常祖峰,张建国,申重阳,李春光,刘昌伟,王光明,于 江

1.云南省地震局,云南 昆明 650224;

2.中国地震局地震研究所,湖北 武汉 430071

0 引言

北京时间2012年11月11日9时10分(当地时间11日7时40分)缅甸曼德勒省德贝金镇(Thabeikkjin town)发生M7.0地震,震中坐标22.85°N,96.00°E;震源深度10 km (https: //news.ceic.ac.cn/)。美国地质调查局测定的震级为M6.8,震后不久又发生M5.6和M5.8级余震(https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/ usp000jvbq/executive)。德贝金镇位于曼德勒以北100 km,伊洛瓦底江东岸。据当时缅甸地质专家的调查结果,破坏最重的是德贝金镇、马累镇(Male town)、萨贝纳戈镇(Sabeanago town) 和库勒镇(Kule town),它们均靠近或位于实皆活动断裂(Sagaing fault)上。该地区人口密度不大,建筑以平房居多。据统计,地震造成26人死亡,231人受伤,成百上千座房屋受损。此外,地震还造成多地矿山坍塌,矿工被埋。在库勒镇伊洛瓦底江上一座在建的钢结构桥梁因地震而倒塌,11名建设工人坠江死亡 (www.sagaingfault.info/the-2012-thabeikkyin-earthquake.html)。地震发生时,孟加拉国首都达卡及泰国首都曼谷均有震感。云南省瑞丽市是距震中最近的中国城市,M7.0地震发生时有强烈震感。

随着“一带一路”倡议的推进,中缅油气管道和泛亚铁路等一系列重大能源和基础设施项目陆续铺开,亟需加强周边国家的地震地质背景研究。文章基于国家国际科技合作专项“中国—东南亚毗邻区大震活动地球动力学研究”项目的野外实地调查结果,将缅甸曼德勒和勃固等地获得的断裂活动的地质地貌与历史地震遗迹第一手资料进行总结,对实皆断裂的活动习性、2012年地震产生的建筑物破坏与地震地表破裂带特征进行分析,以期为大型走滑断裂研究提供一些稀有的境外震例史料。此研究不仅有助于正确认识缅甸地震构造背景和地震活动水平,同时对东南亚毗邻区地球动力学环境研究有着积极的科学意义。

1 实皆活动断裂与历史地震

实皆活动断裂总体走向近南北,倾向西,倾角陡。北端始于缅甸的葡萄,向南经密支那、曼德勒、密沙、内比多、彪关、勃固、述文那,在米邻附近的三角洲延入马六甲-瓜哇海(安达曼海)内,总长约3000 km,陆地上长度900 km(图1)。该断裂的东西两盘分别是中生代和新生代的造山带,沿断裂分布有长60 km、宽40 km的洋脊蛇绿岩带,蛇绿杂岩与始新世地层呈断层接触 (Acharyya et al., 1991; Bertrand et al., 2001;Licht et al.,2013)。自22~15 Ma以来(中新世期间),实皆断裂转变为强烈右旋走滑运动(Morley,2004;Curray,2005;Socquet et al.,2005;Searle et al.,2007; Kundu and Gahalaut,2012; Rangin et al.,2013)。断裂两侧的缅甸中央盆地发育有巨厚的新生代堆积物,总厚度达10余千米,且断裂两侧的新世界发生了强烈褶皱 (Rangin et al.,2002,2013;Akilan et al.,2016)。

图1 实皆断裂与历史地震分布图Fig.1 Map of the Sagaing fault and historical earthquake distribution

大致以米邻、博贡为界,断裂可分为南段、中段及北段3段。其中,南段位于马六甲-爪哇海内,由于断裂及其分支的活动,形成在印支—燕山褶皱基底上发展起来的地堑、地垒构造带,渐新世扩张成岛弧弧后盆地(安达曼拉分盆地)。该段由彼此斜列的多条分支组成,整体上构成狗腿型形态。

中段经勃固、彪关、彬马那、达西、密沙,至曼德勒北,为古生代—中生代特提斯海最西侧的一个陆缘裂谷带的边缘断裂,海西期俯冲不明显,东侧一般不具有洋内岛弧特征,而是形成一个控制边缘海碳酸盐岩台地及燕山期大陆边缘海的边界断裂。其东为掸邦白云岩分布区,其西为始新世后下降形成的印缅弧后盆地,中新世后逐渐发展成为一个右旋走滑断裂。在航卫影像上,线性特征极为平直而清晰。沿断裂断层地貌明显,主要表现线性谷、线性山脊、断层三角面、断塞塘和断错水系等,断层错断晚更新世和全新世地层。根据曼德勒北40 km辛古附近的熔岩体位错推断,中晚更新世以来(30 Ma以来)平均水平位移速率为10~25 mm/a,平均滑动速率18.5 mm/a(Mitchell, 1993; Vigny et al., 2003; Nielsen et al.,2004;Mitchell et al.,2007)。近年来GPS测量结果表明,断裂现今的水平滑动速率为18~20 mm/a (Le Dain et al., 1984; Socquet et al.,2006; Maurin et al., 2010; Searle and Morley,2011;Wang et al.,2014)。而且,受断裂强烈活动的影响,断裂带两侧的晚更新世和全新世地层形成与断层走向近平行的短轴褶皱。

断裂北段自博贡(Bogon)一带开始分为3~4支向北延伸,展布于八莫、密支那和因道支湖一带,整体呈现出向东弯曲的马尾状形态。曼德勒-密支那断裂为雅鲁藏布江缝合带的南延段,沿断裂分布有40 km宽的洋脊蛇绿岩带。该段断裂对因道支湖、葡萄和缅甸中央盆地等新生代盆地有明显的控制作用。

实皆断裂连接两个非常不同但同样活跃的构造域,即南部的安达曼海和北部的东喜马拉雅构造带 (Raju et al.,2004;Curray,2005;Hall,2012)。其显著的右旋走滑运动,吸纳了印度板块向北运动将近一半的能量 (Rangin et al.,2002,2013;Akilan et al.,2016)。自22~15 Ma以来,断裂右旋位移了330~450 km (Le Dain et al.,1984;Socquet et al.,2006)。沿实皆断裂历史上曾发生10余次7级以上强震(图1),如1839年3月23日曼德勒因瓦(Innwa)M8地震(震中坐标21.9°N,96°E)、1930年5月5日勃固(Bago)M7.3地震(震中坐标17.0°N,96.5°E)、1930年12月3日东吁(Phyu)M7.3地震(震中坐标18.0°N,96.5°E)、1931年1月27日密支那(Msyitkyina) 西北M7.6(震中坐标25.6°N,96.8°E)、1946年9月12日塔冈 (Thagaung)M7.5地震(震中坐标23.5°N,96°E)及1956年7月16日瑞保(Shwebo)M7.0地震(震中坐标22.2°N,95.7°E)等等(Tsutsumi and Sato,2009;Hurukawa and Maung,2011)。此次2012年M7.0地震位于1946年塔冈M7.5地震震中和1956年瑞保M7.0地震震中之间(图1)。

虽然缅甸经济上属于欠发达国家,但却非常注重对地震遗迹的保护。据缅甸史料,1839年曼德勒因瓦M8地震至少造成了400人死亡,建筑遭到严重破坏。在1839年地震极震区两座因地震毁坏的建筑物得以保留,亚达纳-希米塔建筑群(Yadana Hsemee Pagoda complex)和巴加亚修道院(Bagaya Monastery)的地震破坏情况如图2所示。1930年勃固M7.3地震造成500多人死亡和大量建筑物毁坏(图3a),建于1917年的某寺庙的圆柱形建筑在地震中坍塌,其地震破坏遗迹得以保留,精巧的设计使得该建筑与现代寺庙建筑浑然一体(图3b)。1930年东吁M7.3地震形成了长20余千米,宽约40 m平直的断层槽地(图4)。断层槽地的两侧陡坎即是地震断层陡坎,中间则为两条地震断层所夹持的负地形。该地区降雨充沛,槽地内灌木葱茏,但断层槽地仍清晰可辨(图4a)。在云南小江断裂上曾发生的1833年云南嵩明M8地震和1500年宜良M≥7地震,均亦形成了长数十千米、宽几十米的断层槽地,至今嵩明陆良山山顶、宜良打挂村一带仍可见以上两次地震形成的清晰而平直的槽地地貌,其形态与1930年东吁地震形成的断层槽地的形态极为相像。在红河断裂、维西-乔后断裂等走滑断裂上均有此类地震破裂产生的断层槽地(Wallace,1998;宋方敏等,1998;虢顺民等,2001;向宏发等,2004;常祖峰等,2016,2021),此种断层槽地是走滑断裂产生的特有的构造地貌。

图2 1839年曼德勒因瓦M 8地震中建筑物破坏遗迹Fig.2 Ruins of the buildings destroyed by the 1839 M 8 earthquake in Innwa, Mandalay(a) Cracks in the walls of Yadana Hsemee Pagoda complex; (b) Columns of Yadana Hsemee Pagoda complex after the earthquake; (c) Cracks in the walls of Bagaya Monastery, and some are X-shaped; (d) Deformation of the wall of Bagaya Monastery caused by earthquake subsidence

图3 1930年勃固M7.3地震中建筑破坏遗迹Fig.3 Ruins of the buildings destoryed by the 1930 Bago M 7.3 earthquake(a) Damage to civil buildings; (b) The collapsed cylindrical building of a temple

图4 1930年东吁M 7.3地震形成的断层槽地Fig.4 Fault trough formed by the 1930 Phyu M 7.3 earthquake(a) Photo of a fault trough, view to northeast; (b) Sketch of a fault trough, view to northeast

2 2012年M 7.0地震破坏与同震地表破裂

2.1 建筑物破坏情况

地震破坏调查显示,德贝金镇、马累镇、萨贝纳戈镇和库勒镇的医院、学校、修道院、佛塔、民用建筑和工厂倒塌,是破坏最重的城镇。瑞保、抹谷(Mogok)和曼德勒等城市均有不同程度的破坏。

一般来说,佛教建筑在当地是抗震性能最好的建筑。马累镇一佛塔在地震中遭到严重破坏,佛塔基座和基础塌陷、碎裂(图5a)。萨贝纳戈镇一佛塔的塔身与基座脱离,塔身被地震抛至一旁,可见地震作用力之大(图5b)。当地民房与云南省类似,多为木框架加以土墙或砖墙填充,地震中这一类型的建筑破坏非常普遍,主要表现为墙体倒塌和房屋歪斜(图5c、5d),后者与地基塌陷有关,尤其是斜坡地带更为多见。震中易欣村(Yee Shin)一寺庙建筑严重破坏(图5e)。值得一提的是,在距离震中25 km的库勒镇,一座伊洛瓦底江上接近完工的钢结构大桥发生坍塌(图5f),一座起重机坠入江中,同时造成11名建设工人坠水死亡并有多人受伤。震中伊洛瓦底江心小岛上的一座钢筋混凝土庙宇也遭受严重破坏,其破坏与建筑场地地基土的松软密切相关(图5g)。萨贝纳戈镇北佛塔的顶部歪斜(图5h),这种现象在震区颇为常见。

图5 建筑物破坏情况(照片来自缅甸地震委员会;http://searg.rhul.ac.uk/current_research/plate_tectonics/和www.news.cn)Fig.5 Damage to the buildings (Photos from Myanmar earthquake Commission;http: //searg.rhul.ac.uk/current_research/plate_tectonics/and www.news.cn)(a) A pagoda in Male town; (b) A pagoda in Sabeanago town; (c) A crooked half-timber house in Male town; (d) A half-timber house in Thabeikkjin town; (e) A temple building in Yee Shin Village; (f) A steel bridge in Kule town; (g) A reinforced concrete temple on an ait; (h) The top of a pagoda in the north of Sabeanago town

2.2 同震地表破裂

此次地震的地表破裂现象丰富,主要有塌岸、滑坡、地表塌陷、剪切破裂和挤压鼓丘等。

2.2.1 塌岸

塌岸局限于伊洛瓦底江岸边50~100 m的范围内。在富含白云母的河岸地带这种重力作用最为显著,因为片状的白云母减少了泥土的摩擦力使得土体更容易滑动。在有平行河岸、向外陡倾的张性小型断层发育时,滑坡的规模往往更大(图6a)。位于塌岸地带的建筑物由于强烈的振动和小型张性断层的存在,其破坏愈加严重。

2.2.2 滑坡

与上述塌岸类似,在震区陡峭的斜坡上地震滑坡广泛发育。震中所在的德贝金镇位于沿实皆断裂形成的挤压山脊上,地形陡峭,周边山体滑坡、崩塌比比皆是,图6b为上帕那北滑坡。位于滑坡陡峭山坡上或山麓地带的建筑物,也因滑坡和崩塌遭到严重的破坏。

此外,在萨贝纳戈镇伊洛瓦底江边地带上形成了2 m深的地震陷坑(图6c)。

图6 塌岸与滑坡地表破坏(照片引自缅甸地震委员会;http://searg.rhul.ac.uk/current_research/plate_tectonics/)Fig.6 River bank collapses and landslides(Photos from Myanmar Earthquake Commission, http: //searg. rhul.ac.uk/current_research/plate_tectonics/)(a) Irrawaddy River bank collapse in the south of Thabeikkjin town, view to east; (b) Landslide in the north of upper Ponna, view to southeast; (c) Earthquake collapse in Sabeanago town, view to southeast

2.2.3 剪切破裂(构造裂缝)

此次地震形成长达45 km地表破裂带,呈雁行状左阶斜列展布,最宽达30多米(图7a)。地震破裂整体呈现与实皆主干断裂走向一致的近南北向展布,但单条裂缝则与主干断裂呈锐角相交且彼此平行,是典型的里德尔剪切破裂 (Riedel shear;Wallace,1998;Tun et al.,2014;图7b—7e)。裂缝的细部特征显示这些裂缝尚具有明显的拉张性质,裂缝宽20~40 cm(图7f、7g)。在左阶雁列的裂缝间,彼此间的水平挤压有时形成高数厘米至数十厘米的挤压鼓包(图7h)。

图7 剪切破裂Fig.7 Field photos of shear ruptures in Thabeikkjin(a) The left-step en echelon ground fissures, view to northwest; (b) The ground fissures in the south with each single length of 4 m, view to east; (c) The ground fissures, view to southeast; (d) The en echelon ground fissures, view to northwest; (e) The en echelon ground fissures on the edge of a pull-apart basin in the south, one side is pulled open and sunk while the other is uplifted, view to southeast (Length of the ruler is 25 cm); (f) Detailed features of a pull-apart ground fissure, view to south (Length of the record book is 20 cm); (g) Detailed characteristics of a pull-apart ground fissure in the south, view to north; (h) Formation mechanism of bulge, view to north (Length of the ruler is 25 cm)

为进一步分析地裂缝两侧构造变形的规律性特征,以塔北金地裂缝为代表进行详细的分解(图8)。研究发现:①地裂缝呈彼此近平行的单一型式排列,它们与实皆断裂走向的夹角一般为20°~30°(图8a);②规模较大的地裂缝多呈 “S” 型(图8a、8b),这可能是在断层右旋走滑运动作用下一种规律性的破裂形式;③鼓丘区多数位于左阶斜列的裂缝之间(图8b—8f)或地裂缝向左弯曲的部位(8b、8e、8f),也有少数位于两条裂缝构成的三角区(图8f),从力学机制分析这些区域均为走滑引起的挤压区;④在左阶斜列的两条裂缝之间,常发育小型褶曲(图8b、8c)和高角度的逆断层(图8e)。

图8 德贝金一带的地裂缝及细部放大图Fig.8 Enlarged drawings showing details of the ground fissures around Thabeikkjin

田埂、道路、建筑物和地物标志很好地反映出此次地震破裂的右旋走滑性质。在德贝金附近可见田埂同步右旋位错10 cm(图9a)。德贝金镇一房屋的立柱右旋位错30 cm(图9b)。德贝金镇混凝土地面被断错,由混凝土尖角的对应部分(图9c中的A与A′、 B与B′、C与C′)得知右旋位错4 cm。库勒镇一房屋后墙上发育有三条与地裂缝相连的裂缝,单条裂缝右旋位错2~3 cm,总的错距6~9 cm(图9d)。德贝金镇江边河滩上发育有多条地震断层,其中两条错距较为明显的断层将横向裂缝分别位错5 cm和8 cm,总的错距13 cm(图9e)。需要说明的是,在伊洛瓦底江上游流域出露有大面积的碳酸盐岩,因而江水富含灰质成分,这些断层在被江水淹没后,其面上会很快形成一层钙质薄膜(一种特殊的钙板),有时这种钙质薄膜的厚度可达数厘米(与当时裂缝张开的宽度有关)。也正因为此,这些地震断层才能够在松散沉积物中得以保留。在地震破裂的南段分布有一大型湖泊——科特沸塘湖 (Kyet Phyu Taung Lake),它是沿实皆断裂形成的大型断塞湖。此次M 7.0地震中,科特沸塘湖的东、西两侧均有地震破裂出现。在湖的西南侧伊洛瓦底江阶地上见到多条地震断层发育,有些断层没有穿越上部土壤层,分析是某次古地震形成(图9f)。但有的直通地表,并彼此构成大型的三角形地震楔(图9g)。与德贝金河滩上发育的地震断层类似,这些断层面多被钙质薄膜充填(图9g断层面上的白色物质),分析是由于阶地堆积中富含灰质,地表水下渗使得灰质成分不断地在缝隙中充填而成。虽然不能完全确定这些断层和地震楔就是此次地震所为,但从地震楔的规模和通天断层分析,推测很有可能是此次地震形成的。

图9 断层产生的右旋位错与地震楔Fig.9 Field photos showing the dextral dislocations and the seismic wedge produced by seismic fault(a) An ~10 cm synchronized dextral displacement of ploughed furrows (~30 cm wide), view to east; (b) 30 cm dextral displacement of the house post, view to east; (c) A ground fissure with ~4 cm dextral displacement; (d) Dextral displacements of 2~3 cm occur on multiple house cracks at Kule, view to east; (e) Seismic fault (filled with calcium) at the riverside of Thabeikkjin, with a total dextral displacement of 13 cm,view to east; (f) Fault in lakeside terrace, view to south; (g) Seismic wedge in lakeside terrace, view to south

此次地震破裂北端始于考克梅(Kyauk Myae)一带,向南顺伊洛瓦底江东岸延伸,途径贵彬茂(Gwe Bin Maw)、德贝金、上帕那 (Upper Ponna)、塘卡比特 (Taung Ka Byet)、夜姆也特(Yemyet)、易欣(Yeeshin)、瓦图(Wat Toe),而后终止于科特沸塘湖南东侧的库勒一带(图10a),总长45 km。根据当时缅甸地质技术人员实地测量,地震造成的水平位错量一般40~90 cm,最大位错位于德贝金北侧(从破裂南端向北36.2 km处),错距达102 cm(图10)。由于震后农民耕耘土地,有些地段如羌塔雷(Chuang Tha Le)至夜姆也特段,在地质技术人员测量时地裂缝已经被覆盖或遭到破坏,因此无法确定其位错大小。从位错量沿地表破裂带的分布形态看,震中附近的位错量最大,自震中向南、北两侧衰减,但向北地震破裂长度只有10 km,衰减较快,向南破裂长度达35 km,衰减较为缓慢。由此推测,此次地震可能是自北而南破裂的结果。

图10 地震地表破裂带展布图及位错量Fig.10 Map showing the distribution of seismic surface fracture zone (a) and displacement curve diagram (b)

需要指出的是,上述长45 km的地震地表破裂是较为保守的估算结果。因为在库勒以南5 km的地段内尚有多处(如西滨岛)地表破裂,集中表现为沿江分布的张性地裂缝。它们与伊洛瓦底江岸坡平行,因而不能排除重力作用的影响,加之走滑位错量有限,虽然这些破裂位于地表破裂的延长线上,但严谨的缅甸地质人员没有把它们计算在内。在地表破裂的北端以北约5 km的马累、萨贝纳戈一带,同样发育沿江的张性地裂缝,有的表现为较高的、紊乱的地震鼓包(图11),鉴于其有别于宽度较窄的、迹线可循的构造裂缝且发育的位置稍偏离主破裂线,这些地表变形带也未包括在内。实际上,在走滑断裂引起的地震地表破裂的尾端地表变形通常呈现出拉张性质,破裂线也是多方向甚至是弯曲的,而且其展布位置往往也会偏离主破裂迹线,在运动性质上也与主破裂有很大的变化,这已为众多地震实例所证实。鉴于此,认为以上南北两端以外的地表破裂应该包括在内,那么此次地震破裂的总长度应55 km左右。

2.3 发震构造与地震烈度的讨论

由上述可知,此次地震形成了至少45 km长的地震地表破裂,剪切破裂形成的构造裂缝有规律的左阶雁列排列方式(典型的里德尔剪切破裂)和田埂等断错标志共同指示着这次地表破裂具有明显的右旋走滑性质。而且地震地表破裂呈近南北向延伸,与实皆断裂的走向一致。根据震后美国地质调查局给出的此次地震的震源机制解(图10a),其中一个节面的产状为走向15°,倾角80°,滑动角175°;另一个节面的产状为走向106°,倾角85°,滑动角10°,表明这是一次纯走滑的破裂事件(https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/usp000jvbq/focal-mechanism)。走向15°的节面与实皆断裂近南北的走向基本一致,二者的运动性质均为右旋走滑。地震地表破裂特征和震源机制解结果一致地表明,此次地震的发震构造为右旋走滑的实皆断裂。

虽然缅甸有关部门的地质人员震后及时开展了地震现场建筑物和地表破坏调查,但由于种种原因未能给出地震烈度分布图。据震区建筑物破坏和地表破裂情况,尤其是长达45 km的地震地表破裂带和广泛存在的滑坡、塌岸、地面塌陷等情况,参照中国地震烈度表的有关规定(国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会,2020),可估计此次地震的震中烈度达Ⅸ度。

3 结论

(1)2012年德贝金M7.0地震造成当地佛塔、民用建筑等严重破坏,其中德贝金镇、马累镇、萨贝纳戈镇和库勒镇是破坏最重的城镇。此次地震形成至少长45 km的地震地表破裂,主要包括塌岸、滑坡、地震断层等。据震区建筑物破坏和地表破裂情况,参照中国地震烈度表的有关规定,估计此次地震的震中烈度达Ⅸ度。

(2)在断层右旋走滑运动作用下,地表破裂呈现出规律性的破裂形式。地裂缝彼此近平行,与实皆断裂走向的夹角一般为20°~30°;规模较大的地裂缝多呈 “S” 型;地裂缝向左弯曲的部位或左阶斜列的裂缝之间多数发育有鼓丘区;在左阶斜列的两条裂缝之间常发育小型褶曲和高角度逆断层。地裂缝有规律的左阶雁列和被断错的地物标志指示,地震地表破裂具明显的右旋走滑性质。水平右旋位错量一般40~90 cm,最大位错达102 cm。震中附近的位错量最大,位错向南、北两侧衰减。

(3)地震地表破裂特征和震源机制解结果一致地表明,此次地震的发震构造为实皆断裂。

致谢:参加野外考察的还有缅甸交通通讯部的Yin Myo Min Htwe工程师、泰国矿产资源厅环境地质局Suwith Kosuwan研究员和曼德勒省地质与矿产厅的技术人员。在野外考察过程中,Yin Myo Min Htwe工程师和曼德勒省地质与矿产厅提供了重要的基础资料、建筑物地震破坏照片和历史地震资料;Suwith Kosuwan研究员不仅陪同野外考察,同时义务担任了翻译与交流工作。对他们提供的帮助,谨致以深切的谢意。