川滇地塊南部主要斷裂現(xiàn)今形變特征及危險性分析1

徐東卓 李勝虎 周海濤 王閱兵 王世進

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川滇地塊南部主要斷裂現(xiàn)今形變特征及危險性分析1

徐東卓1）李勝虎2）周海濤1）王閱兵3）王世進1）

1）中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180 2）中國科學院三亞深海科學與工程研究所，海南三亞 572000 3）地殼運動監(jiān)測工程研究中心，北京 100045

本文利用川滇地塊南部30余年的跨斷層觀測資料，計算了跨斷層場地的三維活動量，分析了區(qū)域內(nèi)斷裂的現(xiàn)今形變特征以及川滇地塊南部的運動方式，認為部分斷裂現(xiàn)今表現(xiàn)出異?；顒拥默F(xiàn)象，川滇地塊南部整體表現(xiàn)出以水平順時針旋轉(zhuǎn)為主的運動學特征，并對該區(qū)域中短期地震危險性做出了初步推測。

川滇地塊 活動斷裂 跨斷層監(jiān)測 形變分析

引言

跨斷層形變監(jiān)測是一種觀測物理意義明確、測量精度高、便于組織實施以及數(shù)據(jù)產(chǎn)品穩(wěn)定可靠的地震前兆監(jiān)測方法之一（薄萬舉等，1994，1998；李杰等，2010；張晶等，2011；張希等，2014；馬伶俐等，2015；李臘月等，2016；孫啟凱等，2017）。通過多期次、短距離的跨斷層水準和基線測量，能夠準確記錄斷層活動的位移量，監(jiān)測活動斷裂的運動特征，更好地反映斷裂帶及其所處區(qū)域的形變和運移特征（牛安福等，2013）。針對川滇地塊的地殼形變、運動學特征及其形成機制開展的研究工作產(chǎn)出了大量成果，但是，目前關(guān)于這些問題也存在不同認識（喬學軍等，2004；武艷強等，2011；洪敏等，2014；吳中海等，2015；白玉柱等，2016）。本文利用川滇地塊南部附近的跨斷層觀測資料，對區(qū)域斷裂帶的現(xiàn)今形變變化進行分析，研究川滇地塊南部的整體運動學特征，綜合提取斷層活動的異常信息，為區(qū)域地震危險性分析提供一定的參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

川滇地塊位于青藏高原的東緣，南北地震帶的南段，大地構(gòu)造上處于揚子板塊、松潘-甘孜地塊、蘭坪-思茅地塊以及岡底斯-騰沖地塊等構(gòu)造單元的拼合匯聚地帶，在地質(zhì)歷史上經(jīng)歷了多次不同時期不同規(guī)模的構(gòu)造運動與巖漿活動，構(gòu)造屬性復雜。該區(qū)域地震活動強烈而頻繁，地震與構(gòu)造運動之間存在復雜的因果關(guān)系，是研究地震活動與斷層運動關(guān)系的熱點地區(qū)（圖1）。

自新生代以來，印度板塊與亞歐板塊的相互碰撞拼貼，造成地殼強烈縮短增厚，青藏高原得以快速隆升（Tapponnier等，2001；許志琴等，2011）。伴隨著兩大板塊的俯沖拼合，高原也發(fā)生著同構(gòu)造擠壓伸展，物質(zhì)和能量向北西、北東、東、南東等多個方向轉(zhuǎn)移釋放。這種持續(xù)的俯沖碰撞使得兩大板塊拼合區(qū)域的喜馬拉雅造山帶、雅魯藏布江縫合帶以及高原內(nèi)部地塊與周緣區(qū)域構(gòu)造活動強烈，并形成一系列大斷裂帶，如北西走向的鮮水河斷裂、紅河斷裂及近南北走向的小江斷裂、安寧河-則木河斷裂帶等。很多學者對此區(qū)域開展了研究，并取得了大量成果（Wang等，1998；Burchfiel等，2003；陳長云等，2016）。其中，處于川滇地塊南部的活動斷裂，是本文關(guān)注的重點。

圖1 研究區(qū)主要斷裂帶及跨斷層監(jiān)測場地分布圖

2 跨斷層監(jiān)測概況

川滇地塊南部斷裂所在的云南地區(qū)的跨斷層監(jiān)測場地從20世紀80年代開始觀測，至今30余年，主要為流動觀測場地，共有11處，分別是楚雄、峨山、建水、劍川、麗江、石屏、通海、下關(guān)、永勝、宜良和羊街，主要分布于金沙江-紅河斷裂帶、小江斷裂帶、南華-楚雄-建水斷裂帶及其次級斷裂（劍川斷裂、洱海斷裂、通海-峨山斷裂、建水-石屏斷裂、麗江斷裂）上（表1），多為綜合觀測場地。每個場地包括2條短水準和2條短基線測線，分別各有1條直交和斜交測線，通過這種組合方式來共同監(jiān)測場地所跨斷層的三維運動變化。從場地觀測歷史來看，該區(qū)域的跨斷層觀測基本是每月1期，個別年份每2個月觀測1期，數(shù)據(jù)連續(xù)且完整。

表1 研究區(qū)跨斷層監(jiān)測場地概況

3 數(shù)據(jù)計算及分析

將收集到的研究區(qū)30余年的跨斷層觀測數(shù)據(jù)進行預整理，對數(shù)據(jù)格式做統(tǒng)一標準化處理。首先，消除跨斷層觀測資料中明確因干擾引起的突跳變化，對觀測資料進行連續(xù)性檢驗，剔除重復的數(shù)據(jù)。然后，對于日常觀測中因各種原因造成缺測的數(shù)據(jù)采用線性插值法修補，得到周期統(tǒng)一的、可靠的形變數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)的處理分析采用以下方法：

云南區(qū)域內(nèi)的跨斷層場地同時布設(shè)有兩條同樁的基線和水準測線，可采用下面3個公式來計算斷層活動的三維分量：

利用MATLAB對計算得出的數(shù)據(jù)繪制曲線圖，單幅曲線圖上方均標注有其代表的場地名及運動方式（圖2）。通過曲線圖可以發(fā)現(xiàn)跨斷層場地所觀測的不同斷裂表現(xiàn)出了跟地質(zhì)背景相同或者不同的運動學特征，其中麗江、石屏和下關(guān)場地所跨斷層的現(xiàn)今活動特征跟地質(zhì)背景一致；楚雄、劍川和永勝場地所跨斷層在走滑和拉張?zhí)卣魃隙急憩F(xiàn)出跟背景特征不一致的現(xiàn)象；峨山、建水和通海場地所觀測的斷層在走滑性質(zhì)上和地質(zhì)背景相符，而在張壓性質(zhì)上相反。根據(jù)現(xiàn)今運動特征，可將場地分為3種類型：

圖2 跨斷層監(jiān)測場地三維活動量曲線圖

（1）運動特征與地質(zhì)背景一致。麗江場地所跨的麗江次級斷裂，在地質(zhì)背景上是一處表現(xiàn)為左旋走滑特征的活動斷裂，兼具擠壓特點，現(xiàn)今計算的三維活動量，依然表現(xiàn)出相同特征，其中斷層的水平張壓量在2012年后出現(xiàn)大幅異常變化。石屏場地所跨的石屏-建水斷裂，在地質(zhì)背景上是一處右旋拉張?zhí)卣鞯幕顒訑嗔?，現(xiàn)今右旋運動速率在2013年后雖然有所放緩，但是仍然與地質(zhì)背景一致。下關(guān)場地所處的是一條表現(xiàn)為右旋走滑兼有拉張?zhí)卣鞯纳顢嗔眩?003年水平走滑量曾出現(xiàn)右旋剪切轉(zhuǎn)折，現(xiàn)今曲線重回向上趨勢，繼續(xù)保持右旋走滑特征。羊街和宜良場地所處的小江斷裂帶西支斷裂，現(xiàn)今數(shù)據(jù)仍顯示出以繼承性的左旋走滑兼具擠壓特征為主。

（2）運動特征與地質(zhì)背景不一致。楚雄場地所跨斷層為具有右旋擠壓背景特征的楚雄斷裂，在2008年后現(xiàn)今運動特征以強烈左旋拉張為主，但自2014年左旋和拉張的運動速率都出現(xiàn)大幅放緩的異?，F(xiàn)象。劍川場地所處斷裂為紅河斷裂帶北段的劍川斷裂，是一處左旋走滑兼具拉張?zhí)卣鞯幕顒訑嗔眩F(xiàn)今三維運動特征表現(xiàn)為右旋走滑兼具擠壓特征，其中的垂直位移量自2015年至今出現(xiàn)了大幅抬升的異常變化；水平走滑量自2011年后也出現(xiàn)大幅抬升，右旋運動加速。永勝場地所監(jiān)測的斷裂是具有左旋擠壓特征的程海深斷裂，從計算所得的三維活動量曲線可以看出，該斷裂現(xiàn)在運動學特征為右旋拉張，其垂直位移量曲線從2014年開始大幅異常抬升，水平走滑量自1994年開始穩(wěn)步抬升。

（3）與地質(zhì)背景相比，走滑特征一致，張壓特征相反。峨山場地和通海場地共同監(jiān)測曲江斷裂的不同部位，該斷裂在地質(zhì)背景上具有右旋擠壓特征，兩者現(xiàn)今走滑特征與背景一致，但是張壓量曲線表現(xiàn)出相反的拉張運動的異常特點。其中，峨山場地走滑分量在1998年后大幅抬升，之后趨于穩(wěn)定的右旋運動狀態(tài)；通海場地的垂直位移量在1992年后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，斷層表現(xiàn)為張性活動，走滑分量在2003年大幅下降，斷層剪切活動速率減小，之后趨于穩(wěn)定，依然顯示右旋運動。建水場地所跨的石屏-建水斷裂的建水段，斷層性質(zhì)為左旋擠壓，從計算得出的水平走滑量參數(shù)來看，現(xiàn)今的走滑運動特征與地質(zhì)背景一致，垂直位移量在1999年后發(fā)生趨勢改變，斷層活動由壓性轉(zhuǎn)變?yōu)橄喾吹睦瓘執(zhí)卣鳌?/p>

4 討論與結(jié)論

在印度洋板塊和亞歐板塊的互相作用下，巨大的青藏高原造就了地球的“第三極”，這種作用力至今仍在持續(xù)。板塊的碰撞拼合產(chǎn)生了強烈的構(gòu)造活動，許多大規(guī)模斷裂帶應運而生（Xu等，2016），同時，也孕育了一系列強震。對此一些學者做過許多研究，并取得大量有價值的科研成果（Tapponnier等，2001；許志琴等，2011；陳長云等，2016）。盡管目前對青藏高原的陸內(nèi)側(cè)向運動形式、時間和逃逸量存在著爭議，但是對位于其東緣的川滇地塊發(fā)生的晚新生代南東向的逃逸和圍繞東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)順時針的旋轉(zhuǎn)有著一致的認識（喬學軍等，2004；武艷強等，2011；洪敏等，2014；吳中海等，2015）。

通過對位于川滇地塊南部主要斷裂上的跨斷層場地三維形變量的分析，可以看出部分斷裂表現(xiàn)出繼承性特征，如現(xiàn)今下關(guān)和石屏場地的三維活動量表現(xiàn)出跟以往相同的持續(xù)平穩(wěn)的活動速率。而另一部分斷裂表現(xiàn)出了異常于背景活動特征的現(xiàn)象，如楚雄、永勝和劍川場地在走滑分量上都表現(xiàn)出了反向活動特點。研究區(qū)具有以水平運動為主、垂直運動為輔的背景特征，現(xiàn)今看來，依然如此。通過計算分析得到的宜良、羊街、楚雄以及麗江場地的形變結(jié)果來看，羊街、宜良場地所控制的小江斷裂帶分支為川滇地塊東部邊界斷裂，現(xiàn)呈現(xiàn)左旋走滑兼具壓性的特征；楚雄場地監(jiān)控的楚雄-南華斷裂位于川滇地塊的南邊部，表現(xiàn)出左旋拉張的運動特征；麗江場地所處的麗江-小金河斷裂作為川滇地塊南北部的分界斷裂，現(xiàn)今以左旋擠壓運動為主?？梢钥闯觯ǖ岬貕K南部區(qū)域整體上表現(xiàn)出以水平順時針旋轉(zhuǎn)為主的運動方式。根據(jù)GPS觀測資料得到的該區(qū)域現(xiàn)今水平運動速度場也顯示了相同的運動特點（喬學軍等，2004；武艷強等，2011；洪敏等，2014；王伶俐等，2015）。造成這種運動方式的深層次動力學機制，應該源于印度洋板塊俯沖至亞歐板塊下，碰撞拼合后巨大高聳的青藏高原崛起，在超級重力作用下，物質(zhì)開始向周緣，尤其是向東緣流動，在遇到橫亙的北東向龍門山造山帶時受阻，流動速率下降，被消化、吸收，再次轉(zhuǎn)移（張家聲等，2003；崔效鋒等，2006）。其中，相當一部分能量和物質(zhì)向南東運移，規(guī)模相對較小的川滇活動地塊隨之發(fā)生南東向旋轉(zhuǎn)，同時起著調(diào)節(jié)周圍各大板塊和地塊之間運動平衡的“交通環(huán)島”的作用。另外，印度洋板塊至今持續(xù)強烈地北向運動，跟揚子板塊形成了大尺度上的右旋運動，也推動著川滇地塊南東向旋轉(zhuǎn)運移。

根據(jù)觀測場地所跨斷層的三維運動特征及計算所得曲線可以看出，在左旋的小江斷裂帶、右旋的紅河斷裂帶和右旋的南華-楚雄-建水斷裂帶共同匯聚的峨山、通海和建水場地區(qū)域，原先的地殼形變表現(xiàn)出壓性特征，現(xiàn)今由于斷裂性質(zhì)的異常變化，該區(qū)域場地集體表現(xiàn)出拉張的運動特點。滇西北區(qū)域的永勝、麗江和劍川場地所跨斷層也表現(xiàn)出了一定的異常運動特征，劍川斷裂和程海斷裂呈水平反向運動，除此之外，包括麗江場地所跨的麗江斷裂在內(nèi)，3條斷裂的垂向運動特征也存在大幅異常變化。云南地區(qū)中強震發(fā)生前的一定時段或震時，區(qū)域內(nèi)跨斷層場地觀測到的水準和基線數(shù)據(jù)多數(shù)會出現(xiàn)較明顯的變化，且部分場地形變量會發(fā)生速率的急變或轉(zhuǎn)折，如文山5.3級、孟連西7.3級、姚安6.5級、麗江7.0級地震震前和震時，部分場地就表現(xiàn)出了加速繼承性運動和轉(zhuǎn)折性運動的特征（張興華等，1996；付虹等，1997；李忠華等，1998；施順英等，2005；李瑞莎等，2009；劉強等，2010；王永安等，2011）。同時，云南地區(qū)2015年至今存在長時間缺少4級以上中強地震的背景，不符合區(qū)域以往的地震活動特征，現(xiàn)今應力積累較高。自2016年云龍5.0級地震后至今，區(qū)域中強震活動已平靜300天左右；滇西北地區(qū)自2001年永勝6.0級地震至今，已14.7年未發(fā)生6級以上地震；滇中南的石屏、建水等區(qū)域從2001年江川5.1級地震起算，5級地震平靜期已長達15.5年。基于此，該區(qū)域在中短期尺度可能存在一定中強震的危險。

綜上所述，得到以下幾點結(jié)論：

（1）川滇地塊南部跨斷層場地的形變特征表現(xiàn)出繼承和異常于地質(zhì)背景特征的現(xiàn)象。①麗江、石屏、下關(guān)、宜良和羊街場地所跨斷層的現(xiàn)今活動特征與地質(zhì)背景一致。麗江斷裂和小江斷裂表現(xiàn)出持續(xù)地左旋擠壓運動特征；石屏-建水斷裂石屏段表現(xiàn)出右旋拉張?zhí)卣鳎患t河斷裂表現(xiàn)出跟地質(zhì)背景相同的右旋拉張?zhí)卣?。②楚雄、劍川和永勝場地所跨斷層在走滑和張壓特征上都出現(xiàn)與背景特征相背的現(xiàn)象。楚雄斷裂、劍川斷裂和程海斷裂均表現(xiàn)出相反的運動特征。③峨山、建水和通海場地所監(jiān)測的斷層現(xiàn)今活動狀態(tài)與地質(zhì)背景相比，在走滑性質(zhì)上相符，張壓性質(zhì)上相反。通海-峨山斷裂現(xiàn)今運動特征，表現(xiàn)出與地質(zhì)背景相同的右旋走滑和與地質(zhì)背景相反的拉張?zhí)卣?。石?建水斷裂建水段現(xiàn)今依然呈左旋走滑運動，但是張壓性質(zhì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，表現(xiàn)出張性運動的活動特點。

（2）川滇地塊南部整體上表現(xiàn)出以水平順時針旋轉(zhuǎn)為主的運動方式。

（3）根據(jù)跨斷層觀測資料所得出的斷層三維運動特征及曲線可知，滇西北及滇中的峨山、通海、石屏和建水等區(qū)域地殼形變特征存在異常，應關(guān)注該區(qū)域中短期尺度內(nèi)可能存在的中強震危險。

致謝：對編輯和審稿老師的辛苦審閱和寶貴建議，表示衷心感謝。

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Characteristics of Current Deformation and Earthquake Risk of the Main Faults in the South of Sichuan-Yunnan Block

Xu Dongzhuo1), Li Shenghu2), Zhou Haitao1), Wang Yuebing3)and Wang Shijin1)

1) The First Monitoring and Application Center, CEA, Tianjin 300180, China 2) Sanya Institute of Deep-sea Science and Engineering, China Academy of Sciences, Sanya 572000, Hainan, China 3) National Earthquake Infrastructure Service, CEA, Beijing 100045, China

By using the cross-fault observation data for over thirty years in the south of Sichuan-Yunnan block, we calculated surface movement by fault activity in three-dimension. Then we analyzed the current deformation characteristics of the faults in the region and the kinematic features of southern Sichuan-Yunnan block. We found that some faults show abnormal activity at present, and the southern part of Sichuan-Yunnan block shows the horizontal and clockwise rotation way. Finally, we estimated the moderate-and short-term seismic risk in this area.

Sichuan-Yunnan block; Active faults; Cross-fault monitoring; Deformation analysis

10.11899/zzfy20170310

中國地震局“三結(jié)合”課題（CEA-JC/3JH-163704），中國地震局第一監(jiān)測中心主任科技創(chuàng)新基金（FMC2015013），科技基礎(chǔ)性工作專項（2015FY210400）

2016-12-22

徐東卓，男，生于1985年。工程師。主要從事地表形變監(jiān)測分析、區(qū)域大地構(gòu)造和地震構(gòu)造研究。E-mail：donglicf@163.com