川滇地區(qū)近期斷層運動特征分析

賈鵬 唐紅濤 李瑞莎 張希

摘要：通過對川滇地區(qū)的跨鮮水河斷裂帶、龍門山斷裂帶等多條重要斷裂的形變資料進行了速率合成計算，并對這些場地的短水準和短基線在蘆山地震、汶川地震等幾次強震前后速率合成結果和張壓趨勢變化進行分析，最后結合2011-2015年川滇地區(qū)GPS資料的面膨脹計算結果進行了對比，總結該地區(qū)近年活動形變特征。結果表明：（1）大多數(shù)斷裂保持正常幅度的張、壓變化，而在地震前1～3年的變化幅度會明顯異于常年：（2）可能的地震前異常變化在短水準和短基線形變中反映并不完全一致：（3）大地震后會對該地區(qū)及其附近的構造應力場產生深遠影響，加快斷層的運動速率。

關鍵詞：速率合成；川滇地區(qū)；跨斷層形變；地震；斷裂帶

中圖分類號：P315.2 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2018）01-0073-09

0 引言

我國跨斷層形變監(jiān)測開始于20世紀70年代初，是一種觀測精度較高、能夠直接反映斷層活動的形變觀測手段，其通過分析斷層活動性質（鄧啟東等，2002；張培震等，2002）、運動速率，建立觀測模型提取異常觀測信息，結合構造應力背景對斷層危險性進行研究，為地震預測研究提供了有效的方法。周碩愚等（1998）利用系統(tǒng)科學理論構建板內地殼形變系統(tǒng)動力學，并將系統(tǒng)科學引入斷層形變領域，識別“場兆”“源兆”性斷層形變異常，對穩(wěn)態(tài)的偏離做定量描述；施順英等（2007）利用動態(tài)灰箱法提取長趨勢異常和突跳異常，再用孕震系統(tǒng)信息合成方法進行合成來提高異常識別的可靠性；張晶等（2011）、李瑞莎等（2013）利用斷層活動協(xié)調比來捕獲潛在震源區(qū)異常變化信息與斷層應變積累狀態(tài)；陳兵等（2000）、李杰等（2010）、張希和江在森（1999a）、焦青和周俊萍（1998）利用垂直形變趨勢累積率、跨斷層垂直位移速率的動態(tài)演化以及速率合成方法對震前的跨斷層形變特征進行了分析和總結。上迷研究成果表明，跨斷層形變的異常識別指標對地震預報方法的探索有著積極的作用。本文通過對近年來川滇地區(qū)的跨斷層原始觀測資料進行了速率合成計算，并與GPS面膨脹計算結果進行對比，總結研究區(qū)域近年活動形變特征，并進一步探討了川滇地區(qū)斷裂活動與地震活動的關系。

1 研究區(qū)構造概況

川滇地區(qū)作為青藏塊體的東南緣，自新生代以來，受青藏高原物質向東側流動及阿薩姆頂點楔入的作用，構造活動復雜，地震活動強烈而頻繁。該地區(qū)發(fā)育有鮮水河斷裂、龍門山斷裂、安寧河—則木河斷裂、紅河斷裂、小江斷裂等多條重要斷裂帶，曾發(fā)生過1988年瀾滄—耿馬MS7.6、MS7.2，1996年麗江MS7.0，2000年姚安MS6.5，2003年大姚MS6.2、2008年汶川MS8.0、2009年姚安MS6.0、2013年蘆山MS7.0，2014年康定MS6.3、魯?shù)镸S6.5、盈江MS6.1、景谷MS6.6等地震（圖1）。從晚第四紀開始，川滇菱形塊體從北邊界的甘孜—玉樹斷裂帶，東北邊界的鮮水河斷裂帶，東邊界的安寧河斷裂北段，到南邊界的麗江—小金河斷裂帶皆以左旋走滑運動為主；而其西邊界的金沙江、紅河斷裂帶則以右旋走滑運動為主；滇中次級塊體的麗江—小金河斷裂帶、安寧河斷裂南段、則木河斷裂表現(xiàn)為連續(xù)的走滑運動特征（喬學軍等，2004）。

2 數(shù)據(jù)處理與分析方法

關于跨斷層速率合成方法很多學者（陳兵等，2000；李杰等，2010；張希，江在森，1999b；焦青，周俊萍，1998）均有研究。以一定的時間間隔做差分，該測點第j年的平均速率為：其中：hij為j年的第i個觀測數(shù)值；n為一年的總觀測數(shù)。對于跨斷層形變的數(shù)據(jù)處理（李杰等，2010；張希，江在森，1999b；焦青，周俊萍，1998；喬學軍等，2004），定義上盤相對下盤上升為正，趨勢向下為擠壓，向上為拉張；合成速率馬>0表示張性，vj<0為壓性。若同一斷層上的m個場地的年均速率的平均值作為該斷層的運動平均合成速率，則斷層第j年的合成速率Vj=

利用中國地殼運動網絡觀測項目2011-2013、2013-2015年所得GPS資料統(tǒng)一進行GIMIT/GLOBK處理，并借助最小二乘配置擬合與應變-位移偏導關系（江在森等，2003；張希，江在森，1999b），計算獲得川滇地區(qū)的面膨脹應變（Δ，最后利用GMT軟件生成川滇地區(qū)的面膨脹視應變圖。

3 斷層運動與地震關系

本文數(shù)據(jù)選取川滇地區(qū)連續(xù)性較好、基本沒有中斷的跨斷層形變場地資料（周海濤，郭遷良，2011；楊永林等，2005）（圖1，表1），包括短水準和短基線場地。為了便于分析對比，選取資料時段統(tǒng)一為1980年1月—2016年9月（對于個別缺省期的數(shù)據(jù)予以內插處理），常規(guī)以月為周期，并逐個按斷裂帶進行計算分析。

3.1 鮮水河斷裂帶

以鮮水河斷裂帶的短基線原始數(shù)據(jù)觀測曲線為例（初始值取為0）進行分析（圖2）。因篇幅有限，下文不再對原始觀測曲線進行詳細分析，直接采用速率合成計算結果進行分析。蘆山地震前，鮮水河斷裂的虛墟、溝普、龍燈壩、老乾寧4個短基線場地出現(xiàn)了不同程度壓性變化，于震后趨勢恢復，但在其它地震前后變化不明顯。

對4個短基線場地分別進行年均速率合成計算，從圖3a中可以看出，蘆山地震前這4個場地的壓性變化更為突出，尤其是鮮水河斷裂北段的虛墟場地，其余場地壓性變化自北向南逐漸減弱；康定地震前這4個場地同步壓性轉為震后張性變化，在小金地震后有調整；雅江地震前，溝普場地出現(xiàn)了壓張趨勢回返；汶川強震發(fā)生在龍門山斷裂帶，并且出現(xiàn)斷層閉鎖（賈鵬等，2012），這4個場地沒有明顯的趨勢變化，其余時段速率都在0值附近波動。對鮮水河斷裂（方穎等，2015；蘇琴等，2012x）的5個短水準場地進行年速率曲線合成，如圖3b所示，蘆山地震前至康定地震間、雅江地震后，最北段格簍場地出現(xiàn)2次明顯張壓轉折；溝普場地則是在蘆山地震后、康定地震前完成了壓張折返，康定地震后5條曲線基本都回到。值附近，反映出震后調整。進一步計算整個鮮水河斷裂帶的年變速率變化，對4個短基線、5個短水準場地的年速率進行合成，如圖3c所示，在小金地震、雅江地震、汶川地震、蘆山地震發(fā)生時的短基線和短水準的年速率變化量幾乎都接近0，且2條線基本相交于此，表明地震前斷層擠壓、滑移后逐漸閉鎖、積累應力，震后斷層開始活動。

3.2 安寧河—則木河斷裂帶

安寧河—則木河（蘇琴等，2012b）斷裂帶上的場地數(shù)據(jù)連續(xù)性較好的主要有冕寧、西昌和爾烏3個短水準場地，其中西昌場地資料時間稍短，變化幅度較大，表現(xiàn)在汶川震后至蘆山震前、蘆山震后至康定震前，出現(xiàn)大幅張壓轉折（圖4）；冕寧場地在小金和雅江地震前出現(xiàn)一定幅度的張壓轉折；爾烏場地在汶川地震后、蘆山地震前有一個不同以往幅度的張壓折返。通過對冕寧和爾烏短水準的合成，顯示在小金、雅江、汶川和蘆山地震時年均速率都近于0，而在地震前后則有張壓趨勢轉折；而康定地震后壓性大幅增強，主要是冕寧場地的大幅壓性變化所致。

3.3 龍門山斷裂帶

龍門山斷裂帶的短水準場地選取雙河和灌縣，單場地和該斷裂帶的年均速率合成曲線在汶川地震前基本變化不大（圖5.），反映出斷層的長期閉鎖狀態(tài)，但同震響應明顯（在震前、震后分2個時段差分合成，以區(qū)別同震響應和異常）。汶川地震后，速率變化出現(xiàn)2～3年的逐步調整，在此過程中再次出現(xiàn)張壓轉折，該轉折變化鮮水河斷裂帶也曾出現(xiàn)，或反映蘆山地震前的斷層活動。

3.4 滇西北地區(qū)

滇西北地區(qū)斷裂帶及其次生斷裂多、地震多，跨斷層場地分散，故對滇西北地區(qū)5個場地的短水準和短基線場地進行了區(qū)域性計算。如圖6a、b所示，除永勝場地年均速率合成變化較大之外，其他4個短基線和短水準場地的速率變化非常接近，趨勢也基本一致。通過計算5個短水準和短基線場地的區(qū)域年均速率合成可以看出（圖6c），在麗江MS7.0地震、姚安MS6.5地震前2條合成曲線的趨勢變化成對稱分布，有明顯的轉折過程，只是趨勢不同；短水準和短基線合成速率在永勝、大姚和盈江地震時速率比較低且都接近于0；瀾滄—耿馬地震震中距離較遠，反應并不明顯，整體上反映出滇西北區(qū)域構造運動的一致性。實際上麗江MS7.0地震前，麗江斷裂和程海斷裂明顯活躍起來，活動速率加快，左旋正斷性質的程海斷裂上由以往的左、右旋交替活動表現(xiàn)為右旋走滑和正斷活動的大幅增強（周海濤，郭遷良，2011；羅睿潔等，2015）；而震前形變速率的快速降低再次反映出斷層活動受阻，應力集中。

3.5 小江斷裂帶

小江斷裂帶主要計算尋甸和宜良2個場地（圖7），宜良場地數(shù)據(jù)可用時間較短，總體以尋甸場地為主。整體上小江斷裂帶1998年前在總體變化幅度不大，為-0.5～0.5mm/a，從2001年到汶川地震發(fā)生速率變化更小，可能反映出應力的集中狀態(tài)，汶川地震后有應力釋放的調整階段，魯?shù)榈卣鸷笤俅卫瓘垺?/p>

3.6 石屏—建水斷裂帶

石屏和建水場地附近大震較少，這2個場地的短水準和短基線年運動合成速率豐要在一1-1 nmJ！a之間波動（圖8），對于滇西北和滇西南地區(qū)的遠場地震來說，發(fā)生地震時運動速率也基本接近于0。建水短水準和短基線場地于景谷地震前1～3年發(fā)生過同步張壓變化，短水準運動速率在1998-2000年有壓張折返，整體活動速率較石屏場地變化大，實際上石屏建水斷裂的南段更為活躍（羅睿潔等，2015）。

3.7 綜合分析

最后，將川滇地區(qū)的6個主要斷裂帶（或構造區(qū)）的短水準和短基線活動合成速率綜合計算（圖9）。對于整個川滇地區(qū)，斷層活動速率較大的為1996年的麗江MS7.0地震前的滇西北地區(qū)和2008年的汶川MS8.0地震龍門山斷裂帶的同震變化。其中麗江MS7.0地震后10年內滇西北地區(qū)接連發(fā)生了姚安、永勝、大姚地震；而北部的鮮水河斷裂帶、龍門山斷裂帶及安寧河—則木河斷裂帶的“Y”字交匯區(qū)附近，從汶川震后至今發(fā)生了蘆山、康定以及魯?shù)榈卣?，在這些地震前基本都出現(xiàn)了斷層的張壓變化活動。進而利用中國地殼運動網絡觀測項目所得GPS資料，借助最小二乘配置擬合與應變一位移偏導關系獲得川滇地區(qū)2011-2013年、2013-2015年的面膨脹應變（圖10）：鮮水河斷裂帶北段由張性變?yōu)榱藟盒?，幅度不大，總體以壓性為主；龍門山斷裂帶壓性逐漸減弱；安寧河—則木河斷裂帶變化不大；滇西北地區(qū)、小江斷裂帶和石屏一建水斷裂帶則是張性較之前增強，顯示出汶川地震震后的調整，與近年的斷層合成速率計算結果基本吻合。

4 結論

通過對1980年初以來川滇地區(qū)的跨斷層短基線和短水準資料進行速率合成計算，結合近期GPS資料計算的面膨脹變化分析，得到川滇地區(qū)各活動斷裂帶（或構造區(qū)）與地震活動的關系。

（1）川滇地區(qū)的大多斷裂帶年均合成活動速率不高，發(fā)震時速率接近于0，但地震前1～3年張壓趨勢變化幅度會顯著增多，例如麗江地震、蘆山地震、姚安地震和永勝地震等。

（2）短水準和短基線場地對于不同地震反應和異常響應程度不同。蘆山地震發(fā)生在龍門山斷裂帶，但壓性異常主要表現(xiàn)在鮮水河斷裂帶的短基線場地上；而麗江地震前滇西北地區(qū)的幾個短水準和短基線場地都有明顯的異常張壓轉折變化。

（3）對整個川滇地區(qū)影響最大的地震是四川地區(qū)發(fā)生的2008年汶川地震（萬永革等，2009；單斌等，2008）和云南地區(qū)發(fā)生的1996年麗江地震。在汶川地震時，不僅龍門山斷裂帶同震影響大，其他斷裂也受到了不同程度的影響，斷裂活動在原狀態(tài)下加速或進一步減弱，使整個構造應力場狀態(tài)發(fā)生改變。

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