川西地区安宁河断层古地震行为及其与则木河断层的比较

王 虎 冉勇康李彦宝 陈立春

（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）

川西地区安宁河断层古地震行为及其与则木河断层的比较

王 虎 冉勇康*李彦宝 陈立春

（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）

安宁河断层与则木河断层是青藏高原东南川滇地块东边界断裂带的重要组成部分，晚第四纪以来变形样式主要以左旋走滑运动为主。安宁河断层走向近SN向，以冕宁为界分为南北两段，北段古地震复发周期500～700a，全新世以来左旋平均位移速率约4mm／a。南段的古地震研究程度较低，通过在月华一带开挖探槽及大量14C测年限定其大地震平均复发间隔为600～800a。则木河断层北接安宁河断层，全新世以来平均左旋位移速率为2.4～3.6mm／a，大地震复发周期约2 300a。对比安宁河断层与则木河断层的古地震行为，发现安宁河断层大地震复发间隔相对较短，平均左旋位移速率稍大，存在着古地震行为的不协调性。安宁河断层与则木河断层走向不一致、螺髻山的快速隆升以及安宁河断层南侧SN向展布的走滑断层系统等可能是造成安宁河-则木河断层古地震行为差异的原因。

川滇地块 安宁河断层 则木河断层 古地震 螺髻山

0 引言

青藏高原东南缘地区是中国大陆晚第四纪构造变形和强震活动最强烈的地区，特别是位于川滇、巴颜喀拉和华南三大活动地块交界部位的四川西部地区，平均数十年就会有1次大地震发生（张培震等，2003；徐锡伟等，2003；冉勇康等，2008a）。安宁河断层与则木河断层是青藏高原东南川滇地块东边界的重要活动断层，安宁河断层近SN向展布，总体长约150km，则木河断层近NNW向展布，长约120km（图1），两支断层在人口稠密的西昌一带交会，历史资料记载沿该断裂带曾发生过多次大地震，例如公元1536年M 7⅟²和公元1850年M 7⅟²大地震曾造成巨大的人员伤亡和财产损失（国家地震局震害防御司，1995）。因此，进一步揭示该断裂带的大地震复发行为以及安宁河断层与则木河断层的构造变形与大地震响应关系，对于该区域防震减灾工作的开展有着一定的指导意义，同时也有助于深入理解青藏高原快速隆升与构造变形的动力学行为。

图1 青藏高原东南缘活动断层分布简图（修改自王虎等，2011）Fig.1 Sketch showing the distribution of active faults in southeastern Tibetan plateau（adapted from WANG Hu et al.，2001）.修改自WANG Hu等（2011），对应内插图的黑色图框区域位置；图内黑色粗线示意安宁河断层与则木河断层，空心箭头表示GPS位移趋势

1 安宁河断层晚第四纪活动习性及古地震行为

安宁河断层北接鲜水河断裂带，晚第四纪以来断层变形以左旋走滑为主。有研究认为该断层以冕宁为界可划分为南北两段，裴锡瑜等（1997）在1／5万活动断层填图的基础上，通过分析断层的几何特征认为南北两段几何结构差异较大，北段由一系列次级断层组成的左旋左阶为主的逆走滑断裂，平面结构简单；南段由一系列次级断层斜列、断续延伸组成2条近平行的断裂，两断裂之间为条状上升的山体，东侧断裂控制了断层槽谷，并发育串珠状的山间小盆地，西侧断裂的西边为安宁河谷地。闻学泽（2000）还揭示冕宁附近位于重、磁正负异常的过渡部位。冉勇康等（2008b）通过在北段紫马跨一带数字影像分析、全站仪实测与探槽开挖揭示全新世以来断层左旋位移速率约为4mm／a。徐锡伟等（2003）通过在冕宁以南（南段）一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。目前安宁河断层的古地震研究主要侧重于北段。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1 600a以来至少发生过2次古地震事件。最近闻学泽等（2000）与冉勇康等（2008a）在北段通过多个地点探槽开挖揭示大地震平均复发间隔为500～700a。对于安宁河断层南段，历史地震资料记载该段附近发生过公元1536年M 7⅟²（闻学泽等，2007）和1952年M 6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习性。为了揭示安宁河断层南段更长时间尺度的大地震活动行为和特征，选择在月华一个小型洼地内开挖组合探槽（图2a，b），通过大量的14C样品测年和古地震变形分析，揭示出了5次古地震事件。

图2 安宁河断层月华与则木河断层大箐梁子探槽开挖地点Fig.2 Trenching sites at Yuehua and Daqingliangzi along the Anninghe Fault and Zemuhe Fault.a安宁河断层展布特征，灰色阴影区示意盆地，红圈示意历史地震震中，旁边数字代表年代和震级大小；b月华探槽开挖地点微地貌，红线示意断层；c大箐梁子探槽开挖地点微地貌，红线示意断层

2 安宁河断层南段月华古地震研究

2.1 探槽开挖地点及地层描述

月华探槽开挖地点位于西昌以北约30km（图2a），主要表现为一洼地负地形和线性脊微地貌（图2b）。该线性脊有利于挡水使得细颗粒物质能够连续沉积，从而记录完整的古地震事件序列。我们在该洼地中开挖多个探槽，部分探槽开挖后出水较快发生坍塌，现主要以其中一个探槽为主揭示古地震变形遗迹（图3，4）。探槽揭示出6套地层序列，从下至上标记为U1至U6，主要基于探槽北壁描述如下：

U1-1：该层颜色较杂，以土黄略带铁锈色为主，局部由于断层和地下水的作用，呈现灰绿色条带，为一套主要由砾石组成的冲洪积扇地层，砾石大小不一，大的个别能达到20cm左右，一般主要集中于4～10cm，砾石磨圆度较差到一般，该层隐约有层状分布特征，层面倾向W，往上逐渐模糊；

U1-2：该层为浅灰黑色泥炭层，粘性较大，局部含有细小颗粒砾石；

图3 探槽北壁拼图和解译图Fig.3 Map of the northern wall of trench and its interpretation.红线示意断层，黑线示意地层接触；红色小方框为采样位置，标记字母和数字代表样号和校正年代（通过OxCal 3.10软件校正）

U2-1：该层颜色相对偏浅一点，砾石含量更多且偏大一些，有的为角砾状，泥炭含量稍少，整体呈现楔形，不整合覆盖在U1-2上；

U2-2：该层颜色为浅灰黑色，和U1-2颜色相近，成分基本为泥炭，代表相对静水堆积环境。该层顶部水平稳定且连续，只有在靠近断层处发生向上弯曲变形；

A1：冲洪积扇扇前部分，主要为角砾状砾石，砾石大小不一，分选较差，下部砾石偏大一些，越往西侧其厚度变得越薄，直至尖灭；

U2-3：浅灰色泥质砂层，砂质成分为主，砂质较细，成分较单一，推测为相对细（小）水流环境；

图4 探槽南壁拼图和解译图Fig.4 Map of the southern wall of trench and its interpretation.红线示意断层，黑线示意地层接触；红色小方框为采样位置，标记字母和数字代表样号和校正年代（通过OxCal 3.10软件校正）

U2-4：黝黑色泥炭层，颜色格外深说明堆积环境为静水环境；

U3-1：黝黑色泥炭层，含有细颗粒砾石，特别是靠近断层处，细颗粒小砾石含量骤增，且局部出现粒径较大的砾石；

U3-2：灰黑色泥炭层，粘性较大，层厚稳定且连续；

U4-1：该层为大型充填楔体，基本成分为角砾状大小不一砾石与泥炭混杂，颜色为灰黑色，含有较多木块和炭屑；

U4-2：灰黑色泥炭，粘性较大，局部含有较少细小颗粒，近断层处含有一些粒径较大的砾石，该层相对较厚；

U4-3：灰白色细砂质泥炭层，粘性也较大，该层内夹有冲洪积扇扇前延伸部分地层A2，A2较A1层稍薄一点，砾石含量少一点；

U5-1：砾石混杂堆积，颜色较杂，楔状，不整合覆盖在U1-1上；

U5-2：深青灰色或略带锈黄色含砂质泥层，局部零星见到小砾石；

U6-1：楔状地层，颜色主要为土黄色，由砾石与砂土混杂组成；

U6-2：地表层，土黄色，该层为粉砂质黏土，较坚硬。

2.2 古地震事件解译及年代限制

活动走滑断裂古地震识别的主要标志有断层错动或褶皱变形、坎前堆积地层、崩积楔、充填楔、不整合接触、沙土液化等（Sieh et al．，1978；Liu-zeng et al．，2006；McCalpin，2009；冉勇康等，2012；王虎等，2013）。月华探槽主要基于断层断错变形、坎前堆积地层与不整合接触等特征共识别出5次古地震事件。最老事件E5断错U1-2后被U2-1不整合覆盖（图3），较年轻的事件E4在探槽两壁都表现为U2-4被断错后，U3-1不整合覆盖（图3，图4）。事件E3变形特征在探槽两壁略有不同，北壁主要表现为楔状充填（U4-1）（图3），而南壁则显示为U4-1不整合覆盖在断层上（图4）。事件E2主要表现为坎前堆积地层U5-1（图3，图5a）以及U4-3发生挠曲变形被U5-1覆盖（图5a），事件E1断错近地表并形成坎前堆积地层U6-1（图3，图5b）。古地震事件的发生年代主要通过被断错或者变形时的最老堆积地层以及事件发生后最年轻的上覆堆积地层的年代来约束，基于大量的14C样品和OxCal 3.10软件限定，揭露的5次古地震事件的发生年代分别为1400—500BC（E5）、700—1000AD（E4）、940—1150AD（E3）、1430—1870AD（E2）、1750AD—现今（E1）（图6）。历史地震资料记载安宁河断裂南段一带发生过公元814年、1536年、1850年和1952年地震（国家地震局震害防御司，1995），对比月华古地震年代和历史地震资料，建议最新一次古地震事件E1对应公元1850年M 7⅟²大地震或者公元1952年M地震，古地震事件E2对应公元1536年M 7⅟²大地震，古地震事件E4对应公元814年M 7大地震，古地震事件E3可能缺失，原因一方面可能是紧邻公元814年大地震，灾后地方建设没有较好的恢复。另一方面，该事件年代范围正处于五代十国时期，政局动荡，战乱频繁，也可能造成历史地震记载缺失。古地震事件E5由于年代久远，缺乏历史记录。基于月华探槽开挖和古地震事件限定，获得的安宁河断裂南段大地震平均复发间隔为600～800a，该间隔基本与安宁河断裂北段大地震复发周期一致（闻学泽等，2000；冉勇康等，2008a）。

图5 月华其他探槽局部图Fig.5 Local photos of other trenches at Yuehua.a U4-3发生挠曲变形，垂向位移量约0.5m，被坎前堆积U5-1覆盖；b最新1次事件形成的楔状堆积U6-1，断层两侧地层产状变化较大。红线示意断层，白线表示地层界线，红色虚线示意推测断层。红色小方框为采样位置，标记字母和数字代表样号和校正年代（通过OxCal 3.10软件校正）

图6 月华古地震事件年代限定Fig.6 Age constraints of paleoseismic events revealed from trenching at Yuehua.竖直红线示意安宁河断裂南段一带历史地震年代，红色区域示意5次限定的古地震事件，年龄校正采用OxCal 3.10软件（Bronk-Ramsey，1998）

3 则木河断层晚第四纪活动习性及古地震行为

则木河断层北接安宁河断层，晚第四纪以来断层变形以左旋走滑为主，该断裂带上最新1次大地震为公元1850年M 7⅟²地震，在大箐梁子一带同震位错达到4m左右（He et al．，2008；任金卫等，1993，1994；冯元保等，2000；俞维贤等，2001；Ren et al．，2010；王虎等，2011，2013；Wang et al．，2013）。早期获得的则木河断层左旋位移速率变化较大，范围从5mm／a到12mm／a，最近王虎等（2011）通过在大箐梁子的探槽开挖（图2c）、实地测量与14C测年获得的近1 000a以来的平均左旋位移速率约为（4.1±0.5）mm／a，近全新世以来断层平均左旋位移速率为2.4～3.6mm／a。另外，早期对于则木河断层的古地震复发行为也存在着较大的争议，复发周期范围从300～3 000a（杜平山2000；He et al．，2003；田勤俭等，2008；Ren et al．，2010）。最近Wang等（2013）选择在大箐梁子通过组合探槽开挖与大量14C样品测年，限定了多期古地震事件的年代，分别发生在1370AD—现今、690—940AD、5900—1400BC、6590—6350BC、7380—7110BC，揭示大地震平均复发间隔约2 300a。

4 安宁河与则木河断层古地震行为差异及可能原因

安宁河断层北段的大地震平均复发间隔为500～700a（闻学泽等，2000；冉勇康等，2008a），南段月华探槽的开挖和大量14C样品限定距今3 400a以来大地震平均复发间隔为600～800a，与北段的大地震复发周期一致，这可能暗示安宁河断层南北两段具有相似的古地震行为。冉勇康等（2008b）在安宁河断层北段紫马跨一带通过实地测量及14C测年获得距今约2 600a以来断层平均左旋位移速率约为6.2mm／a，距今10 000a以来为3.6～4.0mm／a，距今20 000a以来为3.8～4.2mm／a。考虑到安宁河断层南段获得的地质速率（徐锡伟等，2003）基于热释光测年可能存在着较大的不确定性，并为了与相同时间尺度的则木河断层位移速率进行对比，我们选择距今约10 000a以来的位移速率值（约4mm／a）代表安宁河断层晚第四纪以来的平均左旋位移速率。相对应的，该时间尺度内则木河断层平均左旋位移速率为2.4～3.6mm／a（王虎等，2011），略小于安宁河断层位移速率。另外则木河断层近全新世以来的大地震平均复发周期约2 300a，大于安宁河断层的古地震复发间隔，这似乎表明安宁河断层与则木河断层的古地震行为存在着不协调性，下面讨论其可能的原因。

4.1 安宁河断层与则木河断层走向不同

由于安宁河断层近SN向展布而则木河断层NNW向展布，考虑到位移矢量的三角解析，若以4mm／a的位移速率代表安宁河断层晚第四纪以来的平均左旋位移速率和安宁河断层与则木河断层的夹角30°来计算，推测的则木河断层左旋位移速率约为3.5mm／a（图7a），这与通过地质方法获得的位移速率2.4～3.6mm／a基本一致。则木河断层左旋位移速率的相对减小可能是其古地震的复发间隔相对较长的原因之一。

4.2 螺髻山的快速隆升

数字混频器包括数字乘法器和NCO。NCO产生目标频率的正交正余弦本振信号,将此正余弦信号和AD采样后的中频信号相乘达到混频的目的,将中频信号搬移到零频。可以通过查找表法和坐标旋转数字计算法(CORDIC)实现数控振荡器。由于基于ROM查找表法会消耗一部分存储资源,而利用CORDIC矢量旋转迭代的方法,通过移位和迭代运算产生一组严格正交、稳定、频率可控的正余弦信号,很好的解决了查找表法消耗存储器资源的问题。图8为基于坐标旋转数字计算法的数字混频器FPGA实现结构,包括频率控制单元、相位累加器单元以及CORDIC流水线型电路。

数字高程数据（DEM）显示安宁河断层与则木河断层附近发育格外高耸的螺髻山（图7b），王庆良等（2008）通过1970—2006年间的多期水准观测资料计算，发现则木河西侧的螺髻山一带的隆升速率要远大于安宁河断层一侧（图7b），螺髻山的隆升形变可能增加了则木河断层附近块体的负重荷载，这可能导致其位移速率的减小，同时也有助于更大程度地积累应变量闭锁住断层，使得大地震的能量释放周期加长，即古地震复发周期更长。

4.3 安宁河断层西昌以南走滑构造体系的影响

虽然安宁河断层西昌以南部分的段落晚第四纪以来活动习性仍不明确，但不能完全排除该段落仍存在变形的可能性。另外卢海峰等（2009）揭示安宁河断层南侧的元谋断层存在晚第四纪以来的变形迹象，且获得该断层晚更新世以来的平均左旋位移速率为0.45～2.6mm／a。这些证据说明安宁河断层南侧的SN向走滑构造系统也有可能协调了安宁河断层的变形分解，也是则木河断层与安宁河断层古地震行为差异的可能原因。

5 结论

图7 安宁河-则木河断层位移速率三角解析与螺髻山隆升模式图Fig.7 Triangular decomposition of slip rates along the simplified Anninghe and Zemuhe Fault systems and uplift of the Luojishan.a灰色阴影箭头表示断层的相对运动方向，红线示意安宁河断层与则木河断层，两断层夹角约30°，VA表示安宁河断层晚第四纪以来的左旋位移速率，为4mm／a；VZ表示通过矢量三角解析计算的则木河断层左旋位移速率；b红线示意断层，白色椭圆示意螺髻山区域，白色竖线示意隆升速率（相对于宜宾基准点，水准测量资料来自于王庆良等（2008））；下图示意安宁河-则木河断层与螺髻山隆升构造模式图

安宁河断层北段古地震复发周期为500～700a，全新世以来左旋平均位移速率约4mm／a，南段大地震平均复发间隔为600～800a。则木河断层近全新世以来平均左旋位移速率为2.4～3.6mm／a，大地震复发周期约2 300a。对比安宁河断层与则木河断层，安宁河断层平均左旋位移速率偏大，大地震复发间隔更短，存在着古地震行为的不协调性。安宁河断层与则木河断层走向不一致、螺髻山的快速隆升以及安宁河断层南侧SN向的走滑断层系统等可能是造成安宁河-则木河断层古地震行为差异的原因。

致谢 感谢审稿专家提出的宝贵意见。

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PALEOSEISM IC BEHAVIOR OF THE ANNINGHE FAULT AND ITS COM PARISON W ITH THE ZEMUHE FAULT IN WESTERN SICHUAN

WANG Hu RAN Yong-kang LIYan-bao CHEN Li-chun

（Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano，Institute of Geology，China Earthquake Adm inistration，Beijing 100029，China）

The Anninghe and Zemuhe Fault systems show characteristics of a left-lateral strike-slip movement since late Quaternary and they are located along the eastern boundary of the Sichuan-Yunnan Fault block in the southeastern region of the Tibetan plateau.The N-S striking Anninghe Fault is divided into the northern and southern segment around Mianning.The northern segment has an average recurrence interval of large earthquakes of about 500～700 years and a left-lateral slip rate of 4mm／a since Holocene.However paleoseism ic behavior along the southern segment has been less focused.We excavated several trenches at Yuehua along the southern segment and used multiple radiocarbon dating to constrain the average recurrence interval of large earthquakes of this segment，which is about 600～800 years.The Zemuhe Fault has an average recurrence interval of paleoearthquakes of about 2300 years with a left-lateral slip rate of 2.4～3.6mm／a since Holocene. Comparing with the fault behavior between the Anninghe Fault and Zemuhe Fault，we find that the recurrence interval of the Anninghe Fault is shorter than that of the Zemuhe Fault and has a relatively larger left-lateral slip rate，indicating an inconsistent paleoseismic behavior.We suggest this inconsistence may be related to different strikes of the two faults，the up lift of the Luoji Shan and the distribution of the N-S trending strike-slip fault system on the south of the Anninghe Fault.

the Sichuan-Yunnan faulted block，the Anninghe Fault，the Zemuhe Fault，paleoseismology，Luojishan

P315.2

A

0253-4967（2014）03-0706-12

王虎，男，1983年生，2012年在中国地震局地质研究所获得博士学位，助理研究员，研究方向为活动构造，电话：010-62009127，E-mail：wanghu9905＠126.com。

10.3969／j.issn.0253-4967.2014.03.013

2013-12-17收稿，2014-07-01改回。

国家自然科学基金（41302160）和中国地震局地质研究所基本科研业务专项（IGCEA1304）共同资助。

*通讯作者：冉勇康，研究员，电话：010-62009213，E-mail：ykran＠263.net。