2. 中国地震局地质研究所 活动构造与火山实验室, 北京 100029
2. Key Lab of Active Tectonics and Volcano, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
据中国地震台网中心测定,北京时间2014年10月7日21时49分云南省普洱市景谷县西南22 km发生了MS6.6地震,震中位于23.4°N,100.5°E,震源深度5 km(http://news.ceic.ac.cn[2014-12-05]).地震的最高烈度为Ⅷ度,等震线长轴总体呈NW向,Ⅵ度区以上总面积约11930 km2,涉及到普洱市景谷县、思茅区、宁洱县、镇沅县、澜沧县、景 东县和临沧市临翔区、双江县、云县9个县(区),造成37个乡镇受灾(http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/478/2014101 1091458652940205/index.html[2014-12-05]). 2014年12月6日2时43分和18时20分相继发生MS5.8(23.3°N,100.5°E)和5.9级强余震(23.3°N,100.5°E)(http://news.ceic.ac.cn[2014-12-05]).是继2014年8月3日云南鲁甸6.5级地震后,青藏高原邻近地区最新地震活跃期内发生的又一次中强地震(徐锡伟等,2014).
地震发生在青藏高原东南缘滇西南块体内的无量山腹地.该地区构造复杂,NNW向和NEE向的两组断裂共同构成了网络状活动断裂系(杨晓平等,2008;虢顺民等,1999),最为显著的是NNW向展布的无量山活动断裂带.受其影响,宁洱、思茅地区历史上曾发生10次6.0~6.8级地震,是一个中强地震频发区.因此,加强该地区活动构造和地震形成机制研究,对未来地震形势和防震减灾具有重要的科学意义.本文在区域活动构造背景、深部构造分析的基础上,结合本次景谷地震应急考察结果、震源机制解、余震空间分布、等震线分布等,重点探讨了景谷地震的地表破坏特征、孕震构造及其形成机制.
2 区域构造背景 2.1 区域活动构造青藏高原是我国现今构造活动与地震活动最强烈的地区(邓起东,2002),并成为青藏高原周边地区块体运动和构造变形的动力来源.印度板块以每年50 mm左右的速度向北推挤(Minster and Jordan,1978),引起青藏高原地壳缩短、隆起,并使得周边块体逃逸(钟大赉和丁林,1996;张培震等,2003),强烈地影响中国西部地貌形态和地震活动(许志琴等,1997).喜马拉雅东构造结以东的川、滇、藏地区形成一系列北西至南北向弧形山脉和活动断裂,如伯舒拉岭、高黎贡山、怒山、无量山、哀牢山、红河断裂等,影响范围直达川滇块体和滇西南块体.在印度板块向北推挤作用下,不但青藏块体整体上有向东滑移的趋势,川滇块体和滇西南块体(印支块体的一部分)也以不同的速率向南东方向滑动(李玶和汪良谋,1975; 邓起东等,2007,2014;张培震等,2002;徐锡伟等,2003;虢顺民等,1999).
在区域构造上(图 1),景谷6.6级地震发生在红河断裂带西侧的兰坪—思茅中生代盆地内.侏罗系-中始新统主要由红色建造组成,部分地区出露红色含膏盐建造. 经晚始新世-渐新世末的两次构造 运动,兰坪—思茅盆地缓慢隆起反转成山.上新世末-更新世地壳隆起加快,强烈的抬升与河流的深切形成高山峡谷.新生代期间只有少量的砂砾岩和煤系地层沉积(云南省地质矿产局,1990). 兰坪—思茅中生代盆地的东边界红河断裂是华南块体与印支块体的分界线,是一条经历长期演化的块间构造变形带,经历了早期的大型左旋剪切运动(Tapponnier et al.,1982,1990;Leloup and Kienast,1993; Leloup et al.,1995)和后期的右旋走滑运动(向宏发等,2004;陈文寄等,1996),其晚第四纪滑动速率可达5 mm·a-1,沿断裂发生多次6~7级地震(虢顺民等,2001;陈文寄等,1996;向宏发等,2004,2007; Leloup et al.,1995; Leloup and Kienast,1993;Tapponnier et al.,1990; 王绍晋等,2010;乔学军等,2004;Socquet and Pubellier,2005;Wang et al.,1998,Allen et al.,1984;Schoenbohm et al.,2006;王阎昭等,2008).澜沧江断裂,经印支运动以后成为控制兰坪—思茅盆地的西缘边界断裂,断层面及围岩多表现为陡倾至直立状,侏罗系-白垩系岩层受热动力变质作用形成千枚岩,局部地段发生强烈的糜棱岩化并形成宽达1 km的糜棱岩带,表现出明显的逆冲特征,但晚第四纪活动不明显.其西侧,发育有著名的临沧花岗岩体,该岩体从云县经临沧、缅甸孟敦,一直延伸至金三角地区,长约450 km,宽40~50 km,该岩体主要是加里东期和印支-燕山期的产物,系沿澜沧江—湄公河—劳勿碰撞带发育的含锡花岗岩带. 滇西南块体向南运动过程中,由于刚性的临沧花岗岩体的顶托作用,造成澜沧江断裂的反S型大拐弯和公郎弧形构造,兰坪—思茅盆地在此形成瓶颈式缩短. 临沧花岗岩体西侧发育有NE向的南汀河、孟连、打洛断裂和NW向的木戞—谦迈、澜沧—勐遮断裂,前者表现为左旋走滑运动性质,后者表现为右旋走滑运动性质,通过这些断裂的左旋或右旋走滑运动分解、吸收了临沧花岗岩体西侧块体的南东运动能量(Lacassin et al.,1988,Morley,2007;Tapponnier et al.,1982). 澜沧江断裂以东的兰坪—思茅中生代盆地内主要发育有无量山断裂带和中生代褶皱.
无量山断裂带由多条断裂组成,由东至西,主要有磨黑断裂(F12-1)、宁洱断裂(F12-2)、普文断裂(F12-3)和景谷—云仙断裂(F12-4)等4条(图 1). 该断裂带构造复杂,复合、分支现象普遍并多被横向断层截切,共同构成网络状断裂系. 燕山运动前为挤压逆冲性质,与NW向中生代褶皱近平行展布,晚新生代以来表现为明显的右旋走滑性质.
磨黑断裂带走向NNW,全长约150 km.在磨黑一带见长3~5 km的断层槽地和一系列定向排列的断层三角面. 勐先大河Ⅰ级阶地右旋位错形成的眉脊面宽7~8 m;红星街东南形成“闸门”地貌,Ⅱ级阶地中形成的眉脊面宽度约35~40 m. 在竹崩寨附近,山脊发生右旋错动120 m,断裂穿过勐先 河右岸使多条支流发生右旋断错,断距120~230 m. 曼克老一带断裂线性清楚,其上发育两期断层三角面,曼老河左岸一系列支流发生同步右旋位错45~65 m.磨黑断裂晚第四纪活动特征明显,晚更新世以来水平滑动速率为1.6~2.5 mm·a-1(虢顺民等,1999).
普洱断裂带总体走向NNW,倾向SW,倾角65°~85°,长约200 km.地貌上表现为断层谷、断层垭口、梳状水系等.思茅倚象坝东侧断裂通过处使近 东西 向的一组河流发生同步右旋错动,位错量200~250 m. 民安—文肥一带,4条冲沟发生同步右旋断错,其位移量80~150 m.老赵寨公路旁见断裂错断了晚第四纪地层.老师寨附近,断裂通过处清水河阶地同步右旋位错,Ⅱ级与Ⅲ级阶地位错量分别为55 m和40 m,Ⅲ级阶地沉积物热释光(TL)测年为(35.41±7.46)ka.那勐勐一带曼骂河Ⅱ、Ⅲ阶地同步右旋位错15 m和20 m,Ⅱ阶地沉积物热释光(TL)测年为(25.41±54.46)ka.据阶地沉积年龄和位错量计算,其晚更新世水平滑动速率为2.5~2.6 mm·a-1.
普文断裂带走向NNW,全长约230 km.地貌上表现为断层谷、断层三角面、水系右旋位错等.在玻峨以南山脊、水系右旋位错100~200 m;思茅西南芭蕉箐河右岸断裂使一系列支流右旋位错一般为125~200 m,最大达750 m.此外,在整碗、普文等地发育狭长形盆地,反映断裂对盆地的控制作用.据断错量和活动时代推算,其晚更新世水平滑动速率1.0~2.0 mm·a-1(虢顺民等,1999).
景谷—云仙断裂总体走向NNW,北段偏向近 SN向及NNE,倾向SW或NE,倾角较陡,全长110 km. 在卫星影像上,断层线性特征整体上不甚明显,但局部地段线性特征平直而显著(图 2a). 云仙附近断层出露于三迭系中厚层状粉砂岩中,破碎带宽30~50 m,断层泥松软,其热释光(TL)年龄为(81.82±6.94)ka.永平盆地东缘那拐村发育一系列断层三角面地貌(图 2b),勐嘎河Ⅱ级阶地后缘发育断层槽沟,该阶地位错约60 m.在肖塘箐见山脊、冲沟产生同步右旋位错(图 3c),位错距离30~50 m.肖塘箐 一小河Ⅲ级阶地发生位错变形130 m,该阶地进行热释光(TL)测年结果为(90.77±7.71)ka,推算得到其 晚更新世以来的右旋走滑速率为1.3~1.4 mm·a-1.
在无量山断裂带,历史上曾发生1923年宁洱61 / 2级、1942年思茅63 / 4级、1965年整董6.1级、1970年德化6.2级、1971年德化北6.2级、1973年宁洱6.1级、1979年磨黑6.8级、1993年宁洱6.3级、2007年宁洱6.3级共计9次中强地震.其中,最大地震为磨黑6.8级地震,此次地震在扎牛田产生一条长230 m的地震裂缝,并使田埂右旋位错15 cm,垂直位错18 cm(朱成男和周瑞琦,1981).此外,现代地震仪器记录到该断裂带上共发生近20次5~5.9级地震.以上表明,沿无量山断裂带构成一条NW向地震活动带.
2.3 地球物理特征研究区布格重力异常均为负值,其值在-205~-100 mGal变化,相对变化幅度为-105 mGal.总趋势北低南高,其等值线的形状基本上呈“舌状”弯曲,反映了由北而南的区域隆升作用和由北向南的蠕散运动(图 3).重力异常均为负值,表明地壳重力补偿尚未达到均衡,地壳活动程度较高.
沿澜沧江断裂为一显著的布格重力异常梯级 带,且在其以东的无量山地区表现为3条NW向次级重力异常带,其展布位置与无量山断裂带基本一致.其中,西侧的一条重力异常带靠近震中,大致沿永平—益智—云仙—震东一线展布.永平一带虽然地表没有明显的断层出露,但重力异常带的存在表明,深部可能发育着一条NW向的断裂. 强震活动与布格重力异常带呈现出一定的对应性,如在磨黑—普洱—思茅老震区,布格重力异常等值线呈北西—南东走向展布,与磨黑断裂、普洱断裂、普文断裂展布基本一致,曾发生多次中强地震.此次景谷 2014年10月7日MS6.6级地震和12月6日MS5.8 级强余震发生在永平—益智—云仙—震东一线展布的重力异常带上.
地震层析图像研究表明,在澜沧江断裂以东、红河断裂以西思茅—普洱地区中、下地壳广泛存在着高导低速层,而上地壳则为正速度异常(图 4)(刘福田等,2000;王椿镛等,2002).该地壳速度结构的形成可能起因于60~50 Ma前的印度大陆和欧亚大陆的碰撞触发的地幔热扰动使软流层上涌(Lei et al.,2009,2014),并导致新生代的岩浆活动和澜沧江—墨江段的底侵作用(刘福田等,2000;胥颐等,2013).沿扬子块体俯冲板片遗迹一侧广泛分布幔源煌斑岩,其年龄平均为50 Ma左右.此外,俯冲板片的西侧通关、普洱等地有新第三纪幔源玄武岩的喷发.所有上述岩浆活动说明,地幔热扰动和软流层上涌发生在50 Ma左右,与印度大陆和欧亚大陆的碰撞时代相近.因此,印支块体向南东方向逃逸,由此引发的地幔上涌导致热流物质沿着断裂通道进入地壳形成高导低速层(Lei et al.,2009,2014).
我们根据云南地区“中国大陆构造环境监测网络”(GNSS)项目28个观测站数据,分析了 2011年1月1日至2014年11月30日云南地区速度场(相对于文山站)(图 5).思茅—普洱地区的运动速率(4.3~5.7 mm·a-1)比临沧地区的运动速率(2.9 mm·a-1)高约48%~95%,即澜沧江东部地 区的运动速率大于澜沧江西部地区. 而且,思茅—普洱地区中、下地壳广泛存在的高导低速层,为块体南向运动提供了有利条件.因块体运动方向与NNW展布的无量山断裂带小角度相交,它有利于无量山断裂带产生水平滑动,晚新生代以来,无量山断裂也因此由近东西向挤压应力场作用下形成的挤压逆冲性质转变为水平右旋走滑性质,并起着滑动分解应变的作用.
一般而言,7级以上的地震往往能在地表形成明显的地震地表破裂带,但也有少量6.5级左右的地震形成地表破裂(邓起东等,1992). 本次景谷6.6级地震震中广泛地产生了砂土液化现象和地裂缝,虽然这些地裂缝单条规模不大,但却集中出现在极震区地形平坦的Ⅰ级阶地上,不受地形影响;而且喷 砂冒水点不是呈散点状分布,而是呈串珠状直线分布,从而使得这些地裂缝和砂土液化具有明显的构造意义.
如在永平南勐嘎村—忙费一带出现多处地裂缝(图 6),No.2观察点是最为典型和集中的一处(图 7).地裂缝发育在地形平坦的Ⅰ级阶地上,主要有NE向和NW向两组,其中NE向裂缝走向30°~40°,最长95 m,横切公路和田地,裂缝衔接处呈现左阶斜列(图 7c);NW向裂缝走向330°~350°,裂缝长70 m,呈右阶雁行状斜列(图 7d和图 7e),且在裂缝处有砾石定向排列的现象(图 7g),这也是比较罕见的现象. 有的裂缝非常平直(图 7d).有规律的右阶和左阶雁行状斜列、平直的线性特征以及砾石定向排列,无疑反映了构造破裂的作用,表明NW向裂缝为右旋运动,NE向裂缝为左旋运动特征.在忙费村北No.3观察点,沿一小河的沟底产生了330°方向延伸长约800 m的地裂缝(图 6),地裂缝跨越了小溪从左岸延伸到右岸,在其间还穿插发育有NE向裂缝.此裂缝因发育在小河边,虽不能完全排除地形影响,但考虑到其连续性和周边勐嘎村附近 地裂缝和砂土液化现象,推测此裂缝可能是构造成因.
砂土液化主要有两处. 一处位于勐嘎南500 m稻田中(No.1观察点),规模较大,呈线状延伸,一条为290°方向(图 8A-b和图 8A-c),长3 m,由多个冒水孔组成;另一条长7 m,宽0.8 m,延伸方向330°(图 8A-d). 另一处位于No.2观察点,出现7处大的喷砂冒水点,均呈长条线状延伸,方向主要有60°、70°、90°、280°、290°等,长度3.8~12 m不等(图 8A-e至图 7B-o).规模最大的喷砂带长12 m,宽1 m,高0.3 m.有的则呈现出280°和30°两个方向共轭展布现象(图 8B-i).喷砂孔直径一般为10~30 cm,大的可达50~60 cm(图 8B-n).在这些线状延伸的喷砂地带,喷砂孔均呈平直的串珠状排列(图 8B-l和图 8B-o).这些喷砂冒水孔呈线性排列且规模较大,说明这些地带受到了强烈挤压,地震时先产生了剪切裂缝(Riedel 剪切),而后产生喷砂冒水现象,因此,这些喷砂冒水延长线也是地裂缝发育地带,具有明显的构造成因.
野外科考过程中发现在南喃村和中寨村也出现了个别砂土液化现象,但规模很小且不集中,在此暂不讨论.
4 地震烈度、余震分布特征和震源机制解 4.1 地震烈度分布特征此次地震Ⅷ烈度区主要涉及景谷县永平镇、威远镇、益智乡、碧安乡共4个乡镇,面积约400 km2;Ⅶ烈度区主要涉及景谷县永平镇、威远镇、益智乡、民乐镇、勐班乡、碧安乡,临沧市平村乡共7个乡镇,面积约1750 km2;Ⅵ度区主要涉及景谷县10个乡镇、思茅区4个乡镇、宁洱县3个乡镇、镇沅县2个乡镇、澜沧县4个乡镇、景东县1个乡镇,临沧市7个乡镇、双江县5个乡镇、云县1个乡镇共37个乡镇,面积约9780 km2.地震烈度分布长轴方向明显,呈NW向展布(图 9a).
截止到2014年10月12日15点30分,共记录到余震1218次,其中0~0.9级地震866次;1.0~1.9级地震274次;2.0~2.9级地震63次;3.0~3.9级地震12次;4.0~4.9级地震3次.余震呈现出明显的NW向展布的特征(图 9b).
4.3 震源机制解震源机制解是了解地震破裂状态和地震应力场的重要手段.根据震后MS6.6级主震以及两次5.8和5.9级强余震的震源机制解结果(表 1),3次地震的震源机制解非常接近,均为走滑型地震,主压应力轴为NNE向,破裂面为NNW向和NE向两组,NNW向节面产生右旋走滑运动,NE向节面产生左旋走滑运动.根据区域应力场研究成果(阚荣举等,1977),此地区的主压应力为近SN向,与此次地震结果非常接近.
由上文可知,在宏观震中区勐嘎—忙费一带广泛地出现地裂缝和砂土液化现象,砂土液化呈串珠状线性分布.这些地裂缝和砂土液化呈NW和NE两组方向排列,NW向地裂缝为右阶斜列,NW向地裂缝左阶斜列,指示NW向地裂缝具有右旋走滑运动性质,NE向地裂缝具有左旋走滑运动性质.地震烈度长轴方向、余震分布均为NW向展布.震源机制解结果表明,在NNE向主压应力轴作用下,NNW向节面产生右旋走滑运动,NE向节面产生左旋走滑运动.宏观地面破坏特征和微观分析结果非常吻合,表明此次地震为走滑型地震,地震破裂特征与NNW向景谷—云仙断裂运动性质一致,此次地震的孕震(发震)构造应该是景谷—云仙断裂.
受青藏高原隆起的影响,印支块体总体向SE运动,红河断裂带以西的滇西南块体运动方向则为近SN向(王双绪等,2013),区域构造主应力场也为近SN向(阚荣举等,1977).近SN向展布临沧花岗岩体长数百千米,规模巨大,刚性的花岗岩体就像“中流砥柱”般对向南东运动的滇西南块体起到顶托作用,在其北端造成澜沧江断裂的反S型大拐弯和公郎弧形构造,并在此形成瓶颈式缩短. 过此瓶颈后,滇西南块体则如出闸之水“迅速”向南蠕散、逃逸. 思茅—普洱地区中、下地壳广泛存在的高导低速层,为块体南向运动提供了有利条件(图 10).无量山断裂带由宽约50 km的多条断层组成,表现为明显的右旋走滑运动特征,且横向断层发育.鉴于该地区网格状展布的断裂结构(大比例尺地质图上更为显著),在无量山断裂走向线上遭遇横向断层阻隔或在断裂端部,就易于产生应力集中而引发地震(图 10).此次MS6.6级地震就发生在断裂的端部.
无量山断裂带由磨黑断裂、宁洱断裂、普文断裂和景谷—云仙断裂等4条断裂组成,多被NE向断层截切,共同构成了网络状断裂系. 无量山断裂带早期为挤压性质,晚新生代以来表现为明显的右旋走滑性质,晚第四纪活动特征明显,多处阶地位错并断错上更新统地层.在地球物理场上,沿断裂带表现为多条次级重力异常带.
受青藏高原隆起的影响,印支块体向南东运动、逃逸.刚性的临沧花岗岩体就像“中流砥柱”般对南向运动的滇西南块体起到顶托作用,造成澜沧江断裂的反S型大拐弯和公郎弧形构造,并在此形成瓶颈式缩短.过此瓶颈后,滇西南块体“迅速”向南蠕散、逃逸.思茅—普洱地区中、下地壳广泛存在的低速层为块体运动提供了有利条件.云南地区GPS观测结果表明,思茅—普洱地区的运动速率(4.3~ 5.7 mm·a-1)比临沧地区的运动速率(2.9 mm·a-1)高约48%~95%,即澜沧江东部地区的运动速率大于澜沧江西部地区.因块体运动方向与无量山断裂带走向小角度相交,无量山断裂带表现为水平右旋走滑,并起着滑动分解应变的作用.在无量山断裂走向线上遭遇横向断层阻隔或断裂拐点处及在断裂端部,易于产生应力集中而引发地震.此次MS6.6级地震就发生在断裂的端部.
在景谷MS6.6级地震宏观震中区Ⅰ级阶地上,集中出现带状砂土液化和地裂缝等地表破裂.砂土液化带主要有NE和NW向两组,喷砂孔呈串珠状线性排列,长3.8~12 m不等,属于地表构造破裂的一种现象.NW向地裂缝呈右阶雁行状排列、NE向地裂缝呈左阶雁行状排列,裂缝平直并有砾石定向排列现象.砂土液化带和地裂缝具有 明显的构造意义.结合地震烈度长轴、余震分布呈NW向展布特征以及震源机制解分析,此次地震是在NNE向主压应力作用下,NW向节面产生右旋走滑运动所致.宏观地面破坏特征和微观分析结果非常吻合,一致表明此次地震破裂特征与景谷—云仙断裂运动性质一致,其孕震构造应是景谷—云仙断裂.
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