引用本文
王虎, 冉勇康, 陈立春, 梁明剑, 高帅坡, 李彦宝, 徐良鑫. 安宁河断裂带南段滑动速率估计[J]. 地震地质, 2018,40(5): 967-979.
WANG Hu, RAN Yong-kang, CHEN Li-chun, LIANG Ming-jian, GAO Shuai-po, LI Yan-bao, XU Liang-xin. DETERMINATION OF SLIP RATE ON THE SOUTHERN SEGMENT OF THE ANNINGHE FAULT[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2018,40(5): 967-979.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2018.05.002
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安宁河断裂带南段滑动速率估计
王虎1, 冉勇康2, 陈立春3, 梁明剑2, 高帅坡2, 李彦宝3, 徐良鑫2
1西南交通大学地球科学与环境工程学院, 成都 611756
2中国地震局地质研究所活动构造与火山重点实验室, 北京 100029
3中国地震局地质研究所地震中长期预测研究室, 北京 100029

〔作者简介〕 王虎, 男, 1983年生, 2007年毕业于中国地质大学(武汉), 2012年于中国地震局地质研究所获构造地质学专业博士学位, 研究方向为活动构造, E-mail: wanghu9905@126.com。

收稿日期: 2017-07-27
基金项目: 国家自然科学基金(41672207)资助
摘要

安宁河断裂作为青藏高原地区川滇地块东边界断裂系的重要组成部分, 研究其断层活动性, 特别是晚第四纪以来断层滑动速率, 能够为进一步揭示川滇地块的变形机制和运动学特征提供一定的基础资料。目前安宁河断层的滑动速率研究主要集中在断裂的北段, 而南段相关的研究还比较少。文中选择在安宁河断裂南段的大水沟和帽盒山2个地点, 通过高精度影像解译、 实地测量、 探槽开挖及14C年代测试, 获得大水沟一带近 3300a 以来断层左旋平均位移速率约4.4mm/a, 推测帽盒山地点的断层左旋位移速率可能为2.6~5.2mm/a。2个地点的位移速率存在较好的一致性, 该位移速率与安宁河断层北段基本一致, 另外考虑到南北2段的古地震复发周期相近的特征, 认为安宁河断层南北2段的断层活动性存在一致性。

关键词: 青藏高原东南缘; 川滇地块; 安宁河断层; 滑动速率
中图分类号:P315.2 文献标志码:0253-4967(2018)05-967-13 文章编号:0253-4967(2018)05-967-13
DETERMINATION OF SLIP RATE ON THE SOUTHERN SEGMENT OF THE ANNINGHE FAULT
WANG Hu1, RAN Yong-kang2, CHEN Li-chun3, LIANG Ming-jian2, GAO Shuai-po2, LI Yan-bao3, XU Liang-xin2
1)Faculty of Geosciences and Environmental Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China
2)Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
3)Division of Medium to Long-Term Earthquake Prediction, Institute of Geology,China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
Abstract

The Anninghe Fault has been suggested as an important segment of the fault system along the eastern boundary of the Sichuan-Yunnan faulted block in the southeastern region of the Tibetan plateau. Reliable determination of the Late Quaternary slip rate on the Anninghe Fault is very helpful and significant for revealing deformation mechanism and kinematic characteristics of the Sichuan-Yunnan faulted block, which further helps us understand fault activity and seismic potential of the region. However, previous studies were focused mainly on the northern segment of the Anninghe Fault, while slip rate on its southern segment has been less studied. Therefore, in this paper, we chose two sites at Dashuigou and Maoheshan on the southern segment of the Anninghe Fault, and used high-resolution images of unmanned aerial vehicle(UAV)photogrammetry technology, detailed field survey, multiple paleoseismic trenching and radiocarbon dating methods to constrain slip rate on the southern fault segment of the Anninghe Fault. Specifically, we suggest that the slip rate at the Dashuigouo site is narrowly constrained to be~4.4mm/a since about 3300a BP based on a linear regression calculation method, and speculate that a slip rate of 2.6~5.2mm/a at the Maoheshan site would be highly possible, although we poorly constrained the whole deformation amount of the two branch faults at the Maoheshan site from multiple paleoseismic trenching. The data at the two sites on the southern segment show a consistent slip rate compared with that of the northern segment of the Anninghe Fault. Moreover, considering a similar paleoseismic recurrence interval on the two segments of the Anninghe Fault from previous studies, we further suggest that the fault activity and deformation pattern on the two segments of the Annignhe Fault appears to be well consistent, which is also in agreement with the regional tectonic deformation.

Keyword: Tibetan plateau; the Sichuan-Yunnan faulted block; the Anninghe Fault; slip rate
0 引言

安宁河断裂与鲜水河、 大凉山、 则木河和小江断裂带一起组成了川滇地块东边界的主要活动构造带(图1)(邓起东等, 2002; 徐锡伟等, 2003; 张培震等, 2003), 深入研究这几条主要边界断裂晚第四纪以来位移速率的时空分布特征, 对于进一步理解青藏高原东南缘地区的地球动力学过程具有重要的科学意义, 同时这也能为认识该区域的活动块体边界的变形过程和机制提供更多的科学依据。

图 1 青藏高原东南缘活动断层分布简图(修改自邓起东, 2007)
黑色线框示意本文所研究的安宁河断层南段Fig. 1 Sketch showing the distribution of active faults in the southeastern region of the Tibetan plateau(modified from DENG Qi-dong, 2007).

有关川滇活动地块东边界晚第四纪以来的变形过程和位移速率研究一直是活动构造研究的1个区域研究热点。近几十a以来, 沿该边界断裂带开展了大量的活动断层研究工作, 取得了一系列成果。例如通过大量的遥感解译、 实地调查和年代测试约束了鲜水河断裂带晚第四纪以来的左旋滑动速率约10~14mm/a(闻学泽等, 1989; 唐荣昌等, 1993; 李天袑等, 1997; 周荣军等, 2001; 陈桂华等, 2008), 则木河断裂带为3~12mm/a(任金卫, 1994; 杜平山, 2000; He et al., 2008; Ren et al., 2010; 王虎等, 2011), 丽江-小金河断裂带约3.5mm/a(李安等, 2016), 大凉山断裂带和小江断裂带分别为1~3mm/a(唐荣昌等, 1993; 周荣军等, 2003; 魏占玉等, 2012)和7~16mm/a(宋方敏等, 1998; Shen et al., 2003; He et al., 2008; 韩竹军等, 2017)。对于安宁河断裂带, 其位移速率研究主要位于北段, 冉勇康等(2008b)在该断裂北段的紫马跨一带通过数字影像分析、 全站仪实测、 探槽开挖与14C样品测年, 揭示了该段晚全新世以来断层左旋位移速率约6.2mm/a, 距今约10ka以来的平均左旋位移速率为3.6~4.0mm/a。安宁河断裂南段的位移速率研究还比较欠缺, 仅早期徐锡伟等(2003)通过在该段裂冕宁以南1个阶地面上的冲沟位错测量及阶地顶部热释光(TL)年龄限定获得了(6.5± 1)mm/a 的位移速率。然而热释光测年方法应用于河流阶地砂砾石堆积物存在着较大的不确定性(Aitken, 1985; 计凤桔等, 2000), 因此有关该断裂南段的滑动速率约束还需要重新开展相关研究工作。

本文通过详细的遥感影像解译与实地调查, 选择在安宁河断裂南段的月华北和帽盒山2个地点通过地形实测、 探槽开挖、 构造地貌解译与14C测年, 分别获得了2个地点的断层左旋位移速率, 基于此进一步探讨了安宁河断层南北2段活动性特征。

1 安宁河断层晚第四纪活动性

安宁河断裂北接鲜水河断裂带, 晚第四纪以来断层变形以左旋走滑为主。有研究认为该断裂以冕宁为界可划分为南北2段(图2)(裴锡瑜等, 1997; 闻学泽等, 2000)。关于断层滑动速率方面, 冉勇康等(2008b)通过在北段紫马跨一带进行数字影像分析、 全站仪实测与探槽开挖, 揭示晚全新世以来断层左旋位移速率约6.2mm/a。徐锡伟等(2003)通过在冕宁以南(南段)1个阶地面上的冲沟位错测量及阶地顶部热释光(TL)年龄限定左旋位移速率为(6.5± 1)mm/a。对于安宁河断裂带的古地震研究, 早期钱洪等(1990)在北段野鸡洞开挖探槽获得大地震平均复发间隔为 (940± 150)a, 黄圣睦等(1996)在北段紫马跨一带开挖2个探槽, 揭示出距今约1i600a以来至少发生过2次古地震事件。闻学泽等(2000)与冉勇康等(2008b)在北段通过多个地点探槽开挖揭示大地震平均复发间隔约500~700a。最近, Wang等(2014)在安宁河断裂南段月华以北通过开挖多个探槽及进行序列的14C年代测试, 约束了5次完整的古地震事件的发生年代, 分别为1400— 500BC, 700— 1000AD, 940— 1150AD, 1430— 1870AD 和1750AD至今, 平均复发间隔约600~800a。另外历史地震资料记载安宁河断裂南段末端的西昌一带发生过公元814年M7、 1536年M7½ 、 1850年M7½ 和1952年M6¾ 地震(国家地震局震害防御司, 1995), 显示出比较强烈的大地震活动性。

图 2 安宁河断裂断层滑动速率研究地点及其分布(底图据冉勇康等, 2008a修改)
安宁河断层展布特征, 灰色阴影区示意盆地, 黑色空心圈示意历史地震震中, 旁边数字代表年代和震级大小, 粗黑线示意断层位置, 黑色小方框示意断层位移研究地点及其速率大小, 其中 “ ?” 示意徐锡伟等(2003)未给出经纬度仅根据大致地理位置描述推测的研究地点, 黑色小方框灰色阴影填充示意冉勇康等(2008b)研究地点, 白色填充分别为本文的帽盒山地点和大水沟地点。黑色粗虚线示意断层分段边界Fig. 2 Slip rates and the study sites along the Anninghe Fault
(modified from RAN Yong-kang et al., 2008a for the base map).

2 安宁河断裂南段滑动速率研究
2.1 大水沟地点

安宁河断裂带南段月华以北段地貌上主要表现为断层槽谷, 跨断层的冲沟显示不同规模的左旋位错变形, Wang等(2014)在月华北的断层槽谷中(图2, 图3)开挖了组合探槽, 揭示了多次古地震活动的遗迹, 以探槽开挖地点沿着断层槽谷方向往北追溯(图3a), 发现在大水沟附近(28° 11'39″N, 102° 11'10″E)跨断层发育多级河流阶地, 这些阶地由于安宁河断层的断错变形而表现出不同大小的位错量。具体而言, 大水沟河流两侧阶地发育不太对称(图3b, c), 其北侧受到1规模较大的冲沟侵蚀影响(图3c), 使得阶地堆积的原始形态被改造, 另外还受到更靠北的1大型冲洪积扇(图3a)叠加效应的干扰, 这些干扰因素可能会导致大水沟北侧的阶地位错变形恢复存在较大的不确定性。因此, 主要对大水沟南侧的受到较少干扰的阶地进行安宁河断层位移速率限定。

图 3 大水沟一带位错地貌
a 大水沟一带至月华探槽开挖地点的断错地貌; b 大水沟阶地被左旋位错, 黄线示意大水沟现代河流; c 实测大水沟地形地貌图。图3b中T1和T3阶地陡坎处黄色小方框为阶地年龄采样位置。红线和红色箭头示意断层, 白线示意大水沟现代河流Fig. 3 Fault traces at Dashuigou.

首先通过无人机对大水沟一带进行航空摄影测量, 然后通过实施差分RTK测量设备建立地面控制点, 通过SFM算法获得了大水沟一带的DEM数据(图3c)和DOM数据(图4a)。结合实地调查可知, 大水沟发育有3~4级阶地, 南侧发育有T1和T3, 缺失T2(图3b)。通过实测获得T1阶地左旋位错约(5.3± 0.3)m, T3阶地左旋位错约(15.0± 0.5)m(图3c, 4a)。分别在T1和T3阶地坎采集年龄样品, T1采集2个炭屑, T3采集3个炭屑, 所有样品均位于河流阶地二元结构的砾石和粗砂层的接触部位(图4b— e)。T1阶地2个样品ANF-01和ANF-02年龄分别为 (920± 30)a和 (1i130± 30)a, T3阶地3个样品ANF-03、 ANF-04和ANF-05的年龄分别为 (3i330± 30)a、 (3i240± 30)a和 (3i350± 30)a(表1)。这些样品年龄存在很好的一致性, 如果以T1阶地计算, 其左旋位错约(5.3± 0.3)m, 考虑到T1阶地的年龄为 (920± 30)~(1i130± 30)a, 计算得到平均左旋位移速率约(5.3± 1.0)mm/a。如果以T3阶地计算, 其左旋位错量约(15.0± 0.5)m, 考虑到T3阶地的年龄为(3i240± 30)~( 3350± 30)a, 计算得到平均左旋位移速率约(4.6± 0.2)mm/a。通过T1和T3 2个阶地的位错变形量及年龄分别获得的位移速率基本相近, 这也进一步说明通过大水沟阶地获得的安宁河断层左旋位移速率可靠。进一步结合2个阶地年龄和相应的累积左旋位错量, 采用线性回归算法得到该地点断层近3i300a以来的平均左旋滑动速率约4.4mm/a(图5)。

图 4 大水沟阶地年龄
a 无人机实测大水沟附近区域DOM图; b 大水沟T1阶地采样剖面; c T1阶地剖面及14C年龄; d 大水沟T3阶地采样剖面; e T3阶地剖面及14C年龄Fig. 4 Radiocarbon ages of terraces at Dashuigou.

表 1 月华北大水沟河流阶地炭样年龄 Table1 Radiocarbon ages of river terraces at Dashuigou on the north of Yuehua

图 5 大水沟一带阶地位错与年代拟合计算位移速率值Fig. 5 Calculation of slip rate from terrace offsets and ages by the linear regression method at Dashuigou.

2.2 帽盒山地点

安宁河断层南段帽盒山一带断层槽谷地貌较发育(图6), 选择在槽谷北侧(28° 30'27″N, 102° 11'57″E)开挖了多个组合探槽, 探槽揭示出较丰富断层变形迹象。由于本文重点探讨断层位移速率问题, 因此仅展示与之相关的一些探槽和年代数据方面的证据(图6小黄方框位置)。

图 6 帽盒山断层槽谷地貌与探槽布设
断层槽谷近SN向展布, 内插图中灰色矩形示意探槽布局, 红线表示通过探槽限定的断层位置, 小黄方框为断层速率研究相关探槽位置Fig. 6 Fault valley and the trenching site at Maoheshan.

帽盒山组合探槽揭示出槽谷内发育有2支断层, 断层走向与槽谷方向基本一致, 均为近SN向展布(图6)。在东支断层FE靠北侧发现1个埋藏的小型黝黑色泥炭堆积单元U2-1, 该地层相对较薄, 层厚< 5cm, 近断层处由于断错变形显示变厚迹象, 该地层在平行和垂直于东支断层FE的探槽中均有揭露, 如GYTC5、 GYSNTC2和GYSNTC3等探槽(图7, 图8)。由于该套地层相对较薄, 出露位置比较局部, 根据成分和规模以及古地震事件接触关系等可认为是由于断层断错作用后形成的局部洼陷在地表流水汇集后形成的小型断塞塘沉积(Wang et al., 2017)。具体而言, 由于安宁河断层的左旋断错效应(图6), 洼地(探槽开挖处)西侧的线性山脊阻挡了部分流水(如降雨形成的片流或者来自洼地东侧局部小冲沟的间歇性汇水), 使得洼地局部汇水, 在相对静水的条件下易发育黝黑色的泥炭堆积层。理论上, 这种小型的堆积单元若未受到断层断错作用, 在平面上应是封闭连续的, 若有断层切割该沉积单元, 可以通过揭示其空间展布形态(特别是沉积单元的边界位置)来约束和恢复由断层断错的位移量大小。

图 7 探槽GYTC5南壁和北壁局部图
红线示意断层, 黑线示意地层界限, Y5为样号, 炭样由中国地震局地质研究所新构造年代学实验室测试Fig. 7 The local maps of the northern and southern walls of trench GYTC5.

图 8 探槽GYSNTC2东壁和GYSNTC3东壁局部图Fig. 8 Local maps of the eastern walls of trench GYSNTC2 and GYSNTC3.

垂直于断层的探槽GYTC5南北2壁均揭示U2-1往西延伸一段就逐渐尖灭(图7), 平行于断层方向的探槽GYSNTC2和GYSNTC3分别约束了U2-1往南和北的延伸位置(图8), 基于此限定了整个U2-1的空间分布范围(图9)。由于U2-1北侧在断层西侧的位置约束不确定性较大, 故不使用该边界恢复位错变形量。探槽对U2-1南侧的具体分布位置约束相对较好, 可以用来分析位错变形量, 通过地层边界恢复可知该断塞塘被左旋位错约7.2m(图9)。进一步结合U2-1的测试年代为(2i795± 50)aiBP(图7), 可以计算东支断层FE的水平滑动速率约2.6mm/a。由于该槽谷内发育有2支断层, 因此可认为整个安宁河断层在帽盒山地点晚第四纪以来的左旋水平位移速率> 2.6mm/a。

图 9 帽盒山探槽揭示的U2-1位错恢复平面示意图
灰色小方框和粗黑线示意探槽揭示U2-1的分布范围, 其北侧边界位置用虚线示意不确定较大Fig. 9 Offset of U2-1 revealed from trenching at Maoheshan.

3 讨论

帽盒山地点只约束了1个分支断层的位移速率为2.6mm/a, 尽管不能很好地限定整个断裂带在帽盒山的位移速率, 但考虑到东支断层FE是安宁河断层在帽盒山断层槽谷的主干断层(图6), 故推测西支断层FW的位移速率很可能不会大于东支断层的变形量, 也就是说帽盒山地点的断层晚第四纪以来的左旋平均滑动速率很可能为2.6~5.2mm/a。该速率也与南侧的大水沟一带获得的约4.4mm/a的速率相吻合。基于大水沟和帽盒山2个地点的位移速率约束, 认为安宁河断层南段断层近3i300a以来平均左旋位移速率约4.4mm/a。

对于安宁河断层北段, 冉勇康等(2008b)认为晚全新世以来断层左旋位移速率约6.2mm/a, 距今约10ka以来的平均左旋位移速率3.6~4.0mm/a。这个断层位移速率与南段基本一致, 表明安宁河断裂南北2段的断层活动行为也可能一致。另外安宁河断层南段和北段的古地震研究表明其大地震复发周期也比较一致, 也都大致为500~800a(冉勇康等, 2008a; Wang et al., 2014), 这也进一步证实了安宁河断裂南北2段断层活动性的一致性。

另外, 综合对比川滇地块东边界鲜水河-安宁河-则木河-小江断裂系晚第四纪以来的变形过程和位移速率有助于进一步深入地理解该块体的变形样式和地球动力学背景, 同时也有助于评估该地区的大地震危险性。具体而言, 安宁河断裂南段的位移速率与北段基本一致(4~6mm/a)(冉勇康等, 2008b), 其东侧的大凉山断裂晚第四纪以来左旋位移速率约2.5~4.5mm/a(魏占玉等, 2012), 对比2支断裂北侧交会处的鲜水河断裂东南部约10mm/a的滑动速率(周荣军等, 2001), 可认为安宁河— 大凉山2支断裂可能共同分配了来自鲜水河断裂滑动变形的应变量(徐锡伟等, 2003), 即鲜水河断裂带由于断层活动导致大地震频发, 所产生的累积位移变形很可能与安宁河和大凉山断层的位错变形量相协调。历史资料记载鲜水河断裂东南段近百a来大地震频发(如1786年康定南 7¾ 级地震、 1955年康定 7½ 级地震)(李东雨等, 2017), 而安宁河断裂和大凉山断裂少有大地震事件, 这可能意味着安宁河和大凉山断层未来存在着较高的大地震危险性。

4 结论

通过高精度影像解译、 实地测量、 探槽开挖及14C年代测试, 在大水沟和帽盒山2个地点获得安宁河断裂南段晚第四纪以来(近3i300a以来)断层左旋位移速率约4.4mm/a, 该速率与安宁河断裂北段比较相近, 另外安宁河断裂南北2段古地震复发周期基本相近, 这些特征可能表明安宁河断裂南北2段的断层活动行为存在一致性。本文较好地约束了安宁河断层南段的断层位移速率, 这也进一步补充了川滇地块东边界鲜水河-安宁河-大凉山-则木河-小江断裂系晚第四纪以来位移速率的空间分布特征, 也为深入揭示川滇地块的变形特征和运动学机制提供了一定的资料约束。

致谢 李安参与了部分野外工作, 审稿专家提出了宝贵意见, 在此一并表示感谢。

The authors have declared that no competing interests exist.

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