2013年洱源MS5.5地震烈度分布及震區(qū)活動構(gòu)造背景研究

常祖峰 張艷鳳 周青云 虎雄林 臧陽

1)云南省地震局，昆明市北市區(qū)北辰大道 650041

2)云南大學，昆明 650091

0 引言

2013年3月3日13時41分15秒(北京時間)，在云南省大理白族自治州洱源縣煉鐵鄉(xiāng)長邑村(25.9°N，99.7°E)發(fā)生MS5.5地震。洱源、漾濞、云龍等縣的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受不同程度破壞。據(jù)統(tǒng)計，災區(qū)總面積2081km2，地震導致30人受傷，直接經(jīng)濟損失70800萬元。極震區(qū)烈度達Ⅶ度，宏觀震中位于煉鐵鄉(xiāng)前甸村委會至江旁村委會一帶，等震線形狀呈橢圓形，長軸走向NW。

主震后的2013年4月17日9時45分54秒，又發(fā)生MS5.0地震。洱源、漾濞、云龍和大理等縣(區(qū))的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受不同程度破壞，此次地震中又有14人受傷。該次MS5.0地震微觀震中位于3月3日MS5.5地震震中東南方4.6km處(25.9°N，99.8°E)，2次地震間隔45天，為主-余震型地震序列。2次地震災區(qū)重疊，震害疊加，新的震害與已有震害難以精確區(qū)分。經(jīng)評估，2次地震綜合震災直接經(jīng)濟損失為91678萬元。本文在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)了地震的基本參數(shù)、烈度分布以及震區(qū)構(gòu)造活動特征，并對其發(fā)震構(gòu)造進行了研究。

1 地震基本參數(shù)

2013年3月3日MS5.5地震和4月17日MS5.0地震的微觀震中與宏觀震中基本一致，均位于洱源縣煉鐵鄉(xiāng)長邑村一帶，主要參數(shù)見表1。

表1 洱源MS5.5、5.0地震參數(shù)

中國地震局地震預測研究所震后公布了利用2種算法得到的主震的震源機制解(表2)(http://www.seis.ac.cn/)。文中 TDMT(Time Domain Moment Tensor)法系采用波形進行反演的時間域矩張量反演方法，常被用來計算中小地震運動參數(shù)(張麗芬等，2013)。表2給出了應用該方法計算了3個臺站的3分量波形數(shù)據(jù)，得到的震源機制解為:節(jié)面Ⅰ走向16°，傾角56°;節(jié)面Ⅱ走向138°，傾角51°;P軸走向344°，傾角56°。而結(jié)合近震和區(qū)域地震記錄的 CAP(Cut and Paste) 方法(Zhao et al，1994;Zhu et al，1996;韋生吉等，2009;黃建平等，2009)則主要通過分別擬合體波和面波波形，求取M＞3.5地震的雙力偶震源機制解(劉寧等，2011)，該方法在震源機制的確定上獲得了廣泛的應用(呂堅等，2008)。表2給出了利用CAP方法時使用了12個均勻包圍震中臺站的3分量波形數(shù)據(jù)，波形擬合結(jié)果較好，得到的震源機制解為:節(jié)面Ⅰ走向0°，傾角46°;節(jié)面Ⅱ走向161°，傾角45°;P軸走向349°，傾角81°。盡上述2種方法得出的震源機制解結(jié)果有一定差異，但總體上顯示出 P軸方位為NNW向，傾角較陡，T軸方位為近EW向，傾角近水平的正斷層兼走滑型的震源破裂。

表2 2013年3月3日MS5.5地震震源機制解

2 地震烈度及其分布特征

2.1 震區(qū)自然地理條件

震區(qū)地處滇西北橫斷山脈腹地的點蒼山西北麓，屬中山-高山地貌區(qū)，地形高差巨大，點蒼山最高海拔4221m，瀾滄江支流的漾濞江海拔為 1450～1650m，相對高差約2500～2800m。境內(nèi)主要分布有中生界碎屑巖、古生界碳酸鹽巖以及元古界變質(zhì)巖，巖石表層風化強烈，風化殼厚度數(shù)米～數(shù)十米。氣候?qū)俦眮啛釒Ц咴撅L氣候。年平均氣溫13.9℃，年降雨量732mm。

2.2 房屋分類及破壞等級劃分

2.2.1 房屋分類

災區(qū)房屋建筑按結(jié)構(gòu)類型可分為土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等4類。

① 土木結(jié)構(gòu):主要為木屋架土坯墻或夯土墻瓦頂房。此類房屋多數(shù)由木屋架承重，土坯墻或夯土墻起圍護作用。

② 磚木結(jié)構(gòu):主要為木屋架磚墻瓦頂房或磚墻“人”字型木架瓦頂房，由木屋架或磚柱、磚墻承重。

③ 磚混結(jié)構(gòu):主要由磚墻承重，預制板或鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板及屋頂。

④ 框架結(jié)構(gòu):鋼筋混凝土梁柱承重，現(xiàn)澆樓板或屋頂蓋。

震災區(qū)屬于邊遠貧困山區(qū)(洱源、漾濞、云龍等3縣均為國家級重點扶貧開發(fā)縣)，交通條件差，經(jīng)濟水平低。根據(jù)當?shù)卣块T提供的災區(qū)(評估區(qū))基本情況可知，90%以上的房屋為土木結(jié)構(gòu)或磚木結(jié)構(gòu)(表3)。

表3 評估區(qū)建筑面積統(tǒng)計(單位:m2)

2.2.2 房屋破壞等級

根據(jù)震區(qū)房屋破壞情況和云南歷次地震震災評估經(jīng)驗，參照《地震現(xiàn)場工作第4部分:災害直接損失評估》(GB/T 18208.4-2005)中房屋破壞等級劃分標準，確定了房屋破壞等級具體的劃分。

框架結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)劃分為5個破壞等級:

① 基本完好(含完好):磚混及框架結(jié)構(gòu)房屋非承重構(gòu)件輕微裂縫，不加修理可繼續(xù)使用。

② 輕微破壞:磚混及框架結(jié)構(gòu)房屋個別承重構(gòu)件輕微裂縫，非承重構(gòu)件明顯裂縫;不需修理或稍加修理可繼續(xù)使用。

③ 中等破壞:磚混及框架結(jié)構(gòu)房屋承重構(gòu)件輕微破壞，局部有明顯裂縫，個別非承重構(gòu)件破壞嚴重;需要一般修理后方可使用。

④ 嚴重破壞:磚混及框架結(jié)構(gòu)房屋承重構(gòu)件多數(shù)破壞嚴重，難于修復。

⑤ 毀壞:磚混及框架結(jié)構(gòu)房屋承重構(gòu)件多數(shù)斷裂，結(jié)構(gòu)瀕于崩潰或已倒毀，無法修復。

對于簡易房屋(磚木結(jié)構(gòu)和土木結(jié)構(gòu))，將毀壞、嚴重破壞合并為毀壞，將中等破壞、輕微破壞合并為破壞后劃分為3個破壞等級:

① 基本完好(含完好):土木結(jié)構(gòu)房屋個別掉瓦或墻體細裂;磚木結(jié)構(gòu)房屋非承重構(gòu)件輕微裂縫。

② 破壞:土木結(jié)構(gòu)和磚木結(jié)構(gòu)房屋的非承重構(gòu)件如圍護墻體明顯裂縫或嚴重開裂、甚至局部倒墻，普遍梭瓦或明顯掉瓦。修理后可使用。

③ 毀壞:土木結(jié)構(gòu)和磚木結(jié)構(gòu)房屋2面以上墻體倒塌，屋架明顯傾斜或倒塌，屋頂蓋坍落或完全倒塌;承重構(gòu)件多數(shù)斷裂或破壞嚴重，結(jié)構(gòu)瀕于崩潰。修理困難或無法修復。

2.3 地震烈度分布特征

地震破壞情況(地震烈度)主要以房屋、地面和山體破壞及人體感覺為主要劃分標志，與震區(qū)地形地貌條件、自然地理條件(降水強度、巖石結(jié)構(gòu)和風化強度)、震源深淺等因素密切相關(guān)。3月3日5.5級地震后，現(xiàn)場工作隊給出了地震烈度分布圖(圖1(a));其后4月17日發(fā)生的5.0級地震與5.5級地震震中區(qū)基本重合，2次地震的破壞彼此疊加難以區(qū)分，圖1(b)為2次地震的綜合地震烈度分布圖。5.5級主震和序列中2次地震綜合等震線均呈橢圓形分布，長軸方向為NNW向。

2.3.1 Ⅶ度區(qū)(極震區(qū))

主要分布在云南省洱源縣、漾濞縣境內(nèi)，東起洱源縣煉鐵鄉(xiāng)月亮坪村以西，西至西山鄉(xiāng)黑樹坪村-多衣樹村附近，北至煉鐵鄉(xiāng)上江咀村附近，南到西山鄉(xiāng)勒登村-漾江鎮(zhèn)冷澗村一帶，呈長軸為NNW向的橢圓形，長15km，寬10km，面積約279km2(周光全，2013)。其內(nèi)的土木和磚木結(jié)構(gòu)、圍護土坯墻(或夯土墻)地震時多向外傾倒，部分墻體局部倒塌，多數(shù)墻體開裂，縮瓦，少數(shù)地基開裂或不均勻沉降;磚混結(jié)構(gòu)房屋個別地基不均勻沉降，墻體有貫通裂縫，少數(shù)墻體開裂明顯;框架結(jié)構(gòu)房屋少數(shù)填充墻開裂、抹灰層或裝飾層脫落。

圖1 地震烈度分布圖

2.3.2 Ⅵ度區(qū)

Ⅵ度區(qū)呈長軸為NNW向的橢圓，長45km，寬30km，東起洱源縣右所鎮(zhèn)海棠村，西至云龍縣關(guān)坪鄉(xiāng)溫坡村-長新鄉(xiāng)丕登村一帶，北至喬后鄉(xiāng)西桃坪村，南抵漾濞縣富恒鄉(xiāng)白蕎村附近，面積約2109km2。其間土木和磚木結(jié)構(gòu)少數(shù)墻體局部倒塌，部分房屋墻體開裂，梭掉瓦;磚混結(jié)構(gòu)房屋個別墻體開裂;框架結(jié)構(gòu)房屋個別填充墻開裂。

2.3.3 斜坡效應與震害

震災區(qū)處于云嶺-雪龍山-點蒼山等構(gòu)成的橫斷山脈腹地，山高坡陡，溝壑縱橫，突兀的地形使得地面震動幅度加大，導致斜坡地帶的建筑破壞加劇及工程結(jié)構(gòu)設(shè)施受損破壞。如建筑物基礎(chǔ)和支撐歪斜，輸變電、配變設(shè)施損壞、歪斜，公路路面、路基下沉、開裂和擋墻損壞，管道、蓄水池開裂漏水等等。同時地震還造成多處中小型滑坡、崩塌體。

滑坡、崩塌體大體沿普坪-喬后一線呈NW向展布，土方量10～100m3不等，多數(shù)出現(xiàn)在坡度40°以上的斜坡部位或巖石突兀地帶，巖性以中生界紅色碎屑巖和少量灰?guī)r為主。這些滑坡崩塌體主要為淺層后推式重力成因，滑動面多為上部風化層與新鮮基巖接觸面，是在地震發(fā)生時巖體振動所致。

3 活動構(gòu)造背景研究

3.1 構(gòu)造背景概述

圖2 2013年洱源5.5、5.0級地震震中分布與震區(qū)主要活動斷裂分布圖

震區(qū)位于一級大地構(gòu)造分區(qū)唐古拉-昌都-蘭坪-思茅褶皺系與揚子準地臺交匯部位，震區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜，發(fā)育有NW向和NE向2組活動斷裂(圖2)。北東向的龍蟠-喬后斷裂和鶴慶-洱源斷裂為晚第四紀活動斷裂，以左旋走滑兼正斷性質(zhì)為主，沿斷裂歷史上發(fā)生多次6級左右地震。NW向的紅河斷裂是云南地區(qū)著名的全新世活動斷裂，規(guī)模宏大，同時它作為川滇菱形塊體的西部邊界斷裂，長期以來備受關(guān)注。據(jù)沉積建造、巖漿活動、構(gòu)造變形、地球物理等方面的研究(闞榮舉等，1986;鐘大賚等，1989)認為，紅河斷裂帶也是一條經(jīng)歷長期演化的塊間構(gòu)造變形帶。新構(gòu)造時期以來，它又經(jīng)歷了早期(古近紀)的大型左旋剪切運動和后期(新近紀以來)的右旋走滑運動(向宏發(fā)等，2004)，其晚第四紀滑動速率可達7～8 mm/a(虢順民等，2001;Leloup，et al，1995)。沿斷裂歷史上發(fā)生多次7級左右地震，最大地震為1925年大理7級地震。此次雙震震中附近與之平行延伸的維西-喬后斷裂在晚第四紀同樣表現(xiàn)出明顯的活動性，下面對其進行重點闡述。

3.2 維西-喬后斷裂晚第四紀活動的地質(zhì)證據(jù)

震中所在的喬后以南段，同樣表現(xiàn)為明顯的活動特征。長邑附近普坪村探槽揭示出斷層晚更新世晚期以來活動特征(圖3)。探槽位于普坪村平直的斷層槽地內(nèi)，微地貌上斷層新活動特征明顯。探槽長20m、深4m、寬3m、走向推斷為80°。SE壁和 NW壁均揭示出斷層的存在。斷層位于斷層陡坎下方，斷錯了晚更新世晚期的洪積物，被錯地層C14測年結(jié)果(美國Beta實驗室)為(13600±50)a BP，表明斷裂在晚更新世晚期以來有過明顯活動。需要說明的是，探槽剖面上顯示的逆沖錯距是斷裂走滑運動伴生的產(chǎn)物。

震中附近的大邑坪-羅鍋坪一帶發(fā)育全新世的洪積扇堆積，其 C14測年結(jié)果(美國Beta實驗室)為(2660±30)a BP，在斷層通過處發(fā)育有長約1km平直的斷層陡坎，陡坎高8～10m。從微地貌分析，此陡坎是斷層全新世以來正斷運動的結(jié)果。

喬后南東2km公路旁見斷層發(fā)育在卵礫石組成的瀾滄江支流漾濞江T3階地上(圖4)，斷層面上發(fā)育有厚約10mm的片理化帶。根據(jù)區(qū)域測年研究成果，瀾滄江、金沙江支流T2階地的年齡為9～10ka BP(計鳳桔等，2000)，由此推測T3階地形成于30ka BP左右，為晚更新世晚期堆積。

煉鐵盆地南緣茄葉村一帶見斷層發(fā)育在匯合江的T3階地上(圖5)，礫石層較松散，砂層光釋光測年結(jié)果為(55.1±2.6)ka BP。礫石層中夾砂層及砂層透鏡體被斷層切穿，斷層面平直，表明斷裂在晚更新世有過活動。

據(jù)任俊杰等(2007)對平坡一帶的研究成果，斷裂以右旋走滑運動為主兼有張性正斷性質(zhì)，最新活動時代約2.2ka BP，且全新世晚期以來垂直運動趨于增強。此結(jié)論與我們在大邑坪-羅鍋坪一帶調(diào)查發(fā)現(xiàn)的斷層陡坎形成時代及全新世活動證據(jù)非常接近。在斷裂北段玉獅場一帶(震區(qū)外)，經(jīng)探槽開挖同樣揭示出全新世活動跡象。

圖3 NW壁剖面(鏡向NW)(a)，SE壁剖面圖(b)

綜上所述，該斷裂新活動時代主要在晚更新世晚期，全新世仍有明顯的活動跡象，運動性質(zhì)以右旋走滑兼正斷為主，具有與紅河斷裂相似的運動學特征。

圖4 喬后南東2km公路旁斷層剖面

3.3 發(fā)震構(gòu)造討論

中強地震的發(fā)生往往與該地區(qū)的構(gòu)造特征密切相關(guān)，因此，地震現(xiàn)場的一些宏觀表現(xiàn)為地震發(fā)震構(gòu)造以及動力學特征的綜合研究提供了可靠的、直接的證據(jù)(Darka，1996)。盡管有時因震級相對較小沒有形成地震地表破裂帶，但特定條件下，依據(jù)震源機制解震源力學特征、地震造成的直接宏觀震害及其線性分布特征和地質(zhì)構(gòu)造條件等，仍有可能對其發(fā)震構(gòu)造進行分析探討。

圖5 茄葉村斷層剖面

3.3.1 震源機制解

震源機制解不僅可用于分析判斷地震時的應力狀態(tài)，也有助于分析發(fā)震構(gòu)造的力學破裂性質(zhì)、震源運動特征和發(fā)震構(gòu)造類型等。本次地震主震的震源機制表明:P軸為傾角較陡的NNW向，T軸為近水平的近EW向，其中的一個節(jié)面(節(jié)面Ⅱ)為NW向。在此應力狀態(tài)下，沿節(jié)面Ⅱ易產(chǎn)生正斷兼右旋走滑型破裂。節(jié)面Ⅱ的走向與維西-喬后斷裂一致，且地震破裂型式與斷裂的運動學特征基本一致。據(jù)此推斷，此次地震應為維西-喬后斷裂活動所致。

3.3.2 地震烈度和滑坡崩塌體分布特征

地震烈度呈現(xiàn)長軸為NNW向的橢圓形分布，長軸方向與維西-喬后斷裂展布方向基本一致，且宏觀震中和極震區(qū)均沿斷裂線展布。此次地震造成的滑坡崩塌體沿普坪-喬后一線呈NW向展布，與維西-喬后斷裂走向基本一致。據(jù)地震烈度分布和滑坡崩塌體線性特征分析，此次地震的發(fā)震構(gòu)造為維西-喬后斷裂。

3.3.3 微震活動

我們對震區(qū)2013年2月15日～2013年4月30日微震活動進行了統(tǒng)計(圖6)，其間共發(fā)生ML1.0～1.9地震369次，ML2.0～2.9地震66次，ML3.0～3.9地震16次，ML4.0～4.9地震1次，呈現(xiàn)出明顯的NW向和NE向2個條帶。微震分布集中在NW向條帶中，與維西-喬后斷裂近平行展布，微震活動分布情況也顯示與此斷裂活動有關(guān)。NE向條帶沿鶴慶-洱源斷裂展布，可能是維西-喬后斷裂發(fā)生主震后，觸發(fā)了鶴慶-洱源斷裂的活動，這種現(xiàn)象也常見于其它地震序列中。

4 結(jié)語

(1)震區(qū)地處滇西北橫斷山脈腹地，巨大的地形高差和強烈的表層巖石風化是造成此次地震破壞較重的地質(zhì)地貌因素。震災區(qū)為邊遠貧困山區(qū)，居民房屋大多為土木結(jié)構(gòu)和磚木結(jié)構(gòu)為主的簡易建筑，抗震性能差，成為地震災害加重的建筑物抗震性能因素。加大對偏遠貧困地區(qū)農(nóng)村的基礎(chǔ)性投入，改善農(nóng)村成為居住環(huán)境，提高民居建筑抗震性能，對減輕震災損失意義重大。

圖6 震區(qū)微震活動分布 (震級為MS，括號內(nèi)為地震數(shù)目)

(2)地震烈度區(qū)呈長軸 NNW向的橢圓形，極震區(qū)達Ⅶ度，長15km，寬10km，面積約279km2;Ⅵ度區(qū)長45km，寬30km，面積約2109km2。

(3)震區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜，發(fā)育有NW向和NE向2組活動斷裂。根據(jù)野外調(diào)查結(jié)果和探槽揭露，維西-喬后斷裂為晚第四紀活動斷裂，具右旋走滑兼正斷性質(zhì)，其新活動時代主要在晚更新世晚期，全新世仍有較明顯的活動跡象。除2013年5.5和5.0級地震外，震中附近尚發(fā)生過1975年9月4日5.0級地震(25.83°E，99.83°N)和1977年3月17日5.2級地震(25.85°E，99.85°N)，這些中強地震的發(fā)生，均與維西-喬后斷裂的活動密切相關(guān)。

(4)據(jù)震源機制解、地震烈度分布、滑坡崩塌體分布及微震分析特征等分析推斷，此次地震的發(fā)震構(gòu)造為維西-喬后斷裂。