玉江断裂位于滇中活动块体的东南部,其周缘被全新世或晚更新世活动断裂所围绕,地震活动强烈而频繁。根据历史地震记载,发生在块体东部边缘的1833年嵩明杨林8级大震是迄今为止在云南地区所记载的最强地震。M≥7.0地震主要发生在块体的周缘,如1970年通海7.8级地震。块体内部7.0>M≥6.0地震集中发生在具有区域性质的近SN向断裂、规模不大的NW向晚第四纪活动断裂或它们的复合部位,这两组断裂是块体内部的主要地震构造(王洋龙,2006)。滇中地区的NNW—SSE向近水平主压构造应力场也有利于它们的走滑活动。

(1)现代湖泊;(2)第四系分布范围;(3)地层不整合界线;(4)断裂(虚线为推测);(5)地层代号;(6)断裂编号;

(7)第四系厚度等值线(单位:m);(8)县城/村寨; F_1-1:玉江断裂分支; F₂:小江断裂

图4 通海盆地基底构造及第四系厚度等值线分布图中国人民解放军建字七三〇部队.1976.1:20万玉溪幅区域水文地质普查报告.

本地区破坏性地震记载最早始于1517年7月22日通海河西51/2级地震。在玉江断裂及附近纪录到的最大地震是1571年9月19日61/4级和1761年5月23日61/4级地震,分别发生在玉江断裂端点所在的通海盆地和玉溪盆地。此外,在F_1-1断裂的扭曲部位还发生过1560年51/2级地震。

(1)1571年9月19日通海61/2级地震

史料记载仅寥寥数语,涉及到的历史文献也较少,到目前为止编辑在册的文献有《国榷》、万历《云南通志》、天启《滇志》、嘉庆《临安府志》和《国民通海备征录》,其中以万历《云南通志》最为详细(云南省地震局,1988)。根据这些记载,本次地震震级推测为61/4级,震中位于通海(国家地震局震害防御司,1995)。由于资料匮乏,无法圈定地震烈度等震线。但基本可以肯定的是,该地震发生在通海盆地或附近,处于小江断裂南段和玉川断裂分支F_1-1的复合部位,断裂对盆地的后期发展演化均起到控制作用。

通海盆地缺失上新统,第四系与前新生界呈不整合接触。盆地基底由前新生代不同时代的地层组成,总体表现为一被小江断裂南段F₂所控制的NE向向斜,但被F_1-1破坏(图4)。据物探资料①,盆地的第四纪沉积中心与现代杞麓湖水体中心并不一致,而是西移约10 km,即位于通海县城以西5 km处的小街附近,最大沉积厚度在290 m左右,四街至通海县城一带杞麓湖底的第四系最大厚度在220 m左右,等厚度线在通海县城附近为NE—NEE向,在西城一带转变为NW—NWW向,基本与附近的F_1-1走向一致。此外,盆地内的F_1-1呈现出对F₂的阻断,F_1-1右旋断错盆地南缘近EW向断裂约为350 m左右。

因此,从构造及活动的角度分析,不能排除玉江断裂为本次地震的发震断裂的可能性。

(2)1761年5月23日玉溪北古城61/4级地震

在《清代地震档案史料》、《乾隆实录》和道光《云南通志》中,对该地震有比较详细的记载,但文字叙述集中在灾情与赈灾方面,无地震地质灾害的描述(云南省地震局,1988)。根据这些文献记载的灾情,该地震震级确定为61/4级,Ⅵ～Ⅶ度等震线呈近SN向(国家地震局震害防御司,1995)。1995年之后,云南省地震局对该地震进行了反复的调查研究(柴天俊等,1996),结合地表破坏情况,云南省地震局(2000)重新公布了该地震的烈度分布,其宏观震中位于北城至普妙乡之间,震中烈度为Ⅷ度,Ⅵ～Ⅷ度区长轴方向是NW—SE向。由该地震的烈度分布可知,Ⅶ～Ⅷ度等震线基本围绕着玉江断裂,其中的晚更新世活动段或分支位于Ⅷ度区的中心偏西南地带(图5)。

(1)玉溪盆地;(2)1761年5月23日玉溪北古城6级地震等震线;(3)推测基底地层不整合界线;(4)推测断裂;(5)基底埋藏等深度线(相当于上新统—第四系等厚度线,其中100 m等厚度线相当于第四系等厚度线)(单位:m);(6)基底地层代号;(7)断裂编号;(8)水库;(9)城镇; Pz:古生界; Za:震旦系; Pt:中元古界; F₁:玉江断裂; F₃:普渡河断裂

图5 玉溪盆地基底构造与1761年61/4级地震

等震线分布图云南省地质矿产局.1987.1:5万玉溪幅区域地质调查(编测)说明书.(云南省地震局,2000)

玉溪盆地的基底为前古生界组成的近南北向向斜,它既被普渡河断裂F₃破坏,也被玉江断裂中的F_1-3和F_1-4所错断,并且F₃被F_1-4左旋走滑位错约400 m,但盆地基底中的震旦系又被F_1-4右旋位错约150 m(柴天俊等,1996)。值得注意的是,第四系100 m等厚度线在穿越F_1-3时发生约100m右旋扭动,而穿越F₃的等厚度线则无这种水平扭动。此外,在F_1-4的沿线可见线性排列的大量滑塌体,发育高度几乎在同一等高线上,虽然到目前为止还没有时间上的证据说明这是1761年地震所为,但可以肯定的是它们属于同一突发事件的产物,而玉溪盆地北缘的F₃则无这种现象。

由此可见,将1761年5月23日玉溪北古城61/4级地震的发震断裂推测为玉江断裂要比普渡河断裂更合理一些。

1965年云南常规区域测震台网建设初具规模。从那时起,台网纪录到一些沿玉江断裂的中小地震活动,图6是其中F_1-2～F_1-4沿线的仪测震中分布图。从图中可以看出,此类地震活动仍有一定的密集呈带性,而3级以上地震活动主要集中在断裂的复合部位,即大矣子至九溪。需要指出的是,2001年7月15日在九溪发生过1次4.9级地震,震中位于F_1-2与F_1-3的右阶斜列部位,现场调查肯定了玉江断裂对震害的影响——九溪至河口村沿线山坡多处出现垮塌,九溪至江川新建一级公路已处理的土质边坡出现5处坍塌。当地遭受到Ⅵ度影响。

(1)1985年禄劝6.3级地震。地震发生在北西向则邑断裂与普渡河断裂北段的交汇部位。极震区位于禄劝县转龙盆地以西的则邑一带,烈度为Ⅷ度,形态类似于一个向SW方向歪斜的“葫芦”。余震总体上呈NW—SE向展布,主震震源机制解B节面走向298°,具有右旋逆断性质。地表破坏主要有崩塌﹑滑坡和地面开裂,分布零散,无明显的方向性。(1)断裂(虚线为推测);(2)断层产状(箭头所指为倾向,数据为倾角);

(3)东风水库水体;(4)东风水库拦河大坝;(5)村镇

图6 玉江断裂分支F1-2～F1-4附近的震中分布图

震区内发育有3组不同走向的断裂,NW向红岭坡断裂﹑则邑断裂﹑NNW向洗马河断裂和属于普渡河断裂组成部分的NE向断裂,并且北西向断裂切错普渡河断裂。野外调查也发现,在这些断裂中惟有则邑断裂属晚更新世活动断裂。综合各种表象,确认NW向则邑断裂为这次地震的发震构造。

(2)1995年武定6.5级地震。地震发生在NW向第四纪活动断裂与近SN向汤郎—易门晚更新世活动断裂北段的交汇部位,并且前者切错后者。极震区(Ⅸ度)位于武定县发窝一带,呈一长轴为NW—SE向且向北东突出的椭圆,NW—SE向长约25 km,NE—SW向长约12 km; 余震分布也呈NW—SE向,震源机制解A节面走向277°。地震的地表破坏有地裂缝、崩塌、滑坡、地陷和喷砂冒水等,但分布零散,不连续。总体上看,支持发震构造为NW向断裂的证据多于近SN向断裂的证据。

(3)2000年姚安6.5级地震。地震发生在姚安与大姚两县交界的马屯至官屯一带,地质构造处于NW向马尾箐断裂与近南北向隐伏性断裂的交汇部位。通过野外地震地质考察,并结合高震害异常的分布、余震分布、震源机制解、地表形变、历史地震活动、区域和震区地震构造的联系,这次地震的发震构造是位于震区中部的NW向马尾箐断裂。

以上3个震例都有这样一些共同的特点:极震区内分别发育有一条区域性近SN向断裂和规模不大的NW向断裂,并且后者切错前者,除1995年武定6.5级地震的发震构造尚有异议外,其它两次地震均为NW向断裂; 地震时,无明显的构造型地表破裂(地震断层)产生; 余震分布方向和震源机制解的某一节面走向均为NW向; 极震区长轴或高烈度异常亦为NW向; 其中的构造和震害特征又恰恰与1761年玉溪北古城61/4级地震一致。

根据上述构造类比的结果,并结合1517年以来玉江断裂沿线的地震活动,可以认为,该断裂中的晚更新世活动段或分支存在发生6.5级左右地震的潜在危险。

从理论上讲,断裂的端点、拐点、阶区和交汇部位都有利于应力的集中,是地震发生的重要危险地段。从历史和现代仪测地震活动来看,沿玉江断裂的强震活动均发生在玉溪盆地、九溪盆地和通海盆地及其附近。因此,从这个意义上来看,玉江断裂的这些部位应是未来潜在强震发生的危险地段。

综上所述,玉江断裂是一条具有发生6.5级左右地震危险的发震构造,而发震断裂为晚更新世活动段,危险地段包括水库库首。

(1)坝址地段

根据《水工建筑物抗震设计规范》中有关水工建筑物的场地选择的规定,从构造活动性的条件来看,在坝址8 km范围内存在F^b_1-4和F^b_1-3两条活动断裂,其中距坝址直线距离仅为700 m的F^b_1-4长度小于10 km,位于库尾的F^b_1-3长度也不超过10 km; 若从1761年5月23日玉溪北古城61/4级地震的极震区分布来看,则库区处于极震区范围。结合构造条件,可以认为,历史上库区曾发生过5.0≤M<7.0地震。综合这些条件,兼顾坝址8 km范围内的M≥5.0地震活动,坝址所处地段更接近于不利地段。

(2)地震破坏

一旦距坝址最近的F^b_1-4发生6.5级左右地震,根据对云南地区震级与震中烈度的统计,大坝将遭受Ⅷ度或Ⅷ度强的破坏。

(3)地表破裂

自公元624年滇中活动块体有破坏性地震记载以来,尚未发现在该块体内部所发生的6.5级左右地震伴有地表破裂产生的震例。近20多年对滇中地区此类地震的科考工作也证实了这一点,如在上述所举的3个震例中均没有发现沿先存的活动断裂产生显著的构造型地表破裂。

邓起东等(1992)曾对青藏构造区的地震地表破裂做过详细的统计研究,发现7.0>M≥6.0地震伴有地表破裂的震例仅为4例; 与滇中活动块体有关的震例仅有1例,即1966年2月5日云南东川6.5级地震,它产生于块体东界的小江全新世活动断裂上。

蒋浦等(1998)也曾对中国大陆地震断错形变与震级做过概率分析,其结果表明:当发生6.5级地震时,95%的断裂不会出现地表断错形变,仅有个别地震发生时才有可能出现。经对比分析,这些个别地震均发生于全新世活动断裂,部分断裂为活动块体边缘断裂的组成部分,前述的1966年2月5日云南东川6.5级地震就属这种情况。

玉江断裂,既不是全新世活动断裂,也不是活动块体边缘断裂的组成部分。这就意味着,当该断裂发生此类地震时产生地表破裂的可能性不大。

此外,《建筑抗震设计规范》规定,当场地内存在发震断裂时,若为非全新世活动断裂,可忽略发震断裂错动对地面建筑物的影响。

(4)安全距离

根据王爱国等(2007)对活动断层地震变形与重大工程场地安全距离(由断层错动引起的地表应变值小于0.65×10^-4)的研究,当倾角为75°的走滑断层发生6.5级地震时,上盘的安全距离为3 650 m,下盘是2 400 m。以此为依据,当F^b_1-4发生6.5级地震时,处于该断裂下盘约700 m的东风水库大坝,其地表应变值大于0.65×10^-4。也就是说,大坝处于地表应变值大于0.65×10^-4的非安全距离之内。