青藏高原東緣中南部主要活動斷裂滑動速率及其地震矩虧損

李煜航，郝明，季靈運，秦姍蘭

1中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

2中國地震局第二監(jiān)測中心，西安 710054

1 引言

作為青藏高原南東向“擠出逃逸”的重要通道，青藏高原東緣中南部具有大型走滑斷裂廣泛發(fā)育和地震活動強烈而頻繁的特征（Tapponnier etal.，1982；Peltzer etal.，1989；李坪等，1993；徐錫偉等，2003；聞學澤等，2011）.地震的孕育、發(fā)生及地震災害的影響與斷層活動密切相關(guān)，活動斷層分段及其長期滑動速率研究一直是地震研究的前沿，同時也是進行中長期強震危險性研究的重要依據(jù)（丁國瑜等，1993）.

與地質(zhì)的方法相比GPS測量斷層運動有其獨到的優(yōu)勢，它可以提供更高空間分辨率和更加靈活時間尺度的高精度地殼表層形變信息，特別是利用長時間尺度震間期GPS速度場作為約束，結(jié)合地質(zhì)學及地球物理學的研究成果反演提取的斷層活動速率是對運用地質(zhì)方法得到斷裂活動速率的有益補充，國內(nèi)外在此方面已有了較多的研究和進展（Meade etal.，2005，2007；王閻昭等，2008；王輝等，2010；Loveless etal.，2010；Chen etal.，2000；薄萬舉，2013）.

近年來，在青藏高原東緣中南部，已經(jīng)開展了大量的運用GPS測量地殼運動的研究工作（申重陽等，2002；呂江寧等，2003；Shen etal.，2005；Gan etal.，2007）.申重陽等（2002）采用位錯模型反演了多條斷裂的錯動速率.呂江寧等（2003）和Shen等（2005）在研究主要斷裂的滑動速率中顧及了塊體的剛性運動.Meade等（2007）和王輝等（2010）使用三維彈性塊體模型將GPS速度場分解為塊體的剛體運動和同震虧損滑動兩部分，得到了該區(qū)部分主要活動斷裂的長期滑動速率，但由于其研究范圍大而忽略了區(qū)內(nèi)次級塊體和其他一些近年來新發(fā)現(xiàn)的重要活動斷裂（徐錫偉等，2003，2008；Shen etal.，2005；何宏林等，2008），另外上述模型中均未考慮塊體內(nèi)均勻彈性變形對速度場的影響.

本文將在前人研究的基礎(chǔ)上采用三維線性球面彈性塊體模型（Meade etal.，2009）基于活動塊體研究成果（張培震等，2003），結(jié)合活動斷裂的最新研究進展，對青藏高原東緣中南部進行塊體劃分，建立幾何斷層模型；進而使用長時間間隔的震間期GPS觀測結(jié)果，反演青藏高原東緣中南部主要活動斷裂的長期滑動速率和最優(yōu)斷層閉鎖深度.利用反演得到的斷裂長期滑動速率和最優(yōu)斷層閉鎖深度對其地震矩的積累進行估算，使用歷史地震目錄估算其地震矩釋放，為強震中長期危險性研究提供參考.

2 線性球面塊體模型理論

震間期的GPS速度場是板塊運動、永久形變和彈性應變積累的綜合作用在地殼表層的記錄（Loveless etal.，2011）.Savage等（1973）的研究認為，一個理論意義上的地震周期，震間期彈性應變的積累等于同震的釋放，因此在地殼地震斷層的周圍不存在結(jié)余的彈性應變積累.在上述研究的基礎(chǔ)上，近年來Meade等（2005，2009）發(fā)展完善出三維線性球面塊體模型.在該模型中假設(shè)震間期所有的斷層均處于閉鎖狀態(tài)，因此震間期的速度場（VI）可表示為

其中，VB為塊體整體運動速度，VCSD為塊體邊界斷裂由于塊體之間的相對差異運動但卻由于斷層閉鎖而產(chǎn)生的同震虧損滑動速率，Vε·為塊體之間內(nèi)部均勻彈性變形對速度場的貢獻，參數(shù)Ω代表塊體旋轉(zhuǎn)的歐拉矢量，ε·表示塊體內(nèi)部彈性應變張量.

塊體整體運動速度（VB）可表示為

由Okada矩形位錯公式可得：

式中Ss，Sd和St分別為斷層滑動的走滑、傾滑和拉張分量（Okada etal.，1992），GαO為矩形位錯單元的格林函數(shù).

在模型中每一個斷層單元的滑動速率s代表該斷層單元兩側(cè)塊體（p和q）的相對差異運動，即其中矩陣PF將斷層單元兩側(cè)塊體之間速度差（東向和北向）投影為斷層的滑動分量Ss，Sd和St.

塊體之間由于相互作用導致的內(nèi)部均勻彈性變形對速度場的貢獻）：

（5）式中 （φ0，θ0）為定義的參考點，并假設(shè)參考點處塊體的彈性應變?yōu)?，所以Vε·表示為測站經(jīng)緯度坐標 （φ，θ）、相對參考點 （φ0，θ0）及地球半徑R關(guān)于彈性張量ε·的函數(shù)（Meade etal.，2009）.

（1）式中的第二項（VCSD）與斷層在震間期閉鎖而產(chǎn)生應變積累相對應，該速率能夠較好的對應于斷層的長期滑動速率（Savage etal.，1973）.則一個點上震間期的模擬速率值等于塊體旋轉(zhuǎn)速率、來自所有斷裂彈性應變積累的影響和塊體內(nèi)部均勻彈性應變影響的總和.在該模型下，運用GPS資料可同時反演出塊體的剛性旋轉(zhuǎn)、同震虧損滑動速率和塊體內(nèi)彈性變形.

3 青藏高原東緣中南部斷層幾何模型建立

活動塊體是被形成于晚新生代、晚第四紀（10～12萬年）至現(xiàn)今強烈活動的構(gòu)造帶所分割和圍限、具有相對統(tǒng)一運動方式的地質(zhì)單元（張培震等，2003），本文以上述定義作為塊體劃分的原則和依據(jù).在具體的劃分中，以張培震等（2003）給出的中國大陸活動塊體劃分方案為基礎(chǔ)，結(jié)合本文獲取的GPS速度場特征，在前人研究的基礎(chǔ)上著手塊體劃分.

對于分布于瑪尼—玉樹—鮮水河斷裂帶和昆侖—瑪沁斷裂帶之間的巴顏喀拉地塊（張培震等，2003），本文沿用Shen etal.（2005）的劃分方案，以龍日壩斷裂（徐錫偉等，2008）為界將其劃分為阿壩次級塊體和龍門山次級塊體.

在主要由鮮水河—小江斷裂帶、紅河斷裂帶和金沙江斷裂帶所圍限的川滇菱形地塊（闞榮舉等，1977）的劃分中，徐錫偉等（2003）以麗江—小金河斷裂為界，將其劃分為川西北和滇中兩個次級塊體.本文綜合了Shen etal.（2005）GPS的研究結(jié)果和程佳等（2012）利用歷史地震地表破裂和震源機制解的認識，以理塘斷裂為界將川西北次級塊體劃分為雅江次級塊體和香格里拉次級塊體，同時考慮到紅河斷裂帶北段活動性弱的特點，將香格里拉次級塊體的西邊界調(diào)整為德欽—中甸—大具斷裂.滇中次級塊體的劃分，主要沿用了程佳等（2012）的劃分方案，對于其西邊界依據(jù)地球物理探測結(jié)果（張忠杰等，2005；張恩會等，2013），沿用張培震等（2003）和Wang etal.（2011）的劃分方案，以紅河斷裂作為滇中次級塊體的西邊界.此外，將由大涼山斷裂和安寧河—則木河斷裂所圍限的區(qū)域劃分出大涼山次級塊體（魏占玉等，2012；程佳等，2011）.

對于怒江—龍陵—瀾滄斷裂帶和紅河斷裂帶之間的滇南塊體內(nèi)部的劃分方案上（張培震等，2003），以南汀河斷裂為界進一步劃分出保山和景谷2個次級塊體（程佳等，2012）.

通過上述工作本文共劃分出12個塊體：主要包括阿壩次級塊體，龍門山次級塊體，藏東次級塊體，雅江次級塊體，香格里拉次級塊體，滇中次級塊體，保山次級塊體，景谷次級塊體，華南塊體和緬甸塊體.各塊體則被一系列主要的活動斷裂所分割圍限，其主要包括：龍日壩斷裂、龍門山斷裂帶、甘孜—玉樹斷裂帶、鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂、則木河斷裂、大涼山斷裂、小江斷裂帶、理塘斷裂、麗江—小金河斷裂、德欽—中甸—大具斷裂、紅河斷裂帶、金沙江斷裂帶、龍陵—瀾滄斷裂帶、南汀河斷裂、岷江斷裂等.各塊體分布及其主要活動斷裂如圖1所示.

模型中假設(shè)斷層面均為直立，主要基于以下考慮：（1）絕大多數(shù)斷層其深部幾何形態(tài)的不確定度較高；（2）絕大多數(shù)GPS測站均遠離斷層，因此在GPS速度場的估值對于斷層幾何在深部的差異并不敏感.本文得到的斷層活動速率包括走滑分量和擠壓／拉張分量，直立斷層上的擠壓／拉張分量可以近似非直立斷層面上的逆沖／正斷效應類似的假設(shè)也被很多前人的研究所采用，并取得了很好的應用（Meade etal.，2005，2007；王閻昭等，2008；Loveless etal.，2011；Wang etal.，2011；McCaffrey etal.，2005）.由于斷層面均假設(shè)為直立，故斷層的傾滑運動（擠壓／拉張）分別被水平向匯聚和伸展來表征.

圖1 青藏高原東緣中南部模型的塊體邊界（白線）和主要邊界斷裂（灰線）主要邊界斷裂據(jù)程佳等（2012），附圖表示本文塊體模型總圖，黑線表示塊體邊界.F1東昆侖斷裂；F2龍日壩斷裂；F3玉樹斷裂；F4鮮水河斷裂；F5龍門山斷裂；F6岷江斷裂；F7安寧河斷裂；F8則木河斷裂；F9大涼山斷裂；F10小江斷裂；F11麗江—小金河斷裂；F12程海斷裂；F13紅河斷裂；F14瀾滄—龍陵斷裂；F15南汀河斷裂；F16怒江斷裂；F17德欽—中甸—大具斷裂；F18金沙江斷裂；F19巴塘斷裂；F20理塘斷裂；F21甘孜—理塘斷裂；F22嘉黎—察隅斷裂.Ⅰ阿壩次級塊體；Ⅱ龍門山次級塊體；Ⅲ藏東次級塊體；Ⅳ雅江次級塊體；Ⅴ香格里拉次級塊體；Ⅵ拉薩東次級塊體；Ⅶ大涼山次級塊體；Ⅷ滇中次級塊體；Ⅸ保山次級塊體；Ⅹ景谷次級塊體；Ⅺ緬甸地塊；Ⅻ華南地塊.Fig.1 Block boundaries（white lines）of the block model in mid and south part of the Eastern margin of Tibet plateau and gray lines are the main boundary faults.Main boundary fault is originated from previous study（Cheng etal.，2012）.Inset shows blocks boundaries（black lines）of the overall block model.

4 GPS數(shù)據(jù)

本文使用的GPS資料主要來自于“中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)”（簡稱網(wǎng)絡(luò)工程）（牛之俊等，2002），此次研究使用的數(shù)據(jù)是其1999—2007年的觀測結(jié)果，該期資料分別于1999、2002、2004和2007年完成了4次觀測.GPS測站數(shù)據(jù)采樣間隔30s，24h為一時段，采用雙差模式，數(shù)據(jù)處理由GAMIT／GLOBK軟件完成（Herring etal.，2009）.將獲得的每天多個單日解，通過公共的參數(shù)合并，得到一個包含了所有區(qū)域GPS點和全球IGS站的單日松弛解，最后采用QOCA軟件（Dong，1998），通過所有單日松弛解估算出測站的位置和速度.具體處理方法參見文獻（王敏，2009）.剔除各塊體速度場中非構(gòu)造作用導致的運動方向及量值與周圍測站差異較大的少數(shù)GPS測站后，得到用于本文模擬計算的GPS速度場如圖2所示，該GPS數(shù)據(jù)集是包含301個GPS測站的速度場，其東西方向分量平均誤差和南北方向分量平均誤差分別為1.36mm·a-1和1.35mm·a-1.

圖2 研究區(qū)GPS速度場（相對于歐亞板塊，誤差橢圓代表70%的置信區(qū)間）Fig.2 GPS velocity field of research area in respect to Eurasia frame（Error ellipses represent the 70%confidence level）

5 模擬結(jié)果

由于斷層的閉鎖會在斷裂周圍產(chǎn)生明顯彈性形變梯度，且斷層閉鎖深度越大這種影響就會越大.斷層的閉鎖深度可以通過本模型擬合GPS數(shù)據(jù)的方法得到限定.圖3表示研究區(qū)GPS數(shù)據(jù)擬合程度與主要斷層閉鎖深度的變化.

主要斷裂的最優(yōu)閉鎖深度采用卡方檢驗獲得，對應于RMSχ2最小.

圖3 青藏高原東緣中南部斷層最優(yōu)閉鎖深度（a）研究區(qū)平均值；（b）龍門山斷裂；（c）鮮水河斷裂；（d）小江斷裂.Fig.3 Optimal fault locking depth for mid and south part of the Eastern margin of Tibet plateau（a）Average value of faults；（b）Longmenshan fault；（c）Xianshuihe fault；（d）Xiaojiang fault.

其中，γ為模擬GPS速度場殘差向量，C為GPS數(shù)據(jù)的協(xié)方差陣.

據(jù)此首先確定研究區(qū)主要活動斷裂閉鎖深度的均值，作為模型最初閉鎖深度約束，最優(yōu)值為21km，見圖3a；進而確定了一些主干斷裂的最優(yōu)閉鎖深度，見圖3（b—d）.本文通過GPS數(shù)據(jù)確定的斷層閉鎖深度與利用震源深度來約束閉鎖深度的研究結(jié)果基本一致（張國民等，2002；朱艾瀾等，2005；Yang etal.，2005）.

采用上述方法確定斷層閉鎖深度后，模擬計算得到青藏高原東緣中南部對應GPS測站的速度場.如圖4，如圖5a所示，模擬的GPS速度與觀測速度非常吻合.另外圖5b顯示，70.6%的GPS測站擬合殘差小于1mm·a-1.大的擬合殘差分布于測站稀疏的阿壩、藏東和拉薩東次級塊體，這些地區(qū)其觀測誤差本身相對較大.

圖4 塊體模型模擬GPS速度場Fig.4 Modeled GPS velocities by blocks model

圖5 殘差速度場（GPS觀測值與模擬值的殘差）與殘差分布（a）殘差速度場；（b）殘差分布.Fig.5 Residual velocities（the difference between the predicted and the GPS site velocities）The inset shows the distribution of residual velocities.

圖6 青藏高原東緣中南部模擬的主要斷裂活動速率（a）藍色代表左旋走滑，紅色代表右旋走滑；（b）藍色代表拉張速率，紅色代表擠壓速率（其中線寬正比于活動速率，比例尺見圖注）Fig.6 Predicted fault slip rates along major active faults（a）Blue color represents sinistral slip，red color respects dextral slip.（b）Blue color represents extensional slip，red color respects converged slip.Thickness of lines is proportional to the rates（scales are shown in the legend）.

基于最優(yōu)模型反演得到了青藏高原東緣中南部主要活動斷裂的活動速率，如圖6，表1所示，甘孜—玉樹斷裂、鮮水河斷裂和小江斷裂共同組成了青藏高原東緣現(xiàn)今高速活動的左旋走滑帶，活躍的右旋走滑斷裂主要分布于川滇菱形地塊西邊界及其西側(cè).下文將對研究區(qū)主要活動斷裂的反演結(jié)果簡要分析.

5.1 鮮水河—小江斷裂帶

甘孜—玉樹、鮮水河、安寧河、則木河、大涼山和小江斷裂共同構(gòu)成了青藏高原東緣活動性最強的一條左旋走滑弧形斷裂帶.

甘孜—玉樹斷裂帶是分隔巴顏喀拉塊體和羌塘塊體的邊界斷裂，反演得到其左旋走滑速率為13.3±1.3mm·a-1，北西段擠壓速率0.6±1.2mm·a-1，南東段自西向東拉張速率逐漸增大.與聞學澤等（2003）得到的12±2mm·a-1和徐錫偉等（2003）得到的14±3mm·a-1的左旋走滑速率基本吻合，較周榮軍等（1996）張裕明等（1996）得到的7mm·a-1的左旋走滑速率偏高.

本次反演得到鮮水河斷裂各段左旋走滑速率差異不大，爐霍段15.5±2.0mm·a-1，道孚段15.3±2.0mm·a-1，康定段14.8±2.0mm·a-1，康定—石棉段15.6±0.9mm·a-1，其中道孚段與康定段與采用地質(zhì)方法得到的10～15mm·a-1結(jié)果（聞學澤等，2000；周榮軍等，2001）非常吻合.徐錫偉等（2003）研究表明鮮水河斷裂南段隆升速率為3.2mm·a-1，并認為與鮮水河斷裂南西盤運動受阻有關(guān).本文反演顯示鮮水河斷裂康定—石棉段擠壓活動明顯增強，其速率達3.8±1.1mm·a-1，與郝明（2012）利用長期水準資料得到該區(qū)相對于四川盆地4mm·a-1的隆升速率具有可比性.

鮮水河斷裂在石棉以南分為近對稱的東西兩支，東支為大涼山斷裂，西支為安寧河斷裂和則木河斷裂.安寧河斷裂反演結(jié)果為左旋走滑速率6.1±2.3mm·a-1，與冉勇康等（2008）運用識別古地震事件的方法得到同震位移及復發(fā)間隔，從而計算得到5mm·a-1的左旋滑動速率及裴錫瑜等（1998）和徐錫偉等（2003）給出的5.5～8.5mm·a-1和6.1±1mm·a-1的左旋滑動速率非常接近.則木河斷裂左旋走滑速率5.3±2.4mm·a-1的反演結(jié)果與徐錫偉等（2003）給出的6.4±0.6mm·a-1的左旋走滑速率非常吻合.

大涼山斷裂其北段和南段左旋走滑速率分別為7.1±2.1mm·a-1和6.5±1.9mm·a-1，擠壓速率分別為2.1±2.6mm·a-1和1.5±3.3mm·a-1.與地質(zhì)上給出的3～4mm·a-1的左旋走滑速率（魏占玉等，2012）相對偏高.推測可能與該斷裂處于新生階段，小的次級斷裂分擔了斷裂帶部分走滑速率而導致了這種差異.

表1 模擬主要斷裂的滑動速率Table1 Predicted Fault Slip Rates on Major Faults

小江斷裂的反演結(jié)果表明，其左旋走滑速率12.4±0.8mm·a-1，其北段和南段拉張速率分別為1.4±0.4mm·a-1和4.7±1.6mm·a-1，與何宏林等（2002）運用地質(zhì)地貌及年代學得到的13.0～16.5mm·a-1左旋走滑速率吻合較好.

在使用GPS資料研究斷裂滑動速率時，存在數(shù)據(jù)時間間隔長短、模型尺度、及數(shù)學物理模型不相同的情況，可能導致得到的結(jié)果存在差距，所以在比較時盡量基于選擇時間間隔具有可比性的GPS研究結(jié)果.對于鮮水河—小江斷裂帶諸斷裂與前人相應的基于GPS得到的結(jié)果（Meade etal.，2007；王閻昭等，2008；王輝等，2010；Shen etal.，2005）基本一致.

5.2 金沙江—紅河斷裂帶

該斷裂帶作為川滇菱形地塊的西邊界，與鮮水河—小江斷裂近對稱，是研究區(qū)一條重要的右旋弧形斷裂帶.

本次反演得到金沙江斷裂和德欽—中甸—大具斷裂右旋走滑速率分別為10.6±2.2mm·a-1和6.2±2.4mm·a-1，金沙江斷裂擠壓速率1.3±1.9mm·a-1，德欽—中甸—大具斷裂拉張速率為2.4±1.6mm·a-1.地質(zhì)上給出上述兩條斷裂右旋走滑速率分別為6～7mm·a-1和5±1.0mm·a-1，金沙江斷裂的逆傾滑速率為2～3mm·a-1（徐錫偉等，2003；沈軍等，2001）與本文研究結(jié)果基本吻合.

前人研究認為程海斷裂和南汀河斷裂的左旋走滑運動具有連續(xù)性（Socquet etal.，2005）.本次反演結(jié)果顯示，程海斷裂和南汀河斷裂左旋走滑速率分別為6.1±1.4mm·a-1和4.7±2.1mm·a-1，拉張速率分別為2.9±1.1mm·a-1和1.3±1.3mm·a-1.其中在南汀河斷裂，相對徐錫偉等（2003）得到2.7mm·a-1的左旋走滑速率，本文的結(jié)果略高.

紅河斷裂是川滇菱形地塊的西南部邊界斷裂，虢順民等（1996）對紅河斷裂進行的分段研究表明，該斷裂北段（洱源—彌渡）全新世晚期以來的右旋滑動速率1.5mm·a-1，中段和南段分別為3.6mm·a-1和3.7mm·a-1.北段斷陷活動強，垂直滑動速率0.9mm·a-1，中段和南段則非常微弱.本次反演計算中將紅河斷裂分為三段，其中北段相對于文獻（虢順民等，1996）中的北段（洱源—彌渡），結(jié)果顯示該斷裂北段右旋走滑速率很小而伸展速率達到7.2±1.1mm·a-1，中段和南段右旋走滑速率明顯增強，分別為4.8±1.6mm·a-1和3.7±1.8mm·a-1，與上述研究結(jié)果相吻合.本次反演結(jié)果與Shen等（2005）和王閻昭等（2008）的結(jié)果基本吻合.

5.3 怒江—龍陵—瀾滄斷裂帶

怒江—龍陵—瀾滄斷裂帶是青藏高原東南緣一條弧形展布的斷裂帶.從GPS測站的分布可見（圖2），在怒江斷裂的西側(cè)并未有GPS測站，所以反演得到的怒江斷裂的結(jié)果并不可靠，在本文中將不做討論.反演得到龍陵—瀾滄斷裂右旋走滑速率7.2±1.3mm·a-1，擠壓速率3.9±1.4mm·a-1.與地質(zhì)研究（徐錫偉等，2003；虢順民等，2000）給出5.3±1.1mm·a-1的右旋走滑速率大致吻合，與Shen etal.（2005）基于GPS數(shù)據(jù)得到的6mm·a-1的結(jié)果基本一致.

5.4 川滇菱形塊體內(nèi)部斷裂

麗江—小金河斷裂是川滇菱形地塊內(nèi)部一條全新世以來持續(xù)活動的次級邊界斷裂（向宏發(fā)等，2002）.本文反演得到該斷裂左旋走滑速率，南西段與北東段分別為1.5±2.9mm·a-1，0.8±1.5mm·a-1，擠壓速率上述兩段分別為3.8±0.9mm·a-1，2.2±1.8mm·a-1.徐錫偉等（2003）利用錯斷的沖溝結(jié)合C14測年及斷層陡坎給出3.8±0.7mm·a-1左旋走滑速率和0.64±0.14mm·a-1的逆沖傾滑速率.向宏發(fā)等（2002）利用錯斷階地地貌及同沉積層的年代學測試得到3.7～3.8mm·a-1左旋滑動速率和1.0～1.5mm·a-1逆沖傾滑速率.與前人GPS的研究結(jié)果（鄧起東等，2010）基本一致.

Shen等（2005）和程佳等（2012）的研究表明理塘斷裂具有邊界斷裂的性質(zhì)，本文采用了這一劃分方案.反演結(jié)果表明該斷裂右旋走滑速率2.4±2.2mm·a-1，拉張速率3.6±1.5mm·a-1，比徐錫偉等（2005）得到的4±1mm·a-1的右旋走滑速率略低.

5.5 龍門山斷裂與龍日壩斷裂

龍門山斷裂右旋走滑速率南西段和北東段分別為1.2±1.0mm·a-1和1.3±1.0mm·a-1擠壓速率分別為1.7±1.0mm·a-1和1.6±0.8mm·a-1，與地質(zhì)給出的長期滑動速率有較好的可比性（馬保起等，2005；周榮軍等，2006）.龍日壩斷裂的反演結(jié)果顯示其右旋走滑速率6.1±1.1mm·a-1南西段拉張速率2.4±1.2mm·a-1，北東段擠壓速率2.6±1.2mm·a-1，其中右旋走滑速率和北東段的擠壓速率與徐錫偉等（2008），得到的5.3±2.0mm·a-1和0.7mm·a-1基本一致.值得注意的是在運用GPS數(shù)據(jù)反演研究龍門山斷裂滑動速率時，顧及龍日壩斷裂與否對結(jié)果影響較大，本次反演得到的斷層滑動速率與鄧起東等（2010）和Wang etal.（2009）的模擬結(jié)果基本一致，而明顯小于Wang etal.（2011）和趙靜等（2012）給出的結(jié)果.

6 地震矩平衡

震間期彈性應變的積累與同震釋放之間的平衡關(guān)系反映了地震斷層及其強震的盈余或虧損的程度，對于上述地震矩平衡的研究能夠幫助人們認識地震斷層的中—長期危險性（Meade etal.，2005；Wang etal.，2009，2011）.

Wang等（2009）使用上述方法對巴顏喀拉塊體周緣主要活動斷裂的中長期危險性進行了研究.本文將研究重點放在川滇菱形塊體及其周緣，利用反演得到的主要斷裂滑動速率和閉鎖深度計算彈性應變積累率，結(jié)合研究區(qū)強震記錄估算主要斷裂的地震矩釋放，進而估算斷裂的地震矩虧損（還未釋放的地震矩）.

6.1 地震矩積累

6.2 地震矩釋放

一次地震釋放的地震矩（MO）可以由其矩震級（MW）估算得到：

因為矩震級（MW）和面波震級（MS）之間差距很小（劉瑞豐等，2006），所以可近似的將所有地震目錄中的震級都當作MW來估算地震矩的釋放（Wang etal.，2009，2011）.

使用（7）式估算出研究區(qū)自公元1500年以來，強震釋放的地震矩為4.91×1021，低于這一時期地震矩積累6.72×1021，其差異（地震矩虧損）為1.81×1021，等同于一次MW8.1級地震釋放的地震矩，顯示了研究區(qū)的強地震活動性背景，研究區(qū)主要邊界斷裂地震矩釋放與其地震矩積累將在下文討論.

6.3 地震矩虧損

強震目錄的完整和可靠性是估算斷層（段）上地震矩釋放，進而估算其地震矩虧損的基礎(chǔ)（Wang etal.，2011）.本次研究從相關(guān)參考文獻中（徐錫偉等，2005；國家地震局震害防御司，1995，1999；M7專項工作組，2012；Wen etal.，2008；俞維賢等，2005），共收集到與本文劃分出的斷層（段）相關(guān)的可靠性較高的強震記錄66個，詳見表3.其中鮮水河—安寧河—則木河—小江斷裂帶的強震目錄及其與相關(guān)斷層（段）的關(guān)系參考聞學澤等（2000）和Wen etal.（2008）的研究結(jié)果.滇西地區(qū)包括金沙江斷裂、德欽—中甸—大具斷裂、紅河斷裂、龍陵—瀾滄斷裂、南汀河斷裂的強震目錄及其與相關(guān)斷層（段）的關(guān)系，主要據(jù)文獻（國家地震局震害防御司，1995，1999；M7專項工作組，2012）的結(jié)果給出.程海斷裂和麗江—小金河斷裂則據(jù)文獻（國家地震局震害防御司，1995，1999；徐錫偉等，2003；俞維賢等，2005），給出與其分別相關(guān)的強震事件目錄.此外，據(jù)徐錫偉等（2005）的研究結(jié)果，補充了理塘斷裂的強震目錄.

表2 主要斷裂的滑動速率和地震矩平衡Table 2 Slip Rates and Moment Balance on Major Faults

依據(jù)上述強震目錄，本次估算得到了相關(guān)斷層（段）的地震矩釋放，與計算得到的地震矩積累進行比較，獲取了相應斷層（段）的地震矩虧損（地震矩積累大于地震矩釋放），詳見表2.其中鮮水河斷裂康定段（0.64×1020N·m）、小江斷裂南段（1.93×1020N·m）、金沙江斷裂（1.90×1020N·m）、德欽—中甸—大具斷裂（0.85×1020N·m）、紅河斷裂北段（2.02×1020N·m）和南汀河斷裂（0.31×1020N·m）地震矩虧損明顯.紅河斷裂中—南段長期缺少強震及大地震，但Allen etal.（1984）發(fā)現(xiàn)該斷裂具有全新世活動的證據(jù)，本次研究顯示其中段具有較大的地震矩積累率（9.28×1017N·m·a-1），初步推測紅河斷裂中—南段很可能地震矩虧損較大.

表3 青藏高原東緣中南部強震記錄（M≥6.0）Table 3 Earthquakes of M≥6.0in mid and south part of the Eastern margin of Tibet plateau

7 討論

7.1 線性球面塊體模型

線性球面塊體模型與以往的彈性塊體模型相比（李延興等，2003，2007），顧及了邊界斷裂的同震虧損滑動，與Wang etal.（2011）使用的模型比較，又考慮到了塊體內(nèi)部均勻彈性應變的影響，因此該模型的物理含義更加明確和完備，式（1）所示.

運用該模型使用震間期盡可能長時間間隔的GPS資料進行反演計算得到的震間期同震虧損滑動速率在物理含義與斷層長期滑動速率更加一致.本文使用1999—2007年的GPS資料并未受到強震活動的影響，因此用它研究青藏高原東緣中南部主要斷裂的構(gòu)造活動就更為有效.

斷層的幾何模型，即不同的塊體劃分方案會對結(jié)果產(chǎn)生明顯的影響，本文使用的模型是在前人研究的基礎(chǔ)上通過不斷試算和改進后被固定下來的，前文已經(jīng)敘及.塊體模型的劃分首先要基于活動斷裂的研究，Wang etal.（2009）和趙靜等（2012）在顧忌龍日壩斷裂存在與否的模型前提下，得到的龍門山斷裂滑動速率存在明顯差異即前者得到的速率明顯小于后者，本文在顧忌龍日壩斷裂的情況下得到的結(jié)果與Wang etal.（2009）基本相同.徐錫偉等（2008）的研究確定了龍日壩斷裂的存在，并闡述了該斷裂對巴顏喀拉塊體東向流動的吸收作用，使得沿龍門山斷裂地質(zhì)研究和GPS觀測均未發(fā)現(xiàn)有較大的滑動速率.張培震等（2012）研究表明相對于四川盆地，川西高原龍日壩斷裂以東現(xiàn)今垂直隆升速率達2mm·a-1，而映秀—北川斷裂兩側(cè)近百公里范圍內(nèi)處于閉鎖狀態(tài)垂直隆升速率較小，這一研究揭示龍門山斷裂現(xiàn)今除具有右旋走滑以外還具有明顯的垂向運動（逆沖斷層作用）且這種垂向運動的動力可能與下地殼流動并受四川盆地阻擋有關(guān)（Clark etal.，2000；蔣鋒云等，2011），而并非簡單的地殼水平推擠縮短.當斷裂以逆沖或正斷作用為主時必須考慮垂向速率約束.

7.2 制約地震矩平衡模型的因素

利用大的地震矩虧損進行強震中—長期危險性研究，需要特別注意對現(xiàn)有地震目錄的認識和地震復發(fā)間隔的理解.Stein etal.（2012）針對上述問題進行過詳細的討論，迄今掌握的地震目錄是否完整和地震復發(fā)間隔是否存在變化都會對結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，因為在地震矩虧損模型中一個盡可能長的完整的且能包含多個地震周期的地震目錄才能夠更準確的提供地震矩的釋放，所以在運用上述地震矩虧損的結(jié)果進行強震中長期危險性研究中，還要綜合考慮不同斷裂的復發(fā)習性和地震目錄的完整性.表2所示，紅河斷裂中—南段歷史上并未有強震記錄，未能估計出其地震矩虧損，大涼山斷裂、甘孜—理塘斷裂、巴塘—理塘斷裂和巴塘斷裂由于人煙稀少可能存在歷史上強震未被記錄的可能，上述情況都會對結(jié)果造成很大影響.

7.3 地震矩虧損與地殼深部結(jié)構(gòu)

地震矩虧損對應于地震矩積累明顯而地震矩釋放小的斷層或斷層段.由于研究區(qū)多數(shù)地震發(fā)生在地殼內(nèi)（吳建平等，2004），因此探討地震矩虧損明顯的斷層（段）與地殼結(jié)構(gòu)的關(guān)系，將有助于理解造成地震矩虧損的本質(zhì)原因.

前人在青藏高原東緣中南部開展了大量的地球物理研究工作，為地震構(gòu)造及孕震機制研究提供了重要資料.天然源地震層析成像（Huang etal.，2002；Wang etal.，2003；胥頤等，2013）和接收函數(shù)（胡家富等，2003；王椿鏞等，2008；李永華等，2009）的研究結(jié)果從區(qū)域尺度揭示了該區(qū)地殼深部結(jié)構(gòu)的總體特征，即四川盆地中下地殼為明顯的地震波速的高速異常，不存在中下地殼殼內(nèi)低速層.川西高原及云南地區(qū)中下地殼低速層（體）發(fā)育，且Moho界面埋深具有南淺北深的特征.而人工地震測深則在上述基礎(chǔ)上揭示了更加精細的地殼結(jié)構(gòu)及斷裂深部特征.王椿鏞等（2003a，2003b）在川西藏東地區(qū)開展的兩條深地震測深剖面顯示，其中、下地殼及上地幔頂部存在低速異常，鮮水河斷裂為超殼斷裂與下地殼貫通，金沙江斷裂和甘孜—理塘斷裂深至中地殼低速體中，而其東側(cè)的四川盆地地殼范圍內(nèi)不發(fā)育低速層.白志明等（2004）對云南地區(qū)遮放—賓川和孟連—馬龍寬角地震剖面的已有資料重新處理后發(fā)現(xiàn)，怒江斷裂為超殼斷裂，其對應的下地殼存在低速體.紅河斷裂、小江斷裂均為切穿地殼的深大斷裂.張恩會等（2013）的深地震測深結(jié)果則顯示紅河斷裂兩側(cè)上地殼速度差異明顯，同時滇西地塊和川滇地塊下地殼具有明顯的低速異常.

對比上述地殼深部探測結(jié)果，本文得到的地震矩虧損明顯的斷層（段）所在的斷裂帶均具有深大斷裂的特征，且往往與殼內(nèi)特別是中下地殼低速體貫通（如鮮水河斷裂、金沙江斷裂和怒江斷裂），或者斷裂界面本身就是一個明顯的速度分界面（如紅河斷裂和小江斷裂）.正如前人指出，該地區(qū)大多數(shù)強烈地震位于正異常區(qū)或正負異常的過渡帶上，震源部位具有正速度異常，而其下方是負速度異常分布.負速度異常有利于應力在其上部的脆性地殼內(nèi)集中（蘇有錦等，1999；王椿鏞等，2002；白志明等，2003）.因此，上述地殼結(jié)構(gòu)特征及深層過程可能是造成在上述斷裂某些部位出現(xiàn)地震矩虧損現(xiàn)象的本質(zhì)原因.

8 結(jié)論

本文基于線性球面塊體模型，利用1999—2007年GPS資料反演得到了青藏高原東緣中南部主要活動斷裂的長期滑動速率.結(jié)果顯示青藏高原東緣弧形斷裂帶（甘孜—玉樹斷裂、鮮水河斷裂、安寧河斷裂、則木河斷裂、大涼山斷裂和小江斷裂）是一條明顯的高速滑動的左旋斷裂帶，具有較大的左旋走滑速率（5.3±2.4mm·a-1～15.6±0.9mm·a-1）.反演得到了主要斷裂不同斷層段的滑動速率，其中鮮水河斷裂康定—石棉段兼具有明顯左旋走滑和擠壓活動特征，其速率分別為（15.6±0.9）mm·a-1和（3.8±1.1）mm·a-1.該弧形斷裂帶以西并未成帶出現(xiàn)的高速滑動斷裂帶，巴塘斷裂、金沙江斷裂和德欽—中甸—大具斷裂右旋走滑速率較大分別為（10.8±2.3）mm·a-1，（10.6±2.2）mm·a-1和（6.2±2.4）mm·a-1.

利用反演得到的斷裂滑動速率及最優(yōu)斷層閉鎖深度，結(jié)合可靠的歷史強震目錄分別估算了主要斷裂的地震矩積累和釋放.在比較兩者之間平衡關(guān)系的基礎(chǔ)上得到了青藏高原東緣中南部地震矩虧損明顯的斷層（段）.鮮水河斷裂康定段、小江斷裂南段、金沙江斷裂、德欽—中甸—大具斷裂、紅河斷裂和南汀河斷裂地震矩虧損明顯，上述結(jié)果可以作為強震中長期危險性研究的參考.

致謝 感謝哈佛大學Meade博士提供線性球面塊體模型的計算程序，以及在試驗過程中給予的無私幫助和指導.感謝王敏研究員提供的GPS數(shù)據(jù).感謝匿名審稿專家給予本文的寶貴意見及建議！作圖均使用GMT軟件，在此一并感謝！

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