2014年5月云南盈江MS5.6、MS6.1地震发震构造分析

2015-12-22黄小龙吴中海赵小艳吴坤罡黄小巾杜锦锦

地球学报 2015年6期

黄小龙,吴中海,赵小艳,吴坤罡,黄小巾,杜锦锦

1)中国地质科学院地质力学研究所,北京 100081; 2)北京大学,北京 100871; 3)云南省地震局,云南昆明 650091; 4)中国地质大学(北京),北京 100083; 5)首都师范大学,北京 100048

黄小龙1,2),吴中海1)*,赵小艳3),吴坤罡1,4),黄小巾5),杜锦锦4)

2014年5月云南省盈江县先后发生MS5.6、MS6.1地震,为确定它们的发震构造及其所反映的区域活动构造格局,笔者围绕该区开展了地震烈度调查、活动构造遥感解译、地质构造及构造地貌野外调查、震源机制解及余震分布资料分析等工作。调查与分析表明,两次地震的宏观震中均位于盈江县勐弄乡麻栗坡村附近,但发震断层明显不同。前者为NE走向左旋走滑的昔马—盘龙山断裂,后者为近SN向右旋走滑的苏典断裂。历史地震资料显示,盈江地区的地震活动多以5～6级的中-强震为主,并具有明显的群发性和沿SN向断层迁移的特征。在实皆断裂及滇西内弧带的共同作用下,腾冲地块内以大盈江断裂为界,北部主要发育近SN向右旋走滑断裂,南部则以NE向左旋走滑断裂为主,其中近SN向断层晚第四纪活动性更强。关键词: 盈江地震; 发震断层; 地震烈度; 苏典断裂; 腾冲地块

据中国地震台网中心(CENC)测定,2014年5月24日及5月30日,云南省德宏傣族景颇族自治州盈江县先后发生MS5.6和MS6.1地震。地震共造成盈江县及其周边地区16个乡镇共85个村庄的房屋受损、4万余户群众受灾。哈佛大学(HRV)和美国国家地震台网中心(NEIC)也给出了观测结果(表1),显示两次地震的震中位置十分接近,都位于盈江县城NNW方向的卡场镇附近。历史地震资料显示,盈江地区5～6级左右的中强震活动频繁,自1929年以来共发生5级及以上地震27次,2008年以来该地区地震活动更为频繁。高频率的地震活动,给当地人民的生产生活带来严重的影响和巨大的损失,因此急需该地区的地震及断层活动资料,为下一步的防震减灾工作提供地质依据。然而盈江地处我国滇西南与缅甸交界地带,历史上无强震发生,前人对该区调查研究较少。2008年以后,该区连续发生多次5级以上的地震活动,引起许多学者的关注并进行了一系列的研究工作。如: 大盈江断裂晚第四纪以来活动性的研究(安晓文等,2009; 常祖峰等,2011); 2008年以来地震参数与发震断层关系的研究、震源机制解及区域应力场研究等(徐彦等,2012;赵小艳等,2012; 邓菲和刘杰,2014)。在目前的研究工作中,对区内主要断层及其活动性的研究还较少,对区内活动构造格局的认识还不统一,对主要控震构造的方向还有争论。震后,笔者开展了地震烈度和发震断层的地表调查工作,进而对此次地震的发震构造及区内主要活动构造的格局开展初步的讨论。

图1 盈江及其邻区地质简图(A)和地质剖面图(B)Fig. 1 The geology diagram of Yingjiang and its adjacent area (A) and the geological profile (B)

表1 不同地震台网所记录的地震参数Table 1 Seismic parameters recorded by different seismic networks

盈江地区地处横断山脉的西南端,区域构造上位于三江褶皱带西部的腾冲地块内。出露的最老的地层为元古界高黎贡山群变质岩,局部地区出露有奥陶系、志留系、泥盆系和石炭系。在大盈江两岸及苏典断裂沿线发育第四纪盆地,充填了第四纪冲洪积堆积。地质历史上岩浆活动强烈,形成了门类齐全的火成岩基岩带(云南省地质矿产局,1990)。受喜山运动的影响,区内新构造活动强烈,始新世初期受特提斯俯冲和印度与欧亚大陆碰撞的影响,区内构造活动以具有左旋走滑的逆冲断裂为主; 渐新世—中新世,区内构造活动主要受右旋走滑的那邦断裂和高黎贡山断裂的控制(季建清等,2000; 毛玉平等,2003); 中新世末期—上新世早期,由于大陆的进一步汇聚使腾冲地块发生顺时针的旋转,加之受实皆断裂右旋走滑活动的影响,形成了区内以近SN向和NE向断层为主的活动构造格局。遥感资料解译表明腾冲地块内主要存在上述两组方向上的断裂并以大盈江断裂为界,南部主要发育以龙川江断裂、大盈江断裂等为代表的左旋走滑断裂,北侧主要发育以固东—腾冲断裂、猴桥—中和断裂、槟榔江断裂、苏典断裂等近SN向右旋走滑断裂(图5a)。区内火山活动强烈,仅在腾冲一带就分布有六十余座第四纪火山,在苏典等断裂附近亦分布有多处受断层控制的新近纪玄武岩地层(图1)。

1 地震烈度调查

此次调查共获得50个有效的地震烈度调查点,综合所有调查点绘制等震线图(图2)。结果显示,MS6.1地震的宏观震中位于盈江县勐弄乡麻栗坡村,坐标N24°54'42.10"、E97°53'59.40",宏观震中建筑物破坏严重(图版I-i,j)烈度可达Ⅷ度。此外在Ⅵ度区存在麻竹岭杆村和盘龙山村两个Ⅶ度异常点,分析认为两个村子均临沟而建,它们的烈度异常均受地形放大效应影响(刘洪兵和朱晞,1999),并与前后两次地震破坏效果的叠加有关。

图2 盈江MS5.6、MS6.1地震烈度图Fig. 2 Seismic intensities of the Yingjiang MS5.6 and MS6.1 earthquakes

2 发震构造分析

2.1 遥感解译与地表调查

为确定盈江地区两次地震的发震断层,笔者以宏观震中麻栗坡村为中心,开展了初步的活动断裂和构造地貌的调查。遥感解译及野外调查表明,附近存在两条晚第四纪以来存在明显活动的断层。

苏典断裂: 遥感图像及地形图件的综合解译表明,苏典断裂南起盈江盆地的北西侧,经勐典、黄草坝、苏典等地向北一直延伸至缅甸境内。断裂总长约80 km,其中中国境内长55 km左右,总体走向近SN,主体向西倾斜,在苏典乡北侧变为向东倾斜。断裂晚第四纪以来的活动十分明显,断层的最北端受尾端拉张作用的影响于盈江盆地的西北侧发育一三角形的断陷(图3a); 在勐典至苏典段,断裂呈左阶斜列,形成了串珠状的拉分盆地,南部为与昔马—盘龙山断裂共同控制的勐典盆地,中部为断层走滑拉分形成的宽约1.5 km菱形的黄草坝盆地(图3c),北部为苏典拉分盆地(图3c)及右旋错断可达1.5～2.1 km的勐嘎河(图3d); 在苏典北部断层经腊马河向缅甸延伸,控制了狭长的第四纪盆地Sadung的发育,右旋错动盆地中一条主要河流,偏移量可达0.6～1 km(图3e)。

野外调查发现,在苏典断裂南段滚塘寨附近于山前位置处存在一系列近SN向的反向坡(图版I-a)、与之平行的断层三角面及三角面下因冲沟偏移形成的断头沟(图版I-b)。该点北侧断裂为一系列平直的、线性的、近SN向的断层三角面(图版I-c)由该处向北延伸,控制了盈江盆地与勐典盆地之间的线性谷地。在菱形拉分的黄草坝盆地的东侧有一断层面出露(图版I-d),该断面表面光滑,上有擦痕发育(图版I-e),实测断面产状为285°∠80°,擦痕产状22°∠5°,18°∠7°,20°∠10°,25°∠11°,擦痕产状表明苏典断裂晚第四纪期间以右旋走滑为主。

沿苏典断裂采集新近纪的玄武岩样品进行测年,两组样品的年龄分别为4.83 Ma、4.42 Ma(表2),表明至少从上新世的早期苏典断裂就已经开始活动了。因沿断裂发育的玄武岩并未表现出沿冲沟流动的分布特征,表明现有冲沟多是在最年轻的新近纪玄武岩层形成之后发育的,可得出苏典断裂自4.42 Ma至今的平均活动速率值约为0.34～ 0.48 mm/a。

昔马—盘龙山断裂: 该断裂南起昔马盆地的北东侧,经河边寨向北东延伸,止于苏典断裂的西侧。断层长约30 km,总体走向约45°,向东倾斜倾角近于直立。遥感图像显示从昔马盆地的北东侧至勐弄乡西南,断层为一平直、线性特征明显的断层槽谷; 至勐弄附近,受新近纪玄武岩地层覆盖,断层线性特征不如南侧明显; 在勐典盆地的西侧断层的线性特征明显,并控制了勐典盆地的西侧边界。

野外调查发现,在松园村西南有一条走向50°左右的断层槽谷。槽谷西侧出露产状112°∠84°断面(图版I-f),其上滑槽发育,指示断层以左旋走滑活动为主(图版I-g)。沿断层向北,在盘龙山村的西南同样存在一走向约45°的断层槽谷。此外,在盘龙山村的北东侧山前,有一与断层走向一致的长条形山体(图版I-h),山体后部为一个走向与之一致延伸约1.5 km的断层挡水。调查表明昔马—盘龙山断裂晚第四纪以来具有明显左旋走滑。

表2 盈江晚新生代火山岩样品及其测年结果Table 2 Samples and dating results of late Cenozoic volcanic rocks in Yingjiang

2.2 发震断层分析

在MS6.1地震的等震线图中,Ⅵ度区与Ⅶ度区的长轴走向都在350°左右,等震线整体表现为长宽比略大于2的椭圆形,疏密变化不明显(图2)。指示发震断层走向近SN,以走滑活动为主,倾角较陡。余震分布(图4d)显示此次地震的余震主要分布在苏典断裂的西侧,优势方向为近SN向,指示发震断层走向近SN。

对于这次地震,滇西北实验预报场(以下简称实验场)、哈佛大学(HRV)及美国地质调查局(UCGS)分别给出了各自的震源机制解(表3,图3)。结果显示都存在走向约80°及走向350°左右的两组节面。其中节面Ⅰ指示一条走向近EW、倾角近于直立的左旋走滑断层,节面Ⅱ指示走向近SN、倾角在65°至85°之间的右旋走滑断层。节面Ⅱ与烈度及余震分布所指示的发震断层接近,与宏观震中附近近SN向的苏典断裂的性质基本一致。

此次地震的震源平均深度约12 km; 震源机制解指示断层平均倾角约75°。据此计算震中距发震断层的地表距离为3.2 km,与宏观震中距苏典断裂4 km左右的距离非常接近。此外,宏观震中距昔马—盘龙山断裂仅1 km左右,野外调查中昔马—盘龙山断裂倾角约85°,计算发现昔马—盘龙山断裂会在向下延伸约11.5 km后与此次地震的震源及震中的连线相交,该深度与震源深度近乎一致。据此推测此次地震可能发生在苏典断裂与昔马—盘龙山断裂在地下约12 km的交汇位置上(图3b)。

综合地震烈度分布、余震分布、震源机制解、震源深度关系及遥感解译和实地调查结果,可以确定此次盈江MS6.1地震的发震断层为近SN向右旋走滑的苏典断裂。

中国地震局盈江县6.1级地震现场工作队应急科考组(2014)给出的地震烈度调查结果显示,MS5.6地震的宏观震中位于卡场镇附近,烈度可达Ⅶ度,震区长轴方向为NNE向(图2)。据笔者MS6.1地震后的调查工作,卡场附近的烈度只有Ⅵ,故笔者认为MS5.6地震的宏观震中应该位于同为Ⅶ度区的勐弄北侧Ⅶ度区的中心,即麻栗坡村附近。则该次地震极震区长轴走向NE,指示发震断层位于勐弄乡附近走向NE。余震主要沿NE向分布(图4a),进一步证明地震受NE向断层控制。震源机制解(表3)指示,发震断层走向约65°,倾角约85°,以左旋走滑为主。综上可确定MS5.6级地震的发震断层为走向NE,倾角近于直立,左旋走滑的昔马—盘龙山断裂。

图4 盈江MS5.6、MS6.1地震余震精定位图Fig. 4 Aftershock distribution of Yingjiang MS5.6,MS6.1 earthquakes

表3 盈江地震的震源机制解Table 3 The Yingjiang earthquake’ focal mechanism

图4a,d显示MS5.6及MS6.1地震的仪器震中相对于宏观震中均存在十余km的偏差。根据双差地震精定位方法的基本原理,作为一种相对定位方法,结果中地震事件的相对位置是准确的,但绝对位置会存在一定系统误差(Waldhauser et al.,2000)。上述定位结果中不同事件中这两个近乎一致的偏差可能就是定位中的系统误差。在确保宏观震中准确的前提下,笔者尝试对地震序列中的所有事件进行由主震的仪器震中向宏观震中的移动,得到结果如图4b,e。经移动MS5.6及MS6.1地震余震的分布与发震断层表现出了更好的契合关系,进一步地证实了笔者对两次地震发震断层的判断。此外,地震当日的余震分布(图4c,f)显示,30日的余震与总的余震分布的优势方向基本一致; 24日余震分布的优势方向为NE向,而总的余震分布中除了NE向还存在一个近SN向的优势方向。余震分布显示可能是24日的地震诱发了苏典断裂活动,导致30日地震的发生。

图5 腾冲地块活动构造简图(a)、动力学模式图(b)和运动学模式图(c)Fig. 5 Simplified map of the active tectonics in Tengchong block (a),dynamics model (b),kinematics model (c)

3 讨论

地震资料显示,盈江地区历史上5～6级中-强震活动频繁,且从未发生过6.5级以上地震,但历史地震资料时间较短,而强震复发周期一般比较长,因此不排除区内具有发生6.5级及以上强震的潜能。沿固东—腾冲断裂历史上就曾发生过6.5级地震,因此作为走向和规模均与之相似的苏典断裂存在发生6.5级左右地震的潜力。历史地震资料亦显示,盈江地区的地震活动存在群发性及沿SN向断层迁移的特征(图3)。笔者认为,区内群发型地震活动与由多组NE向和SN向断裂组成的复杂断裂系统有关,一条断层的活动可能触发其他断层的活动,故而造成地震群发; 而沿断裂的地震迁移则可能与断层的分段破裂有关。

关于腾冲地块内的活动构造格局,Wang等(1997)认为是在与实皆断裂和高黎贡山断裂有关的右旋剪切及顺时针旋转作用下形成,但高黎贡山断裂自中—晚第三纪右旋走滑已经很弱,难以控制该区的活动构造格局。笔者认为由于腾冲地块位于由弧形的玉树—鲜水河—小江断裂与右旋走滑的实皆断裂所围限的川滇旋扭构造系统与缅甸的交界地区(吴中海等,2012),故其右旋剪切及顺时针旋转与实皆断裂及滇西内弧带的活动有关。受印度板块俯冲碰撞及青藏高原物质挤出作用的影响(崔作舟等,1990; 苏伟等,2002),川滇地块围绕东喜马拉雅构造节存在着顺时针的旋转(Wang et al.,1998;Burchfiel,2004),GPS观测也证实了该结论(Chen et al.,2000; 张培震等,2002)。吴中海等(2014,2015),在前人研究的基础上,将川滇旋扭块体进一步的划分出了由玉树断裂、鲜水河—小江断裂组成的川滇外弧带; 以及由德钦—中甸断裂带、滇西北裂陷带、南汀河断裂带、畹町断裂带所构成的滇西内弧带。腾冲地块恰好位于滇西内弧带与实皆断裂及其分支断裂所围成的区域内,在实皆断裂的影响下区内先存的SN向断层向西偏转并与大盈江断裂北侧SN向断层共同构成如图5c所示的断块系统。在右旋剪切及顺时针旋转作用下,断块系统内以大盈江断裂为界南侧因顺时针旋转致使NE向断块间发生左旋走滑,北部主要受实皆断裂右旋走滑活动影响导致SN向断块之间发生右旋走滑。主要地震的震源机制解指示区内现今主压应力方向为NE—NNE向(图5a)与前人研究结果基本一致(崔效锋和谢富仁,1999; 谢富仁等,2001; 徐彦等,2012),在该应力作用下块体内将产生NE向的左旋走滑断裂及近SN向的右旋走滑断裂(图5b),与运动学模式中的结果一致反映了现今构造对先存构造的继承。进一步的遥感解译及野外调查发现,在大盈江断裂北部近SN向断裂所控制的断块内部,还发育有一系列NE向左旋走滑的次级断裂(5a)。笔者认为其是在苏典断裂、固东—腾冲断裂、实皆断裂及其分支断裂等的右旋走滑作用下,夹持与其中的块体受到顺时针的旋扭作用,进而产生了一系列NE向左旋走滑的次级断层以调节区内的旋扭变形所致(图5c)。

前人研究认为盈江地区主要断裂中大盈江断裂的活动性较强(安晓文等,2009; 常祖峰等,2011),但沿断裂的地震活动性显示,自公元760年以来盈江地区的地震活动主要分布在苏典断裂的两侧,明显是受苏典断裂控制(图3a)。虽然2011年盈江MS5.9地震被认为是大盈江断裂活动引起(赵小艳等,2013),但孙尧等认为苏典断裂才是这次地震的发震断层(Sun et al.,2014)。地震活动性显示近SN向的苏典断裂晚更新世以来的活动性更强。从整个腾冲地块来看,5级以上的历史地震也多分布在大盈江断裂的北侧,以固东—腾冲断裂两侧最多(图5a),反映了晚第四纪期间腾冲地块内近SN向的断层的活动性更为强烈。进一步反映了右旋走滑的实皆断裂对腾冲地块的断裂活动的控制作用显著。

综上,此次盈江两次5级以上地震是在实皆断裂的右旋剪切变形及滇西内弧带顺时针旋扭作用下,由近SN向断裂所加持的NE向次级断块首先发生顺时针旋转引发次级断裂的左旋走滑活动,进而触动近SN向主断层发生右旋走滑活动所致。该情况的发生,提醒我们关注由次级断层活动触发主断层活动而引起的强烈地震。

4 主要结论

(1)MS5.6及MS6.1地震的宏观震中十分接近,均位于盈江县勐弄乡麻栗坡村附近。其中MS6.1地震的宏观震中坐标为N24°54'42.10"、E97°53'59.40",烈度可达Ⅷ度。

(2)MS5.6地震的发震断层为NE走向、左旋走滑的昔马—盘龙山断裂; MS6.1地震的发震断层为近SN向右旋走滑的苏典断裂。两次地震的震源可能均位于苏典断裂与昔马—盘龙山断裂在地下约12 km交汇处。此次双震活动应为区域块体在近SN向右旋剪切变形作用下,SN向断裂所夹持的NE向次级断块首先发生顺时针旋转引发次级断裂活动,进而触动近SN向主断层活动所致。

(3)区内地震活动频发,且多以5～6级的中强震为主,但不排除具有发生6.5级及以上地震的潜能;尤其是沿苏典断裂,根据其晚更新世显著的活动性和规模来看,存在发生6.5级及以上地震的潜力。此外,因受断裂系统内断层相互作用及断层分段活动的影响,区内地震活动常具有明显的群发性及沿SN向断层迁移的特征。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (Nos. 1212011120163 and 12120114002101),National Natural Science Foundation of China (No. 41171009) and Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund (No. DZLXJK201410).

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图版说明

图版I Plate I

a-苏典断裂南段的反向坡(镜像南东);

b-苏典断裂南段反向坡下部的断头沟(镜像东);

c-苏典断裂南段近南北向的断层三角面(镜像北东);

d-苏典断裂黄草坝段出露的断面(镜像东);

e-擦痕;

f-昔马—盘龙山断裂南段出露的断面(镜像南西);

g-断面上出露的滑槽;

h-昔马—盘龙山断裂北段的断层挡水及条形的山体(镜像北西西);

i,j-MS6.1地震宏观震中受损的房屋

a-reverse slope in the south of Sudian fault (face SE);

b-beheaded ditch under reverse slope in the south of Sudian fault (face E);

c-nearly SN-trending fault facet in the south of Sudian fault (face NE);

d-fault plane of Sudian fault exposure in Huang Caoba (face E);

e-striation;

f-Xima-Panlongshan fault’s fault plane exposure in the south (face SW);

g-striated rock-surface on fault plane;

h-fault dam water and linear mountain in the north of Xima-Panlongshan fault (face NWW);

i,j-damaged houses in the macroscopic epicenter of MS6.1 earthquake

Seismogenic Structure of 2014 MS5.6 and MS6.1 Earthquakes in Yingjiang,Yunnan Province

HUANG Xiao-long1,2),WU Zhong-hai1)*,ZHAO Xiao-yan3),WU Kun-gang1,4),HUANG Xiao-jin5),DU Jin-jin4)
1) Institute of Geomechanics,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100081; 2) Peking University,Beijing 100871; 3) Seismological Bureau of Yunnan Province,Kunming,Yunnan 650091; 4) China University of Geosciences (Beijing),Beijing 100083; 5) Capital Normal University,Beijing 100048

Two earthquakes of MS5.6 and MS6.1 occurred successively on May,2014,in Yingjiang,Yunnan province. In order to determine their seismogenic structures and the regional active tectonic settings,the authors carried out field investigation of seismic intensity,remote sensing image interpretation,analysis of focal mechanism solutions and aftershock distribution. The results show that the macro-epicenters of two earthquakes were both located near the area of Malipo Village,Mengnong Township,Yingjiang County,but their seismogenic faults are different from each other. The former was associated with the NE-trending left-lateral strike-slip Xima-Panlongshan fault,whereas the latter occurred along the SN-trending right-lateral strike-slip Sudian fault. Historical seismicities were dominated by the earthquakes with magnitude 5～6 in the Yingjiang region,which clustered along the SN-trending fault. Under the combination effect of Sagaing fault and inner arc belt in western Yunnan,the north of Tengchong block bounded by Dayingjiang fault is mainly dominated by nearly SN-trending right-lateral strike slip faults,whereas the south is dominated by NE-trending left-lateral strike slip faults. The activity of nearly NS-tranding faults was relatively stronger in Late Quaternary.

Yingjiang earthquake; seismogenic fault; seismic intensity; Sudian fault; Tengchong block