在区域航磁异常上北部哈萨克斯坦板块区主要是零偏负异常，近EW走向，南部华北板块区航磁异常一般出现在零偏正的背景场上，以大片正异常为主，区域航磁异常的变化主要反映了研究区岩浆岩分布变化特点；布格重力异常在阿拉善地区是一种低背景场，南部华北板块区要比北部哈萨克斯坦板块区高，北部哈萨克斯坦板块区重力异常的变化主要反映了地质体密度的不同，南部华北板块地区，由于新构造运动的影响导致了山体隆升，布格重力场沿断裂构造形成重力线性密集带。

3.4 地壳结构特征

如果将软流圈上的岩石圈等效成一个具有弹性的薄板，这个弹性板的厚度被称为岩石圈有效弹性厚度。利用岩石圈有效弹性厚度的概念可以分析岩石圈的力学强度。岩石圈有效弹性厚度大者则不易变形，表现为地壳稳定。阿拉善地区的岩石圈有效弹性厚度为40～50 km，是中等强度块体［9］，抵抗地应力作用的能力强，地壳稳定。

阿拉善地区地壳结构简单，为双层结构。酒泉—额济纳旗地学断面穿过阿拉善地块西部，为研究阿拉善地块的地壳结构特征提供了重要的资料［10］。由（图6）可见，阿拉善地区地壳的层速结构可以分为5层，其中第1、2层为上地壳，厚约17 km，主要为元古界和太古界深变质岩组成，vp值5.93～6.3 km·s-1，地壳层速向下逐渐增大；在上地壳底部地壳层速发生逆转，主要是由于糜棱岩、片麻岩和蛇纹岩层破碎、裂隙充水所致，vp值降低为5.90～6.05 km·s-1，逆转层厚度约5 km；第4、5层为下地壳，主要是由太古界麻粒岩和镁绿岩等组成，vp值6.4～7.20 km·s-1。阿拉善地区莫霍面vp值为8.20 km·s-1，地壳平均速度6.25 km·s-1，地壳平均厚度约45 km。

通过将阿拉善与华北地区地震剖面的地壳速度结构图进行对比，两个地区地壳结构特征相似，这表明阿拉善地区可能与华北地台一样属于稳定的前寒武纪的刚性陆块［10］。

3.5 祁连山造山带对阿拉善南部地区区域地壳稳定性影响分析

新生代以来，由于受印度板块向欧亚板块俯冲碰撞的远程效应影响，阿拉善地区南部的祁连山作为一个活动块体向北东推挤（图7），同时阿拉善地块向祁连山块体下部持续不断的楔入，导致了祁连山造山带向北东逆冲推覆于阿拉善地块之上［11］，并且在二者之间形成了巨厚的沉积盆地，巨大的推挤应力使得祁连山强烈隆升并造成了与河西走廊之间巨大的盆山差异。

阿拉善地块作为一个刚性块体，受到西南部祁连山造山带向北东推挤应力的作用在新生代发生了构造抬升，抬升主要发生在块体的周缘造山带内，并伴随着山前盆地的沉积凹陷作用。

由于祁连山构造带NE向的推挤，阿拉善地块南部与东部断裂发生了近EW向和NE向的左行走滑，以北部狼山—雅布赖山和南部龙首山为界夹持的阿拉善三角地块，在强大的挤压作用下新生代期间向东侧向挤出。沿地块挤出构造边界发育的构造带亦是历史地震活动带，阿拉善地区历史上多次的大型地震都分布于这些构造地震带中。

作为一个由走滑断层围限的块体，阿拉善地块向东的侧向挤出作用消减了祁连山构造带NE向挤压作用力，使得构造活动由南向北越来越弱，块体内部保持着稳定的状态，阿拉善地块内部山地多系准平原化地貌，宗乃山地区山体呈低矮的山丘，与南部盆地之间海拔高差小于20 m，新生代期间新构造运动不发育。

4 总结

阿拉善地块是一个前寒武纪就已形成的刚性块体，岩石圈有效弹性厚度为40～50 km，抵抗地应力作用能力强，地壳稳定。石炭纪—三叠纪阿拉善地区发生强烈的岩浆活动，发育了雅布赖山—巴音诺尔公—红古尔玉林和宗乃山—沙拉扎山侵入岩带，是笔者遴选出作为高放废物处置库的重点花岗岩体。

新生代以来，由于受印度板块向欧亚板块俯冲碰撞的远程效应影响，阿拉善地块发生构造隆升，在块体周缘呈现出比较高的活动性，雅布赖山—巴音诺尔公—红古尔玉林侵入岩带在新生代发生较强烈的构造活动，而位于地块中部的宗乃山—沙拉扎山侵入岩带，新构造运动不发育，呈准平原化地貌特征，构造环境比较稳定。

综合分析阿拉善地区地壳稳定性与岩体发育情况，笔者遴选出宗乃山—沙拉扎山侵入岩带作为高放废物处置的重点候选场址，对其作为高放废物处置库适宜性的评价还需要进一步的研究。

致谢：感谢徐国庆高级工程师（研究员级）对本文提出的宝贵修改意见，感谢高阳博士在本文完成过程中提供的各种有益探讨和帮助。

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Study on crustal stability of Alashan area

GAO Hong-lei，HE Jian-guo，ZHANG Song，KONG Wei-hao，TIAN Ming-ming，HUANG Xian-fang
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Alashan block is a stable block in the west of China with effective elastic thickness of lithosphere about 40-50 km.Due to the far field effect of the collision between Eurasian and Indian plate from Cenozoic，Alashan block was uplifted，and shew high level tectonic activity aroud the block，however，in the middle of block Zongnaishan-Shalazhashan area experienced peneplanation in Cenozoic and stayed steady.Considering the crust stability and granite distribution，we choose Zongnaishan-Shalazhashan granite pluton belt as major work area of high level radioactive waste repository.

high level radioactive waste repository；Alashan；crust stability；Zongnaishan-Shalazhashan

P56

A

1672-0636（2013）04-0237-08

10.3969/j.issn.1672-0636.2013.04.009

2013-07-02

高放废物处置库备选区选址项目（FZ2011）

高洪雷（1984—），男，山东费县人，助理工程师，主要从事构造稳定性评价研究工作。E-mail：cowboy-1984@126.com