常祖峰, 陳曉利, 陳宇軍, 李鑒林, 林輝,洪敏
1 云南省地震局, 昆明 650041 2 中國(guó)地震局地質(zhì)研究所 活動(dòng)構(gòu)造與火山實(shí)驗(yàn)室, 北京 100029
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景谷MS6.6地震同震地表破壞特征與孕震構(gòu)造
常祖峰1, 陳曉利2*, 陳宇軍1, 李鑒林1, 林輝1,洪敏1
1 云南省地震局, 昆明6500412 中國(guó)地震局地質(zhì)研究所 活動(dòng)構(gòu)造與火山實(shí)驗(yàn)室, 北京100029
摘要無量山斷裂帶位于云南西南部,主要由磨黑、寧洱、普文和景谷—云仙4條斷裂組成,晚第四紀(jì)活動(dòng)特征明顯. 受青藏高原隆起影響滇西南塊體向南運(yùn)動(dòng),中下地殼廣泛存在的低速層為塊體運(yùn)動(dòng)提供了有利條件,但剛性的臨滄花崗巖體對(duì)其南向運(yùn)動(dòng)起著頂托作用,使得東、西兩側(cè)塊體運(yùn)動(dòng)速率出現(xiàn)差異,且塊體運(yùn)動(dòng)方向與無量山斷裂帶呈小角度相交.在此背景下,無量山斷裂帶表現(xiàn)為水平右旋走滑運(yùn)動(dòng),起著滑動(dòng)分解應(yīng)變的作用.在其與橫向斷層交匯部位或在斷裂端部,應(yīng)力易于集中而引發(fā)地震,此次MS6.6地震就發(fā)生在斷裂的端部.據(jù)野外科考調(diào)查,在宏觀震中區(qū)集中出現(xiàn)帶狀砂土液化和地裂縫等地面破壞. 噴砂孔呈串珠狀線性分布,主要有NW和NE兩組;NW向地裂縫呈右階雁行狀、NE向地裂縫呈左階雁行狀排列特征,它們具有明顯的構(gòu)造成因. 地震烈度長(zhǎng)軸方向、余震分布和震源機(jī)制解等顯示,此次地震是沿NW向節(jié)面右旋走滑所致,宏觀地面破壞特征和微觀觀測(cè)結(jié)果非常吻合,一致表明此次地震破裂與景谷—云仙斷裂運(yùn)動(dòng)有關(guān),其孕震構(gòu)造應(yīng)是景谷—云仙斷裂.
關(guān)鍵詞景谷地震; 無量山斷裂帶; 晚第四紀(jì); 砂土液化; 地裂縫
1引言
據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定,北京時(shí)間2014年10月7日21時(shí)49分云南省普洱市景谷縣西南22 km發(fā)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]).地震的最高烈度為Ⅷ度,等震線長(zhǎng)軸總體呈NW向,Ⅵ度區(qū)以上總面積約11930 km2,涉及到普洱市景谷縣、思茅區(qū)、寧洱縣、鎮(zhèn)沅縣、瀾滄縣、景東縣和臨滄市臨翔區(qū)、雙江縣、云縣9個(gè)縣(區(qū)),造成37個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)(http:∥www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/478/20141011091458652940205/index.html[2014-12-05]). 2014年12月6日2時(shí)43分和18時(shí)20分相繼發(fā)生MS5.8(23.3°N,100.5°E)和5.9級(jí)強(qiáng)余震(23.3°N,100.5°E)(http: ∥news.ceic.ac.cn[2014-12-05]).是繼2014年8月3日云南魯?shù)?.5級(jí)地震后,青藏高原鄰近地區(qū)最新地震活躍期內(nèi)發(fā)生的又一次中強(qiáng)地震(徐錫偉等,2014).
地震發(fā)生在青藏高原東南緣滇西南塊體內(nèi)的無量山腹地.該地區(qū)構(gòu)造復(fù)雜,NNW向和NEE向的兩組斷裂共同構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)狀活動(dòng)斷裂系(楊曉平等,2008;虢順民等,1999),最為顯著的是NNW向展布的無量山活動(dòng)斷裂帶.受其影響,寧洱、思茅地區(qū)歷史上曾發(fā)生10次6.0~6.8級(jí)地震,是一個(gè)中強(qiáng)地震頻發(fā)區(qū).因此,加強(qiáng)該地區(qū)活動(dòng)構(gòu)造和地震形成機(jī)制研究,對(duì)未來地震形勢(shì)和防震減災(zāi)具有重要的科學(xué)意義.本文在區(qū)域活動(dòng)構(gòu)造背景、深部構(gòu)造分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合本次景谷地震應(yīng)急考察結(jié)果、震源機(jī)制解、余震空間分布、等震線分布等,重點(diǎn)探討了景谷地震的地表破壞特征、孕震構(gòu)造及其形成機(jī)制.
2區(qū)域構(gòu)造背景
2.1區(qū)域活動(dòng)構(gòu)造
青藏高原是我國(guó)現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)與地震活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)(鄧起東,2002),并成為青藏高原周邊地區(qū)塊體運(yùn)動(dòng)和構(gòu)造變形的動(dòng)力來源.印度板塊以每年50 mm左右的速度向北推擠(Minster and Jordan,1978),引起青藏高原地殼縮短、隆起,并使得周邊塊體逃逸(鐘大賚和丁林,1996;張培震等,2003),強(qiáng)烈地影響中國(guó)西部地貌形態(tài)和地震活動(dòng)(許志琴等,1997).喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)以東的川、滇、藏地區(qū)形成一系列北西至南北向弧形山脈和活動(dòng)斷裂,如伯舒拉嶺、高黎貢山、怒山、無量山、哀牢山、紅河斷裂等,影響范圍直達(dá)川滇塊體和滇西南塊體.在印度板塊向北推擠作用下,不但青藏塊體整體上有向東滑移的趨勢(shì),川滇塊體和滇西南塊體(印支塊體的一部分)也以不同的速率向南東方向滑動(dòng)(李玶和汪良謀,1975; 鄧起東等,2007,2014;張培震等,2002;徐錫偉等,2003;虢順民等,1999).
在區(qū)域構(gòu)造上(圖1),景谷6.6級(jí)地震發(fā)生在紅河斷裂帶西側(cè)的蘭坪—思茅中生代盆地內(nèi).侏羅系-中始新統(tǒng)主要由紅色建造組成,部分地區(qū)出露紅色含膏鹽建造. 經(jīng)晚始新世-漸新世末的兩次構(gòu)造運(yùn)動(dòng),蘭坪—思茅盆地緩慢隆起反轉(zhuǎn)成山.上新世末-更新世地殼隆起加快,強(qiáng)烈的抬升與河流的深切形成高山峽谷.新生代期間只有少量的砂礫巖和煤系地層沉積(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1990) . 蘭坪—思茅中生代盆地的東邊界紅河斷裂是華南塊體與印支塊體的分界線,是一條經(jīng)歷長(zhǎng)期演化的塊間構(gòu)造變形帶,經(jīng)歷了早期的大型左旋剪切運(yùn)動(dòng)(Tapponnier et al.,1982,1990;Leloup and Kienast, 1993; Leloup et al., 1995)和后期的右旋走滑運(yùn)動(dòng)(向宏發(fā)等,2004;陳文寄等,1996),其晚第四紀(jì)滑動(dòng)速率可達(dá)5 mm·a-1,沿?cái)嗔寻l(fā)生多次6~7級(jí)地震(虢順民等,2001;陳文寄等,1996;向宏發(fā)等,2004,2007;Leloup et al.,1995; Leloup and Kienast, 1993;Tapponnier et al.,1990;王紹晉等,2010;喬學(xué)軍等,2004;Socquet and Pubellier,2005;Wang et al.,1998,Allen et al.,1984;Schoenbohm et al.,2006;王閻昭等,2008).瀾滄江斷裂,經(jīng)印支運(yùn)動(dòng)以后成為控制蘭坪—思茅盆地的西緣邊界斷裂,斷層面及圍巖多表現(xiàn)為陡傾至直立狀,侏羅系-白堊系巖層受熱動(dòng)力變質(zhì)作用形成千枚巖,局部地段發(fā)生強(qiáng)烈的糜棱巖化并形成寬達(dá)1 km的糜棱巖帶,表現(xiàn)出明顯的逆沖特征,但晚第四紀(jì)活動(dòng)不明顯.其西側(cè),發(fā)育有著名的臨滄花崗巖體,該巖體從云縣經(jīng)臨滄、緬甸孟敦,一直延伸至金三角地區(qū),長(zhǎng)約450 km,寬40~50 km,該巖體主要是加里東期和印支-燕山期的產(chǎn)物,系沿瀾滄江—湄公河—?jiǎng)谖鹋鲎矌Оl(fā)育的含錫花崗巖帶. 滇西南塊體向南運(yùn)動(dòng)過程中,由于剛性的臨滄花崗巖體的頂托作用,造成瀾滄江斷裂的反S型大拐彎和公郎弧形構(gòu)造,蘭坪—思茅盆地在此形成瓶頸式縮短. 臨滄花崗巖體西側(cè)發(fā)育有NE向的南汀河、孟連、打洛斷裂和NW向的木戞—謙邁、瀾滄—勐遮斷裂,前者表現(xiàn)為左旋走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì),后者表現(xiàn)為右旋走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì),通過這些斷裂的左旋或右旋走滑運(yùn)動(dòng)分解、吸收了臨滄花崗巖體西側(cè)塊體的南東運(yùn)動(dòng)能量(Lacassin et al.,1988,Morley, 2007;Tapponnier et al.,1982). 瀾滄江斷裂以東的蘭坪—思茅中生代盆地內(nèi)主要發(fā)育有無量山斷裂帶和中生代褶皺.
圖1 景谷地震及其鄰區(qū)地震構(gòu)造圖 F1 怒江斷裂; F2 畹町?dāng)嗔眩?F3 柯街?jǐn)嗔眩?F4 昌寧斷裂; F5 南汀河斷裂; F6 汗母壩斷裂; F7 木戞—謙邁斷裂; F8 瀾滄—勐遮斷裂; F9 孟連斷裂; F10 打洛斷裂; F11 瀾滄江斷裂; F12 無量山斷裂; F13 把邊江斷裂; F14 阿墨江斷裂; F15 哀牢山斷裂; F16 紅河斷裂.Fig.1 The seismotectonic map of Jinggu earthquake epicenter and its adjacent area F1 Nujiang fault; F2 Wanding fault; F3 Kejie fault; F4 Changning fault; F5 Nantinghe fault; F6 Hanmuba fault; F7 Muga-Qianmai fault; F8 Lancang-Mengzhe fault; F9 Menglian fault; F10 Daluo fault; F11 Lancangjiang fault; F12 Wuliangshan fault; F13 Babianjiang fault; F14 Amojiang fault; F15 Ailaoshan fault; F16 Honghe fault.
2.2無量山斷裂帶晚第四紀(jì)活動(dòng)特征
無量山斷裂帶由多條斷裂組成,由東至西,主要有磨黑斷裂(F12-1)、寧洱斷裂(F12-2)、普文斷裂(F12-3)和景谷—云仙斷裂(F12-4)等4條(圖1). 該斷裂帶構(gòu)造復(fù)雜,復(fù)合、分支現(xiàn)象普遍并多被橫向斷層截切,共同構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)狀斷裂系. 燕山運(yùn)動(dòng)前為擠壓逆沖性質(zhì),與NW向中生代褶皺近平行展布,晚新生代以來表現(xiàn)為明顯的右旋走滑性質(zhì).
磨黑斷裂帶走向NNW,全長(zhǎng)約150 km.在磨黑一帶見長(zhǎng)3~5 km的斷層槽地和一系列定向排列的斷層三角面. 勐先大河Ⅰ級(jí)階地右旋位錯(cuò)形成的眉脊面寬7~8 m;紅星街東南形成“閘門”地貌,Ⅱ級(jí)階地中形成的眉脊面寬度約35~40 m. 在竹崩寨附近,山脊發(fā)生右旋錯(cuò)動(dòng)120 m,斷裂穿過勐先河右岸使多條支流發(fā)生右旋斷錯(cuò),斷距120~230 m.曼克老一帶斷裂線性清楚,其上發(fā)育兩期斷層三角面,曼老河左岸一系列支流發(fā)生同步右旋位錯(cuò)45~65 m.磨黑斷裂晚第四紀(jì)活動(dòng)特征明顯,晚更新世以來水平滑動(dòng)速率為1.6~2.5 mm·a-1(虢順民等,1999).
普洱斷裂帶總體走向NNW,傾向SW,傾角65°~85°,長(zhǎng)約200 km.地貌上表現(xiàn)為斷層谷、斷層埡口、梳狀水系等.思茅倚象壩東側(cè)斷裂通過處使近東西向的一組河流發(fā)生同步右旋錯(cuò)動(dòng),位錯(cuò)量200~250 m.民安—文肥一帶,4條沖溝發(fā)生同步右旋斷錯(cuò),其位移量80~150 m.老趙寨公路旁見斷裂錯(cuò)斷了晚第四紀(jì)地層.老師寨附近,斷裂通過處清水河階地同步右旋位錯(cuò),Ⅱ級(jí)與Ⅲ級(jí)階地位錯(cuò)量分別為55 m和40 m,Ⅲ級(jí)階地沉積物熱釋光(TL)測(cè)年為(35.41±7.46)ka.那勐勐一帶曼罵河Ⅱ、Ⅲ階地同步右旋位錯(cuò)15 m和20 m,Ⅱ階地沉積物熱釋光(TL)測(cè)年為(25.41±54.46)ka.據(jù)階地沉積年齡和位錯(cuò)量計(jì)算,其晚更新世水平滑動(dòng)速率為2.5~2.6 mm·a-1.
普文斷裂帶走向NNW,全長(zhǎng)約230 km.地貌上表現(xiàn)為斷層谷、斷層三角面、水系右旋位錯(cuò)等.在玻峨以南山脊、水系右旋位錯(cuò)100~200 m;思茅西南芭蕉箐河右岸斷裂使一系列支流右旋位錯(cuò)一般為125~200 m,最大達(dá)750 m.此外,在整碗、普文等地發(fā)育狹長(zhǎng)形盆地,反映斷裂對(duì)盆地的控制作用.據(jù)斷錯(cuò)量和活動(dòng)時(shí)代推算,其晚更新世水平滑動(dòng)速率1.0~2.0 mm·a-1(虢順民等,1999).
景谷—云仙斷裂總體走向NNW,北段偏向近SN向及NNE,傾向SW或NE,傾角較陡,全長(zhǎng)110 km.在衛(wèi)星影像上,斷層線性特征整體上不甚明顯,但局部地段線性特征平直而顯著(圖2a). 云仙附近斷層出露于三迭系中厚層狀粉砂巖中,破碎帶寬30~50 m,斷層泥松軟,其熱釋光(TL)年齡為(81.82±6.94)ka.永平盆地東緣那拐村發(fā)育一系列斷層三角面地貌(圖2b),勐嘎河Ⅱ級(jí)階地后緣發(fā)育斷層槽溝,該階地位錯(cuò)約60 m.在肖塘箐見山脊、沖溝產(chǎn)生同步右旋位錯(cuò)(圖3c),位錯(cuò)距離30~50 m.肖塘箐一小河Ⅲ級(jí)階地發(fā)生位錯(cuò)變形130 m,該階地進(jìn)行熱釋光(TL)測(cè)年結(jié)果為(90.77±7.71)ka,推算得到其晚更新世以來的右旋走滑速率為1.3~1.4 mm·a-1.
圖2 景谷—云仙斷裂斷層地貌與沖溝位錯(cuò) (a) 云仙北小老魯寨衛(wèi)星影像(據(jù)Google Earth); (b) 永平盆地東緣斷層地貌和階地位錯(cuò); (c) 肖塘箐沖溝右旋位錯(cuò).Fig.2 The fault landform and gully dislocation along Jinggu-Yunxian fault (a) Satellite image at Xiaolaoluzhai village north of Yunxian (From Google Earth); (b) The fault landform and terrace dislocation at eastern margin of Yongping basin; (c) The gully dextral displacement at Xiaotangqing.
在無量山斷裂帶,歷史上曾發(fā)生1923年寧洱61/2級(jí)、1942年思茅63/4級(jí)、1965年整董6.1級(jí)、1970年德化6.2級(jí)、1971年德化北6.2級(jí)、1973年寧洱6.1級(jí)、1979年磨黑6.8級(jí)、1993年寧洱6.3級(jí)、2007年寧洱6.3級(jí)共計(jì)9次中強(qiáng)地震.其中,最大地震為磨黑6.8級(jí)地震,此次地震在扎牛田產(chǎn)生一條長(zhǎng)230 m的地震裂縫,并使田埂右旋位錯(cuò)15 cm,垂直位錯(cuò)18 cm(朱成男和周瑞琦,1981).此外,現(xiàn)代地震儀器記錄到該斷裂帶上共發(fā)生近20次5~5.9級(jí)地震.以上表明,沿?zé)o量山斷裂帶構(gòu)成一條NW向地震活動(dòng)帶.
2.3地球物理特征
研究區(qū)布格重力異常均為負(fù)值,其值在-205~-100 mGal變化,相對(duì)變化幅度為-105 mGal.總趨勢(shì)北低南高,其等值線的形狀基本上呈“舌狀”彎曲,反映了由北而南的區(qū)域隆升作用和由北向南的蠕散運(yùn)動(dòng)(圖3).重力異常均為負(fù)值,表明地殼重力補(bǔ)償尚未達(dá)到均衡,地殼活動(dòng)程度較高.
圖3 區(qū)域布格重力異常分布圖(據(jù)云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局資料修改,2012)* 云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局.2012.云南省布格重力異常圖.Fig.3 Regional distribution of Bouguer gravitational anomaly (From Bureau of geology and mineral resources of Yunnan province,1985)
沿瀾滄江斷裂為一顯著的布格重力異常梯級(jí)帶,且在其以東的無量山地區(qū)表現(xiàn)為3條NW向次級(jí)重力異常帶,其展布位置與無量山斷裂帶基本一致.其中,西側(cè)的一條重力異常帶靠近震中,大致沿永平—益智—云仙—震東一線展布.永平一帶雖然地表沒有明顯的斷層出露,但重力異常帶的存在表明,深部可能發(fā)育著一條NW向的斷裂. 強(qiáng)震活動(dòng)與布格重力異常帶呈現(xiàn)出一定的對(duì)應(yīng)性,如在磨黑—普洱—思茅老震區(qū),布格重力異常等值線呈北西—南東走向展布,與磨黑斷裂、普洱斷裂、普文斷裂展布基本一致,曾發(fā)生多次中強(qiáng)地震.此次景谷2014年10月7日MS6.6級(jí)地震和12月6日MS5.8級(jí)強(qiáng)余震發(fā)生在永平—益智—云仙—震東一線展布的重力異常帶上.
地震層析圖像研究表明,在瀾滄江斷裂以東、紅河斷裂以西思茅—普洱地區(qū)中、下地殼廣泛存在著高導(dǎo)低速層,而上地殼則為正速度異常(圖4)(劉福田等,2000;王椿鏞等,2002).該地殼速度結(jié)構(gòu)的形成可能起因于60~50 Ma前的印度大陸和歐亞大陸的碰撞觸發(fā)的地幔熱擾動(dòng)使軟流層上涌(Lei et al.,2009, 2014),并導(dǎo)致新生代的巖漿活動(dòng)和瀾滄江—墨江段的底侵作用(劉福田等,2000;胥頤等,2013).沿?fù)P子塊體俯沖板片遺跡一側(cè)廣泛分布幔源煌斑巖,其年齡平均為50 Ma左右.此外,俯沖板片的西側(cè)通關(guān)、普洱等地有新第三紀(jì)幔源玄武巖的噴發(fā).所有上述巖漿活動(dòng)說明,地幔熱擾動(dòng)和軟流層上涌發(fā)生在50 Ma左右,與印度大陸和歐亞大陸的碰撞時(shí)代相近.因此,印支塊體向南東方向逃逸,由此引發(fā)的地幔上涌導(dǎo)致熱流物質(zhì)沿著斷裂通道進(jìn)入地殼形成高導(dǎo)低速層(Lei et al.,2009, 2014).
圖4 紅河—無量山一帶地震層析巖石圈剖面(修改自劉福田等,2000)Fig.4 Topography profile from Honghe to Wuliangshan (Modified from Liu et al.,2000)
2.4現(xiàn)代GPS觀測(cè)反映的塊體運(yùn)動(dòng)
我們根據(jù)云南地區(qū)“中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)” (GNSS)項(xiàng)目28個(gè)觀測(cè)站數(shù)據(jù),分析了2011年1月1日至2014年11月30日云南地區(qū)速度場(chǎng)(相對(duì)于文山站)(圖5).思茅—普洱地區(qū)的運(yùn)動(dòng)速率(4.3~5.7 mm·a-1)比臨滄地區(qū)的運(yùn)動(dòng)速率(2.9 mm·a-1)高約48%~95%,即瀾滄江東部地區(qū)的運(yùn)動(dòng)速率大于瀾滄江西部地區(qū). 而且,思茅—普洱地區(qū)中、下地殼廣泛存在的高導(dǎo)低速層,為塊體南向運(yùn)動(dòng)提供了有利條件.因塊體運(yùn)動(dòng)方向與NNW展布的無量山斷裂帶小角度相交,它有利于無量山斷裂帶產(chǎn)生水平滑動(dòng),晚新生代以來,無量山斷裂也因此由近東西向擠壓應(yīng)力場(chǎng)作用下形成的擠壓逆沖性質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗接倚呋再|(zhì),并起著滑動(dòng)分解應(yīng)變的作用.
圖5 云南地區(qū)GPS水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng) (相對(duì)于文山站)Fig.5 The GPS horizontal velocity field at the eastern edge of Tibet (relative to Wenshan station)
3同震地表破壞—砂土液化與地裂縫
一般而言,7級(jí)以上的地震往往能在地表形成明顯的地震地表破裂帶,但也有少量6.5級(jí)左右的地震形成地表破裂(鄧起東等,1992). 本次景谷6.6級(jí)地震震中廣泛地產(chǎn)生了砂土液化現(xiàn)象和地裂縫,雖然這些地裂縫單條規(guī)模不大,但卻集中出現(xiàn)在極震區(qū)地形平坦的Ⅰ級(jí)階地上,不受地形影響;而且噴砂冒水點(diǎn)不是呈散點(diǎn)狀分布,而是呈串珠狀直線分布,從而使得這些地裂縫和砂土液化具有明顯的構(gòu)造意義.
如在永平南勐嘎村—忙費(fèi)一帶出現(xiàn)多處地裂縫(圖6),No.2觀察點(diǎn)是最為典型和集中的一處(圖7).地裂縫發(fā)育在地形平坦的Ⅰ級(jí)階地上,主要有NE向和NW向兩組,其中NE向裂縫走向30°~40°,最長(zhǎng)95 m,橫切公路和田地,裂縫銜接處呈現(xiàn)左階斜列(圖7c);NW向裂縫走向330°~350°,裂縫長(zhǎng)70 m,呈右階雁行狀斜列(圖7d和圖7e),且在裂縫處有礫石定向排列的現(xiàn)象(圖7g),這也是比較罕見的現(xiàn)象. 有的裂縫非常平直(圖7d).有規(guī)律的右階和左階雁行狀斜列、平直的線性特征以及礫石定向排列,無疑反映了構(gòu)造破裂的作用,表明NW向裂縫為右旋運(yùn)動(dòng),NE向裂縫為左旋運(yùn)動(dòng)特征.在忙費(fèi)村北No.3觀察點(diǎn),沿一小河的溝底產(chǎn)生了330°方向延伸長(zhǎng)約800 m的地裂縫(圖6),地裂縫跨越了小溪從左岸延伸到右岸,在其間還穿插發(fā)育有NE向裂縫.此裂縫因發(fā)育在小河邊,雖不能完全排除地形影響,但考慮到其連續(xù)性和周邊勐嘎村附近地裂縫和砂土液化現(xiàn)象,推測(cè)此裂縫可能是構(gòu)造成因.
圖6 震中一帶地裂縫和砂土液化分布圖Fig.6 Fissures and sand liquefaction distribution at epicenter region
圖7 勐嘎南800 m地裂縫分布 (a) 產(chǎn)生地裂縫的地貌; (b) NE向裂縫; (c) NE向裂縫左階斜列; (d) NW向裂縫右階斜列; (e) NW向裂縫右階斜列; (f) NE向和NW向裂縫; (g) 平直的NW向裂縫及礫石定向排列.Fig.7 Fissures distribution 800 m south of Mengga village (a) Landform where fissures generated; (b) NE trending fissure; (c) Left-step aligning of the NE trending fissure; (d) Right-step aligning of the NW trending fissure; (e) Right-step aligning of the NW trending fissure; (f) Joint of the NE and NW trending fissures; (g) The straight NW trending fissure and the linear align of gravels.
砂土液化主要有兩處. 一處位于勐嘎南500 m稻田中(No.1觀察點(diǎn)),規(guī)模較大,呈線狀延伸,一條為290°方向(圖8A-b和圖8A-c),長(zhǎng)3 m,由多個(gè)冒水孔組成;另一條長(zhǎng)7 m,寬0.8 m,延伸方向330°(圖8A-d). 另一處位于No.2觀察點(diǎn),出現(xiàn)7處大的噴砂冒水點(diǎn),均呈長(zhǎng)條線狀延伸,方向主要有60°、70°、90°、280°、290°等,長(zhǎng)度3.8~12 m不等(圖8A-e至圖7B-o).規(guī)模最大的噴砂帶長(zhǎng)12 m,寬1 m,高0.3 m.有的則呈現(xiàn)出280°和30°兩個(gè)方向共軛展布現(xiàn)象(圖8B-i).噴砂孔直徑一般為10~30 cm,大的可達(dá)50~60 cm(圖8B-n).在這些線狀延伸的噴砂地帶,噴砂孔均呈平直的串珠狀排列(圖8B-l和圖8B-o).這些噴砂冒水孔呈線性排列且規(guī)模較大,說明這些地帶受到了強(qiáng)烈擠壓,地震時(shí)先產(chǎn)生了剪切裂縫(Riedel 剪切),而后產(chǎn)生噴砂冒水現(xiàn)象,因此,這些噴砂冒水延長(zhǎng)線也是地裂縫發(fā)育地帶,具有明顯的構(gòu)造成因.
圖8A 砂土液化現(xiàn)象 (a) 砂土液化的位置; (b) 290°方向液化帶; (c) 290°方向液化帶; (d) 330°方向液化帶; (e) No.2觀察點(diǎn)砂土液化分布情況; (f) 70°方向液化帶; (g) 90°方向液化帶.Fig.8 A sand liquefaction phenomenon (a) Site of the sand liquefactions; (b) The 290° trending liquefactions band; (c) The 290° trending liquefactions band; (d) The 330° trending liquefactions band; (e) The liquefaction distribution at No.2 surveying point; (f) The 70° trending liquefactions band; (g) The 70° trending liquefaction band.
野外科考過程中發(fā)現(xiàn)在南喃村和中寨村也出現(xiàn)了個(gè)別砂土液化現(xiàn)象,但規(guī)模很小且不集中,在此暫不討論.
4地震烈度、余震分布特征和震源機(jī)制解
4.1地震烈度分布特征
此次地震Ⅷ烈度區(qū)主要涉及景谷縣永平鎮(zhèn)、威遠(yuǎn)鎮(zhèn)、益智鄉(xiāng)、碧安鄉(xiāng)共4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),面積約400 km2;Ⅶ烈度區(qū)主要涉及景谷縣永平鎮(zhèn)、威遠(yuǎn)鎮(zhèn)、益智鄉(xiāng)、民樂鎮(zhèn)、勐班鄉(xiāng)、碧安鄉(xiāng),臨滄市平村鄉(xiāng)共7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),面積約1750 km2;Ⅵ度區(qū)主要涉及景谷縣10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、思茅區(qū)4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、寧洱縣3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、鎮(zhèn)沅縣2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、瀾滄縣4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、景東縣1個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),臨滄市7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、雙江縣5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、云縣1個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)共37個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),面積約9780 km2.地震烈度分布長(zhǎng)軸方向明顯,呈NW向展布(圖9a).
圖9 景谷6.6級(jí)地震烈度分布(a)和余震震中分布(b)圖Fig.9 The seismic intensity of the Jinggu earthquake (a) and the aftershocks epicenter distribution (b)
4.2余震分布特征
截止到2014年10月12日15點(diǎn)30分,共記錄到余震1218次,其中0~0.9級(jí)地震866次;1.0~1.9級(jí)地震274次;2.0~2.9級(jí)地震63次;3.0~3.9級(jí)地震12次;4.0~4.9級(jí)地震3次.余震呈現(xiàn)出明顯的NW向展布的特征(圖9b).
圖8B 砂土液化現(xiàn)象 (h) 280°方向液化帶; (i) 280°和30°方向液化帶; (j) 290°方向液化帶; (k) 80°方向液化帶; (l) 線性排列的冒砂孔; (m) 60°方向液化帶; (n) 冒砂孔; (o) 串珠狀排列的冒砂孔.Fig.8B Sand liquefaction phenomenon (h) The 280° trending liquefactions band; (i) The 280° and 30° trending liquefactions band; (j) The 280° trending liquefactions band; (k) The 80° trending liquefactions band; (l) The linear aligning sand blasting holes; (m) The 60° trending liquefactions band; (n) The sand blasting holes; (o) Sand blasting holes align in string of beads sign.
4.3震源機(jī)制解
震源機(jī)制解是了解地震破裂狀態(tài)和地震應(yīng)力場(chǎng)的重要手段.根據(jù)震后MS6.6級(jí)主震以及兩次5.8和5.9級(jí)強(qiáng)余震的震源機(jī)制解結(jié)果(表1),3次地震的震源機(jī)制解非常接近,均為走滑型地震,主壓應(yīng)力軸為NNE向,破裂面為NNW向和NE向兩組,NNW向節(jié)面產(chǎn)生右旋走滑運(yùn)動(dòng),NE向節(jié)面產(chǎn)生左旋走滑運(yùn)動(dòng).根據(jù)區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)研究成果(闞榮舉等,1977),此地區(qū)的主壓應(yīng)力為近SN向,與此次地震結(jié)果非常接近.
表1 景谷6.6級(jí)地震及主要余震震源機(jī)制解
注: 1)中國(guó)地震局地球物理研究所(IGPCEA,http:∥www.cea-igp.ac.cn/tpxw/270888.shtml[2014-12-05]); 2)USGS NEIC(http:∥comcat.cr.usgs.gov/earthquakes/eventpage/ usb000sjim scientific_moment-tensor[2014-12-05]).
5孕震構(gòu)造及孕震機(jī)制分析和討論
由上文可知,在宏觀震中區(qū)勐嘎—忙費(fèi)一帶廣泛地出現(xiàn)地裂縫和砂土液化現(xiàn)象,砂土液化呈串珠狀線性分布.這些地裂縫和砂土液化呈NW和NE兩組方向排列,NW向地裂縫為右階斜列,NW向地裂縫左階斜列,指示NW向地裂縫具有右旋走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì),NE向地裂縫具有左旋走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì).地震烈度長(zhǎng)軸方向、余震分布均為NW向展布.震源機(jī)制解結(jié)果表明,在NNE向主壓應(yīng)力軸作用下,NNW向節(jié)面產(chǎn)生右旋走滑運(yùn)動(dòng),NE向節(jié)面產(chǎn)生左旋走滑運(yùn)動(dòng).宏觀地面破壞特征和微觀分析結(jié)果非常吻合,表明此次地震為走滑型地震,地震破裂特征與NNW向景谷—云仙斷裂運(yùn)動(dòng)性質(zhì)一致,此次地震的孕震(發(fā)震)構(gòu)造應(yīng)該是景谷—云仙斷裂.
受青藏高原隆起的影響,印支塊體總體向SE運(yùn)動(dòng),紅河斷裂帶以西的滇西南塊體運(yùn)動(dòng)方向則為近SN向(王雙緒等,2013),區(qū)域構(gòu)造主應(yīng)力場(chǎng)也為近SN向(闞榮舉等,1977).近SN向展布臨滄花崗巖體長(zhǎng)數(shù)百千米,規(guī)模巨大,剛性的花崗巖體就像“中流砥柱”般對(duì)向南東運(yùn)動(dòng)的滇西南塊體起到頂托作用,在其北端造成瀾滄江斷裂的反S型大拐彎和公郎弧形構(gòu)造,并在此形成瓶頸式縮短. 過此瓶頸后,滇西南塊體則如出閘之水“迅速”向南蠕散、逃逸. 思茅—普洱地區(qū)中、下地殼廣泛存在的高導(dǎo)低速層,為塊體南向運(yùn)動(dòng)提供了有利條件(圖10).無量山斷裂帶由寬約50 km的多條斷層組成,表現(xiàn)為明顯的右旋走滑運(yùn)動(dòng)特征,且橫向斷層發(fā)育.鑒于該地區(qū)網(wǎng)格狀展布的斷裂結(jié)構(gòu)(大比例尺地質(zhì)圖上更為顯著),在無量山斷裂走向線上遭遇橫向斷層阻隔或在斷裂端部,就易于產(chǎn)生應(yīng)力集中而引發(fā)地震(圖10).此次MS6.6級(jí)地震就發(fā)生在斷裂的端部.
圖10 無量山斷裂右旋走滑與孕震機(jī)制 “+”號(hào)代表花崗巖體;圓圈帶點(diǎn)符號(hào)代表斷層運(yùn)動(dòng)方向朝向讀者,圓圈帶叉符號(hào)代表斷層運(yùn)動(dòng)方向背離讀者, 小箭頭代表斷層水平運(yùn)動(dòng)方向.Fig.10 The mechanisms of the dextral motion of Wuliangshan fault and earthquakes produced The “+” express granite. The circle with a point indicates that the moving direction of fault is facing readers,the circle with a fork indicates that the moving direction of fault is back to readers, and the small arrow indicates the moving direction of fault.
6結(jié)論
無量山斷裂帶由磨黑斷裂、寧洱斷裂、普文斷裂和景谷—云仙斷裂等4條斷裂組成,多被NE向斷層截切,共同構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)狀斷裂系. 無量山斷裂帶早期為擠壓性質(zhì),晚新生代以來表現(xiàn)為明顯的右旋走滑性質(zhì),晚第四紀(jì)活動(dòng)特征明顯,多處階地位錯(cuò)并斷錯(cuò)上更新統(tǒng)地層.在地球物理場(chǎng)上,沿?cái)嗔褞П憩F(xiàn)為多條次級(jí)重力異常帶.
受青藏高原隆起的影響,印支塊體向南東運(yùn)動(dòng)、逃逸.剛性的臨滄花崗巖體就像“中流砥柱”般對(duì)南向運(yùn)動(dòng)的滇西南塊體起到頂托作用,造成瀾滄江斷裂的反S型大拐彎和公郎弧形構(gòu)造,并在此形成瓶頸式縮短.過此瓶頸后,滇西南塊體“迅速”向南蠕散、逃逸.思茅—普洱地區(qū)中、下地殼廣泛存在的低速層為塊體運(yùn)動(dòng)提供了有利條件.云南地區(qū)GPS觀測(cè)結(jié)果表明,思茅—普洱地區(qū)的運(yùn)動(dòng)速率(4.3~5.7 mm·a-1)比臨滄地區(qū)的運(yùn)動(dòng)速率(2.9 mm·a-1)高約48%~95%,即瀾滄江東部地區(qū)的運(yùn)動(dòng)速率大于瀾滄江西部地區(qū).因塊體運(yùn)動(dòng)方向與無量山斷裂帶走向小角度相交,無量山斷裂帶表現(xiàn)為水平右旋走滑,并起著滑動(dòng)分解應(yīng)變的作用.在無量山斷裂走向線上遭遇橫向斷層阻隔或斷裂拐點(diǎn)處及在斷裂端部,易于產(chǎn)生應(yīng)力集中而引發(fā)地震.此次MS6.6級(jí)地震就發(fā)生在斷裂的端部.
在景谷MS6.6級(jí)地震宏觀震中區(qū)Ⅰ級(jí)階地上,集中出現(xiàn)帶狀砂土液化和地裂縫等地表破裂.砂土液化帶主要有NE和NW向兩組,噴砂孔呈串珠狀線性排列,長(zhǎng)3.8~12 m不等,屬于地表構(gòu)造破裂的一種現(xiàn)象.NW向地裂縫呈右階雁行狀排列、NE向地裂縫呈左階雁行狀排列,裂縫平直并有礫石定向排列現(xiàn)象.砂土液化帶和地裂縫具有明顯的構(gòu)造意義.結(jié)合地震烈度長(zhǎng)軸、余震分布呈NW向展布特征以及震源機(jī)制解分析,此次地震是在NNE向主壓應(yīng)力作用下,NW向節(jié)面產(chǎn)生右旋走滑運(yùn)動(dòng)所致.宏觀地面破壞特征和微觀分析結(jié)果非常吻合,一致表明此次地震破裂特征與景谷—云仙斷裂運(yùn)動(dòng)性質(zhì)一致,其孕震構(gòu)造應(yīng)是景谷—云仙斷裂.
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(本文編輯胡素芳)
基金項(xiàng)目國(guó)家自然基金項(xiàng)目(41472204)資助.
作者簡(jiǎn)介常祖峰,1966年生,正研級(jí)高級(jí)工程師,主要從事活動(dòng)構(gòu)造、地震地質(zhì)等研究. E-mail:zufch@163.com *通訊作者陳曉利,1969年生,副研究員,主要從事地震地質(zhì)、滑坡災(zāi)害等方面的研究. E-mail:04chxl@sina.com
doi:10.6038/cjg20160719 中圖分類號(hào)P631
收稿日期2015-11-30,2016-03-04收修定稿
The co-seismic ground failure features and seismogenic structure of the Jinggu MS6.6 earthquake
CHANG Zu-Feng1,CHEN Xiao-Li2*, CHEN Yu-Jun1, LI Jian-Lin1, LIN Hui1, HONG Min1
1EarthquakeAdministrationofYunnanProvince,Kunming650041,China2KeyLabofActiveTectonicsandVolcano,InstituteofGeology,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100029,China
AbstractThe Wuliangshan fault system in southwestern Yunnan is active during the late Quaternary. This fault system mainly consists of the Mohei, Ning′er, Puwen, and Jinggu-Yunxian faults. The southwestern Yunnan block moves southward as affected by the uplift of the Tibet plateau, and the widespread existence of low velocity zones within the middle and lower crust within this region has provided favorable conditions for facilitating the block movement. To the west of the Wuliangshan, the rigid Lincang granite pluton obstructs the southward motion of the block, leading to the difference in velocity vectors on the eastern and western sides of this pluton block. Such velocity vector difference resulted in an acute angle between the directions of the southwestern Yunnan block and the Wuliangshan fault system. As a result, the Wuliangshan fault system moves right-laterally to partition the regional strain field. At places near the ends of the fault zones or where these faults intersect the transverse faults perpendicular to the Wuliangshan fault system, the stresses tend to be concentrated to induce earthquakes. The MS6.6 Jinggu earthquake just took place at the end of the fault. Based on the results of field investigation for the shock, we have found plenty of ground ruptures, such as clustered linear sand liquefaction features and ground fissures on the first grade terrace in the macro-epicenter area. The sand blasting holes are distributed like strings of beads, trending in NW and in NE directions. The NW-trending fissures are aligned as right-step en echelons, while the NE-trending fissures as left-step en echelons, which requires a tectonic explanation for their formation. The NW-trending long axis of the seismic intensity map, the linear spatial distribution of the aftershocks and the focal mechanism solution, collectively suggest that the MS6.6 Jinggu earthquake is caused by right-lateral slip rupture along the NW nodal plane of the focal mechanism solution. Moreover, the surface rupture features and their agreement with our microscopic survey results reveal that the earthquake rupture features are basically consistent with the NW-trending Jinggu-Yunxian fault movement, suggesting the Jinggu-Yunxian fault as the seismogenic fault.
KeywordsJinggu earthquake; Wuliangshan fault system; Late Quaternary; Sand liquefaction; Ground fissures
常祖峰, 陳曉利, 陳宇軍等. 2016. 景谷MS6.6地震同震地表破壞特征與孕震構(gòu)造. 地球物理學(xué)報(bào),59(7):2539-2552,doi:10.6038/cjg20160719.
Chang Z F, Chen X L, Chen Y J, et al. 2016. The co-seismic ground failure features and seismogenic structure of the Jinggu MS6.6 earthquake. Chinese J. Geophys. (in Chinese),59(7):2539-2552,doi:10.6038/cjg20160719.