丽江70级地震的地震地质构造背景分析

1、周光全 张建国 周瑞琦 吴伯黔 王桂兰(云南省地震局 , 昆明 , 650041)摘 要 本文主要根据作者的野外地震地质调查 , 从震区地质构造条件与构造应力场特征出发 , 根据库仑 莫尔剪破裂准则计算 , 结合这次地震地表破坏特征和等烈度线形态特 征综合分析认为 , 在北北西至近南北向主压应力作用下 , 丽江 710 级地震是玉龙雪山山前 断裂活动的结果 , 地震时断层活动以倾滑为主 , 伴有一定的左旋扭动 。并讨论了山前断裂 的闭锁条件 。关键词 : 地震构造 地面破坏 倾滑断 , 旋扭断层 , 宏观地震烈度调查 , 丽江710 级地震 , 云南 。前言01996 年 2 月 3 日 19

2、 时 14 分 18 秒 , 丽江县发生了一次 710 级地震 。据昆明地震台网测定 , 震中位于北纬 27°18, 东经 100°13, 震源深度 10 公里 。为摸清本次地震的发 震构造 , 探索其成因 , 作者于 1996 年 2 5 月先后三次对该地震进行了实地考察 。调查 表明 , 宏观震中位于玉龙雪山东麓黑水附近 。震区处于南北构造带以西的川滇菱形块体内 。川滇菱形块体是由鲜水河 、安宁河 、小江 、通海一河口 、红河和马登等深大断裂所围成的一个不封闭区域 , 似菱形 , 是我国地震多发区之一 。1 震区地震构造的基本特征震区位于青藏高原隆起的东南隅 , 红河断

3、裂和金沙江断裂之东 , 丽江 剑川断裂之北 , 即松潘 甘孜褶皱系 (黄汲清 , 1980) 内的玉树 义墩褶皱带南端 。据文献 1 ,自元古代 ( pt ) 以来 , 由于古大洋向其北塔里木地块的正向挤压和向东扬子准地台西缘古岛弧带的侧向俯冲 , 产生大量密集的巨大线状弧形深断裂带 , 各断裂带具有分支多 , 相互切割 、合并的组合特征 。燕山 喜马拉雅运动以来 , 印度板块向 北东方向推移 、挤压以至碰撞 、俯冲 。老断裂进一步发展 , 并沿断裂出现大量断陷盆地 。各老断裂所夹持的块体内部也产生由北东 北北东和北北西向的共轭断裂网络 , 从 而构成了本区的主要构造轮廓 。震区断裂非常发育

4、, 主要有龙蟠 乔后断裂 ( f 1 ) 、丽江 剑川断裂 ( f2 ) 、中甸 收稿日期 : 1996 , 08 , 011 周光全 , 男 , 29 岁 , 工程师永胜断裂 ( f3) 和玉龙山山前断裂 ( f4)( 以下简称 “山前断裂”) , 见图 1 。从本区的历史地震分布来看 , 龙蟠 乔后断裂 、丽江 剑川断裂和中甸 永胜断裂是区内主要的发震构造 。1996 年 2 月 3 日丽江 710 级地震不是发生在上述断裂上 ,断裂上 , 该地震是在独特的地质构造环境下发生的 。 龙蟠 乔后断裂 ( f1)是中甸 剑川断裂的南段 , 北起龙 蟠 , 向南经白汉场 、九河 、剑川 、沙溪

5、, 止于乔后 , 长约 120 公里 , 走向 n e15°20°。向北过金沙江逐渐转为北北西向 ,向南切割了红河断裂带的次级断裂 。主要 发育在三叠系中上统灰岩和下三叠统砂岩地层中 。地貌上表现了沿断裂发育有龙蟠 、白汉场 、九河 、剑川 、沙溪 、乔后等 盆地 , 并呈串珠状分布 。断层在地表有断 续的显示 , 白汉场 九河 剑川一带断错 脊及冲沟显示了断裂的左旋走滑性质 。为 丽江 剑川地震带的主要活动构造这一 。丽江 剑川断裂 ( f2)北起文化东北的金沙江边 , 向南经干 塘子 , 团山 , 丽江 , 文笔 , 南溪 , 中螳螂而是发生在山前图 1震区的活动断裂进

6、入剑川盆地 , 全长约 80 公里 。北端在金沙江附近被北西向中甸 永胜断裂右旋fig111 the active fault s in t he eart hquke area切错 , 南端在剑川盆地与北北东向龙蟠 乔后断裂相交 。该断裂发育在中三叠统灰岩地层中 , 基本上由两条平行断裂组成 , 走向 n e35°45°, 呈相向倾斜 , 倾角较陡 。两条 断裂间为第四纪构造洼地 , 文化 、团山两洼地长轴方向为北北东 , 槽谷形态显示受左旋力偶作用。丽江莲花村至干塘子一带冲沟、山脊被断袭切错(图 2) ,显示出左旋扭动性质。1751 年剑川 63/ 4 级地震和 195

7、1 年 剑川 61/ 4 级地震都发生在该断裂上 。该 断裂是丽江 剑川地震带的主要活动构 造之一 。中甸 永胜断裂 ( f3)北起中甸 , 向南东经大具 、大东 、文明 , 过金沙江 , 到永胜盆地附近与程 海断裂交汇 , 走向 n w30 60°, 南西倾 ,图 2莲花村附近的断错地貌fig121 geo mo rp hological dislocatio n map of t heeart hquke area near lianhua village倾角 75°, 长 170 公里 。在金沙江附近与丽江 剑川断裂交切 。该断裂主要发育在中三叠统灰岩中 。在大东文和

8、村玄武岩地层中断层出露 , 自西向东的黑白水河道被断裂切 错 , 东北盘相对向南 、西南盘向北运动 , 可见错距 50 米 , 呈右旋走滑性质 。从断面擦痕和东北盘保存的河流阶地分析 , 为张性正断层 。该断裂是中甸地震带的主要活动构造 , 历史上沿该断裂曾发生 4 级以 上地震 34 次 , 5 级以上 13 次 , 最大地 震是 1966 年中甸 614 级地震 。山前断裂 ( f4)由基本平行的东 、西两支断裂构 成 (图 1) 。西支断裂北起大具 , 向南 经雪山东麓 、从玉湖东北进入丽江盆 地 。据盆地内的浅层化探资料 , 玉湖 村东北 1 公里处汞的平均含量为 57175pp b

9、, 最高点达 110176 pp b ; 中海村附 近的平均含量为 178132 pp b , 最高点图 3震区地质图fig131 geological map of t he eart hquke area为 1281100 pp b 。说明山前断裂的南段隐伏于盆地内 , 并在白华村附近被丽江 剑川断裂截接 。东支断裂北起大具 ,经打鼓粱子 、甲子 , 向南隐 伏于丽江盆地 。白水河以北地区 , 东 、西支断裂夹持着上二叠统玄武岩体 , 上二叠 统玄武岩体呈近南北向条带状 分 布 ( 图 3 ) 。据 文 献图 4玉龙山前冰川谷形态fig141 morp hology of glacial

10、valley in f ront of yulong mountain该玄武岩体是华力西期2 ,海底岩浆活动的喷溢物 。从玄武岩体与山前断裂在空间上的相互关系推断 , 当时岩浆活动是沿断裂面向上作裂隙式喷溢 , 山前断裂深部破碎 , 东 、西支断裂在一定深 处交汇为同一条断裂 。这条断裂总体走向近南北 , 倾向东 , 倾角 55°60°, 全长约 60 公里 。据 1/ 20 万地质图 ,断层呈正断性质 。断裂穿过玉龙山前第四纪冰川谷 ( 图4) , 谷地形态说明该断裂具有一定的左旋水平分量 。 震区新构造运动十分强烈 , 具有如下特征 :玉龙雪山隆起区强烈抬升龙蟠 乔后断

11、裂之东 ,山前断裂东支以西为玉龙雪山隆起 (图 5) , 东西宽约 16公里 , 区内除虎跳涧河谷外 , 没有经向褶皱 , 走向近南 北的张性正断裂发育 , 缺失第三系沉积物 , 三叠系的岩 相变化等现象反映出该区长期上升隆起 。玉龙雪山上升 尤为强烈 , 主峰高达 5596 米 , 复背斜的核部因上升侵蚀 而露出了时代不明的变质岩 。山前断裂以东为鸣音沉降带 , 东西宽约 18 公里 , 带内下第三系发育 , 呈南北向展 布 。图 5玉龙雪山隆起区fig151 up welling area inyulo ng snow mo untain第四系盆地受到断裂控制丽江盆地呈南北向长条状延伸 ,

12、 东 、西两侧分别受山前断裂东 、西支控制 , 为断陷盆地 。据文献 1 ,沉积 , 第四系厚达 1100 余米 。上新世末期以来 , 丽江盆地接受第四纪九子海块体沿顺时针方向旋扭震区内大断裂和次级断裂相互交切 , 围限成许多大小不一 、级次不同 的块体 。近南北向的山前断裂为滇西北裂陷区北部块体 1内的次级断裂 , 它的正断活动控制了雪山东麓裂陷带 。以雪山东麓裂陷带为西界 , 北东向左旋走滑断裂 丽江 剑川断裂为南界 , 北西向右旋走滑 断裂 中甸 永胜断裂为北界 , 在平面上围限成一个等腰三角形块体 , 被称为九子海块体 。由边界构 造带的活动性质和方向可以推断 , 块体受北东向和北 西

13、向两组断裂的控制 , 在近南北向挤压应力作用下向 西运动并伸展 。块体顶面是以三叠系地层为主组成的 高平原 , 广泛分布着夷平面 , 剥夷的最新地层为下第三系 。夷平面略向西倾斜 , 显示出块体向西倾斜运 动 。九子海块体边界构造呈环状 ( 图 6) , 从里向外分图 6九子海块体的旋扭构造fig161 twisted st ruct ure ofj iuzi hai block body漩涡 、内层 、外层三部分 。漩涡位于九子海附近 , 为一构造圆盆 , 直径约 12 公里 。图上大致圈出其范围 , 位于漩涡中心的断裂呈 n n w 方向 ( 335°355°) , 保

14、持了原有的经向构造 , 是相对稳定的地块 。漩涡之外 ,为外层 , 分布于外层的断裂有规律地运动 ,圆弧形断裂之间的地带为内层 。内层之外则显示出整个外层沿顺时针方向向外扭动 。2 现今区域构造应力场特征211 断裂运动反映的构造应力场北东向丽江 剑川断裂和鹤庆 洱 源断裂呈压性左旋扭动 , 近南北向 、北北东向龙蟠 乔后断裂和山前断裂为张性左旋运动性质 , 北西向大具 大东断 裂表现为右旋张扭运动 , 表明该区受北 北西向应力水平挤压作用 。212 现代破裂网张格局反映的构造应 力场岩石力学实验表明 , 加载条件下岩 石标本微破裂线的空间分布与所加应力图 7震区的破裂网张fig171 rup

15、 t ure net wor k of t he t he eart hquke area方向存在某种相关性 , 其剪破裂的锐角一般指向主压应力方向 (张文佑等 , 1962 , 王绳祖等 , 1982 , 1986) 。因此我们可以根据两组共轭剪切破裂线的方位估算与之相关的区域主压应力方向 (方仲景 , 1985 , 向洪发等 , 1986 ,) 。本区典型的剪破裂主要有两组 ,一组为北北西 北西向 , 另一组为北北东 近南北向北西 。一般认为 , 河谷沿着三度空间的应力场作用下 的剪切面发育 , 于是统计出水系发育的两组优势方 向就相当于找出应力场中的一对剪切面 , 它们间的 锐角等分线即

16、主压应力方向 。震区的水系极向分布 (图 8) 尽管离散度较大 , 但其所夹锐角等分线趋势 仍以北西 北北西向为主 。213 地震震源机制反映的构造应力场阚荣举等人 ( 1977 , 1981) 通过对大量地震的 震源应力场统计 , 再现了我国西南地区的构造应力 场 , 川滇菱块主压应力方向有规律地变化 , 自北而 南由北东逐渐转为近东西向再南为北北西向 3。 震区处于川滇菱块的南部 , 现代构造应力场是北北西方向 ( 325°355°) 压应力场 。对 1996 年 2 月 3 日至 2 月 7 日丽江 710 级地震及其 15 次 m 410 级 余震作 p 波初动解

17、(表 1) 。( 图 7) 。其所夹锐角平分线为北图 8震区的水系极向分布图fig181 polar dist ributio n of water system in eart hquke area表 1丽江 710 级地震及余震( m 410)p 波初动解(王绍晋 , 199617)深度余震主压应力轴的优势方向为北北西方向 ,与区域构造应力场主压应力方向一致 。发震时间震中 位置震级震源( km)节面 a节面 bp 轴t 轴精度走向倾向倾角走向倾向倾角方位仰角方位仰角1996102103丽江71010337°n ee50°6°w44°3°7

18、5°260°4°b1996102104丽江4151039°n w75°306°sw84°261°15°253°7°b1996102105丽江61015330°sw53°17°see47°178°65°82°3°b1996102105丽江41710348°sww75°66°sse50°215°39°112°16°b19961021

19、05丽江4185292°nn e63°34°se70°341°5°74°34°b1996102106丽江41010302°n e74°31°n w85°345°15°77°8°b1996102106丽江41610284°nn e65°27°see65°155°0°35°35°b1996102106丽江41715298°sw80°24

20、76;se68°162°23°69°8°b1996102106丽江51715322°sw65°36°se57°181°43°87°5°b1996102106丽江41110271°n85°5°e55°143°20°43°28°b1996102107丽江51415146°se53°351°n ee40°180°75°67°

21、7°b1996102107丽江41010345°sww60°56°se60°201°45°111°0°b1996102107丽江51010296°nn e75°35°se61°167°9°73°31°b1996102107丽江41315294°nn e69°22°n ww84°337°19°70°11°b1996102109丽江41310288&#

22、176;ssw55°16°e85°146°28°247°21°b1996102111丽江41115338°n ee45°217°n w62°358°56°101°10°b3 发震构造条件和闭锁条件分析311震区断裂活动状态构造地震是地壳应力和地壳岩层相互作用发生剪破裂的结果 。走向不同的断裂发展 为地震断裂的可能性不同 。丁文镜 (1982) 确定表明 , 走向与临界走向断裂相同或相近 的断裂上 , 中等规模的闭锁区往往容易发生地震 3 。所谓临

23、界走向断裂是指走向与最大主应力1 的夹角为的断裂 4。按照莫尔一库仑破裂准则 , 临界走向断裂最易发生剪破裂 。角满足下列关系 : t g= 90°- 2(1)(2)式中为内摩擦角 , 是内摩擦系数 。震区最大主应力方向1 = 325°- 355° 地层内摩擦系数见表 2 ,表 2震区地层的内摩擦系数取= 0145 - 0167 ,代入 (1) 、( 2) 式得夹角1 = 32°53, 2 = 28°5; 该区走向为 n7°55w - n27°53e 和 n33°5- 52°57w 的断裂均有可能发展成为

24、发震断裂 , 即在北北西向主压应力作用下 , 震区近南北向山前断裂 、龙蟠 乔后断裂和北西向大具 大东断裂 的走向与临界走向断裂相同 , 最易发生剪破裂 。在北北西向挤压应力作用下 , 北东向断裂呈压紧状态 , 活动微弱 。据文献 1 ,第四纪晚期以来 , 丽江 剑川断裂水平走滑平均每年在 1 2 毫米之间 , 垂直分量平均每年在 062 065 毫米之间 , 都不算大 。312 震区地表破坏现象及特征地震裂缝丽江 710 级地震发生后 , 大具 黑水 干海子 玉湖一带出现地震裂缝 带 (图 9) 。经实地考察发现 (1) 、大具乡峨嵋之村出现地裂缝 , 向南 10 公里没有地裂缝 , 直到黑

25、水村才出现地裂缝 。地裂缝地北段分布不连续 , 黑水至玉湖段地裂缝则连续分布 。(2) 、在地表 , 地裂缝位于山前断裂东 、西支断层之间 , 呈北北东 ( n20°e) 方 向展布 , 与山前断裂走向相近 。 ( 3) 、黑水附近地裂缝切断公路 、田坎 、树干 、树根 , 垂直错距 20 40 厘米 , 水平错距 30 50 厘米 ; 地裂缝呈右阶雁列 。地裂缝的错动方式和排列方式都表现了张性左旋错动性质 , 与山前断裂活动性质一致 。石块抛掷现象地震时 , 由于地面强烈运动造成石块抛动的现象 。在干海子 玉湖 一带发现有石块抛掷现象 , 玉湖村东北 1 公里处平坦的戈壁滩上约 0

26、15 平方公里范围内断裂名称编号主要地导内摩擦系数龙蟠 乔后f1砂岩、白云质灰岩0149 0167丽江 剑川f2白云质灰岩0167鹤庆 洱源砂岩、白云质灰岩0149 0167大具 大东f3白云质灰岩0167山前断裂f4玄武岩、白云质灰岩0145 0167石块抛掷现象最明显 。我们进行了实地测量 , 抛石粒径 2 60 厘米 , 抛掷距离最远达70 厘米 。在抛石原位与落点间没有发现滑动痕迹 ,据此推断 , 地震发生时 , 干海子 玉湖一带地面运动在垂直方向上的 加速度超过了重力加速度 (110g) 。高烈度点的线状分布 极震区 南部文华 、向阳 、中海和白华开文 等地 民 房 多 数 毁 坏

27、, 震 害 指 数 达017 以上 , 地震烈度为 x 度 。这些 高烈度点呈近南北向线状分布 , 见图 9 。地震裂缝 、抛石 、高烈度点三 者自北向南排列有序 , 呈线性展布 , 走向近南北 , 与山前断裂平行 。综上所述 , 我们认为 1996 年 2月 3 日丽江 710 级地震是山前断裂 正断左旋滑动的结果 。313 地震等烈度线特征据宏观调查资料 , 1996 年 2 月3 日丽江 710 级地震等烈度线呈椭说明石块是跳离地面作抛物运动的 。圆形 , 极震区长轴为南北方向 。一般认为 , 极震区等震线长轴方向平图 9丽江地震地表破坏分布图fig191 surface damage

28、dist ributio n for t he lijiang eart huqke行于发震断层走向 。山前断裂走向近南北 , 与 710 级地震极震区长轴方向吻合 。据此可以认为 , 山前断裂就是丽江 710 级地震的发震断层 , 震中位于该断裂的中段 。314丽江 710 级地震的闭锁条件在玉龙雪山隆起区内 , 玉龙雪山上升尤为强烈 , 在山前断裂北段云杉坪 大具之间 形成一个横向隆起体 。在近南北向主压应力场作用下 , 这个横向隆起在一定深处构成山前断裂运动的阻碍体 , 有利于应力积累 , 从而孕育和发生了 710 级地震 。4 结论与认识411区域构造应力场的主压应力方向为北北西 (

29、325 355°) ; 主震震源主压应力方位为近南北向 (3°) 。这是由于九子海块体的外层沿顺时针方向扭动 , 整个块体向西运动 并伸展从而造成局部震源应力场主压应力方向偏转 。4121992 年 2 月 3 日 710 级地震是山前断裂正断左旋错动的结果 。413极震区内文化的向阳 、中海 、白华开文等地位于山前断裂隐伏段上 , 震害指数达017 以上 , 烈度偏高 。丽江断陷盆地第四系地层厚达 1100 米以上 , 对地震波可能有放 大作用 , 从而造成上述地点烈度偏高 。大具 鸣音一带断裂发育 , 北西西向 、北西向 、北东向和北北东向断裂相互交切 ,断裂的多个交叉

30、点沿北西西向呈带状分布 。大具 鸣音一带震害指数大于 015 , 烈度高 于周围地区 , 呈北西西向带状分布 。新团 则谷 西林瓦 、文化等地位于丽江 剑川断 裂带内分支断裂的交汇点附近 , 震害指数大于 016 , 烈度高于周围地区 。上述异常带是 由于山前断裂错动引发了附近其它断裂活动 , 多条断裂复合作用使断裂交叉点或交汇点上震害叠加 , 烈度偏高 。据宏观调查资料 , 地震破坏沿短轴方向向东衰减较慢 , 向西衰减较快 ; 极震区东宽 西窄 , 为不对称椭圆形 。这可能与山前断裂的断面倾向东 , 上盘在错动 、下滑过程中释 放较大能量有关 。414 地震裂缝位于山前断裂东 、西支断层之间

31、 , 基本平行于山前断裂 , 在震源深度上 地裂缝 、山前断裂东 、西支断层三者可能交汇成同一条断裂 。415 极震区内地裂缝分布不连续 , 在一定程度上说明丽江 710 级地震是山前断裂北段横向隆起体局部破裂的产物 。从这次地震系列的空间分布来看 , 余震都分布在主震以 南 , 并有沿着山前断裂向南迁移的趋势 。1996 年 7 月 2 日 515 级强余震发生在山前断 裂和丽江 剑川断裂的交汇点附近 , 地震迁移到了山前断裂的最南端 , 说明山前断裂南段已基本贯通 。这样 , 北段横向隆起未破裂部分将更加有利于应力积累 。据此笔者认 为 , 随着山前断裂进一步向深处发展和横向贯通 , 其北

32、段将会再次发生地震 。成文过程中 , 得到了韩源研究员和余维贤高级工程师的指点和帮助 , 在此致谢 !参考文献国家地震局地质研究所 , 云南省地震局 , 滇西北地区活动断裂 , 地震出版社 , 19861阚荣举等 , 我国西南地区现代构造应力场与现代构造活动特征的讨论 , 地球物理学报 , 20 卷 , 2 期 , 19971丁文镜 , 一个划定强震危险区的方法 , 地震学报 , 4 卷 , 2 期 , 19821 黄福明等 , 华北北部构造应力场 , 中国地震 , 11 卷 , 2 期 , 19951 云南省地质局 , 区域地质调查报告 ( 丽江幅) , 120 万 , 1977112345anl ysis on s esimolo gical tectonic bac kgroundo f the m 710 l ij ian g earthqua kezho u guangquan , zhang j ianguo , zho u ruiqi , wu boqian and wang gu