汶川地震前后川滇塊體應(yīng)變與斷裂變形特征研究*

趙 靜 江在森 武艷強(qiáng) 劉曉霞 魏文薪

(中國地震局地震預(yù)測研究所，北京 100036)

汶川地震前后川滇塊體應(yīng)變與斷裂變形特征研究*

趙 靜 江在森 武艷強(qiáng) 劉曉霞 魏文薪

(中國地震局地震預(yù)測研究所，北京 100036)

利用1999—2007和2007—2009年GPS資料，采用塊體變形模型和GPS速度剖面研究了川滇地區(qū)的分階段變形特征，結(jié)果顯示川西北-滇中-滇西南塊體主壓應(yīng)變率方向由北向南呈順時針方向旋轉(zhuǎn);安寧河斷裂、則木河斷裂存在剪切應(yīng)變積累，小江斷裂南段以走滑為主、北段以應(yīng)變積累為主;汶川地震對麗江-小金河斷裂中南段、安寧河斷裂和金沙江斷裂有一定影響，對則木河斷裂、小江斷裂和紅河斷裂的影響較小。

GPS;速度場;汶川地震;塊體應(yīng)變狀態(tài);斷裂變形特征

1 引言

川滇地區(qū)構(gòu)造活動復(fù)雜，強(qiáng)震活動頻繁，是研究地殼形變與斷裂活動情況的理想場所。前人曾基于一定時間的平均GPS速度場結(jié)果，研究過川滇地區(qū)的變形特征及斷層滑動情況［1-4］，認(rèn)為川滇地塊東側(cè)斷裂以左旋走滑活動為主，西側(cè)斷裂以右旋走滑活動為主。

本文基于1999—2007年GPS速度場結(jié)果，根據(jù)殘差分布和驗后單位權(quán)中誤差討論了川滇菱形塊體的再劃分問題。根據(jù)再劃分結(jié)果，結(jié)合2007—2009年GPS速度場，采用REHSM模型［5，6］和GPS速度剖面方法分析了川滇地區(qū)3個主要塊體的應(yīng)變狀態(tài)和主要斷裂帶的運動變形特征，并討論了汶川地震對它們的影響。

2 川滇塊體次級活動地塊的劃分

圖1給出了1999—2007年和2007—2009年川滇地區(qū)相對于中國大陸的GPS速度場(誤差橢圓置信度為67%，圖中虛線框為后續(xù)GPS速度剖面分析的剖面范圍)。

分析圖1可以發(fā)現(xiàn)存在部分測點的速度解明顯偏離(如101.857，22.586處測點)，因此需要對奇異測點進(jìn)行剔除。

利用剔除奇異點的1999—2007年結(jié)果，采用REHSM模型針對川滇地塊是否再劃分進(jìn)行分析。圖2(a)為沿麗江-小金河斷裂將其劃分為兩個次級塊體的殘差分布;圖2(b)為川滇菱形塊體的殘差分布。作為兩個塊體時川西北次級塊體的單位權(quán)中誤差約為1.8 mm/a，滇中次級塊體的單位權(quán)中誤差約為1.6 mm/a，而作為一個菱形塊體的單位權(quán)中誤差則約為2.6 mm/a。因此，從GPS速度殘差分布情況和驗后單位權(quán)中誤差大小比較可以發(fā)現(xiàn)，將川滇菱形塊體作為兩個次級塊體更合適。

3 川滇地區(qū)次級活動塊體的應(yīng)變狀態(tài)分析

利用剔除奇異點的1999—2007和2007—2009年結(jié)果，采用REHSM模型計算得到川西北、滇中和滇西南塊體的最大主應(yīng)變率、最小主應(yīng)變率、主壓應(yīng)變率方位角和最大剪應(yīng)變率max(表1)。

圖1 川滇地區(qū)GPS水平速度場(相對于中國大陸)Fig.1 GPS horizontal velocity field in Sichuan-Yunnan region(related to China mainland)

圖2 次級塊體的劃分及速度殘差分布Fig.2 Dipartition of subblocks and distribution of GPS velocity residuals

表1 川滇地區(qū)各塊體的應(yīng)變率參數(shù)Tab.1 Strain rate parameters of the blocks in Sichuan-Yunnan region

表1顯示，川西北塊體在2007—2009年的主壓應(yīng)變率較前期結(jié)果明顯增大，由(-1.3±0.4)× 10-8a-1變?yōu)?-2.8±0.8)×10-8a-1，主張應(yīng)變率及主壓應(yīng)變率方向維持穩(wěn)定;滇中塊體應(yīng)變率參數(shù)在兩個階段基本沒有變化;滇西南塊體近南北向擠壓減弱，進(jìn)而造成了主壓應(yīng)變率方位角的變化;3個塊體的最大剪應(yīng)變率結(jié)果在汶川地震前后變化不大。另外，從1999—2007年結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，川西北-滇中-滇西南的主壓應(yīng)變軸自北向南由北西西方向向北北東方向逐漸沿順時針旋轉(zhuǎn)，其中川西北塊體的主壓應(yīng)變率方向為-79°±3°、滇中塊體為-23° ±3°、滇西南塊體為6°±2°，表明順時針偏轉(zhuǎn)最為顯著的地區(qū)為川西北塊體到滇中塊體。

4 川滇地區(qū)主要斷裂變形特征分析

表2給出了REHSM模型計算得到的各主要斷裂的滑動速率。

表2 川滇地區(qū)REHSM模型主要斷裂滑動速率(單位：mma－1)Tab.2 Deformation rates of main active faults in Sichuan-Yunnan region with REHSM model(unit：mma－1)

由于利用REHSM模型計算斷層滑動速率時，只對各塊體分別求取塊體整體變形參數(shù)，計算模型設(shè)定兩塊體邊界為非連續(xù)，對于斷裂帶兩側(cè)連續(xù)變形的描述可能產(chǎn)生模型偏差。因此，有必要對斷裂帶進(jìn)行GPS速度剖面分析，圖3、4為各主要斷裂的滑動情況(橫軸為GPS臺站至活動斷裂的垂向距離，縱軸為速度分量，為了做圖方便與美觀，將同一斷裂兩側(cè)的GPS點運動速率進(jìn)行了平移;垂線為主斷裂位置;灰色陰影部分為同一斷層兩側(cè)GPS臺站的速度分布范圍。圖中各斷裂分別對應(yīng)圖1中各個方框)。

4.1 安寧河-小江斷裂帶

汶川地震對安寧河斷裂有一定影響。模型結(jié)果(表2，下同)顯示，其左旋走滑速率由震前的8.9 mma-1增大到震后的10.2mma-1，擠壓速率震前、震后均為6.3 mma-1。GPS速度剖面方法獲得的安寧河斷裂震前(圖3)、震后(圖4)走滑速率分別為8.2 mma-1和9.2 mma-1，與模型值基本一致;擠壓速率分別為5.1 mma-1和8.0 mma-1，顯示有所增強(qiáng)。從圖3(a)可以發(fā)現(xiàn)，安寧河斷裂存在明顯的剪切應(yīng)變積累現(xiàn)象，表現(xiàn)為東側(cè)位移逐漸增大的特征。

則木河斷裂左旋走滑速率和拉張速率受汶川地震影響較小。模型結(jié)果表明，其走滑速率由震前的9.3 mma-1增大到震后的10.2 mma-1，拉張速率由1.5mma-1增大到2.2mma-1。GPS速度剖面方法顯示則木河斷裂左旋走滑速率由震前的8.2 mma-1增大到震后的10.0 mma-1，拉張速率均為 2.5 mma-1，與模型所得結(jié)果大體一致。則木河斷裂剖面結(jié)果表明，該段也存在剪切應(yīng)變積累。

小江斷裂受汶川地震影響較小。模型結(jié)果顯示，震前整個小江斷裂以左旋走滑運動為主，并且其北段略微呈現(xiàn)擠壓運動，南段略微呈現(xiàn)拉張運動。震后整個小江斷裂的左旋走滑速率稍有提高，北段、南段依次為8.7 mma-1、7.9 mma-1，均比震前大0.8 mma-1左右;擠壓狀態(tài)較震前略有緩解，但改變很小，還是北段略微擠壓、南段略微拉張。GPS速度剖面方法獲得的小江斷裂震前、震后走滑速率和擠壓速率與模型值具有一致性。剖面結(jié)果表明，小江斷裂北段與小江斷裂南段表現(xiàn)出不同的變形方式，南段以滑動為主，北段表現(xiàn)出應(yīng)變積累特性。

圖3 1999—2007年川滇地區(qū)主要斷裂GPS速度剖面Fig.3 GPS velocity profiles across major active faults in Sichuan-Yunnan region in the period of 1999—2007

圖4 2007—2009年川滇地區(qū)主要斷裂GPS速度剖面Fig.4 GPS velocity profiles across major active faults in Sichuan-Yunnan region in the period of 2007—2009

4.2 金沙江-紅河斷裂帶

汶川地震對金沙江斷裂也有一定影響。模型結(jié)果顯示，震前金沙江斷裂的右旋走滑速率和擠壓速率分別為0.6 mma-1和3.0 mma-1;震后分別為0.8 mma-1和0.3 mma-1。GPS速度剖面方法表明，金沙江斷裂右旋走滑速率由震前2.5 mma-1增大到震后3.2 mma-1，擠壓速率由2.0 mma-1減小為0.8 mma-1，擠壓速率降低可能是因為金沙江斷裂西部測點保持運動不變而東部測點向東運動顯著增強(qiáng)。GPS速度剖面走滑速率值較模型值稍大可能是因為模型中羌塘東塊體GPS測站較少、較稀疏且塊體分布范圍較狹長，導(dǎo)致塊體模型計算結(jié)果不夠穩(wěn)定。

剖面結(jié)果顯示，震前紅河斷裂北段右旋走滑速率為2.5 mma-1，拉張速率為4.0 mma-1，中段右旋走滑速率為1.5 mma-1，拉張速率為1.2mma-1;震后紅河斷裂北段右旋走滑速率為3.2 mma-1，拉張速率為 2.0 mma-1，中段右旋走滑速率為 1.0 mma-1，拉張速率為0.2 mma-1，可見紅河斷裂受汶川地震的影響較小。而模型結(jié)果與上述結(jié)果相差較大，特別是在紅河斷裂中段垂直斷裂走向分量上存在很大差別，分析其原因可能在于紅河斷裂中段附近GPS臺站較少，對斷裂的約束不夠，致使其產(chǎn)生較大的偏差;另一方面可能是因為滇西南塊體的運動統(tǒng)一性稍差，將其作為一個塊體用REHSM模型來研究會在塊體邊界產(chǎn)生較大變形。

4.3 麗江-小金河斷裂中南段

麗江-小金河斷裂將川滇菱形塊體分為川西北和滇中兩個次級塊體，本文主要研究該斷裂的中南段。汶川地震對麗江-小金河斷裂中南段有一定影響。模型結(jié)果顯示，震前該斷裂左旋走滑速率為3.7 mma-1，擠壓速率為1.8 mma-1;震后其左旋走滑速率降低為1.9 mma-1、拉張速率為1.5 mma-1。GPS速度剖面結(jié)果表明，震前該斷裂左旋走滑速率為2.2 mma-1，擠壓速率為0.3 mma-1;震后其左旋走滑速率為0.3 mma-1，拉張速率為2.1 mma-1，與模型結(jié)果大體一致。另外，根據(jù)塊體應(yīng)變狀態(tài)分析認(rèn)為，麗江-小金河斷裂對菱形塊體的運動有一定的吸收作用，該斷裂在整個川滇地區(qū)的作用不容忽視。

5 結(jié)論

1)將川滇菱形塊體劃分為川西北和滇中兩個次級塊體更合適。

2)塊體應(yīng)變狀態(tài)顯示，川西北-滇中-滇西南的主壓應(yīng)變軸自北向南由北西西方向向北北東方向逐漸沿順時針旋轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)最為顯著的地區(qū)為川西北塊體到滇中塊體。川西北塊體在2007—2009年的主壓應(yīng)變率較前期結(jié)果明顯增大，可見汶川地震對其影響很明顯，而滇中塊體受汶川地震的影響很小。

3)GPS速度剖面結(jié)果表明，安寧河斷裂、則木河斷裂存在剪切應(yīng)變積累;小江斷裂南段以滑動為主、北段以應(yīng)變積累為主，表現(xiàn)出不同的變形特征。

4)汶川地震對麗江-小金河斷裂中南段、安寧河斷裂和金沙江斷裂有一定影響，對則木河斷裂、小江斷裂和紅河斷裂的影響較小。

5)本文所得安寧河斷裂的擠壓速率雖然與前人所得結(jié)果［2，3］相差較大，但可以得到GPS速度剖面結(jié)果的支持，因此可信度較高。另外，對1999—2001、2001—2004和2004—2007年的GPS數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，安寧河斷裂擠壓速率基本保持在5.0 mma-1。

致謝 衷心感謝中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)中心提供計算數(shù)據(jù)!

1 喬學(xué)軍，王琪，杜瑞林.川滇地區(qū)活動地塊現(xiàn)今地殼形變特征［J］.地球物理學(xué)報，2004，47(5)：805-811.(Qiao Xuejun，Wang Qi and Du Ruilin.Characteristics of current deformation of active blocks in the Sichuan-Yunnan region［J］.Chinese J Geophys.，2004，47(5)：805-811)

2 呂江寧，沈正康，王敏.川滇地區(qū)現(xiàn)代地殼運動速度場和活動塊體模型研究［J］.地震地質(zhì)，2003，25(4)：543 -554.(Lü Jiangning，Shen Zhengkang and Wang Min.Contemporary crustal deformation and active tectonic block model of the Sichuan-Yunnan region，China［J］.Seismology and Geology，2003，25(4)：543-554)

3 Shen Z K，et al.Contemporary crustal deformation around the southeast borderland of the Tibetan Plateau［J］.Journal of Geophysical Research，2005，110(B11409)，doi：10.1029/2004JB003421.

4 王閻昭，等.基于GPS資料約束反演川滇地區(qū)主要斷裂現(xiàn)今活動速率［J］.中國科學(xué)(D輯)，2008，38(7)：582 -597.(Wang Yanzhao，et al.GPS-constrained inversion of present-day slip rates along major faults of the Sichuan-Yunnan region，China［J］.Science in China(Series D)，2008，38(7)：582-597)

5 李延興，等.板內(nèi)塊體的剛性彈塑性運動模型與中國大陸主要塊體的應(yīng)變狀態(tài)［J］.地震學(xué)報，2001，23(6)：565-572.(Li Yanxing，et al.The rigid and elastic-plastic model of the blocks in intro-plate and strain status of principal blocks in the continent of China［J］.Acta Seismologica Sinica，2001，23(6)：565-572)

6 李延興，等.中國大陸及周邊地區(qū)的水平應(yīng)變場［J］.地球物理學(xué)報，2004，47(2)：222-231.(Li Yanxing，et al.Horizontal strain field in the Chinese mainland and its surrounding areas［J］.Chinese J Geophys.，2004，47(2)：222-231)

STUDY ON CHARACTERISTICS OF BLOCK STRAIN AND FAULTS DEFORMATION OF SICHUAN-YUNNAN REGION BEFORE AND AFTER WENCHAUN EARTHQUAKE

Zhao Jing，Jiang Zaisen，Wu Yanqiang，Liu Xiaoxia and Wei Wenxin
(Institute of Earthquake Science，CEA，Beijing 100036)

Using the GPS velocity field data during the periods of 1999—2007 and 2007—2009，we analyzed the deformation characteristics of the Sichuan-Yunnan region during the two periods with block deformation model and by analyzing the GPS velocity profiles.The results show that the direction of the principal compressive strain rate of the west-northern segment of Sichuan block-the middle segment of Yunnan block-the west-southern segment of Yunnan block is characterized by clockwise rotation from north to south.The Anninghe fault and the Zemuhe fault have some shear strain accumulation，and the southern segment of Xiaojiang fault is mainly strike-slip，but its northern segment is mainly accumulating strain.The earthquake had relatively obvious influence on the mediumsouthern segment of Lijiang-Xiaojinhe fault，the Anninghe fault and the Jinshajiang fault，meanwhile it affected the Zemuhe fault，the Xiaojiang fault and the Honghe fault less.

GPS;velocity field;Wenchuan earthquake;strain status of blocks;faults deformation characteristics

1671-5942(2011)05-0030-05

2011-05-31

國家自然科學(xué)基金(41104004);中國地震局地震行業(yè)專項(201008007)

趙靜，男，1985年生，碩士，主要研究方向為GPS數(shù)據(jù)處理與孕震信息提取.E-mail：zhaozhengjiajia1@126.com

P315.72+5

A