对活动断裂的调查研究一直是地震和地质灾害防御的核心工作之一(邓起东,闻学泽,2008)。活动断裂的几何形态、活动性质、时代、速率、特性等是其主要的调查和探测内容,也是地震危险性评价的主要依据(张裕明,1999; DB/T53—2013)。

地处滇西北的程海—宾川断裂是我国南北向地震构造带南段的主要活动断裂之一。前人对此活动断裂做过不同详尽程度的调查研究,一致认为其第四纪活动为正-左旋走滑,但几何形态和地震危险性分段及评价不尽相同(王晋南,1990; 王晋南,皇甫岗,1992; 罗睿洁等,2015)。2017年1—3月,笔者在对金沙江涛源盆地东缘的金沙江河谷断裂(程海—宾川断裂中段)的活动性调查和探测中,发现该盆地内有许多地震地质意义的构造现象。本文基于这些构造现象,分析了金沙江河谷断裂涛源盆地东缘的晚第四纪活动性,并探讨了这些现象的地震地质意义。

涛源盆地所在的金沙江河谷断裂是程海—宾川断裂中段的主干活动断裂,而程海—宾川断裂是滇中活动块体西缘滇西北裂陷带的东边界,该盆地明显地受控或受约束于金沙江河谷断裂(图1)。

图1 滇西北地震构造图和新生代浅成侵入岩分布(据云南省地质矿产局,1990修改)
Fig.1 Seismic structure map of the northwestern Yunnanand distribution of Cenozoic shallow intrusive rocks(based on Yunnan Province Bureau of Geologyand Mineral Resources,1990)

滇西北裂陷带,历史上曾发生过1515年永胜73/4级地震、1652年弥渡7.0级地震、1925年大理7.0级地震、1996年丽江7.0级地震(国家地震局震害防御司,1995,1999)。其中程海—宾川活动断裂自公元1515年以来,除发生1515年永胜73/4级地震外,还记载有6～6.9级地震3次、5～5.9级地震3次,具有发震频度低、强度大的特征,而中段金沙江河谷断裂仅记录有2001年10月27日永胜6.0级地震(周光全等,2002)。

前人对滇西北裂陷带的认识可归纳为:①呈右阶斜列的NW向德钦—大具断裂和红河断裂尾部的右旋走滑拉分; ②NE向丽江—小金河断裂左旋走滑和NW向红河断裂右旋走滑的联合拉分; ③滇中活动块体顺时针旋转的拉分; ④区域内微断块顺时针旋转与NE向左旋走滑断裂的尾端拉分(吴大宁,邓超东,1985; 刘光勋等,1986; 虢顺民

图2 涛源盆地地质图(据云南省地质局,1966 云南省地质局.1966.中华人民共和国区域地质调查报告鹤庆幅(G-47-ⅩⅦ)1/20万.修改)
Fig.2 Geologic map of Taoyuan basin(based on Geological Brueau of Yunnan Province,1966)

等,1996; 徐锡伟等,2003)。由此可见,涛源盆地处于拉分活动的构造环境。

涛源盆地处在金沙江河谷断裂的上盘,历史上此断裂没有关于7级以上地震的文字记载,2001年10月27日永胜6.0级地震的震中位于涛源至粑粑坪之间(图2),显然它的上盘为主动盘。

在金沙江中游存在一个醒目的呈“Z”形展布的第四纪宽谷盆地,即涛源盆地。此盆地北始化树,南至下乾,然后转向东,止于程海—宾川断裂的中段金沙江河谷断裂,全长约40 km,一般宽约2 km,临近金沙江河谷断裂加宽至8 km,显示出金沙江河谷断裂对此盆地的控制及约束(图2)。

在涛源盆地内发育有4级金沙江干流堆积阶地(图3)。T₁阶地被鲁地拉水库的库水淹埋,T₂阶地保留完整,T₃阶地沟壑纵横,T₄阶地多为残丘。T₃阶地顶部堆积物的电子自旋共振(ESR,下同)测年是(22±4.4)～(44±8.8)ka B.P.,为晚更新世中晚期堆积。T₄阶地顶部、中部堆积物的ESR测年依次是(141±18),(171±33),(195±19)ka B.P.,为中更新世晚期堆积。调查研究表明:金沙江干流T₁阶地的堆积年龄为9～17 ka B.P.,阶地面形成于9～10 ka B.P.左右; T₂阶地的堆积年龄为15～45 ka B.P.,阶地面形成于15 ka B.P.左右(计凤桔等,2000)。

图3 涛源盆地金沙江阶地剖面
Fig.3 Terraces of the Jinshan River in Taoyuan basin

表1 涛源盆地第四纪地层ESR测年结果一览表
Tab.1 ESR results of quaternary stuatum in Taoyuan basin

从堆积阶地的拔河高度分析,涛源盆地的第四系厚度不小于165 m,其中全新统被库水淹没,未见下更新统出露。根据地层的不整合接触,并参考ESR测年结果(表1),除被库水淹没的河漫滩和T₁阶地,可以将涛源盆地出露的第四纪地层划分为上更新统和中更新统。上更新统主要由浅灰色、浅黄色、灰褐色、浅红色粉质黏土、粉砂、细砂、粗砂、砾石组成,其中底部浅黄色含砾粉质黏土和粉砂略有胶结。中更新统主要由黄色黏土、粉质黏土、粉砂、紫红色和红色黏土组成。这两套地层可分别与丽江盆地的木坚桥组和东元村剖面类比(李鼎容等,1987)。

金沙江右岸寨子村至四家村还出露有浅灰色灰岩、白云质灰岩碎石和块石,与上覆的上更新统呈不整合接触,初步确定为中更新世冰期堆积物。

在地质构造上,涛源盆地处在金沙江河谷断裂的上盘,毗邻北端的期纳第四纪拉分盆地和南部的宾川第四纪伸展断陷盆地,金沙江河谷呈现出3.3 km的左旋走滑错扭。

涛源盆地内中更新统与上更新统的角度不整合接触,反映此盆地在中更新世末经历一次比较强烈的地壳运动。根据测年,这次地壳运动发生在距今15万年前后。

控制或约束涛源盆地的金沙江河谷断裂是程海—宾川断裂的主要组成部分之一,而后者又是滇西北裂陷带的东边界。据陈学波等(2001)的研究,滇西北裂陷带的莫霍面深度显示为近SN向的幔隆(图 11)。在滇西北地区,1981—1985年的地壳垂直形变显示永胜—宾川一带是一个显著的形变隆起区,最大垂直形变速率为8 mm/a; 1985—1992年永胜—宾川一带的形变隆起区分解,期纳至永胜处在NE—SW向隆起带,涛源盆地仍显示为独立的小隆起,隆起速率为1 mm/a(周光全,2003)。在滇西北裂陷带的周边和内部出露有规模不等的数十个新生代浅成侵入岩体(图1),它们相对集中在剑川西侧老君山、永胜东侧分水岭、巍山南侧热水塘、鹤庆至北衙间、涛源盆地东侧鲁地拉至多白、宾川西南侧大尖山,这些地区是新生代岩浆侵入活跃区,现今地热仍有很强的活动,如洱源地热异常区。在这些新生代浅成侵入岩体集中出露地带,也出露有中生代深成侵入岩体和晚古生代基性侵入岩体,乃至早古生代及其之前的侵入岩,如宾川盆地的宾居西侧。这表明本地区的岩浆侵入活动具有继承性,即多期次的原位侵入。在涛源盆地的北侧出露有晚古生代辉长岩,东侧出露有晚中生代石英闪长岩和新生代浅成玢岩,可以推测涛源盆地长期以来处在岩浆侵入活动区。在地壳隆升产生的垂向最大主压应力和水平向最小主张应力的作用下,形成两组具有共轭活动性的剪切正断层,加之区域水平拉分作用,呈现出今日在涛源盆地所见的NNE—SN向和NW—NWW向活动正断层的共轭构造现象(图 12)。这从另一角度反映滇西北裂陷带不仅仅是水平拉分作用的结果,也叠加有地壳隆升作用。

利用P波初动方向求解2001年10月27日永胜6.0级地震的主震震源机制解B节面产状为213°/NW∠87°,主震震源断层的错动是以左旋走滑活动为主,兼有正断分量(周光全等,2003)。

图 11 滇西北裂陷带莫霍面深度分布
Fig.11 Moho depth distribution in the northwest Yunnan rift zone

由该地震序列中的120个余震精确定位和余震震源机制解系统聚类分析确定的余震震源断层如图 13中的AA'所示,产状为304°/SW∠80～85°,右旋走滑(王曰风等,2008)。这一震源破裂现象,一方面佐证了涛源盆地的NNE—SN向断层与NW—NWW向断层具有共轭活动性; 另一方面也可以推测,在SSE—NNW向区域主压构造应力场的作用下,涛源盆地内的NW或NWW向活动断层可视为独立的发震构造,并非一定是NNE向金沙江河谷断裂的左旋走滑拉分效应。在滇中块体内部发生的M≥6.0地震的余震分布都有NW—SE向分布的特征,如2000年姚安6.5级地震。按NW向断层F₅一次性倾滑位错2.1～2.5m估计,在晚更新世中晚期(距今2.2～4.4万年之间),可以推测涛源盆地曾发生过一次相当于7级左右的强震。从古地震事件的尺度分析,程海—宾川断裂中段的潜在震源区震级上限宜取7.5级。

断层的活动可分为粘滑和蠕滑,在地震方面的表现是有震和无震活动,粘滑活动具有脆性快速剪切破裂滑动的形貌特征。涛源盆地东缘第四纪地层的反向倾斜和纵向沟槽,实质上是金沙江河谷断裂快速倾滑位错形成的反牵引褶皱(图 14)。此外,按照构造岩成因分类,碎裂岩(含角砾岩和断层泥)属于断层粘性运动的产物(Wise et al,1984)。如前所述,在涛源盆地东缘的金沙江河谷断裂出露的破碎带是由角砾岩、碎裂岩和断层泥组成,显示此断裂具有与地震相关的粘滑特性。

图 12 涛源盆地构造现象的成因机制
Fig.12 Formation mechanism of structural phenomena in Taoyuan basin

图 13 永胜6.0级地震序列震源机制分布图
Fig.13 The focal mechanism distribution map of the Yongsheng MS6.0 earthquake

图 14 涛源盆地东缘第四纪地层的反牵引成因
Fig.14 The reverse-drag mechanism of the Quaternary stratum in the eastern margin of Taoyuan basin

通过对金沙江涛源盆地东缘断裂活动性的调查和探测,在该盆地内发现许多有地震地质意义的构造现象。这些构造现象及其地震地质意义可归纳如下:

(1)中更新世末(距今大约15万年前后),涛源盆地经历了一次比较强烈的地壳运动,造成盆地内中更新统与上更新统的角度不整合接触。

(2)涛源盆地东缘的金沙江河谷断裂是由4条NNE—SN向晚更新世中晚期以来活动的铲式正断层组成,且以快速(脆性)形变的粘滑活动为主,距今约4.5万年以来的平均垂直活动速率为0.6 mm/a。此断裂的倾滑活动不仅与区域上的拉分作用关联,而且也与地壳隆升相关。

(3)涛源盆地内的NW—NWW向晚更新世活动断裂是与地壳隆升相关的另一组共轭正断层,晚更新世中晚期(距今2.2～4.4万年之间)发生过一次相当于7级左右的地震位错事件。从金沙江河谷断裂和NW—NWW向晚更新世断裂活动的共轭性以及古地震位错事件的尺度分析,程海—宾川断裂中段的潜在震源区震级上限宜取7.5级。