2014年云南盈江6.1级地震宏观异常及其与构造关联性讨论

2018-11-05 08:46张艳凤常祖峰彭永中张亚宏
地震研究 2018年1期
关键词:异常现象盆地宏观

张艳凤 常祖峰 彭永中 张亚宏

摘要:2014年云南盈江6.1级地震发生前,在震中及其附近地区约208km范围内出现高温泉水井喷(高压喷射泥砂),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现象,宏观异常最早出现时间为震前150d,最晚为震前2d。这些宏观异常表现出较明显的阶段性,同时呈现出逐渐向震中迁移、靠拢的趋势。几乎所有宏观异常均发生在活动断裂的端部、几组断裂汇而不交的构造部位或是构造盆地内,与构造有着高度的一致性和密切关联性。

关键词:盈江6.1级地震;宏观异常;地下水;活动断裂

中图分类号:P315.75 文獻标识码:A 文章编号:1000-0666(2018)01-0148-09

0引言

“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;祝哗,李荣安,1983;高小其等,2009,2015;许敦煌,2010;张小涛等,2009)。在我国近4000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,如张北一尚义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。

1 区域构造背景

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(Fa)、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。

那邦断裂是一条韧性剪切带,走向近SN,总长约120km。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800~1400m,东侧夷平面高度1700~2200m,断裂带东西两侧相差800~900m。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—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90km。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,由棋盘石北延人云南省内,向南经瑞滇、固东、和顺盆地,止于腾冲以南,长约120km。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140km,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10m。全新世以来,其水平滑动速率2.7~3.5mm/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,延人缅甸境内,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1000m以上,是一条晚第四纪活动断裂。

龙陵一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370km。该断裂是腾冲块體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1500m。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200~500m、100m左右及小于30m这3组,显示了它在第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2.2~2.8mm/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)。

卡场一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45km,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—线表现为平直的线性断层槽地。

2 宏观异常现象

2.1 腾冲县清水河村白石岩泉水变色、浑浊

2014年1月15日,腾冲县防震减灾局接到界头乡清水河村白石岩泉水发浑的信息。经现场调查,白石岩泉水出水口位于界头乡清水河村与曲石乡箐桥村交界处(25.28°N,98.57°E),为石灰岩岩溶水,出水口从一陡峭山崖下几块岩石裂隙中流出,水流量较大,形成一条小河。该水源为铁冒山矿区和附近几个自然村寨农户的饮用水。经与村民了解,该龙洞水多年清澈见底,基本未出现过发浑现象。自2013年12月30日起,发现水发浑,已有17d。经现场查看,水色十分浑浊,呈红泥浆色(图2a,b)。腾冲县防震减灾局初步分析认为,白石岩岩溶水发浑可能与地下异常变化有关。

2.2 镇康县白岩村塘铁寨溶洞气雾

2014年1月20日,镇康县地震局接到南伞镇白岩村塘铁寨自然村民报告,称塘铁寨一个溶洞有白色气雾断续向外涌出,并带有热气,异常现象已出现2~3d。塘铁寨溶洞洞口高2m,宽0.5m,呈狭长型,为沿断裂形成的构造性溶洞(23.77°N,98.77°E)。根据镇康县地震局现场调查,气雾不断从洞口涌出,呈乳白色,没有闻到刺鼻的味道,洞口有风吹出,温度35℃左右(图2c,d)。我们对周围环境和作业施工单位进行了解,都与此现象无关。经与村民核实,此异常出现时间为2014年1月17日或18日。

2.3 永平县程家村地下水发浑、水量增大

2014年1月31日,永平县程家村宏观联络员报告程家村宏观观测点地下水发浑,呈米汤色,水量增大,异常地点位于(25.53°N,E99.51°E),水量增大持续1d。经初步分析,认为可能原因有2种:一是可能由气候转变引起;二是可能与地下应力变化有关。但根据季节分析,当时正处于干旱的冬季,没有大量降水,水量增大可能与地壳应力变动密切。

2.4 梁河县与腾冲县交界荷花热水塘温泉宏观异常

2.4.1 荷花热水塘温泉喷砂、冒水、变浑

2014年3月8日,梁河县防震减灾局接到报告,称梁河县与腾冲县交界处囊宋乡荷花温泉(图1中场点,地理位置(24.91°N,98.38°E)),出现冒浑水现象。经现场调查和询问相关人员,泉眼出水口大概于3月7日深夜开始出现发浑现象,因发生于深夜未被及时发现,直至3月8日开始呈减弱趋势后才被发现。经现场勘查,泉眼出水口依然在向外涌出灰黄色泉水,泉水浑浊,且伴有一定数量的泥砂从水口喷出,喷溅后有沉淀堆积迹象(图3a,b),而观景水塘中的泥浆有沉淀趋势,水色逐渐澄清。该异常点在以前地震中也有过类似现象发生。

2.4.2 荷花热水塘温泉水位下降

荷花热水塘温泉度假村大滚锅、1号泉、2号泉(度假村自己编号)水位迅速下降,水温升高(图1中场点①,地理位置(24.91°N,98.38°E))。

2014年3月24日8时,大滚锅水位还与平时一样,但在9时15分左右发现水位己经下降了80%左右,而1号、2号泉水位于2014年3月12日开始下降,已经没有积水。因受流量影响这3个观测点水温出现不同程度升高,其中大滚锅升高8℃左右,1号泉升高6℃左右,2号泉升高9℃左右。经过现场勘查发现,3个观测点出水流向了1号泉旁边几个月前出浑水的1个出水口。同时,通过和观测人员进一步了解,荷花热水塘水位下降是第一次出现。

在荷花热水塘出现宏观异常的同时,附近腾冲县新华硝塘观测点也出现了宏观异常:水色发浑,呈灰白色,水温下降0.6℃。

2.4.3 荷花热水塘温泉井喷

2014年4月20日,在荷花热水塘温泉出现井喷(当地人称为水热爆)。经实地调查和访问荷花温泉管理员,整个喷发过程为:4月20日8时40分左右,温泉泉眼出水口及旁边2m左右的观景台发生井喷(高压喷射)现象,爆炸声巨大,震耳欲聋,井喷造成厚5cm的地板砖掀翻并破裂(图3c),喷水口面积约为1m2,持续时间约10min。井喷呈脉冲式,共发生2次。第一次随着巨大的爆炸声,泥浆和砂石从泉口向高处和四周迸射,喷出高度达12m;第二次喷出高度相对较小,约2m,同样有泥浆、砂石四处迸射现象。喷射的砂石主要呈灰白色,最大直径约5cm,分布于喷口四周至十几米远的地方(图3d);泥浆主要为红褐色(图3e和3f)。喷射后形成新的泉眼,水温达80℃,泉水汩汩流出,14时40分水色仍然浑浊,呈灰褐色。震后调查发现,喷口四周泥沙、块石俱在,喷口上方12m高度的树叶上仍附着有泥浆。

2011年6月20日与8月9日腾冲2次5.2级地震前,该温泉也出现过类似异常,但规模没有此次大。

2.5 施甸县永福村水井变色

2014年4月28日,施甸县地震局接到旺镇永福村报告,称永福水井(24.88°N,99.15°E)水色发生异常。经调查:当日9时多水色发生异常变化,像清淡的米汤,呈现灰白色,至12时后慢慢变为土黄色,象黄泥巴水一样。通过实地调查,附近没有大型工程施工,也没有任何沟渠放水灌溉。并且此水井长年基本保持水流稳定,即使是雨水季节也没有发现过水色变化。针对这一异常情况,施甸县地震局及时召开了会商,认为永福水井处于罗明坝一施甸断裂带上,在没有人为因素影响的情况下,永福水井水色发生异常属于地下断裂活动所至。

2.6 昌宁县九甲办事处槐树社水井变色

2014年5月14日,保山市昌宁县田园镇九甲办事处槐树社一水井(大龙井)变色(24.82°N,99.62°E),呈现灰白色,接近米汤色,浑浊。对现场及周边环境进行观察核实,周围无矿山开采等干扰源,平常年份降雨时该水井从未出现变色、发浑现象,但在2001年施甸5.9级地震前曾出现类似的发浑现象。

2.7 德宏州民族初级中学动物宏观异常

2014年5月27日,据群众反映并经落实,德宏州民族初级中学内胶园小区(图1中场点②,地理位置(24.42°N,98.59°E))近2天老鼠出入频繁,出现不断撕咬窗户铁丝、香蕉、桃子等反常现象。

2.8 德宏州法帕镇芒蚌温泉宏观异常

2014年5月28日,德宏州法帕镇群众反映,芒蚌温泉出水口(图1中场点③,地理位置(24.37°N,98.55°E))在10时30分开始冒浑水,水由清澈变为很稠的米汤色(青白色)。该温泉为澡堂用水,平时水质清澈,以前未发生过冒浑水的现象,周围无其它干扰现象。出现冒浑水异常时,出水量也明显增大,水质比平时滑腻,大约持续1h。此异常现象可能与地下地质构造活动加剧有关。之所以呈现出青白色,推测是水中含有Al(OH)3胶体,可能是在地应力增大情况下地下水径流途径改变,水中携带来某种铝质矿床成分所致。

2.9 凤庆县大寺村大田坝组水井变色、水量增大

2014年5月28日,凤庆县地震局接到大寺乡政府报告:大寺乡大寺村大田坝地质灾害隐患点一出水点突然出现水源,比原来增大7倍左右,而且颜色浑浊。根据附近村民反映:5月27日16时左右,在大寺村大田坝和鱼塘2个村民小组范围内突然发出一声闷雷声似的响声,17时左右一出水点的出水量大幅度增加,而且颜色非常浑浊,异常持续近2h。傍晚距离出水点50m左右的后山陡坡上发现在核桃树旁出現大量的白蚂蚁。5月28日13时50分现场查看时,泉水出水量已恢复正常。

2.10 盈江县勐典大寨村水稻田翻花冒泡

2014年5月28-30日清晨,盈江县励弄乡勐典大寨村水稻田里(图1中场点④,地理位置(24.96°N,97.95°E))不断出现翻花冒泡现象。震后调查时有人反映,在震前几小时还听到了“咔咔”的地声。

经事后调查发现,这种宏观异常现象范围较大,至少分布在十几亩的田地里(图4a)。在地貌上,宏观异常点位于勐典盆地内勐典河Ⅰ级阶地上,阶地拔河高度2~4m,主要由细砂和粉土组成,地震时易发生液化。在此次盈江6.1级地震发生时,出现数处砂土液化,分布于翻花冒泡非常集中的长约300m、宽约200m的范围内,喷出的水头高达1m,最大的喷砂处直径约0.6m,喷砂厚度为0.1m。勐典盆地为沿苏典活动断裂发育的拉分盆地,东西两侧各有一条断层控制(图4b)。

距离德宏州法帕芒蚌温泉宏观异常点(图1中场点③)不足3km的德宏州防震减灾局舒曼地磁曾出现大幅值突跳。2014年4月开始,舒曼地磁出现大幅值突跳。4月12日,东西向、北南向最大突跳值分别为1.700和2.280,垂直向突跳值0.654。4月19-20日舒曼地磁3个方向再次出现大幅值突跳,其中20日东西向最大值为2.940、19日北南向、垂直向最大突跳值为2.88和1.660,达到自观测以来突跳最大值。在2012年11月11日缅甸7.0级地震发生前3个月,德宏舒曼地磁也出现过类似情况,但是最大幅值没有此次高。经过检查,该异常不是外界干扰造成。

3 宏观异常时空分布特征及其与构造关联性分析

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150d,最晚为震前2d(在研究区及周边150d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(祝哗,李荣安,1983)。

(2)在空间分布上,这些宏观异常分布在距震中208km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。

4 结语

2014年云南盈江6.1级中强地震前,在震中地区208km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150d,最晚为震前2d。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。

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第八章 不速之客(续)
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高原和盆地强降水过程的数值模拟
黑宝山—木耳气盆地聚煤规律
变压器运行过程的异常现象检修与维护策略
组成与构成 含义各不同