鲁甸6．5级地震崩滑地质灾害分布与成因探讨

周　庆　　吴　果

（中国地震局地质研究所，活动构造与火山重点实验室，北京　100029）

鲁甸6．5级地震崩滑地质灾害分布与成因探讨

周庆吴果

（中国地震局地质研究所，活动构造与火山重点实验室，北京100029）

2014年8月3日的云南鲁甸6.5级地震震源机制解、余震震中分布及震后的地震地质调查表明，发震构造为NW向包谷垴－小河断裂，断层发生左旋错动；震源机制与余震精定位数据表明发震断层倾角较陡。崩塌、滑坡分布在一个长轴为NW向的矩形区域内（15km×12km），基岩崩塌指示地震动主方向自北向南由SE向变为SN向，与震源机制解揭示的主压应力方向NW－SE总体一致。地震诱发的次生地质灾害崩塌、滑坡的平面分布特征可以用2种发震模式来解释：1）总体走向为NW的弧形断层发生左旋走滑错动，由北向南，地震动方向由SE向逐渐转变为近SN向；2）除NW向断层的左旋错动之外，NE向断裂也可能被牵动，发生由NW向SE的逆冲运动。地震是由NE、NW 2组断层共同作用的结果，以NW向断层左旋错动为主、NE向断层逆冲为辅。余震震中主要呈NW向线性展布，同时在震中附近存在NE向分布的地震条带，隐含2组断层同时错动的可能性；而鲁甸6.5级地震震中所在的滇东北永善、昭通地区，区域多个地震的震源机制表明，地震断层多以逆冲运动为主，走滑为辅。

鲁甸地震崩塌滑坡地震震源机制发震断层

0　引言

发生于2014年8月3日的云南鲁甸6.5级地震，在中国强震多发的西南地区只是众多中强地震之一。此次地震造成大量人员伤亡，并在灾区引起较大面积崩塌、滑坡，其中红石岩崩塌、滑坡在牛栏江干流上形成堰塞湖，对下游人民生命财产形成巨大威胁。

地震之后，关于发震断层是NE向昭通－鲁甸断裂还是其分支NW向包谷垴－小河断裂存在不同认识。震后沿昭（通）－巧（家）公路灾害调查表明，地震诱发滑坡沿NNE向山谷呈带状分布，似乎显示NNE向断裂有可能是发震断层，虽然地震之后的应急调查在地面并未发现地表破裂带。而地震之后的余震群呈NW向条带以及崩塌、滑坡在灾区整体呈NW向分布，在两方面证明发震断层极有可能是NW向的包谷垴－小河断裂。在后期的地表破裂带调查中，中国地震局地质所的研究人员在紧邻红石岩堰塞湖的北部，找到了约2km长、近于直立的地震地表破裂带，走向325°左右，擦痕侧伏角近于水平，最大左旋位移约0.62m（徐锡伟等，2014）。证明此次地震是NW向断裂发生左旋错动导致的。

以往研究表明，如地震断层发生走滑运动，地震诱发的次生地质灾害沿发震断层呈线性分布，且断层两侧滑坡数量随与断层距离的加大而迅速变少（许冲等，2012）。鲁甸地震灾区多数崩塌、滑坡沿NNE向或NE向山谷分布，而出现崩塌、滑坡的区域总体呈NW向。即崩滑地质灾害并未沿NW向某个断层呈线性展布、而是呈面状分布。

在震中附近，龙头山镇建筑物破坏最为严重，而在距龙头山镇东南约9km处大型崩塌、滑坡堵塞牛栏江形成红石岩堰塞湖，加之昭－巧公路甘家寨南的大型滑坡，共同表明地震动在NE－SW 2个方向上没有明显强弱变化。

震后余震精定位（房立华等，2014）及地震震源机制证明，发震断层倾角较陡，因此用一条现存NW向断裂（图1，F4）的左旋错动，无法圆满解释灾区崩塌、滑坡地质灾害的平面分布。

1　地震诱发地质灾害分布特征

鲁甸地震震级为MS6.5，引起的崩塌、滑坡分布区为一个长轴为NW向的矩形区域（15km×12km），面积远小于2008年汶川地震及2013年的芦山地震。灾害点主要集中分布在鲁甸县域西南牛栏江干流的两段以及2条支流的河谷两岸，其中3个呈NNE向或NE向带状分布（图1）。规模最大崩塌、滑坡发生在鲁甸与巧家交界的牛栏江EW向干流上，山体崩塌、滑坡形成红石岩堰塞湖（图1A点）；在昭—巧公路龙头山镇到天生桥段，崩塌、滑坡沿NE向山谷断续出现，在甘家寨南崩塌、滑坡绵延超过1km（图2a），西北坡是一个本次地震诱发的第二大崩塌、滑坡体，沿公路宽约400m，巨砾最高超过2m（图1B点、图2b）。在龙头山镇之南，一条沿山谷的SN向村级公路被崩塌、滑坡体阻断（图1C点、图2c），巨石落入河中，形成小型堰塞湖（图2d）。

图2　灾区崩塌滑坡地质灾害Fig．2　Rock falls and landslides triggered by the Ludian earthquake．

2　红石岩堰塞湖

2014年8月3日17时40分，在鲁甸县火德红乡李家山村和巧家县包谷垴乡红石岩村交界的牛栏江干流上，因地震造成两岸山体崩塌、滑坡形成堰塞湖（图3、图4a）。

堰塞体位于红石岩水电站取水坝下游600m处，堰塞体为快速倾倒崩滑，其物质主要来自右岸高处，左岸亦有崩滑物质汇入；以碎块石为主。碎块石成分主要为弱、微风化，新鲜白云质灰岩、白云岩。堰塞体顶部左岸高，右岸低，右岸边缘为滑坡岩石堆积体，顶部顺河向平均宽度262m，顶部横河向平均长度301m。估算堰塞体总方量约1×107m3①中国电力建设集团昆明勘测设计研究院有限公司，2014，云南省昭通市牛栏江红石岩堰塞湖永久性整治工程实施方案（工作报告）。

图3　堰塞体平面图①同271页①。Fig．3　The plan of the barrier dam near Hongshiyan Village．

区内多属高山、中山区，山高谷深，地形陡峻，切割剧烈。山脉延伸方向与地层及构造线走向大体一致，河谷深切多呈“V”型或“U”型河谷，堰塞湖河段属构造剥蚀为主的中高山峡谷区，两岸谷深、坡陡，基岩多裸露，左岸原地形坡度为35°～50°，近河床段坡高200～220m；右岸原地形坡度50°～60°，局部为陡崖，近河床段边坡高度约600m。

该处河谷大致为EW向，牛栏江流向自东向西。地震时右岸陡崖自北向南崩塌，现场观察，陡崖上部为厚层白云质灰岩，下部为薄层砂泥岩、页岩。坡体结构呈上硬下软的岩质边坡。

上部岩体发育3组节理，即横河向陡倾节理、顺河向陡倾节理及层间节理。边坡岩体软硬相间，上部岩体在地震作用下沿顺河向卸荷裂隙在其他结构面组合作用下产生大面积崩塌，下部岩体因地层产状为NW向缓倾，节理不发育，坡体整体性较好，地震未造成大面积滑坡（图4b东侧）。

在堰塞坝顶部，遍布巨石（图4c），多为厚层白云质灰岩，其中一岩块表面断层擦痕清晰可见（图4d），表明崩塌体内除节理、裂隙发育之外，还存在老断层。

据调查①同271页①。，崩塌后缘坡面约60m（距崩塌边缘）范围内卸荷变形缝多见，坡面卸荷变形缝发育频率约5m／条。最宽变形缝达30～40cm，最长变形缝达60m，可见缝深1～1.5m，延伸方向近EW，平行河流。崩塌后缘一系列平行河流的卸荷裂隙发育表明该高陡斜坡在后期仍存在进一步崩塌的可能性。

图4　红石岩崩塌体（堰塞坝）Fig．4　Barrier dam near Hongshiyan Village．

3　由地震诱发崩塌反映的地震动方向

3.1红石岩崩塌

鲁甸地震诱发红石岩崩塌、滑坡，堵塞牛栏江干流形成堰塞湖，是多种因素共同作用的结果：1）震区地处滇东北牛栏江流域，该地山高坡陡，地质灾害频发。红石岩堰塞湖所在河谷，地震之前右岸为陡崖，与水面高差达600m以上；2）右岸陡崖岩体节理、裂隙发育，现场还发现存在老断层面，地震之后陡崖后缘更是遍布平行河流的卸荷变形缝；3）地震地表破裂带发现地带距红石岩滑坡不到1km，NW向断层左旋错动，在错动前端破裂传播方向上存在端部惯性作用；4）由于地形陡峻，地震动加速度在突出地形上存在放大效应。

2008年汶川地震曾诱发大规模崩塌、滑坡，其中青川的东河口滑坡位于断层地表破裂带东北端点，崩塌、滑坡方向为NE向，与断层走滑段NW盘错动方向一致。地震加速度在该地得到加强，其中山体上部竟然发生抛射运动（Yuan et al．，2010）。当断层错动在前进方向突然中断时，剩余的动能赋予给了运动盘之上的岩体，发生岩石断裂、崩塌、滑落。

以往研究表明，当地形坡度变陡时，地震动加速度会放大（Griffiths et al．，1979），在红石岩牛栏江右岸，山高坡陡，地震动加速度在山顶放大，上部白云质灰岩岩体原有构造节理、裂隙发育，在地震动与重力的联合作用下，巨大岩体直接崩落于牛栏江河道，形成堰塞湖。

3.2NNE向河谷中的岩石崩塌

除红石岩堰塞湖区之外，崩塌、滑坡灾害在另外3段河谷中较为集中：昭－巧公路经过的NNE向河谷、龙头山镇之南的NNE向河谷及图1所示最西侧的牛栏江近NS向河谷。

在各个河谷段两侧均有滑坡，大部分为表层红土滑坡（图2a），河谷两侧滑坡数量及规模似乎大致相当，从崩滑面积、数量判断，不能确定哪一侧坡体滑坡规模更大。

而巨大岩块崩落与大面积表层红土滑坡分别存在于同一地点的河谷两岸时，则可以据此判断地震时当地的地震动加速度的主方向。在灾区崩塌规模最大的当属红石岩崩塌体，地震动使巨大岩块从高处滚落到山脚、河谷中，堵塞河道，形成堰塞湖（图1A点）。从岩崩方向判断，地震动方向由北向南。在昭－巧公路甘家寨南崩塌发生于河谷西北坡，据此判断，地震动方向应由NW向SE（图1B点、图2b）；同样，龙头山镇之南崩塌、滑坡体在西北坡规模巨大，且有巨石阻塞河道（图1C点、图2c，d），也说明地震动方向由NW向SE。

河谷两侧大面积的滑坡多数表现为表层红土滑坡，只有在局部地段有规模较大的岩石崩塌，崩塌方向显示它们有一个大致统一的力源。红石岩崩塌从岩崩方向判断，地震动方向由北向南；从NNE向河谷中，岩石崩塌方向判断，地震动方向由NW向SE。

4　区域现代构造应力场

震后第一时间各个研究机构公布了地震的震源机制解，虽然各组数据略有不同，但均揭示构造应力场的主压应力方向为NW－SE向（如中国地震局地球物理研究所http：∥www．cea-igp．ac．cntpxw270724．shtml、中国地震局地质研究所、美国哈佛大学等），这一结果可以解释为灾区地震动方向由NW向SE。

现代构造应力场与地震的发生及震源类型密切相关，为了解震中所在区域的现代构造应力场，本文从USGS网站（http：∥earthquake．usgs．gov／earthquakes／eqarchives／sopar／）获取30个地震的震源机制解（图5），2014年鲁甸地震的震源机制采用中国地震局地质研究所郭志博士提供的数据，其中USGS提供的所有地震震级均为矩震级。结果表明区域内MW4以上地震震源机制解的空间分布具有大体一致性，区域主压应力P轴优势方向以NW－SE向为主（图5）；除3次地震P轴倾角为29°～40°，其余均为2°～23°，说明绝大多数地震的P轴近水平；最大主张应力轴为NE－SW向（图5），24次地震T轴倾角分布为1°～30°，占总数的77%，说明大多数地震的T轴也近水平。

由图5可知，以纵贯南北的安宁河断裂带、则木河断裂带及小江断裂带为界，区域西南部发震断层走向多为近NS向，在NW－SE主压应力作用下，发震断层多为左旋走滑运动；而鲁甸地震灾区所在区域东北部永善、昭通地区，存在走向主要为NE向、NW向2组断层，在上述构造应力场作用下，NW向断层易发生左旋走滑运动、NE向断层易发生逆冲兼左旋走滑运动。多个地震的震源机制解反映永善、昭通地区发震断层以逆冲运动为主，兼有走滑。

5　鲁甸地震发震机制可能性讨论

鲁甸地震的震源机制解表明，此次地震的主压应力方向为NW－SE向（图5），灾区存在2组走向不同的断层，NE向断层与NW向断层。NE向断层有可能发生走滑运动，但更有可能发生逆冲运动；NW向断层只能发生左旋走滑运动（兼有少量逆冲）。从以往区域断层错动方式及区域主压应力方向为NW－SE向综合判断，存在4种可能的发震模式：1）NE向断层逆－走滑错动；2）NE向断层逆冲错动；3）NW向断层左旋走滑错动；4）NW向断层左旋走滑运动与NE向断层逆冲错动。

图5　鲁甸地震灾区区域破坏性地震震源机制解与断裂分布图Fig．5　Earthquake mechanism solutions and faults around Ludian earthquake area．

5．1NE向断层逆－走滑错动

NE向F3断层右旋走滑错动可以说明红石岩滑坡的发生，鉴于红石岩滑坡规模巨大，图1中F3断层两侧应该还有对称的其他滑坡或高烈度点；NE向F3断层左旋错动则无法解释红石岩滑坡的发生。震区大面积崩滑地质灾害总体呈NW向，也与NE向断层走滑错动相矛盾。

5．2NE向断层逆冲错动

如2008年汶川地震，龙门山断裂带的中央断裂与前山断裂同时逆冲错动，大体可以解释在此次地震中横跨3条NE向断层、灾害区域长轴呈NW向的事实，崩塌滑坡多数发生于3条NE向断层的上盘，但与鲁甸地震走滑震源机制解相矛盾，与余震精定位结果也有一定差距（余震震中较为集中、呈弧形）。

5．3NW向断层左旋走滑错动

虽然在图1中F4与仪器记录震中较近，且建筑破坏最严重的龙头山镇也在F4断层附近，但无法解释为什么地质灾害大部分在F4南侧，且在距F4断层最近约6km处出现巨大的红石岩滑坡、形成堰塞湖，按理大滑坡应该在距震中或发震断层更近处，震源机制解及余震精定位结果均表明发震断层为高倾角走滑断层（中国地震局地球物理研究所http：∥www．cea-igp．ac．cntpxw270724．shtml；房立华等，2014）。

精定位后的余震震中分布条带性较明显，在震中附近呈NEE向，在龙头山以南转为NNW向，在红石岩崩塌北侧发现的地表破裂带走向325°左右、长约2km（徐锡伟等，2014）。上述2个事实揭示发震断层有可能是向NE凸起的弧形构造。一个走向总体为NW的弧形断层的走滑错动可以解释各处大崩塌的发生，由北向南，地震动方向由SE向逐渐转变为近SN向。图1所示F4南支向SE方向隐伏延伸，在红石岩崩塌体北侧出露地表。

5．4NW向断层左旋走滑运动与NE向断层逆冲错动

NW向断层左旋走滑，在SE向挤压力作用下，其南侧块体向SE推覆，NE向断层受挤压。在3条NE向断层中，F2向SE倾，其他2条向NW倾，崩塌滑坡多数发生于各NE向断层的上盘（图1），似乎存在逆断层的上盘效应（黄润秋等，2009；周庆等，2011；陈晓利等，2011）。余震震中分布总体为NW向、在震中附近呈现近NEE向排列（图1），以及地震在震区产生的NE和NW向地裂缝、地形反坎等地表变形（常祖峰等，2014），从其他侧面表明，地震有可能是2组断层共同作用的结果。

鲁甸地震震中所在永善、昭通地区，多个地震的震源机制解反映发震断层以逆冲运动为主，兼有走滑（图5），因此在此次鲁甸地震中，NE向断层发生逆冲运动是有可能的。

6　结语

2008年以来，在中国西部发生的几次强震均诱发规模不等的崩塌、滑坡地质灾害，其分布与具体的发震构造存在一定的相关性。如逆冲断层存在上盘效应（殷跃平，2009；周庆等，2011；陈晓利等，2011），走滑断层引起的地质灾害的分布在断层两盘则差别不大（许冲等，2012）。而在2014年鲁甸地震中，崩塌、滑坡地质灾害分布特征揭示，在以NW向走滑断层左旋错动的大背景下，NE向断层也存在发生小规模逆冲的可能。

青藏高原现今构造变形的定量化研究表明，相对于稳定的欧亚大陆，中国的西南地区存在绕东喜马拉雅构造结的顺时针旋转（Zhang et al．，2004），鲁甸所在的滇东北，地壳处于NW－SE向挤压环境，应变在脆性地壳断裂上的积累，直接导致该地区诸多强震的发生。本次地震仍是区域现代地壳运动在滇东北地区NW－SE向挤压的结果。

致谢云南省地震局常祖峰、中国电力建设集团昆明勘测设计研究院有限公司王昆等为本研究野外调查给予了热心帮助，并提供了相关资料，中国地震局地球物理研究所房立华提供了经过精定位的余震目录，中国地震局地质研究所高祥林、许冲、袁仁茂与作者进行了有益地讨论，在此一并表示感谢。

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Abstract

Focal mechanism solutions，distribution of aftershocks and field investigation suggest that the 3 August 2014 Ludian，Yunnan MS6.5 earthquake was spawned by the NW-trending steep left-slip fault that stretches along Baogunao-Xiaohe．The landsides，dominated by avalanches，induced by the shock are distributed in a rectangular area（15km×12km）with a NW-orientated long axis．The bedrock avalanches at many sites indicate that the primary direction of ground motion changes from SE in the north to SN in the south．The distribution of landslides triggered by the shock can be explained by the following two models of seismogenic structure：1）Left-lateral strike-slip faulting occurred on a generally NW-trending arc-like fault，which caused seismic ground motion with the direction changing gradually from SE in the north to near-SN in the south；and 2）in addition to the left-lateral slip of the NW-trending fault，the NE-trending fault has also contributed to the hazard，which thrust from NW toward SE．So the Ludian MS6.5 event was the result of the joint action of both the NW and NE directed faults，of which the NW left-lateral slip fault is the dominant and the NE thrust fault is the secondary．Another evidence is that most aftershocks are distributed linearly in NW direction，meanwhile some are clustered in nearly NE around the epicenter，which also implies the possibility that both faults moved simultaneously during the event．Besides，focal mechanism solutions of a lot of earthquakes in the Yongshan-Zhaotong area，northeastern Yunnan Province，where the epicenter of the 2014 Ludian MS6.5 event is located，indicate that the seismogenic faults are primarily dominated by thrust faulting，associated with strike-slip faulting．

SEISMIC LANDSLIDES AND SEISMOGENIC STRUCTURE OF THE 2014 LUDIAN MS6.5 EARTHQUAKE

ZHOU QingWU Guo
（Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing100029，China）

Ludian earthquake，rock falls and landslides，focal mechanism，seismogenic structure

P315．9

A文献标识码：0253－4967（2015）01－0269－10

10．3969／j．issn．0253－4967．2015．01．021

周庆，男，1963年生，1984年毕业于北京大学地质系构造地质专业，2001年在中国地震局地质研究所获博士学位，研究员，现主要研究方向为地震活动性分析、地震危险性分析与地震地质灾害评价，电话：010－62009150，E－mail：zqcsb＠163.com。

2014－10－29收稿，2015－01－23改回。

中国地震局地震行业科研专项（201408002）资助。