GPS結(jié)果揭示的龍門山斷裂帶現(xiàn)今形變與受力——與川滇地區(qū)其他斷裂帶的對(duì)比研究

劉峽，孫東穎，馬瑾，呂健，李愛(ài)榮，梁福遜，占偉

1中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心，天津 300180

2中國(guó)地震局地質(zhì)研究所地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

1 引言

繼2008年5月12日汶川MS8.0級(jí)地震后，時(shí)隔不到5年，2013年4月20日四川蘆山縣發(fā)生MS7.0級(jí)地震.兩次強(qiáng)震相距約90km，以逆沖破裂為主，分別發(fā)生于龍門山斷裂帶中北段和南段，是主余型還是孤立型學(xué)界尚有爭(zhēng)論，若為孤立型地震則重復(fù)地震周期與現(xiàn)有研究相差較大（張培震等，2008；柳暢等，2012）.這促使我們重新認(rèn)識(shí)龍門山斷裂帶現(xiàn)今運(yùn)動(dòng)、受力狀態(tài)及應(yīng)力積累.在高原物質(zhì)側(cè)向擠出與華南地塊阻擋作用的大背景下，川滇及周邊形成巴顏喀拉、滇東、菱形塊體等被斷層切割、圍限的地塊體系（駱佳驥等，2012），不同地塊既區(qū)別又協(xié)調(diào)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)共同構(gòu)成區(qū)內(nèi)主要斷裂帶與地震活動(dòng)帶——構(gòu)造塊體邊界帶——運(yùn)動(dòng)與變形的動(dòng)力源.研究對(duì)比各斷裂帶運(yùn)動(dòng)、受力和應(yīng)力積累及地震活動(dòng)特征則有助于這一問(wèn)題的認(rèn)識(shí).考慮到斷裂帶空間展布復(fù)雜多變，建立較為客觀的模型和模擬計(jì)算是較好途徑，而川滇地區(qū)近30年多期GPS結(jié)果為實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬提供了很好的約束條件.

本文構(gòu)建川滇地區(qū)二維有限元接觸模型，利用中國(guó)大陸網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目1999—2007年GPS結(jié)果和“塊體加載”有限元方法（劉峽等，2013），模擬龍門山、鮮水河、小江、紅河等川滇地區(qū)主要斷裂帶形變運(yùn)動(dòng).對(duì)比、分析其變形特征、應(yīng)力狀態(tài)及與區(qū)域強(qiáng)震的關(guān)系，研究汶川地震、蘆山地震的力學(xué)背景.

2 川滇地區(qū)GPS數(shù)據(jù)

采用文獻(xiàn)（李延興等，2009）ITRF框架下中國(guó)大陸1999—2007年站速度結(jié)果，通過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，得到區(qū)域無(wú)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)框架下GPS速度場(chǎng)，見圖1.該結(jié)果反映了川滇地區(qū)在汶川、蘆山地震之前較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的水平運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以清晰觀察到斷層兩側(cè)和各構(gòu)造塊體之間的GPS速度變化，方便于下文模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比和殘差分析.

3 川滇地區(qū)二維有限元接觸模型和“塊體加載”模擬計(jì)算

在96°E—109°E、20°N—37°N范圍內(nèi)構(gòu)建川滇地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)二維有限元接觸模型，涵蓋巴顏喀拉塊體東部、滇東塊體、滇西南塊體和川滇菱形塊體.見圖2.納入模型的斷層共43條，包括：龍門山中央、龍門山后山（龍門山中央斷裂帶與后山斷裂帶并為一條）、龍門山前山、岷江、虎牙、馬爾康、文縣、甘孜—玉樹、東昆侖、鮮水河、小江（兩個(gè)分支斷裂合并為一條）、則木河、紅河、小金河、大涼山、理塘—義敦—德巫、南華—楚雄—建水、楚雄—建水—通海、維西—巍山、怒江、馬邊—鹽津、磨盤山—綠汁江、字嘎寺—德欽、鎮(zhèn)遠(yuǎn)—普洱、大扁擔(dān)山—景洪、大盈江、德欽—中緬、新津—德陽(yáng)、龍泉山西緣斷裂帶等.采用ANSYS有限元軟件，斷裂帶由二維接觸單元conta175、targe169組成，其他區(qū)域由面單元plane182組成.采用靜態(tài)彈性接觸分析方法.非接觸單元的楊氏模量和泊松比依據(jù)P波速度給定，分別為7.0×1010Pa、0.25（朱守彪等，2004），四川盆地的楊氏模量高于設(shè)定值0.7～1.0倍（鄭勇等，2006）.斷層接觸面的摩擦系數(shù)統(tǒng)一設(shè)定為0.3（試算結(jié)果顯示在本文約束條件下，在0.3～0.6范圍內(nèi)改變摩擦系數(shù)，應(yīng)力分布變化低于5%，斷層運(yùn)動(dòng)速率變化低于15%，因此在設(shè)定斷層摩擦系數(shù)時(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理）.

圖1 1999—2007年GPS站速度與有限元模擬結(jié)果（a）GPS速度和有限元模擬速度對(duì)比（圖中藍(lán)色框?yàn)橛邢拊Ｐ头秶?；（b）模擬計(jì)算與GPS觀測(cè)結(jié)果的殘差分布.Fig.1 1999—2007GPS speed and the simulated results of FEA（a）The GPS speed and the simulated results（blue frame denotes the FEA model area）；（b）The residual between the simulated results and GPS speed.

圖2 川滇地區(qū)有限元二維接觸模型（a）有限元模型構(gòu)架；（b）有限元模型分網(wǎng).Fig.2 2Dcontact FEA model of Sichuan-Yunnan Region（a）The model region；（b）The mesh of the FEA model.

構(gòu)造塊體的邊界帶一般由大型斷裂帶組成，塊體間的差異運(yùn)動(dòng)是其運(yùn)動(dòng)與變形的主要?jiǎng)恿υ?為模擬邊界帶的斷層運(yùn)動(dòng)，作者提出“塊體加載”有限元數(shù)值模擬方法（劉峽等，2013）.該方法利用多個(gè)GPS結(jié)果提取塊體運(yùn)動(dòng)參數(shù)并在有限元模型上進(jìn)行加載計(jì)算，物理意義明確，能夠避免實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的隨機(jī)變化引起的計(jì)算結(jié)果畸變，確保區(qū)域斷裂帶體系的形變運(yùn)動(dòng)相互協(xié)調(diào)和計(jì)算結(jié)果穩(wěn)健可靠.按照該方法，本文第一步利用文獻(xiàn)（李延興等，2007）中公式（1）和本文GPS數(shù)據(jù)，得到川滇菱形塊體、巴顏喀拉、滇東、滇西南塊體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)與形變參數(shù)見表1（其中形變參數(shù)略）；第二步，根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算得到有限元模型中相應(yīng)塊體區(qū)內(nèi)的單元節(jié)點(diǎn)（位于圖2a陰影區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)）的速度值，形成約束條件；第三步，加載計(jì)算，模擬斷裂帶（位于圖2a空白區(qū)內(nèi)的斷層）形變運(yùn)動(dòng).

圖1a為模擬速度與GPS實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比，紅色箭頭顯示的是模擬結(jié)果，其中大部分位于圖2a中的陰影區(qū)，為加載約束，位于斷裂帶附近的（圖2a的空白區(qū)）是實(shí)算結(jié)果.圖1b為模擬結(jié)果與GPS結(jié)果的殘差分布.總體上看，模擬速度場(chǎng)的整體分布形態(tài)與實(shí)測(cè)GPS結(jié)果保持一致，表明加載計(jì)算客觀反映了研究區(qū)斷層運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)條件.

4 斷層運(yùn)動(dòng)速率的模擬結(jié)果

依據(jù)單元接觸對(duì)的位移可以得到斷層錯(cuò)動(dòng)速率，包括平行于斷層的水平走滑分量（右旋／左旋，右旋為正）和垂直斷層面的水平拉張分量（拉張／擠壓，拉張為正），見表2和圖3.

根據(jù)模擬結(jié)果，龍門山斷裂帶（模型將后山、中央和前山斷裂帶合并為兩條斷層）為右旋、擠壓，右旋合計(jì)不超過(guò)1mm·a-1，擠壓不超過(guò)0.5mm·a-1.右旋量沿?cái)鄬臃植疾痪鶆?，在汶川地震、蘆山地震震源區(qū)附近右旋量很小，呈現(xiàn)一定程度閉鎖，本文認(rèn)為這主要受模型中斷裂帶在空間上蜿蜒展布的影響，有待進(jìn)一步考證.地質(zhì)研究顯示（徐錫偉等，2003）該斷裂帶為右旋逆沖，水平速率約1mm·a-1.杜方等（2009）指出汶川地震前龍門山斷裂帶呈右旋、擠壓但量值很小，均低于1mm·a-1；主要形變彌散于與其西側(cè)巴顏喀拉塊體之間約230km范圍內(nèi)，水平壓縮、右旋剪切和垂直隆升量分別達(dá)到1.3、2.6、2～3mm·a-1.基于GPS數(shù)據(jù)和位錯(cuò)計(jì)算等，喬學(xué)軍等（2004）給出龍門山水平運(yùn)動(dòng)速率約為1.7mm·a-1，王閻昭等（2008）給出呈左旋擠壓運(yùn)動(dòng)，速率分別為-0.5、-1.1mm·a-1.本文結(jié)果與徐錫偉等（2003）；杜方等（2009）是一致的，反映出龍門山斷裂帶在汶川、蘆山地震前較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)保持低變形.

鮮水河、則木河、小江和大涼山斷裂帶共同構(gòu)成菱形塊體東邊界，本文結(jié)果顯示鮮水河、則木河、小江斷裂帶為左旋、拉張，大涼山斷裂帶為左旋擠壓，后者速率明顯低于前三條斷裂帶.前三條以鮮水河斷裂帶左旋量最大，向南漸小，變化比較均勻，變化范圍是-5.25～-8.09mm·a-1，但拉張很不均勻，最大拉張4.64mm·a-1，這應(yīng)是塊體相對(duì)運(yùn)動(dòng)與塊體邊界特有的幾何形狀共同作用的結(jié)果.大涼山斷裂帶左旋速率約-2.31mm·a-1，擠壓速率約-0.01mm·a-1.地質(zhì)研究顯示（徐錫偉等，2003）鮮水河、則木河、小江斷裂帶均為左旋和正斷活動(dòng)，左旋速率依次為14±2、6.4±0.6、10±2mm·a-1，鮮水河?xùn)|南段正斷速率3.2±0.7mm·a-1.大涼山為左旋逆沖，左旋速率3.3±0.7mm·a-1.模擬結(jié)果給出的斷層活動(dòng)性質(zhì)與地質(zhì)結(jié)果一致，但鮮水河、小江斷裂帶走滑速率偏低，以鮮水河斷裂帶最顯著.實(shí)際上從現(xiàn)有GPS、地震矩計(jì)算結(jié)果看本文給出的速率也相對(duì)較低：文獻(xiàn)中（Shen Z K etal.2005；王閻昭等，2008；喬學(xué)軍等，2004；申重陽(yáng)等，2002）鮮水河走滑速率分別為8～10、8.9～17.1、約10.4、約30mm·a-1，地震矩反演結(jié)果（孫建中等，1994）為10.9mm·a-1.本文分析原因有二，其一，在塊體加載計(jì)算中，沒(méi)有考慮菱形塊體內(nèi)部川北、滇中兩個(gè)次級(jí)塊體，而這兩塊體的差異運(yùn)動(dòng)對(duì)鮮水河、則木河、小江斷裂帶的速度估值是有影響的；其二，基于GPS數(shù)據(jù)的位錯(cuò)反演僅考慮斷層運(yùn)動(dòng)對(duì)速度場(chǎng)的影響，而本文的塊體加載則兼顧了塊體本身的變形，因此本文的斷層錯(cuò)動(dòng)量勢(shì)必偏低.

表1 川滇地區(qū)主要構(gòu)造塊體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)Table 1 The movement parameters of the main blocks in Sichuan-Yunnan Region

表2 川滇地區(qū)主要斷裂帶運(yùn)動(dòng)速率模擬結(jié)果及與地質(zhì)數(shù)據(jù)比較Table 2 The simulated movement speed of the main faults in Sichuan-Yunnan Region compared with geologic data

圖3 川滇地殼主要斷裂帶運(yùn)動(dòng)速率模擬結(jié)果（a） 走滑分量（右旋／左旋）；（b）拉張分量（拉張／擠壓）.Fig.3 The simulated movement speed of the main faults in Sichuan-Yunnan Region（a）Slip component（right-lateral／left-lateral）；（b）Tension component（tensile／compressive）.

模擬計(jì)算給出紅河斷裂帶為右旋、拉張，部分區(qū)段略呈擠壓，運(yùn)動(dòng)速率不均勻，南、北段高于中段，右旋、拉張速率變化范圍0.62～3.93mm·a-1、0～1.61mm·a-1.與紅河斷裂帶相比，西側(cè)、北側(cè)的維西—巍山、南華—楚雄—建水?dāng)嗔褞н\(yùn)動(dòng)速率更高，顯示其現(xiàn)今活動(dòng)更突出.上述結(jié)果與地質(zhì)結(jié)果比較接近（徐錫偉等，2003），但值得注意的是，地質(zhì)研究給出南華—楚雄—建水?dāng)嗔褞槟鏇_，而本文為拉張，基于GPS數(shù)據(jù)的位錯(cuò)反演（王閻昭等，2008）也給出拉張變形約0.9mm·a-1.因此，該斷裂帶現(xiàn)今運(yùn)動(dòng)性質(zhì)可能與歷史情形相反.

5 應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果

應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果既包含塊體內(nèi)部（即加載區(qū)）應(yīng)力分布也包含斷層兩側(cè)應(yīng)力分布.模擬采用的是速度值加載，得到的應(yīng)力結(jié)果是以年為單位的應(yīng)力增量（張應(yīng)力為正）.結(jié)果顯示，研究區(qū)主壓應(yīng)力方向自北而南由NEE轉(zhuǎn)為NS、呈扇形分布，與現(xiàn)有研究（崔效鋒，2006）一致.與連續(xù)變形的塊體區(qū)相比，斷層沿線的應(yīng)力大小、方向變化突出.圖4為斷層兩側(cè)應(yīng)力分布以及整個(gè)區(qū)域第一、第二主應(yīng)力和最大剪應(yīng)力等值線分布.

有三種方法測(cè)土配方施肥增加產(chǎn)量：第一調(diào)肥增產(chǎn)，在不增加化肥的投入前提下，調(diào)整氮磷鉀和微量元素的比例，改正偏施，提高產(chǎn)量；第二減肥增產(chǎn)，減少肥料的用量，杜絕盲目施肥、過(guò)度施肥、只憑多施肥求高產(chǎn)的做法，還能保證產(chǎn)量、甚至達(dá)到增產(chǎn)；第三增肥增產(chǎn)，有多就有少，對(duì)與施肥量過(guò)少或者只用一種肥料的，農(nóng)作物產(chǎn)量不能達(dá)到最大利潤(rùn)施肥點(diǎn)，適當(dāng)提高用肥量或者搭配施某一養(yǎng)分元素肥料，可實(shí)現(xiàn)大幅度增加作物產(chǎn)量。[1]

根據(jù)圖4a，龍門山斷裂帶主壓應(yīng)力大于主張應(yīng)力，主壓方向與斷層走向近于垂直，形成一條很寬的擠壓帶；鮮水河、則木河、大涼山斷裂帶主壓應(yīng)力大于主張應(yīng)力，主壓方向EW-NWW，與斷層呈40°～45°交角；小江斷裂帶北、中段擠壓應(yīng)力較大，南段拉張更突出，主壓方向NW-NNW；維希—巍山、南華—楚雄—建水?dāng)嗔褞б岳瓘垶橹?，主張方向與斷裂帶接近垂直；紅河斷裂帶北段拉張稍強(qiáng)、中南段擠壓稍強(qiáng)，但量值均小.鐘繼茂等（2006）給出的川滇地區(qū)中強(qiáng)震震源機(jī)制解的P軸分布與本文上述結(jié)果基本一致.為分析斷層面受力，將斷層兩側(cè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力張量提取出來(lái)，剔除局部極大、極小點(diǎn)（這些極值點(diǎn)是斷層折拐或斷層銜接處的應(yīng)力集中引起的，占總數(shù)據(jù)量的7%以下），取平均值投影至斷層面上，得到斷層面正應(yīng)力、剪切應(yīng)力見表3.根據(jù)表3，龍門山斷裂帶正壓應(yīng)力最大，為-333.74Pa，切向應(yīng)力為0；南華—楚雄—建水的正張應(yīng)力最大，為340.33 Pa，切向應(yīng)力僅-0.40Pa；鮮水河的切向應(yīng)力最大，為-251.79Pa，其次是小江，為-197.84Pa.盡管鮮水河斷裂帶兩側(cè)主壓應(yīng)力均值達(dá)到-455.03Pa，但由于應(yīng)力方向與斷層相交，致使斷層面正壓應(yīng)力僅-155.23Pa，不到龍門山斷裂帶的二分之一.

圖4 川滇地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果（a）沿?cái)嗔褞?yīng)力分布；（b）區(qū)域主張應(yīng)力等值線分布；（c）區(qū)域主壓應(yīng)力等值線分布；（d）區(qū)域最大剪切應(yīng)力等值線分布.Fig.4 The simulated stress distribution in Sichuan-Yunnan Region（a）The stress along the main faults（red narrows denote the principal tensile stress，black narrows denote the principal compressive stress）；（b）The contour map of the principal tensile stress；（c）The contour map of the principal compressive stress；（d）The contour map of the maximum shear stress.

圖4 （b、c、d）顯示，研究區(qū)應(yīng)力場(chǎng)呈非均勻分布，巴顏喀拉塊體擠壓、拉張均較高，其中龍門山斷裂帶附近擠壓更為突出，其最大主張應(yīng)力亦為負(fù)值；菱形塊體東北部與西南部明顯不同，分別呈現(xiàn)強(qiáng)烈擠壓、強(qiáng)烈拉張；滇西南塊體擠壓和拉張量持平；四川盆地應(yīng)力量值很小，說(shuō)明該區(qū)域以剛性運(yùn)動(dòng)為主，變形很小.在塊體銜接區(qū)，即龍門山、鮮水河、紅河等斷裂帶附近區(qū)域，應(yīng)力變化劇烈，等值線沿?cái)鄬用芗植?，形成梯度帶，這一特征在圖4d中最為突出.在斷層拐折區(qū)與交匯區(qū)出現(xiàn)局部應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力值高于周邊5～10倍，如小江斷裂帶中南部、玉樹與鮮水河斷裂帶交匯區(qū)、小江與紅河斷裂帶交匯區(qū)等.

表3 川滇地區(qū)斷裂帶應(yīng)力分布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（張應(yīng)力為正）Table 3 The pressure on the surfaces of the main faults in Sichuan-Yunnan Region（tensile pressure is positive）

6 討論

本文結(jié)果顯示，以鮮水河、龍門山、小江、紅河等斷裂帶為代表的川滇地區(qū)主要斷裂帶現(xiàn)今運(yùn)動(dòng)彼此差異很大.如鮮水河斷裂帶為左旋走滑，龍門山斷裂帶為右旋擠壓，兩者速度相差約10倍；紅河斷裂帶北段、南段的運(yùn)動(dòng)速度高于中段.又如，位于川滇菱形塊體內(nèi)側(cè)的斷層運(yùn)動(dòng)和形變普遍高于外側(cè)斷層，如南華—楚雄—建水?dāng)嗔褞Ц哂诩t河斷裂帶，則木河、小江斷裂帶高于大涼山斷裂帶.這些差異的總體特征符合現(xiàn)有研究結(jié)果.表明斷裂帶運(yùn)動(dòng)受塊體差異運(yùn)動(dòng)所驅(qū)動(dòng)，菱形塊體的運(yùn)動(dòng)與變形較周邊塊體更為突出，導(dǎo)致其內(nèi)側(cè)斷層形變運(yùn)動(dòng)較外側(cè)更顯著，由此形成復(fù)雜而彼此協(xié)調(diào)的斷層運(yùn)動(dòng)體系.本文結(jié)果還顯示，同一條斷裂帶不同區(qū)段的運(yùn)動(dòng)也不盡相同，如龍門山斷裂帶在汶川、蘆山地震震源區(qū)附近的錯(cuò)動(dòng)速率小于其他區(qū)段.表明在該斷層運(yùn)動(dòng)體系之下，單一斷層運(yùn)動(dòng)速率的不均勻性明顯受其空間展布的影響，因此，在判斷能否形成強(qiáng)震孕育區(qū)的過(guò)程中，需要將斷層空間展布變化與動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，考察斷層運(yùn)動(dòng)的不均勻特征和容易產(chǎn)生“運(yùn)動(dòng)虧損”的區(qū)段.

利用GPS數(shù)據(jù)獲取斷層現(xiàn)今運(yùn)動(dòng)速率并結(jié)合歷史地震、地質(zhì)數(shù)據(jù)，可以得到強(qiáng)震復(fù)發(fā)周期等具有重要價(jià)值的信息，然而不同研究給出的結(jié)果差異較大，從本文速率結(jié)果與已有結(jié)果（喬學(xué)軍等，2004；王閻昭等，2008；申重陽(yáng)等，2002）的對(duì)比情況看亦是如此，顯示出方法與模型的依賴性，需謹(jǐn)慎對(duì)待之.本文認(rèn)為，作為高原物質(zhì)側(cè)向擠出通道，川滇地區(qū)地形、地殼厚度變化劇烈，地幔拖曳（朱守彪等，2004）可能造成擠出速度在不同深度上存在差異，導(dǎo)致其內(nèi)部變形強(qiáng)烈、與剛性板塊運(yùn)動(dòng)差異巨大.因此，考察研究區(qū)的運(yùn)動(dòng)與變形，不能僅考慮大型斷裂帶對(duì)區(qū)內(nèi)次一級(jí)塊體的控制作用，塊體本身變形也不應(yīng)忽視.本文在“塊體加載”過(guò)程中，考慮了塊體本身的形變，這是本文結(jié)果與位錯(cuò)反演結(jié)果（喬學(xué)軍等，2004；王閻昭等，2008；申重陽(yáng)等，2002）相比偏低的重要原因，故可將本文結(jié)果視為斷層速率估值的下限.

從本文應(yīng)力結(jié)果反映的塊體受力來(lái)看，以龍門山、小江斷裂帶為界，西側(cè)各塊體應(yīng)力值高于東側(cè)塊體.巴顏喀拉塊體東移在四川盆地的阻擋之下，受到強(qiáng)烈擠壓，在紅河斷裂帶以南，高原物質(zhì)向南流動(dòng)趨快，導(dǎo)致滇西南塊體強(qiáng)烈擠壓與拉張并存.在菱形塊體內(nèi)部，物質(zhì)流動(dòng)由東轉(zhuǎn)南，受華南塊體阻擋和菱形塊體周邊斷裂帶展布的圍限，塊體東北部擠壓較強(qiáng)、西南部拉張較強(qiáng).此外，與斷層速率彼此相差較大迥然不同的是，本文給出的沿?cái)嗔褞У闹鲝埢蛑鲏簯?yīng)力值較為接近，變化范圍基本在200～450Pa范圍內(nèi)（除斷層交匯、拐折等部位），反映了相對(duì)統(tǒng)一的力學(xué)背景.斷層面的應(yīng)力狀態(tài)與沿?cái)鄬影l(fā)生的強(qiáng)震破裂方式基本一致，揭示地震孕育、發(fā)生與塊體之間的相互作用密切相關(guān)，如鮮水河斷裂帶的切向應(yīng)力在全區(qū)最高，且是法向應(yīng)力的1.6倍，其強(qiáng)震主要為走滑型；而龍門山斷裂帶的法向應(yīng)力在全區(qū)最高，但切向應(yīng)力幾乎是零，汶川地震、蘆山地震均以逆沖破裂為主.

根據(jù)模擬結(jié)果，盡管龍門山斷裂帶運(yùn)動(dòng)速率遠(yuǎn)低于其他斷裂帶，僅約1mm·a-1，但斷層面的應(yīng)力與其他斷裂帶相當(dāng)，甚至更高，表明在龍門山斷裂帶貌似平靜的背后，其能量積累速度堪與鮮水河、小江等近期強(qiáng)震活躍帶相匹敵.作為本文結(jié)果的印證，趙煒喆（2008）等利用地震資料發(fā)現(xiàn)1987年以來(lái)龍門山斷裂帶的累積Benioff應(yīng)變與鮮水河、小江等斷裂帶相當(dāng).地震記錄（石紹先等，2003）顯示1900年以來(lái)鮮水河斷裂帶共發(fā)生3次7級(jí)以上地震，根據(jù)表3，在每次強(qiáng)震的間隔期，斷層面的切向、法向應(yīng)力積累平均約為9.45×103Pa、約5.84×103Pa.若設(shè)龍門山斷裂帶的重復(fù)地震周期約3000年，其間的擠壓應(yīng)力積累約106Pa，遠(yuǎn)高于鮮水河斷裂帶的震間積累量，與巖石破裂強(qiáng)度相當(dāng).雖然這樣的對(duì)比僅基于整條斷裂帶的平均量，沒(méi)有考慮斷層沿線的應(yīng)力差異，也未顧及不同破裂類型所需的法向應(yīng)力與切向應(yīng)力的差別，但無(wú)論如何這樣的差異還是驚人的.考慮到上述震間應(yīng)力積累量是基于GPS結(jié)果得出的，并不適于千年時(shí)間尺度，因此最有可能的情況是目前龍門山斷裂帶的應(yīng)力積累速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其千年時(shí)間尺度上的平均值.

研究表明川滇地區(qū)主要斷裂帶強(qiáng)震復(fù)發(fā)趨于隨機(jī)、叢集行為，并不具有良好的周期性（易桂喜等，2002）.結(jié)合上文并考慮到龍門山斷裂帶在汶川地震前的低形變狀態(tài)，本文推測(cè)目前巴顏喀拉塊體東部和龍門山斷裂帶的構(gòu)造擠壓應(yīng)力呈快速增長(zhǎng)，并已有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間積累，導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)力處于高水平，并進(jìn)入地震活躍時(shí)期.在此期間強(qiáng)震呈叢集性發(fā)生，故而有汶川、蘆山地震在很短時(shí)間內(nèi)重復(fù)發(fā)生的現(xiàn)象.

7 結(jié)論

本文基于1999—2007年GPS數(shù)據(jù)和有限元“塊體加載”方法實(shí)現(xiàn)川滇地區(qū)斷層運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬，認(rèn)識(shí)如下：

第一，作為銜接不同地塊的構(gòu)造邊界帶，研究區(qū)主要斷裂帶——龍門山、鮮水河、紅河、小江斷裂帶等——形變運(yùn)動(dòng)及受力特征主要由塊體間的差異運(yùn)動(dòng)所決定，形成復(fù)雜而彼此協(xié)調(diào)的斷層運(yùn)動(dòng)體系.1999—2007年期間，龍門山斷裂帶右旋錯(cuò)動(dòng)不超過(guò)1mm·a-1，擠壓不超過(guò)0.5mm·a-1，但斷層面法向擠壓應(yīng)力積累為-333.74Pa·a-1，顯著高于其他斷裂帶，并且主壓應(yīng)力軸垂直斷裂帶走向，形成一條很寬的擠壓帶.這一低變形和高應(yīng)力增長(zhǎng)現(xiàn)象提示我們，現(xiàn)今龍門山斷裂帶和巴顏喀拉塊體東部的實(shí)際擠壓應(yīng)力可能已處于較高水平，并誘發(fā)強(qiáng)震活躍，此期間強(qiáng)震呈叢集性發(fā)生，出現(xiàn)汶川、蘆山地震接連發(fā)生的現(xiàn)象.

其二，模擬計(jì)算顯示在汶川、蘆山震源區(qū)附近，斷層運(yùn)動(dòng)速率明顯低于其他區(qū)段，盡管有待進(jìn)一步證實(shí)，但提示我們，斷層速率的不均勻性明顯受其空間展布的影響，因此，在判斷能否形成強(qiáng)震孕育區(qū)的過(guò)程中，需要將斷層的空間變化與動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，考察斷層運(yùn)動(dòng)的不均勻特征和容易產(chǎn)生“運(yùn)動(dòng)虧損”的區(qū)段.另外，研究區(qū)地殼變形不僅受大型斷裂帶所控制，塊體本身變形也不容忽視，故而利用GPS數(shù)據(jù)估算斷裂帶運(yùn)動(dòng)速率需兼顧這兩方面因素，本文的速率結(jié)果可視為現(xiàn)今斷裂帶形變運(yùn)動(dòng)的下限.

需要指出的是，本文的模擬計(jì)算未考慮各斷層地下延伸狀態(tài)和斷層部分鎖定的形變影響.汶川地震的主、余震研究顯示破裂并不完全與龍門山斷裂帶走向一致，在理縣NW向分支也有分布，揭示震源區(qū)地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜（易桂喜等，2012；Zheng etal.，2010；Zheng etal.，2009）.震源區(qū)局部特殊構(gòu)造可能加快應(yīng)力積累速度并誘發(fā)地震.此外，川滇地區(qū)地形差異很大，如龍門山斷裂帶東西兩側(cè)重力側(cè)滑以及巖石層橫向不均勻性引起的蠕變“流”也可對(duì)斷層形成逐年變化的影響.在今后工作中，通過(guò)建立3D數(shù)值模型以及采用分布更為密集的GPS測(cè)站結(jié)果，相信可以取得更好的結(jié)果.

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