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滇缅活动地块构造应力场研究
滇缅活动地块构造应力场研究
白仙富*1,2) 戴雨芡*1,3)
1)云南师范大学,旅游与地理科学学院,昆明 650500;
2)云南省地震局,昆明 650224;
3)昆明市西山区防震减灾局,昆明 650118
 [收稿日期]: 2018-05-23
摘要

本文收集了1976—2017年滇缅活动地块98个MW4.8—7.0地震的震源机制解,分析震源机制解和震源深度的空间分布特征,探讨了其构造动力学背景。结果表明:①滇缅活动地块震源深度优势分布范围为10—30km,90%以上的地震震源深度小于30km,结合研究区统计时段内地震震源深度、优势度、众数等参数,推断滇缅活动地块及周边震源深度的下界为30km,脆性多震层位于10—30km,且主要位于15km附近;②滇缅活动块体不同断裂带、块体内部各次级块体之间、块体内外表现出不同的震源机制解,在空间上存在着明显的分区性特征,揭示出位于青藏高原东南缘的滇缅活动块体及周边地区应力场的非均匀性;③滇缅活动地块区域构造应力场明显受周边板块作用的控制,活动地块内部由于构造格局及其运动的差异,应力状态具有明显的区域特征。根据研究区各主要断裂带所反映的与构造背景作用一致的震源机制分布特征,可以将滇缅活动地块初步分为3个应力区。



引言

滇缅活动地块位于青藏高原东南缘,东与川滇菱形块体相接,西北与喜马拉雅阿萨姆构造节相邻(Fu等,2011),是东亚大陆构造活动强烈的地区之一。由于受到印度板块的NE向俯冲和青藏高原的侧向挤出双重作用(Li等,2008Lei等,2009Chen等,2013),滇缅地块形成了以红河断裂、实皆断裂和奠边府断裂为主要控制性边界、内部为一系列NE和NW向的复活或新生断裂带相配套以及大规模水平走滑运动为主要特征的构造格局(许志琴等,2011刘鸣等,2015)。特殊的地理位置、强烈的地壳形变与断裂活动作用使得滇缅活动地块成为地震活动最强烈的地区之一。滇缅地块东片区大部分位于云南省境内,据统计,自1900年以来滇缅地块云南境内发生的MS 7.0以上大震超过10次,占整个云南地区大地震数目的一半以上(皇甫岗等,2000),因此,滇缅活动地块对云南地区地震安全有着重要影响。但是,在2011年以前,在对云南地区地震活动性的认识上,更多地只考虑了行政属性而忽略了构造的同源性,即没有将滇缅地块作为一个整体去剖析其地震活动特征,因此,有必要对滇缅活动地块构造应力场进行分析研究,从而深化和完善对云南区域地震发生条件、原因与过程的认识。地震的孕育与发生是岩石圈内部应力积累与释放的结果。滇缅活动地块内的主要断裂从空间展布上可分为2大组,一组是以实皆断裂为西边界、红河断裂为东边界,其内部呈帚状分布的系列以NS向为主的断裂;另一组是从南汀河断裂至奠边府断裂的系列北东东向近平行状断裂,这2大组断裂在块体内呈交叉切割状。这种断裂分布,在一定程度上揭示了块体内部复杂的构造应力特征。一个地区的活动构造和区域应力场特征决定它的断层活动方式并影响区域内构造地震的活动性,构造地震的震源机制解能给出地震发生时断层的力学机制和错动断层的运动类型。发震断层面、发震应力场PTN轴等参数可反映研究区域构造应力场和构造运动特征,是进一步研究断层和块体的运动特征、构造变动样式和动力来源的重要资料。因此,对滇缅地块频繁发生的构造地震及其震源机制解特征的研究,是认识滇缅地块构造变形特征和动力来源的重要内容。滇缅地块内频繁发生的一系列中强地震携带了区域构造应力场的重要信息,本研究的目的是在获得1976年以来41年间滇缅地块及其周边区域频繁发生的大量中等地震的可靠震源机制解的基础上,研究滇缅地块及其周边区域震源机制解空间差异及其所反映的构造背景特征。

1 数据和方法
1.1 数据选取及评价

对于滇缅活动地块的范围一直没有统一的界定,本研究所指范围以实皆断裂为西边界,红河断裂为东边界,奠边府断裂为南边界,北至阿萨姆节一带。在进行震例选取时,考虑到上述3条断裂带规模巨大且跨越了多个大地构造单元,结合地震资料的可获取性,并参照张建国等(2009)对周边相似规模断裂研究时对缓冲区的选择,选取范围包括了上述3条边界断裂两侧40km的缓冲区内所包含的区域。共收集到98个震源机制解数据,其时段为1976年1月1日至2017年12月31日,共41年;震级范围为MW 4.8—7.0。这些数据涵盖的震例包括1976年5月29日龙陵MW 6.7和MW 6.6双震,2011年3月24日缅甸孟帕亚MW 6.8地震,2012年11月11日缅甸曼德勒MW 6.8地震。这些震源机制解结果来源于世界地震中心报告(ISC)1及美国哈佛大学2Helffrich(1997)王辉等(2005)曾对哈佛CMT目录的完整性及标量地震矩的相对标准偏差进行研究,认为哈佛CMT目录的地震完整性好,目录中地震矩测定结果可靠性高,因此当ISC和CMT有重复时,本研究采用的数据以CMT为准。选取的所有震源机制结果均经过严格核对,确保数据具有较好的精度和可信度。

1 http://www.isc.ac.uk

2 http://www.seismology.harvard.edu

1.2 研究方法

区域应力场作用之下的现代地壳活动控制着地震的孕育发展过程和发震力学机制(震源应力场),不同的地震破裂显示了不同的应力状态,由震源机制解确定断层面,进而求解发震地区的压应力轴P、张应力轴T和中间应力轴N的走向,是用震源机制解研究应力场的基本方法之一,即通过大量地震震源应力场统计可以再现区域构造应力场。对震源断层错动类型的研究,不同学者从不同角度给出了不同的定义。程万正等(2003)根据震源机制解B轴仰角的不同取值范围,将震源破裂划分为3种类型:倾滑型、斜滑型和走滑型。徐纪人等(2005, 2006)和苏有锦等(2008)利用PT轴仰角将地震分为3种类型:走滑型、正断型和逆断型。为简化分析,本文参照徐纪人等(2005)的研究,将地震发生的类型按照其震源机制解中的应力主轴的仰角数值划分为3种典型类型:正断层型地震、逆断层型地震和走滑断层型地震。正断层型地震是震源机制解中主压应力P轴的仰角大于45°,并且张应力T轴的仰角小于45°的地震;逆断层型地震是震源机制解中张应力轴T轴的仰角大于45°,并且P轴的仰角小于45°的地震;走滑断层型的地震是指震源机制解中P轴和T轴的仰角均小于45°。本研究综合震级、震源深度、震源机制解、空间分异来分析滇缅地块的应力场特征。

2 地震深度分布特征

中等以上地震携带了区域构造应力的主要能力,在地震参数中,震源深度的分布特征能在一定程度上较好地反映该区的孕震环境特征。同时,在地震学研究中,人们越来越认识到6级左右地震的特殊性(陈时军等,2005)。以6级为界对研究区震例数量进行统计,研究区统计时段内的98次地震中(表 1),MW ≥6.0的地震共计18次,占统计总数的18.37%;MW 4.8—5.9的地震共计80次,占统计总数的81.63%。从空间维度看(图 1),98次地震总体上都沿区域内的主要断裂分布,表现为空间分布的条带状和从集状,说明这些地震的发生主要是区域应力积累在断层附近的能量释放。但MW ≥6.0和MW 4.8—5.9的地震分布仍有一些差别,18次MW ≥6.0的强震,一方面表现为沿着断裂附近发生且成丛分布,具体为块体西边界带的实皆断裂带曼德勒以北段分布集中丛、块体内部腾冲—龙陵—澜沧新生断裂带分布集中丛(该集中丛也主要分布在北段)、块体中东部无量山断裂阿墨江断裂等帚状断裂带分布集中丛、块体中南部沿NEE向孟帕亚等断裂带分布集中丛;另一方面,从地形地貌看,这些地震基本上都分布在山地向平原或盆地的过渡带附近。总体而言,滇缅活动地块MW ≥6.0强震空间分布具有3个特性:沿断裂分布性、沿地貌过渡带分布性、相对丛集性。MW 4.8—5.9地震共计80次,这80次地震在空间分布上更为广泛,但与构造的空间分布关系仍然表现得比较明显,与MW ≥6.0强震空间分布具有相似的地方是具有与构造的较高一致性和相对丛集性,但范围更广,而与地貌的关系不明显。从不同震级地震的这种空间分布特征可以推测,活动块体内构造沿线是应力主要释放区,是地震高风险区,构造沿线的山地与平原或盆地地貌过渡带是应力强烈释放区,可能面临着更高的地震风险。

表 1 滇缅活动地块MW ≥4.8地震统计(1976.01.01—2017.12.31) Table 1 Earthquake with magnitude MW ≥4.8 from 1976-01-01 to 2017-12-31 in the Yunnan-Myanmar active block

图 1 研究区地震分布 Fig. 1 Distribution of earthquakes of the study area
2.1 震源深度分布的空间特征

通过对震源深度空间分布的进一步分析,发现滇缅活动地块震源深度呈现明显的空间分异规律,即空间不均衡性。滇缅地块内部呈现3个震源深度相对较深的地震密集区,分别是红河断裂北段大理附近、苏典断裂与大盈江断裂交汇区盈江附近及缅甸葡萄附近甘高山西南侧。通过对甘高山西南侧几次地震的震源深度分析发现,这一地区震源深度较深,可达60km左右,结合大陆动力学分析,认为这可能是由于该地区处于喜马拉雅碰撞带的东端点附近,较深的深度可能与印度—欧亚两大板块碰撞所形成的深部构造环境和动力作用条件有关。以22°N为界,北部地震震源深度较深,多在20km以上,南部震源深度较浅,多在20km以下,这在很大程度上反映了南北地壳厚度的差异,即滇缅活动地块北部地壳厚度较厚,南部地壳厚度较薄的特征。从地形地貌看,22°N以北主要是山地、高原,海拔多在1000m以上;22°N以南主要是盆地、丘陵和平原,海拔几乎都在1000m以下。东西2条边界上的震源深度较深,活动块体内部的震源深度较浅。沿西边界实皆断裂分布的地震震源深度比板块内部深,并表现为从北部37km向南递减至曼德勒附近的16.8km;而沿东边界的红河断裂分布的地震震源深度总体较高,均超过了30km。如按照中国大陆活动地块边界带与强震分布的关系一致(张国民等,2005)的观点看,将实皆断裂和红河断裂分别作为活动块体的西边界和东边界应该是比较合理的,同时也说明,实皆断裂和红河断裂也是块体最为重要的应力带。

2.2 震源深度与震级的关系

震源深度是研究活动构造、构造变形及力学属性和力学行为等大陆动力学的基础,对于探索地震孕育和发生的深部环境、地震能量集结、释放的活动构造背景以及地壳内部构造变形及其力学属性等都有非常重要的意义(张国民等,2002)。将6级地震作为1个重要界限,在进行震级和震源深度分析时分别考虑MW 4.8—5.9和MW ≥6.0的震源深度(图 2)。18次MW ≥6.0地震的平均深度为16.26km,在不考虑误差的情况下,这些震例的震源深度优势分布深度为12—20km,占这类总数的83.33%;震源深度的众数是15km,占这类总数50.00%。MW ≥6.0地震震源深度最深的是2000年6月7日发生于阿萨姆结附近的MW 6.3地震,震源深度为37km,震源深度最浅的是1979年3月15日发生于宁洱东南雅邑乡附近的MW 6.0地震,深度为10km。80次MW 4.8—5.9地震的平均深度为19.89km,在不考虑误差的情况下,优势分布深度为12—26km,占这类总数的71.42%;震源深度的众数是15km,占这类总数18.36%。MW 4.8—5.9地震震源最深的是2000年10月6日发生于瑞丽附近的MW 5.4级地震,震源深度为72.7km。无论是MW ≥6.0的地震还是MW 4.8—5.9的地震,震源深度超过30km的均比较少。其中MW ≥6.0的地震震源深度超过30km的有1个,占这类总数的5.56%;MW 4.8—5.9的地震震源深度超过30km的有7个,占这类总数的8.75%;所有震源深度超过30km的占总数的8.16%。


图 2 震源深度分布图 Fig. 2 Plot of magnitude v.s. depth
2.3 震源深度分布构造和应力意义

滇缅活动地块内统计收集的98个地震的震源地震的深度分布从10—72.7km,全部地震的峰值深度为10—30km;北部地震峰值深度为17—30km,南部地震峰值深度为10—20km。这种深度分布特点反映了孕震层北深南浅的特点,与地壳北厚南薄是一致的。从地震分布的大格局看,震源深度分布深的地方主要在实皆断裂和红河断裂2条大断裂上,从大陆动力学角度来看,这些地区地震的震源较深显然与印度板块向欧亚板块碰撞所形成的深部构造环境和动力作用条件有关。按照完整地块边界上的地震较深(张国民等,2002)的判断看,实皆断裂和红河断裂不仅作为东西边界外,也因其“根”深,导致块体边界地震活动性强,而且深度偏大。同样,若按照某个深度以上的地震数目占全部地震90%左右则定义该深度为地震活动深度的下界的判断看,滇缅活动地块90%以上的地震深度都小于30km,可以判断该地块震源深度下界为30km,这个深度位于上、下地壳的分界面附近,地震基本上都集中分布在上地壳之中。地震主要发生在具有破裂性质的层位,而中等地震能够较好地反映区域的构造应力环境,结合滇缅活动地块地震震源深度的范围、峰值深度、众数等参数,认为滇缅地块及周边的脆性孕震层位于10—30km的层内,且主要位于15km附近。

3 震源机制解类型和空间分布总体特征
3.1 震源机制解类型

根据震源机制解类型的定义,按不同的震级分档,对所研究的滇缅地块98次地震震源机制解类型进行统计。从统计结果(表 2)看,滇缅地块地震震源机制解类型相对单一,主要以走滑型震源机制解为主,正断型震源机制解较少,逆断型最少。走滑型地震所占比例最大,达76.53%,最大走滑型地震是1988年11月5日澜沧—耿马的MW 7.0地震,P轴仰角4°,T轴仰角13°,2个节面均很陡,节面Ⅰ倾角78°,节面Ⅱ倾角84°。正断型地震和逆断型地震均较少,正断型地震所占比例为15.31%,最大正断型地震是1994年1月11日发生于中缅边境阿英德马附近的MW 6.1级地震,P轴仰角70°,T轴仰角20°,节面Ⅰ倾角25°,节面Ⅱ倾角65°;逆断型地震所占比例最小,为8.16%,最大逆断型地震是2000年6月7日发生于缅甸境内宁迪本东北37km处的MW 6.3地震,P轴仰角16°,T轴仰角57°,节面Ⅰ倾角38°,节面Ⅱ倾角66°。

表 2 滇缅地块地震震源机制解类型统计结果 Table 2 Statistical results of focal mechanism solution of earthquakes in the Yunnan-Myanmar active block
3.2 震源机制解总体空间分布特征

从空间分布(图 3)看,在实皆断裂中北部、红河断裂、南汀河到奠边府NEE向近平行状系列断裂、无量山、阿墨江、把边江等系列帚状断裂沿线地区的地震为走滑型机制(SS);位于缅甸弧前端实皆断裂北段地震以逆断层型为主,地震机制为逆冲型(TF或TS);整个活动地块东北部沿红河断裂北端、腾冲、苏典断裂分布有为数不少的正断型(NF或NS),这表明震源机制解在空间上存在着明显的分区性特征,揭示出位于青藏高原东南缘的滇缅活动块体及周边地区应力场的非均匀性。


图 3 震源机制解空间分布 Fig. 3 The distribution of earthquakes and focal mechanism solutions

3种震源机制类型的地震空间分布具有明显的地域性和构造相关性。走滑型震源机制解分布面积最广,但大致集中在27°N以南的区域,27°N以北的区域分布的走滑型震源机制解只占该类型的1.33%。相应的走滑型地震主要分布在滇缅活动地块的西边界中北部和块体内部广大地区。其原因是印度板块向北东方向推挤,青藏高原地壳(岩石圈)乃至上地幔物质向东大量挤出,致使滇缅地块内部近平行展布的大盈江断裂、畹町断裂、孟连断裂、打洛—景洪断裂、勐省断裂、奠边府断裂等—系列NE—NEE向断裂围绕东喜马拉雅构造结大规模顺时针转动(皇甫岗等,2014),导致滇缅地块上部地壳沿断层滑移,引起块体内部次级断裂左旋走滑及块体内部各构造单元之间差异滑动,造成区域内呈现走滑的应力状态。滇缅活动地块本身相对于川滇菱形块体的滑脱也促成了其应力场的走滑性质,造成该区走滑类型地震的弥散分布,正断型地震主要分布在滇西苏典断裂附近腾冲—密支那一带、滇西北红河断裂北段和程海断裂带,表明滇西北一带主要处于裂陷环境,这一研究结果与滇西北为伸展构造区的结论一致(国家地震局《中国岩石圈动力学图集》编委会,1987),其正断型地震的形成,可能与川滇地块和滇缅地块的运动学特征制约有关(韩竹君等,1993),该地区处于1种特殊构造背景下的扩展裂陷,既是红河断裂带的尾端拉伸区(虢顺民等,1996),又有横切川滇菱形块体的丽江—小金河断裂在裂陷区内交汇,青藏高原东向扩张引起的中下地壳物质流动对上地壳拖曳作用与构造部位的特殊性叠加形成了现今显著的拉张应力状态(王晓山等,2015)。逆断型地震主要分布在实皆断裂带北部的喜马拉雅山弧前沿东段的缅甸克钦邦、恩敦祖和宁迪本一带。逆断层分布区震源机制解类型与构造背景具有一致性,显示了在印度板块NE向欧亚大陆碰撞挤压作用下,青藏高原不断隆升的构造运动特征。

综上所述,滇缅地块的活动构造和块体的运动特征、构造变动样式与震源机制类型之间存在较好的一致性,表明区域构造应力场和构造运动特征具有很好的关联性,揭示出位于青藏高原东南缘的滇缅活动块体及周边地区应力场的非均匀性。

4 地震应力场分区特征

虽然地震震源机制解的PNT特征轴并不等价于构造应力场的应力主轴,但是通过对PNT轴分析可以了解1个地区(或应力分区)构造应力场方向的特征(赵小艳等,2007)。对滇缅活动地块地震应力场分区的研究实际是基于震源机制解分区理解的基础上进行的。在进行不同震源机制类型的分区时,除了考虑到多数地震的情况和消除余震的影响外,也要根据断裂构造的走向与分布。

4.1 区域应力场的整体特征

震源机制解节面和主应力轴参数是地震发生时应力的重要指标,多个地震的震源机制解节面和主应力轴参数特征能反映区域的应力场特征。从滇缅活动地块中强地震震源机制解节面和主应力轴参数的统计结果(表 3)可以看出,节面Ⅰ倾角小于30°的地震仅占2.04%,而倾角大于60°的地震比例则高达73.47%。节面Ⅱ与节面Ⅰ相似,节面Ⅱ倾角大于60°的地震共计72个,比例达73.47%,由此推断发生在滇缅地块上的中强地震,绝大多数破裂面较陡。从PT应力主轴仰角来看,81.64%的地震其P轴仰角小于30°,P轴仰角大于60°的地震仅占13.27%;T轴也与P轴有大致相似的情况,T轴仰角小于30°的达87.76%,T轴仰角大于60°的地震占7.14%。

表 3 滇缅活动地块中强地震震源机制解参数统计 Table 3 Statistics of focal mechanism solution parameters in Yunnan- Myanmar active block

对震源机制解PT轴方位角进行玫瑰图统计来分析滇缅活动地块PT轴方位角分布特征,从结果(图 4)看,虽然主压应力P轴空间分布较为复杂,但仍然存在NNE及SSW方向的优势分布方向。主张应力T轴分布与P轴分布相差90°,优势方向为WWN。从整体上看,滇缅活动地块现代构造应力场以水平作用为主,在NNE水平压应力场作用下,断层破裂面产生大倾角的水平走滑错动。


图 4 滇缅活动地块震源机制解PT轴方位角玫瑰图 Fig. 4 Rose diagrams of azimuths of P and T axes of focal mechanism solutions in the Yunnan-Myanmar active block
4.2 区域应力场方向特征

PT轴的水平投影不仅能够反映应力主轴的空间取向,而且还能区分水平分量的大小(徐纪人等,2006钱晓东等,2011)。为了进一步分析研究区现代应力场方向,绘制了研究区统计时段内98个地震主压应力P轴和张应力T轴的水平投影分布图(图 5)。图中线段的长短与PT轴的倾角有关,当PT轴平行于水平面时,PT轴有最大投影长度。反之,当PT轴垂直于地表时,其投影成为1个点。因此,PT轴的水平投影不仅反映了地震应力场主压应力轴和张应力轴的地表水平投影方位,同时也能反映出它们的空间分布特征。P轴方向具有空间连续性特征,最大水平主压应力方向自东北乡西南呈顺时针旋转。沿实皆断裂带,绝大部分地震震源机制的P轴方位都是沿着近SW—NE方向排列,并具有P轴缓倾角、T轴高倾角分布特征,揭示印度板块与滇缅地块之间为强烈俯冲作用方式。缅甸密支那附近、克钦邦、葡萄一带的阿萨姆节附近地区是滇缅活动地块中逆断层相对较为集中分布的地区,几次逆断型地震的P轴方向基本都在NNE—SSW到NE—SW方向范围变化,且多数地段垂直于喜马拉雅山弧形,P轴的水平分量大于其T轴的水平分量,说明喜马拉雅山弧前沿地区构造运动主要由近NE—SW向挤压应力场控制,结合海拔高度,可以推测来自印度洋板块持续北东向移动的挤压应力及大陆板块内部区域块体之间的阻力,是导致葡萄附近布帕布姆山形成的动力学原因。滇缅活动地块西边界和滇缅地块内部T轴方向不同,但具有空间联系性,T轴方向从西北向东南呈逆时针旋转。T轴方位从滇缅地块西缘WN—ES向越过澜沧江断裂后在大理附近迅速转为近E—W向拉张,地震震源机制类型上出现了较为密集的正断型地震分布。T轴方位的突然转向推测与丽江—小金河断裂在重力、地壳厚度等深部地球物理异常有关,可能是深部凹凸不平的梯度转折成为阻挡中上地壳物质塑性流动或弹塑性应变传播的主要屏障(王凯英等,2003)。推测T轴方位的转变可能是深部物质屏蔽并吸收一部分高原物质自NW—SE的挤出和流动。综合考虑澜沧江断裂带的展布,推断澜沧江带在大理地区和保山地区地震活动边界作用弱化,未来红河断裂北段发生强震时,需要警惕跨澜沧江断裂动力传递至保山临沧一带的可能。


图 5 滇缅活动地块震源机制解P(a)、T(b)轴水平分量投影分布 Fig. 5 Distribution of azimuths of compressive axes P (a) and extensional axes T (b) in the Yunnan-Myanmar active block
4.3 区域应力场分区特征

滇缅活动地块区域构造应力场明显受周边板块作用的控制,由于构造格局及其运动的差异,活动地块内部应力状态具有明显的区域特征。由于震源机制的可获得性,前人大多只研究了中国境内地区的区域应力场,如阚荣举等(1977, 1983)利用1933—1972年51个5级以上地震主震P波初动解的P轴方位对川滇地区进行了构造应力场分区,之后,利用补充资料对原研究分区结果进行了微调;崔效锋等(1999, 2006)利用多种应力数据资料对包括川滇地区在内的中国西南及邻区开展了应力场分区研究;谢富仁等(2004)也对中国大陆及邻区进行了现代构造应力分区研究;孙业君等(2017)利用云南和四川区域台网记录的地震波形资料记录,计算了震源机制解并据此进行了应力场分区研究;马宏生等(2007)用S波分裂法结合震源机制解对云南及邻区应力应变场分区,指出保山—普洱地区变形复杂,一些区域的部分参量方位分布十分分散,应进行更为细致的划分。通过上述代表性分区成果的梳理,不难发现已有研究均明确认为研究区应力场复杂,这也导致了不同研究对该地区应力场分区认识的不唯一性。为客观反映滇缅地块构造应力场细部结构及其非均匀特征,进行应力分区研究是十分必要的(谢富仁等,2004)。

应力分区原则的确定是应力分区的基本前提,应力分区应综合考虑应力的力学属性、变形特征及其力源,同一构造应力区受外力作用的方式大抵一致,同一构造应力区主应力作用方向、应力结构总体一致(谢富仁等,2004)。本文以秦嘉政等(2005)张俊昌等(1989)对研究区内活动断裂展布格局及强震活动空间分布为动力基础,对收集到的震源机制参数统计结果进行聚类分析,参考谢富仁等(2004)孙业君等(2017)马宏生等(2007)对滇西北、滇西南区域应力分区的认识,将滇缅地块划分为3个区域(图 6)。从范围看,A区为滇缅地块最西部分,主要为实皆断裂带以东的平原地区,包括缅甸实皆、克钦邦、曼德勒一带,统计时段内的地震共计34次。B区位于A区以东、南汀河断裂带以北地区,包括缅甸密支那、苏典、腾冲、保山、盈江、大理洱源、祥云一带,统计时段内的地震共计34次。C区为A区以东、南汀河断裂带以南、奠边府断裂以北、红河断裂以西的广大的地区,包括缅甸掸邦、越南北部、老挝北部、耿马、景谷、宁洱、勐腊一带,地震共计30次。


图 6 滇缅活动地块应力分区 Fig. 6 Stress zoning map of the Yunnan-Myanmar active block

3个分区的地震数均在30次以上,最多达34次,对各分区内震源机制解的PT参数统计(图 7),可以得到各分区的震源机制特征。A区地震以走滑型为主,走滑型地震在34次地震中占79.41%,本区还兼有20.59%的逆断型地震,逆断型地震主要分布在实皆断裂带北端接近阿萨姆结的宁迪本附近。P轴方位角整体优势方向为NE和SW,其中NE向的地震分布相对离散,SW向的地震主体分布在实皆断裂带实皆以北地区。34个地震的P轴仰角均小于30°。T轴优势方向为NW,T轴仰角大部分在30°以内,共计25个地震的T轴仰角≤30°,达73.53%,说明A区断裂在接近水平的NE和SE向压应力场作用下做水平错动。B区34次地震中,19次地震为走滑型地震,14次正断型地震,1次逆断型地震,震源机制空间分布特征明显,结合图 5,发现B区内自NE向SW呈现正断—走滑—正断的分布,红河断裂北段大理附近至澜沧江断裂带保山附近多为正断型,T轴近EW向,拉张作用较为显著;怒江断裂、龙陵—瑞丽断裂、大盈江断裂和畹町断裂在腾冲、芒市和瑞丽一带交会,震源机制解类型单一且主要为走滑型;苏典断裂附近震源机制解兼具走滑型和正断型,上述分析表明B区内不同局部地域受力源及其作用方式的差异性。B区地震震源机制解类型较为复杂,与A区和C区对比,P轴方位角分布较为离散,数值介于135°—225°,整体优势分布为SSW方向。B区内应力场方向呈现一定的空间连续性,结合图 5(a)可以发现P轴方位呈放射状,方向由东向西呈逆时针旋转;T轴方位角在248°—310°离散分布,总体T轴方位角优势方向为NWW。P轴和T轴仰角均较小,大部分在10°以内,34次地震中,58.82%的地震节面Ⅱ倾角>60°。和A区、B区相比,C区地震震级明显高于上述两区,其地震类型以走滑型为主,C区30次地震中,共计29次地震为走滑型地震,达96.67%,另外的1次地震为正断型地震。P轴方位角整体优势方向为NNE—SSW,T轴方位角整体优势方向为NWW—SEE向。P轴仰角大部分≤15°,T轴仰角大部分≤30°,96%的地震节面Ⅱ倾角>60°,区域内包括孟帕亚断裂、梅江断裂在内的一系列NE—SW向断裂和包括无量山断裂、阿墨江断裂在内的一系列NW—SE向断裂均在NNE和SSW方向的压应力场作用下产生近水平错动。


图 7 滇缅地块震源机制解P轴、T轴方位角和仰角统计 Fig. 7 The statistics of azimuths and plunges of compressive (P) and extensional (T) axes in the Yunnan -Myanmar active block

总体而言,滇缅活动地块区域应力场与构造运动特征是复杂而有规律的,滇缅活动地块位于印度板块与欧亚板块碰撞带,东与川滇菱形块体相接,西北与喜马拉雅阿萨姆构造节相邻,因此滇缅活动地块应力场分布具有明显的过渡性特征。滇缅活动地块内部应力场较为复杂,实皆断裂以西、南汀河断裂以北的局部地区(B区)震源机制类型多样,走滑型、逆断型和正断型地震均有分布,反映了滇缅活动地块复杂的现代构造运动背景和应力场作用的复杂过程,也在一定程度上反映了滇缅地区动力来源的特征。作为滇缅活动地块现代构造应力场的2个重要力源,印度板块NE向挤压与川滇菱形块体的南南东滑移的联合作用,是滇缅地块中强震活动的基本动力背景。印度板块向北东方向持续碰撞欧亚板块,滇缅地块处于这一全球重要的陆陆型碰撞带侧缘,成为地壳变形协调、地震能量积累与释放的重要场所。印度板块的强烈挤压是滇缅地块应力的“第一动力系统”。由“第一动力系统”作用下导致青藏高原地区剧烈运动与变形又派生出的向东“侧向挤出力”,成为滇缅活动地块应力的“第二动力系统”,在“第二动力系统”的作用下,滇缅地块内NEE向近平行状断裂十分发育,如龙陵—瑞丽断裂、南汀河断裂、梅江断裂、孟帕亚断裂等,此外,还发育了一系列NW和NNW向帚状断裂,如无量山断裂、阿墨江断裂、把边江断裂等等(钱晓东等,2011)。滇缅活动地块包含了两大动力系统的“递进式”作用,尽管“第一动力系统”与“第二动力系统”的势力范围尚无明确分界,但在滇缅地块内部完成了“过渡与衔接”过程,在这2个方面力的作用下,滇缅地块地质构造复杂,地震活动强烈,强震主压应力方向呈现出分区特征。

5 主要结论和认识

滇缅活动地块位于青藏高原东南缘,东与川滇菱形块体相接,西北与喜马拉雅阿萨姆构造节相连,是东亚大陆构造活动强烈的地区之一。为了深化和完善对云南地区地震发生条件、原因与过程的认识,本研究收集了1976年以来41年间滇缅活动地块98个MW 4.8-7.0地震的震源机制解,分析了震源机制解和震源深度的空间分布特征,并探讨了其构造动力学背景。

98次地震总体上沿区域内的主要断裂分布,表现为空间分布的条带状和从集状,说明这些地震的发生主要是区域应力积累在断层附近的能量释放。滇缅活动地块震源深度呈现明显的空间分异规律,即空间不均衡性。大致以22°N为界,北部地震震源深度较深,南部震源深度较浅。块体东西2条边界实皆断裂和红河断裂沿线的地震震源深度较深,活动块体内部的震源深度较浅。滇缅活动地块震源深度分布范围为10—72.7km,峰值深度为10—30km。其中90%以上的地震深度都小于30km,可以判断该地块震源深度下界为30km,位于上、下地壳的分界面附近,说明滇缅活动地块地震基本上都集中分布在上地壳之中。结合研究区统计时段内地震震源深度的范围、峰值深度、众数等参数,滇缅活动地块及周边的脆性孕震层位于10—30km的层内,且主要位于15km附近。

滇缅地块地震震源机制解类型相对单一,主要以走滑型为主,正断型较少,逆断型最少。震源机制解在空间上存在着明显的分区性特征,揭示出位于青藏高原东南缘的滇缅活动块体及周边地区应力场的非均匀性。从空间分布看,在实皆断裂中北部、红河断裂、南汀河到奠边府NEE向近平行状系列断裂、无量山、阿墨江、把边江等系列帚状断裂沿线地区的地震为走滑型机制(SS);位于缅甸弧前端实皆断裂北段地震以逆断层型为主,地震机制为逆冲型(TF或TS);整个活动地块东北部沿红河断裂北端、腾冲、苏典断裂分布有为数不少的正断型(NF或NS)震源机制。

滇缅活动地块区域构造状态具有明显的区域特征。根据研究区各主要断裂带所反映的与构造背景作用一致的震源机制分布特征,可以将滇缅活动地块初步分为3个应力区。A区为滇缅地块的最西部分,包括实皆断裂带以东的实皆、克钦邦、曼德勒一带,地势平坦,自1976年以来的41年间该区共发生34个MW 4.8—7.0地震,以走滑型为主,在34次地震中占79.41%,本区还兼有20.59%的逆断型地震,逆断型地震主要分布在实皆断裂带北端接近阿萨姆结的宁迪本附近。震源机制解P轴、T轴方位角和仰角统计结果表明A区断裂在接近水平的NE和SE向压应力场作用下做水平错动。B区位于A区以东、南汀河断裂带以北地区,包括缅甸密支那、苏典、腾冲、保山、盈江、大理洱源、祥云一带,统计时段内的地震共计地震数34次。B区集中了滇缅活动地块历史地震中的大部分正断型地震,但震源机制较A区和C区略显复杂,三种类型震源机制的地震均有分布,说明B区的应力源和应力方式复杂性。C区西接A区,北以南汀河断裂带为界,南到奠边府断裂,东至红河断裂,范围包括缅甸掸邦、越南北部、老挝北部、耿马、景谷、宁洱、勐腊一带,在三个区中面积最大,统计时段内地震数共计30次。C区地震震级明显高于上述两区,其地震类型以走滑型为主。震源机制解P轴、T轴方位角和仰角统计结果表明C区断裂NNE和SSW方向的压应力场作用下产生近水平错动。

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Study on Tectonic Stress Field of Yunnan-Myanmar Active Block
Bai Xianfu*1,2), Dai Yuqian*1,3)
1) School of Tourism and Geographical Sciences, Yunnan Normal University, Kunming 650500, China;
2)Yunnan Earthquake Agency, Kunming 650224, China;
3)Xishan Earthquake Agency, Kunming 650118, China
Abstract

In this study, focal mechanism solutions for 98 earthquakes MW4.8-MW7.0 the in Yunnan-Myanmar active block in last 41 years were collected. We analyzed the focal mechanism solution and the spatial distribution characteristics of focal depth, and discussed related tectonic dynamics. The results are:①The dominance range of seismic depth is 10-30km. More than 90% of the earthquake depth is less than 30km. According to the range, dominance, and mass of seismic depth in the statistical period of our study area, we infer that the bottom of seismic depth locates at 30km. The brittle seismogenic layer is situated between 10-30km and mainly located near 15km. ②The spatial distribution of focal mechanism solutions in the study area has obvious regionalization characteristics. This reveals the inhomogeneity of stress fields in the Yunnan-Myanmar active blocks and surrounding areas. ③The regional tectonic stress field of the Yunnan-Myanmar active block is obviously affected by the action of surrounding plates. Due to the difference of tectonic patterns and movements, the stress system has obvious regional characteristics. According to the distribution characteristics of the focal mechanism, which are consistent with the tectonic, the stress division of the Yunnan-Myanmar active block can be divided into 3 parts.



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滇缅活动地块构造应力场研究
白仙富*1,2) 戴雨芡*1,3)
《震灾防御技术》, DOI:10.11899/zzfy20190107