2021年5月21日漾濞M S 6.4地震的發震斷層及其破裂特征:地震序列的重定位分析結果

王光明吳中海彭關靈劉自鳳羅睿潔黃小龍陳浩朋

1.云南省地震局,云南 昆明 650224;2.中國地質科學院地質力學研究所,北京 100081;3.廣東工業大學土木與交通工程學院測繪工程系,廣東 廣州 510006

0 引言

據中國地震臺網測定,2021年5月21日21時48分在云南省大理州漾濞縣(25.67°N;99.87°E)發生MS6.4地震,震源深度8 km(http://news.ceic.ac.cn/-CC20210521214835.html)。截至6月5日,此次地震已經造成3人死亡,28人受傷,受到社會廣泛關注。

此次地震發生在歷史上強震相對頻繁的川滇地塊西南邊界帶附近,該區的強震危險性一直是地震地質領域關注的焦點之一(毛玉平等,2003)。漾濞地震序列顯示(數據來源于全國地震編目系統http://10.5.160.18/-console/index.action),在MS6.4地震發生前的5月18日至21日,震源區已經連續發生了多次3、4級地震,并在主震發生前27分鐘,出現最大前震MS5.6地震,主震后的7分鐘和36分鐘,又先后發生了MS5.0、MS5.2強余震。根據地震序列類型定義(Utsu,2002;蔣海昆等,2015),漾濞MS6.4地震序列屬于典型的“前震-主震-余震型”地震。此次漾濞MS6.4地震是滇西北麗江、大理地區自1996年麗江7.0級地震之后發生的最大地震,而且恰好發生在北西向紅河斷裂帶向西北延伸段——維西-喬后斷裂(又稱通甸-巍山斷裂)與近南北向麗江-大理斷裂系統的交匯部位。及時分析此次地震序列的活動特征,確定發震構造,探討此次地震的震源破裂過程與孕震機理,可為認識該區的孕震環境和判別未來強震危險性等及時提供關鍵依據,并有助于更好的理解區域強震的遷移特征或規律(趙根模等,2020)。

1 區域地質背景

漾濞地震的震中位于北西向蘭坪-思茅褶皺帶與揚子準地臺西緣的交界部位偏蘭坪-思茅地塊一側(云南省地質礦產局,1990)。該區是特提斯-喜馬拉雅構造域東南部弧形構造轉折處,處于川滇菱形塊體西南邊界紅河斷裂帶與近南北向麗江-大理斷裂系統的交匯區及應力集中帶(李玶和汪良謀,1975),也是青藏高原物質向東南擠出的通道(吳中海等,2012,2015),活動斷裂體系相對復雜(圖1)。震中所在的維西-喬后斷裂周邊歷史地震活動水平并不高,1930年以來以5、6級地震為主(圖1a),最大地震為1948年劍川MS6.3地震。但是2013年以來周邊的中—強地震相對活躍,曾連續發生2013年3、4月洱源MS5.5、MS5.0地震(趙小艷和付虹,2013;常祖峰等,2014;黃小龍等,2015)、2016年5月18日云龍MS5.0地震(Jiang et al,2019)和2017年3月27日漾濞MS5.1地震(李姣等,2020)。

區域地質調查資料顯示(云南省地質調查院區域地質調查所,2008),漾濞地震處于紅河斷裂帶與麗江-大理斷裂系統的交匯區,發育了以北北西—北西向和北東向兩組幾何形態呈“共軛式”的斷裂系統(圖1)。該斷裂系統主要是喜山運動早—中期近東西向擠壓作用的產物(云南省地質調查院區域地質調查所,2008)。其中北北西—北西向紅河斷裂系統的規模大,主要形成于喜山運動早期的漸新世(Leloup et al,1995),構成了蘭坪-思茅褶皺帶及其與揚子地臺邊界帶上的主要構造形跡,以具有左旋走滑成分的逆沖性質為主。而北東向斷裂規模普遍較小,常切割北西向斷裂,表明其形成較晚,可能主要在中新世的喜山運動中期,主要以右旋走滑性質為主。綜合已有關于該區活動斷裂的調查研究成果可知(Wang et al,1998; 毛玉平等,2003;任俊杰等,2007;常祖峰等,2014;羅睿潔等,2015),在喜山運動晚期(約上新世以來),滇西北地區的構造應力場由近東西向轉為以北北西—近南北向水平擠壓為主(闞榮舉等,1977;崔效鋒等,2006),導致該區的斷裂性質發生反轉。研究區內的大部分北東向走滑斷層停止活動,僅部分或局部轉為了以左旋走滑運動為主,其中規模較大的且第四紀活動性較明顯的是洱海北東側的清水-周城斷裂(國家地震局地質研究所和云南地震局,1990)。而北西向斷裂成為該區主要的第四紀活動斷裂,包括了正斷層和右旋走滑斷層兩類。前者主要分布在點蒼山兩側及北部(Wu et al, 2009;吳中海等,2012;黃小龍等,2015),包括點蒼山東麓斷裂、鳳羽-花甸壩斷裂、鳳羽盆地西緣斷裂和煉鐵盆地東緣斷裂等(圖1)。而后者主要發育在蘭坪-思茅地塊東部與點蒼山的交接地帶,從西向東主要包括6～7條斷裂,分別是云龍-永平斷裂(第四紀走滑速率約0.2～0.5 mm/a;吳中海等,2012,2013)、雙河斷裂、順鼻河斷裂、草坪斷裂、維西-喬后斷裂(又稱通甸-巍山斷裂)和鳳儀定西嶺斷裂(國家地震局地質研究所和云南地震局,1990;安曉文和常祖峰,2018)。除此之外,震中東南側還發育有近東西走向的西洱河斷裂,但第四紀活動性并不明顯。

圖1 漾濞地震周邊的主要活動斷裂、歷史地震與臺站分布Fig.1 Distribution of active faults, historical earthquakes and seismic stations around the Yangbi earthquake. (a) Distribution of active faults and historical earthquakes. (b)Tectonic setting of the study area. (c) Station distribution around the Yangbi earthquake F1-the Sagaing fault; F2-the Honghe fault; F3-the Xianshuihe-Xiaojiang fault; F4-the Longmenshan fault; F5-the East Kunlun fault; F6-the Altyn Tagh fault; F7-the Haiyuan fault

2 數據和方法

精確定位的地震序列是確定震源斷層與發震構造的重要證據,并可為研判后續余震發展過程及未來強震遷移趨勢提供重要依據(Hauksson et al,2012;房立華等,2018;王光明等,2018;Wang et al,2018;易桂喜等,2019;Jiang et al,2019)。使用中國地震臺網中心提供的觀測數據,采用雙差定位方法對漾濞地震序列進行重新定位,并結合震源機制解和區域活動構造等資料,綜合分析探討漾濞地震序列的發震斷層特征、破裂過程以及區域地震地質意義。

2.1 數據來源

漾濞地震發生后,云南省地震局和中國地震局第一監測中心在震中周邊架設了5個流動臺,加上原有的云南省數字地震臺網和下關小孔徑臺網的固定臺站,為重定位研究提供了豐富的近臺觀測數據(圖1c)。截至2021年6月5日,漾濞地震序列共發生MS≥6.0地震1次,MS5.0～5.9地震3次,ML4.0～4.9地震26次,ML3.0～3.9地震73次。為保障數據的可靠性和定位精度,選取2021年5月18日至6月5日至少有6個震相記錄的地震事件(數據來自全國地震編目系統http://10.5.160.18/-console/index.action)進行重定位,共篩選出4430次地震事件參與重定位。由于漾濞地震周邊地區的地震臺站較多且分布均勻,因此選取震中距250 km內(約42個臺站)的震相數據進行重定位,經過重定位程序預處理,最終共有320947個P波震相對和254325個S波震相對參與重定位。

2.2 雙差定位法

雙差定位方法的核心是將地震事件叢集根據震中距、震相數量等規則進行配對,使用地震對中兩個事件相對于同一地震臺站的觀測走時差與理論走時差之差(雙差)反演震源之間的相對位置,進而得到整個地震叢的精確位置(Waldhauser and Ellsworth,2000)。雙差定位方法可以消除震源和臺站之間因為速度模型不精確產生的誤差。在地震叢集中,地震之間因為配對可以相互約束,相比于孤立定位增加了約束條件,可有效提高地震叢集的相對定位精度。因此,該方法目前已成為國內外地震序列重定位最常用的方法之一(楊智嫻等,2003;Hauksson and Shearer, 2005; Waldhauser and Schaff, 2008;Hauksson et al,2012;王未來等,2014;Fang et al,2015a,2015b;房立華等,2018;Wang et al,2018;Jiang et al,2019)。

盡管雙差定位方法對震源與臺站之間的速度模型依賴性不高,但是對震源區的速度模型變化比較敏感。因此,相對準確精細的區域地殼速度模型對重定位結果的影響是十分關鍵的(Michelini and Lomax,2004;黃媛等,2008)。采用楊軍等(2015)基于云南地區人工地震測深和速度結構反演研究給出的一維速度模型進行重定位。根據該模型計算得到的理論到時與觀測到時在250 km范圍內吻合性較好(圖2),表明該模型的適用性較好。此次漾濞地震序列走時曲線如圖2所示,圖中Pg波和Sg波觀測到時表現為兩條明顯分開的直線,表明所使用的觀測報告震相數據可靠性較好。

圖2 漾濞地震走時曲線Fig.2 Travel time curves of Pg and Sg phases

利用雙差定位方法對漾濞地震序列重定位后,共得到3863次地震事件的精確震源位置,重定位率約為91%。重定位后的MS6.4主震震中位置為(25.688°N;99.877°E),震源深度為9.6 km。重定位后東西向、南北向、深度和發震時刻誤差分別為53.35 m、55.17 m、124.68 m和0.083 s(圖3)。

圖3 漾濞地震序列重定位誤差Fig.3 Location error of the Yangbi earthquake sequence

3 結果分析

3.1 漾濞地震序列的空間展布特征

3.1.1 地震序列震中分布特征

重定位后漾濞地震序列震中整體呈北西—南東向掃帚狀展布(圖4),長軸走向約為135°,全長約25 km(其中余震相對集中的段落長約20km),最窄處約3 km,最寬約8 km。從前震、主震和余震的分布看,MS5.6地震位于整個地震序列的中部,MS6.4主震位于序列的北西端,而隨后的兩個主要余震都先后出現在主震東南側,MS5.0余震出現在前震位置附近,而MS5.2余震距離主震最遠,出現在整個地震序列靠東南端的位置,而且主震之后整個序列中的絕大多數余震都出現在MS6.4主震的東南側。因此,漾濞地震具有向東南單側擴展的破裂特征。

以MS6.4主震、MS5.6地震和MS5.2余震位置為界,可進一步將整個漾濞地震序列的空間分布劃分為特征明顯不同的4段(圖4)。其中MS6.4主震西北側的段落長約9 km,以主震發生后的零散余震為主;值得注意的是,在主震后6～7天,在主震北東側偏離序列主活躍區約7 km的位置,還出現一組長軸走向約190°相對獨立的余震序列。MS6.4主震和MS5.6地震之間的地震序列長約7.5 km,是地震數量相對多且分布最為集中的段落,主要集中在走向約135°的北西—南東向條帶上,5月18日至21日MS5.6地震及同震階段的地震都主要分布在該段,應該代表了此次地震序列發震斷層能量集中釋放的段落,震源機制顯示為走滑運動為主。MS5.6地震和MS5.2余震之間的地震序列段落長約7 km,主要出現在同震與震后階段,地震由北西向南東擴展,可能是發震斷層進一步向南東破裂的反映。值得注意的是,地震序列在該段出現了向南的分支和發散現象,震源機制解顯示MS5.2余震為走滑兼正斷型地震(圖4,表2)。MS5.2余震東南側的地震序列長約7 km,主要出現在同震與震后階段,同樣具有向南和東南發散的特點。

藍色虛線—深度剖面的位置(輔助線);AA?—平行地震序列長軸的剖面位置;BB?、CC?、DD?—不同段落上垂直于地震序列長軸的剖面位置,EE?—垂直于東南端馬尾狀分布的地震序列圖4 漾濞地震序列重定位后的震中分布圖Fig.4 Epicenter distribution of the relocated Yangbi earthquake sequence Blue dash lines represent the depth profile locations in Fig.5; AA?represents the profile parallel to the major axis of the Yangbi earthquake sequence; BB?, CC?, DD?are profiles located at different section perpendicular to AA?, and EE?is the profile perpendicular to earthquakes distributed like a horsetail splay

3.1.2 地震序列的剖面特征

基于漾濞地震序列的重定位結果,沿地震序列分布的優勢長軸方向(圖4中AA?剖面),垂直該長軸經過主震、前震與主要余震(圖4中BB?、CC?和DD?剖面),以及垂直地震序列東南端發散方向(圖4中EE?剖面),分別做地震序列的深度剖面圖(圖5),進一步揭示震源破裂面及其深部產狀特征。

圖中的紅色虛線為推測的發震斷層及產狀;黑色虛線為余震密集區a—e—不同方向深度剖面;f—基于InSAR得到的漾濞地震斷層滑動分布特征(應急管理部國家自然災害研究院http://www.ninhm.ac.cn/content/details_35_2206.html)圖5 漾濞地震序列不同方向的深度剖面(剖面位置見圖4)Fig.5 Depth profiles of the Yangbi earthquake sequence in different orientations. (a-e) Different depth profiles of the Yangbi earthquake sequence. (f) Distribution characteristics of the fault slip of the Yangbi earthquake based on InSAR.Location is shown in Fig.4; Red dash lines represent the inferred seismogenic faults, black dash line represents the intensive area of aftershocks; Subgraphs are quoted from National Institute of Nature Hazards.

深度剖面顯示(圖5a),重定位后地震序列主要集中在2～14 km的深度范圍內,而且呈現出北西深、南東淺的特征。該特征在垂直長軸方向的剖面上更為明顯:MS6.4主震區的地震主要分布在6～13 km的深度范圍(BB?剖面;圖5b),MS5.6地震周邊的地震主要分布在4～13 km深度范圍(CC?剖面;圖5c),而MS5.2余震周邊地震的震源略淺,主要分布在2～11 km深度范圍(DD?剖面;圖5d)。在AA?剖面上,可以看出地震序列主要集中在從主震向東南長軸約20 km、短軸約11 km的橢圓內(圖5a中黑色虛線),主要破裂的總面積約為173 km2,這一范圍與基于InSAR反演的震源斷層滑動范圍基本一致(圖5f),表明可以用余震序列的集中分布區來近似代表震源破裂范圍。

漾濞地震序列在垂直于長軸的剖面上呈現出陡傾向南西的展布特征,而且傾角具有自北西向南東逐漸減小的趨勢(BB?剖面上傾角約為85°,CC?剖面上傾角約為79°,DD?剖面上傾角約為76°;圖5),這可在MS6.4主震、MS5.6地震和MS5.2余震的震源機制解中得到進一步驗證(表2,圖4)。其中MS6.4主震為典型的走滑型地震,節面I的走向與地震序列優勢展布方向的長軸完全吻合,走滑性質為右旋,傾向南西,傾角82°;MS5.6地震也是右旋走滑型地震,節面I走向與地震序列優勢展布方向較為一致,傾向南西,傾角為70°;MS5.2余震的震源機制解顯示出兼具正斷與走滑成分的斜滑破裂特征,節面I走向為151°,較主震和前震明顯向南西旋轉,與余震序列在此處出現分叉、轉折現象相吻合,傾向南西,傾角72°(表2)。

與震中北西—南東向掃帚狀分布一致,地震序列的深度剖面也呈現出北西窄、南東寬的掃帚狀分布特征。MS6.4主震周邊地震序列明顯集中在寬約3 km的區域,而MS5.6地震周邊的地震序列卻相對分散,展布寬度約為5 km,MS5.2余震周邊的地震序列最寬,約為8 km。DD?剖面顯示(圖5d),MS5.2余震周邊地震序列實際上包含了傾向南西的3個次級破裂部分,指示震源斷層在該區出現了明顯的發散。從穿過該發散區的EE?剖面上(圖5e),可以更清晰的看出3條分支破裂面,震源機制解顯示該區的破裂具有明顯的右旋正斷特征,這表明震源斷層延伸至東南后發散為了多條具右旋正斷性質的分支破裂,這符合走滑斷層末端拉張變形特征(肖坤澤和童亨茂,2020)。

綜上所述,漾濞地震序列在從北西向東南擴展的過程中,發震斷層經歷了以右旋走滑為主向右旋正斷演變的過程,以及相應的由集中變形向分散變形的變化過程。

3.2 漾濞地震序列的時間發展特征

基于重定位后的地震序列時空分布,可進一步刻畫出漾濞地震序列的前震、主震和余震發展過程,進而了解漾濞地震序列發震斷層的破裂過程。將漾濞地震序列分為6個時段進行詳細分析:時段1,5月18日至5月21日MS5.6地震前;時段2,MS5.6地震至MS6.4主震前;時段3,MS6.4主震至MS5.2地震前;時段4,MS5.2地震后至5月21日24時;時段5,5月22日0時至24時;時段6,5月23日至6月5日。漾濞地震序列在上述6個時間段的分布如圖6所示。

AA′、BB′表示輔助線;圓圈表示M≤5.0地震,圓圈直徑與震級相關;五角星表示M≥5.0地震a—5月18日至5月21日M S5.6地震前地震序列; b—M S5.6地震至M S6.4主震前地震序列;c—M S6.4主震至M S5.2余震前地震序列;d—M S5.2余震至5月22日23時59分地震序列;e—5月23日地震序列;f—5月23日至6月5日地震序列圖6 漾濞地震序列的時間發展過程Fig.6 Temporal development process of the Yangbi earthquake sequence(a) Foreshock sequence of the M S 5.6 earthquake between May 18 and May 21. (b) Earthquake sequence after the M S 5.6 earthquake and before the M S 6.4 earthquake. (c) Earthquake sequence after the M S 6.4 earthquake and before M S 5.2 aftershock.(d) Earthquake sequence after the M S 5.2 aftershock until May 22 at 23:59 (Beijing Time). (e) Aftershock sequence through May 23. (f) Aftershock sequence between May 23 and June 5.

時段1:漾濞地震序列在空間上非常集中,震中沿北西—南東向分布,ML≥3.0地震集中在9～12 km深度范圍內,MS5.6地震發生在時段1地震序列的東南端,這一過程應該對應了震源斷層的破裂成核過程。

時段2:MS5.6地震發生后,中小地震主要展布在MS5.6地震的南東方向,而北西方向地震很少,而MS6.4主震發生在時段1地震序列的北西端,這可能反映余震向北西擴展受阻,發震斷層閉鎖區破裂產生MS6.4主震。

時段3:MS6.4主震發生后,余震主要向其東南方向擴展,并開始在東南端呈現出向西南側分散的現象,繼而在該位置發生MS5.2余震。

時段4:MS5.2余震發生后,余震序列震中仍然集中分布在北西—南東條帶上,并繼續向東南擴展。

時段5:這是余震序列的主要集中發育期,而且余震序列向北西和南東兩側擴展,其中在東南端出現明顯分散,并呈掃帚狀或馬尾狀分布,結合該區余震顯示出的右旋正斷性質,指示了震源斷層在向東南擴展過程中的應變分散及衰減現象。與此同時,在主震東北側開始出現北東向分布的次級余震序列。

時段6:余震仍主要集中在北西—南東向的條帶上,主震北側的北東向余震序列得到進一步發展。

綜上,漾濞地震的前震序列集中在狹窄的北西—南東向條帶活動,MS5.6地震和MS6.4主震分別發生在前震序列東南端和西北端,余震自北西向南東方向單側擴展,在余震序列的東南端發生最大余震MS5.2地震,之后余震序列除繼續沿北西—南東條帶活動外,分別向西南側和北東側擴展。

將重定位得到的ML≥3.0地震按發震時刻編號后投到深度剖面上(圖7),并將對應的震源機制解(表2)放入圖中,震源球深度是震源機制解反演得到的最佳擬合深度,其中MS6.4主震和MS5.2余震震源機制解為USGS反演結果,其余地震震源機制解為智能地動(earthX;算法來自于Kuang et al,2021)提供。結果顯示,在MS5.6地震發生前,ML≥3.0地震集中在9～13 km深度范圍內活動,且震源機制具有明顯的一致性,皆以右旋走滑性質為主。值得注意的是,在MS5.6地震前發生的一個地震,其震源深度較之前地震明顯加深(重定位深度和震源機制解最佳擬合深度均具有該特征;圖7)。MS5.6地震發生后,ML≥3.0地震的震源深度又相對變淺,并出現約3 km深度的地震。MS6.4主震與前震的震源機制一致性較高,均為右旋走滑型地震。而隨后出現的MS5.2余震呈現出兼具正斷和走滑分量的斜滑破裂特征,與主震及前震存在明顯不同,而且該地震發生后,后續余震的震源深度不再集中,震源機制也不再一致,具有正斷成分的或正斷型的余震明顯增多。

表2 漾濞地震序列中M S≥3.0地震的震源機制解一覽表Table 2 Focal mechanism solutions of the Yangbi earthquake sequence

震源機制解詳細結果見表2;圖中地震按照發震時刻先后進行編號圖7 漾濞地震序列的震源深度及震源機制解隨時間變化Fig.7 Temporal changes of focal depth and mechanism of the Yangbi earthquake sequenceThe detailed results of focal mechanism solution are shown in Table 2;The earthquakes in the figure are numbered according to the time of occurrence

4 討論

4.1 漾濞地震的發震斷層及其意義

綜合重定位后的地震序列空間展布及地震的震源機制解結果,可以很好地限定發震斷層及其產狀特征(圖8a、8b)。漾濞地震序列的空間展布和震源機制解結果顯示,此次地震的發震斷層應為走向135°且陡傾向西南的右旋走滑斷層。漾濞地震序列東南段的余震分布出現向主破裂南側馬尾狀分散現象,并且主要地震的震源機制解具有明顯的正斷層成分,這符合右旋走滑斷層的尾端拉張效應(肖坤澤和童亨茂,2020)。而主震北東側在時段5～6期間發展的北北東向次級破裂面具有明顯的左旋走滑性質,這可以解釋為與主破裂面共軛的次級破裂或是北西向右旋剪切破裂北東側的次級R′剪切面(圖8a)。因此,漾濞地震序列的震源破裂完全符合北西—南東向走滑斷層的運動學特點(圖8a),發震斷層或控震構造無疑應該是區域上的北西—南東向走滑斷層。

從區域上看(圖4),漾濞地震序列東側的北西向草坪斷裂或維西-喬后斷裂最可能是此次地震的發震斷層。關于前者的研究資料很少,區域地質資料顯示(云南省地質調查院區域地質調查所,2008),該斷裂發育在漾濞縣城西南山地中,整體走向約315°,全長約70～80 km,是具有逆沖成分的古近紀左旋走滑斷層,屬于蘭坪褶皺帶內部斷裂。大理至瑞麗鐵路的地震安全性評價報告認為該斷裂衛星影像上未見明顯的斷錯地貌顯示,將其歸為早—中更新世活斷層(中國地震局地殼應力研究所,2006)。而區域上最為熟知的是維西-喬后斷裂(圖1a),它北起維西西北的瀾滄江畔,向東南順雪龍山東麓,經維西、通甸、喬后等,在此次地震區,主要沿點蒼山西側繼續向東南經巍山、南澗后與紅河斷裂帶相接,全長約420 km,構成了蘭坪-思茅褶皺帶或地塊的東邊界(云南省地質礦產局,1990;任俊杰等,2007;常祖峰等,2016a)。已有斷裂活動性的研究認為(毛玉平等,2003;常祖峰等,2014,2016b;黃小龍等,2015),該斷裂區域上屬于紅河斷裂帶向西北延伸的分支斷裂,與金沙江斷裂帶和德欽-中甸斷裂一起構成了川滇菱形地塊的西邊界,在空間上控制了維西、馬登、喬后和巍山等第四紀盆地的分布,第四紀期間以右旋走滑活動為主,在一些第四紀盆地發育的段落存在明顯的正斷性質,最新活動時代應為晚更新世末或全新世晚期,走滑速率約1.3～2.4 mm/a。

根據發震斷層傾角(傾角集中在72°～85°)和地震震源深度(4～14 km)計算,地表發震斷層位置應處在地震序列集中分布區北東側約1～3 km處(圖8b)。而漾濞地震序列長軸距離東北側的維西-喬后斷裂約5～12 km(圖8a),這大大超出了地震序列與發震斷層間距的合理值,而且此次地震序列長軸走向與維西-喬后斷裂并不一致,而是存在約15°的夾角。上述差異表明維西-喬后斷裂并非此次漾濞地震的發震斷層。綜合漾濞地震序列的空間分布及其與發震斷層在平面上的合理間距可以確定,此次地震的發震斷層與草坪斷裂在空間上最為吻合(圖4)。但草坪斷裂在地貌上雖然具有線性的溝谷地貌行跡,地表并未顯示出明顯的沖溝、山脊等的右旋走滑跡象,表明其在晚第四紀期間無明顯地表活動。InSAR反演的震源破裂和地震序列深度的重定位結果都指示(圖5),漾濞地震破裂面主要位于距地表1～13 km深度范圍內,現有證據表明主震破裂面可能并未延伸至地表,但是不排除局部地區會出現地裂縫等現象。統計認為,在中國大陸內部, 一般M≥64或6.8級的淺源地震才會產生較明顯的地表位移(吳中海,2019)。因此,當一條斷裂上主要以發生M6.8以下地震為主時,通常不會在地表產生明顯的地表位錯記錄,這樣的斷層可歸為“地震斷層”,而不屬于“地表活斷層”(吳中海,2019)。

表1 漾濞地區一維速度模型Table 1 Velocity model of the Yangbi focal area

綜上,分析認為此次漾濞地震是在區域近南北向擠壓作用下,導致蘭坪地塊內部的草坪斷裂這一早期的逆走滑斷層重新活動,發生右旋走滑運動的結果。而區域上近南北向擠壓應力的出現主要與青藏高原東南緣物質在進一步向南擠出過程中(Shen et al.,2005),遇到北西向的蘭坪-思茅地塊阻擋有關(吳中海等,2015)。近年來在蘭坪地塊內部及邊界發生的一系列中等地震可能都是上述塊體運動與變形過程的具體表現,如2013年洱源MS5.5、MS5.0地震是蒼山西麓煉鐵盆地東緣主邊界正斷層發生垂直活動的結果(黃小龍等,2015;楊軍等2015),2016年云龍MS5.0地震可能是蘭坪-思茅地塊內部新生的北東向走滑斷層活動的結果(Jiang et al,2019)。進一步了解歷史地震可知,這種因老斷層重新復活而發生強震的現象在蘭坪-思茅地塊內部并非個例。在蘭坪地塊內部沿與草坪斷裂平行的云龍-永平斷裂和雙河斷裂等,歷史上都曾發生過類似強度的地震(圖1),而且在一些斷裂上可能發生過強度更大或可引發地表破裂的強震,如沿云龍-永平斷裂可見較明顯的地表活動跡象(吳中海等,2012,2013)。

類似現象在東南部的思茅地塊內部同樣存在,如2014年的景谷M6.6中強震群活動和2018年墨江M5.9地震事件的出現,都是在現今構造應力場下,早期具有逆斷層成分的左旋走滑斷裂帶局部發生構造反轉而重新活動,或上地殼正在通過貫通老斷層而形成可適應現今構造環境的新斷裂的過程(吳坤罡等,2016;常祖峰等,2019)。因此,蘭坪-思茅地塊內部近年來發生的中強地震活動可能普遍具有新生斷裂發育特點。這一過程指示區域上的中強地震活動正在試圖通過貫通早期斷層而形成新的活動斷裂。也就是說在青藏高原物質向東南或向南的持續擠出的過程中,因受到北西向蘭坪-思茅地塊的阻擋,正在導致該地塊內部一些早期以逆沖左旋走滑性質為主的北西向老斷層重新聯通和復活,形成以右旋走滑性質為主的新生斷裂,進而通過塊體內部變形來調節青藏高原物質的擠出,這應該是該塊體內部近年來出現相對頻繁的中—強震活動的主要地質構造原因(圖8c)。

一些學者對新生斷裂及相關強地震活動的研究認為(丁國瑜和李永善,1979;徐杰,2011),在區域地質構造演化過程中,當某一構造階段的動力條件和構造應力狀態發生變化后,活動斷層帶的分布相對于先存斷層構造既具有繼承性,又具有新生性的特點。此時該區域既有繼續活動的先存斷層(復活),又有不受先存構造控制的新生斷層。此類現象在川滇地區也曾被注意到,如研究認為1976年云南龍陵M7.3和M7.4地震的發震構造并非是區域上已知的先存斷層,而可能是由一些規模甚小的斷層組成的北北西向斷層帶(虢順民等,2000),是新產生的活動構造。韓竹軍等(2009)對馬邊地震構造帶的研究同樣表明,在現代構造應力場條件下形成的由北東東向斷裂和北北西向斷裂組成的,具有新生性的共軛剪切斷裂代表該區地震構造的最新構造變形樣式。

青藏高原東南緣因處于構造應力場動態變化環境下,易導致老斷層重新復活、聯通而形成可適應現今應力環境的新生斷裂,這一特殊的構造動力背景,對認識近年來蘭坪-思茅地塊內部頻繁出現中強地震的地質構造成因具有重要意義。在青藏高原物質持續向東南擠出的過程中,因受到蘭坪-思茅地塊的阻擋,導致該區產生北北西至近南北向構造應力場,進而引發了區域內部先存斷層復活和新生斷層出現,上述過程與近年來該區發生的多數地震的成因都有密切的關系。在此構造動力背景下,根據蘭坪-思茅地塊對川滇地塊的阻擋及其所起到的側向滑移作用,結合近年來該區歷史地震的遷移及同震過程中的區域響應等,可進一步分析區域未來強震活動趨勢。近年來,在蘭坪地塊內部及邊界已連續發生多次中強地震,包括2013年洱源MS5.5、2016年云龍MS5.0地震和2017年漾濞MS5.1地震等。此次漾濞MS6.4地震的發生表明蘭坪-思茅地塊內部的地震活動在進一步增強,而且中強地震存在自北向南遷移的趨勢。考慮到蘭坪-思茅地塊與紅河斷裂帶北西端以及滇西北大理-麗江斷裂系統之間存在的密切運動學聯系,分析認為應該進一步研究和重視該區中強地震活動未來存在進一步向東南和向北的遷移或擴展可能。

4.2 漾濞地震的震源斷層破裂過程

綜合地震序列的重定位、震源機制解和發震斷層分析結果,可知此次漾濞地震序列的時空發展過程為典型的“前震-主震-余震型”地震序列,并屬于包含了明顯加速成核過程的復雜震源斷層破裂過程(圖6,圖7),并經歷了由右旋走滑發震斷層主導下的3個主要破裂階段。

(1)破裂成核階段。表現為3、4級地震呈現出時間上準周期活動(5月18—21日的3、4級地震均在晚上20點至第二天凌晨4點集中活動,20日除外)、空間上叢集活動(震中呈北西—南東條帶狀分布,震源深度集中在10～12 km)、震源機制一致性較好(均為右旋走滑型地震)的特征,MS5.6地震發生后,余震序列主要位于地震東南側,北西側較少且展布長度較短。據此分析認為發震斷層首先在約10～12 km深度處構造相對脆弱部位產生小尺度破裂,之后失穩加速破裂,發生MS5.6地震,破裂主要向南東擴展,北西方向明顯受阻。

(2)主震破裂階段。表現為MS6.4主震發生后,余震序列主要發生在主震南東側,北西側至MS5.2余震發生前無余震,而且余震在MS5.6地震周邊出現明顯的空段,余震序列在東南端向西南側擴展。根據上述地震序列時空分布特征,推測MS6.4主震是在區域應力場持續加載和閉鎖區周邊(尤其是深部)小尺度破裂的共同影響下,發震斷層發生右旋走滑的結果;MS6.4主震發生后破裂向南東擴展,經過MS5.6地震破裂區,止于MS5.2余震附近。

(3)尾端拉張破裂階段。余震序列向東南擴展的過程中,在MS5.2地震處受到阻擋。該地震發生后,余震序列繼續向南東擴展,而且向西南分出2條明顯的余震集中帶;MS5.2余震及后續余震震源機制正斷分量明顯增加。分析認為,MS6.4主震破裂向東南擴展受到阻擋后(推斷應該是斷層性質在該處發生改變,出現較大正斷分量),應力在斷層東南端積累,迫使發震斷層末端南側與主斷層斜交的、具有正斷性質的斷層繼續破裂,產生MS5.2余震及西南側中小余震。

此外,地震序列主活動區的北東側存在余震叢集,發生了5月23日之后的最大余震ML4.6地震,引起廣發關注。值得注意的是,該余震叢集與序列主活動區并不相連,距離主震約7 km,余震叢集的優勢展布方向與整個地震序列長軸方向存在約55°的夾角。分析認為這組余震是震源區附近北北東向斷層發生共軛破裂或R′剪切破裂的結果,但是破裂尺度較小,并未傳播到漾濞序列主破裂區,因此產生遠離地震序列主活動區的余震叢集。

5 結論

通過雙差定位方法對漾濞地震序列進行重新定位,并結合區域地質資料與震源機制解等,詳細分析漾濞地震序列的時空分布特征,并剖析此次地震的發震斷層及其破裂過程,獲得以下主要結論和認識。

(1)漾濞地震的地震序列主要沿北西—南東向展布,序列東南段呈掃帚狀或馬尾狀分布,整體走向135°,全長約25 km,主要破裂的總面積約為173 km2,震源深度主要集中在2～14 km。重定位后MS6.4主震的震中位置為:25.688°N,99.877°E;震源深度約9.6 km;震源破裂為右旋走滑性質;主要余震的震源破裂為具有明顯正斷成分的右旋走滑性質。

(2)漾濞地震的發震斷層并非區域上熟知的維西-喬后斷裂,而是蘭坪-思茅地塊內部北西走向的早期逆左旋走滑斷層——草坪斷裂。此次漾濞地震的產生是青藏高原東南緣物質向南擠出過程中遇到蘭坪-思茅地塊阻擋后,在地塊內部形成近南北向擠壓構造應力場,導致早期以左旋走滑為主的草坪斷裂在該應力場作用下發生構造反轉,形成新生斷裂并產生右旋走滑運動的結果。漾濞地震成因進一步指示,近年來蘭坪-思茅地塊內部頻發的中強震活動應該多數是新生斷裂正在不斷發展、貫通的結果。

(3)漾濞地震的破裂過程主要包含了“破裂成核、主震破裂、尾端拉張破裂”3個階段。發震斷層首先在10～12 km深度范圍、相對脆弱的部位產生小尺度破裂,之后破裂加速形成MS5.6地震;在構造應力場持續加載和周圍小尺度破裂的共同影響下,促使淺部較高強度的斷層閉鎖區破裂,形成MS6.4主震;主震破裂沿向東南擴展過程中,在東南端形成與之呈馬尾狀斜交的、具有正斷性質的次級破裂,并產生MS5.2余震。另外,此次地震還在源區附近觸發了北北東向斷層發生左旋走滑破裂。

綜上,此次漾濞地震與近年來蘭坪-思茅地塊內部的一系列中強地震活動的構造成因顯示,因為青藏高原物質向東南或向南的持續擠出,正在導致蘭坪-思茅地塊內部老斷層的重新聯通和復活,從而形成更適應現今構造應力場的新生斷裂,這應該是該區近年來中強地震活動相對頻繁的主要構造原因。因此,進一步深入研究斷塊內部與新生斷裂相關的中強地震孕震條件和發震機理,應該是未來區域中強地震危險性分析評價中非常值得關注的新課題。同時考慮到蘭坪-思茅地塊與紅河斷裂帶北西端以及滇西北大理-麗江斷裂系統之間存在的密切運動學聯系,建議應重視該區中強地震活動未來進一步向東南和向北的遷移或擴展趨勢。

致謝:本文主要圖件采用GMT6軟件繪制,地震重定位使用了拉蒙特-多爾蒂地球觀測站Felix Waldhuaser教授提供的雙差定位程序,中國科學院遙感與數字地球研究所付碧宏研究員在新生斷裂方面提出了啟發性的建議,云南省地震局的常祖峰研究員、付虹研究員、姜金鐘副研究員和李永莉副研究員在稿件撰寫過程中進行了有益的討論,審稿專家對稿件的修改提出了寶貴意見,在此一并表示衷心感謝。