Holocene Activity Evidence of West Branch of Anninghe Fault in Southeastern Tibet
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摘要: 安宁河断裂是川滇菱形块体东边界主要构成断裂之一，在冕宁县城附近因南河断裂与其汇交，导致该区域断层几何结构复杂。通过地质考察和探槽开挖，新发现了一段全新世活动断裂，命名为安宁河断裂西支。通过典型断错地貌位移测量和年代学样品测试得到调查点左旋滑动速率为（1.6±0.2）mm/a。开挖的古地震探槽揭示了2次古地震事件，分别为（2 300 ±30）～（1 700±30） a BP之间的一次地震和公元1536年7½级地震。已有研究在安宁河断裂南段获得的2次大地震事件与本次探槽揭示的地震事件时间较好地对应，说明安宁河断裂南段的大震事件可能导致了安宁河断裂西支同时破裂。Abstract: Anninghe fault controls eastern boundary of Sichuan-Yunnan rhomboid block, and its structure is complex near Mianning County. Based on geological investigation and excavation, the fault is Holocene fault in chronology. Combined with offset geomorphology and chronology, the left-lateral slip rate of the fault is 1.8 mm/a. The excavation indicates that the West branch of the Anninghe fault has occurred two Paleoearthquakes since 2130 a BP at least, whose active ages are (2300 ±30)～(1700±30) a BP and 1536 a, respectively. The west branch of the Anninghe fault does not have a large scale enough to trigger large earthquake. Two major seismic events in the southern segment of the Anninghe fault caused the simultaneous rupture of the western branch of the fault.
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Key words:
- Anninghe fault /
- Western branch of the Anninghe fault /
- Paleoearthquake /
- Slip rate /
- Holocene fault
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引言
印度板块与欧亚板块自早古近纪开始碰撞，然后俯冲于青藏高原及其周边地区超过了2 000 km，导致青藏高原的快速隆升及其内部地块的侧向挤出（Molnar 等，1975，1993；许志琴等，2011；Zhang等，2004；刘栋梁等，2012；Wu等，2012），并形成了多条大规模走滑活动断层（Zhong等，1990；Tapponnier等，2001；Luo等，2019），如阿尔金断裂、海原断裂、昆仑断裂、喀喇昆仑断裂、鲜水河-小江断裂等。这些大型走滑断裂对青藏高原变形和地震活动起着重要的控制作用（Deng等，2003；He等，2006）。
安宁河断裂位于鲜水河-小江断裂中段，北接鲜水河断裂带，向南经冕宁、礼州至西昌，南接则木河断裂带，全长约150 km（图1），总体走向NNE，沿断层河流、冲沟及其阶地被同步位错，断塞塘发育。安宁河断裂以冕宁为界，南、北段几何平面结构差异较大，且地貌发育特征区别明显，据此将断裂分为南、北段（裴锡瑜等，1998）。闻学泽等（2000）认为1536年M7½地震地表破裂向北终止于冕宁附近，并在冕宁附近为重、磁正负异常的过渡带，基于此也将安宁河断裂分为两段。
图 1 冕宁及邻区活动断裂与强震震中分布Figure 1. Distribution of active faults and destructive earthquakes in Mianning and adjacent areas在冕宁附近，安宁河断裂几何形态较复杂，在冕宁1∶1万活动断层探测工作中，在冕宁县城东侧、安宁河断裂西侧发现1条新的活动断裂，基于活动特征，认为该断裂属于安宁河断裂系统，将其命名为安宁河断裂西支。采用野外地质调查、古地震探槽开挖和年代学测试等手段，确定了该断裂的最新活动时代。
1. 安宁河断裂西支几何展布
安宁河断裂西支北起惠安乡，由南河断裂分出，向南经老堡子、过马路在冕宁县东南汇入安宁河主断裂，全长约10 km（图2）。在冕宁县城附近，安宁河断裂西支由3条次级断层组成，具有明显的左旋滑动特征和逆冲分量（图3）。
安宁河断裂西支北段走向NNE，以左旋走滑为主，具有明显的逆冲分量。在中村（A01点）附近，卫星影像上可见安宁河断裂西支将一系列冲沟左旋断错，但由于冲沟规模较小，影像上无法清晰识别出断错地貌（图3）。但现场考察发现冲沟两侧的高阶地和洪积扇均被左旋断错，T1阶地陡坎的垂直变形和左旋位移为1 m（图4（a））。安宁河断裂西支在冲沟南侧T2阶地上形成高约5 m的正向陡坎，T2阶地左旋位移为5～6 m。在桥头间村（A02点）附近，1条规模较大的冲沟发育4级阶地，其中T2阶地左旋断错30 m（图4（b））。
安宁河断裂西支中段走向NNE，具有反S型展布特点，在过马路北（A03点）发育数条冲沟，冲沟及其阶地发生左旋断错。北侧的1条季节性冲沟底部已改造成农田，该冲沟左旋断错约30 m。南侧冲沟规模相对较大，发育多级阶地。T1阶地左旋位移约10 m（图4（c）），并有跌水发育。
安宁河断裂西支南段走向NNW，以左旋走滑活动为主，具有一定逆冲分量，断裂左旋断错了一系列冲沟和洪积扇。在桂花园东南（A04点），1条季节性冲沟左旋约5 m（图4（d）），虽然冲沟内未见明显的垂直位移，但在两侧洪积扇上可见高约3 m的断层陡坎。在A04点南约100 m处，安宁河断裂穿过1条冲沟，将冲沟南侧的洪积扇左旋位错约10 m。在断层通过处，冲沟形成明显的坡折带（图4（e））。在河东村东北（A05点），1条小冲沟左旋2～3 m，推测可能为安宁河断裂西支最新一次古地震事件形成的同震位移（图4（f））。
2. 安宁河断裂西支活动时代确定
为研究安宁河断裂西支活动时代，在中村（A01点）T1阶地上垂直于断裂开挖了1个探槽（图5）。该T1阶地上陡坎平缓，高约0.5 m。探槽长约6 m，宽3 m，深约2 m。因开挖到2 m深度时，砾石较大，无法继续深挖。
探槽剖面如图6所示，其中U1为碎石层，磨圆较差，部分碎石直径可达10 cm，夹有大块砾石，直径30～50 cm；U2为粗砂层，上部覆盖1层砾石，磨圆一般，直径5～10 cm；U3为深灰色粉砂层，底部可见粗砂，向上逐渐变细；U4为粗砂层，底部含有直径5～10 cm大砾石，砾石上侧存在1层黄褐色粗砂；U5为深灰色粉砂层，偶尔可见砾石。
中村探槽南壁共揭露2条断层，呈叠瓦式由东向西逆冲。断层由西向东依次命名为F1和F2。在剖面上各地层界线较清晰，近水平。在断层下盘形成2组崩积楔，因此认为该探槽揭露了以下2次古地震事件（图5）。
古地震事件Ⅰ：F1断至U3层底部，U3层仅存在剖面的西侧部分，为一次古地震事件的迅速沉积层。该层形成于事件Ⅰ之后，在U2层和U3层分别采集了年代学样品，U2层样品年代为（2130±30） a BP（表1），为该事件活动的最大年龄，U2层样品年代为（1 700±30） a BP，为该事件活动的最小年龄。
表 1 14C年代样品测试结果Table 1. The results of 14C samples样品号 样品年龄/a BP 采样位置 测试机构 20220116-14C-3 3410±30 阶地 BETA实验室 20220116-14C-4 210±30 探槽 BETA实验室 20220116-14C-8 1700±30 探槽 BETA实验室 20220116-14C-9 340±30 探槽 BETA实验室 20220116-14C-15 110±30 探槽 BETA实验室 20220116-14C-16 200±30 探槽 BETA实验室 20220116-14C-19 2130±30 探槽 BETA实验室 古地震事件Ⅱ：F2断至U4层底部，U4覆盖于剖面的顶部。U4层仅存在剖面的西侧部分，下伏U3层，为一次古地震事件的沉积层，形成于事件Ⅱ之后，U5层持续沉积，形成现在的地貌。U4层底部存在的砾石层可认为是U2层上部砾石层在古地震事件后搬运沉积的产物。在U4层和U5层分别采集了年代学样品，U4层样品年代为（210±30）a BP、（200±30）a BP和（340±30）a BP，U5层样品年代为（110±30）a BP。年代为（340±30）a BP的样品采集于砾石层上部，接近古地震的发震时代。
3. 安宁河断裂西支滑动速率
安宁河断裂西支将一系列冲沟的多级阶地左旋断错。在中村点，1条冲沟发育两级阶地。安宁河断裂西支将冲沟南侧的T2阶地左旋断错。基于皮尺测量，T2阶地上缘断错距离为6 m（图7），T2阶地下缘断错距离为5 m；T1阶地左旋断错约1 m。由于保护T1阶地上的农田不被冲毁，村民沿冲沟两侧堆砌石墙，可能人为地减小了左旋位移量。T2阶地即山前洪积扇，T1阶地为内嵌阶地，在冲沟两侧均有分布。该冲沟水流量较小，局限在很窄的河道内，因此不认为其具备较强的侧向侵蚀能力，因此认为T2阶地左旋位移量在其被废弃后开始积累。
在T2阶地侧缘清理剖面，采集了14C样品（图8），阶地顶部为35 cm粗砂层，下部为碎石层，粒径可达30 cm以上。样品采集深度为50 cm，位于1块碎石的下侧。假设该样品为原位沉积，其上方被1层洪积形成的碎石覆盖，可较好地代表T2阶地形成年代。样品测试结果为（3 410±30） a BP（表1），根据T2阶地上下缘的断错位移，计算可知安宁河断裂西支在该点的左旋滑动速率为（1.6 ±0.2）mm/a。
图 8 中村T2阶地14C样品采集位置Figure 8. Location of the collected 14C Sample on the T2 terrace in Zhongcun4. 讨论
根据已开挖的探槽，揭示出安宁河断裂西支第一次古地震事件位于（1 700±30）～（2 130±30） a BP，第二次古地震事件位于（340±30）a BP之前，且接近于这个年代。闻学泽等（2000）在安宁河断裂野鸡洞以北约3.5 km处发现断裂左旋位错了一砾石堤约3 m，认为可能是1480年地震造成的位错，震级为7.5±0.3级。冉勇康等（2008）开展了安宁河断裂紫马跨、野鸡洞探槽分析，揭示出距今1 634～1 811 a、1 030～1 050 a和280～550 a的3次强震事件，最近的一次事件可能为越西卫1480年地震。
闻学泽等（2007）在西昌与冕宁之间发现新的大地震地表破裂遗迹，认为其为1536年Ｍ7½地震的地表破裂，冕宁县城位于这次地震的Ⅷ度区内，该地震有可能破裂至冕宁附近。冉勇康等（2008）在大海子—干海子一带开挖的三维探槽组合揭示安宁河断裂2 300年以来发生2次强震事件，一次可能为公元1536年的地震，一次为距今1 768～1 826 a的地震事件。对比紫马跨、野鸡洞和大海子—干海子探槽获取的古地震序列，强震复发行为明显不同，两段应不属于同一破裂段（冉勇康等，2008），大海子—干海子段隶属于安宁河断裂南段破裂分段。
安宁河断裂西支位于安宁河断裂大海子—干海子段西侧，二者近似平行。中村探槽揭示的2次古地震事件发震时间与大海子—干海子探槽的最新2次古地震事件几乎重合，推测2条断裂在一次大地震事件中可能发生同时破裂。2条断裂相距约3 km，探槽揭示安宁河断裂西支的倾角为30°～45°，可知安宁河断裂西支在深度1.5～3 km汇入安宁河断裂（图9）。
图 9 安宁河断裂与安宁河断裂西支发震模型Figure 9. Seismic model of Anninghe fault and west branch of Anninghe fault安宁河断裂西支规模较小，根据Wells等（1994）给出的破裂面积和震级经验公式，如断裂面面积为15～30 km2，可触发5.2～5.5级地震，该断裂不具备独立发生大地震的可能性。根据野外地质调查，最新一次地震事件的同震位移为2～3 m。根据Wells等（1994）给出的最大同震位移和震级经验公式，需7.0～7.2级地震形成如此大的同震位移。因此，安宁河西支的地表破裂不是由该断裂独立破裂形成的，可能是安宁河断裂南段的2次大地震事件引起西支的同时破裂。
5. 结论
通过对安宁河断裂西支的详细野外地质考察，证实该断裂为全新世活动断层，以左旋走滑为主要特征，兼有逆冲分量，其左旋滑动速率为（1.6 ±0.2）mm/a。
结合典型地段的探槽开挖结果可知该断裂曾发生多次地震活动，（2 130 ±30） a BP以来发生2次地震事件，分别为（2 300 ±30）～（1 700±30） a BP地震和公元1536年7½级地震。
安宁河断裂南段的2次大地震事件与本次获得的地震事件时间上对应较好，安宁河断裂南段的大震事件可能导致了安宁河断裂西支同时破裂，安宁河断裂西支不具备独立发生强震的能力。
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图 1 冕宁及邻区活动断裂与强震震中分布
Figure 1. Distribution of active faults and destructive earthquakes in Mianning and adjacent areas
图 8 中村T2阶地14C样品采集位置
Figure 8. Location of the collected 14C Sample on the T2 terrace in Zhongcun
图 9 安宁河断裂与安宁河断裂西支发震模型
Figure 9. Seismic model of Anninghe fault and west branch of Anninghe fault
表 1 14C年代样品测试结果
Table 1. The results of 14C samples
样品号 样品年龄/a BP 采样位置 测试机构 20220116-14C-3 3410±30 阶地 BETA实验室 20220116-14C-4 210±30 探槽 BETA实验室 20220116-14C-8 1700±30 探槽 BETA实验室 20220116-14C-9 340±30 探槽 BETA实验室 20220116-14C-15 110±30 探槽 BETA实验室 20220116-14C-16 200±30 探槽 BETA实验室 20220116-14C-19 2130±30 探槽 BETA实验室 
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