楚雄-南華斷裂晚第四紀(jì)活動(dòng)與1680年楚雄級(jí)地震

常祖峰 常昊 李鑒林 侯家學(xué) 宋志峰 毛德培

1）云南省地震局，昆明市北市區(qū)北辰大道 650041

2）云南省楚雄州地震局，云南楚雄 675000

0 引言

楚雄-南華斷裂處于川滇菱形塊體內(nèi)部的滇中地區(qū)，毗鄰紅河斷裂，并與之平行延伸。川滇菱形塊體邊界主要由鮮水河斷裂、安寧河斷裂、則木河斷裂、小江斷裂、紅河斷裂和金沙江斷裂等組成（圖1）。始新世以來，印度板塊與歐亞板塊間的碰撞導(dǎo)致青藏高原的形成和強(qiáng)烈隆升，隨著印度板塊北偏東移動(dòng)和青藏高原隆升的持續(xù)，川滇菱形塊體向SE逃逸。這是印度板塊與歐亞板塊碰撞、印度板塊北移引起的板塊邊緣變形和差異運(yùn)動(dòng)的應(yīng)變響應(yīng)的結(jié)果（鐘大賚等，1996、1989；Molnar et al，1975；Peltzer et al，1988；Tapponnier et al，1977、1982）。隨著川滇菱形塊體向SE運(yùn)動(dòng)，東部邊界的鮮水河斷裂、則木河斷裂、小江斷裂等表現(xiàn)為左旋走滑運(yùn)動(dòng)，西部邊界的紅河斷裂和金沙江斷裂表現(xiàn)為顯著的右旋走滑運(yùn)動(dòng)，許多學(xué)者對(duì)此有較深入的研究（任金衛(wèi)，1994；宋方敏等，1998；虢順民等，2001；向宏發(fā)等，2004；Leloup et al，1993；Tapponnier et al，1990）。這些斷裂大多是全新世活動(dòng)斷裂。由于邊界斷裂的強(qiáng)烈活動(dòng)，沿?cái)嗔讯嘤袕?qiáng)震發(fā)生，如1854年甘孜 7?2級(jí)地震、1923年?duì)t霍7.3級(jí)地震、1725年康定7級(jí)地震、1833年嵩明8級(jí)地震、1925年大理7級(jí)地震等。川滇菱形塊體內(nèi)部，也常有強(qiáng)震發(fā)生，如1996年麗江7.0級(jí)地震、1976年鹽源6.7級(jí)地震、1970年通海7.8級(jí)地震等，這些地震的發(fā)生與塊體內(nèi)部斷裂的活動(dòng)密切相關(guān)（韓竹軍等，2004；張建國等，1997；向宏發(fā)等，2002）。總而言之，川滇菱形塊體是隨著青藏高原隆起發(fā)展、演化而成的一個(gè)活動(dòng)塊體，塊體邊界及其內(nèi)部地震活動(dòng)強(qiáng)烈而頻繁。

圖1 楚雄-南華斷裂及鄰區(qū)地震構(gòu)造

紅河斷裂做為川滇菱形塊體的西部邊界斷裂，長期以來為諸多地球科學(xué)家所關(guān)注。根據(jù)沉積建造、巖漿活動(dòng)、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），紅河斷裂帶是一條經(jīng)歷長期演化（陸-陸碰撞、陸核增生、擠壓剪切）的塊間構(gòu)造變形帶。新構(gòu)造時(shí)期以來，它又經(jīng)歷了早期（古近紀(jì)）的大型左旋剪切運(yùn)動(dòng)和后期（新近紀(jì)以來）的右旋走滑運(yùn)動(dòng)（向宏發(fā)等，2004）。與紅河斷裂平行延伸的楚雄-南華斷裂附近曾發(fā)生1680年楚雄級(jí)地震，但對(duì)于該斷裂的活動(dòng)程度、活動(dòng)時(shí)代以及此次地震的發(fā)震構(gòu)造未見研究報(bào)道。此斷裂是否具有與紅河斷裂基本一致的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征？是否具有類似的構(gòu)造變形機(jī)制？這些問題的研究，對(duì)于深入理解和認(rèn)識(shí)塊體內(nèi)部地震的形成機(jī)制和分布規(guī)律，對(duì)于認(rèn)識(shí)青藏高原隆起周邊地殼和塊間變形的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)特征，無疑具有重要的理論和實(shí)際意義。

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

楚雄-南華斷裂所在區(qū)域在大地構(gòu)造上屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)康滇地軸的中南段（圖1）?；诪橄略沤缋リ柸?，為一套淺海相復(fù)理石建造，晉寧運(yùn)動(dòng)使地層發(fā)生區(qū)域變質(zhì)。晉寧運(yùn)動(dòng)后，區(qū)域隆升，至三疊世才開始下降接受沉積，由中生界組成的蓋層，厚逾萬米。蓋層的下部為碳酸鹽巖建造，中部為海陸交互相及陸相含煤建造，向上則變?yōu)榫藓竦年懴嗉t色建造。以上表明該區(qū)域?yàn)榇笮椭猩晗菖璧亍?/p>

蓋層構(gòu)造線表現(xiàn)為：東部呈近SN向，如元謀斷裂、祿豐斷裂、湯郎-易門斷裂等，西部呈NW向，如楚雄-南華斷裂等。產(chǎn)生蓋層構(gòu)造變動(dòng)的主要是燕山運(yùn)動(dòng)，印支運(yùn)動(dòng)形跡不明顯。燕山運(yùn)動(dòng)末期的四川運(yùn)動(dòng)，使整個(gè)蓋層全面發(fā)生褶皺、斷裂，并伴隨著堿性巖漿活動(dòng)，從此，奠定了本區(qū)構(gòu)造的雛形。喜山運(yùn)動(dòng)和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期，以大面積上升運(yùn)動(dòng)為主，古近系不發(fā)育，沿?cái)嗔褞Ш蜕介g盆地只有零星的新近系發(fā)育，并使得新近系產(chǎn)生褶皺、斷裂。

2 斷裂晚第四紀(jì)活動(dòng)特征

2.1 斷裂活動(dòng)的地質(zhì)地貌表現(xiàn)

楚雄-南華斷裂，東起綠汁江右岸的大莊一帶，向NW方向經(jīng)由楚雄、呂合、羅家屯，止于南華盆地西緣，走向290°～330°，全長約100km。由彼此近于平行的2～3條斷裂組成，所經(jīng)地段中生界和新生界發(fā)生強(qiáng)烈變形，甚至出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)，上新統(tǒng)和第四系常見有斷錯(cuò)現(xiàn)象。沿?cái)嗔寻l(fā)育有楚雄、南華、子午等多個(gè)第四紀(jì)拉分盆地。在地貌上，沿?cái)嗔驯憩F(xiàn)為定向排列的斷層三角面，單薄的線性山脊，平直的斷層槽地（圖2）。衛(wèi)星影像上，沿?cái)嗔驯憩F(xiàn)為清晰的線性特征。清晰的斷層地貌和線性特征表明該斷裂新構(gòu)造活動(dòng)特征明顯。

2.1.1 呂合鎮(zhèn)第四紀(jì)斷層剖面

斷層位于呂合鎮(zhèn)龍川江支流紫甸河Ⅲ級(jí)階地上。階地下部為上新統(tǒng)半固結(jié)狀淺灰色粘土質(zhì)砂土，上部為上更新統(tǒng)松散狀沖洪積相褐紅色含礫粘土，其熱釋光測年結(jié)果為（25.0±2）ka BP，為晚更新世晚期堆積。剖面上見有2條斷層發(fā)育（圖3），產(chǎn)狀分別為335°/SW∠82°和295°/SW∠78°，2條斷層均斷錯(cuò)了下部上新統(tǒng)粘土質(zhì)粉砂層和上部上更新統(tǒng)含礫粘土層，表明在晚更新世晚期有明顯的活動(dòng)。

2.1.2 南華盆地第四紀(jì)斷層剖面

南華縣城北南華盆地內(nèi)Ⅱ級(jí)階地上（圖4、5），公路施工槽揭露出第四紀(jì)斷層露頭，斷層產(chǎn)狀90°/S∠70°，斷層斷錯(cuò)上更新統(tǒng)黃色含礫石砂土和褐色粘土層，其中，灰黑色淤泥質(zhì)亞粘土經(jīng)14C測年，結(jié)果為（14620±90）a BP，為晚更新世末堆積。斷層的存在充分說明，該斷裂在南華盆地北部發(fā)育，且在晚更新世末期乃至全新世有活動(dòng)跡象。

2.1.3 下三村第四紀(jì)斷層剖面

在楚雄北西4km下三村的楚雄-大理公路旁（圖6），斷層發(fā)育在龍川江Ⅱ級(jí)階地上，產(chǎn)狀300°/SW∠50°，斷錯(cuò)上新統(tǒng)半固結(jié)粉砂層和上更新統(tǒng)沖積含礫粘土層，沖積含礫粘土呈松散狀，據(jù)地貌部位和土層性狀判斷，屬于晚更新世晚期堆積。沿?cái)鄬泳€追蹤，多處見有中生界的基巖陡立帶。

圖2 楚雄盆地西側(cè)斷層槽地和線性山脊（據(jù) Google Earth資料）

圖3 呂合鎮(zhèn)斷層剖面

圖4 南華盆地?cái)鄬悠拭?/p>

圖5 南華盆地第四紀(jì)斷層

圖6 三下村斷層剖面

以上表明，該斷裂至少在晚更新世晚期有明顯的活動(dòng)跡象。

2.2 斷裂運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

第四紀(jì)以來，楚雄-南華斷裂與紅河斷裂運(yùn)動(dòng)學(xué)特征類似，表現(xiàn)為明顯的右旋走滑運(yùn)動(dòng)，沿?cái)鄬泳€多處表現(xiàn)為河流右旋位錯(cuò)。尹家嘴水庫小團(tuán)山附近龍川江一級(jí)支流右旋位錯(cuò)約500m，楚雄北西2km三家塘一帶龍川江一級(jí)支流右旋位錯(cuò)約600m，呂合鎮(zhèn)一帶龍川江支流紫甸河右旋位錯(cuò)約400m。南華盆地南東觀音洞至鳳山邑一帶，多條小溪同步右旋位錯(cuò)，位錯(cuò)量分別為100m、250m和30m。南華盆地南東馬軍營至牛鳳龍一帶3條龍川江支流發(fā)生同步位錯(cuò)，位錯(cuò)量分別為100m、350m和170m（圖7）。

圖7 馬軍營-牛鳳龍一帶水系同步位錯(cuò)示意圖

在南華上東山村西北2km斷層通過處，山脊表現(xiàn)為斷層埡口等負(fù)地形地貌，同時(shí)見山脊和小溪同步右旋位錯(cuò)（圖8），小溪階地位錯(cuò)約為（10±1）m。階地上采集到14C年齡樣品，其測年結(jié)果為（5500±30）a BP，根據(jù)位錯(cuò)量估算斷層右旋走滑速率為1.6～2.0mm/a。

2.3 楚雄、南華第四紀(jì)盆地形成機(jī)制

圖8 上東山北西2km山脊和河流階地位錯(cuò)示意圖

對(duì)于走滑斷層而言，在走滑斷層的階區(qū)和斷層線彎曲部位，常會(huì)形成局部的釋壓區(qū)，形成拉分盆地。在右旋走滑斷層向右彎曲部位，則因應(yīng)力釋壓形成拉分盆地（圖9（a）；在右旋走滑斷層間構(gòu)成的右階區(qū)，由于斷層向反方向的運(yùn)動(dòng)也會(huì)形成拉分盆地（圖9（b））（朱志澄，1999）。在斷裂端部彎曲的部位常形成拉分盆地，也與這2種機(jī)制類似。

圖9 沿右旋走滑斷層發(fā)育的拉分盆地的形成機(jī)制

位于斷裂中部的楚雄第四紀(jì)盆地，長16km，寬3～4km，盆地內(nèi)第四系砂礫石層的厚度約120m，為一彎向南西的豆莢型盆地。盆地正處于楚雄-南華斷裂向右彎曲部位，在斷裂右旋走滑運(yùn)動(dòng)的作用下，在右彎部位的釋壓區(qū)形成楚雄拉分盆地（見圖1）。同樣地，楚雄西側(cè)的子午盆地，是楚雄-南華斷裂分支斷層右彎部位形成的拉分盆地。當(dāng)然，它也是沿分支斷層端部發(fā)育的拉張型盆地，但形成機(jī)制與楚雄盆地一致。而分布于斷裂西端的南華盆地，正處于南、北兩側(cè)斷層右階區(qū)構(gòu)造部位，是沿右階區(qū)形成的拉分盆地，其形成機(jī)制正如圖9（b）所示。

從盆地形成機(jī)制分析，這些盆地都是由楚雄-南華斷裂右旋走滑運(yùn)動(dòng)形成的。

3 斷裂活動(dòng)與1680年楚雄 級(jí)地震

圖10 楚雄級(jí)地震等震線分布

除此以外，沿?cái)嗔褮v史上還發(fā)生多次中強(qiáng)地震，如1975年1月12日云南楚雄小白臘5.6級(jí)地震、1511年5月22日楚雄 5?2級(jí)地震、1615年 8月 24日楚雄 5?4級(jí)地震、2001年 7月10日楚雄桃園5.3級(jí)地震、1964年11月20日南華5.0級(jí)地震等。這些地震的發(fā)生均與楚雄-南華斷裂的活動(dòng)密切相關(guān)。

4 結(jié)論與討論

（1）呂合鎮(zhèn)等多處斷層斷錯(cuò)了晚更新世晚期地層和河流低階地，表明楚雄-南華斷裂是一條晚第四紀(jì)活動(dòng)斷裂。斷層地貌清晰。沿?cái)嗔寻l(fā)育有楚雄、南華、子午等多個(gè)第四紀(jì)拉分盆地。斷裂以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，水平走滑速率1.6～2.0mm/a。歷史上，斷裂附近曾發(fā)生1680年楚雄級(jí)地震和多次中強(qiáng)地震，研究認(rèn)為，楚雄-南華斷裂為這些地震的發(fā)震構(gòu)造。根據(jù)被斷錯(cuò)地層和階地形成時(shí)代以及歷史地震活動(dòng)情況分析，其最新時(shí)代為晚更新世晚期乃至全新世。

（2）楚雄-南華斷裂是川滇菱形塊體內(nèi)部的一條重要的地震構(gòu)造，毗鄰紅河斷裂帶，并具有相同的右旋走滑特征。從更大區(qū)域范圍看，它與東部的曲江斷裂、石屏-建水?dāng)嗔岩黄?，共同?gòu)成一組相互斜列的NW向活動(dòng)斷裂帶，運(yùn)動(dòng)性質(zhì)均以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主。其運(yùn)動(dòng)學(xué)特征與紅河斷裂帶運(yùn)動(dòng)學(xué)特征一致，與川滇菱形塊體向SE逃逸（運(yùn)動(dòng)）有關(guān)，不同的是，紅河斷裂帶作為活動(dòng)塊體的邊界，其滑動(dòng)速率更大些。但這些斷裂都是晚第四紀(jì)強(qiáng)烈活動(dòng)斷裂，是塊體內(nèi)重要的發(fā)震構(gòu)造。

（3）楚雄-南華斷裂所在的滇中地區(qū)，曾是中生代時(shí)期形成的大型坳陷盆地，自燕山運(yùn)動(dòng)末期四川運(yùn)動(dòng)以來一直處于隆升狀態(tài)，新生界不甚發(fā)育，表明該地區(qū)是一個(gè)長期的新構(gòu)造隆起區(qū)。楚雄-南華斷裂北部的大姚、姚安一帶曾有多次6.0～6.5級(jí)地震發(fā)生，震中附近未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的活動(dòng)構(gòu)造，這些地震的成因或許與此新構(gòu)造隆起有關(guān)，也可能與基底褶皺構(gòu)造帶有關(guān)。