元謀斷裂帶晚第四紀(jì)活動性與地震地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

盧海峰

元謀斷裂帶晚第四紀(jì)活動性與地震地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

盧海峰1, 2, 3

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所 新構(gòu)造運(yùn)動與地質(zhì)災(zāi)害實驗室, 北京 100081; 2.中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所 中國地質(zhì)調(diào)查局新構(gòu)造與地殼穩(wěn)定性研究中心, 北京 100081; 3.中國地震局 地殼應(yīng)力研究所, 北京 100085)

活動構(gòu)造與地震地質(zhì)方面研究揭示, 中國南北地震帶西南邊緣的元謀斷裂帶晚第四紀(jì)活動特征總體表現(xiàn)為北強(qiáng)南弱, 活動性質(zhì)由北段(江邊以北)全新世伸展性左行走滑、向南逐步過渡為全新世早中期的剪切性左行走滑、至南段(羅川以南段)晚更新世擠壓式整體抬升和全新世活動不明顯特征。綜合地震地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特點的調(diào)查結(jié)果表明, 元謀斷裂帶北段震害特點表現(xiàn)為地表形變、新滑坡體產(chǎn)生和老滑坡體復(fù)活、崩塌及地裂縫發(fā)育、泥石流和砂土液化等。斷裂帶中段(江邊?羅川段)控制的盆地邊緣主要發(fā)育了大面積洪積扇體, 在水流作用下易引起泥石流; 此外, 老滑坡體復(fù)活、局部崩塌、軟土變形和砂脈等現(xiàn)象也較發(fā)育。南段(羅川以南段)災(zāi)害則以沿斷層破碎帶的塌方、老滑坡體復(fù)活、局部泥石流等為主。元謀斷裂帶的晚第四紀(jì)活動性質(zhì)、地震災(zāi)害類型及分布特征表明, 該斷裂帶晚第四紀(jì)活動性分段特征明顯影響著構(gòu)造帶上及其附近的地震地質(zhì)災(zāi)害類型、分布特征及未來地震活動趨勢, 斷裂北段更易誘發(fā)中?強(qiáng)震, 且該構(gòu)造帶晚更新世以來的伸展?剪切變形作用和地震活動均具有向南擴(kuò)展的趨勢。認(rèn)識元謀斷裂帶晚第四紀(jì)變形特征與地震地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特點對于深入探索青藏高原東南緣新構(gòu)造期以來的構(gòu)造變動、機(jī)理與引起的震害響應(yīng)關(guān)系, 以及進(jìn)一步開展該區(qū)工程場地選址和地震地質(zhì)災(zāi)害防治等工作意義重大。

元謀斷裂帶; 晚第四紀(jì)活動性; 地震地質(zhì)災(zāi)害; 地震活動趨勢; 場地選址和災(zāi)害防治

0 引 言

地震的發(fā)生與地質(zhì)構(gòu)造之間存在著密切的聯(lián)系, 且伴隨的斷層位移往往可見于地表(H E古賓和松田時彥, 1983)。經(jīng)過多年觀察和論證, 地質(zhì)學(xué)家肯定了多數(shù)地表地震斷層都是地下震源斷層的直接延長部分或是其分支斷層達(dá)到地表的結(jié)果。換句話說, 斷層活動性質(zhì)直接影響著地震及其次生災(zāi)害的發(fā)生。

川滇菱形塊體是由深大斷裂所圍限的側(cè)向逃逸地塊(康來迅, 1991; 呂弋培等, 2002), 其周緣及其次級塊體邊界和內(nèi)部斷裂帶上地震頻發(fā)(圖1)。前人研究結(jié)果顯示, 川滇地區(qū)多為區(qū)域穩(wěn)定性程度欠佳的地區(qū), 可劃分成若干地震活動帶及活動區(qū)(申旭輝, 1996)。地震引起的次生災(zāi)害在川滇地區(qū)分布廣, 類型繁雜, 發(fā)生頻度高且危害嚴(yán)重。強(qiáng)震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的機(jī)制主要表現(xiàn)為: 斷層活動引起地表形變、地震產(chǎn)生新滑動面或?qū)е吕匣麦w復(fù)活、地震動破壞土體結(jié)構(gòu)而減少粘結(jié)力導(dǎo)致土體下滑和引起地下水位變化促使土體軟化或液化等。元謀斷裂帶作為滇中塊體內(nèi)部次級地塊的邊界活動構(gòu)造帶, 其構(gòu)造破碎帶寬度變化較大, 且晚第四紀(jì)(晚更新世10～12萬年以來, 包括晚更新世和全新世)的活動具有顯著分段性(鄧起東等, 1984), 這不僅影響著斷裂帶及其附近次生災(zāi)害的分布類型、特點和分布規(guī)模等, 對該斷裂帶沿線的地質(zhì)災(zāi)害評估和地震活動趨勢預(yù)測也具有重要意義, 同時為探索青藏高原東南緣新構(gòu)造期以來的構(gòu)造變動、機(jī)理與引起的震害響應(yīng)關(guān)系, 以及進(jìn)一步開展該區(qū)工程場地選址和地震地質(zhì)災(zāi)害防治等工作具有重要的借鑒。

1 元謀斷裂帶晚第四紀(jì)活動特征

廣義的元謀斷裂帶長約270 km, 位于中國南北地震帶的南西邊緣, 大致以S-N走向展布于米易以西、昔格達(dá)、江邊、元謀、一平浪、羅川和易門三家廠一帶(圖1), 南端與楚雄斷裂帶交匯, 北端與磨盤山斷裂帶銜接, 并控制著沿線多個盆地的演化(錢方等, 1991; 盧海峰, 2014; 盧海峰等, 2015)。

(a)、(b)、(c)、(d)、(e)為研究區(qū)不同段遙感影像及斷錯地貌變形解譯; (f)為研究區(qū)及鄰區(qū)遙感影像及地質(zhì)構(gòu)造分布。

1.1 斷裂主要活動方式

元謀斷裂構(gòu)造帶及其附近發(fā)育著大量的斷層面和破碎帶, 其構(gòu)造樣式具有明顯的分段性(圖2), 從北至南活動特征如下: ①金沙江以北的章木河和江邊以南一帶斷裂帶晚第四紀(jì)主要為伸展性活動方式(圖2a、b), 這種構(gòu)造樣式在金沙江以北斷裂帶上普遍發(fā)育, 如干海子?xùn)|淺黃色粉砂層內(nèi)發(fā)育的正斷層垂向錯距達(dá)80 cm; 干海子?xùn)|南斷裂帶上淺黃色粉砂層內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造面將厚約40 cm的泥質(zhì)標(biāo)志層垂向錯開80～90 cm, 該標(biāo)志層表現(xiàn)為同沉積形變過程, 斷層走向近S-N, 斷面傾向西, 為伸展性活動構(gòu)造樣式; 淺黃色粉砂層顏色及膠結(jié)程度、巖層變形強(qiáng)度表明, 該套地層的形成時間應(yīng)在晚更新世, 由此推測斷層的垂向滑動速率約0.04 mm/a。②構(gòu)造面陡立, 斷面擦痕近水平, 斷層上盤下移(圖2c、d、e), 反映了斷裂帶的伸展性走滑活動特征。③構(gòu)造面上發(fā)育水平擦痕(圖2f、g), 揭示了斷裂帶的剪切性走滑運(yùn)動特點。④近直立構(gòu)造面兩側(cè)巖石碎裂(圖2h)。⑤構(gòu)造面陡立, 上端表現(xiàn)為擠壓式正花狀構(gòu)造樣式(圖2i), 反映了斷裂帶的逆沖性走滑運(yùn)動特征。⑥構(gòu)造面陡傾, 構(gòu)造帶巖石破碎嚴(yán)重, 厚度大(圖2j、k、l), 反映了斷裂帶強(qiáng)烈擠壓變形。

圖2 元謀斷裂帶斷錯地層、地貌及形跡特征

1.2 斷裂帶最新活動時間

研究已表明, 斷裂帶具有明顯的近期強(qiáng)活動時限分段。江邊以北, 斷層最新活動時間晚于12.83±1.09 ka (盧海峰和姬志杰, 2011), 并錯斷了金沙江支流的T1、T2階地面(圖3a), 為全新世活動斷層; 江邊南側(cè), 斷層活動不僅引起了大量的砂脈構(gòu)造發(fā)育, 揭示了最新強(qiáng)活動時間約7 ka(圖3b)(盧海峰和唐永忠, 2018), 并錯斷了龍川江支流的T2階地面, 但未明顯引起T1階地面的變形(圖3c); 且不同期形成的沖溝微地貌變形均反映了斷層的左旋走滑運(yùn)動方式(圖3d)。

一平浪南的瑤村附近, 河流T2階地面(OSL: 37.32±3.17 ka; 中國地震局地殼應(yīng)力研究所釋光測年實驗室)垂向錯動2～3 m, 河流水平左向彎曲達(dá)百米, T1階地面未遭受變形(圖3e); 此處北側(cè), 斷層顯著左行錯動平行排列且長1～1.2 km的沖溝(圖3f), 水平錯距累計達(dá)80～90 m; 構(gòu)造帶兩側(cè)地貌面(相當(dāng)于T2階面)的垂向落差達(dá)2～3 m(高精度差分GPS測量), 斷層帶上淺黃白色粉砂層發(fā)育了寬緩褶皺。此處侵蝕速率(1～2 cm/a)表明, 晚更新世以來, 斷層水平滑動速率約為1 mm/a, 垂向滑動速率為0.05～0.07 mm/a。

下雷弄村附近龍川江T4階地面發(fā)育的山體左旋變形和沖溝累計位移均不少于245 m(圖3g、h), T4階地的形成時間約500 ka(張葉春等, 1999), 高精度GPS測量的T4階地面垂向落差約30 m(盧海峰, 2014), 由此推測, 中更新世中晚期以來斷層左旋走滑速率超過0.49 mm/a, 垂向滑動速率約0.06 mm/a。

羅川盆地東, 斷層沿線發(fā)育了大量的滑坡體和破碎帶(圖4), 老耳村南側(cè)的星宿江T2階地面沿河道一側(cè)平行展布, T2階地外側(cè)的T1階地同樣順河道平行發(fā)育。斷層活動引起的垮塌體與河流T1階地(Qh1al)和T2階地(Qp3～Qp3al)之間的接觸關(guān)系表明, 斷層最新強(qiáng)活動之后, 構(gòu)造帶及其附近發(fā)育了大量滑坡, 阻擋了先前河流的流向, 引起了河道拐彎, 之后的河道兩側(cè)發(fā)育了T2和T1階地。且在T2階地面形成之后, 跨斷層地貌未發(fā)生明顯變形, 此處星宿江T3階地面未顯著發(fā)育。依據(jù)區(qū)域?qū)Ρ? 綠汁鎮(zhèn)面板凳村附近星宿江T2階地面形成時間為37.32±3.17 ka, 說明此處斷層的最新強(qiáng)活動時間發(fā)生在T2、T3階地面形成之間, 即晚更新世中晚期。此外, T3階地面的未成熟發(fā)育進(jìn)一步說明, 該區(qū)段地表垂向落差不大, 突出了整體抬升的地表過程。

綜上調(diào)查研究結(jié)果可知, 元謀斷裂整體活動上表現(xiàn)為北強(qiáng)南弱, 北段由伸展性左行走滑向南逐步過渡為壓扭性左行走滑, 至南段(羅川以南段)斷裂區(qū)總體抬升和全新世活動不明顯等特征。這種構(gòu)造活動特點預(yù)示著元謀斷裂發(fā)育區(qū)的地震次生災(zāi)害類型既有明顯的共性(構(gòu)造帶上巖石破碎、山石崩落、多滑坡和堰塞湖等), 也有因斷層活動分段表現(xiàn)出的差異性(伸展性斷層的下降盤易發(fā)生洪積扇體的遷移; 走滑活動段易形成斷塞塘、堰塞湖等; 擠壓構(gòu)造帶巖石變形強(qiáng)烈、破碎嚴(yán)重, 易形成大量滑坡體等)。

2 斷裂帶上地震地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型及特點

研究已經(jīng)證實: 活斷層是地震、崩塌、滑坡、地裂縫、地表斷錯、火山爆發(fā)等多種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的誘發(fā)因素, 地震又可誘發(fā)地體變形、新滑動面產(chǎn)生、老滑坡體復(fù)活、土體結(jié)構(gòu)破壞、地下水位變化和土體軟化液化等地質(zhì)災(zāi)害, 并由此對工程設(shè)施和生命財產(chǎn)造成重大威脅。

元謀斷裂帶及鄰區(qū)地形資料顯示, 化同以北段東側(cè)的主支溝幾乎呈東西流向; 斷裂西側(cè)沖溝流向凌亂, 自金沙江江邊向南至化同一帶, 沖溝東西流向趨勢逐漸清晰(圖2m)。上述沖溝流向與斷層的切錯關(guān)系反映了斷層兩側(cè)地貌落差沿構(gòu)造帶向南逐漸減少。這種地貌特征, 往往伴隨著斷層一側(cè)發(fā)育大量洪積扇, 這些洪積扇沿盆緣連接成洪積裙(圖5), 其中面積最大是相樹村洪積扇。區(qū)域?qū)Ρ群途C合前人資料(錢方等, 1991), 這些洪積扇形成均晚于上新世晚期以來本區(qū)層狀地貌開始發(fā)育的時間, 為第四紀(jì)洪積扇體。麻栗樹及南側(cè)一帶, 新、老洪積扇接觸關(guān)系清晰可辨, 老洪積裙扇頭有切溝發(fā)育, 新洪積扇向老洪積扇下部遷移(圖6), 規(guī)模比老洪積扇體小, 主要順沖溝兩側(cè)附近發(fā)育, 表明此處斷層?xùn)|盤上升活動, 同時暗示了斷層兩側(cè)的垂向落差有所減弱, 揭示斷裂活動強(qiáng)弱對地貌形態(tài)差異的控制作用; 橫切構(gòu)造帶的地貌落差在強(qiáng)水動力作用下易引起大量洪積物流向下游, 產(chǎn)生泥石流。化同以南至羅川盆地北, 近東西向沖溝規(guī)模小, 順斷層走向發(fā)育一支或數(shù)支近南北流向河流, 揭示了該處斷層段是以走滑運(yùn)動為主的主支構(gòu)造面或幾條并行排列的次級構(gòu)造組成, 這些相對較寬的斷層破碎帶在新生構(gòu)造面驅(qū)動下, 易引起小型滑坡帶和邊坡物質(zhì)崩落帶。羅川盆地南, 斷裂帶及兩側(cè)沖溝因斷層活動卻未見明顯的地表徑流等規(guī)律性變形, 反映斷層帶整體性抬升特征。

(a) 灣子村附近金沙江支流階地地貌的斷錯特征; (b) 江邊中學(xué)南側(cè)探槽揭示的砂脈構(gòu)造; (c) 茂芷村東側(cè)斷錯的T2階地地貌及殘余陡坎等; (d) 下雷弄村斷層帶上的微地貌變形; (e) 瑤村附近的斷錯河流地貌; (f) 瑤村附近的斷錯沖溝地貌; (g) 下雷弄村附近發(fā)育的斷層地貌; (h) 下雷弄村一帶的google earth地貌變形。

圖4 羅川盆地東斷層帶及滑坡體地貌

圖5 元謀斷裂帶上構(gòu)造盆地三維地貌形態(tài)特征(白虛線代表斷層平面展布)(SPOT5遙感影像, 2.5 m精度, 北京中景視圖科技有限公司)

圖6 麻栗樹?南溪一帶新老洪積扇體發(fā)育影像圖(Google Earth)

盡管斷裂帶沿線分布的元古宇和中生界總體上為堅硬巖石, 而斷裂帶本身的活動性質(zhì)卻揭示出斷裂帶演化的地質(zhì)歷史久遠(yuǎn), 破碎帶最寬處達(dá)數(shù)百米, 強(qiáng)烈擠壓變形產(chǎn)生的碎裂巖石沿構(gòu)造帶大量發(fā)育(圖7), 橫穿斷裂帶的沖溝河流就會攜帶著這些碎裂物質(zhì)流向下游, 引發(fā)泥石流。

在斷裂帶北段紅格和中段那達(dá)一帶, 常發(fā)育地裂縫, 這些裂隙南北走向并行排列數(shù)條(圖8a)。同時陡坡崩塌、滑坡、軟土變形常見。這些地表形變沿構(gòu)造線集中分布, 具有形態(tài)多樣化、多期復(fù)發(fā)和疊置現(xiàn)象等特點, 初步反映了新構(gòu)造期斷裂活動次生災(zāi)害的復(fù)雜性。

江邊中學(xué)東發(fā)育龍街組灰綠色細(xì)砂、粉砂層(以NWW走向展布, 分布區(qū)長約113 m), 與北側(cè)的滑坡體和侏羅紀(jì)灰綠色粉砂巖、砂巖相均以沉積接觸(圖8b)。此處的龍街組, 地層整體略向SW向傾斜, 底層傾向214°, 最大傾角可達(dá)約54°。其底層粉砂樣品的測試結(jié)果為20.82±2.12 ka(OSL, 中國地震局地殼應(yīng)力研究所釋光測年實驗室), 龍街組下段橫向上連續(xù)完整, 無明顯水平、垂向或斜向錯動; 上段因重力作用局部發(fā)育垂向裂隙, 裂隙兩側(cè)地層產(chǎn)狀明顯不同, 分別為175°∠25°(裂隙東側(cè)的地層)和300°∠3°(裂隙西側(cè)的地層, 略西向傾斜)。另在上述的小滑坡體與基巖(J)砂質(zhì)板巖接觸處發(fā)育了大量斜向擦痕和階步, 擦痕側(cè)伏方向為335°、側(cè)伏角為20°和側(cè)伏方向為340°、側(cè)伏角25°, 滑動面產(chǎn)狀為NW300°∠40°, 滑面上擦痕產(chǎn)狀為NE20 °∠85°。此外, 滑面處還有一層面被擠壓成“薄皮”, 滑面上發(fā)育的擦痕、階步指示了滑坡體沿主斷層帶西側(cè)南西向下滑, 滑向與山體自然斜坡一致, 這種滑動可能與較早期斷層活動引起的構(gòu)造破碎物或山坡上坡積物的松動有關(guān)。茂芷村東斷層帶(斷層谷地)西側(cè)發(fā)育一滑坡體(圖8c), 滑動面產(chǎn)狀為NE85°∠40°, 該滑坡體下部巖層具有與滑面另一側(cè)巖層序列相似, 這種特殊滑面兩側(cè)巖性可對比性是否能夠反映斷層活動時限尚需進(jìn)一步探討, 卻能夠反映出斷層谷地多發(fā)育滑坡現(xiàn)象。雷布村東北側(cè)東西向沖溝內(nèi)發(fā)育一現(xiàn)代滑坡體(圖8d), NW傾向的犁式滑面兩側(cè)巖性均為淺黃色粉砂層, 東側(cè)巖層近水平, 西側(cè)巖層發(fā)生順時針旋轉(zhuǎn), 淺黃色粉砂層附近的露頭為斷層活動造成的破碎物, 易滑坡。20世紀(jì)70年代, 此處為一壩塘, 滑動面的形成可能與斷層破碎帶上物質(zhì)的不穩(wěn)定性和壩塘積水作用有關(guān)。波亨滑坡體是順南北走向斷層發(fā)育較寬的破碎帶(圖8e), 此處混雜堆積體、垮塌體分布較廣, 地貌形態(tài)上具有左行扭動變形和疊置特征。上述滑坡現(xiàn)象反映了斷層帶上或附近多發(fā)育滑坡地貌類型, 可能與斷裂帶直接活動或活動后形成的堆積物穩(wěn)定性差有關(guān)。

總之, 元謀斷裂帶明顯分段活動除了引起地震頻度的差異之外, 也因較早期強(qiáng)烈構(gòu)造活動和巖石碎裂等地質(zhì)特征, 構(gòu)造沿線崩塌物、滑坡、地裂縫、盆緣軟土變形、局部泥石流及局部塌陷等次生災(zāi)害相對發(fā)育。

(a) 化同盆地南側(cè)水庫處的斷層基巖破碎帶, 鏡向N; (b) 羊街鄉(xiāng)上村北褐黃色粉砂巖, 鏡向S; (c) 祿豐縣一平浪鎮(zhèn)河壩基巖地層, 鏡向SE; (d) 祿豐縣彩云鎮(zhèn)廣運(yùn)廠西紫褐色泥巖破碎帶, 鏡向N; (e) 老耳村東基巖出露, 鏡向ES; (f) 多依村淺灰綠色泥巖產(chǎn)狀, 鏡向N; (g) 易門縣綠汁江鎮(zhèn)面板凳南斷層?xùn)|側(cè)的灰?guī)r地層, 鏡向N; (h) 綠汁江鎮(zhèn)西下各三郎灰色泥巖破碎帶, 鏡向NE。

(a) 那達(dá)村東側(cè)斷裂帶上的張性裂縫; (b) 江邊中學(xué)東滑坡體; (c) 茂芷村東斷裂帶西緣滑坡體; (d) 雷布村北側(cè)的20世紀(jì)70年代滑坡體; (e) 波亨東北側(cè)斷層帶上的多期復(fù)活滑坡體。

3 元謀斷裂帶上地震時空分布特征

地震歷史記錄顯示, 元謀斷裂帶上發(fā)生的地震主要集中在全新世活動較顯著的斷裂北段, 并包括幾次中?強(qiáng)震, 如1955年9月1日、23日四川會理魚蚱5級和6.7級地震(震中: 會理縣和渡口市的交界處)、2008年8月30日的攀枝花6.1級地震和31日的攀枝花5.6級地震(震中位于攀枝花市區(qū)東南約50 km處)。

龍鋒等(2010)依據(jù)川、滇兩省寬頻帶數(shù)字地震波形資料和CAP方法反演了2008年攀枝花S6.1地震序列中L≥4.0地震的震源機(jī)制解(表1), 認(rèn)為S6.1級主震和6次L≥4.0余震均是左行走滑為主的斷層作用結(jié)果。進(jìn)一步結(jié)合余震與烈度分布(圖9a)以及震區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造, 可判定S6.1 主震的發(fā)震斷層走向N5°E, 傾向西, 傾角83°, 滑動角5°, 這與震中附近的川滇塊體內(nèi)部近S-N向紅格斷裂(即元謀斷裂北段)的斷層活動參數(shù)完全一致, 說明元謀斷裂帶的北段應(yīng)是這次地震的發(fā)震構(gòu)造。該發(fā)震構(gòu)造面陡立, 以晚第四紀(jì)走滑性質(zhì)為主, 構(gòu)成了川滇地區(qū)重要的次級構(gòu)造單元分界線。因此, 攀枝花S6.1地震序列成因的構(gòu)造動力源是川滇塊體的SE-SSE向水平運(yùn)動結(jié)果。

Bai et al. (2010)研究認(rèn)為, 云南和川西存在一個低速高導(dǎo)層的塑性中地殼, 地震多發(fā)生在具有脆性巖石特征的上地殼下部; 而多震層變形機(jī)理可通過震源機(jī)制解獲取(Wang et al., 2015)。2008年8月31日發(fā)生的攀枝花5.6級地震, 震源深度達(dá)20 km, 而下地殼或下地幔內(nèi)無震發(fā)生, 反映了該區(qū)強(qiáng)震多發(fā)生在深大斷裂上(張瑞青和吳慶舉, 2008)。2008年的兩次中強(qiáng)震均發(fā)生在元謀斷裂的同一位置, 震源機(jī)制解表明兩次地震均以走滑為主(蔣長勝和鄭勇, 2008)。因此, 這些強(qiáng)震主要是元謀斷裂北段(江邊以北段)走滑活動的表現(xiàn)。

2010年2月25日12時56分, 云南省祿豐縣、元謀縣交界處(GPS: 25.4°N, 101.9°E)發(fā)生了5.1級地震, 震中位于祿豐縣高峰鄉(xiāng)與元謀縣羊街鄉(xiāng)交界附近, 震源深度16 km, 極震區(qū)烈度為Ⅵ度。據(jù)云南省地震臺網(wǎng)測定, 截止2010年2月28日21時, 祿豐?元謀5.1級地震序列共發(fā)生1.0級以上地震52次, 其中1.0～1.9級地震34次, 2.0～2.9級地震13次, 3.0～3.9級地震4次, 5.1級地震1次。其震源機(jī)制解揭示震中最大水平主壓應(yīng)力方向為NW-SE向(圖9b)和走滑型活動構(gòu)造背景, 震源機(jī)制反映出的兩正交平面走向均與此處元謀斷裂的走向(南北向)存在較大夾角。此外, 中國地震局震災(zāi)應(yīng)急救援司給出的地震烈度圖表明, 宏觀震中位于祿豐縣高峰鄉(xiāng)?元謀縣羊街鎮(zhèn)一帶(圖9b); 同時, 極震區(qū)烈度為Ⅵ度, 個別點達(dá)Ⅶ度破壞, 等震線形狀呈橢圓形, 長軸為NWW-SEE走向。綜合該次地震震源機(jī)制解和地震烈度圖, 可以初步判斷出地震的發(fā)震構(gòu)造可能為走向102°的節(jié)面所代表的發(fā)震斷層面, 或可能是孤立地震, 與元謀斷裂無關(guān)。因為元謀運(yùn)動后, 元謀斷裂中?北段區(qū)域最大水平主壓應(yīng)力方向由NNE-SSW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹NW-NW至SSE-SE向(盧海峰, 2014)。因此, 筆者推斷該次地震可能為上地殼沿塑性滑脫面(低速高導(dǎo)層)運(yùn)動、變形導(dǎo)致局部巖石破裂而產(chǎn)生的孤立地震。2012年10月75日7時07分, 云南省祿豐縣一平浪鎮(zhèn)附近(GPS: 25.1°N, 101.9°E)再次發(fā)生里氏4.4級地震, 震源深度10 km, 現(xiàn)場無地表破壞形跡特征, 可能也為元謀斷裂帶附近的孤立地震。

綜上可知, 在最近的地震活動階段, 元謀斷裂北段中強(qiáng)地震活動顯著, 而江邊以南段地震活動較弱。根據(jù)每次地震及主余震關(guān)系可以判定, 斷層北段上發(fā)生的地震均與該該斷裂現(xiàn)今較強(qiáng)走滑活動有關(guān), 而中?南段附近的地震可能與地殼變形引起的巖石局部脆性破裂或附近的NW走向構(gòu)造帶活動有關(guān), 多屬于孤立地震。

4 元謀斷裂帶與地震活動的關(guān)系

絕大部分地震是由于地殼中的巖石突然破裂或已有的斷裂再次突然錯動而引起的地殼震動。淺源大地震可引起地殼破裂至地表, 而小地震一般無足夠的能量將地震破裂延伸或延伸至地表。因此, 大震常常是活動斷裂直接活動的表現(xiàn)(H E 古賓和松田時彥, 1983)。

表1 2008年8月30日攀枝花6.1級主震及6次ML≥4.0余震震源機(jī)制解參數(shù)(據(jù)龍鋒等, 2010)

(a) 2008年攀枝花?會理6.1級地震序列的震中、震源機(jī)制解及烈度分布圖(龍鋒等, 2010); (b) M5.1地震震源機(jī)制解(中國地震臺網(wǎng)中心, 2010)及祿豐?元謀5.1級地震烈度分布圖(中國地震局震災(zāi)應(yīng)急救援司, 2010), 震源機(jī)制解參量: NP1: Strike=12, Dip= 89, Slip=?26; NP2: Strike= 102, Dip= 63, Slip=?179。

上述斷裂活動特征表明, 元謀斷裂晚第四紀(jì)(晚更新世以來)活動特征具有明顯的分段性, 江邊以北段全新世活動性最為顯著, 江邊?羅川段的最新活動為晚更新世末?全新世早期; 而羅川以南段最新活動時代為晚更新世中晚期。上述歷史地震時空分布、震源機(jī)制解及其烈度分布顯示, 元謀斷裂帶北段歷史上相對頻繁的中強(qiáng)震與該構(gòu)造全新世較顯著的活動性有關(guān), 而中?南段的歷史強(qiáng)震活動弱, 已有中等震地震烈度的橢圓長軸和震源機(jī)制解多顯示為孤立地震特點, 而均與元謀斷裂帶無明顯的直接相關(guān)性。這些現(xiàn)象說明元謀斷裂中?南段近代構(gòu)造活動性明顯弱于北段。

元謀斷裂帶上新世以來主要受早期(上新世?早更新世)NNE-SSW向和晚期(元謀運(yùn)動之后, 中更新世以來)NNW向(斷裂北段)與NW-NWW向(斷裂中?南段)最大水平主壓應(yīng)力作用(盧海峰, 2014)。因此, 該斷裂帶北段的區(qū)域水平主壓應(yīng)力場與構(gòu)造破裂方向夾角小, 有利于斷裂帶的S-N向左行平移運(yùn)動, 且伸展特征在北部較為明顯。而該斷裂帶的中?南段因受到NW-NWW向區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場作用, 構(gòu)造應(yīng)力場與斷裂破裂方向交角較大, 尤其是在斷裂帶下雷弄、化同?秧田井和一平浪?羅川一帶, 其夾角較大(盧海峰, 2014), 斷裂傾斜活動明顯, 這對以左行走滑運(yùn)動性質(zhì)為主的元謀斷裂活動具有明顯的限制作用, 從而導(dǎo)致斷裂帶晚第四紀(jì)走滑活動性明顯減弱。

可見, 元謀斷裂帶晚更新世以來的活動強(qiáng)度表現(xiàn)為北強(qiáng)南弱, 且隨北側(cè)NNW-SSE向構(gòu)造擠壓作用的進(jìn)一步加強(qiáng), 構(gòu)造活動具有逐步南遷的趨勢, 地震活動也可能伴隨斷裂帶活動南遷趨勢向南發(fā)展, 但發(fā)展趨勢因受NW-NWW向構(gòu)造應(yīng)力場和NW向構(gòu)造線的阻隔作用相對緩慢。

5 元謀斷裂帶上地震地質(zhì)災(zāi)害危險性

在元謀斷裂帶昔格達(dá)南至姜驛一帶, 因分布大量斷層破碎帶, 地震造成的滑坡體、崩塌隨處可見(圖10)。向南至龍街盆地?元謀盆地一帶, 元謀斷裂中更新世以前活動所引起的中生界逆沖至元謀組或早更新世洪積物之上和中更新世以來的走滑作用, 產(chǎn)生了大量不同時代的滑坡體、地裂縫、滾石、地表碎石土、軟土變形和砂脈構(gòu)造等, 并沿斷裂破碎帶線性展布。在化同至羊街盆地一帶, 作為斷層構(gòu)造活動性質(zhì)的轉(zhuǎn)換帶, WNW-ESE向擠壓作用異常突出, 巖石破碎, 泥石流多發(fā), 并于2010年發(fā)生祿豐?元謀S5.1地震。其中一平浪盆地(或舍資盆地)和羅川盆地均為元謀斷裂帶上的拉分盆地, 周圍相對山體落差不大, 不易發(fā)生地震次生災(zāi)害。而在羅川盆地以南, 因山體高大, 巖石遭受多組方向構(gòu)造帶的擠壓作用, 破碎嚴(yán)重且破碎帶厚度大, 極易引起較大滑坡體和大規(guī)模的泥石流。

(a) 姜驛西沖溝內(nèi)發(fā)育的斷層新、老破碎帶, 寬數(shù)百米; (b) 姜驛西沖溝內(nèi)斷層帶上的滑塌體, 由半膠結(jié)的沖洪積物構(gòu)成; (c) 2008年8月30日6.1級攀枝花地震引起的垮塌, 垮塌體折面與巖層層面近垂交。

總之, 由于元謀斷裂帶形成時代早且活動頻繁(錢方等, 1991), 上新世?晚更新世持續(xù)顯著活動, 而且該斷裂全段在晚更新世以來具有明顯的分段活動性, 該構(gòu)造發(fā)育區(qū)內(nèi)的巖石多破碎, 垮塌體、滑坡體及洪積扇沿構(gòu)造線較發(fā)育, 尤其是北段的中?強(qiáng)地震易發(fā)。因此, 在分析評價該區(qū)的地震地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險時, 對于斷裂北段因地震活動及其引起的次生地震地質(zhì)災(zāi)害和中?南段早期活動遺留的次生地質(zhì)災(zāi)害均需引起足夠的重視。

6 結(jié)論與認(rèn)識

依據(jù)元謀斷裂帶晚第四紀(jì)活動性、斷裂帶及其附近地質(zhì)露頭所揭示的地質(zhì)災(zāi)害類型、分布及特點等, 分析了構(gòu)造帶展布及其活動性與地質(zhì)災(zāi)害類型、分布及其特征, 詳細(xì)論述了構(gòu)造帶活動性分段與地質(zhì)災(zāi)害之間的關(guān)系, 得到以下結(jié)論:

(1) 元謀斷裂帶及其附近地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特點綜合顯示, 斷裂北段主要表現(xiàn)為地表形變、新滑坡體產(chǎn)生和老滑坡體復(fù)活、崩塌及地裂縫發(fā)育、泥石流和砂土液化等。中段(江邊?羅川段)控制的盆地邊緣主要發(fā)育了大面積洪積扇體, 在水流作用下易引起泥石流; 此外, 老滑坡體復(fù)活、局部崩塌、軟土變形和砂脈等現(xiàn)象也較突出。南段(羅川以南段)則以沿斷層破碎帶的塌方、老滑坡體復(fù)活、局部泥石流等災(zāi)害為主。

(2) 元謀斷裂帶活動特征總體表現(xiàn)為北強(qiáng)南弱、北段由伸展性左行走滑向南逐步過渡為壓扭性左行走滑、至南段(羅川以南段)斷裂區(qū)的整體抬升和全新世活動不明顯等, 這種構(gòu)造性質(zhì)包含了元謀斷裂發(fā)育區(qū)的地震次生災(zāi)害類型既存在顯著的共性(構(gòu)造帶上巖石破碎, 山石崩落, 多滑坡、堰塞湖等), 也因斷層活動方式不同而表現(xiàn)出災(zāi)害類型的差異性(伸展性斷層的下降盤易發(fā)生洪積扇體的遷移; 走滑活動段易形成斷塞塘、堰塞湖等; 擠壓構(gòu)造帶巖石強(qiáng)烈變形、破碎嚴(yán)重, 易形成大量滑坡體等)。

(3) 元謀斷裂帶晚第四紀(jì)活動性質(zhì)、地震地質(zhì)災(zāi)害特點及分布規(guī)律表明, 斷裂帶晚第四紀(jì)活動性分段明顯影響著構(gòu)造帶上及其附近的地質(zhì)災(zāi)害類型、分布特征及未來地震活動趨勢, 斷裂北段更易誘發(fā)中?強(qiáng)震, 且該構(gòu)造帶晚更新世以來的伸展?剪切變形作用和地震活動均具有向南擴(kuò)展的趨勢。

致謝:匿名審稿專家提出了寶貴的修改建議, 在此表示衷心的感謝。

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Relationship Between Activity of the Yuanmou Fault and Earthquake-induced Geological Disaster During the Late Quaternary

LU Haifeng1, 2, 3

(1. Key Laboratory of Neotectonic Movement and Geohazard, Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China; 2. Research Center of Neotectonism and Crustal Stability, China Geological Survey, Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China; 3. Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085, China)

The Yuanmou Fault is an important active fault, which is located at the southwest part of the south-north- trending earthquake belt. Field investigations and geomorphic analyses showed that the Yuanmou fault is characterized by the transtensional left-lateral strike-slipping in the north, the simple shearing at the central part and the overall uplift in the south due to the compressional deformation. The variable activities of different sections of the Yuanmou Fault revealed the southward decline of active intensity since the late Pleistocene. Thus, the earthquake-related geological disasters in these three sections also show different deformational types with the birth and recurrence of landslides, collapse and ground fracture in the north, debris flow, recurrence of paleolandslides, local collapse and liquefaction in the central part, and collapse along the fault damage zone and local debris flow in the south. The late Quaternary activities and earthquake-induced disasters of the Yuanmou Fault suggested that the segmentation may control significantly the hazard types, distribution pattern and seismic risk in the future. The northern segment is prone to trigger large- and moderate earthquakes, and gradually propagate southward. The findings concerning the late Quaternary seismic activities and geologic hazards of the Yuanmou Fault would throw light on the understanding of the tectonic movement, earthquake mechanism and geomorphic response of the active tectonics in the southeastern Tibetan Plateau, and contribute to the engineering site selection and disaster prevention.

the Yuanmou Fault; Late Quaternary activity; seismic geological disasters; seismic activity trend; engineering site selection and disaster prevention

2019-10-01;

2020-09-20

國家自然科學(xué)基金項目(41002074)、國家公益性重大專項(201108001)和中國地質(zhì)調(diào)查局項目(DD20190018)聯(lián)合資助。

盧海峰(1975–), 男, 副研究員, 從事構(gòu)造地質(zhì)、地震地質(zhì)學(xué)研究工作。Email: luhf_0_0@sohu.com

P546; P694

A

1001-1552(2021)03-0478-014

10.16539/j.ddgzyckx.2021.03.002