劉辛中 劉志廣 朱 爽 李臘月

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安寧河-則木河斷裂帶斷層活動(dòng)特征及其與地震活動(dòng)的關(guān)系1

劉辛中 劉志廣 朱 爽 李臘月

（中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心，天津300180）

利用安寧河-則木河斷裂帶上的跨斷層流動(dòng)形變資料，計(jì)算了斷層活動(dòng)累積量，定量研究了斷層在不同時(shí)間段內(nèi)的活動(dòng)特征，然后采用斷層活動(dòng)總體狀態(tài)參量（）值對(duì)斷層總體活動(dòng)特征進(jìn)行了綜合分析，探討了其與地震活動(dòng)的關(guān)系。結(jié)果表明：安寧河-則木河斷裂帶在觀測(cè)期內(nèi)以左旋走滑活動(dòng)為主，兼具逆沖活動(dòng)；斷層總體活動(dòng)狀態(tài)參量（）顯示，斷層整體活動(dòng)的不穩(wěn)定性與強(qiáng)震有關(guān)，斷層活動(dòng)不穩(wěn)定時(shí)，地震活動(dòng)也較強(qiáng)烈。

安寧河-則木河斷裂帶 跨斷層測(cè)量 斷層活動(dòng)性（）值 地震活動(dòng)

引言

安寧河-則木河斷裂帶位于川滇菱形塊體東邊界的中部，它北接鮮水河斷裂帶，南接小江斷裂帶，東鄰大涼山斷裂，是組成川滇菱形塊體東邊界斷裂帶上的一條重要活動(dòng)斷裂。其中：安寧河斷裂走向近南北，向南經(jīng)石棉到冕寧，終止在西昌一帶（圖1）；則木河斷裂總體走向330°，與鮮水河斷裂近于平行，其北端與安寧河斷裂相連，南端與大涼山斷裂相交（張培震，2008）。歷史上在安寧河-則木河斷裂帶上曾發(fā)生過(guò)多次強(qiáng)震，其中，1952年發(fā)生的冕寧6?級(jí)地震是該斷裂帶上距今最近的1次強(qiáng)震（聞學(xué)澤，2000；Wen等，2008）。震源機(jī)制解、GPS等相關(guān)研究結(jié)果表明，安寧河-則木河斷裂帶以左旋走滑為主要運(yùn)動(dòng)特征，并兼具擠壓活動(dòng)特征（杜平山，2000；龍思勝等，2003）。前人利用不同資料對(duì)該斷裂帶的地殼變形特征、構(gòu)造活動(dòng)和地震破裂等進(jìn)行了研究，如：程建武等（2010）通過(guò)影像解譯并結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查，利用第四紀(jì)地貌填圖、樣品采集和差分GPS地貌面測(cè)量等手段，對(duì)安寧河斷裂帶及其附近地區(qū)第四紀(jì)地貌特征及強(qiáng)震危險(xiǎn)性進(jìn)行了研究；程佳等（2011）在收集和整理川滇菱形塊體東邊界斷裂帶的斷裂分段、特征地震和古地震資料的基礎(chǔ)上，對(duì)該斷裂帶的地震破裂、強(qiáng)震復(fù)發(fā)周期等進(jìn)行了研究；魏文薪等（2012）利用1999—2007年的GPS速度場(chǎng)，研究了安寧河-則木河斷裂帶的運(yùn)動(dòng)特征，其結(jié)果表明安寧河斷裂具有左旋走滑兼擠壓的運(yùn)動(dòng)特征，則木河斷裂具有左旋走滑兼拉張的運(yùn)動(dòng)特征。

跨斷層形變測(cè)量作為一種重要的地殼形變監(jiān)測(cè)手段，在空間上能夠給出斷層近場(chǎng)的構(gòu)造形變信息，是監(jiān)測(cè)斷層活動(dòng)最直接和最有效的方法之一。多年來(lái)，我國(guó)學(xué)者應(yīng)用跨斷層形變資料開(kāi)展了大量研究工作并取得了很多有意義的結(jié)果（焦青等，1998；曹建玲等，2011；張希等，2013；李臘月等，2013）。本文利用安寧河-則木河斷裂帶上最新積累的跨斷層形變觀測(cè)資料，首先對(duì)斷層的活動(dòng)特征進(jìn)行了定量分析，然后采用斷層總體狀態(tài)參量（）法對(duì)斷層活動(dòng)的總體特征及其與地震活動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行了探討和分析。

1 安寧河-則木河斷裂帶流動(dòng)短水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)及觀測(cè)資料狀況

在安寧河-則木河斷裂帶上共布設(shè)了7處跨斷層形變測(cè)量場(chǎng)地，其中，棉蟹、冕寧場(chǎng)地布設(shè)在安寧河斷裂上，爾烏、蕎窩、寧南、西昌、湯家坪場(chǎng)地布設(shè)在則木河斷裂上，在這些測(cè)量場(chǎng)地中只有湯家坪測(cè)量場(chǎng)地為水準(zhǔn)和基線綜合觀測(cè)場(chǎng)地，其他均為水準(zhǔn)觀測(cè)場(chǎng)地。場(chǎng)地分布和場(chǎng)地布設(shè)情況如圖1所示。這里需要說(shuō)明的是：

（1）棉蟹場(chǎng)地、冕寧場(chǎng)地所跨斷層是安寧河次級(jí)斷層，爾烏場(chǎng)地所跨斷層為則木河次級(jí)斷層，湯家坪場(chǎng)地所跨斷層為則木河次級(jí)分支斷層，在地質(zhì)構(gòu)造上為則木河斷裂帶緊靠南東的尾端地段，此地段斷裂走向略向東偏轉(zhuǎn)，多組斷裂和次級(jí)分支斷裂發(fā)育（杜方等，2011；蘇琴等，2012）。

（2）西昌場(chǎng)地自1974年開(kāi)始觀測(cè)以來(lái)，由于受當(dāng)時(shí)條件的限制，出現(xiàn)多期停測(cè)，資料連續(xù)性不好；蕎窩場(chǎng)地觀測(cè)時(shí)間較短，到目前為止只有4期觀測(cè)資料。因此，這2個(gè)場(chǎng)地的數(shù)據(jù)在下面的計(jì)算分析中未予采用。

2 數(shù)據(jù)處理方法

2.1 計(jì)算斷層活動(dòng)參數(shù)

根據(jù)跨斷層形變測(cè)量的短水準(zhǔn)、短基線可得到斷層兩盤測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位移，進(jìn)而分析斷層兩盤相對(duì)活動(dòng)與地表兩盤點(diǎn)位相對(duì)位移的關(guān)系。在小變形情況下，可以將斷層兩盤作為不變形的剛體來(lái)處理，通過(guò)幾何關(guān)系推導(dǎo)可得到斷層水平扭錯(cuò)量、水平張壓量和垂直升降量。其中：斷層水平扭錯(cuò)量用來(lái)描述沿?cái)鄬幼呦虻乃竭\(yùn)動(dòng)量；水平張壓量用來(lái)描述垂直于斷層走向的水平運(yùn)動(dòng)量；垂直升降量用來(lái)描述斷層在垂線方向上的升降量。

對(duì)于布設(shè)2條基線的場(chǎng)地，本文分別采用以下3個(gè)公式來(lái)計(jì)算斷層活動(dòng)的3個(gè)分量（薄萬(wàn)舉等，1998）：

（2）

（3）

由于在該斷裂帶上布設(shè)基線觀測(cè)的只有唐家坪場(chǎng)地，因此本文僅對(duì)唐家坪場(chǎng)地進(jìn)行了斷層水平扭錯(cuò)量和水平張壓量的計(jì)算，其他場(chǎng)地只進(jìn)行了斷層垂直升降量的計(jì)算。筆者在計(jì)算時(shí)采用累積變化的研究思路，選用起始年的觀測(cè)數(shù)據(jù)作為參考基準(zhǔn)年，計(jì)算每年在基準(zhǔn)年基礎(chǔ)上的累積變化量。對(duì)于湯家坪場(chǎng)地，采用公式（1）、（2）、（3）分別計(jì)算斷層活動(dòng)的3個(gè)分量，其他場(chǎng)地采用公式（3）計(jì)算斷層垂直升降量。

2.2 計(jì)算斷層活動(dòng)性總體狀態(tài)參量（）

一般而言，從各跨斷層形變測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的時(shí)間變化特征中分析各自變化特點(diǎn)是比較困難的，也是比較隨機(jī)和零亂的。因?yàn)楫?dāng)各測(cè)點(diǎn)同步性較差時(shí)，對(duì)斷層活動(dòng)的自身演化特征和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，以及斷層與地震活動(dòng)的關(guān)系都難以分析和綜合決策，其原因是每次地震前各個(gè)測(cè)點(diǎn)的異常特征（預(yù)測(cè)因子）并不是一致的。

鑒于上述原因，王林瑛等（2006）提出了地震活動(dòng)性多參數(shù)總體狀態(tài)參量（），以其作為綜合分析地震活動(dòng)性的一種方法。該方法僅利用一個(gè)相關(guān)參量就可以較客觀地把握地震活動(dòng)的總體綜合異常特征，可用來(lái)定量描述某區(qū)域地震活動(dòng)所處的總體狀態(tài)?？紤]到地震前兆異常時(shí)空分布的復(fù)雜性和前兆觀測(cè)能力的不均勻性，為了能更加客觀地得到某區(qū)域斷層活動(dòng)的總體特征，本文將這種方法引用到跨斷層形變資料的分析中，試圖定量得到研究區(qū)斷層活動(dòng)的總體特征。

以描述斷層活動(dòng)的總體狀態(tài)為主，筆者將斷層活動(dòng)的總體狀態(tài)作為預(yù)測(cè)量，并稱之為斷層活動(dòng)總體狀態(tài)參量（）。同時(shí)選用以監(jiān)測(cè)斷層活動(dòng)為主的跨斷層形變資料，將各測(cè)點(diǎn)多年觀測(cè)值的平均值（或稱背景值）作為分析的背景依據(jù)，并將背景值作為平穩(wěn)或動(dòng)態(tài)的背景參量，將不同分析時(shí)段的多項(xiàng)參數(shù)值視為隨時(shí)間變化的狀態(tài)參量，根據(jù)背景參量與狀態(tài)參量的相關(guān)性分析，可得出總體狀態(tài)參量（）。當(dāng)（）接近1時(shí)，視斷層活動(dòng)處于平穩(wěn)狀態(tài)；反之，斷層活動(dòng)處于活躍狀態(tài)。以此完成對(duì)斷層活動(dòng)總體趨勢(shì)和活動(dòng)狀態(tài)的預(yù)測(cè)判斷。

筆者首先選取資料中跨斷層且高差變化有規(guī)律的9條水準(zhǔn)測(cè)線，計(jì)算了斷層垂直活動(dòng)速率，然后將其作為預(yù)測(cè)因子。具體計(jì)算方法是：①設(shè)，當(dāng)?shù)?時(shí)分別表示不同的預(yù)測(cè)因子；當(dāng)至?xí)r分別表示至各個(gè)時(shí)段。②為計(jì)算相關(guān)系數(shù)，每個(gè)預(yù)測(cè)因子的時(shí)間變化量用相應(yīng)時(shí)間序列的最大值進(jìn)行歸一化處理，其中每個(gè)時(shí)間段的值由下式計(jì)算：

在公式（4）中：

，（5）

，（7）

其中：

，（9）

，（10）

3 處理結(jié)果與分析

3.1 斷層現(xiàn)今活動(dòng)性分析

湯家坪測(cè)量場(chǎng)地是7處場(chǎng)地中唯一一處具有基線觀測(cè)的綜合場(chǎng)地。利用2.1節(jié)給出的計(jì)算方法，可得到斷層水平扭錯(cuò)累積量和水平張壓累積量隨時(shí)間變化的曲線，如圖2所示。從圖中可以看出：則木河斷裂的水平扭錯(cuò)累積量曲線在1990—1998年表現(xiàn)為左旋活動(dòng)，1999—2006年轉(zhuǎn)為右旋活動(dòng)，2007—2013年再次轉(zhuǎn)為左旋活動(dòng)，自2010年以來(lái)活動(dòng)量有大幅增加；而則木河斷裂的水平張壓累積量曲線在觀測(cè)期內(nèi)主要表現(xiàn)為以張性活動(dòng)為主，1999—2002年出現(xiàn)短暫的壓性活動(dòng)，然后又恢復(fù)原來(lái)的張性活動(dòng)，自2010年起活動(dòng)量有所增加。此外，從則木河斷裂的水平扭錯(cuò)量值和水平張壓量值來(lái)看，水平扭錯(cuò)活動(dòng)量大于水平張壓活動(dòng)量。

棉蟹測(cè)量場(chǎng)地位于安寧河的次級(jí)斷裂上，可以監(jiān)測(cè)近于平行的3條斷裂。其中：測(cè)線5—7跨越東側(cè)的2條斷裂；測(cè)線7—8跨越西側(cè)的1條斷裂（見(jiàn)圖1）。圖3是斷層垂直升降累積量隨時(shí)間變化的曲線，從圖中可以看出，在觀測(cè)期內(nèi)測(cè)線5—7表現(xiàn)出斷裂活動(dòng)為張性，且活動(dòng)量逐年增加，并在2005—2006年出現(xiàn)加速活動(dòng)；在觀測(cè)期內(nèi)測(cè)線7—8表現(xiàn)出斷裂活動(dòng)保持為壓性，在1990—2003年活動(dòng)量較小，活動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，而在2004—2005年活動(dòng)量出現(xiàn)加速，然后逐漸趨于穩(wěn)定。

冕寧測(cè)量場(chǎng)地位于安寧河斷裂中北段，測(cè)線1—2、2—3分別跨越安寧河的次級(jí)斷裂（見(jiàn)圖1）。從圖3可以看出，在觀測(cè)期內(nèi)測(cè)線1—2表現(xiàn)出斷裂活動(dòng)為張性，在2000—2013年活動(dòng)量顯著增加；而在觀測(cè)期內(nèi)測(cè)線2—3表現(xiàn)出斷裂活動(dòng)主要為壓性，活動(dòng)量較弱。

爾烏測(cè)量場(chǎng)地位于安寧河斷裂與則木河斷裂的交匯部位（見(jiàn)圖1）。從圖3可以看出，總體上斷裂活動(dòng)比較微弱，累積活動(dòng)量較小，在1982—2011年斷裂活動(dòng)主要為壓性，2012年轉(zhuǎn)為張性，現(xiàn)在仍保持張性。

寧南測(cè)量場(chǎng)地跨越則木河斷裂的主斷裂面（見(jiàn)圖1）。從圖3可以看出，在觀測(cè)期內(nèi)斷裂活動(dòng)一直為壓性且活動(dòng)微弱。

湯家坪測(cè)量場(chǎng)地位于則木河斷裂尾端分支斷層上（見(jiàn)圖1）。從圖3可以看出，2條測(cè)線的變化形態(tài)基本一致，在1982—1997年斷裂活動(dòng)均表現(xiàn)為張性，1998—2010年斷裂活動(dòng)轉(zhuǎn)為壓性，然后斷裂活動(dòng)發(fā)生過(guò)一次轉(zhuǎn)折，目前斷裂活動(dòng)有轉(zhuǎn)為張性的趨勢(shì)。

3.2 斷層總體活動(dòng)與地震活動(dòng)的關(guān)系

一般而言，從各個(gè)跨斷層形變測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的時(shí)間變化特征分析各自的變化特點(diǎn)，一是比較困難，二是不夠系統(tǒng)和完整。因?yàn)槊看蔚卣鹎案鱾€(gè)測(cè)點(diǎn)的異常特征（預(yù)測(cè)因子）并不是一致的。為了研究斷層活動(dòng)的總體特征，筆者采用前面2.2節(jié)的計(jì)算方法和思路，計(jì)算了安寧河-則木河斷裂帶斷層活動(dòng)的總體狀態(tài)參量（），如圖4所示。同時(shí)，為了探討斷層總體活動(dòng)與地震活動(dòng)的關(guān)系，筆者還采用中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心提供的地震月報(bào)目錄，給出了研究區(qū)5.0級(jí)以上地震的-圖，如圖4所示。從圖中可以看出，（）值在1992—1993年、2003年、2005—2006年和2009—2010年、2012年、2013年出現(xiàn)了6次大幅度的低值異常，表現(xiàn)為（）值低于0.5，特別是在1992—1993年、2005—2006年、2012年、2013年達(dá)到了負(fù)值，這表明其與背景值偏離程度巨大，呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，斷層活動(dòng)不穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)；此外，（）值還在1998年、1999年、2001年出現(xiàn)相對(duì)小幅度的低值變化。同時(shí)，從≥5.0級(jí)以上地震的-圖也可以看出，研究區(qū)及鄰近地區(qū)在相應(yīng)的時(shí)間段地震活動(dòng)也較活躍。例如：在1992年發(fā)生了云南永勝5.4級(jí)地震；在1993年發(fā)生了云南大姚5.3級(jí)地震、姚安5.5級(jí)地震；在2001年前后發(fā)生了四川雅江6.0級(jí)地震、鹽源5.8級(jí)地震、永勝6.0級(jí)地震；在2003年發(fā)生了云南大姚6.2級(jí)地震、鹽源5.0級(jí)地震；在2005—2006年分別發(fā)生了會(huì)澤會(huì)理5.3級(jí)地震和云南鹽津5.1級(jí)地震；在2009年發(fā)生了云南姚安6.3級(jí)地震；在2012年發(fā)生了寧蒗5.7級(jí)地震、云南彝良5.7級(jí)地震；在2013年發(fā)生了洱源5.5級(jí)地震、蘆山7.0級(jí)地震等。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)在1991—2013年研究區(qū)內(nèi)共發(fā)生5.0級(jí)以上地震（去除余震）36次，其中，有23次地震發(fā)生在（）值低于0.5的區(qū)間內(nèi)。這說(shuō)明反映斷層活動(dòng)的總體狀態(tài)參量（），一方面能夠有效描述該區(qū)域斷層活動(dòng)的總體活動(dòng)水平；另一方面也能夠看出總體狀態(tài)參量（）值序列與該區(qū)域的地震活動(dòng)整體起伏有一定的相關(guān)性，地震往往發(fā)生在偏離的低值區(qū)間。

4 結(jié)論

綜合安寧河-則木河斷裂帶跨斷層形變資料的分析結(jié)果，筆者得到了以下結(jié)論。

（1）湯家坪測(cè)量場(chǎng)地的基線測(cè)量結(jié)果顯示，在觀測(cè)期內(nèi)則木河斷裂曾出現(xiàn)過(guò)短暫的右旋、壓性活動(dòng)，但以左旋、張性活動(dòng)為主；水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果顯示在1982—1997年則木河斷裂帶表現(xiàn)為張性活動(dòng)，1998—2010年轉(zhuǎn)為壓性活動(dòng)，目前有轉(zhuǎn)為張性活動(dòng)的趨勢(shì)。而位于安寧河斷裂上的棉蟹、冕寧測(cè)量場(chǎng)地，不同測(cè)線的觀測(cè)結(jié)果不一致。其中，一條測(cè)線顯示在觀測(cè)期內(nèi)斷層表現(xiàn)為壓性活動(dòng)，另一條測(cè)線顯示在觀測(cè)期內(nèi)斷層表現(xiàn)為張性活動(dòng)。筆者分析后認(rèn)為，這可能與棉蟹、冕寧測(cè)量場(chǎng)地所在的位置有關(guān)，測(cè)線并沒(méi)有跨過(guò)安寧河的主斷裂，監(jiān)測(cè)的是安寧河的幾條次級(jí)斷裂，因此所反映的主要是次級(jí)斷層的活動(dòng)。位于則木河斷裂上的爾烏、寧南、湯家坪測(cè)量場(chǎng)地的水準(zhǔn)觀測(cè)顯示，則木河斷裂在觀測(cè)期內(nèi)表現(xiàn)為以壓性活動(dòng)為主，但目前有轉(zhuǎn)為張性活動(dòng)的趨勢(shì)。

（2）安寧河-則木河斷裂帶的斷層整體活動(dòng)的不穩(wěn)定性與強(qiáng)震的發(fā)生可能具有一定的相關(guān)性，當(dāng)斷層活動(dòng)和地殼不穩(wěn)定時(shí)，地震活動(dòng)也較活躍。同時(shí)，采取總體狀態(tài)參量（）值描述斷層活動(dòng)的總體穩(wěn)定性具有一定的可行性，可根據(jù)斷層活動(dòng)總體狀態(tài)參量（）的偏離程度和變化特征，來(lái)判定研究區(qū)域斷層活動(dòng)的穩(wěn)定性，從而判定地震活動(dòng)的強(qiáng)弱。因此，斷層活動(dòng)狀態(tài)的分析結(jié)果可為判斷區(qū)域斷層活動(dòng)性總體狀態(tài)是否由穩(wěn)定平靜進(jìn)入不穩(wěn)定活躍的臨界狀態(tài)提供綜合分析的參考依據(jù)。

由于安寧河-則木河斷裂帶上的資料較少，本文得到的結(jié)果可能具有一定的局限性，更深層次的探討將隨著研究工作的進(jìn)一步開(kāi)展而深入。

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Wen X.Z.，Ma S.L. et al., 2008. Historical pattern and behavior of earthquake ruptures along the eastern boundary of the Sichuan Yunan faulted-block，southwestern China．Phys. Earth Planet Int., 168：16—36．

Research on Seismic Activity Feature of Anninghe-Zemuhe Fault

Liu Xinzhong, Liu Zhiguang, Zhu Shuang and Li Layue

(First Crust Monitoring and Application Center, CEA, Tianjin 300180, China)

By using the observation data of fault-crossing mobile sites in Anninghe-Zemuhe fault, we calculated the cumulative amount of vertical lifts, analyzed the current faulting characteristics in different time quantitatively, and then used() to describe the overall faults activity level quantitatively. Our results show that Anninghe- Zemuhe fault is left-lateral strike slip with thrusting activity; integrated parameter() of fault activity show that instability of the overall faults activity has a relatively close relationship with the occurrence of strong earthquakes, and when the fault activity is unstable, seismic activity is more intense than before.

Anninghe-Zemuhe faults; Fault-crossing measurement; Fault activity characteristics；()；Earthquake activity

中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)、科研三結(jié)合課題（153304）、中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心科技創(chuàng)新主任基金（2014006）聯(lián)合資助

2014-07-04

劉辛中，男，生于1986年。碩士研究生。主要從事地殼形變數(shù)據(jù)處理與分析。E-mail：guiwucanjian@163.com