“月晕而风,础润而雨”,任何自然现象发生前都会出现或多或少、各种各样的征兆,地震亦然。大量震例表明,在大震前,震中及其周边地区往往会出现动物习性、地下水、地下气体、地光、地声、气候等各种宏观异常现象。据统计,1975年海城7.3级、1976年龙陵7.4级、1976年唐山7.8级、1976年松潘7.2级、2008年汶川8.0级、2008年新疆玉田7.3级等地震前都出现了大量的宏观异常现象(朱凤鸣,吴戈,1982; 陈非比等,1979; 陈立德,赵维城,1979; 朱皆佐,江在雄,1978; 祝晔,李荣安,1983; 高小其等,2009,2015; 许敦煌,2010; 张小涛等,2009)。在我国近4 000年的历史文献中,也有十分丰富的地震宏观异常记载(车用太等,2012)。

据不完全统计,出现丰富宏观异常现象的地震震级往往大于7.0级,一般震级越大,宏观异常的范围越大,异常的种类也越多(安徽省地震局,1978; 国家地震局预测预防司,1997; 付虹等,2003)。但也有一些6级左右的中强地震,如张北—尚义6.2级地震和云南施甸5.9级地震等,同样在震前会出现一些地震宏观异常现象(刘五洲等,1998; 付虹等,2003)。2014年鲁甸6.5级地震前,也出现了地下水、动物习性等宏观异常现象。虽然这些中强地震的宏观异常范围和强度不够大,但却有着与大地震相似的特征,具有重要的映震效应和指示意义。在我国地震预测实践中,如1975年辽宁海城、1976年四川松潘等地震的临震成功预报,宏观异常在预测中都起到了十分重要的作用。在当前地震科技发展水平下,地震宏观异常监测可作为地震可操作预报的一种重要途径。所以,有必要加强一些中强地震宏观异常现象的收集、分析和典型案例研究,以期获得有关宏观异常分布特征及其与构造关联的规律性认识,以便更好地为地震短临预报提供有价值的借鉴经验和参考依据。

2014年5月30日,云南盈江6.1级地震发生前,在震中及其周边地区较大范围内出现地下水、动物习性等异常现象。根据云南省内宏观异常出现的实际情况及周边地震活动情况,并参考中国历史地震震例,本文结合该地区活动构造分布,重点探讨宏观异常的时空分布特征、迁移特性,尤其是它们与构造间的相互关系。

如图1所示,震中及其周边地区发育的断裂主要有近SN向那邦断裂(F₁)、苏典断裂(F₂)、腾冲断裂(F₃)和NE向大盈江断裂(F₄)、瓦德龙断裂(F₅)、龙陵—瑞丽断裂(F₆)等。近NS向断裂以右旋走滑为主,而NE向断裂则以左旋走滑为主,它们均是晚第四纪以来的活动断裂,震中附近展布的NNE向卡场—大竹寨断裂局部段落在晚第四纪也有活动迹象。现将主要断裂的活动特征简述如下。

图1 震中及其附近地区活动断裂与宏观异常分布图
Fig.1 Map of active fault and the distribution of macro-anomalies in epicenter area

那邦断裂是一条韧性剪切带,走向近SN,总长约120 km。该断裂带东起昔马—铜壁关一线,西至缅甸境内的上新世盆地东沿,是缅甸境内著名的Mogok带的东缘组成部分。主要发育在高黎贡山群中高级变质岩岩体内,岩体变质程度较高,片麻理发育,片麻理走向多与断裂走向一致。沿那邦断裂为一地形斜坡陡变带,西侧夷平面高度800～1 400 m,东侧夷平面高度1 700～2 200 m,断裂带东西两侧相差800～900 m。在卫星影像上沿该断裂表现为清晰的线性特征,延续性较好。石竹河一带表现为平直的线性槽谷,形成切割很深的“V”字型线性河谷,断层槽地内发育平直而新鲜的线性挤压山脊,表现出较强的活动性。

苏典断裂北起缅甸境内撒旦一带,向南进入中国境内后,经腊马河、苏典、黄草坝、大寨后,没于盈江盆地北东缘,总长90 km。第四纪以来该断裂新活动明显,主要表现在:(1)卫星影像上,沿断裂表现为平直的线性特征;(2)沿断裂发育苏典、勐典、黄草坝、陇中等多个串珠状第四纪盆地,苏典盆地和陇中盆地呈狭长型沿断裂发育;(3)断裂对腊马河、盏达河的发育具有明显的控制作用。这些地貌现象都指示了该断裂晚第四纪以来有活动迹象,沿该断裂曾发生2008年苏典—勐弄5.0和5.9级2次中强地震。

腾冲断裂北起缅甸拖角之北,由棋盘石北延入云南省内,向南经瑞滇、固东、和顺盆地,止于腾冲以南,长约120 km。沿该断裂带多发育断陷盆地与火山岩熔地貌,其大部被第四系沉积与火山岩所覆盖,航、卫片上的线性构造特征清晰。该断裂第四纪以来活动强烈,主要表现在沿断裂带强烈的火山喷发形成呈线性排列的火山口、火山锥与高温沸泉、气泉。沿断裂带地震活动强烈,自1512年有地震记载以来,共发生5级以上地震24次,最强为1577年腾冲63/4级地震。该断裂是一条至今仍在活动的全新世活动断裂。

大盈江断裂北端始于腾冲以西,沿梁河盆地和盈江盆地南东缘延伸,经曼线街、芭蕉寨、西帕河,止于缅甸八莫盆地东缘,全长约140 km,总体走向50°,倾向NW,倾角约70°。新生代以来,该断裂严格地控制了盈江、梁河等新生代盆地的发育。晚第四纪以来,该断裂表现为明显的水平左旋走滑运动特征(Socquet,Pubellier,2005; Morley,2007; Nielsen et al,2004),其最新活动时代为全新世(常祖峰等,2011; 虢顺民等,2002)。沿线断层陡坎、水系断错等断层地貌十分发育,上贯弄附近冲沟Ⅰ阶地被左旋断错10 m。全新世以来,其水平滑动速率2.7～3.5 mm/a(常祖峰等,2011,虢顺民等,2002)。在断裂附近曾发生2011年盈江5.8级地震。

瓦德龙断裂呈北东向延伸,倾向北西。其北端始于梁河附近,经曼东盆地、陇川盆地,延入缅甸境内,中国境内长度近百千米。在航、卫片上线性特征清晰,呈直线状延伸。断裂控制着陇川和户撒等第四纪盆地的分布及发展演化,盆地均呈狭长型北东走向分布。陇川盆地边缘有数十条水系出现极为明显的左旋同步扭动,扭距在数十米至1 000 m以上,是一条晚第四纪活动断裂。

龙陵—瑞丽断裂西南起于缅甸抹谷以北的莫洛一带,向东经南坎、瑞丽、遮放、三台山到芒市新桥,向北东延至龙陵县城后逐渐与近南北走向的怒江断裂交汇,走向50°左右,全长约370 km。该断裂是腾冲块体与保山块体的分界线,对古生代、中生代乃至新生代的地层和新生代盆地发育有着明显的控制作用。它由一组斜列的NE向断裂组成,在阶区多形成拉分盆地,如瑞丽盆地、潞西盆地、仙蚌盆地等,盆地内新生界厚度达1 500 m。在卫星影象上线性特征明显,沿断裂多有温泉分布。地貌上,沿断裂主要表现为水系左旋同步位错及断层陡坎等,水系位错量可分为200～500 m、100 m左右及小于30 m这3组,显示了它在笫四纪不同阶段的位错量。根据水系位错推算断裂全新世水平滑动速率2.2～2.8 mm/a。在断裂北东端曾发生1976年龙陵7.3级和7.4级双震(常祖峰等,2012)。

卡场—大竹寨断裂位于震中附近,为2014年盈江6.1级地震的发震构造。该断裂南起昔马盆地西缘,经三岔河、奔龙库、卡场、黑河、大竹寨,止于苏典断裂,全长约45 km,断裂倾向NW,倾角70°。在卫星影像上,断裂南段和北段线性特征较为清晰,中段(卡场至大竹寨)有一定程度的线性显示。该断裂对昔马第四纪盆地西缘有明显控制作用,昔马盆地至三岔河一线表现为平直的线性断层槽地。

表1列举了上述各异常点分布和表现特征。虽然宏观异常点数量有限,但能从表中可以看出在时空分布上具有如下特征:

(1)在时间上,宏观异常出现时间早,最早为震前150 d,最晚为震前2 d(在研究区及周边150 d内只发生盈江地震,并无其它地震,因此判定宏观异常与盈江地震对应)。且宏观异常表现出较明显的阶段性,结合周围地磁观测异常,可分为3个阶段:2013年12月30日—2014年1月31日、2014年3月7日— 4月20日和2014年5月26日—5月30日。这与1975年海城7.3级、1976年松潘7.2级等大地震前宏观异常的起伏性具有相似的特征(祝晔,李荣安,1983)。

(2)在空间分布上,这些宏观异常分布在距震中208 km的较大区域范围,此等级地震出现如此大的异常范围并不多见。大体上,这些宏观异常呈现出自东向西、由南而北逐渐向震中迁移、靠拢的趋势,但震中附近并未出现明显的(或被人忽略)宏观异常。已有研究表明,1976年松潘7.2级地震序列发生在龙门山断裂西侧的NW向虎牙断裂上,但是震前宏观异常主要沿NE向龙门山断裂带分布并逐步向震中迁移靠近,而非发生在发震断裂带上(章光月等,1980)。它与此次宏观异常点分布有某种相似性。

有些异常点在以往中强地震前会重复映震,如梁河县与腾冲县交界荷花热水塘温泉和施甸县永福村异常点等,前者在本次地震前表现出高压喷砂-水位下降-高压喷砂的周期性变化。

(3)尽管地震宏观异常会受到各种干扰因素的困扰,使得分析起来脉络不清,但盈江6.1级地震前的宏观异常现象,在空间分布上与构造有着高度的一致性和密切关联性:这些宏观异常多发生在震中外围断裂上,主要是断裂的端部、几组断裂汇

表1 宏观异常时空分布特征表
Tab.1 The temporal and spatial distribution characteristics of macro-anomalies

而不交的构造部位或者是构造拉分盆地内,如梁河与腾冲交界荷花热水塘温泉异常点(图1中场点①),既处于大盈江断裂的端部,又位于大盈江、腾冲和瓦德龙3条活动断裂汇而不交的部位。究其原因,此类构造部位是地应力易于集中的地点,即便不是发震地段,却是应力集中、无震滑动的敏感区,因此可能成为地震宏观异常的易发场所。或许有人认为这是一种巧合,虽不能完全排除这种可能性,但辩证唯物论中有偶然性包含着必然性、必然性寓于偶然性之中的观点。从荷花温泉(场点①)在震前反复出现的高压喷射泥浆、砂石的现象分析,本文更倾向于认为它与断裂构造局部无震滑动、应力集中有着密切的关系,且在以往周边地震中曾表现出类似的异常现象。

宏观异常没有出现在震中附近断裂上,而是分布在外围断裂上的问题,可以从块体或区域活动的角度加以理解。1975年海城、1976年唐山、1976年松潘等多次大地震宏观异常研究表明,地震宏观异常点常分布在与发震断裂相交或汇而不交的其它断裂上(章光月等,1980)。譬如,前述的松潘地震宏观异常主要沿NE向龙门山断裂带分布,海城地震宏观异常不仅沿NWW向发震断裂分布,同时也沿NNE向金州断裂、金山岭断裂分布的特征(章光月等,1980)。在地震孕育和发生过程中,区域构造、区域构造应力场和地震前兆场(包括宏观前兆)彼此之间有着密切的联系(章光月等,1980)。在一定规模的区域或断块内,受到统一的区域构造应力场作用和支配,构造活动有着协调、联动的运动特征,而不是某一条断裂的独立运动。因此,除了发震断裂控制了前震、余震分布外,区内的其它(共轭)断裂也会受到该区构造应力场的影响,先于或迟于发震断裂发生蠕变滑动(无震),导致其它断裂上出现宏观异常。

2014年云南盈江6.1级中强地震前,在震中地区208 km的较大范围内出现高温泉水井喷(高压喷射泥沙),地下水翻花冒泡、发浑、变色、水量增大,动物习性异常等宏观异常,此等级中强地震出现如此规模的宏观异常并不多见。出现宏观异常最早的时间为震前150 d,最晚为震前2 d。宏观异常表现出较明显的阶段性,同时大体上呈现出自东向西、由南而北逐渐向震中迁移、靠拢的趋势。它们具有与1975年海城7.3级、1976年松潘7.2级等大地震前相似的宏观异常特征。

宏观异常多发生在活动断裂的端部、几组断裂汇而不交的构造部位或者是构造拉分盆地内,与构造有着高度的一致性和密切关联性。在统一的区域构造应力场作用和支配下,构造活动有着协调、联动的特征,地震的孕育发生是一个区域或块体的孕震过程。