引言

2014年10月7日21时49分,在我国云南省景谷县发生了MS6.6级地震,震中位于景谷县西南,北纬23.4°、东经100.5°。震后中国地震局组织现场应急工作队对震区进行了初步调查,结果显示景谷地震波及的范围约1.2万km2,主要造成景谷县及邻近9个县区共37个乡镇受灾。Ⅷ度区主要涉及普洱市景谷县永平镇、威远镇、益智乡、碧安乡,共4个乡镇,面积约400km2。本文对景谷6.6级地震震中附近的地裂缝进行了详细的调查,分析了其形成的原因及模式。

1 景谷地震基本特征

据中国地震局地球物理研究所陈运泰原始课题组利用全球17个台站的波形资料反演得到的地震矩张量解结果,2014年景谷地震对应的矩震级为6.0,与USGS的结果基本一致。其表征震源机制的2个节面分别为:走向334°/倾角83°/滑动角-169°和走向242°/倾角79°/滑动角-7°。根据景谷地区的断层构造背景,结合烈度分布图和余震序列分布图,判定走向334°/倾角83°的断层为发震断层。

关于震源深度,USGS的研究结果是11.5km;中国地震局公布的研究结果和陈运泰院士课题组的分析结果都是5km,陈运泰院士课题组/北京大学张勇博士等对地震的源破裂过程成像工作的结果显示,此次地震的滑动分布比较集中,在水平方向没有看到明显的破裂方向性。房立华博士等给出的余震重新定位结果显示,余震总体呈北西向分布,展布较窄、倾角较陡,符合走滑型地震的余震分布特征。震源深度剖面显示,余震主要分布在5—15km深度。

(a)青藏高原构造简图,白色矩形表示图b位置,改自Tapponnier等(2001);(b)景谷地震构造图,底图为SRTM 90m的DEM,红色圆圈表示景谷MS6.6级地震,绿色圆圈为历史地震,土黄色区域表示新生代地层,蓝线表示河流,红色实线表示断层,红色虚线表示推测断层,断层数据来自国家活断层中心,历史地震数据来自中国活动构图(邓起东等,2007);(c)地裂缝调查点分布图,白色矩形表示地裂缝调查点,红色圆圈表示景谷MS6.6级地震和余震,余震数据来自中国地震局地球物理所

图 1 2014年云南景谷地震构造特征、余震序列及地裂缝调查点分布图 Fig. 1Seismo-tectonics,of Jinggu 2014 earthquake,Yunnan Province,
2 震中附近地裂缝调查

2014年云南地区在较短的时间内已经连续发生了3次6级以上的地震,它们分别是“5•30”盈江6.1级地震、“8•3”鲁甸6.5级地震和“10•7”景谷6.6级地震,这有可能标志着云南地区开始进入了地震活动的“活跃”周期。其中据初步科学考察,盈江地震Ⅷ度和Ⅶ度区内出现了大量的地裂缝,长数米至数十米,宽数厘米,最宽20cm,地裂缝在各种方向上均有出现,主要位于斜坡边缘,属于张性重力裂缝,不具构造意义,未发现地表破裂带(中国地震局盈江县6.1级地震现场工作队应急科考组,2014)。而在鲁甸地震中却发现了长约2km的近于直立的地震地表破裂带,走向325°左右。南端部表现出张性破裂分叉,出现多条走向近于东西的张性破裂带,并叠加有密集的横向次生张开状破裂(震动效应);中北段有“雁列”状张剪切破裂、“羽列”状剪切破裂和“鼓包”等组合成的纯剪切破裂,擦痕侧伏角近于水平,最大左旋位移约0.62m。为了更好地了解景谷6.6级地震,笔者对震中附近展开了详细的调查,发现了一系列地裂缝,其走向主要为东西向,兼有一些北东向和北西向,但是地裂缝的分布整体却是沿北北西向的,与震源机制、余震分布和烈度分布具有很好的相关性(图1c)。地裂缝的整体分布是在震中附近而且是北北西向的,说明这些地裂缝的产生是受到了景谷6.6级地震的影响。而地裂缝的走向不是北北西向的则连续性不好,说明这些地裂缝不是地震破裂的直接表现,而是次生表现。

2.1 大佛寺地裂缝(23.379140°N,100.485562°E,1644m)

此处地裂缝主要集中在半山坡路上靠近陡崖的一侧,走向主要沿路的走向,以EW向为主(图2b),在路拐弯地方的裂缝也会沿路拐弯(图2d),裂缝最宽处约有40cm(图2e)。在路沿小山梁展布的时候,裂缝会出现在小山梁两侧(图2c)。这些裂缝都为张性裂缝,走向与震源机制、余震分布、烈度分布揭示的NNW向不同,主要以EW向为主,兼有一些NE向和NW向。而且连续性不好,一般延伸在100m左右(图2a)。


(a)底图来自Google Earth,红线为地裂缝;边坡地裂缝照片(b),镜像NW;小山梁地裂缝照片(c),镜像N;
边坡拐弯处地裂缝照片(d),镜像W;裂缝最宽处照片(e),镜像S;红色箭头指示裂缝位置
图 2 大佛寺地裂缝分布图 Fig. 2Distribution of ground fissures in Dafoshi
2.2 七七组地裂缝(23.401896°N,100.409352°E,1093m)

此地发育一条东西向的干沟:秃头菁。地裂缝出现在沟南坡(图3a),东西延伸近1000m。总延伸近东西向,顺秃头菁,斜列的单条地裂缝走向有北东也有北西,有左阶也有右阶(图3b)。地裂缝总体走向也与北北西向不同,虽然延伸较长,也不是在陡峭的斜坡上,但是对其成因的初步分析是,饱水的秃头菁在地震波动的影响下,发生不均匀沉降导致的地裂缝,并不是地表破裂带的直接证据。


(a)镜像N;左阶的地裂缝(b),镜像N;红色箭头指示裂缝位置;地裂缝分布图(c);
底图来自Google Earth,红线为地裂缝
图 3 右阶的地裂缝 Fig. 3Photo of right-step ground fissures
2.3 旧坑河地裂缝(23.450305°N,100.438826°E,1251m)

此处地裂缝位于一陡峭山梁上,顺山梁延展约300m(图4a)。通过地貌分析,此处为一明显的古滑坡后缘,古滑坡在此次地震的震动影响下,后缘发生张性裂缝。裂缝走向为沿古滑坡后缘呈现出一定的弧形,未发现穿过山梁的裂缝,总体走向为NE向。裂缝以张性为主,以靠近陡崖一侧下降为主。这些裂缝可以细分为滑坡后缘裂缝(图4b)和滑坡侧缘裂缝(图4d)。滑坡后缘裂缝沿山梁展布相对较平直,滑坡后缘裂缝呈弧形展布(图4c)。


(a)镜像E;旧坑河古滑坡后缘地裂缝照片(b),镜像SE;旧坑河地裂缝分布图(c),
底图来自Google Earth,黑线为地裂缝;旧坑河古滑坡侧缘地裂缝照片(d),红色箭头指示裂缝位置
图 4 旧坑河古滑坡地貌 Fig. 4Photo of ancient landslide
3 地裂缝成因分析

地裂缝是地表岩层和土体在自然因素或人为因素作用下,产生开裂,并在地面形成一定长度和宽度裂缝的一种宏观地表破坏现象。基底构造运动、地震活动和过量地下水开采都可能影响或造成地裂缝(王景明,2000;李树德等,2002;王庆良等,2003)。具体到地震活动影响下的地裂缝,也存在是地震震动影响下重力作用导致的地裂缝,还是地震地表破裂带直接出露的争论。根据出现地表破裂带的地震统计,震级6.5级地震可能会沿发震活动断层形成数千米至一百千米量级长的地表破裂带(Yeats等,1997)。但是也有很多例外情况,比如2013年四川芦山7.0级地震,虽然出现很多地裂缝,但未发现明显的地震地表破裂带(李渝生等,2013;徐锡伟等,2013)。而2014年的盈江6.1级地震和鲁甸6.5级地震也都出现了大量的地裂缝(中国地震局盈江县6.1级地震现场工作队应急科考组,2014;徐锡伟等,2014)。同样在景谷地震的震中,笔者也发现了大量的地裂缝。针对这些地裂缝的成因分析,可以使我们更好地理解地震的破裂过程和构造环境(蔡华昌等,2001)。虽然这些地裂缝的走向不一、延伸也不是很好,但是这些地裂缝的分布基本上都是在震中附近,而且整体展布与震源机制、余震分布、烈度分布是一致的,都是北北西向的,说明这些地裂缝的形成受到地震动的影响。通过分析景谷地震震中附近的地裂缝成因,笔者认为这些地裂缝都是地震震动影响下重力作用导致的地裂缝,具体成因又可分为以下三种模式。

3.1 边坡失稳

边坡失稳导致的裂缝主要集中在半山坡路上靠近陡峭山崖的一侧,主要展布方向为沿边坡方向(图5a)。这类裂缝有两个显著的特征:一是靠近陡峭的山崖;二是走向沿边坡方向,会随着边坡方向的改变而改变。还有一类地裂缝也是边坡失稳导致的,这类地裂缝由于是位于小型的山梁上,所以两侧都有陡峭的边坡,因此分布在山梁两侧(图5b)。这种裂缝都是在地震的震动影响下,由于临空面的存在,在向临空面方向水平拉张力和重力作用的共同作用下,产生沿边坡方向的张性裂缝。大佛寺附近的地裂缝就是典型的这种成因。

3.2 不均匀沉降

在富水环境下,地震产生的波动会导致沟两侧或一侧松软的沉积物不均匀沉降,这样也可能导致地裂缝的产生(图5c)。这种裂缝的显著特点是局部走向和斜列形式(左阶、右阶)混乱,但是整体走向是沿沟的方向。七七组的地裂缝就是典型的不均匀沉降导致的。首先七七组的地裂缝都位于水沟的一侧,而且呈现出沿沟坡展布的特征。虽然沟坡并不陡峭,但是由于是处于富水环境下,而且堆积物十分松散,在地震的震动影响下,由于不均匀的沉降,导致了这些裂缝的产生。这也就导致了这些裂缝的走向并不受地震的破裂方向(北北西向)控制。


(a)单侧边坡失稳裂缝形成模式图;(b)双侧边坡失稳裂缝形成模式图;(c)不均匀沉降裂缝形成模式图
(改自Cruden 等,1996);(d)滑坡边缘裂缝形成模式图(改自Cruden等,1996)
图 5 地裂缝形成机制卡通图 Fig. 5Cartoon showing the mechanism of ground fissures
3.3 滑坡边缘

滑坡的边缘容易产生大量的裂缝,主要标志是裂缝沿后缘弧形展布和沿侧缘的分布(Cruden等,1996;Highland等,2008)。对于地震同震产生的滑坡,容易识别出滑坡边缘的裂缝成因。但是对古滑坡边缘的裂缝则比较难以识别。地裂缝在大型古滑坡的侧缘,在局部看起来很像是直线展布,旧坑河的地裂缝就是这种典型情况。此处地裂缝沿山梁一侧展布,局部看起来很平直,但是整体还是古滑坡的边缘。这种地裂缝的特征是伴随滑坡产生(图5d)。无论是同震产生的滑坡还是古滑坡,其边缘都是相对不稳定的,容易在地震的震动影响下,受到重力作用产生张性裂缝。

4 结论

通过对2014年云南景谷6.6级地震震中附近地裂缝的调查,结果显示地裂缝主要为东西向,兼有一些北西和北东向,呈斜列展布,有左阶也有右阶。结合震源机制、烈度分布和余震分布,笔者认为这些地裂缝都是处于斜坡处,在地震的震动影响下,由于重力作用而产生的。这些裂缝的产生原因具体可以分为三种模式:边坡失稳、不均匀沉降和滑坡边缘。


①http://www.cea-igp.ac.cn/tpxw/270908.shtml
②http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/usb000sjim#scientific
③http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/478/20141011091458652940205/index.html
④http://www.eq-igl.ac.cn/test.jpg
⑤http://www.eq-igl.ac.cn/wwwroot/c_000000090002/d_1445.html
参考文献
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