2017, Vol. 60
地处中国西南部的云南省，构造上位于印度板块与欧亚板块中国大陆碰撞带的东缘，地质运动剧烈，地壳较为破碎，深大断裂发育.区内不同方向、规模和形成时代的断裂纵横交错，将云南地区划分为大小不同、形状各异的地块.持续的板块汇聚作用在其内部和边缘诱发了至今异常活跃的地震灾害(许志琴等，2006)，使云南地区成为中国大陆内部地震活动最强的地区之一(苏有锦和秦嘉政，2001；邓起东等，2002；王椿镛等，2002；周光全等，2003).
20世纪80年代以来，在云南地区开展了大量地质与地球物理工作，包括地质调查、人工地震探测、地震层析成像及其他方面的研究，取得了诸如构造分区、莫霍面深度及变化趋势、地壳结构主要特征(胡鸿翔等，1986；阚荣举和林中洋，1986；林中洋等，1993；白志明和王椿镛, 2003, 2004；胡家富等，2003；潘素珍等，2015；王帅军等，2015)等研究成果.这些成果为研究云南地区地壳结构、印度板块与欧亚板块的相互作用、云南地区强震发生的背景及分布规律提供了宝贵的资料.
云南省西南部，发育一组由瑞丽—龙陵断裂、南汀河断裂、孟连断裂和打洛断裂组成的北东向断裂构造带，数十年来这些断裂带相继发生多次强震(朱玉新等，1994).作为本区北东向断裂带中最长的一条——南汀河断裂带一直备受关注(石峰，2014；刘鸣等，2015；孙浩越等，2015)，此断裂带北东段曾经发生过1941年的MS7.0地震和2015年的MS5.5地震.古地震记录(董兴权等，1984；朱玉新等，1994)还发现沿该断裂带有多次MS7.0以上地震记录.Wang等(2014)根据断裂总长度以及断裂长度、震级经验公式计算获得南汀河断裂带最大的发震能力为8.2级，远高于块体内的其他断裂带.但与此形成鲜明对比的是南汀河断裂带是块体内记录到地震活动较少的活动断裂带，处于地震空区内.南汀河西支断裂是一条全新世活动断裂，地震空区极有可能处于应力积累、孕育地震的过程中(孙浩越等，2015)，该区未来发生大地震的可能性不能排除.对该区的地震危险性评价及震害防御工作，需要南汀河断裂带的深、浅构造特征等基础地质资料作为支撑.本文以南汀河西支断裂为研究对象，采用深地震反射剖面方法，对南汀河西支断裂及两侧地壳结构进行精细成像，为揭示该区的地壳细结构和断裂的深、浅构造特征，以及强震的孕震背景提供了地震学证据.
2 测区构造概况及测线位置南汀河断裂是位于云南省西南部的一条北东向断裂，北东端起于沿澜沧江断裂带西侧分布的临沧勐海花岗岩中，由东、西两条分支断裂组成，向南西呈撒开状分布.西支断裂长度超过200 km，自云县盆地西侧沿南桥河向南经勐底、勐旨，顺南汀河过热水塘、勐简的西北侧，再经孟定的清水河出境进入缅甸(朱玉新等，1994；王晋南等，2006).西支断裂新活动十分强烈，沿断裂发育了云县、勐底、勐简、孟定等一系列断陷盆地，断裂第四纪的活动以水平左旋走滑为主，兼有垂直差异运动.
20世纪70年代，地学工作者已开始对南汀河断裂进行研究.结果表明：南汀河断裂为临沧地块及保山地块间的边界断裂(Shen et al., 2005; 杨婷等，2014)，在加里东期即已形成(任纪舜等，1980；孙浩越等，2015)，并在以后不同的地质历史时期均有活动，从而控制了两侧及带内的沉积建造、岩浆活动和区域变质的分布和发育.断裂带所在的三江褶皱系，地壳厚度由南向北加厚，范围在35~48 km之间(林中洋等，1993；石峰，2014).断裂东、西支的活动性差异十分明显，西支断裂第四纪以来一直活动强烈，沿断裂发育宽达数十米至上百米的破碎带；东支断裂在第三纪活动强烈，晚第三纪末至第四纪初已基本停止活动(朱玉新等，1994; Wang et al., 2014).
南汀河深地震反射剖面垂直于南汀河西支断裂布设，测线方向SE—NW(图 1)，行政区划上位于云南省临沧市耿马傣族佤族自治县和沧源佤族自治县境内.SE端位于沧源佤族自治县的班洪乡，NW端位于镇康县和耿马傣族佤族自治县交界处.测线自南向北经过沧源佤族自治县和耿马傣族佤族自治县，共涉及班洪乡、孟定镇、河外乡3个乡镇，长度55.56 km.南汀河西支断裂位于测线中部约30~31 km之间.
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图 1 南汀河深地震反射剖面位置 图中黑色线段为深地震反射剖面，红色线段表示晚更新世活动断裂，紫色线段表示早更新世活动断裂(邓起东，2007)，红色圆点表示历史地震(中国地震台网中心，2016).① 龙陵—瑞丽断裂; ② 南汀河西支断裂; ③ 南汀河东支断裂; ④ 澜沧江断裂; ⑤ 龙陵—澜沧断裂带. Fig. 1 Map showing location of deep seismic reflection profiles in the research area The black line indicates deep seismic reflection profile. Red lines indicate late-Pleistocenactive faults. Purple lines indicate early-Pleistocene active faults (Deng, 2007). Red dots represent historical earthquakes (China Earthquake Networks Center, 2016). ① Longling-Ruili fault; ② West branch of Nantinghe fault; ③ East branch of Nantinghe fault; ④ Lancangjiang fault; ⑤ Longling-Lancang fault zone. |
野外数据采集采用深井、大药量激发和长排列接收的工作方式.具体参数为：钻孔爆破激发、井深25 m；大小炸药量激发结合，小炮药量48 kg，间距400 m，大炮药量120 kg，间距1200 m；接收道距40 m，全线1390道同时接收；数据采集仪器为法国Sercel公司的SN428数字地震仪，采样间隔4 ms，记录长度40 s.图 2为滤波后炮集记录显示，记录上虽然不存在连续性好、延续度长的反射波同相轴，但在记录不同部分，均存在一些断续分布的反射波组，双程走时(以下简称TWT)10.5~11.0 s的清晰的反射波组可能为来自莫霍面的反射.
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图 2 滤波后的原始炮集记录显示 带通滤波参数:0~5 s, (6, 10, 30, 40) Hz; 6~20 s, (4, 8, 25, 35) Hz. Fig. 2 Original seismic record after filtering Band-pass filter parameters: 0~5 s, (6, 10, 30, 40) Hz; 6~20 s, (4, 8, 25, 35) Hz. |
提供高信噪比剖面是深地震反射数据处理的目的，因此数据处理中把改善地震资料的信噪比放在首位.处理过程中进行了层析静校正、异常振幅消除、振幅补偿、时变带通滤波、线性干扰消除、反褶积、速度分析和剩余静校正的多次迭代、倾角时差校正、叠后剖面去噪和基准面校正等.在此基础上，还采用自动提取相干同相轴技术得到了最终的反射波叠加剖面图.
速度参数是反射地震探测中最重要的一个参数，合理的地震波速度是获得良好叠加剖面图像、计算反射界面埋深的关键.数据处理中采用了速度谱分析与速度扫描相结合的方法求取合理的叠加速度.在用于时深转换的速度场建立中，以数据处理中得到的速度场为基础，浅部以初至波层析静校正得到的速度(图 3，横坐标为测线桩号，纵坐标为海拔高程)、中深层以该区以往宽角反射/折射探测得到的速度(林中洋等，1993；王帅军等，2015)为约束，对叠加速度进行平滑，最终得到了用于时深转换的速度场.
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图 3 层析成像方法得到的射线分布及速度剖面 图中白色线段表示该线以上射线分布密集，反演得到的速度可靠性较高. Fig. 3 Ray coverage and velocity profile by tomographic imaging method More rays are present above the white dashed-line, implying more reliable velocities from inversion. |
图 4a为最终得到的深地震反射叠加剖面图，图 4b为剖面图的解释结果(图中震中位置及震源深度来自徐甫坤等(2015)重新定位的结果).图 4a上虽然不存在连续性好、延续度长、可连续追踪的强反射同相轴，但在剖面不同部位出现了一些反射能量变化较大、纵向和横向上又不能稳定成层的多相位复合反射带或一些断续的反射波组.这些反射波组或反射条带可能是由于地壳内部的构造运动所产生的岩石块体边界和多个具有波阻抗差异的地层跃变界面，可作为地层对比、追踪及剖面解释的依据.
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图 4 南汀河深地震反射剖面图(a)及解释结果(b) Fig. 4 Deep seismic reflection profile (a) and interpretation (b) in the Nantinghe area |
整体上看，剖面纵向、横向分区特征都较为明显.横向上，约以剖面桩号33.5 km为界，两侧的反射特征存在不同.小桩号(SE段)一侧以弧状、近水平状等低倾角反射波组为主；大桩号(NW段)一侧以SE向倾斜反射波组为主，且两侧反射波组在剖面中部相向倾斜.纵向上，以约TWT 10~10.6 s的一组较强反射Rm为界，其上反射较为丰富，其下为弱反射或空白反射区.Rm反射波组应为壳幔过渡带反射，即莫霍面(Moho)反射.以地壳平均速度约6.25 km·s-1计算(林中洋等，1993)，其深度约为31.25~35.60 km.地壳内部，在TWT 4.5~6.0 s之间，剖面SE段存在一组由多个反射同相轴组成的反射条带Rc，NW段Rc界面为相对平行水平的弱反射条带，该带上下反射波组倾角存在差别.Rc作为上、下地壳分界面，其深度约为13.5~21.0 km(上地壳平均速度约6.0km·s-1，林中洋等，1993).根据剖面所反映的地壳结构特征，南汀河地区的地壳结构为上、下地壳型，Rc、Rm为上、下地壳的分界面和壳幔分界面.
4.1 上地壳内反射结构特征从剖面所反映的上地壳反射结构来看，上地壳内不存在连续性好的地层界面，反射波以不同形态的弧状、倾斜波组为主，说明该区域曾经遭受强烈的构造运动，地层破碎，难于形成延续度长的反射界面.以桩号33.5 km为界，剖面两边反射波形态存在差异，NW段倾斜反射能量较强，相对于SE段连续性稍好，反射波组整体向小桩号倾斜；而SE段则主要以弧状反射为主，能量相对较弱，连续性差，断续的弧状反射波组基本呈水平展布.Rc界面两边反射波组形态也有所不同，SE段由多组能量较强、呈叠瓦状展布的弧状反射组成，NW段表现为分割上下较强倾斜反射的弱反射波组.剖面两边反射特征差异预示着断裂的存在，且断裂已经切穿上地壳，进入下地壳.
4.2 下地壳内反射结构特征剖面反映的下地壳反射相对丰富.下地壳内的反射以SE向的倾斜反射为主，夹杂有小部分弧状反射.剖面NW段主要由能量较强、倾角较大、延续度较长的倾斜反射波组成，SE段上部(TWT 6.0~8.0 s)为弧状反射波组，下部为SE向的缓倾角倾斜反射波组.剖面两端的反射波组在空间分布上在桩号25~30 km间形成一个弱反射区，且该区向下延伸，穿过莫霍面.
4.3 莫霍面的反射结构特征莫霍面(壳幔过渡带)构造特征记录了地壳的形成历史和改造过程，对研究地壳的形成和演化过程具有重要意义.因此，莫霍面深度、形态与构造特征一直是地学界关注的问题.揭示莫霍面深度、构造形态等特征属性是深地震反射探测主要目的之一.
作为地壳和上地幔的分界面，莫霍面反射波RM在剖面上能量较强、特征清晰.RM以上有丰富的弧状或倾斜反射存在，而该面以下则为弱反射或空白反射区.RM呈现为由多个同相轴组成的、叠层状、能量较强的反射波组.其形态、深度横向上存在一定的变化，SE段以近水平展布的叠层状反射为主，在剖面桩号13.2~21.0 km间，表现为略向北西向倾斜的的反射；NW段，呈现为两端较深，中间略高的隆起.值得注意的是，剖面桩号约23.0 km处，两端的莫霍面反射相向倾斜，且在深度上，NW端略小于SE端.这种反射波组特征说明错断莫霍面深断裂的存在.
4.4 剖面揭示的断裂特征南汀河西支断裂所在的云南地区位于欧亚板块和印度板块碰撞带的东部，构造运动剧烈，断裂非常发育.根据剖面中反射波组的纵、横向展布特征、能量的变化、同相轴的明显错断以及不同地层界面反射波组的相互依赖关系，在剖面上解释了六条特征明显的断层，分别描述如下：
(1) 断层F1、F2
剖面浅部，桩号33.5 km两边反射特征存在明显的不一致，SE段以近水平展布的弧状反射波组为主，NW段以向SE向倾斜的倾斜反射波组为主，F1为区分剖面浅部不同反射特征的断裂，呈SE倾向向下延伸，止于上、下地壳分界面Rc.
在桩号约30.0 km处，根据反射同相轴的纵、横向展布特征、能量变化及同相轴错断情况，解释了一个SE倾的断层F2.F2断点位于剖面最浅处，倾角较陡，向下延伸至约TWT4.0 s(深度约12 km)处.
(2) 断层F3、F4、F5
断层F3、F4均位于剖面SE段，倾向NW.F3断点位于桩号约23.5 km处，向下延伸，切穿上、下地壳分界面Rc，约在TWT8.0 s止于下地壳.F1、F2分别在TWT6.0 s、TWT4.0 s处归并于断裂F3.
F4断点位于桩号约17.5 km处，倾向NW，约在TWT4.0 s处，合并到F3上；F5可判断的上断点在TWT2.8 s处，地表投影于桩号17.0 km.断裂向下延伸，切穿上、下地壳分界面Rc，约在TWT6.4 s处归并到F3上.F5上断点较深，为发育的上地壳内的断层.
(3) 地壳深断裂Fd
测线经过地区下地壳两端反射特征明显不同，NW段主要是SE向的倾斜反射波组，SE段上部为弧状反射波组，下部为SE向的倾斜反射，且两端反射波组在空间展布上形成一个空白反射区.剖面SE段莫霍面反射波表现为近水平展布的叠层状反射，NW段表现为几个弧状反射组成的条带状反射，两端的莫霍面反射在剖面桩号约23 km处相向倾斜、汇聚.以上反射特征表明剖面上存在一个深断裂Fd.该断裂发育在下地壳内，倾向SE，约在桩号23 km处切穿莫霍面，进入地幔.
从剖面上断裂的分布来看，研究区地层破碎，断层众多.南汀河西支断裂为一个由5个主要断层组成的断裂带.F1、F2、F4、F5分别在不同的深度归并于同一断裂F3上.Fd为切穿中、下地壳及莫霍面并延伸至上地幔的深大断裂.
5 主要结果受印度板块向东经缅甸对云南西部地区的侧向挤压力(皇甫岗和秦嘉政，2006)，研究区构造运动十分剧烈，地层非常破碎.本次得到的深地震反射剖面充分反映了这一地区的地壳精细结构、断裂构造样式、不同地块之间的构造差异等特征.根据剖面的反射特征及研究区的相关地质资料、以往探测成果，对过南汀河断裂深地震反射剖面进行了综合的分析和解释(图 5).以下为获得的主要结果：
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图 5 南汀河深地震反射剖面综合解释图 LVL为宽角反射-折射探测得到的低速层(王帅军等，2015), 图中震源机制解及震中位置、深度来自沧源MS5.5重新定位的结果(徐甫坤等，2015). Fig. 5 Integrated interpretation of deep seismic reflection profile in the Nantinghe area LVL is a low velocity layer from wide-angle reflection-refraction survey (Wang et al., 2015). Focal mechanism solutions, epicenter location and focal depth of the Cangyuan MS5.5 event are from relocation (Xu et al., 2015). |
(1) 南汀河地区的地壳结构可分为两层，即上地壳和下地壳.上地壳厚度约为14.1~16.8 km，地壳总厚度约为31.25~35.6 km.壳内的反射较为丰富，以断续的弧状或倾斜反射为主，莫霍面以下为弱反射区.测线经过地区，以南汀河西支断裂为界，两侧反射特征差异较大.
(2) 莫霍面在剖面上反射特征清晰，其下界埋深约为31.25~35.6 km.剖面桩号23.0 km处，两端的莫霍面反射波组相向倾斜，反映了一种挤压走滑的应力状态，在深度上，NW端略小于SE端.
(3) 南汀河地区地层破碎，断裂发育.根据剖面中反射波的展布特征，解释了六条特征较为明显的断层.南汀河西支断裂为一个由若干个断层组成的断裂带，主要有5个分支断层.断裂带下方存在一个切穿中、下地壳及莫霍面并延伸至上地幔的深大断裂.
6 分析与讨论跨南汀河深地震反射剖面获得了非常清晰的地壳精细结构与构造图像，为分析研究南汀河断裂深浅构造关系、深部构造环境、断裂活动性提供了地震学证据，为该区的地震危险性评价、震害防御工作提供了可靠的基础资料.现对探测结果分析讨论如下：
(1) 钱晓东等(2011)利用云南地区中强地震震源机制解资料，对震源机制参数进行统计的方法得出滇西南主要地震为走滑型地震，徐甫坤等(2015)分析了2015年云南沧源MS5.5地震序列的发震构造，结合震源机制解及震区构造，认为发震构造可能为南汀河断裂带，呈左旋走滑.深地震反射剖面反映的南汀河西支断裂为一个由若干个断层组成的断裂带，花状构造，是压扭应力作用下的产物，说明南汀河断裂带是一个走滑断裂带.这一结果和钱晓东等(2011)、徐甫坤等(2015)的研究结果相一致.
(2) 地震的发生与震源所处的构造环境和地壳结构异常密切相关.一般情况下，地震多发生在地壳内的高、低速边界附近, 并偏向高速区一侧(Huang et al., 2002; Zhang et al., 2005).Lei等(2009)利用远震层析成像反演，推测云南地区下地壳和地幔低速区中存在的流体可向上进入了断层区，起到减少断层摩擦力的作用，导致了应力场的失衡，从而触发了2003年大姚地震.勐海—耿马—泸水宽角反射/折射剖面结果显示(王帅军等，2015)，南汀河断裂下存在低速层LVL，Huang等(2009)研究表明，川滇地区16~26 km的深度内存在低速异常.徐甫坤等(2015)对2015年沧源地震重新定位认为，该次地震发震构造为南汀河西支断裂，主震震源深度为19.1 km，恰位于宽角反射/折射探测剖面低速块体边界附近及反射地震剖面所反映的断层F3、F5交汇处.综合以上结果，可以推测，地壳内高低速共存的格局、深浅断裂共存的构造特征(张先康等，2002)、下地壳和地幔流体的存在是南汀河地区地震孕育和发生的重要因素.
(3) 印度板块与欧亚板块的碰撞使云南地区的地壳产生了强烈变形，且至今仍然在继续(王椿镛等，2002).Hu等(2015)利用接收函数对青藏高原东南部的研究表明：云南南部地壳运动为SE向，但过红河断裂，由于缅甸板块的作用，运动方向变为SW向.马文涛等(2008)研究认为川滇地区由于受青藏高原向SE方向挤压，而保山—腾冲地块又受到缅甸弧北东向的下插挤压作用，因此，保山—腾冲地块主要呈现NE—SW向水平运动.赵国强和苏小宁(2014)基于GPS获得的相对于欧亚板块的中国大陆地壳水平运动图像表明，南汀河地区现今地壳水平运动方向为SW向.深地震反射剖面上广泛分布的倾斜反射、弧状反射，应是强烈区域构造应力场作用力下构造变形的反映.
综上所述，构造破碎、深浅断裂共存及地壳内高低速共存的格局，使南汀河地区在区域构造影响下，易于应力积累，该地区未来存在较高的地震危险性.
致谢南汀河深地震反射剖面是在2013年1月完成数据采集的.在此，对完成崇山峻岭数据采集工作的中国地震局地球物理勘探中心和中石化工程地球物理公司华北分公司的现场人员表示衷心的感谢.编辑人员对本文提出了宝贵意见，使得文章质量得到进一步提升.匿名审稿人提出的修改意见细致、专业，使得文章内容进一步完善和提高.在此一并表示诚挚感谢.
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