地球物理学报  2018, Vol. 61 Issue (11): 4504-4517   PDF    
滇西南地区南汀河断裂带三维深部电性结构及其孕震环境
叶涛1, 黄清华1, 陈小斌2     
1. 北京大学地球物理学系, 北京 100871;
2. 中国地震局地质研究所地震动力学重点实验室, 北京 100029
摘要:南汀河断裂带为滇西南地区活动断裂体系中规模最大的一条北东向断裂,其构造活动及地震危险性一直备受关注.本文基于覆盖云南境内南汀河断裂带的大地电磁测深宽频带阵列数据,利用大地电磁三维反演解释技术,首次获得了南汀河断裂带的精细三维深部电性结构.在上地壳深度,南汀河断裂带西南段与中段的电性结构表现出沿构造走向的高导条带特征,北东段表现为高阻结构.该高阻结构可能为临沧—勐海花岗岩体的电性反映,指示南汀河断裂可能未切穿该花岗岩带.在中下地壳深度,南汀河断裂带西南段存在大范围高导层,北东段则表现为整体性的高阻地壳,因此南汀河断裂北东段可能具有发生强震的介质结构背景.南汀河断裂带西南段的耿马地震区深部呈现北东向与北北西向的"X"型高导构造样式,该高导结构以南存在一个显著高阻异常体,1988年耿马MS7.2地震以及2015年沧源MS5.5级地震均发生于该高阻体与"X"型高导条带的电性边界.青藏高原东南缘绕东构造结流入滇西地区的中下地壳流可能受到南汀河断裂北东段中下地壳高阻体的阻挡而呈分流式分布于保山地块以及澜沧江断裂以东.
关键词: 南汀河断裂带      大地电磁测深(MT)      2015沧源地震      1988耿马地震      中下地壳流     
Three-dimensional deep electrical structure and seismogenic environment of Nantinghe fault zone in southwestern Yunnan, China
YE Tao1, HUANG QingHua1, CHEN XiaoBin2     
1. Department of Geophysics, Peking University, Beijing 100871, China;
2. Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
Abstract: The Nantinghe fault zone is the largest northeast-trending fault of the active fault system in southwestern Yunnan. Its tectonic activity and seismic hazard have attracted much attention. Based on broadband magnetotelluric array data covering the Nantinghe fault zone in Yunnan, this paper obtained the fine three-dimensional electrical structure of the Nantinghe fault zone using three-dimensional MT inversion interpretation. In the upper crust, the southwestern and middle segments of the Nantinghe fault zone show the feature of banded conductive structure along the strike direction, while the northeastern segment exhibits high resistive feature. The electrical resistive feature of the northeastern section may be a reflection of the electrical property of the Lincang-Menghai granite, indicating that the Nantinghe fault may not cut through the granite belt. In the mid-lower crust, there is a large-scale high conductivity layer in the southwestern segment of the Nantinghe fault zone, while the northeastern segment presents an overall resistive crust. Therefore, the northeastern segment of the Nantinghe fault has potential seismogenic background of a strong earthquake. In the southwestern Nantinghe fault zone, the deep part of the Gengma earthquake zone presents an X-shaped high-conductivity pattern. There is a significant resistive anomaly to the south of the above X-shaped high-conductivity structure. The 1988 Gengma MS7.2 earthquake and the 2015 Cangyuan MS5.5 earthquake both occurred at the electrical boundaries between the high resistivity body and the X-shaped high-conductivity structure. The branch of mid-lower crust channel flow, which flows from the southeastern margin of the Tibetan Plateau into western Yunnan, may be blocked by the mid-lower crustal resistive body in the northeastern Nantinghe fault, and bifurcated into the Baoshan block and the eastern Langcanjiang fault.
Keywords: Nantinghe fault    Magnetotelluric (MT)    2015 Cangyuan earthquake    1988 Gengma earthquake    Mid-lower crust channel flow    
0 引言

新生代以来印度板块与欧亚大陆板块的持续碰撞形成了青藏高原,并造成了青藏高原部分块体如川滇菱形块体(CDB)以及滇西南块体(SYB)的东南向挤出(e.g. Tapponnier et al., 1982; 图 1a).为协调印度板块与欧亚板块陆陆碰撞引起的陆内变形,青藏高原及周缘发育了一系列大型走滑断裂,其中包括了位于滇西南地区的南汀河断裂带.南汀河断裂带为滇西南块体内部规模最大的一条北东走向走滑型活动断裂.断裂带分为东, 西两支,以东相交于云南云县盆地,以西呈撒开状延伸至缅甸(朱玉新等,1994).晚第四纪以来的活动方式为左旋走滑兼具一定的正断分量,水平滑动速率约4 mm·a-1, 垂直滑动速率约1.5 mm·a-1 (Shen et al., 2005; 石峰,2015),为滇西南地块内滑动速率最快的断裂(孙浩越等,2015).南汀河断裂带西南段曾经发生过1941年耿马MS7.0地震,其北东段历史地震记录较少,但有7级以上古地震遗迹(董兴权等,1984朱玉新等,1994).历史地震目录(汪素云,1999)中,除了1941年发生在南汀河断裂带西南段的MS7.0耿马地震,沿断裂带鲜有破坏性地震发生.近年来其西南段中强地震活跃,如2015年沧源MS5.5地震,但其北东段地震活动弱.南汀河断裂带北部及南部均有较多破坏性地震发生,如以北的龙陵地震区(陈立德等,1979)以及以南的景谷地震带(常祖峰等,2016),因此南汀河断裂带北东段呈现出地震空区特征.然而,最新古地震研究(Sun et al., 2017)结果表明南汀河断裂北东段可能具有较高的地震危险性,因此南汀河断裂带的深部孕震环境及地震危险性是需要关注的重要问题.

图 1 南汀河断裂带的大地构造背景(a),地震活动以及大地电磁测深台站分布(b).南汀河断裂带(NTH)由粗实线所示;研究区中的活动断裂(徐锡伟等,2016)由细实线所示;虚线为研究区内的临沧—勐海花岗岩体范围(云南省地质矿产局,1990);实心三角为2016—2017年期间采集的MT测点,空心三角为2013年采集的MT测点;圆代表地震分布,地震目录来自中国地震台网中心1970—2017年5级以上地震(http://www.ceic.ac.cn/history)以及中国近代地震目录(汪素云,1999).南汀河断裂带地区1941年MS7.0耿马地震,1988年MS7.2耿马地震以及2015年MS5.5沧源地震分别以①,②,③表示. BS:保山;LL:龙陵;GM:耿马;YX:云县;MD:孟定镇;TS:永德县团树村;MZ:大雪山乡勐旨村;JG:景谷;CDB:川滇菱形块体;SYB:滇西南块体; RRF:红河断裂;LC:澜沧江断裂;WL:无量山断裂. Fig. 1 Tectonic background(a), seismicity of the Nantinghe fault and distribution of our MT stations (b). The Nantinghe fault (NTH) is represented in bold line, and the active faults (Xu et al., 2016) in and around study area are represented in thin line; Dashed line stands for the Lincang-Menghai granite (Bureau of Geology and Mineral Resources of Yunnan Province, 1990); MT sites are presented by solid triangles (2016—2017) and hollow triangles (2013), and circles represents earthquakes from CENC (China Earthquake Network Center) during 1970—2017 above M5 (http://www.ceic.ac.cn/history) and Chinese modern earthquakes (Wang, 1999). The 1941 MS7.0 Gengma earthquake in the Nantinghe fault zone, the 1988 Gengma MS 7.2 earthquake and the 2015 MS5.5 Cangyuan earthquake are represented by ①, ②, ③, respectively. BS: Baoshan; LL: Longling; GM: Gengma; YX: Yunxian; MD: Mengding fault; TS: Tuangshu country in Yongde; MZ: Mengzhi country in Daxueshan town; JG: Jinggu; CDB: Chuandian block; SYB: Southwest Yunnan block; RRF: Red river fault; LC: Lantsang fault; WL: Wuliangshan fault.

不同于滇西南地区其他大型的地块边界构造,如澜沧江断裂(图 1,LC),红河断裂带(图 1,RRF)等,南汀河断裂带作为块体内部断裂其研究程度整体还不高,尤其在深部地球物理结构探测方面.已有的地球物理探测包括近年来在滇西南地区实施的二维大地电磁测深剖面(陈小斌,2015; 陈小斌等,2018; 王绪本等,2017)以及人工地震探测剖面(王帅军等,2015酆少英等,2017).深地震宽角反射/折射剖面结果显示南汀河断裂带下方地壳平均速度偏低,而断裂带南北两侧地壳平均速度显著增高,断裂带南北两侧可能存在波速较高的岩体(王帅军等,2015);深地震反射剖面结果表明南汀河断裂带下方分为上、下两层地壳结构,总厚度约31~35 km; 南汀河西支断裂呈花状结构,为可能切穿下地壳及莫霍面的深大断裂(酆少英等,2017).大地电磁测深二维反演研究结果显示南汀河断裂西南段深部呈现整体的高阻特征,西支断裂延伸深度较深,东支较浅(陈小斌,2015).由于南汀河断裂为规模较大的北东向断裂带,因此可能具有较强的深部结构横向不均匀性,上述近垂直穿过断裂的地球物理探测剖面可能并不能全面反映断裂带的深部结构特征.本文基于覆盖云南境内南汀河断裂带的85个大地电磁测深(MT)宽频带阵列数据,利用三维大地电磁反演技术,首次获得了南汀河断裂带的三维深部电性结构.基于电性结构,对南汀河断裂带的深部孕震背景及发震机理进行了探讨.

1 数据采集与预处理

研究区所用的MT测点85个,整体覆盖了云南境内的南汀河断裂带,平均测点距20 km(图 1).其中15个测点(图 1,空心三角)于2013年5月采用加拿大Phoneix公司V5-2000系统采集并利用了远参考道技术(Gamble et al., 1979),另外70个测点(图 1,实心三角)于2017年3月采用德国Metronix公司GMS-07e观测系统采集.野外测点布设采用标准“十”字型5分量电磁场观测方式,记录2个水平电场分量(ExEy)及3个磁场分量(HxHyHz)(x-地理北向(N),y-东向(E),z-垂向(Z)).为尽可能获取较高质量的原始数据,记录时间均为40 h左右.观测过程中采用仪器自带的GPS进行同步.

对获得的MT原始时间序列采用V5-2000系统自带的SSMT2000软件以及GMS-07e系统自带的Mapros数据处理软件进行预处理.V5-2000系统观测的时间序列经过快速傅里叶变换(FFT)后,进行带远参考的Robust估计(Gamble et al., 1979Jones et al., 1989),之后利用MTEditor软件进行人工频谱挑选.GMS-07e系统时间序列首先在Mapros软件中进行时间序列人工挑选,之后对剔除干扰后的时间序列进行快速傅里叶变换及相应的MT传输函数估计.研究区大部分测点数据质量良好,有效周期可达1000 s左右.图 2所示为南汀河断裂带北东段,西南段各段典型测点XYYX两支的视电阻率和相位曲线,XY表示电场方向指向北,磁场方向指向东;YX表示磁场方向指向北,电场方向指向东.其中不同符号代表不同测点.从图 2可以看出,西南段测点的响应曲线相比北东段整体偏小,指示南汀河断裂北东段相比西南段的深部电性结构电阻率可能整体偏高.

图 2 南汀河断裂带北东段与西南段典型测点XYYX支视电阻率和相位曲线叠加对比,其中不同符号代表了不同测点 Fig. 2 Apparent resistivity and phase curves of XY and YX responses overlying typical MT sites in the northeastern and southwestern section of the Nantinghe fault zone, where different symbols represent different MT sites
2 相位张量与实感应矢量分析

研究区内除北东向南汀河断裂带外,还有北北西向龙陵—澜沧断裂以及北西向的澜沧江断裂,不同的地表构造走向反映出研究区的构造复杂性.基于相位张量分析技术(Caldwell et al., 2004蔡军涛等,2010)利用相位张量偏离角β进一步对研究区的构造维性进行分析.β表征了相位张量的不对称性程度,即当β=0,相位张量是对称的,此时对应的区域电性结构为一维或二维,而β值不为0时,区域结构为三维性特征.实际应用中,根据资料所受的噪音水平赋予β阈值,小于阈值可视为0,大于阈值则可认为是三维性构造.本节以中等噪音水平的阈值取值|β|=4作为评判标准(Chave and Jones, 2012).相位张量偏离角β分析结果表明南汀河断裂带深部结构具有显著的三维性特征.图 3所示为不同频率相位张量二维偏离度β及Parkinson实感应矢量分布.从图 3可以看出,高频1.25 Hz的β值整体偏小(小于4),而沿南汀河断裂区域表现出较大值,可能为南汀河断裂与相邻的北西向构造交汇的电性反映.在中低频0.1 Hz与0.008 Hz的结果中,β整体在4~10之间,表明该深度范围普遍为三维结构特征;在低频0.0012 Hz的分析结果中,南汀河断裂北东段与澜沧江断裂之间区域的β值相对较小,表明该区域三维性可能较弱,而较大的β值出现在南汀河断裂带北东段以北以及西南段区域.相位张量电性主轴指示了感应电流流动的方向(Caldwell et al., 2004),即地下电导率结构水平梯度最大的方向.从图 3c3d可以看出,相位张量电性主轴总体呈现北东(或北西)指向(90°方位模糊性),与地表南汀河断裂构造走向(或倾向)一致.

图 3 不同频率的相位张量偏离角β(Beta)及Parkinson实感应矢量(黑色箭头) (a) 1.25 Hz; (b) 0.1 Hz; (c) 0.008 Hz; (d) 0.0012 Hz. Fig. 3 Phase tensor skew angle β (Beta) and Parkinson real induction arrows (in black arrows) in frequencies of (a) 1.25 Hz, (b) 0.1 Hz, (c) 0.008 Hz and (d) 0.0012 Hz

Parkinson实感应矢量的指向为电流汇聚的方向,一般认为指向高导结构,其幅值反映了电性横向不均匀性程度(Parkinson,1959).从研究区不同频率的实感应矢量平面分布结果看,高频部分的实感应矢量没有整体性的方位指向(图 3a3b),而南汀河断裂带低频段的Parkinson实感应矢量则出整体指向北东(图 3c3d),表明澜沧江断裂以东区域可能存在相对高导结构.

3 大地电磁三维反演

利用大地电磁三维反演程序ModEM(Egbert and Kelbert, 2012Kelbert et al., 2014)对南汀河断裂带地区85个宽频带MT测点进行三维反演. ModEM基于非线性共轭梯度算法(NLCG),由于无需计算和存储雅克比矩阵,因此具有较高的计算效率,目前已广泛应用于大地电磁三维反演解释中(Meqbel et al., 2014; Yang et al., 2015; Dong et al., 2016; Zhang et al., 2016; Cai et al., 2017).

三维反演前,首先对两种观测仪器MT响应数据的频率列表进行插值统一,插值频率数40个,有效周期范围0.01~1000 s.由于网格划分对反演结果可能具有较大影响,三维反演过程中首先采用了不同稀疏程度的剖分网格进行初步试算.较稀的反演网格更易获得电性构造轮廓,但模型分辨率以及数据拟合度会降低;而较密的网格剖分使得数据拟合更好,但反演模型光滑度较差.通过比较不同网格的反演结果后,最终采用了三维反演网格为46 (X)×48(Y)×53(Z).其中,中心计算域网格水平尺度9 km×9 km,离散模型中,经度与纬度方向上的扩展区域由8个以1.3倍递增的网格构成;垂向网格第一层为20 m, 以比例因子1.2向下递增.计算模型大小为828 km(X)×846 km(Y)×754 km(Z),水平方向上模型的置信区域270 km(X)×288 km(Y).

在该网格基础上,分别采用辅对角阻抗元素(Zxy, Zyx),阻抗张量元素(Zxx, Zxy, Zyx, Zyy)以及阻抗张量元素联合倾子(Tx, Ty)进行了三维反演.图 4所示为采用阻抗张量(Z)以及阻抗张量联合倾子(Z+T)在不同深度范围的反演结果水平切片.可以看出:采用Z与采用Z+T的反演结果大体一致,不同之处在于阻抗联合倾子的反演模型中在澜沧江断裂东侧出现了更为显著的高导构造C (图 4b4c).从图 3所示的Parkinson实感应矢量的NE指向(图 3c3d)可初步推断澜沧江断裂以东区域深部可能存在相对高导构造,因此阻抗联合倾子的反演结果能较好反映出该结构.数据拟合方面,倾子门限误差采用绝对误差0.05时,阻抗联合倾子反演的均方根拟合误差RMS值最小(图 4c).因此,本文的三维反演采取阻抗联合倾子反演的方案,其中辅对角阻抗元素门限误差为相对值5%,主对角阻抗元素为相对值10%;倾子门限误差为绝对误差0.05.

图 4 采用阻抗张量元素(Z)以及阻抗(Z)联合倾子(T)的三维反演结果不同水平切片对比,其中(a)为阻抗张量反演的结果(主对角元素相对误差10%,辅主对角元素相对误差5%);(b)阻抗张量联合倾子(倾子绝对误差0.02)的反演结果;(c)阻抗张量联合倾子(倾子绝对误差0.05)反演结果 Fig. 4 Comparison of three dimensional inversion horizontal slice results using full impendence tensor (Z) and joint Z with Tipper (T). (a) Inversion results using Z (10% relative error was assigned to diagonal components and 5% to off-diagonal elements); (b) Inversion results using both Z and T (the absolute error of tipper component Tx and Ty as a constant value of 0.02); (c) Inversion results using both Z and T (the absolute error of tipper component Tx and Ty as a constant value of 0.05)

对于NLCG算法而言,初始模型对反演结果的影响也可能较大(叶涛等,2013).为评价初始模型对反演结果的影响,进一步采取了不同均匀半空间(30 Ωm,100 Ωm,200 Ωm,500 Ωm)分别进行三维反演,反演结果表明不同初始模型的反演结果具有相似的电性结构轮廓.其中,初始模型为100 Ωm的反演结果拟合RMS值最小(2.56),大部分测点RMS值在1~3之间(图 5),因此本文选取100 Ωm均匀半空间的反演结果作为最优模型,并进一步对反演模型中13.6~28.4 km范围内的高导构造C(图 4)进行可靠性验证.

图 5 阻抗张量各元素的拟合RMS值空间分布 (a) Zxx元素的分析结果; (b) Zxy元素的分析结果; (c) Zyx元素的分析结果; (d) Zyy元素的分析结果.白色圆代表未参与反演的测点 Fig. 5 Spatial distribution of RMS fitness for each impedance tensor elements (a) The result for Zxx; (b) The result for Zxy; (c) The result for Zyx; (d) The result for Zyy. The white circle represents the data not involved in the inversion.
4 灵敏度测试

进一步对澜沧江断裂以东的中下地壳高导结构C的可靠性(图 4)进行了灵敏度测试,其分析结果如图 6所示.可靠性检验过程中,将反演模型(图 4)中位于13~28 km深度范围的高导结构C以100 Ωm进行填充(图 6b).对修改后的模型利用ModEM程序进行三维正演后得到修改模型的视电阻率和相位响应曲线,通过比较相关测点(图 6,Site1-Site3)修改模型与原反演模型视电阻率与相位曲线的差异来评价高导结构C受到反演数据约束的程度.可以看出,模型修改后位于高导异常体上方测点(图 6,Site1-Site3)的视电阻率响应曲线在低频段(100 s以下)明显抬升,相位响应曲线下降,表明高导结构C为数据约束较强区域,表明中下地壳高导结构C是可靠的.需要指出的是,不同于测点Site1-Site3,测点Site4的视电阻率和相位响应曲线在原反演模型(a)与修改模型(b)两种情况下形态基本一致,但从该测点视电阻曲线从高频至低频段整体偏低的形态特征看,该区域的深部电性结构表现为整体高导特征.灵敏度测试结果表明澜沧江断裂以东的中下地壳高导结构C是可靠的.

图 6 澜沧江断裂带东侧中下地壳高导结构C的灵敏度测试结果 图6a与图6b分别对应原反演结果以及修改模型.红色(蓝色)圆点代表观测点xy(yx)支观测曲线;红色(蓝色)实线代表原反演模型的xy(yx)支响应曲线;红色(蓝色)虚线代表修改模型的xy(yx)支响应曲线. Fig. 6 Sensitivity tests for the conductive anomaly C in the east of the Lancang Jiang fault (a) The original inversion model; (b) The modified model. Red (Blue) circle dots represent the xy(yx) responses. Red (Blue) solid line represents response curves of the original inversion model; Red (Blue) dashed line represents response curves of the modified inversion model.
5 电性模型解释与讨论

基于大地电磁三维电性结构,重点针对南汀河断裂带深部电性构造特征,孕震环境进行了讨论.

5.1 南汀河断裂带

基于野外调查以及地震构造特征,王晋南等(2006)将南汀河西支断裂分为西南段,中段以及北东段三段,其中西南段为永德县团树(图 7a, TS)为界的以西区段,中段为团树村(TS)至大雪山乡勐旨村(图 7a, MZ),北东段为勐旨(MZ)至云县(图 7a, YX).沿断裂带从西南至北东分别选取了横跨南汀河断裂的6条剖面,编号依次为NTH-1—NTH-6 (图 7a).在三维反演模型基础上,分别相应截取了NTH-1—NTH-6这6条垂直切片进行分析,因此南汀河断裂带的三维电性结构模型可由图 7b所示.总体上看,南汀河断裂带的电性结构特征在不同区段表现出显著的差异,具有较强的横向不均匀性.西南段的NTH-1剖面中,南汀河断裂带中下地壳存在大范围高导层,而在北东段NTH-3与NTH-4剖面中,南汀河西支断裂带深部结构表现为中下地壳高导与高阻的电性边界带;南汀河北东段与澜沧江交汇处的NTH-5与NTH-6剖面中,中下地壳均表现出整体性的高导结构,与西南段的电性结构特征相似.

图 7 南汀河断裂带的三维深部电性结构 (a)三维反演模型中选取的横跨南汀河断裂的6条剖面,从西南至北东编号分别为NTH-1—NTH-6; (b)选取的6条剖面的电性结构垂直切片.NTH:南汀河断裂;LC:澜沧江断裂. MD:孟定镇;TS:永德县团树村;MZ:大雪山乡勐旨村;YX:云县. Fig. 7 Three dimensional electrical resistivity structure of the Nantinghe fault (a) Location of six vertical slices from 3D electrical model labeled as NTH-1—NTH-6 from southwest to northeast; (b) Electrical structures of the NTH-1—NTH-6. NTH: Nantinghe fault; LC: Lancang Jiang fault; MD: Mengding fault; TS: Tuangshu country in Yongde; MZ: Mengzhi country in Daxueshan township; YX: Yunxian township.

从三维电性结构模型看,关于南汀河断裂的切割深度尺度可能不能笼统评价,其不同区段可能具有不同的深部延伸几何形态.南汀河西支断裂西南段切割深度为上地壳尺度(~20 km以内),切割深度较浅(NTH-1);北东段可能延伸至~40 km,切穿地壳(NTH-3; NTH-4).南汀河断裂带周缘的地震活动主要位于西南段,而北东段较弱,南汀河断裂带沿构造走向深部电性结构的横向不均匀性与沿断裂段西南段与北东段地震活动性差异可能有重要关系.

图 8所示为采用阻抗张量联合倾子(绝对误差为0.05)时获得的关于南汀河断裂带三维反演模型不同深度范围的电性结构水平切片,水平切片进一步显示出南汀河断裂带复杂的电性构造特征.约10 km以内的上地壳深度(图 8a),南汀河断裂带表现出北东向高导条带,南汀河断裂(NTH)北东段与澜沧江断裂(LC)交汇区域表现出整体高阻特征,可能为临沧—勐海花岗岩体(图 1)的电性反映;在关于南汀河断裂带是否切穿临沧—勐海花岗体的争论中(朱玉新等,1994石峰,2015),地震地质调查结果(转引石峰,2015)表明南汀河断裂带北东段可能切穿了临沧—勐海花岗岩体以及北西向的澜沧江断裂.而朱玉新等人的工作(1994)认为南汀河断裂北东段未切穿澜沧江断裂而终止于临沧—勐海花岗岩体中.南汀河断裂带上地壳深度(图 8a),断裂中段与西南段均表现出沿地表走向的高导条带结构,而断裂北东段表现出整体高阻结构.我们认为上地壳高导条带可能为南汀河断裂破裂带的电性结构指示.北东段高阻结构可能表明北东段的花岗岩块体内不存在以低电阻率为特征的断裂破碎带,因此基于电性结构我们认为断裂带北东段可能并未切穿该临沧—勐海花岗岩体,支持朱玉新等人(1994)的观点.同时在上地壳深度范围可以看到,存在与北东向高导带相交的北北西向条带状高导异常(图 8a白色虚线所示),该高导条带一直延伸至中下地壳深度(图 8af).我们认为北北西向高导带可能为龙陵—澜沧断裂带(虢顺民等,2000)的电性证据.电性结构显示龙陵—澜沧断裂带可能为一条切穿地壳的深大断裂.

图 8 南汀河断裂三维电性结构不同深度的水平切片 (a) 5.4~9.4 km; (b) 9.4~13.6 km; (c) 13.6~16.4 km; (d) 16.4~19.7 km; (e) 19.7~23.6 km; (f) 23.6~28.4 km; . NTH:南汀河断裂带;LC:澜沧江断裂;WL:无量山断裂;YX:云县; GM:耿马;MD:孟定;JG:景谷.白色空心圆代表地震,地震目录来自中国地震台网中心1970—2017年5级以上地震(http://www.ceic.ac.cn/history)以及历史地震目录(汪素云,1999).南汀河断裂带地区1941年MS7.0耿马地震,1988年MS7.2耿马地震以及2015年MS5.5沧源地震分别以①,②,③表示.白色虚线表示推测的龙陵—澜沧断裂带;虚线箭头表示地壳流流向. Fig. 8 Horizontal slices of 3D inversion model of the Nantinghe fault (a) 5.4~9.4 km; (b) 9.4~13.6 km; (c) 13.6~16.4 km; (d) 16.4~19.7 km; (e) 19.7~23.6 km; (f) 23.6~28.4 km; NTH: Nantinghe fault; LC: Lancang Jiang fault; WL: Wuliangshan fault; YX: Yunxian; GM: Gengma; MD: Mengding; JG: Jinggu. The white hollow circle represents the seismicity. The earthquake catalogue are from the CENC (China Earthquake Network Center) during 1970—2017 above M5 (http://www.ceic.ac.cn/history) and the historical earthquake catalogue (Wang, 1999). The 1941 MS7.0 Gengma earthquake in the Nantinghe fault zone, the 1988 Gengma MS7.2 earthquake and the 2015 MS5.5 Cangyuan earthquake are represented by ①, ②, ③, respectively. White dashed line represents the deduced Longling-lancang fault; Black dashed arrows stand for the flow directions of lower crustal channel flow in Nantinghe region.
5.2 深部孕震环境及发震机制

GPS形变(Shen et al., 2005)以及断层活动性研究(Wang et al., 2014; 石峰,2015)表明南汀河断裂带晚第四纪的活动性较强.南汀河断裂带周缘的典型地震事件主要有位于断裂带西南段的1941年MS7.0耿马地震,1988年耿马MS7.2地震以及2015年沧源MS5.5级地震.从电性结构可以看出(图 8c8f),南汀河断裂西南段在深部呈现为北东东向与北北西向的“X”型高导交汇构造,高导交汇处以南存在一个显著高阻体(图 8c8f, R1).1941年5月16日MS7.0耿马地震,2015年3月1日沧源MS5.5地震以及1988年11月6日耿马MS7.4地震均生于R1高阻体与“X”型高导条带的电性边界(图 8c8d).2015沧源MS5.5地震位于南汀河断裂西南,因此该地震可能与南汀河断裂西南段的构造活动有关;1941年耿马MS7.0地震由于该年代较为久远,对于其研究认识匮乏.电性结构模型显示(图 8c8d),1941年耿马地震发生于北东东与北北西高导带的汇合区域,即“X”型高导构造拐角处,因此1941耿马地震的发震构造可能与北东向南汀河断裂与北西向龙陵—澜沧断裂带两者有关.而1988年耿马地震的发震构造为南汀河断裂附近的北西向断裂(姜葵,1993).1988年耿马MS7.2级地震发生于西南段R1高阻体与其东侧北西向高导带的电性分界区域,因此从电性模型看,1988年耿马MS7.2地震可能为北西向断裂(为龙陵—澜沧断裂带的一部分)错动的结果,可能与北东向南汀河断裂无关.本文中的电性结构进一步支持1988年耿马大震的发震构造为北西向断裂的观点(姜葵,1993).电性模型中(图 7图 8),南汀河断裂北东段深部为巨厚的高阻体(图 8c8f, R3),并可能延伸至上地幔顶部.一般认为,高阻结构具有刚性的力学属性以及具备较强的应力积累条件,因此南汀河断裂北东段具备积累较大应力的能力,具有孕育大震的深部介质环境.

大地电磁测深(Bai et al., 2010)以及地震学研究结果(Bao et al., 2015)表明青藏高原东南缘存在两条以高电导,低VS波速为特征的中下地壳流通道,其中一条绕东喜马拉雅构造结流入滇西地区(白登海等,2011).在电性结构模型中(图 8c8f),澜沧江断裂(图 8f,LC)与无量山断裂(图 8f,WL)之间中下地壳区域表现为显著的北西向高导结构,因此其可能为滇西地区的中下地壳管道流通道(Royden et al., 1997; Clark and Royden, 2000; 赵国泽等,2008)(图 8,Crustal channel flow).与此同时,保山地块中下地壳也存在近南北向的高导通道(图 8c8f),因此保山地块与澜沧江断裂以东的中下地壳高导通道均可能来自绕东喜马拉雅构造结流入滇西地区的中下地壳流(Bai et al., 2010).然而,南汀河断裂带北东段中下地壳存在较大规模的高阻体(图 8c8f, R3),因此来自绕东喜马拉雅构造结流入滇西地区的中下地壳流可能受到R3高阻体阻挡而在南汀河断裂带北东段区域分流(图 8c8f),一部分可能从保山地块向南或西南流动,另一部分可能位于澜沧江断裂以东流向东南.

地震地质调查结果表明南汀河断裂带为左旋走滑的运动特征(石峰,2015),北西向龙陵—澜沧断裂带为右旋走滑性质(虢顺民等,2000).从震源机制解看,2015年沧源MS5.5地震(徐甫坤等,2015)以及1988年耿马MS7.2地震均为走滑型事件(http://ds.iris.edu/spud/momenttensor),因此两次地震可能均为高阻块体间走滑错动的结果.南汀河断裂带三维电性结构模型(图 8c8f)显示在中下地壳深度范围,南汀河断裂带西南段的北东东向高导带两侧为高阻体R1与R2,龙陵—澜沧断裂带北北西向高导带两侧为高阻结构R1与R3,因此2015沧源地震以及1988耿马地震可能分别为沿南汀河断裂,龙陵—澜沧断裂两侧高阻体走滑错动导致.而地震动力来源可能为绕喜马拉雅东构结造地壳流自北向南流动过程中受到南汀河断裂北东段深部高阻体(图 8c8f, R以及R3)阻挡的分流作用,其中从保山地块向西南流动的部分可能推动南汀河断裂西南段北侧的高阻体(R2),从而导致R2与R1之间发生左旋走滑,而在澜沧江断裂东侧的东南流动部分则可能使得龙陵—澜沧断裂带东侧高阻体(R3)受到地壳流东南运动的牵引进而造成R3与R1之间右旋走滑.因此,2015沧源地震可能为南汀河西南段左旋走滑运动的结果,而1988耿马MS7.2地震可能为北西向龙陵—澜沧断裂右旋走滑运动的结果.

6 结论

(1) 南汀河断裂带大地电磁三维反演研究完整揭示了云南境内南汀河断裂带的精细三维电性结构特征.沿南汀河断裂不同区段,电性结构表现出显著差异性,横向不均匀性强.上地壳深度范围,南汀河断裂西南段及中段表现为北东向高导条带特征,北东段为高阻结构特征,该高阻结构为附近临沧—勐海花岗岩体的电性反映,表明南汀河断裂可能并未切穿澜沧江断裂而终止于临沧—勐海花岗岩带内.中下地壳深度范围,南汀河断裂带西南段存在大范围高导层,中段与北东段则呈现较大规模的高阻结构,揭示出沿南汀河断裂带西南段与北东段深部孕震环境的显著差异.

(2) 南汀河断裂带西南段中下地壳整体呈现出北东向与北西向“X”型高导交汇构造特点.该“X”型高导结构中,北东向与北西向高导条带分别为南汀河断裂与龙陵—澜沧断裂带的电性反映.“X”型高导结构以南存在一个显著高阻体,2015年沧源MS5.5级地震以及1988年耿马MS7.2地震均发生于该高阻体与“X”型高导条带的电性边界区域.南汀河断裂北东段地壳整体为高阻特征,具备积累高强度应力的能力,因此南汀河断裂带北东段可能具有发生大震的深部孕震环境.

(3) 青藏高原东南缘绕东构造结流入滇西地区的中下地壳流可能受到南汀河断裂段北东段中下地壳高阻体的阻挡而呈分流式分布,一部分位于保山地块内,另一部分位于澜沧江断裂以东区域.滇西南地区中下地壳流的分流运动可能为2015沧源MS5.5地震与1988耿马MS7.2地震的动力成因.

致谢  感谢美国俄勒冈州立大学Egbert教授提供的ModEM大地电磁三维反演程序包以及陈小斌研究员提供的MT-Pioneer软件技术支持.感谢三位评审人宝贵的意见和建议.
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