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(xué)，昆明 650091

0 引言

2013年3月3日13時(shí)41分15秒(北京時(shí)間)，在云南省大理白族自治州洱源縣煉鐵鄉(xiāng)長(zhǎng)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(jì)，災(zāi)區(qū)總面積2081km2，地震導(dǎo)致30人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失70800萬元。極震區(qū)烈度達(dá)Ⅶ度，宏觀震中位于煉鐵鄉(xiāng)前甸村委會(huì)至江旁村委會(huì)一帶，等震線形狀呈橢圓形，長(zhǎng)軸走向NW。

主震后的2013年4月17日9時(shí)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(zāi)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(píng)估，2次地震綜合震災(zāi)直接經(jīng)濟(jì)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(dòng)特征，并對(duì)其發(fā)震構(gòu)造進(jìn)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(zhǎng)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(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所震后公布了利用2種算法得到的主震的震源機(jī)制解(表2)(http://www.seis.ac.cn/)。文中 TDMT(Time Domain Moment Tensor)法系采用波形進(jìn)行反演的時(shí)間域矩張量反演方法，常被用來計(jì)算中小地震運(yùn)動(dòng)參數(shù)(張麗芬等，2013)。表2給出了應(yīng)用該方法計(jì)算了3個(gè)臺(tái)站的3分量波形數(shù)據(jù)，得到的震源機(jī)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(jī)制解(劉寧等，2011)，該方法在震源機(jī)制的確定上獲得了廣泛的應(yīng)用(呂堅(jiān)等，2008)。表2給出了利用CAP方法時(shí)使用了12個(gè)均勻包圍震中臺(tái)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(jī)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(jī)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(jī)制解

2 地震烈度及其分布特征

2.1 震區(qū)自然地理?xiàng)l件

震區(qū)地處滇西北橫斷山脈腹地的點(diǎn)蒼山西北麓，屬中山-高山地貌區(qū)，地形高差巨大，點(diǎn)蒼山最高海拔4221m，瀾滄江支流的漾濞江海拔為 1450～1650m，相對(duì)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(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化殼厚度數(shù)米～數(shù)十米。氣候?qū)俦眮啛釒Ц咴撅L(fēng)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(jí)劃分

2.2.1 房屋分類

災(zāi)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(hù)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(yù)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(zāi)區(qū)屬于邊遠(yuǎn)貧困山區(qū)(洱源、漾濞、云龍等3縣均為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)扶貧開發(fā)縣)，交通條件差，經(jīng)濟(jì)水平低。根據(jù)當(dāng)?shù)卣块T提供的災(zāi)區(qū)(評(píng)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(píng)估區(qū)建筑面積統(tǒng)計(jì)(單位:m2)

2.2.2 房屋破壞等級(jí)

根據(jù)震區(qū)房屋破壞情況和云南歷次地震震災(zāi)評(píng)估經(jīng)驗(yàn)，參照《地震現(xiàn)場(chǎng)工作第4部分:災(zāi)害直接損失評(píng)估》(GB/T 18208.4-2005)中房屋破壞等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，確定了房屋破壞等級(jí)具體的劃分。

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

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(gè)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(gè)別非承重構(gòu)件破壞嚴(yán)重;需要一般修理后方可使用。

④ 嚴(yán)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(yán)重，難于修復(fù)。

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(fù)。

對(duì)于簡(jiǎn)易房屋(磚木結(jié)構(gòu)和土木結(jié)構(gòu))，將毀壞、嚴(yán)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(gè)破壞等級(jí):

① 基本完好(含完好):土木結(jié)構(gòu)房屋個(gè)別掉瓦或墻體細(xì)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(hù)墻體明顯裂縫或嚴(yán)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(yán)重，結(jié)構(gòu)瀕于崩潰。修理困難或無法修復(fù)。

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?jiǎng)澐謽?biāo)志，與震區(qū)地形地貌條件、自然地理?xiàng)l件(降水強(qiáng)度、巖石結(jié)構(gòu)和風(fēng)化強(qiáng)度)、震源深淺等因素密切相關(guān)。3月3日5.5級(jí)地震后，現(xiàn)場(chǎng)工作隊(duì)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(jí)地震與5.5級(jí)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(jí)主震和序列中2次地震綜合等震線均呈橢圓形分布，長(zhǎng)軸方向?yàn)镹NW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(zhǎng)軸為NNW向的橢圓形，長(zhǎng)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(hù)土坯墻(或夯土墻)地震時(shí)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(gè)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(zhǎng)軸為NNW向的橢圓，長(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)別墻體開裂;框架結(jié)構(gòu)房屋個(gè)別填充墻開裂。

2.3.3 斜坡效應(yīng)與震害

震災(zāi)區(qū)處于云嶺-雪龍山-點(diǎn)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(dòng)幅度加大，導(dǎo)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?cè)O(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(shí)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(dòng)面多為上部風(fēng)化層與新鮮基巖接觸面，是在地震發(fā)生時(shí)巖體振動(dòng)所致。

3 活動(dòng)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(jí)地震震中分布與震區(qū)主要活動(dòng)斷裂分布圖

震區(qū)位于一級(jí)大地構(gòu)造分區(qū)唐古拉-昌都-蘭坪-思茅褶皺系與揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)交匯部位，震區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，發(fā)育有NW向和NE向2組活動(dòng)斷裂(圖2)。北東向的龍?bào)?喬后斷裂和鶴慶-洱源斷裂為晚第四紀(jì)活動(dòng)斷裂，以左旋走滑兼正斷性質(zhì)為主，沿?cái)嗔褮v史上發(fā)生多次6級(jí)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(dòng)斷裂，規(guī)模宏大，同時(shí)它作為川滇菱形塊體的西部邊界斷裂，長(zhǎng)期以來備受關(guān)注。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)認(rèn)為，紅河斷裂帶也是一條經(jīng)歷長(zhǎng)期演化的塊間構(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)，其晚第四紀(jì)滑動(dòng)速率可達(dá)7～8 mm/a(虢順民等，2001;Leloup，et al，1995)。沿?cái)嗔褮v史上發(fā)生多次7級(jí)左右地震，最大地震為1925年大理7級(jí)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(jì)同樣表現(xiàn)出明顯的活動(dòng)性，下面對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)闡述。

3.2 維西-喬后斷裂晚第四紀(jì)活動(dòng)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(dòng)特征。長(zhǎng)邑附近普坪村探槽揭示出斷層晚更新世晚期以來活動(dòng)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(dòng)特征明顯。探槽長(zhǎng)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(cuò)了晚更新世晚期的洪積物，被錯(cuò)地層C14測(cè)年結(jié)果(美國(guó)Beta實(shí)驗(yàn)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(dòng)。需要說明的是，探槽剖面上顯示的逆沖錯(cuò)距是斷裂走滑運(yùn)動(dòng)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(cè)年結(jié)果(美國(guó)Beta實(shí)驗(yàn)室)為(2660±30)a BP，在斷層通過處發(fā)育有長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)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(cè)年研究成果，瀾滄江、金沙江支流T2階地的年齡為9～10ka BP(計(jì)鳳桔等，2000)，由此推測(cè)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(cè)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(dòng)。

據(jù)任俊杰等(2007)對(duì)平坡一帶的研究成果，斷裂以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主兼有張性正斷性質(zhì)，最新活動(dòng)時(shí)代約2.2ka BP，且全新世晚期以來垂直運(yùn)動(dòng)趨于增強(qiáng)。此結(jié)論與我們?cè)诖笠仄?羅鍋坪一帶調(diào)查發(fā)現(xiàn)的斷層陡坎形成時(shí)代及全新世活動(dòng)證據(jù)非常接近。在斷裂北段玉獅場(chǎng)一帶(震區(qū)外)，經(jīng)探槽開挖同樣揭示出全新世活動(dòng)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(dòng)時(shí)代主要在晚更新世晚期，全新世仍有明顯的活動(dòng)跡象，運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以右旋走滑兼正斷為主，具有與紅河斷裂相似的運(yùn)動(dòng)學(xué)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(qiáng)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(chǎng)的一些宏觀表現(xiàn)為地震發(fā)震構(gòu)造以及動(dòng)力學(xué)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(shí)因震級(jí)相對(duì)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(jī)制解震源力學(xué)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(duì)其發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行分析探討。

圖5 茄葉村斷層剖面

3.3.1 震源機(jī)制解

震源機(jī)制解不僅可用于分析判斷地震時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，也有助于分析發(fā)震構(gòu)造的力學(xué)破裂性質(zhì)、震源運(yùn)動(dòng)特征和發(fā)震構(gòu)造類型等。本次地震主震的震源機(jī)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(gè)節(jié)面(節(jié)面Ⅱ)為NW向。在此應(yīng)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(yùn)動(dòng)學(xué)特征基本一致。據(jù)此推斷，此次地震應(yīng)為維西-喬后斷裂活動(dòng)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(zhǎng)軸為NNW向的橢圓形分布，長(zhǎng)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?cái)嗔丫€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(dòng)

我們對(duì)震區(qū)2013年2月15日～2013年4月30日微震活動(dòng)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(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(gè)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(dòng)分布情況也顯示與此斷裂活動(dòng)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(dòng)，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(qiáng)烈的表層巖石風(fēng)化是造成此次地震破壞較重的地質(zhì)地貌因素。震災(zāi)區(qū)為邊遠(yuǎn)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(jiǎn)易建筑，抗震性能差，成為地震災(zāi)害加重的建筑物抗震性能因素。加大對(duì)偏遠(yuǎn)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(duì)減輕震災(zāi)損失意義重大。

圖6 震區(qū)微震活動(dòng)分布 (震級(jí)為MS，括號(hào)內(nèi)為地震數(shù)目)

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

(3)震區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，發(fā)育有NW向和NE向2組活動(dòng)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(jì)活動(dòng)斷裂，具右旋走滑兼正斷性質(zhì)，其新活動(dòng)時(shí)代主要在晚更新世晚期，全新世仍有較明顯的活動(dòng)跡象。除2013年5.5和5.0級(jí)地震外，震中附近尚發(fā)生過1975年9月4日5.0級(jí)地震(25.83°E，99.83°N)和1977年3月17日5.2級(jí)地震(25.85°E，99.85°N)，這些中強(qiáng)地震的發(fā)生，均與維西-喬后斷裂的活動(dòng)密切相關(guān)。

(4)據(jù)震源機(jī)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。