2021年5月21日21时48分, 云南省漾濞县发生6.4级强烈地震, 造成3人死亡, 几十人受伤, 大量房屋损毁和倒塌。 据中国地震台网测定, 此次地震的震中位于云南省大理市漾濞县苍山西镇(25.67°N, 99.87°E), 震源深度为8km。 地震发生后, 相关部门和研究者即对这次地震的特征进行了分析, 并对地震数据和同震变形资料进行了反演^①②③(①https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000e532/executive。②http://www.cea-igp.ac.cn/kydt/278248.html。③http://www.eq-igl.ac.cn/zhxw/info/2021/33882.html。)(张克亮等, 2021)。 震源机制解、 震源破裂过程、 余震精定位以及GNSS变形数据反演显示该次地震为右旋走滑型破裂事件, 破裂面走向NW, 向SW倾斜, 破裂长度为15~20km。 这些分析结果为我们认识该地震的发震构造提供了重要信息。 构造位置上, 该地震发生在青藏高原东南缘川滇块体的西边界, 震中附近区域内发育多条活动断裂(图 1)。

图 1

Fig. 1

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	图 1 漾濞6.4级地震震中区域构造图Fig. 1 Map showing main active faults around the epicenter area of the Yangbi M6.4 earthquake.

但究竟哪条断裂为此次地震的发震构造, 是离震中最近的维西-乔后断裂, 还是一条之前没有发现的断裂, 一时难以定论。 此次地震的震中区属云南省大理市, 是少数民族聚居区和中国旅游胜地, 人口密集, 经济发达。 因此, 虽然此次地震震级不算太高, 但造成的社会影响极大, 针对该地区未来的地震趋势进行判定对于维护当地的社会安定具有重要意义。 而对区域未来地震危险性进行评估需要认识本次地震的构造成因和相应构造的活动性, 这首先需要确定此次地震的发震构造。

为了查明该次地震的发震构造及其活动特征, 我们自5月23日起对漾濞震区开展了野外现场考察。 主要内容是对该次地震的地表变形或可能的地表破裂进行调查, 包括地表变形的位置、 几何结构、 展布范围、 规模、 运动性质等, 从而确定地震的发震断裂, 并在此基础上对该断裂的特征以及与邻近主要活动断裂之间的关系进行研究, 从而为大理地区近期的地震危险性评估提供信息。

漾濞6.4级地震发生在滇西北活动断裂发育地区, 构造位置上属于川滇块体的西边界。 震中区附近发育维西-乔后和红河2条断裂带, 而邻近地区则有金沙江、 德钦-中甸-大具、 龙蟠-乔后、 丽江-小金河、 澜沧江等主要活动断裂带。 维西-乔后和红河这2条断裂带均为NW走向的右旋走滑断裂, 是震中区附近已知的主要活动断裂, 对其活动性的认识对于理解此次地震发生的构造背景具有重要意义。 维西-乔后断裂是一条规模较大的边界断裂, 起始于维西县西北, 在巍山以南与红河断裂带相接, 全长约280km, 总体走向NNW(图 1)。 该断裂新生代活动特征明显, 控制了维西、 马登、 乔后、 巍山等晚新生代盆地的发育(常祖峰等, 2014; 2016a)。 断裂晚第四纪显示出较强的活动性, 表现为平直的断层槽地、 清晰的断层三角面、 断层陡坎等新活动地貌, 运动性质以右旋走滑为主, 兼有正断分量, 山脊、 水系等沿断裂显示出明显的同步右旋位错(国家地震局地质研究所等, 1990)。 近年的研究认为, 断裂北段晚更新世晚期以来的右旋水平滑动速率为1.8~2.4mm/a, 垂直滑动速率为0.3~0.35mm/a(常祖峰等, 2016b)。 而在漾濞县城东侧的段落, 前期研究认为断裂晚更新世中晚期以来的平均水平滑动速率为1.25mm/a(任俊杰等, 2007)。 探槽研究结果显示, 断裂在德胜盆地断错了全新世堆积, 显示其全新世有明显活动(常祖峰等, 2016b)。 历史上沿该断裂及其附近曾发生过1948年马登6.25级地震(常祖峰等, 2014; 张克亮等, 2021), 近期也曾发生过2017年5.1级震群(潘睿等, 2019), 表明维西-乔后断裂具有发生中强地震的背景。

位于震区东南的红河断裂带是青藏高原东南缘一条活动历史悠久的大型边界断裂带(虢顺民等, 2001; Schoenbohm et al., 2006), 第四纪以来以右旋走滑运动为主(Allen et al., 1984; Tapponnier et al., 1990; Leloup et al., 1993, 1995; 虢顺民等, 1996; Replumaz et al., 2001; 向宏发等, 2007)。 该断裂带在中国境内长约600km, 是川滇块体的西南边界, 总体走向NW, 由多条次级断裂组成。 断裂带总体可分为3段:北段结构复杂, 分支较多, 发育一系列近SN向正断层和张性盆地, 现今活动性较强; 中段结构相对单一, 表现为一条单支断裂; 南段则发育山前和中谷2支断裂, 山前断裂以正断作用为主, 走滑运动则主要发生在中谷断裂上(虢顺民等, 2001; 向宏发等, 2007; Shi et al., 2018)。 前人关于红河断裂带做过大量研究, 认为断裂带在地质历史上控制了两侧块体的形成、 发展和演化(Allen et al., 1984; Tapponnier et al., 1990; 张建国等, 2009), 第四纪以来活动性明显减弱(Shi et al., 2018)。 地质方法限定的红河断裂带第四纪以来的右旋走滑速率为1~3mm /a(Wang et al., 1998; 虢顺民等, 2001; Shi et al., 2018), 与现今GPS观测所获得的2~3mm/a的结果相符(Shen et al., 2005; 王阎昭等, 2008; Li et al., 2020; Wang et al., 2020)。 断裂北西段包含部分正断分量, 而在南东段有较小的逆冲分量, 可能是剪切带尾端张、 压性构造的具体表现(虢顺民等, 1996, 2001)。 红河断裂带南、 北段在地震活动性上表现出较大差异, 从地震记录看, 红河断裂带西北段历史上曾发生一系列中强地震, 包括1652年弥渡7级地震和1925年大理7级地震, 而南段则没有6级以上地震发生(虢顺民等, 2001; 朱俊江等, 2003; 张建国等, 2009)。 断裂北段的地震复发间隔相对较短, 约为3i000a(虢顺民等, 1984, 2001); 中段晚更新世晚期以来的强震复发间隔为(6i000±1i000)a(Shi et al., 2018), 南段存在全新世中、 晚期古地震事件的证据(李西等, 2016)。

从构造位置和运动学特征看, 维西-乔后断裂与红河断裂带是一脉相承的, 是红河活动断裂的北延部分(常祖峰等, 2016b)。 新生代以来, 维西-乔后断裂与红河、 金沙江以及德钦-中甸-大具等断裂共同构成川滇活动块体的西部边界, 在川滇活动块体形成、 演化和运动过程中扮演着重要角色。

根据震中位置、 震源机制解、 同震形变观测反演结果以及震区附近主要活动断裂的分布特征, 初步分析认为发震断裂可能为位于震中东侧的维西-乔后断裂或震中附近的一条之前未受到关注的断裂(图 1)。 因此, 此次调查主要对沿维西-乔后断裂的漾濞县城东侧段落和震中区附近的推测断裂在地震中产生的同震地表破坏和变形情况进行了详细调查。

2.1 震中区推测断裂(杨克场-沙河断裂)沿线的地表变形调查

震源机制解和InSAR等形变观测结果显示, 发震断裂具有倾向SW、 倾角较陡的特征, 初步推测此次地震在地表的变形可能在震中区附近, 偏NE一侧(图 1, 2)。 据此, 为了尽快发现地表变形与地表破裂带, 我们首先针对震中区附近推测断裂通过的位置开展工作。 此次地震中, 沿漾濞县城西侧杨克场—沙河一线, 地震造成的破坏最为严重。 同时, 从DEM图(图 2)和卫星影像上看, 在漾濞县城西侧震中区有一段线性地貌, 长约30km, 与余震分布条带吻合, 可能为发震构造的地貌反映。 由此我们推测, 在杨克场—沙河一线可能存在一条总体走向310°~320°的断裂。 我们的野外调查也围绕这一线性地貌重点展开。

图 2

Fig. 2

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	图 2 云南漾濞6.4级地震震中附近的主要构造及地表变形带分布(黄色震群条带边上的2条红色短线) 主震震源机制解据USGS; 小地震精定位数据截至2021年5月28日Fig. 2 Map showing main surface tectonic deformation in the epicenter area.

沿着横穿这条推测断裂的多条路线向震中两侧追踪调查, 没有发现明显的地表破裂, 但观察到较为发育的地表裂缝、 局部的公路裂开、 边坡垮塌以及建筑物毁坏等现象。 这些地表裂缝主要分为2组:一组裂缝的发育与边坡效应有关, 没有方向性, 为重力垮塌性质的张裂缝; 另一组裂缝不受边坡和地形影响, 其切过山坡和山脊, 连成一条走向310°~320°的条带, 与余震条带的走向一致, 推测这些裂缝与该次地震的断裂活动有关。 这条NW走向的地表裂缝带分为间隔约6km的北西和南东2段(图 2)。 下面通过典型观察点具体介绍这条NW向地表裂缝带的特征。

2.1.1 杨克场—泡水田段

杨克场—泡水田段为地表裂缝带的北西段, 发育的地表裂缝较为连续。 我们选取杨克场附近最为典型的长800m的段落开展了无人机摄影测量, 获得了裂缝带的宏观地貌特征和平面展布特征(图 3)。

图 3

Fig. 3

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	图 3 杨克场附近地表裂缝的无人机拍摄图像及观察点的位置Fig. 3 UAV image showing landform and observation sites near Yangkechang.

在杨克场附近的土路上出现了多条贯穿路面的裂缝, 裂缝间距1m至数m不等, 走向305°~320°, 呈左阶或右阶排列, 整个形变带宽约30m。 图 4 为杨克场北侧的一条单一裂缝带, 走向330°~340°, 跨越整个乡道路面, 裂缝带由几条裂缝斜列而成, 单条长数m不等, 宽度一般为几cm。 裂缝穿过路面, 切过农田的田坎, 田坎边界显示在裂缝切过处没有产生明显的位移。 裂缝往山坡方向延伸进入农田, 农田中由于土壤疏松使得裂缝不清晰, 但整体显示其与路面裂缝在一条NW向条带上(图4a)。 该点接近裂缝带的北西端部位置, 在其北侧100m处之外, 没有观察到同一走向、 性质相似的裂缝发育。

图 4

Fig. 4

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	图 4 杨克场北侧的路面及其附近的裂缝 a和b的位置分别见图3中的点1和点2Fig. 4 Photos showing fissures across the road north of Yangkechang village.

地表裂缝切过农田, 在横穿乡道时将路面裂开, 并在盘山路边的陡崖处形成明显的裂缝面, 显示陡倾角, 略向SW(高山一侧)倾斜(图4b)。 此处裂缝呈斜列组合, 显示为右旋剪切裂缝。 单条裂缝长0.5~5m, 宽度一般约为1cm。 裂缝的走向为308°, 裂缝带的NW延伸线对应NW向线性地貌。 裂缝在横切路面边界线的位置显示地表的位移量几乎为零(参见后文及图7a)。

沿此裂缝带的展布方向继续向SE追索, 同样发现山坡上的裂缝呈条带状切过, 与之前的裂缝相连, 走向约为310°。 从裂缝的组合判断, 为右旋剪切性质(图 5)。 裂缝不受地形影响穿切到地形高处, 在切过田坎时发育的裂缝面显示SW倾向(图5b)。 裂缝通过农家院处, 院内地面裂缝的总体走向为320°, 裂缝带延伸处的房屋遭受破坏。 地表裂缝带向SE延伸切过山坡, 再次穿过盘山乡道路面, 在路面上形成宽约30m的裂缝带, 由3、 4条呈羽列组合的裂缝组成, 裂缝组间距数m, 单个羽列裂缝组合显示为右旋剪切性质。 在穿过路面旁侧的边坡时, 形成的裂缝面仍为SW倾向(图5d)。

图 5

Fig. 5

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	图 5 杨克场附近山坡和路面的剪切裂缝及裂缝面特征 a和b分别显示了图3中点3处的山坡坡面裂缝带及田坎裂缝面的特征; c和d分别显示了图 3 中点4处的乡道路面裂缝带及路边陡崖裂缝面的特征Fig. 5 Photos showing characteristics of the fissures and planes across the slope and road.

地表裂缝带继续向SE延伸至接近山顶处(点5), 在山坡坡面上显示为一条单一的裂缝带, 呈羽列组合展布, 显示为右旋剪切性质。 地表裂缝带穿过山顶, 一直往SE延伸, 进入另一侧山坡的密林中, 进而切过冲沟, 在泡水田附近的路面又可清楚地观察到, 且仍然显示为雁行排列, 判断为右旋剪切性质(图 6)。 切过路面下的陡坎时, 同样显示裂缝面倾向SW(图6b)。 裂缝带往东南山坡延伸100~200m后终止。

图 6

Fig. 6

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	图 6 泡水田附近路面的地表裂缝特征Fig. 6 Characteristics of the fissures on the road surface near Paoshuitian village.

杨克场—泡水田段的裂缝走向为310°~320°, 裂缝带的NW延伸线对应NW向线性地貌(图7a, b), 裂缝没有水平和垂直位移量(图7a), 显示为剪切裂缝性质(图7c)。 裂缝带总体比较连续, 总长度可往观察到的裂缝带两端再各延伸一定距离, 由此确定最终长度为2.5~3km。

图 7

Fig. 7

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	图 7 杨克场—泡水田段的同震构造裂缝及地貌特征 a 杨克场北侧点2处的路面裂缝显示无位移量, 位置见图3中的点2; b 泡水田附近的裂缝及裂缝位置的线性地貌; c 裂缝显示为剪切性质, 位置见图 3 中的点5Fig. 7 Photos showing characteristics of the coseismic tectonic fissures during the earthquake along the Yangkechang-Paoshuitian section.

2.1.2 喜鹊窝—胡家段

沿着漾濞地震余震分布条带的追踪调查, 在泡水田东南约6km的范围内没有发现分布规律的地表变形。 这一范围内的地表裂缝没有杨克场—泡水田段那样发育, 相对较少, 而且分布明显受到边坡和地形的影响, 方向也杂乱无章。

再向SE至喜鹊窝—胡家一段, 地表裂缝又非常发育, 且比杨克场—泡水田一段更多, 规模也更大。 但通过详细调查发现, 这些地表裂缝多为边坡效应造成的张裂缝, 同时该段居民房屋等损坏普遍严重, 表明在余震条带南东端部附近地震过程中的地面运动相对剧烈。 进一步调查发现, 在影像和野外观察显示的线性地貌位置处可见断续发育的NW向地裂缝, 其在延伸方向上又呈带状分布, 与余震分布条带近平行, 单条裂缝最长可达200m。 这一段的地表裂缝没有杨克场段那么典型, 在局部地段延伸较短, 也不够连续。 但这些地表裂缝也不受地形限制, 同样表现为剪切性质的裂缝(图 8)。 其走向仍与余震分布条带相符, 也与线性地貌的位置吻合, 最终确定该段长3~3.5km。

图 8

Fig. 8

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	图 8 华家庄(a)和胡家(b)附近的地表裂缝特征Fig. 8 Characteristics of the fissures across the road and slope near Huajiazhuang and Hujia along the southeast section.

2.2 维西-乔后断裂的活动性及其地表变形情况调查

维西-乔后断裂位于漾濞县城东侧, 沿点苍山西麓山前通过, 与震中的垂直距离为12km。 我们对维西-乔后断裂的活动性与断裂沿线的地表变形情况开展了追踪调查。

在石门坎—麻山箐一带, 地貌上表现为清楚的NW向线性沟槽和山脊、 冲沟等一致右旋扭动, 同时同级台地显示出垂直位错, 指示断裂具有正断分量(图9a)。 在断裂通过处附近没有发现地表破裂和地表裂缝等变形现象。 在山脚下—瓦窑一带, 断裂从山体陡坡向平缓台地过渡的部位通过, 在地貌上同样表现为明显的线性槽谷以及台地、 冲沟、 冲沟内阶地的一致右旋位错, 线性沟槽西侧的台地前缘发育一系列断头沟(图9b)。 断裂将一新生代台地垂直位错, 形成良好的断层三角面地貌(图9c), 表明断裂具有正断运动分量, 断裂面倾向SW。 在该点进行详细观察发现, 附近地表完好, 未发现地表破裂和地表变形的迹象。 同时, 附近房屋的受损程度也较轻, 一般见屋顶瓦片抖落, 少见墙壁裂缝。 在麻山箐一带, 断裂将穿过的河流及其两侧的阶地、 山脊一致右旋断错, 形成明显的断裂槽谷地貌, 同时断裂的垂直滑动形成高2~3m的断层陡坎(图9d)。 已有研究在此获得的T1阶地的右旋水平位错为12m(任俊杰等, 2007), 表明断裂在晚第四纪具有较强的活动性。 经详细的调查发现, 断裂通过位置的地面和路面完好无损, 建筑物破坏程度轻, 未发现地表破裂和地表变形情况。 在河流谷地北侧边界处见小型岩崩及滚石, 为震动引起的边坡垮塌所致。

图 9

Fig. 9

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	图 9 维西-乔后断裂的构造地貌特征 a 石门坎西侧的断裂位错地貌; b 瓦窑一带的断裂位错地貌; c 山脚下一带因正断作用形成的断层三角面; d 麻山箐一带的断裂位错地貌。 位置见图 2Fig. 9 Active geomorphic evidences along the Weixi-Qiaohou Fault.

总之, 沿着维西-乔后断裂在漾濞县城东侧展布段落的追踪观察和地表变形情况调查, 发现先存的断裂活动地貌清楚, 山脊、 冲沟、 阶地沿断裂一致右旋位错, 没有发现此次地震的地表变形现象。 虽然可见零星的同震地表裂缝, 但规模极小且明显受到边坡重力作用的影响。 同时, 断裂沿线房屋等建筑物在此次地震中的损坏也相对较轻, 由此判断维西-乔后主断裂在此次6.4级地震中没有活动。

综上所述, 在所调查的维西-乔后断裂和震中区推测断裂上均未发现明显的同震地表破裂, 但是在推测断裂位置附近发育一条系统的地表变形带(图 2)。 该变形带主要集中在杨克场—泡水田和喜鹊窝—胡家2个段落, 以NW走向的地表裂缝为主要表现形式。 分析认为, 这些裂缝为构造性质的裂缝, 主要依据是:1)裂缝发育不受边坡和地形影响, 其切过山坡和山脊; 2)变形分布集中、 连续, 整体沿310°~320°走向呈条带状分布, 与余震分布条带的走向一致, 而与一般的因边坡效应形成的裂缝在走向上具有较大变化明显不同; 3)裂缝近直立, 微向SW倾(高山一侧), 而边坡效应的裂缝应是倾向NE(谷地一侧); 4)裂缝为剪切性质, 而不是拉张形成的裂缝。 由此判断, 这一变形带为漾濞6.4级地震形成的同震变形, 为地震发震断裂活动在地表的表现。 关于这种在地震中产生的、 规律性分布的地裂缝的成因, 国内外开展过一些相关工作(Savage et al., 1976; Sarkar, 2004; 万佳威等, 2019)。 研究发现, 这种地裂缝具有明显的方向性和统一的活动方式, 走向上与断裂一致, 位置上受断裂控制。 研究认为, 断裂活动会在近地表产生剪切应力或拉张应力, 进而改变了震中区岩土体的应力状态, 使地表岩土体发生破裂, 从而产生地裂缝, 因此, 这些裂缝的形成与发震断裂的活动密切相关。 这种地表裂缝的下部一般与活动断裂直接相连, 或受到下伏活动断裂的控制(万佳威等, 2019)。 在漾濞地震中形成的这一裂缝条带, 其下部也可能与先存的断裂相连, 断裂深处的活动带动了地表裂缝的产生。

同时, 卫星影像和野外观察显示, 在漾濞县城西侧震中区一带有一条NW走向的线性地貌, 可能为一条之前未被识别的断裂, 长约30km, 地表裂缝带正好处于此线性地貌上。 而小地震精定位显示, 此次漾濞6.4级地震相关的小地震震群同样集中在一条NW向条带上, 与该线性地貌的位置吻合。 另一方面, 从地表裂缝带的展布位置看(图 2), 震群分布条带主要位于其SW侧, 表明发震断裂倾向SW, 这与地表看到的裂缝面的倾向一致, 也与震源机制解和形变观测反演的结果一致。 震源机制解和波形反演结果同时显示, 漾濞地震为右旋走滑型地震, 而地表观察到的地表裂缝同样主要显示为剪切型裂缝, 表明该段以走滑运动引起的变形为主, 但总体变形幅度不大, 在地表几乎没有位移。 InSAR观测数据反演的漾濞地震同震地表形变结果表明破裂未达到地表^①(①http://www.eq-igl.ac.cn/zhxw/info/2021/33882.html。), 破裂主要集中在地下2~8km, 破裂长度约为20km, 最大滑动量约为0.8m。 这些都与观察到的地表现象相符。

通过上述综合分析认为, 漾濞县城西侧6.4级地震的震群分布区发育一条NW向断裂, 我们称之为杨克场-沙河断裂, 为此次地震的发震构造。 该断裂走向310°~320°, 以走滑运动为主, 其形成的地表裂缝带大致可分为北西和南东2段, 二者之间间断的距离达数km。 根据发震断裂的位置、 空间展布、 规模和运动性质, 初步认为该断裂为维西-乔后断裂的一条次级断裂, 其断裂面倾角较东侧的维西-乔后主断裂面更大, 二者在深部可能交会于一条滑动面上(图 10)。

图 10

Fig. 10

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	图 10 云南漾濞6.4级地震发震构造模式图 地层及产状、 地质构造资料据云南省地质局②③(②云南省地质局, 1973, 中华人民共和国地质图（1:200 000）, 大理幅。 ③云南省地质局, 1979, 中华人民共和国地质图（1:200 000）, 永平幅。), 主震震源机制解据USGS; 小地震精定位数据截至2021年5月28日Fig. 10 A model diagram showing the active faulting associated with the Yangbi MS6.4 earthquake.

此次地震的发震构造杨克场-沙河断裂及其东侧主断裂维西-乔后断裂位于川滇块体西部边界。 前人的研究认为青藏高原存在着一定程度的向E侧向挤出运动, 而川滇块体是青藏高原侧向挤出的最具有代表性的一个活动块体(汪一鹏等, 2003)。 川滇块体的西南边界并不是由一条单一的、 高走滑速率的断裂带来承担高原的侧向挤出, 而是由一组弥散的、 结构复杂的右旋走滑断裂所承担(Zhang et al., 2004; Li et al., 2020)。 从这些断裂活动的演化历史看, 它们之间存在着相互构造转换、 成生与削弱的联系。 断裂之间的这种相互作用、 构造转换和变形分配可能为吸收青藏高原向E挤出的主要形式, 在此过程中一部分断裂活动性减弱, 一部分新的断裂则随着主断裂的扩展而产生。 漾濞6.4级地震的发震断裂可能就是川滇块体西边界在向W扩展中形成的较新构造, 属于维西-乔后断裂的次级断裂。 此次地震之所以发生在该次级断裂上, 可能是因为沿断裂该段主要受到剪切应力作用, 处于走滑运动状态, 而次级断裂的产状较陡, 且规模较小, 更容易受到作用力的驱动而产生滑动。

总之, 通过对漾濞6.4级地震震区地表变形的野外调查, 结合震源机制解、 余震分布、 InSAR反演结果等综合分析认为:维西-乔后断裂西侧的一条NW向次级断裂为此次地震的发震构造, 该断裂走向310°~320°, 以右旋走滑运动为主, 其形成的地表变形带主要为一条走向NW的地表裂缝带, 分为北西和南东2段, 二者相距6km。

致谢 中国地震局地质研究所、 中国地震科学实验场大理中心和漾濞县地震局在考察期间提供了后勤保障; 漾濞县地震局罗廷珠、 苏国荣参加了野外调查并给予协助; 中国地震局地球物理研究所房立华研究员提供了小地震精定位资料; 审稿专家对本文提出了建设性的意见和建议。 在此一并表示感谢!