小型拉分盆地的生长与走滑断层的位移速率——以青藏高原东南缘则木河断裂带为例

王 虎 冉勇康 李彦宝

(中国地震局地质研究所，国家地震活动断层研究中心，北京 100029)

小型拉分盆地的生长与走滑断层的位移速率
——以青藏高原东南缘则木河断裂带为例

王 虎 冉勇康*李彦宝

(中国地震局地质研究所，国家地震活动断层研究中心，北京 100029)

活动断层滑动速率可以用来定量比较不同断裂带或同一断裂带不同时段的活动性，同时还是地震危险性评价的重要参数，合理评估活动断层的滑动速率主要受限于两个参数的可靠性，即断层的累积位移量和相应的活动时间。传统上较理想的用于评估走滑断层滑动速率的地貌体一般为阶地、冲洪积扇、冲沟等的位错测量和相应活动累积时间的确定，文中则尝试通过青藏高原东南缘则木河断裂带大箐梁子段三维组合探槽揭示的小型三角状拉分盆地的生长模式来约束断层的水平位移速率，基于野外详细的调查、拉分盆地底部14C测年以及实时差分GPS精确测量，约束了则木河断裂带全新世以来的断层平均左旋滑动速率为(2.4±0.2)～3.6mm/a，这比前人给出的滑动速率偏小，但却与古地震资料及GPS观测结果吻合得较好。

则木河断裂带 左旋位移速率 探槽 三角状拉分盆地

0 引言

滑动速率是构造活动非常重要的运动学参数，其含义是指某个时段内断裂错动的速度，代表断裂的长期和平均活动水平，可以用来定量比较不同断裂带或同一断裂带不同时段的相对活动性，同时还是地震危险性评价的一个很重要的参数(邓起东等，2004)。目前，获取断层滑动速率的方法主要是通过测量的方式和地质学的手段。然而，由于基于GPS和跨断层水准测量的时间尺度相对较短，而较难客观反映长时间尺度的断层平均变形强度，因此，地质学的手段就成为获取断层滑动速率不可或缺的方法。对于传统的地质学方法，获得断层滑动速率受限于两个重要参数的确定，它们分别为累积位移量和相应的活动时间。一般而言，累积位移量较易在野外通过实测获取，然而获得的年代是否真实代表对应的活动时间却存在着很大的不确定性，最重要的一点是野外采集的测年样品，其年代值可否代表对应的活动时间。目前，比较有效的用于评估走滑断层位移速率的地貌单元一般是阶地、冲洪积扇、冲沟等，这些地貌体的断错量较易获取，但确定断错起始的时间却较为困难。断错体不同采样位置的样品，其测年值会对计算滑动速率有较大的影响。例如对于青藏高原东南边界的则木河断裂带，任金卫(1994)通过一个洪积扇累积断错位移量和扇体中木头样品测年，计算出了则木河断层平均水平滑动速率约为4.9mm/a。杜平山(2000)通过冲沟位错及相应冲沟内14C样品测年，认为则木河断层的平均左旋位移速率为6.7mm/a。He等(2008)通过沿断层的几个地点冲洪积扇位错及相应的热释光年代，获得则木河断裂带左旋位移速率约为5～9mm/a。Ren等(2010a)通过则木河断裂大箐梁子几条断头沟的累积位错与断头沟所在的洪积扇的14C测年，获得水平滑动速率为10～12mm/a。由此可见，则木河断裂带滑动速率的不一致很可能是由于相应年代约束存在较大不确定性所导致的。基于此，笔者尝试通过则木河断裂带大箐梁子段三维组合探槽揭示的小型三角状拉分盆地的形成与发育过程，提出一种用拉分盆地底部堆积物的14C年龄作为拉分(一个位移阶段)的起始时间，拉分盆地平行断裂的长度作为盆地发育以来的位移量的思路，来约束或求取走滑断层的水平位移速率，并讨论则木河断裂带全新世以来的平均左旋滑动速率。

1 断裂带晚第四纪活动的构造背景

则木河断裂带是青藏高原东南边界断裂带的重要组成部分，与北部的鲜水河断裂、安宁河断裂，南部的小江断裂和东部的大凉山断裂共同组成川滇地块东边界断裂带(图1)。晚第四纪以来，由于印度板块向欧亚大陆NE向的推挤作用，使得川滇块体被挤出向SE方向滑移，造成则木河断裂带左旋走滑运动(Tapponnier et al.，1982，2001;Peltzer et al.，1988)。则木河断裂带北接安宁河断裂带，向东南经普格、宁南，南接小江断裂带，全长约120km(图2a)。则木河断裂带上发育一系列比较典型的走滑断裂型断错地貌，如冲积扇位错、冲沟位错、断塞塘、挤压鼓包等一系列地震地表变形遗迹。其中，大箐梁子段地表变形现象保存最好，而大箐梁子段最典型的走滑断裂断错地貌为7条断头沟地貌(图2b)。He等(2003)通过航片解译、实地测量等手段建立了7条断头沟与古地震事件响应的演化模型，认为断头沟是由于则木河断裂多期次的古地震事件导致老的河道被废弃，多次的古地震之后形成了如今的多条断头沟地貌。

图1 青藏高原东南缘活动断层分布简图Fig.1 Skeck showing the distribution of active faults in southeastern Tibetan Pleateau.

图2 则木河断裂带展布与局部航片图Fig.2 Distribution of the Zemuhe Fault and aerial photos at Daqingliangzi segment.

历史资料记载，有3次大地震发生在西昌附近，分别为公元1850年M 7⅟²地震、公元1536年M 7⅟²地震和公元814年M7地震。对于公元1850年M 7⅟²历史地震已有较好的研究，根据发现的地表破裂带和事件测年结果判断则木河断裂带为此次地震事件的发震构造。同时对该地表破裂带进行了详细的调查和研究，获得了地表破裂带的几何形态、同震位移参数等资料(任金卫等，1993;任金卫，1994;冯元保等，2000;俞维贤等，2001;He et al.，2003;田勤俭等，2008;Ren et al.，2010b)。对于公元1536年M 7⅟²地震，认为该地震发生在安宁河断裂的南段，则木河断裂带不是发震构造(闻学泽等，2000，2007，2008;Wen et al.，2008;冉勇康等，2008;Wang et al.，2011)。对于公元814年M7地震，Wang等(2011)通过在大箐梁子三维组合探槽开挖和大量的14C样品测年判定发震构造为则木河断裂带。由此可见，大量断错地貌和历史地震资料表明，则木河断裂带晚第四纪以来活动很强烈。

2 大箐梁子段地震破裂调查

历史记载公元1850年则木河断裂带发生了M 7⅟²大地震，该地表破裂在大箐梁子段保存较好，断层变形迹象很明显，为此我们选择在该段一个小型槽谷型洼地内开展细致工作(27°42'25.44″N，102°21'39.33″E)。经野外详细调查，我们发现该处有3 个1850 年地震同震位移变形迹象，其中一处由于断层分为两支，两支分支断层的同震左旋位错量分别为(1.2±0.1)m和(3.3±0.2)m(图3)。往南约100m，只有单条断层展布，见两个小冲沟被断层分别同震位错(4.2±0.3)m和(3.8±0.2)m(图4a)。由此可判断大箐梁子地点公元1850年地震同震位移量为(4.2±0.5)m。同时，我们也发现一条小冲沟被累积左旋水平位错(22±2)m(图4b)。

图3 则木河断裂大箐梁子段1850年地震破裂遗迹Fig.3 Evidence of surface ruptures produced by the 1850AD earthquake at Daqingliangzi segment.

3 断层位移速率探讨

3.1 拉分盆地发育与断层位移速率计算

在则木河断裂带大箐梁子一左旋位错形成的洼地内，我们通过三维探槽揭露出一小型三角状拉分盆地。通过多个探槽开挖和实时差分GPS测量限定了该小型盆地的空间展布，盆地东西边界受到两支断层的控制，盆地北边界受到冲沟进水口位置的约束(图5c)。拉分盆地东西两支断层的左旋左阶式平面展布特征、走滑挤压和拉张运动性质形成的小型负花状构造、大量发育的同震拉张充填楔(图6a)等都说明，古地震事件形成的局部张性下降空间有利于沉积物的连续堆积，即该小型三角状拉分盆地的发育过程就是一个在多次古地震同震拉张变形条件下的连续的地层堆积过程(见另文:王虎等，2011)。探槽Tc 1揭露了拉分盆地的底界是灰白色偏粉红色粉砂质黏土，为附近山体基岩风化残坡积物，反映此时拉分盆地并不存在，其上覆地层为灰色砂质与黑色砂土，呈不规则薄层状互层，富含有机物，显示拉分盆地开始发育。在两套地层中采到了炭屑样品，编号分别为DQ-120和DQ-207，14C校正年龄分别为9，440～9，250a BP和9，320～9，080a BP(图6c，d)。考虑到小型三角拉分盆地是受南北两支断层的相对扩展导致的局部拉张区域，伴随着每一次古地震事件的地表破裂变形，拉分盆地会SN向地进一步拉张，来自冲沟的物源连续地沉积，因而该小型拉分盆地形成的起始时间，应为一个阶段左旋位移的开始时间。拉分盆地的长度与走滑断层位移量之间具有一定的函数关系，因其发育阶段、规模形态等不同，其函数关系存在着差异(Alper，2010)。然而对于较年轻的拉分盆地(盆地发育起始阶段)，可以用拉分盆地的长度近似等于走滑断层的位移量(图5)。

图4 则木河断裂带大箐梁子段地震破裂遗迹Fig.4 Evidence of surface ruptures at Daqingliangzi segment.

具体而言，该拉分盆地在拉张生长的过程中，我们假定两支断层的交会点即三角状拉分盆地的角点(B点五角星位置，位于探槽Tc 4附近)位置不变，断层西盘为相对不动盘，虽然每一次拉张变形的具体量值不清楚(图5c中绿色粗虚线和示意箭头)，然而拉分盆地进水口方向的冲沟位置却是断层累积位错变形的参照物，盆地沉积物物源由该冲沟带来，它决定了该盆地的北边界位置，因此说现在的拉分盆地长度限定了断层的位移量。探槽开挖揭示出目前的三角状拉分盆地长约34m(图5c中AB长度)。考虑到该拉分盆地开始形成时拉张空间的未知量，这个测量值(34m)就限定了盆地形成以来断层累积活动的最大水平位移量。考虑到盆地底界和上覆地层的年代，取校正年龄9320～9 250a BP可能更接近于盆地形成时间，故全新世以来则木河断层水平位移速率＜3.6mm/a。

图5 大箐梁子小型拉分盆地实测与照片Fig.5 Photo and measured survey of the small pull-apart basin at Daqingliangzi segment.

同时，在拉分盆地南侧测量的(22±2)m冲沟位错，可能为拉分盆地全新世以来形成的同期构造变形，不过从其发育的规模来看，其累积位错量小于拉分盆地的扩张量。另外，紧邻冲沟位错的地点，由于断层左旋位错也形成了一个小的汇水洼地(图4a)，该洼地从其发育程度来看也年轻于拉分盆地，因而可推测该冲沟起始位错年代应不会早于拉分盆地的发育年代，故可利用拉分盆地形成年代来约束冲沟累积位错的起始年代，基于冲沟位错量和拉分盆地形成年代计算的则木河位移速率则可能偏小，即实际的则木河断裂带位移速率＞(2.4±0.2)mm/a。

另外，历史地震资料和三维探槽开挖揭露的变形遗迹及相应的14C测年都证实则木河断裂带上最近的2次大地震事件分别发生在公元1850年和公元814年(Wang et al.，2011)。公元1850年地震事件的同震左旋水平位移量为(4.2±0.5)m，考虑这2次大地震事件的时间间隔为1 036a，计算出近1ka来则木河断层左旋位移速率为(4.1±0.5)mm/a。

图6 大箐梁子探槽Tc 1照片Fig.6 Photo of trench Tc 1at Daqingliangzi segment.

因此，综合来看则木河断裂带全新世以来的平均位移速率可大致限定在(2.4±0.2)mm/a至3.6mm/a，1ka来断层左旋位移速率大于平均位移速率。

3.2 位移速率与GPS速度场、古地震资料对比

目前，通过川滇地块GPS速度场资料获取的则木河断裂带左旋位移速率值有所差别，Shen等(2005)得到的则木河断裂带左旋位移速率为(7±2)mm/a，王阎昭等(2008)通过更多的GPS台站数据建立连接断层元模型，反演了川滇地区主要断层的现今滑动速率，认为则木河断裂带的左旋位移速率为(2.8±2.3)mm/a，比Shen等(2005)的结果稍微偏小。但Shen等(2005)计算的滑动速率由于GPS台站跨度较大，包含了大凉山断裂的变形部分，因而(2.8±2.3)mm/a更能代表则木河断裂现今的滑动速率(与王阎昭交流)。

最新的则木河断裂带古地震研究表明，则木河断裂带上大地震复发时间具有长间隔-短间隔分布不均匀的特征，距今9ka以来发生了5次大地震事件，平均的复发周期为2 300a左右(Wang et al.，2011)。假定以最近一次(公元1850年地震破裂(4.2±0.5)m)的同震位移量作为平均位移量，则平均位移速率1.6～2mm/a。

尽管用小型拉分盆地形成时间和其长度计算走滑断裂的位移速率存在位移量限定的不确定性，但参考最新的GPS速度场和古地震的资料对于则木河断裂带滑动速率的约束，(2.4±0.2)mm/a至3.6mm/a的左旋位移速率能够较好地代表则木河断裂带的全新世滑动速率。

4 结论

根据拉分盆地的形成时间和发育至今的规模(长度)，判定则木河断裂全新世以来的平均左旋位移速率为(2.4±0.2)mm/a至3.6mm/a，该位移速率值与则木河断裂带上最新的GPS速度场和古地震的资料吻合得较好。近1ka来，则木河断层左旋位移速率为(4.1±0.5)mm/a。

尽管用小型拉分盆地形成时间和规模计算走滑断裂的位移速率存在位移量限定的不确定性，但年代限定较好是其优势。

致谢 感谢中国地震局地质研究所王阎昭、王凡关于则木河断裂带GPS速度场的讨论，同时感谢审稿专家提出的宝贵建议。

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GROWTH OF A SMALL PULL-APART BASIN AND SLIP RATE OF STRIKE-SLIP FAULT:WITH THE EXAMPLE OF ZEMUHE FAULT ON THE SOUTHEASTERN MARGIN OF THE TIBETAN PLATEAU

WANG Hu RAN Yong-kang LI Yan-bao
(National Center of Active Fault Studies，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China)

Slip rate of active faults is deterministic to compare active earthquake behaviors among different faults or different segments along a fault，and also it is a key parameter for seismic hazard assessment.Geologically reliable estimation on slip rate is subject to two active tectonic parameters，the cumulative displacement produced by multiple surface-rupturing seismic events and the corresponding true ages，respectively.Generally，for strike-slip faults，we carefully measure geomorphic expressions，such as deformation or offset produced by multiple faulting on river terrace，alluvial-fluvial fans or gullies，and then integrate geochronological constraint from dating on these geomorphic expressions.Based on the above two crucial parameters，we further determine slip rates along faults.However，this paper is attempted to use another deformation of geomorphic expression，a growth model for a small triangular pull-apart basin(sag pond)，to constrain fault slip rate at the Daqingliangzi section of Zemuhe Fault on the southeastern margin of the Tibetan Plateau.Based on several three-dimension trench excavations，reliable radiocarbon dating at the bottom of stratigraphic unit in the triangular pull-apart basin(sag pond)，detailed field investigation along the Daqingliangzi section of Zemuhe Fault and accurate RTK(GPS)survey，we suggest that Holocene average left-lateral slip rate of the Zemuhe Fault is constrained between 2.4 ±0.2mm/a and 3.6mm/a，which is a little smaller than those estimated by other geoscientists，however this strike-slip rate is much more accordant with paleoseismic recurrence behaviors and present velocity field obtained from GPS measurement across the Zemuhe Fault.

the Zemuhe Fault，left-lateral slip rate，trench，triangular pull-apart basin

P315.2

A

0253-4967(2011)04-0818-10

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.04.007

2011-10-10收稿，2011-11-09改回。

地震行业科研专项(200808016)资助。* 通讯作者:冉勇康，研究员，电话:010-62009213，E-mail:ykran@263.net。

王虎，男，1983年生，2007年毕业于中国地质大学(武汉)地球科学学院地质学理科基地班，2007年至今在中国地震局地质研究所攻读博士学位，研究方向为活动构造，电话:010-62009127，E-mail:wanghu9905@126.com。