王 虎 冉勇康 李彥寶

(中國地震局地質(zhì)研究所，國家地震活動斷層研究中心，北京 100029)

小型拉分盆地的生長與走滑斷層的位移速率
——以青藏高原東南緣則木河斷裂帶為例

王 虎 冉勇康*李彥寶

(中國地震局地質(zhì)研究所，國家地震活動斷層研究中心，北京 100029)

活動斷層滑動速率可以用來定量比較不同斷裂帶或同一斷裂帶不同時段的活動性，同時還是地震危險性評價的重要參數(shù)，合理評估活動斷層的滑動速率主要受限于兩個參數(shù)的可靠性，即斷層的累積位移量和相應的活動時間。傳統(tǒng)上較理想的用于評估走滑斷層滑動速率的地貌體一般為階地、沖洪積扇、沖溝等的位錯測量和相應活動累積時間的確定，文中則嘗試通過青藏高原東南緣則木河斷裂帶大箐梁子段三維組合探槽揭示的小型三角狀拉分盆地的生長模式來約束斷層的水平位移速率，基于野外詳細的調(diào)查、拉分盆地底部14C測年以及實時差分GPS精確測量，約束了則木河斷裂帶全新世以來的斷層平均左旋滑動速率為(2.4±0.2)～3.6mm/a，這比前人給出的滑動速率偏小，但卻與古地震資料及GPS觀測結(jié)果吻合得較好。

則木河斷裂帶 左旋位移速率 探槽 三角狀拉分盆地

0 引言

滑動速率是構(gòu)造活動非常重要的運動學參數(shù)，其含義是指某個時段內(nèi)斷裂錯動的速度，代表斷裂的長期和平均活動水平，可以用來定量比較不同斷裂帶或同一斷裂帶不同時段的相對活動性，同時還是地震危險性評價的一個很重要的參數(shù)(鄧起東等，2004)。目前，獲取斷層滑動速率的方法主要是通過測量的方式和地質(zhì)學的手段。然而，由于基于GPS和跨斷層水準測量的時間尺度相對較短，而較難客觀反映長時間尺度的斷層平均變形強度，因此，地質(zhì)學的手段就成為獲取斷層滑動速率不可或缺的方法。對于傳統(tǒng)的地質(zhì)學方法，獲得斷層滑動速率受限于兩個重要參數(shù)的確定，它們分別為累積位移量和相應的活動時間。一般而言，累積位移量較易在野外通過實測獲取，然而獲得的年代是否真實代表對應的活動時間卻存在著很大的不確定性，最重要的一點是野外采集的測年樣品，其年代值可否代表對應的活動時間。目前，比較有效的用于評估走滑斷層位移速率的地貌單元一般是階地、沖洪積扇、沖溝等，這些地貌體的斷錯量較易獲取，但確定斷錯起始的時間卻較為困難。斷錯體不同采樣位置的樣品，其測年值會對計算滑動速率有較大的影響。例如對于青藏高原東南邊界的則木河斷裂帶，任金衛(wèi)(1994)通過一個洪積扇累積斷錯位移量和扇體中木頭樣品測年，計算出了則木河斷層平均水平滑動速率約為4.9mm/a。杜平山(2000)通過沖溝位錯及相應沖溝內(nèi)14C樣品測年，認為則木河斷層的平均左旋位移速率為6.7mm/a。He等(2008)通過沿斷層的幾個地點沖洪積扇位錯及相應的熱釋光年代，獲得則木河斷裂帶左旋位移速率約為5～9mm/a。Ren等(2010a)通過則木河斷裂大箐梁子幾條斷頭溝的累積位錯與斷頭溝所在的洪積扇的14C測年，獲得水平滑動速率為10～12mm/a。由此可見，則木河斷裂帶滑動速率的不一致很可能是由于相應年代約束存在較大不確定性所導致的。基于此，筆者嘗試通過則木河斷裂帶大箐梁子段三維組合探槽揭示的小型三角狀拉分盆地的形成與發(fā)育過程，提出一種用拉分盆地底部堆積物的14C年齡作為拉分(一個位移階段)的起始時間，拉分盆地平行斷裂的長度作為盆地發(fā)育以來的位移量的思路，來約束或求取走滑斷層的水平位移速率，并討論則木河斷裂帶全新世以來的平均左旋滑動速率。

1 斷裂帶晚第四紀活動的構(gòu)造背景

則木河斷裂帶是青藏高原東南邊界斷裂帶的重要組成部分，與北部的鮮水河斷裂、安寧河斷裂，南部的小江斷裂和東部的大涼山斷裂共同組成川滇地塊東邊界斷裂帶(圖1)。晚第四紀以來，由于印度板塊向歐亞大陸NE向的推擠作用，使得川滇塊體被擠出向SE方向滑移，造成則木河斷裂帶左旋走滑運動(Tapponnier et al.，1982，2001;Peltzer et al.，1988)。則木河斷裂帶北接安寧河斷裂帶，向東南經(jīng)普格、寧南，南接小江斷裂帶，全長約120km(圖2a)。則木河斷裂帶上發(fā)育一系列比較典型的走滑斷裂型斷錯地貌，如沖積扇位錯、沖溝位錯、斷塞塘、擠壓鼓包等一系列地震地表變形遺跡。其中，大箐梁子段地表變形現(xiàn)象保存最好，而大箐梁子段最典型的走滑斷裂斷錯地貌為7條斷頭溝地貌(圖2b)。He等(2003)通過航片解譯、實地測量等手段建立了7條斷頭溝與古地震事件響應的演化模型，認為斷頭溝是由于則木河斷裂多期次的古地震事件導致老的河道被廢棄，多次的古地震之后形成了如今的多條斷頭溝地貌。

圖1 青藏高原東南緣活動斷層分布簡圖Fig.1 Skeck showing the distribution of active faults in southeastern Tibetan Pleateau.

圖2 則木河斷裂帶展布與局部航片圖Fig.2 Distribution of the Zemuhe Fault and aerial photos at Daqingliangzi segment.

歷史資料記載，有3次大地震發(fā)生在西昌附近，分別為公元1850年M 7?2地震、公元1536年M 7?2地震和公元814年M7地震。對于公元1850年M 7?2歷史地震已有較好的研究，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的地表破裂帶和事件測年結(jié)果判斷則木河斷裂帶為此次地震事件的發(fā)震構(gòu)造。同時對該地表破裂帶進行了詳細的調(diào)查和研究，獲得了地表破裂帶的幾何形態(tài)、同震位移參數(shù)等資料(任金衛(wèi)等，1993;任金衛(wèi)，1994;馮元保等，2000;俞維賢等，2001;He et al.，2003;田勤儉等，2008;Ren et al.，2010b)。對于公元1536年M 7?2地震，認為該地震發(fā)生在安寧河斷裂的南段，則木河斷裂帶不是發(fā)震構(gòu)造(聞學澤等，2000，2007，2008;Wen et al.，2008;冉勇康等，2008;Wang et al.，2011)。對于公元814年M7地震，Wang等(2011)通過在大箐梁子三維組合探槽開挖和大量的14C樣品測年判定發(fā)震構(gòu)造為則木河斷裂帶。由此可見，大量斷錯地貌和歷史地震資料表明，則木河斷裂帶晚第四紀以來活動很強烈。

2 大箐梁子段地震破裂調(diào)查

歷史記載公元1850年則木河斷裂帶發(fā)生了M 7?2大地震，該地表破裂在大箐梁子段保存較好，斷層變形跡象很明顯，為此我們選擇在該段一個小型槽谷型洼地內(nèi)開展細致工作(27°42'25.44″N，102°21'39.33″E)。經(jīng)野外詳細調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)該處有3 個1850 年地震同震位移變形跡象，其中一處由于斷層分為兩支，兩支分支斷層的同震左旋位錯量分別為(1.2±0.1)m和(3.3±0.2)m(圖3)。往南約100m，只有單條斷層展布，見兩個小沖溝被斷層分別同震位錯(4.2±0.3)m和(3.8±0.2)m(圖4a)。由此可判斷大箐梁子地點公元1850年地震同震位移量為(4.2±0.5)m。同時，我們也發(fā)現(xiàn)一條小沖溝被累積左旋水平位錯(22±2)m(圖4b)。

圖3 則木河斷裂大箐梁子段1850年地震破裂遺跡Fig.3 Evidence of surface ruptures produced by the 1850AD earthquake at Daqingliangzi segment.

3 斷層位移速率探討

3.1 拉分盆地發(fā)育與斷層位移速率計算

在則木河斷裂帶大箐梁子一左旋位錯形成的洼地內(nèi)，我們通過三維探槽揭露出一小型三角狀拉分盆地。通過多個探槽開挖和實時差分GPS測量限定了該小型盆地的空間展布，盆地東西邊界受到兩支斷層的控制，盆地北邊界受到?jīng)_溝進水口位置的約束(圖5c)。拉分盆地東西兩支斷層的左旋左階式平面展布特征、走滑擠壓和拉張運動性質(zhì)形成的小型負花狀構(gòu)造、大量發(fā)育的同震拉張充填楔(圖6a)等都說明，古地震事件形成的局部張性下降空間有利于沉積物的連續(xù)堆積，即該小型三角狀拉分盆地的發(fā)育過程就是一個在多次古地震同震拉張變形條件下的連續(xù)的地層堆積過程(見另文:王虎等，2011)。探槽Tc 1揭露了拉分盆地的底界是灰白色偏粉紅色粉砂質(zhì)黏土，為附近山體基巖風化殘坡積物，反映此時拉分盆地并不存在，其上覆地層為灰色砂質(zhì)與黑色砂土，呈不規(guī)則薄層狀互層，富含有機物，顯示拉分盆地開始發(fā)育。在兩套地層中采到了炭屑樣品，編號分別為DQ-120和DQ-207，14C校正年齡分別為9，440～9，250a BP和9，320～9，080a BP(圖6c，d)?？紤]到小型三角拉分盆地是受南北兩支斷層的相對擴展導致的局部拉張區(qū)域，伴隨著每一次古地震事件的地表破裂變形，拉分盆地會SN向地進一步拉張，來自沖溝的物源連續(xù)地沉積，因而該小型拉分盆地形成的起始時間，應為一個階段左旋位移的開始時間。拉分盆地的長度與走滑斷層位移量之間具有一定的函數(shù)關(guān)系，因其發(fā)育階段、規(guī)模形態(tài)等不同，其函數(shù)關(guān)系存在著差異(Alper，2010)。然而對于較年輕的拉分盆地(盆地發(fā)育起始階段)，可以用拉分盆地的長度近似等于走滑斷層的位移量(圖5)。

圖4 則木河斷裂帶大箐梁子段地震破裂遺跡Fig.4 Evidence of surface ruptures at Daqingliangzi segment.

具體而言，該拉分盆地在拉張生長的過程中，我們假定兩支斷層的交會點即三角狀拉分盆地的角點(B點五角星位置，位于探槽Tc 4附近)位置不變，斷層西盤為相對不動盤，雖然每一次拉張變形的具體量值不清楚(圖5c中綠色粗虛線和示意箭頭)，然而拉分盆地進水口方向的沖溝位置卻是斷層累積位錯變形的參照物，盆地沉積物物源由該沖溝帶來，它決定了該盆地的北邊界位置，因此說現(xiàn)在的拉分盆地長度限定了斷層的位移量。探槽開挖揭示出目前的三角狀拉分盆地長約34m(圖5c中AB長度)?？紤]到該拉分盆地開始形成時拉張空間的未知量，這個測量值(34m)就限定了盆地形成以來斷層累積活動的最大水平位移量?？紤]到盆地底界和上覆地層的年代，取校正年齡9320～9 250a BP可能更接近于盆地形成時間，故全新世以來則木河斷層水平位移速率＜3.6mm/a。

圖5 大箐梁子小型拉分盆地實測與照片F(xiàn)ig.5 Photo and measured survey of the small pull-apart basin at Daqingliangzi segment.

同時，在拉分盆地南側(cè)測量的(22±2)m沖溝位錯，可能為拉分盆地全新世以來形成的同期構(gòu)造變形，不過從其發(fā)育的規(guī)模來看，其累積位錯量小于拉分盆地的擴張量。另外，緊鄰沖溝位錯的地點，由于斷層左旋位錯也形成了一個小的匯水洼地(圖4a)，該洼地從其發(fā)育程度來看也年輕于拉分盆地，因而可推測該沖溝起始位錯年代應不會早于拉分盆地的發(fā)育年代，故可利用拉分盆地形成年代來約束沖溝累積位錯的起始年代，基于沖溝位錯量和拉分盆地形成年代計算的則木河位移速率則可能偏小，即實際的則木河斷裂帶位移速率＞(2.4±0.2)mm/a。

另外，歷史地震資料和三維探槽開挖揭露的變形遺跡及相應的14C測年都證實則木河斷裂帶上最近的2次大地震事件分別發(fā)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為(4.2±0.5)m，考慮這2次大地震事件的時間間隔為1 036a，計算出近1ka來則木河斷層左旋位移速率為(4.1±0.5)mm/a。

圖6 大箐梁子探槽Tc 1照片F(xiàn)ig.6 Photo of trench Tc 1at Daqingliangzi segment.

因此，綜合來看則木河斷裂帶全新世以來的平均位移速率可大致限定在(2.4±0.2)mm/a至3.6mm/a，1ka來斷層左旋位移速率大于平均位移速率。

3.2 位移速率與GPS速度場、古地震資料對比

目前，通過川滇地塊GPS速度場資料獲取的則木河斷裂帶左旋位移速率值有所差別，Shen等(2005)得到的則木河斷裂帶左旋位移速率為(7±2)mm/a，王閻昭等(2008)通過更多的GPS臺站數(shù)據(jù)建立連接斷層元模型，反演了川滇地區(qū)主要斷層的現(xiàn)今滑動速率，認為則木河斷裂帶的左旋位移速率為(2.8±2.3)mm/a，比Shen等(2005)的結(jié)果稍微偏小。但Shen等(2005)計算的滑動速率由于GPS臺站跨度較大，包含了大涼山斷裂的變形部分，因而(2.8±2.3)mm/a更能代表則木河斷裂現(xiàn)今的滑動速率(與王閻昭交流)。

最新的則木河斷裂帶古地震研究表明，則木河斷裂帶上大地震復發(fā)時間具有長間隔-短間隔分布不均勻的特征，距今9ka以來發(fā)生了5次大地震事件，平均的復發(fā)周期為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)的同震位移量作為平均位移量，則平均位移速率1.6～2mm/a。

盡管用小型拉分盆地形成時間和其長度計算走滑斷裂的位移速率存在位移量限定的不確定性，但參考最新的GPS速度場和古地震的資料對于則木河斷裂帶滑動速率的約束，(2.4±0.2)mm/a至3.6mm/a的左旋位移速率能夠較好地代表則木河斷裂帶的全新世滑動速率。

4 結(jié)論

根據(jù)拉分盆地的形成時間和發(fā)育至今的規(guī)模(長度)，判定則木河斷裂全新世以來的平均左旋位移速率為(2.4±0.2)mm/a至3.6mm/a，該位移速率值與則木河斷裂帶上最新的GPS速度場和古地震的資料吻合得較好。近1ka來，則木河斷層左旋位移速率為(4.1±0.5)mm/a。

盡管用小型拉分盆地形成時間和規(guī)模計算走滑斷裂的位移速率存在位移量限定的不確定性，但年代限定較好是其優(yōu)勢。

致謝 感謝中國地震局地質(zhì)研究所王閻昭、王凡關(guān)于則木河斷裂帶GPS速度場的討論，同時感謝審稿專家提出的寶貴建議。

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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。

地震行業(yè)科研專項(200808016)資助。* 通訊作者:冉勇康，研究員，電話:010-62009213，E-mail:ykran@263.net。

王虎，男，1983年生，2007年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(武漢)地球科學學院地質(zhì)學理科基地班，2007年至今在中國地震局地質(zhì)研究所攻讀博士學位，研究方向為活動構(gòu)造，電話:010-62009127，E-mail:wanghu9905@126.com。