川滇地塊云南地區(qū)不同發(fā)育階段邊界斷裂破裂特征研究

李　西

(中國地震局地質(zhì)研究所， 北京100029)

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川滇地塊云南地區(qū)不同發(fā)育階段邊界斷裂破裂特征研究

李西

(中國地震局地質(zhì)研究所， 北京100029)

青藏高原是我國現(xiàn)代構(gòu)造活動和地震活動最強烈的地區(qū)， 自有地震記錄以來， 在高原內(nèi)記錄到多達18次8級以上巨大地震和100余次7～7.9級地震， 它們均發(fā)生在喜馬拉雅板塊邊界構(gòu)造帶和板內(nèi)地塊區(qū)及其次級地塊的邊界活動構(gòu)造帶上。 已有歷史地震資料統(tǒng)計顯示， 青藏高原內(nèi)活動地塊邊界構(gòu)造帶上大地震具有明顯的空間叢集特征， 有儀器記錄以來的每次地震活動叢集期都形成以8級地震為核心的7級以上地震活動系列。 這可能暗含著活動地塊邊界帶上不同斷裂上大地震發(fā)生具有時空遷移規(guī)律， 顯示出塊體邊界上大地震的響應特征。

最近50年， 青藏地塊區(qū)巴顏喀喇塊體邊界斷裂活動十分活躍， 發(fā)生在該塊體邊界斷裂的強地震(MW>6.5)超過10次， 尤其是， 近年來發(fā)生在該塊體邊界斷裂上的2008年汶川MW7.9(MS8.0)地震、 2010年玉樹MW6.9(MS7.1)地震以及2013年蘆山MW6.6(MS7.0)地震， 它們都反映了巴顏喀喇條狀地塊向東南方向滑動的最新活動。 然而， 同處青藏高原東南緣與巴顏喀喇塊體相毗鄰且具相同地球動力學背景的川滇地塊東邊界及西南邊界斷裂， 在2014年魯?shù)镸S6.5地震之前的近50年里未發(fā)生過6.5級以上地震。 那么， 發(fā)生在大涼山斷裂南端的魯?shù)镸S6.5地震是否暗示了， 青藏高原東南緣強地震活動從巴顏喀喇地塊邊界斷裂向川滇地塊邊界斷裂的轉(zhuǎn)移？ 研究川滇地塊邊界斷裂未來強震或大震危險性就顯得更加迫切。

研究斷裂地震危險性的關(guān)鍵是要認識斷裂歷史破裂特征及其活動規(guī)律。 從地震活動歷史角度了解斷裂活動特征是一條十分有效的途徑。 然而， 認識斷裂活動習性的基礎(chǔ)資料主要依靠地震儀器記錄和歷史資料記載， 它們都存在記錄短暫性問題， 可能導致認識的局限性。 古地震研究能在很大程度上彌補儀器和歷史地震記錄的短暫性和局限性， 使我們能夠在幾個地震重復周期的時段上， 認識斷裂的長期活動習性并估計未來大地震發(fā)生的危險性。

本文結(jié)合高分辨遙感影像解譯、 野外地質(zhì)地貌踏勘分析、 探槽選址和精細化古地震研究， 對川滇地塊東邊界斷裂上的包谷垴—小河斷裂(大涼山南端新生幼年期斷裂帶)的最新破裂特征及其活動歷史， 小江斷裂(壯年期斷裂帶)強震復發(fā)規(guī)律， 川滇地塊西南邊界紅河斷裂(老年期斷裂帶？)中、 南段作為邊界斷裂作用已經(jīng)消失不再活動或作為地震復發(fā)周期長而只是暫時的“平靜”的對比研究， 來提升我們對川滇地塊邊界斷裂孕震環(huán)境、 破裂特征及響應關(guān)系的認識， 從而為川滇地塊邊界斷裂發(fā)震機理、 地震危險性分析及未來大震危險區(qū)劃分提供參考。 具體認識和結(jié)論如下：

(1) 北西-南東走向的包谷垴—小河斷裂。 ①它是大涼山斷裂帶向南擴展的新生斷裂系， 是2014年魯?shù)镸S6.5地震的發(fā)震構(gòu)造， 具有明顯的左旋走滑特征。 ②魯?shù)镸S6.5地震造成龍頭山鎮(zhèn)以南謝家營盤—光明村—王家坡一段長約8 km北西走向斷續(xù)展布地表破裂帶， 多處伴有30～35 cm的左旋位錯量及20～25 cm的傾滑分量， 最大水平位錯量約62±5 cm。 ③魯?shù)镸S6.5地震造成北西向斷裂及與其相交匯的北東向的昭通—魯?shù)閿嗔褞洗罅康亓芽p、 滑坡等次生地質(zhì)災害。 盡管震源機制、 余震序列分布、 烈度等震線分布特征以及地表破裂帶分布等地質(zhì)調(diào)查都支持北西向斷裂為此次地震的發(fā)震構(gòu)造， 但大量北東向構(gòu)造裂縫及滑坡等地質(zhì)災害、 近場強震動位移特征以及震源破裂過程都顯示， 此次地震可能為一次組合破裂事件。 ④我們在地表破裂帶上的小埡口槽谷上開挖的探槽揭露出了包括此次地震在內(nèi)的4次強地震記錄， 它們分別是： 事件E1為～8950 BC， 事件E2為1000 BC～900 AD， 事件E3為910～1240 AD， 事件E4為2014 AD， 年代限定較好的最近3次事件的平均復發(fā)間隔是560～1500 a。 ⑤古地震研究表明， 包谷垴—小河斷裂為全新世活動斷裂， 屬大涼山斷裂南部幼年期活動斷裂； 由于該斷裂帶活動強度較弱， 強震復發(fā)間隔相對較長， 探槽剖面揭露的古地震斷面容易隱形， 從而增加了古地震識別難度， 也就增加了地震漏記的可能性。 ⑥小埡口探槽研究表明， 云南地區(qū)6.5級強震可造成地表破裂并可留下古地震遺跡。

(2) 小江斷裂帶是一條形成與發(fā)育歷史久遠的斷裂帶， 是構(gòu)成我國著名的南北構(gòu)造帶的成分之一， 是著名的“川滇菱形塊體”東邊界。 有歷史地震記錄以來， 小江斷裂帶是云南地區(qū)地震活動性最強的地震帶。 ①我們在小江斷裂中段西支干海子槽谷上開挖了兩個大型探槽揭露出了多次古地震事件， 結(jié)合序列的14C年代樣品約束及年代校正， 分別限定了全新世期間3次古震事件分別是： 事件GHZ-E1 為3300 BC～400 AD， 事件GHZ-E2為 770～1120 AD， 事件GHZ-E3為1460AD～至今。 ②在小江斷裂中段西支草海子斷層槽谷上開挖的長約60 m的大型探槽， 共揭露出6次古地震事件， 20個碳屑及木頭樣品被測年， 分別限定了6次古地震事件的發(fā)生年代為： 事件E1 為40000～36300 BC， 事件E2為 35400～24800 BC， 事件E3為9500 BC～500 AD， 事件E4為390～720 AD， 事件E5為1120～1620 AD， 事件E6為 1750 AD～至今。 ③干海子探槽與草海子探槽同在小江中段西支上， 且兩探槽相距僅約400 m， 結(jié)合歷史地震記錄及古地震研究的逐次限定方法， 可以確定該段全新世晚期記錄較完整的4次古地震事件分別是： 500～720 AD， 770～1120 AD， 1120～1146 AD ， 1833 AD； 平均復發(fā)間隔約370～440 a， 這一結(jié)論遠小于前人研究得出的2000 a左右的大震復發(fā)間隔。 ④小江斷裂中段西支大墳地探槽中共揭露出3次古地震事件， 分別是： 事件E1為22930～22570 BC； 事件E2為22750～22340 BC； 事件E3為 1833年嵩明8級地震。

本文在小江斷裂西支開挖的4個大型探槽及前人古地震研究均揭露出， 晚第四紀以來有過多次大震活動遺跡。 探槽揭露出的斷面清晰、 地層切蓋清楚； 崩積楔、 坎前堆積等古地震識別標志明顯。 歷史地震記錄、 古地震研究均表明, 小江斷裂帶晚第四紀以來活動十分活躍， 是一條“壯年期”活動斷裂。 結(jié)合前人及本文在冬瓜營至草海子段古地震研究及大量14C測年結(jié)果分析表明， 小江斷裂帶西支在晚更新世晚期至全新世早期很有可能是一種分段破裂現(xiàn)象； 而在全新世中、 晚期以來， 小江斷裂西支具有叢集及整個西支斷裂全段破裂特征。

(3) 紅河斷裂帶： ①通過數(shù)字影像分析、 地質(zhì)地貌調(diào)查， 我們在紅河斷裂帶中段變形遺跡保存較好的大丫口段開挖了一個組合探槽， 通過探槽剖面及20個14C樣品測年結(jié)果分析， 共揭露出了3次古地震事件， 從老到新， 分別命名為E1， E2和E3， 發(fā)生在～1190 BC， 341～126 BC， 1460～1784 AD。 結(jié)合歷史地震記錄， 我們認為， 事件E3應對應1652年M7地震。 其中年齡限定較好的兩次事件E2， E3的復發(fā)間隔約1780～1990 a。 古地震研究表明， 紅河斷裂中段在全新世期間曾有過多次強地震活動， 并具有復發(fā)間隔較長的特點； 其次， 發(fā)生在紅河斷裂北段彌渡盆地邊緣斷裂上的1652年7級地震， 在紅河斷裂中段大丫口段產(chǎn)生了地表破裂， 向南可能延伸到香果林一帶。 ②通過地形、 地貌分析發(fā)現(xiàn)， 紅河斷裂南段戛灑—腰街一帶斷層槽谷及水系同步位錯十分明顯， 并且在十幾公里的地段都有顯示， 說明紅河斷裂南段晚第四紀以來仍有較強烈的活動； 達哈村組合探槽揭露出了明顯的斷層面及古地震信息， 通過測年分析表明， 紅河斷裂南段在全新世期間有過多次強地震活動。 ③發(fā)啟村組合探槽共揭露出了3次古地震事件， 事件FQC-E1為4800～2000 BC， 事件FQC-E2為1700～650 BC， 事件FQC-E3為1320～1660 BC； 結(jié)合歷史地震記錄分析， 事件FQC-E3可能發(fā)生在1539 AD； 3次地震事件平均復發(fā)間隔約1770～3170 a； 該段全新世中晚期以來平均滑動速率約2.0～4.3 mm/a； 假設(shè)這3次地震震級相當， 同震位移量也相當?shù)脑挘?3次地震的震級區(qū)間為7.2～8.0級， 平均震級約為7.6級。

(4) 川滇地塊云南地區(qū)不同發(fā)育階段邊界斷裂破裂特征對比分析表明： ①作為新生“幼年期”斷裂帶的包谷垴—小河斷裂在空間上表現(xiàn)為幾何不連續(xù)， 由于斷裂帶上存在許多小的障礙體未被突破， 斷裂以小地震及中強地震活動為主， 中強地震以分段破裂為主， 復發(fā)間隔為500～1500 a， 其震級上限為7級地震。 ②作為成熟“壯年期”斷裂的小江斷裂帶在空間上表現(xiàn)為線性特征連續(xù)且較具規(guī)模， 斷裂帶上小的凹凸障礙體已經(jīng)被突破， 斷裂以強(大)震活動為主， 斷裂強震復發(fā)間隔一般小于500 a， 其震級上限可達8級。 ③作為“老年期”活動斷裂的紅河斷裂帶主要表現(xiàn)為空間展布幾何連續(xù)性好， 構(gòu)造規(guī)模巨大， 斷裂活動以大震活動為主， 大震復發(fā)周期約1770～3170 a， 其震級上限可達8級。

關(guān)鍵詞青藏高原東南緣； 川滇地塊； 包谷垴—小河斷裂； 小江斷裂； 紅河斷裂； 古地震； 斷裂破裂特征

(作者電子信箱， 李西： lixgj@126.com)

中圖分類號：P315.2；

文獻標識碼：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.05.012

中國地震局地質(zhì)研究所2015屆博士論文摘要(Ⅰ)