云南中甸-大具断裂上新发现的地震地表破裂带1

2019-07-28李光涛尹功明余建强

震灾防御技术 2019年4期

关键词：右旋鼓包丽江

程理苏刚李光涛尹功明吴昊余建强

1）中国地震灾害防御中心，北京 100029

2）中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京 100029

3）云南建投第一勘察设计有限公司，昆明 650031

引言

滇西北香格里拉—丽江—大理地区位于青藏高原东南缘，红河断裂带的西北端（Allen 等，1984；虢顺民等，1996），是我国青藏高原与云贵高原分界区，靠近东喜马拉雅构造节，区内发育一系列大型走滑断裂（Allen 等，1991；Tapponnier 等，1986；Wang 等，1997；1998）。区内现今强震频发，地震地质灾害问题突出（国家地震局地质研究所云南省地震局编，1990），其中 1515 年永胜 M7¾级地震为区内历史记录的最强地震事件（国家地震局震害防御司，1995）。但是，本区地形以山高峡深为主要特征，如虎跳峡，盆地小而少，第四纪地层相对不发育。由于隆升快，因此剥蚀速率大。虽然地震众多，但是，地震遗迹保留少，很少见到有关地震地表破裂（冉勇康等，1990）。近年来我们在进行中甸-大具断裂1:50000 活动断裂地质填图时，在大具盆地T3阶地上发现一条长约600m 的典型地震地表破裂带。地震地表破裂带是发震断层在地震时留在地表的最直接证据，是了解和研究发震断层运动方式、强度等的最好材料。本文将详细介绍大具盆地新发现地表破裂的基本特征，分析讨论有关形成时代、发震断层归属等，供同行参考。

1 大具地震地表破裂带位置

云南大具盆地位于云南省丽江市玉龙纳西族自治县北部大具乡与迪庆藏族自治州香格里拉县三坝民族乡江边村之间，是长江上游金沙江中游的一个长宽各约为6km 的不规则小型盆地。金沙江从西面玉龙雪山下虎跳峡出口流入大具盆地，然后呈弧形转而从盆地北面流出。盆地上游紧接闻名世界的虎跳峡。大具盆地的主体面为金沙江的第三级阶地面，而第一、二级低阶地只发育在金沙江主河道两侧的局部地点，保留不全。

我们新发现的地表破裂带位于大具盆地的西南侧，近下虎跳峡出口处，金沙江的左岸T3阶地面上，如图1 所示。此阶地面非常平坦。由于大具盆地处于干热河谷环境中，周边山地地层以灰岩为主，因此，各级地貌面顶部都形成一套钙化的砂砾石层，与地貌面时代无关，厚度0.5—1.0m，质地坚硬，此阶地面时代为距今33.8～29.3ka（Kong 等，2009）。

2 地震地表破裂特征

新发现的地震地表破裂带位于大坝子村西北300m 处（见图2），总体走向340°，长约600m。利用旋翼无人机对地震地表破裂带进行了测绘，获得高精度的正射影像（见图3a）和DEM（见图3b），结合野外实际观察认为该破裂带由4 条地表破裂组成，它们呈左阶羽列状分布（见图3c），宽120m 左右，每条破裂均较为连续，在挤压岩桥区发育多个北西向的挤压垄脊和断层陡坎，破裂带规模总体由南东向北西逐渐变小，至阶地前缘附近尖灭。在破裂带东侧还发育一级更老的陡坎，高约3m，长约230m，与新生地震地表破裂带亦呈左阶羽列关系。紧邻地表破裂带南东侧见一条废弃的古冲沟，位于T3阶地后缘与冲洪积扇的边界处，其左岸形似弯曲的残脊，被右旋断错约12m（见图3c），形成断层眉脊，垂直位错约3m，此断错地貌可能是断层多次活动的结果，而非地震地表破裂带的同震位移的表示。

该破裂带地表破裂样式主要由左阶雁列状的张裂缝、挤压鼓包、凹陷坑、挤压垄脊和断层陡坎等构成，基本特征及探槽揭露信息如下：

（1）张裂缝及凹陷坑

张裂缝是该地震地表破裂带中较为发育的破裂样式，主要是张剪或压剪作用的结果，与挤压鼓包相间排列，走向15°—40°，长2—10m，一般呈张开状（见图4a、4b、4c、4d、4f），宽0.1—0.7m，局部伴有北西盘数厘米至数十厘米正断层状下降现象（见图4c）。张裂缝在地表破裂带中呈左阶雁列状分布，与破裂带走向之间的夹角在35°—60°。地表破裂呈左阶羽列状，在破裂带端部或走向发生变化的位置也可见到由张裂作用形成的凹陷坑（见图4e），直径约2m，深1m，呈不规则椭圆形。

（2）挤压鼓包、挤压垄脊及断层陡坎

图1 云南大具盆地及其邻区主要活动断裂与强震震中分布图（部分内容据徐锡伟等，2003） Fig.1 Major active faults and epicentral distribution of strong earthquakas in Daju basin and its adjacent areas（Part of the content auovding to Xu Xiwei et al, 2003）

图2 地震地表破裂带及探槽位置 Fig.2 The location of the earthquake surface rupture and the trench

挤压鼓包是走滑型地震地表破裂带上典型且常见的地震破裂样式之一，是新发现的地震地表破裂带中最为发育的破裂单元，主要是剪切、张剪或压剪作用的结果。由于破裂带发育在大具盆地的一套“钙板层”内，野外调查发现沿破裂带的“钙板层”在受到走滑错动形成的局部挤压应力作用下与下部沉积层脱离，形成形态各异的对称鼓包和不对称鼓包，导致“钙板层”挤压翘起（见图5a、5b、5g）。根据鼓包形态特征，对称鼓包主要为尖顶帐篷状鼓包（见图5c），在整个破裂带中隆起最高，高度约1.5m，鼓包翼面倾斜45°，对称轴走向295°左右，与破裂带走向之间的夹角约45°，该形态鼓包仅见一处发育。不对称鼓包可分为对冲鼓包和单斜鼓包，其中，对冲鼓包是指两翼倾角不一、翼面不规则的鼓包（见图5a），多连续发育，翼面倾斜角度≤40°，总体走向300—310°，与破裂带走向之间的夹角为30—40°，鼓包高度小于1m；单斜鼓包主要表现为“钙板层”挤压翘起，仅有单个翼面（见图5d、5e），多呈独立个体相间发育，翼面倾斜角度≤30°，总体走向300°—310°，鼓包高度0.2—0.8m。由于地震地表破裂带呈左阶羽列状分布，在阶区内可见挤压垄脊（见图3c、图5f）和断层陡坎发育。其中，在阶区南侧见2 条挤压垄脊，高约0.4m，宽约4m，走向分别为280°和320°；在阶区北侧见两条断层陡坎，近平行，较连续，高0.3—0.5m，走向325°，属挤压性质陡坎。此外，沿单条地表破裂局部见断层陡坎发育（见图3c、图5e），长40—60m，高0.2—0.8m。

该地表破裂带由挤压鼓包、张裂缝、挤压垄脊、凹陷坑等破裂单元组合而成，以各种挤压鼓包组合、张剪或压剪破裂为主，这些组合关系及形态（见图6）可判断沿破裂主线两侧地块发生过明显的右旋走滑运动，也可以排除这些地表破裂不是可能的滑坡造成的。

（3）探槽揭露

为进一步验证和研究新发现的地震地表破裂带，在地表破裂带的最高端开挖了一个探槽（见图2）。有关探槽揭示的详细信息将另文介绍。在探槽中，断层有过多次活动，最近一次活动切穿了所有地层，到达地表，与我们地表破裂一致，即破裂面之上没有新的堆积物，运动性质以右旋水平走滑为主，兼有少量的垂直分量（尹功明等，2018）。

图3 地震地表破裂带空间展布图 Fig.3 The spatial distribution of earthquake surface rupture.

图4 典型张裂缝、凹陷坑实例照片 Fig.4 The photo typical tension fracture, depression pit

图5 典型挤压鼓包、挤压垄脊实例照片 Fig.5 The photo of typical mole track, ridge

图6 典型地表破裂类型与断层运动的关系 Fig.6 The relation between typical surface rupture type and fault movement.

3 分析与讨论

3.1 地表破裂时代分析

由于地表破裂和探槽的最新活动都切穿了所有地层，到达地表；地表破裂又发生在大具盆地约33.8～29.3ka 的T3阶地上。因此，其时代很难限定。但是，我们可以作以下分析：1、大具盆地位于玉龙雪山—哈巴雪山东侧、下虎跳峡出口处，为典型的干热河谷区。独特的地形地貌和气候使大具盆地内，常有大风天气，因此，易扬沙尘等。如前面介绍，新发现的地表破裂有张裂缝、凹陷坑、鼓包空隙等，而目前这些空隙中基本未见新的沉积物，局部见杂草和落叶，地表破裂的形态、鼓包内夹杂的原生阶地物质基本没有造受破坏或人为改造（见图4、图5）。由于是干热地区，周边玉龙雪山—哈巴雪山的主体岩性为灰岩，在地表容易形成钙板和固结。但是，目前，新发表的地表破裂面上新鲜，没有固结。因此，从破裂带的外形和相关堆积物分析，这个破裂带形成时间应该非常年轻。推测地表破裂可能为距今1000a以来的一次破裂事件。

3.2 地表破裂的归属

地表破裂应归于某一次地震事件的产物，而地震事件可能是近代地震，可能是历史地震，也可能是古地震。自有地震记录以来，大具盆地附近共发生3 次6 级以上地震，分别为：1933年中甸附近61/4级地震、1966 年中甸告湾6.4 级地震和1996 年丽江7.0 级地震（见图1），其中中甸附近61/4级地震和中甸告湾6.4 级地震震中位于大具盆地西北方向，地震造成的破坏向南东方向应该减弱，但大具盆地发现的地表破裂程度是南东强，向北西方向减弱，加之6.5级以下地震一般不会产生地表破裂，所以地表破裂应该不是这两次地震造成。

通过对丽江7.0 级地震震源破裂特征（王绍晋等，1997）和震源过程体波反演（徐扬等，1998）的研究，认为该地震主震存在两次破裂过程（见图7），第一次破裂由起始破裂点（微观震中）沿大具断裂，从东南向北西方向破裂，终止于1966 年中甸告湾6.4 级地震的震源区，形成该段断裂的贯通；第二次破裂由起始破裂点沿玉龙雪山东麓断裂由北向南破裂，终止于该断裂与丽江—小金河断裂的交接部位，这是丽江地震的主破裂面。从丽江地震的震源破裂过程看，新发现的地震地表破裂带表现出的南东强、北西弱的特征与第一次破裂的过程和方向较一致，似乎可以将地表破裂归属为丽江7.0 级地震，但仍存在三个显著的问题：①结合震源机制解、地质构造、等震线图、余震分布等资料，在近南北向压应力场作用下（苏生瑞等，2004），丽江地震发震断层性质为正倾滑为主，兼具左旋剪切错动（王绍晋等，1997；韩竹军等，2004），这与地表破裂表现出右旋走滑为主的特征相矛盾；②丽江地震地表破裂现象（见图7）主要有地震裂缝呈右阶左旋排列，田坎和公路等发生左旋和垂直位错，最大水平和垂直错距分别为30cm 和25cm，雁列裂缝阶区内发育地震鼓包，崩塌与滑坡，地表沉陷和跳石等（张建国等，1997；周光全等，1997；皇甫岗，1997），而新发现的地表破裂由左阶雁列状的张裂缝、挤压鼓包、凹陷坑、挤压垄脊和断层陡坎等构成，最大垂直位错为0.8m，显示右旋走滑特征，两者在破裂类型上有较大差异，且造成的位移规模也有较大差距；③如果地表破裂是丽江地震时形成的，那么丽江地震烈度图（见图7）（韩新民等，1997）中极震区范围的形态应从大具盆地向北西方向凸起，而不是在大具盆地附近呈较规则的弧形。综上所述，将新发现的地表破裂归属于丽江地震的证据还不充分，因此，该地表破裂可能不是丽江地震而是一次独立地震造成的，其时间可能发生在距今1000a 以来。

图7 丽江地震地表破裂、烈度及破裂方向简图（据王绍晋等，1997；周光全等，1997；韩新民等，1997） Fig.7 Simplified map of surface rupture, intensity andrupture direction of Lijiang earthquake（according to Wang Shaojin et al，1997；Zhou Guangquan et al，1997；Han Xinmin et al，1997）

3.3 震级讨论

地表破裂和大具断裂的性质是右旋走滑为主，兼有正断性质，局部表现为逆冲特征，震级估计应以水平位错量为准，由于目前发现的地表破裂中很难判定水平同震位移，故无法采用相关公式推算震级。但是，我们可以简单分析：①小于6.5 级地震，在地表很难产生地表破裂，我们本次发现的地表破破裂长约600 米。因此，地震至少大于6.5 级地震。②我们测量获得的由于右旋走滑而产生的隆起鼓包最高达1.5 米。新发现的破裂组合特征，完全类似于2001 年昆仑山口8.1 级左旋走滑大地震形成的地表破裂，只是规模有所差异，拉分和鼓包刚好相反。昆仑山口形成的最大隆起鼓包为2m（徐锡伟等，2002；吴中海等，2004）。因此，也可以推测本破裂的地震应该小于8.1 级，很可能为7 级以上的地震。③本次新发现的地表破裂带中，也有少量的地震陡坎，显示的最大垂直同震位移为0.8m，向北西方向逐渐减小，根据前人（国家地震局地质研究所等，1990）总结的滇西北地区地震位移量与震级的经验关系M=5.1172+0.95931lgD（M为震级，D为一次地震的位错量），可近似求得产生该地表破裂的地震震级为7.0 级左右。当然，新发现的地表破裂中主要的运动特征是右旋走滑，因此，根据垂直位移估算的震级，应该小于实际震级。根据上述分析，产生本次新发现地表破裂的地震至少达7 级。

3.4 发震断层分析

如图2 所示，本次新发现的地表破裂带位于下虎跳峡出口处。而这个部位恰好为玉龙雪山东麓断层和中甸-大具断裂的交汇处。

玉龙雪山东麓断层北起自大具盆地，向南经玉湖、白沙西，最终与丽江-小金河断裂交汇，全长约52km，总体走向近南北。对该断层的研究目前有一些不同认识：该断层最初是在丽江幅1:20 万地质图及区域地质调报告中提出的，认为该断层北起大具盆地，向南沿大沟村，经雪花村西、白水林场、里那比格，终止于丽江玉湖北，根据基岩面上的陡倾擦痕认定为正断层；玉龙雪山东麓断层不仅是川滇菱形块体西南边界断层，也是我国三江挤压区的东部边界，其运动性质是以右旋走滑为主，兼具逆冲分量（尹功明等，2017）；1996 年丽江地震发生后，王运生等（2000）针对此断层开展了地球化学探测等工作，认为次断层是向山体内部倾的逆冲断层；也有学者认为玉龙雪山东麓断层为正断层（俞维贤等，2004；张西娟等，2006；石旭华等，2008；吴中海等，2008；Kong 等，2009）。

中甸-大具断裂北起自中甸南，向南东经小中甸东、马家村、哈巴、大具、大东，后止于金沙江边，总体走向310—320°，倾向NE 或SW，倾角较陡，一般在60°以上，运动性质以右旋走滑为主，兼有正断分量活动，局部显示逆冲性质。该断裂目前是川滇菱形块体的西侧边界断层（沈军等，2001），也是一条大陆活动块体的边界断裂（徐锡伟等，2003）。现今GPS数据表明，川滇菱形块体相对于欧亚大陆有高达10mm/a 向南东方向的运移速率（Gan 等，2007），在向南东、南东方向平移的同时，川滇块体内部的次级块体还发生了顺时针旋转（徐锡伟等，2003）。因此，中甸-大具断裂作为边界断裂具有很强的活动性。

中甸-大具断裂是川滇菱形块体西边界的重要组成部分，断裂附近发生过多次中强地震，如1933 年中甸附近61/4级地震、1961 年中甸6.0 级地震、1966 年中甸告湾6.4 级地震。沈军等（2001）根据大具盆地三级阶地面上发育的小冲沟右旋位错，平均右旋错动速率为4～6mm/a；根据中甸盆地北缘、小中甸以东古河道位错量获得平均右旋错动速率为4～6mm/a；尹功明等（2018）根据大具盆地T3级阶地位错，初步获得的右旋错动速率为5.03～8.37mm/a，垂直活动速率为2.37～3.94mm/a。表明中甸-大具断裂的右旋平均位错速率非常高，是一条强烈活动的次级块体的边界断层。

从本次新发现的地震地表破裂所在位置发育的两条断层的运动性质和强度分析，新地表破裂应该归属于中甸-大具断裂。