利用跨斷層形變資料研究云南地區(qū)主要斷裂帶應(yīng)變特征

周海濤，郭良遷

（中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180）

0 引言

利用跨斷層基線數(shù)據(jù)研究斷裂活動的應(yīng)變特征有其可能性和合理性［1］。對于跨斷層形變資料的處理也有許多實例［2－6］。本文在研究斷裂活動的基礎(chǔ)上，考慮到斷裂帶周邊的應(yīng)力場對該斷裂帶的影響有一定的一致性，在假定斷裂帶及其周邊為均勻應(yīng)變場的前提下，利用斷裂帶內(nèi)各個斷裂上的形變特征求解整個斷裂帶的應(yīng)變值及主應(yīng)變方向，進而探討所得出的應(yīng)變特征與地震的關(guān)系。這樣做有利于從更寬的角度去分析斷裂帶的力學(xué)背景。在該背景下結(jié)合斷裂帶內(nèi)的斷裂形變特征分析斷裂活動性，進而為地震危險性分析提供依據(jù)。

研究區(qū)位于川滇塊體南部。前人對于川滇地區(qū)的形變場研究已有很多［7－10］，本文處理了研究區(qū)內(nèi)1982—2009年10月的10處跨斷層測點的20條基線資料，對這些測線進行分析，求出測點所在斷裂的走滑運動年速率值。在假定云南地區(qū)斷裂帶及其周邊為均勻應(yīng)變場的前提下得出云南地區(qū)主要斷裂帶不同年份應(yīng)變值及主應(yīng)變方向。結(jié)合云南及周邊大震的發(fā)生情況，對斷裂帶及周邊應(yīng)變場特征與地震活動的關(guān)系進行探討。

1 云南地區(qū)跨斷層測點分布概況

川滇塊體邊界及其附近斷裂第四紀以來一直活動，現(xiàn)今仍有活動。斷層形變測點主要分布在川滇塊體南邊界附近的楚雄－通海斷裂、西邊界附近的麗江－劍川斷裂和東邊界小江斷裂上（圖1）。測點主要布設(shè)有跨斷層短水準和短基線，使用經(jīng)典大地測量方法（水準和基線）獲得測點間的高差和長度，通過監(jiān)測高差和長度隨時間的變化來研究斷層兩盤的相對垂直運動和水平運動。本文主要對10處跨斷層測點的20條基線資料進行分析研究。

2 斷層水平方向形變分析

基線觀測主要是為了監(jiān)測斷裂的水平方向變形，本文在對基線觀測值進行處理分析的基礎(chǔ)上，研究了斷層的水平運動特征。斷層水平向運動又以沿斷層走向的走滑運動分量最為顯著，因此，本文給出了斷層的走滑運動年速率值（表1）。

圖2為斷層與基線位置關(guān)系示意圖，用跨斷層基線觀測數(shù)據(jù)，可使用公式（1）求取斷裂的走滑分量［11］。

圖1 云南地區(qū)斷層形變測點分布示意圖

圖2 斷層與基線位置關(guān)系示意圖

式中：y是走滑分量（左旋走滑為正）：

δL1、δL2分別是基線1與基線2的變化量（伸長為正）：

α1、α2分別是基線路、基線2與斷裂走向的夾角（由斷層走向順時針轉(zhuǎn)動到基線方向所轉(zhuǎn)過的角度）。

通過對基線觀測值進行計算分析，得出斷裂所在位置不同年份的走滑分量運動速率。走滑運動速率較大的測點為峨山、通海。峨山測點1985年走滑速率達到－23.80mm／a，通海測點2004年走滑速率達到－12.46mm／a。以左旋走滑為主的測點（所跨斷裂）有楚雄（楚雄斷裂）、劍川（劍川斷裂）、通海（曲江斷裂）、羊街（小江斷裂西支）、下關(guān)（麗江斷裂）。

表1 測點所在斷層運動速率（mm／a）

總體上說麗江－劍川－下關(guān)斷裂帶相關(guān)的麗江、劍川、下關(guān)測點和石屏－建水?dāng)嗔严嚓P(guān)的石屏、建水測點，以及楚雄斷裂和小江斷裂西支的楚雄、羊街測點走滑運動速率都較低。

3 云南中北部地區(qū)主要斷裂帶水平應(yīng)變特征

假定所測區(qū)域是均勻的應(yīng)變場，在這種情況下，根據(jù)測區(qū)內(nèi)3個或3個以上不同方向的邊長變化，計算地應(yīng)變。采用公式（2）可以求解區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變參量［12］。

式中：ea、eb、ec為各條邊長 線 應(yīng) 變，θa、θb、θc為基線與x軸夾角（逆時針方向的量度）。

假定斷裂帶周邊為均勻的應(yīng)變場，則根據(jù)跨斷層基線數(shù)據(jù)進行應(yīng)變計算。用最小二乘法進行分析擬合得到不同斷裂帶及其周邊的應(yīng)變參數(shù)（表2）。其中小江斷裂帶由于基線數(shù)據(jù)較少，故沒有進行應(yīng)變參數(shù)求解，只是求解了劍川－麗江斷裂帶和楚雄－通海斷裂帶的應(yīng)變參數(shù)值。

綜合考慮1982—2009年斷裂帶的面應(yīng)變情況（表2），可以看出，在劍川－麗江斷裂帶上整體表現(xiàn)為面膨脹狀態(tài)，而楚雄－通海斷裂帶整體表現(xiàn)為面收縮狀態(tài)，且楚雄－通海斷裂帶應(yīng)變量值高于劍川－麗江斷裂帶。則可認為楚雄－通海斷裂帶的活動性強于劍川－麗江斷裂帶。劍川－麗江斷裂帶壓應(yīng)變最大的年份為1996年，達到－63.44×10－6，面應(yīng)變率也達到最高值－54.01，主張應(yīng)變方向為81.72°，呈NEE向，該方向與1999—2001年GPS所測得的云南地區(qū)整體應(yīng)變方向［7］比較接近。1995年是該斷裂帶剪應(yīng)變率最大的一年，達到119.19×10－6，而2007年的剪應(yīng)變率僅次于1995年，2008年相應(yīng)地發(fā)生了汶川8.0級地震。這種現(xiàn)象可能不是偶然的。楚雄－通海斷裂帶壓應(yīng)變最大的年份為1993年，達到－545.01×10－6，面應(yīng)變率也達到最高值－555.12×10－6，主張應(yīng)變方向為86.94°，呈近EW 向，該方向與劍川－麗江地震帶也有一定的一致性。由此可說明跨斷層測線資料用于區(qū)域應(yīng)變場分析是有可能的，但還要有更詳盡的資料和更完善的理論作為支撐。

表2 云南地區(qū)應(yīng)變參數(shù)一覽表

4 云南中北部地區(qū)主要斷裂帶應(yīng)變特征與地震活動關(guān)系分析

云南地區(qū)一直以來就是大震頻發(fā)的地區(qū)。僅在1970年后就發(fā)生了7次7級以上地震，1982年以后的7級以上地震主要有1988年瀾滄7.6級地震和耿 馬7.2 級 地 震，1995年 孟 連7.3 級 地 震 和1996年麗江7.0級地震。

1996年麗江7.0級地震，楚雄－通海斷裂帶的主張應(yīng)變方向與劍川－麗江斷裂帶是一致的，說明2個斷裂帶對于本區(qū)域內(nèi)的大地震的應(yīng)變響應(yīng)有一定的一致性，而1994年和1995年2個斷裂帶都經(jīng)歷了2年主應(yīng)變方向的強烈變化，這可能不是一種巧合，在大地震來臨前，區(qū)域應(yīng)變場會產(chǎn)生變化，而這種變化也許是震前異常的一種顯示。1995年劍川－麗江斷裂帶剪應(yīng)變率達到最高值，1996年主壓應(yīng)變率達到最大值，地震后主壓應(yīng)變率降低，比較符合地震前后的應(yīng)變特征。而且劍川－麗江斷裂帶對2008年汶川地震后的壓應(yīng)力釋放也有所對應(yīng)，2009年主壓應(yīng)變表現(xiàn)為張性，可見汶川地震對壓應(yīng)力有較大的釋放。

另外在劍川－麗江斷裂帶上整體表現(xiàn)為面膨脹狀態(tài)，可以認為1996年麗江7.0級地震對該斷裂帶上的應(yīng)力積累有所釋放。而楚雄－通海斷裂帶整體表現(xiàn)為面收縮狀態(tài)，可以認為是1970年通海7.8級地震之后，該斷裂帶上應(yīng)力的重新積累。

5 討論與結(jié)論

本文在假定云南地區(qū)斷裂帶及其周邊為均勻應(yīng)變場的前提下，利用跨斷層基線資料求解測點所處斷裂帶的應(yīng)變值及主應(yīng)變方向，這樣做在理論上是成立的，但鑒于斷裂帶的范圍較大，很難做到整個斷裂帶為均勻應(yīng)變場，但隨著跨斷層測點的不斷增多，小范圍內(nèi)的應(yīng)變場將更趨于均勻一致，則可以在小范圍內(nèi)進行應(yīng)變分析研究，這樣就可以更真實、更詳盡地求解斷裂及其周邊的應(yīng)變值及主應(yīng)變方向，從而能更好地研究云南地區(qū)各斷裂的運動形態(tài)和應(yīng)力狀況。

通過本次探討性研究，得出如下認識：

（1）經(jīng)過對基線觀測值進行計算分析，得出斷裂在各測點處1982—2009年間每年的走滑分量運動速率，走滑運動速率較大的測點為峨山、通海，而麗江、劍川、下關(guān)、石屏、建水、楚雄、羊街測點走滑運動速率較低。

（2）在假定云南地區(qū)斷裂帶及其周邊為均勻應(yīng)變場的前提下，求解了測點所處斷裂帶1982—2009年間每年的應(yīng)變值及主應(yīng)變方向。在劍川－麗江斷裂帶上整體表現(xiàn)為面膨脹狀態(tài)，而楚雄－通海斷裂帶整體表現(xiàn)為面收縮狀態(tài)，楚雄－通海斷裂帶的應(yīng)變量值高于劍川－麗江斷裂帶。

（3）楚雄－通海斷裂帶和劍川－麗江斷裂帶對于本區(qū)域內(nèi)的大地震的應(yīng)變響應(yīng)有一定的一致性。

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