安寧河-則木河斷裂帶斷層活動特征及其與地震活動的關系1

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特征及其與地震活動的關系1

劉辛中 劉志廣 朱 爽 李臘月

（中國地震局第一監測中心，天津300180）

利用安寧河-則木河斷裂帶上的跨斷層流動形變資料，計算了斷層活動累積量，定量研究了斷層在不同時間段內的活動特征，然后采用斷層活動總體狀態參量（）值對斷層總體活動特征進行了綜合分析，探討了其與地震活動的關系。結果表明：安寧河-則木河斷裂帶在觀測期內以左旋走滑活動為主，兼具逆沖活動；斷層總體活動狀態參量（）顯示，斷層整體活動的不穩定性與強震有關，斷層活動不穩定時，地震活動也較強烈。

安寧河-則木河斷裂帶 跨斷層測量 斷層活動性（）值 地震活動

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斷裂。其中：安寧河斷裂走向近南北，向南經石棉到冕寧，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生過多次強震，其中，1952年發生的冕寧6?級地震是該斷裂帶上距今最近的1次強震（聞學澤，2000；Wen等，2008）。震源機制解、GPS等相關研究結果表明，安寧河-則木河斷裂帶以左旋走滑為主要運動特征，并兼具擠壓活動特征（杜平山，2000；龍思勝等，2003）。前人利用不同資料對該斷裂帶的地殼變形特征、構造活動和地震破裂等進行了研究，如：程建武等（2010）通過影像解譯并結合野外地質調查，利用第四紀地貌填圖、樣品采集和差分GPS地貌面測量等手段，對安寧河斷裂帶及其附近地區第四紀地貌特征及強震危險性進行了研究；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上，對該斷裂帶的地震破裂、強震復發周期等進行了研究；魏文薪等（2012）利用1999—2007年的GPS速度場，研究了安寧河-則木河斷裂帶的運動特征，其結果表明安寧河斷裂具有左旋走滑兼擠壓的運動特征，則木河斷裂具有左旋走滑兼拉張的運動特征。

跨斷層形變測量作為一種重要的地殼形變監測手段，在空間上能夠給出斷層近場的構造形變信息，是監測斷層活動最直接和最有效的方法之一。多年來，我國學者應用跨斷層形變資料開展了大量研究工作并取得了很多有意義的結果（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資料，首先對斷層的活動特征進行了定量分析，然后采用斷層總體狀態參量（）法對斷層活動的總體特征及其與地震活動的關系進行了探討和分析。

1 安寧河-則木河斷裂帶流動短水準測點及觀測資料狀況

在安寧河-則木河斷裂帶上共布設了7處跨斷層形變測量場地，其中，棉蟹、冕寧場地布設在安寧河斷裂上，爾烏、蕎窩、寧南、西昌、湯家坪場地布設在則木河斷裂上，在這些測量場地中只有湯家坪測量場地為水準和基線綜合觀測場地，其他均為水準觀測場地。場地分布和場地布設情況如圖1所示。這里需要說明的是：

（1）棉蟹場地、冕寧場地所跨斷層是安寧河次級斷層，爾烏場地所跨斷層為則木河次級斷層，湯家坪場地所跨斷層為則木河次級分支斷層，在地質構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，多組斷裂和次級分支斷裂發育（杜方等，2011；蘇琴等，2012）。

（2）西昌場地自1974年開始觀測以來，由于受當時條件的限制，出現多期停測，資料連續性不好；蕎窩場地觀測時間較短，到目前為止只有4期觀測資料。因此，這2個場地的數據在下面的計算分析中未予采用。

2 數據處理方法

2.1 計算斷層活動參數

根據跨斷層形變測量的短水準、短基線可得到斷層兩盤測點的相對位移，進而分析斷層兩盤相對活動與地表兩盤點位相對位移的關系。在小變形情況下，可以將斷層兩盤作為不變形的剛體來處理，通過幾何關系推導可得到斷層水平扭錯量、水平張壓量和垂直升降量。其中：斷層水平扭錯量用來描述沿斷層走向的水平運動量；水平張壓量用來描述垂直于斷層走向的水平運動量；垂直升降量用來描述斷層在垂線方向上的升降量。

對于布設2條基線的場地，本文分別采用以下3個公式來計算斷層活動的3個分量（薄萬舉等，1998）：

（2）

（3）

由于在該斷裂帶上布設基線觀測的只有唐家坪場地，因此本文僅對唐家坪場地進行了斷層水平扭錯量和水平張壓量的計算，其他場地只進行了斷層垂直升降量的計算。筆者在計算時采用累積變化的研究思路，選用起始年的觀測數據作為參考基準年，計算每年在基準年基礎上的累積變化量。對于湯家坪場地，采用公式（1）、（2）、（3）分別計算斷層活動的3個分量，其他場地采用公式（3）計算斷層垂直升降量。

2.2 計算斷層活動性總體狀態參量（）

一般而言，從各跨斷層形變測點數據的時間變化特征中分析各自變化特點是比較困難的，也是比較隨機和零亂的。因為當各測點同步性較差時，對斷層活動的自身演化特征和趨勢預測，以及斷層與地震活動的關系都難以分析和綜合決策，其原因是每次地震前各個測點的異常特征（預測因子）并不是一致的。

鑒于上述原因，王林瑛等（2006）提出了地震活動性多參數總體狀態參量（），以其作為綜合分析地震活動性的一種方法。該方法僅利用一個相關參量就可以較客觀地把握地震活動的總體綜合異常特征，可用來定量描述某區域地震活動所處的總體狀態。考慮到地震前兆異常時空分布的復雜性和前兆觀測能力的不均勻性，為了能更加客觀地得到某區域斷層活動的總體特征，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斷層活動的總體特征。

以描述斷層活動的總體狀態為主，筆者將斷層活動的總體狀態作為預測量，并稱之為斷層活動總體狀態參量（）。同時選用以監測斷層活動為主的跨斷層形變資料，將各測點多年觀測值的平均值（或稱背景值）作為分析的背景依據，并將背景值作為平穩或動態的背景參量，將不同分析時段的多項參數值視為隨時間變化的狀態參量，根據背景參量與狀態參量的相關性分析，可得出總體狀態參量（）。當（）接近1時，視斷層活動處于平穩狀態；反之，斷層活動處于活躍狀態。以此完成對斷層活動總體趨勢和活動狀態的預測判斷。

筆者首先選取資料中跨斷層且高差變化有規律的9條水準測線，計算了斷層垂直活動速率，然后將其作為預測因子。具體計算方法是：①設，當到9時分別表示不同的預測因子；當至時分別表示至各個時段。②為計算相關系數，每個預測因子的時間變化量用相應時間序列的最大值進行歸一化處理，其中每個時間段的值由下式計算：

在公式（4）中：

，（5）

，（7）

其中：

，（9）

，（10）

3 處理結果與分析

3.1 斷層現今活動性分析

湯家坪測量場地是7處場地中唯一一處具有基線觀測的綜合場地。利用2.1節給出的計算方法，可得到斷層水平扭錯累積量和水平張壓累積量隨時間變化的曲線，如圖2所示。從圖中可以看出：則木河斷裂的水平扭錯累積量曲線在1990—1998年表現為左旋活動，1999—2006年轉為右旋活動，2007—2013年再次轉為左旋活動，自2010年以來活動量有大幅增加；而則木河斷裂的水平張壓累積量曲線在觀測期內主要表現為以張性活動為主，1999—2002年出現短暫的壓性活動，然后又恢復原來的張性活動，自2010年起活動量有所增加。此外，從則木河斷裂的水平扭錯量值和水平張壓量值來看，水平扭錯活動量大于水平張壓活動量。

棉蟹測量場地位于安寧河的次級斷裂上，可以監測近于平行的3條斷裂。其中：測線5—7跨越東側的2條斷裂；測線7—8跨越西側的1條斷裂（見圖1）。圖3是斷層垂直升降累積量隨時間變化的曲線，從圖中可以看出，在觀測期內測線5—7表現出斷裂活動為張性，且活動量逐年增加，并在2005—2006年出現加速活動；在觀測期內測線7—8表現出斷裂活動保持為壓性，在1990—2003年活動量較小，活動相對穩定，而在2004—2005年活動量出現加速，然后逐漸趨于穩定。

冕寧測量場地位于安寧河斷裂中北段，測線1—2、2—3分別跨越安寧河的次級斷裂（見圖1）。從圖3可以看出，在觀測期內測線1—2表現出斷裂活動為張性，在2000—2013年活動量顯著增加；而在觀測期內測線2—3表現出斷裂活動主要為壓性，活動量較弱。

爾烏測量場地位于安寧河斷裂與則木河斷裂的交匯部位（見圖1）。從圖3可以看出，總體上斷裂活動比較微弱，累積活動量較小，在1982—2011年斷裂活動主要為壓性，2012年轉為張性，現在仍保持張性。

寧南測量場地跨越則木河斷裂的主斷裂面（見圖1）。從圖3可以看出，在觀測期內斷裂活動一直為壓性且活動微弱。

湯家坪測量場地位于則木河斷裂尾端分支斷層上（見圖1）。從圖3可以看出，2條測線的變化形態基本一致，在1982—1997年斷裂活動均表現為張性，1998—2010年斷裂活動轉為壓性，然后斷裂活動發生過一次轉折，目前斷裂活動有轉為張性的趨勢。

3.2 斷層總體活動與地震活動的關系

一般而言，從各個跨斷層形變測點數據的時間變化特征分析各自的變化特點，一是比較困難，二是不夠系統和完整。因為每次地震前各個測點的異常特征（預測因子）并不是一致的。為了研究斷層活動的總體特征，筆者采用前面2.2節的計算方法和思路，計算了安寧河-則木河斷裂帶斷層活動的總體狀態參量（），如圖4所示。同時，為了探討斷層總體活動與地震活動的關系，筆者還采用中國地震臺網中心提供的地震月報目錄，給出了研究區5.0級以上地震的-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年出現了6次大幅度的低值異常，表現為（）值低于0.5，特別是在1992—1993年、2005—2006年、2012年、2013年達到了負值，這表明其與背景值偏離程度巨大，呈現負相關性，斷層活動不穩定性顯著增強；此外，（）值還在1998年、1999年、2001年出現相對小幅度的低值變化。同時，從≥5.0級以上地震的-圖也可以看出，研究區及鄰近地區在相應的時間段地震活動也較活躍。例如：在1992年發生了云南永勝5.4級地震；在1993年發生了云南大姚5.3級地震、姚安5.5級地震；在2001年前后發生了四川雅江6.0級地震、鹽源5.8級地震、永勝6.0級地震；在2003年發生了云南大姚6.2級地震、鹽源5.0級地震；在2005—2006年分別發生了會澤會理5.3級地震和云南鹽津5.1級地震；在2009年發生了云南姚安6.3級地震；在2012年發生了寧蒗5.7級地震、云南彝良5.7級地震；在2013年發生了洱源5.5級地震、蘆山7.0級地震等。

經統計在1991—2013年研究區內共發生5.0級以上地震（去除余震）36次，其中，有23次地震發生在（）值低于0.5的區間內。這說明反映斷層活動的總體狀態參量（），一方面能夠有效描述該區域斷層活動的總體活動水平；另一方面也能夠看出總體狀態參量（）值序列與該區域的地震活動整體起伏有一定的相關性，地震往往發生在偏離的低值區間。

4 結論

綜合安寧河-則木河斷裂帶跨斷層形變資料的分析結果，筆者得到了以下結論。

（1）湯家坪測量場地的基線測量結果顯示，在觀測期內則木河斷裂曾出現過短暫的右旋、壓性活動，但以左旋、張性活動為主；水準測量結果顯示在1982—1997年則木河斷裂帶表現為張性活動，1998—2010年轉為壓性活動，目前有轉為張性活動的趨勢。而位于安寧河斷裂上的棉蟹、冕寧測量場地，不同測線的觀測結果不一致。其中，一條測線顯示在觀測期內斷層表現為壓性活動，另一條測線顯示在觀測期內斷層表現為張性活動。筆者分析后認為，這可能與棉蟹、冕寧測量場地所在的位置有關，測線并沒有跨過安寧河的主斷裂，監測的是安寧河的幾條次級斷裂，因此所反映的主要是次級斷層的活動。位于則木河斷裂上的爾烏、寧南、湯家坪測量場地的水準觀測顯示，則木河斷裂在觀測期內表現為以壓性活動為主，但目前有轉為張性活動的趨勢。

（2）安寧河-則木河斷裂帶的斷層整體活動的不穩定性與強震的發生可能具有一定的相關性，當斷層活動和地殼不穩定時，地震活動也較活躍。同時，采取總體狀態參量（）值描述斷層活動的總體穩定性具有一定的可行性，可根據斷層活動總體狀態參量（）的偏離程度和變化特征，來判定研究區域斷層活動的穩定性，從而判定地震活動的強弱。因此，斷層活動狀態的分析結果可為判斷區域斷層活動性總體狀態是否由穩定平靜進入不穩定活躍的臨界狀態提供綜合分析的參考依據。

由于安寧河-則木河斷裂帶上的資料較少，本文得到的結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一步開展而深入。

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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

中國地震局監測、預測、科研三結合課題（153304）、中國地震局第一監測中心科技創新主任基金（2014006）聯合資助

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據處理與分析。E-mail：guiwucanjian@163.com