川滇地區(qū)活動塊體邊界斷裂現(xiàn)今運(yùn)動和應(yīng)力分布

萬永魁 沈小七 劉瑞豐 劉 峽

鄭智江2） 李 媛2，3） 張 揚(yáng)2） 王 雷4）

1）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

2）中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180

3）中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

4）山東省地震局，濟(jì)南 250014

0 引言

川滇地區(qū)位于青藏高原東南隅，受高原物質(zhì)側(cè)向擠出和重力滑塌影響，構(gòu)造變形強(qiáng)烈、強(qiáng)震頻發(fā)（Roydenetal．，1997，2008；Clarketal．，2000；Shenetal．，2001）。2008年汶川MS8.0地震發(fā)生后，該區(qū)及周邊又相繼發(fā)生了玉樹MS7.1、蘆山MS7.0、岷縣MS6.6、昌都MS6.1、盈江MS6.1、魯?shù)镸S6.5、景谷MS6.6、康定MS6.3、九寨溝MS7.0和長寧MS6.0等強(qiáng)震（圖1），揭示川滇地區(qū)處于新一輪地震活躍期。強(qiáng)震是構(gòu)造運(yùn)動下，應(yīng)力在變形非連續(xù)地段不斷積累并達(dá)到極限狀態(tài)后突發(fā)失穩(wěn)破裂的結(jié)果（張培震等，2003）?；顒訅K體是具有相對統(tǒng)一運(yùn)動方式的地質(zhì)單元，而由于塊體之間的運(yùn)動差異，塊體邊界構(gòu)造變形的非連續(xù)性很強(qiáng)，有利于應(yīng)變積累而孕育強(qiáng)震。研究表明，有記載以來的8級地震以及80%以上7級地震均發(fā)生在活動塊體邊界帶上（徐錫偉等，2003；張培震等，2013）。因此，對活動塊體及其邊界斷裂共同構(gòu)成的系統(tǒng)開展研究，有助于理解塊體與邊界帶的相互作用，認(rèn)識區(qū)域構(gòu)造變形總體樣貌以及邊界斷裂帶的運(yùn)動、動力學(xué)過程。

圖1 2008年汶川8.0級地震后川滇地區(qū)M S≥6.0地震的分布（截至2020年10月）和本文模型的范圍Fig．1 The distribution of M S≥6.0 earthquakes in the Sichuan Yunnan region after the 2008Wenchuan M S 8.0 earthquake（by October 2020）and the range of the model used in this paper．震源機(jī)制解數(shù)據(jù)源于GCMT，5次M S≥6.0余震采用鄭勇等（2009）的重定位結(jié)果，時(shí)間為2008年5月12日—7月24日

板塊運(yùn)動是整體旋轉(zhuǎn)與內(nèi)部變形的復(fù)合運(yùn)動，內(nèi)部任意一點(diǎn)的E向和N向運(yùn)動速率（位移）可用彈性運(yùn)動方程表示（李延興等，2007）。活動塊體運(yùn)動的描述與板塊相同（Morgan，1968；minsteretal．，1974；DeMetsetal．，1990；McCaffrey，2005），若已知塊體內(nèi)部多個(gè)GPS測站的觀測結(jié)果，則可以利用彈性運(yùn)動方程反演塊體運(yùn)動參數(shù)，然后由運(yùn)動參數(shù)插值得到有限元網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位移，加載至有限元模型塊體區(qū)，并以此為條件模擬邊界斷裂帶的形變運(yùn)動。據(jù)此，劉峽等（2013）提出有限元“塊體加載”方法，該加載方法能夠反映塊體與邊界的相互作用，與GPS結(jié)果直接加載相比，可避免因單點(diǎn)誤差較大引起的局部畸變。已有研究采用該方法模擬山西、川滇等地區(qū)斷裂帶的形變運(yùn)動，取得了較好效果（劉峽等，2013，2014，2016）。

然而，已有的川滇地區(qū)有限元模型（劉峽等，2014，2016）在構(gòu)架上仍可進(jìn)一步完善。例如，原模型中構(gòu)建了馬爾康、華南、“川滇菱形”和滇西南等塊體，但研究表明馬爾康塊體以東昆侖斷裂帶為界可劃分為西秦嶺和巴顏喀拉2個(gè)次級塊體（陳長云等，2013），而巴顏喀拉塊體東部又可以龍日壩斷裂為界進(jìn)一步細(xì)化為阿壩和龍門山2個(gè)更次一級的塊體（Shenetal．，2005；徐錫偉等，2008）。次級塊體運(yùn)動存在差異，其邊界為活動強(qiáng)烈的地震帶，值得深入研究。另外，現(xiàn)有研究主要揭示大型斷裂帶的現(xiàn)今運(yùn)動學(xué)特征（Ganetal．，2007；王閻昭等，2008；魏文薪等，2012；丁開華等，2013；蔣鋒云等，2013；Liangetal．，2013；趙靜等，2015；Liangetal．，2021），尚有以下一些問題值得探討：首先，大型走滑斷裂帶，如東昆侖斷裂帶、鮮水河－小江斷裂帶的左旋走滑由NW 向轉(zhuǎn)變?yōu)榻黃N向，在此過程中滑動速率如何分配、傳遞，應(yīng)力在哪些部位分布更為突出？其次，德欽－中甸－玉龍雪山東麓斷裂、麗江－小金河斷裂南段以及寧蒗－永勝－賓川斷裂附近的中強(qiáng)地震震源機(jī)制解多為正斷型（圖6a中的紫色虛線框），揭示該區(qū)以拉張作用為主，在青藏高原側(cè)向擠出的背景下，這一局部拉張區(qū)存在怎樣的構(gòu)造機(jī)制？此外，紅河斷裂南、北2段的地震活動存在顯著差異，北段強(qiáng)烈，中南段相對較弱，能否從斷層受力角度進(jìn)行解釋？

為此，本文構(gòu)建了川滇地區(qū)更為精細(xì)的活動塊體有限元接觸模型，利用1991—2015年長期的GPS觀測結(jié)果（Zhengetal．，2017），采用“塊體加載”方法模擬邊界帶形變運(yùn)動。根據(jù)得到的各斷裂滑動速率和受力分布，結(jié)合震源機(jī)制解、地震活動性等資料對上述問題進(jìn)行討論。

1 模型構(gòu)建

依據(jù)川滇地區(qū)活動塊體的細(xì)化結(jié)果，本文構(gòu)建了涵蓋西秦嶺、阿壩、龍門山、四川盆地、藏東、雅江、香格里拉、滇中、滇東和滇西南10個(gè)活動塊體及24條斷裂的二維有限元接觸模型（圖2a）。與原有模型（劉峽等，2014，2016）相比，除塊體劃分更精細(xì)外，次級塊體邊界斷裂的定位也更為準(zhǔn)確，具體如下：1）任俊杰等（2017）認(rèn)為東昆侖斷裂帶作為巴顏喀拉塊體的北邊界，最東段延伸至塔藏?cái)嗔眩?017年九寨溝MS7.0地震是東昆侖斷裂帶左旋走滑繼續(xù)向E擴(kuò)展的結(jié)果，因此模型中將東昆侖斷裂向E延伸至塔藏?cái)嗔褨|南端，與虎牙斷裂部分重疊；2）Shen等（2005）通過GPS觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，巴顏喀拉塊體東部、龍門山斷裂帶NW 側(cè)約200km處存在1條NE向右旋剪切帶，變形速率為4～6mm／a；徐錫偉等（2008）通過衛(wèi)星影像解譯和野外考察，確認(rèn)NE向右旋走滑剪切帶即龍日壩斷裂帶的存在，并以該斷裂帶為界將巴顏喀拉塊體東部劃分為阿壩和龍門山2個(gè)次級塊體；陳長云等（2013）基于地球物理場等資料，利用F檢驗(yàn)法對巴顏喀拉塊體東部進(jìn)行了類似的次級塊體劃分。聞學(xué)澤等（2013）基于GPS形變場、震源機(jī)制解、小地震重定位和歷史地震破裂區(qū)等資料，認(rèn)為昭通－蓮峰斷裂是大涼山次級活動塊體與華南塊體邊界斷裂帶，具備發(fā)生強(qiáng)震的構(gòu)造背景。據(jù)此，本文的模型中構(gòu)建了龍日壩斷裂，將巴顏喀拉塊體東部劃分為阿壩和龍門山2個(gè)次級塊體；構(gòu)建蓮峰－昭通斷裂，將原模型中的華南塊體細(xì)化為四川盆地和滇東2個(gè)次級塊體。3）將川滇“菱形塊體”以麗江－小金河斷裂為界劃分為川北和滇中2個(gè)次級塊體（徐錫偉等，2003），而川北塊體又以理塘斷裂為界可進(jìn)一步細(xì)化為雅江和香格里拉2個(gè)更次一級的塊體（呂江寧等，2003；Shenetal．，2005；徐錫偉等，2005；程佳等，2012），由于原模型中沒有對川北塊體做進(jìn)一步細(xì)化，故理塘斷裂在模型中的長度與斷裂實(shí)際分布存在一定差異。玉龍雪山東麓斷裂、麗江－小金河斷裂和寧蒗－永勝－賓川斷裂在麗江－小金河斷裂南段會聚，斷裂分布較為復(fù)雜，故原模型中并未構(gòu)建會聚區(qū)段的麗江－小金河斷裂。此外，寧蒗－永勝－賓川斷裂在模型中與斷裂的實(shí)際分布也存有差異。鑒于此，本文模型采用Shen等（2005）給出的斷裂分布，通過數(shù)字化對上述斷裂進(jìn)行了重構(gòu)。與原模型相比，新模型中的斷裂分布與實(shí)際情況更為吻合。另外，考慮到“塊體加載”方法對塊體內(nèi)部斷裂的約束并不充分，且本文主要分析塊體邊界斷裂運(yùn)動與受力特征，故在模型中舍去了塊體內(nèi)部規(guī)模較小的活動斷裂（滇西南塊體次級地塊劃分資料不充分，內(nèi)部斷裂仍然保留）。

圖2 a川滇地區(qū)模型構(gòu)架；b網(wǎng)格劃分結(jié)果Fig．2 Model framework（a）and meshing result（b）in Sichuan Yunnan region．Ⅰ西秦嶺塊體；Ⅱ阿壩塊體；Ⅲ龍門山塊體；Ⅳ四川盆地；Ⅴ藏東塊體；Ⅵ雅江塊體；Ⅵ香格里拉塊體；Ⅷ滇中塊體；Ⅸ滇東塊體；Ⅹ滇西南塊體。1東昆侖斷裂；2白龍江－光蓋山－迭山斷裂；3文縣斷裂；4龍日壩斷裂；5岷江斷裂；6虎牙斷裂；7龍門山斷裂；8甘孜－玉樹斷裂；9鮮水河－小江斷裂；10大涼山斷裂；11金沙江斷裂；12德欽－中甸－玉龍雪山東麓斷裂；13維西－巍山－紅河斷裂；14南華－楚雄－建水?dāng)嗔眩?5理塘斷裂；16麗江－小金河斷裂；17寧蒗－永勝－賓川斷裂；18蓮峰－昭通 斷 裂 ； 19 怒 江斷裂；20大盈江斷裂；21畹町－安定斷裂；22南汀河?xùn)|支、西支斷裂；23龍陵－瀾滄斷裂；24無量山斷裂

采用三角形單元對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，活動塊體區(qū)由面單元plane182組成，網(wǎng)格尺寸約為10km，斷層由接觸單元conta171、targe169組成，網(wǎng)格尺寸約為5km，網(wǎng)格劃分結(jié)果見圖2b，單元總數(shù)為36 671個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為17 168個(gè)。參考前人的數(shù)值模擬相關(guān)成果（鄭勇等，2006；曹建玲等，2009；朱守彪等，2009；柳暢等，2012，2014；劉峽等，2014，2016；陳棋福等，2015；Liuetal．，2015；龐亞瑾等，2017；萬永魁等，2017；Lietal．，2019），將青藏高原東緣的楊氏模量設(shè)定為7.0×1010Pa，泊松比為0.25，四川盆地楊氏模量為8.4×1010Pa，泊松比為0.27，斷層的摩擦系數(shù)設(shè)定為0.3，不考慮斷層性質(zhì)及斷層不同部位之間摩擦系數(shù)的差別。

2 加載計(jì)算與模擬結(jié)果

采用Zheng等（2017）主要利用1991—2015年中國大陸地殼運(yùn)動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)工程I期和Ⅱ期項(xiàng)目的長期GPS觀測數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果作為加載。“塊體加載”的具體步驟包括：1）基于活動塊體內(nèi)部的GPS觀測結(jié)果vobs，利用彈性運(yùn)動方程（李延興等，2007）：

反演各塊體的歐拉極和角速度等運(yùn)動參數(shù)；2）依據(jù)運(yùn)動參數(shù)計(jì)算GPS測站理論值vpre，并得到兩者殘差Δv＝vobs－vpre，刪除殘差較大（＞2mm／a）的GPS測站數(shù)據(jù)，重新計(jì)算運(yùn)動參數(shù)，直至采用的各GPS測站的殘差均＜2mm／a；3）利用上步中的塊體運(yùn)動參數(shù)，插值得到有限元模型塊體區(qū)（圖2a灰色陰影區(qū)）各單元節(jié)點(diǎn)處的水平運(yùn)動速度ve和vn，形成約束條件；4）加載計(jì)算，模擬得到邊界斷裂運(yùn)動速率與受力分布（圖2a中空白區(qū)的紅色接觸單元）。加載過程共利用模型內(nèi)部及邊界附近GPS測站449個(gè)，刪除殘差＞2mm／a的測站81個(gè)，實(shí)際采用測站368個(gè)，其中342個(gè)測站位于有限元模型區(qū)內(nèi)部（圖1中的黑色虛線框），另外26個(gè)測站位于模型邊界附近。各次級活動塊體采用的測站數(shù)以及計(jì)算得到的塊體運(yùn)動參數(shù)見表1。模擬給出的各邊界斷裂運(yùn)動速率和應(yīng)力分布見表2，此外也將前人相關(guān)研究結(jié)果列于表2中。

表1 GPS數(shù)據(jù)反演的各活動塊體運(yùn)動參數(shù)Table 1 The motion parameters of each active block calculated from GPS data

圖3a—c為GPS觀測結(jié)果、模擬結(jié)果及兩者殘差分布。需要說明的是，這些GPS測站多數(shù)位于模型塊體區(qū)（圖2a陰影部分），即模擬計(jì)算的加載區(qū)，少部分測站位于邊界帶附近（圖2a中的空白區(qū)），即非加載區(qū)。對比GPS結(jié)果（圖3a）和模擬結(jié)果（圖3b）可知，兩者的運(yùn)動趨勢一致。圖3c顯示兩者的殘差較小且運(yùn)動方向無序，即殘差不包含整體運(yùn)動信息。對速度殘差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，殘差＜2mm的測站約占總測站數(shù)的86%，其中225個(gè)測站的殘差＜1mm，占比約66%，70個(gè)測站的殘差為1～2mm，占比約20%（圖3d）。對方向角殘差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，方向角殘差＜10°的測站約占總測站數(shù)的82%，其中190個(gè)測站方向角殘差＜5°，占比約56%，91個(gè)測站方向角殘差介于5°～10°，占比約26%（圖3e）。此外，模擬給出的斷層錯(cuò)動性質(zhì)和速率與已有研究大體一致（表2），表明本文模擬結(jié)果是合理的。

表2 川滇地區(qū)主要斷裂的滑動速率與應(yīng)力分布Table 2 The slip rate and stress distribution of the primary boundary faults in Sichuan Yunnan region編號斷裂名稱模擬走滑速率 ／mm·a－1模擬張壓速率 ／mm·a－1剪切應(yīng)力／Pa 均值／Pa 擠壓應(yīng)力／Pa 均值／Pa 走滑速率 ／mm·a－1垂直速率 ／mm·a－1張壓速率 ／mm·a－1滑性動質(zhì)參考文獻(xiàn)1 東昆侖斷裂1．06～4．21 －0．72～1．20 0～888．9 365．6 0～9 107．6 3711．7 4．9±1．3 0．3 LL 李陳俠等，2011； Ren et al．，2013 2白龍江－光斷蓋裂山－迭山0．37～0．56－0．05～0 0～136．0 99．2 0～619．6 381．7 0．51±0．13 （0．49±0．08）～（1．15±0．28）LL＋R俞晶星等，2012 3文縣斷裂－0．17～0．17 －0．02～0．18 －47．2～52．9－7．9 0～275．7 201．4－（1．1±0．1） LL＋R 任俊杰等，2017 4龍日北壩西斷段裂0．28～2．17 0．06～2．41————－（5．4±2．0） －4～－6 0．7－0．55 RL Shen et al．，2005；徐錫偉等，2008龍日南壩東斷段裂－1．69～0．67 －0．29～1．82 0～－531．1 －370．2 0～4 698．3 2 934．1 5岷江斷裂0～0．09 0．25～0．61————約1．0約0．45±0．1 0．53～0．74 LL＋R 周榮軍等，2006； Kiby et al．，2007；6虎牙斷裂1．05～2．74 －0．01～－0．20 0～582．1 209．8 0～1 940．3 699．3 1．4 0．3＞0．3 LL周任榮俊軍杰等等，2 006；，2017 7龍門山斷裂北段－0．41～－1．34－0．01～－0．49－31．7～－440．4 －232．9 105．6～5 176．2 1 134．0 1．5～2．0 1．1≤－3 RL＋R Shen et al．，2005； Densmore et al．，2007龍門山斷裂中段－0．18～－1．00－61．0～－580．2 －151．8 1 242．3～5 911．4 3 770．9龍門山－玉斷裂南段－0．85～－3．03－228．9～－990．3－546．7 999．2～6 108．0 2 650．6 8 甘孜樹斷裂 4．61～7．13 －0．32～1．05 90．4～895．1 530．0 301．5～2 983．7 1 766．7 12．0±2．0 1．1±0．4 LL＋R聞學(xué)澤等，2003 9鮮水河斷裂3．36～9．31 －0．40～4．92 96．3～1445．4 1 025．1 320．9～4 817．9 3 416．8 9．0～11．0 LL張培震，2008安寧河斷裂3．76～5．73 －0．18～－0．77 77．2～1065．7 764．2 257．4～6 840．4 3 826．5 5．0±1．2 0．6±0．1 LL＋R聞冉學(xué)澤，2000；勇康等，2008則木河斷裂北段 4．16～6．39 －0．01～－0．18 109．8～958．7 549．4 366．1～3 478．6 1 831．5 6．4±0．6約2．0 LL徐錫偉等，2003則木河斷裂南段 4．84～6．35 0．07～5．82————小江斷裂2．69～7．80 0～5．17————4～10 LL聞學(xué)澤等，2011 10 大涼山斷裂0．75～3．09 －0．10～－0．28 235．3～848．1 546．8 1 246.6～4 440．4 2 844．6 3．1±0．5 LL何宏林等，2008

續(xù)表2編號斷裂名稱模擬走滑速率 ／mm·a－1模擬張壓速率 ／mm·a－1剪切應(yīng)力／Pa 均值／Pa 擠壓應(yīng)力／Pa 均值／Pa 走滑速率 ／mm·a－1垂直速率 ／mm·a－1張壓速率 ／mm·a－1滑性動質(zhì)參考文獻(xiàn)11金沙江斷裂北段0．04～0．88 0～0．09————0～5唐王榮閻昌昭等等，1 993；，2008金沙江斷－中 北－中 南裂南段－0．04～－0．56 0．23～3．10 12德斷欽裂甸段－0．11～－0．97 0．02～0．91————－1．7～－2．0 0．6～0．7 RL＋N常祖峰等，2014德斷欽裂甸段－0．10～－1．88玉龍雪山東麓斷－巍 北－巍 南裂帶0．11～0．82 0．03～1．60————0．3～1．4 LL＋R吳中海等，2008 13維斷西裂山段0．05～0．35 0．32～2．11————－1．8～－2．4 0．30～0．35 RL＋N常祖峰等，2016維斷西裂山段－0．02～－0．35 1．99～3．12紅河斷裂北段 －0．71～－1．54 0．04～3．07————－1．6～－3．2 RL虢順民等，2013紅河斷裂中南段－1．20～－2．68－0．01～－0．10 0～－261．6 －111．9 0～872．1 373．1紅河斷－楚斷裂南段－－2．09～0．39 0．02～1．80————14 南華雄裂建水－0．21～－1．12－0．01～－0．04 0～－261．6 －106．4 71．7～652．7 360．7－1．6～－2．0 RL常祖峰等，2015 15理塘斷裂北段0．04～1．22 －0．10～－0．25 0．1～380．9 229．9 803．0～3 632．5 2 874．7 4．0±1．0－0．1～－1．8 LL徐錫偉等，2005理塘斷裂中段 －0．05～－1．16－0．01～－0．16 0．02～2．19－26．5～－170．6 －96．3 286．8～2 354．7 1 275．1理塘斷裂南段0．02～1．98 2．34～4．20————16麗江小金河斷裂北段－0．01～－0．77 0～2．31 9．3～558．7 220．5 30．9～1 862．2 735．1 3．8±0．7 1．0～1．5 LL＋R徐錫偉等，2003麗江小金河斷裂南段0．17～3．30

續(xù)表2編號斷裂名稱模擬走滑速率 ／mm·a－1模擬張壓速率 ／mm·a－1剪切應(yīng)力／Pa 均值／Pa 擠壓應(yīng)力／Pa 均值／Pa 走滑速率 ／mm·a－1垂直速率 ／mm·a－1張壓速率 ／mm·a－1滑性動質(zhì)參考文獻(xiàn)17 寧－永斷勝裂－蒗賓0．47～1．46 0～0．54————0．20～0．26 N 黃小龍等，2016 18蓮峰川－昭通斷裂 0．30～2．72 0～0．59————RL＋R常祖峰等，2014 19怒江斷裂0～0．42－0．12～－0．80 0．05～0．28－0.01～－0.18 0．06～0．42 36．2～94．9－17．9～97．3 64．9－78．9 120．7～1 504.9 412．7～2 680．8 851．5 1853．7 3．9～7．5 3．3～6．7 RL王閻昭等，2015 20 大盈江斷裂0．63～1．42 0．58～1．38————1．5～2．5 1．2～1．6 LL常祖峰等，2011 21畹町－安定斷裂 0．54～0．90 0．03～0．27－0．01～－0．06 30．2～208．5 129．0 100．7～843．2 447．7 1．7～2．2 LL常祖峰等，2012 22 南、汀西河支東斷支裂0．62～0．78 0．02～0．21————3．6±0．4 4．3±1．6 1．1±0．3 1．2±1．5 LL＋N石峰，2014 23龍陵－瀾滄斷裂 －0．36～－0．57－0．03～－0．07－101．8～－176．7－156．0 417．1～1 103．0 671．9 RL＋N虢順民等，1999 24 無量山斷裂－0．01～－0．53 0．27～0．66————－1．3～－1．4 R 常祖峰等，2016 注 序號與圖示2a模型構(gòu)架一致；走LL左過滑分旋量走：左，RL右旋為、右走得負(fù)逆力；張壓分量正非：拉滑層張。真為應(yīng)實(shí)正力的、擠均絕壓；剪存：左力、右，而旋；擠的：擠要壓強(qiáng)為調(diào)正的、拉，斷張斷為層裂零應(yīng)帶?！啊北硎菬oGPS速應(yīng)力模率擬（年結(jié)果?；瑸?，R 傾增滑量，N 傾斷值對為是應(yīng)負(fù)斷力裂。切在應(yīng)擠力壓應(yīng)旋區(qū)剪段切的為平正均值剪非切整為條負(fù)斷裂壓均應(yīng)值力。需是力結(jié)果由位移）通“塊體加載”計(jì)算到的應(yīng)，并

3 討論

由于接觸面不能相互侵入，模擬給出的斷層擠壓運(yùn)動分量應(yīng)該低于實(shí)際觀測，但斷層面擠壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力結(jié)果應(yīng)接近或高于實(shí)際。此外，當(dāng)斷層處于拉張狀態(tài)時(shí)斷層面的應(yīng)力為零而沒有分析意義，但給出的斷層拉張運(yùn)動分量不為零，具有一定參考價(jià)值。因此，本文結(jié)合斷裂走滑和拉張速率、壓應(yīng)力和剪應(yīng)力模擬結(jié)果（圖4），對前言中提及的問題進(jìn)行討論。

3.1 大型走滑斷裂帶的滑動速率分配與應(yīng)力轉(zhuǎn)換特征

東昆侖斷裂在若爾蓋盆地一帶向SE偏轉(zhuǎn)，與龍日壩斷裂北西段、岷江斷裂、虎牙斷裂和文縣斷裂斜接，形成“V”形帚狀構(gòu)造，且東昆侖斷裂北側(cè)分布有白龍江－光蓋山－迭山斷裂。圖5a為模型范圍內(nèi)的東昆侖斷裂帶左旋走滑速率分布以及白龍江－光蓋山－迭山等斷裂左旋運(yùn)動速率沿東昆侖斷裂的投影，該圖顯示存在4個(gè)速度變化高梯度帶。第Ⅰ高梯度帶位于模型范圍內(nèi)東昆侖斷裂的西端，左旋走滑速率減小了0.86mm／a，有研究認(rèn)為由其南側(cè)的阿萬倉斷裂所吸收（李陳俠等，2011）。第Ⅱ高梯度帶位于東昆侖斷裂與白龍江－光蓋山－迭山斷裂西段重疊的區(qū)域，前者速率減小了0.70mm／a，而后者的速率為0.39～0.56mm／a，可見前者減小的速率主要被后者吸收。第Ⅲ高梯度帶位于東昆侖斷裂與龍日壩斷裂北西段、白龍江－光蓋山－迭山斷裂東段重疊的區(qū)域，東昆侖斷裂速率先減后增，而龍日壩斷裂北西段為先增后減，增加量與減小量接近。白龍江－光蓋山－迭山斷裂東段的左旋走滑速率為0.37～0.51mm／a，略低于其西段。從形變分配來看，東昆侖斷裂先將部分左旋分量傳遞至龍日壩斷裂北西段，隨著該斷裂向SSE延伸，斷層走向轉(zhuǎn)變?yōu)镹E向，左旋走滑受阻，又將吸收的左旋分量傳遞回東昆侖斷裂。第Ⅳ高梯度帶位于東昆侖斷裂東端及其延伸區(qū)域，在與虎牙斷裂重疊區(qū)段，東昆侖斷裂的左旋走滑速率減小了0.86mm／a，而虎牙斷裂增加了0.78mm／a。岷江斷裂的左旋走滑速率均＜0.10mm／a，說明該重疊區(qū)段東昆侖斷裂部分左旋分量傳至虎牙斷裂。跨過重疊區(qū)段，虎牙斷裂的左旋速率繼續(xù)增大至2.43mm／a并趨于穩(wěn)定，而NE向的文縣斷裂以右旋走滑兼拉張運(yùn)動為主，速率為－0.02～－0.17mm／a，可見東昆侖斷裂剩余的左旋分量也主要被虎牙斷裂吸收。

第Ⅱ高梯度帶上東昆侖斷裂的左旋速率為3.08mm／a，至虎牙斷裂為2.43mm／a（圖5a中的黃色透明區(qū)），左旋速率約減小0.65mm／a。白龍江－光蓋山－迭山斷裂的模擬結(jié)果（表2，左旋0.37～0.56mm／a，平均約為0.45mm／a）和野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果（左旋速率約為0.50mm／a）（俞晶星等，2012）基本一致，假定斷層滑動速率源于東昆侖斷裂，則還存在約0.15mm／a剩余左旋分量。應(yīng)力結(jié)果顯示在若爾蓋盆地以東（第Ⅲ—Ⅵ高梯度帶）東昆侖斷裂和虎牙斷裂呈擠壓狀態(tài)，壓應(yīng)力分別為3 711.7Pa和699.3Pa，剪應(yīng)力分別為365.6Pa和209.8Pa。白龍江－光蓋山－迭山斷裂也表現(xiàn)為擠壓特征，壓應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為381.7Pa和99.2Pa。而龍日壩斷裂北西段和岷江斷裂則為拉張?？梢姡Ｓ嗉s0.15mm／a的左旋分量主要被若爾蓋盆地以東的東昆侖斷裂和虎牙斷裂吸收，即NW 向左旋走滑轉(zhuǎn)為近SN向時(shí)，斷裂強(qiáng)烈轉(zhuǎn)折區(qū)段吸收了部分走滑分量并轉(zhuǎn)化為應(yīng)變積累，呈高應(yīng)力分布特征（圖4d）。

圖4 斷層滑動與應(yīng)力模擬結(jié)果Fig．4 Simulation results of fault slip and stress distribution．a(chǎn)走滑速率（左旋為正，右旋為負(fù)）；b張壓速率（拉張為正，擠壓為負(fù)）；c剪切應(yīng)力（左旋剪切為正，右旋剪切為負(fù)）；d擠壓應(yīng)力

圖5b為鮮水河－小江斷裂左旋走滑速率分布以及大涼山斷裂左旋運(yùn)動沿鮮水河－小江斷裂的投影。在康定以西，鮮水河－小江斷裂的左旋速率普遍＞7.0mm／a，但明顯低于前人給出的10～15mm的研究結(jié)果（Molnaretal．，1984；聞學(xué)澤等，1989；Allenetal．，1991；張培震，2008；易桂喜等，2015），分析其原因主要有以下3點(diǎn)：1）本文采用有限元“塊體加載”方法對模型加載區(qū)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束，該方法雖可以使加載區(qū)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動整體趨于協(xié)調(diào)，避免因單點(diǎn)誤差較大而引起局部畸變，更易于計(jì)算結(jié)果收斂，但同時(shí)降低了塊體內(nèi)存在的局部差異，因而造成模擬結(jié)果與觀測結(jié)果在局部具有較大殘差。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，鮮水河斷裂中、西段附近模擬結(jié)果普遍低于實(shí)測結(jié)果，殘差主要介于1～3mm／a，部分節(jié)點(diǎn)殘差＞6mm／a。2）網(wǎng)格劃分結(jié)果（圖2b）顯示甘孜－玉樹斷裂東南端與鮮水河－小江斷裂西北端存在局部重疊，重疊區(qū)段斷裂的左旋走滑主要被甘孜－玉樹斷裂吸收，在某種程度上也會造成鮮水河－小江斷裂的左旋走滑速率降低。3）斷裂端部存在一定的邊緣效應(yīng)。隨著斷裂向SE延伸、轉(zhuǎn)折，與大涼山斷裂形成分叉，左旋走滑由單一斷裂分配至2條斷裂，鮮水河－小江斷裂的左旋速率由7.28mm／a迅速減小至2.06mm／a，大涼山斷裂由0.97mm／a增至3.09mm／a。至巧家附近2條斷裂趨于合并，鮮水河－小江斷裂的左旋速率增至6.03mm／a，而大涼山斷裂則減小至0.75mm／a。在小江斷裂北段，斷裂走向近SN，此時(shí)左旋速率約為6.0mm／a（圖5b中右邊黃色透明區(qū)），與鮮水河斷裂康定以西存在約1.0mm／a的差值（圖5b中左邊黃色透明區(qū)）。

圖5 東昆侖斷裂帶（a）和鮮水河－小江斷裂帶（b）的滑動速率分布Fig．5 Distribution of fault slip rate of east Kunlun fault zone（a）and Xianshuihe Xiaojiang fault zone（b）．

應(yīng)力結(jié)果顯示在康定—巧家段，即斷裂走向強(qiáng)烈轉(zhuǎn)折區(qū)段，鮮水河－小江斷裂和大涼山斷裂均具有較高的擠壓應(yīng)力，分別為3 051.7Pa和2 844.6Pa，剪應(yīng)力分別為730.7Pa和546.8Pa，與張培震（2008）揭示的鮮水河－小江斷裂帶向NE突出的弧頂部位為擠壓逆沖的運(yùn)動性質(zhì)一致，反映出約1.0mm／a的左旋速率差值主要被該區(qū)段吸收，斷裂強(qiáng)烈轉(zhuǎn)折區(qū)段吸收部分走滑分量并轉(zhuǎn)化為應(yīng)變積累，呈高應(yīng)力分布特征，與東昆侖斷裂—虎牙斷裂的強(qiáng)烈轉(zhuǎn)折區(qū)類似。

3.2 拉分區(qū)構(gòu)造機(jī)制

關(guān)于川滇地區(qū)構(gòu)造變形動力學(xué)模式，徐錫偉等（2003）指出青藏高原側(cè)向擠出符合“疊瓦狀逆沖轉(zhuǎn)換－有限擠出模型”，即側(cè)向擠出分量由西向東分段減弱，突變主要發(fā)生在如金沙江斷裂、麗江－小金河斷裂等橫向活動斷裂帶上，這些斷裂以逆沖擠壓的方式將側(cè)向擠出分量轉(zhuǎn)化為抬升運(yùn)動。本文的模擬結(jié)果顯示金沙江斷裂呈微弱右旋、拉張的形變狀態(tài)，麗江－小金河斷裂呈左旋、拉張形變狀態(tài)，與“疊瓦狀逆沖轉(zhuǎn)換－有限擠出模型”不符。而中強(qiáng)地震的震源機(jī)制解在金沙江斷裂附近以走滑型和正斷型為主，麗江－小金河斷裂南段以正斷型為主（圖6a），與本文模擬的斷層運(yùn)動方式基本一致。這表示，金沙江斷裂、麗江－小金河斷裂帶現(xiàn)今的運(yùn)動方式以及對區(qū)域形變的作用可能已發(fā)生變化。

圖6 a 1976年1月—2020年10月研究區(qū)內(nèi)M W≥4.5地震的震源機(jī)制解（數(shù)據(jù)主要源于GCMT，部分?jǐn)?shù)據(jù)采用易桂喜等（2017）重定位結(jié)果）；b模型區(qū)域運(yùn)動學(xué)特征（扣除整體旋轉(zhuǎn)）Fig．6 Focalmechanism of M W≥4.5 earthquakes from January 1991 to February 2019（The data are from GCMT and part of data are from the relocations obtained by YI Gui xi et al．（2016））（a），and kinematic characteristics in the model range（global rotationalmotion deducted）（b）．

針對德欽－中甸－玉龍雪山東麓斷裂、麗江－小金河斷裂南段及寧蒗－永勝－賓川斷裂附近的正斷型震源機(jī)制解（圖6a中紫色虛線框內(nèi)的藍(lán)色震源機(jī)制解），吳中海等（2008）提出了2種動力模型：1）中甸斷裂為左旋走滑，與龍?bào)矗瓎毯髷嗔押湍贤『訑嗔褬?gòu)成左階斜列剪切變形帶，正斷型震源機(jī)制解位于其左旋走滑拉分區(qū)；2）中甸斷裂和紅河斷裂均為右旋走滑，構(gòu)成右階斜列剪切變形帶，正斷型震源機(jī)制解位于其右旋走滑拉分區(qū)。馬文濤等（2008）認(rèn)為紅河斷裂受鮮水河－小江斷裂帶左旋剪切的直接作用，呈右旋走滑，在后延斷裂形成應(yīng)力拉張區(qū)。王雙緒等（2013）指出印度板塊下插造成川滇地區(qū)中南部弧后擴(kuò)張，從而產(chǎn)生EW 向拉張。

本文模擬及野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果均顯示中甸斷裂為右旋走滑（常祖峰等，2014），與吳中海等（2008）提出的第1種模型不符。針對第2種模型假定，為凸顯川滇地區(qū)內(nèi)部運(yùn)動的差異，對GPS結(jié)果進(jìn)行區(qū)域無旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換（楊國華等，2005）后得到圖6b。該圖顯示鮮水河－小江斷裂帶以強(qiáng)烈的左旋剪切為主，剪切錯(cuò)動方向沿?cái)嗔褞У淖呦蛑饾u向SW 偏轉(zhuǎn)，至小江斷裂南端，大致與南華－楚雄－建水?dāng)嗔押图t河斷裂中南段垂直。此外，模擬結(jié)果顯示小江斷裂南段的左旋走滑速率由約6mm／a減至約3mm／a（圖5b），南華－楚雄－建水?dāng)嗔押图t河斷裂中南段的平均壓應(yīng)力分別為360.7Pa和373.1Pa，遠(yuǎn)低于龍門山斷裂帶的2 367.9Pa。而從地形上看，紅河斷裂兩側(cè)無明顯變化（圖7b），未形成如龍門山斷裂兩側(cè)約4 000m的顯著高差（圖7c）。據(jù)此，本文推斷南華－楚雄－建水?dāng)嗔?、紅河斷裂中南段對小江斷裂左旋走滑雖有阻擋，但影響較小，受此影響南華－楚雄－建水?dāng)嗔押图t河斷裂中南段表現(xiàn)為右旋走滑兼微弱擠壓的運(yùn)動和受力特征，紅河斷裂中南段的右旋速率為－1.20～－2.68mm／a，明顯大于北段的－0.71～－1.54mm／a，反映出斷裂北段的右旋走滑是由中南段牽引所致。同時(shí)，在更廣范圍內(nèi)的模擬結(jié)果顯示金沙江斷裂、德欽－中甸斷裂以及紅河斷裂均為右旋走滑，共同構(gòu)成右階斜列的右旋剪切變形帶（圖7a），而德欽－中甸－玉龍雪山東麓斷裂、麗江－小金河斷裂南段和寧蒗－永勝－賓川斷裂的正斷型震源機(jī)制解正好位于其右旋走滑拉分區(qū)，與實(shí)際正斷型震源機(jī)制解的分布更為吻合。

圖7 構(gòu)造拉分區(qū)示意圖（a）和跨斷層地貌高程變化（b、c）Fig．7 Sketches of structural pull apart region（a）and geomorphic variation across faults（b，c）．

3.3 紅河斷裂的地震活動性差異

紅河斷裂帶北段的地震活動強(qiáng)烈，中南段則相對較弱（王夫運(yùn)等，2014）。有研究認(rèn)為斷裂北段以黏滑為主，而中南段以蠕滑為主，從而形成地震活動北強(qiáng)南弱的格局（虢順民等，2001；李亞敏等，2008）；也有學(xué)者認(rèn)為2段地震活動性差異主要由斷裂兩側(cè)的介質(zhì)差異導(dǎo)致（張建國等，1993）。本文的模擬顯示，紅河斷裂北段為弱張性，中南段為弱壓性，根據(jù)庫侖破裂準(zhǔn)則，北段剪切破裂所需的剪切應(yīng)力應(yīng)低于中南段，即更易破裂并引發(fā)地震。

4 結(jié)論

本文基于二維有限元模擬獲得斷層滑動速率和受力分布結(jié)果，結(jié)合震源機(jī)制解、地震活動性等資料，圍繞川滇地區(qū)大型左旋走滑斷裂帶的滑動速率分配和應(yīng)力轉(zhuǎn)換、拉分區(qū)構(gòu)造機(jī)制以及紅河斷裂地震活動性差異成因進(jìn)行分析，主要結(jié)論包括：1）東昆侖斷裂帶和鮮水河－小江斷裂帶的左旋走滑由NW 向轉(zhuǎn)變?yōu)榻黃N向，斷裂強(qiáng)烈轉(zhuǎn)折區(qū)吸收了部分走滑分量并轉(zhuǎn)化為應(yīng)變積累，呈高應(yīng)力分布特征。2）紅河斷裂中南段牽引北段右旋走滑，與金沙江、德欽－中甸斷裂共同構(gòu)成右階斜列右旋剪切變形帶，在德欽－中甸－玉龍雪山東麓斷裂、麗江－小金河斷裂南段和寧蒗－永勝－賓川斷裂附近形成構(gòu)造拉分區(qū)，正斷型震源機(jī)制解多分布于該變形帶構(gòu)造拉分區(qū)內(nèi)。3）紅河斷裂北段呈弱張性，中南段為弱壓性，故北段更易破裂，地震活動明顯強(qiáng)于中南段。

致謝本文圖件由GMT繪制而成；審稿專家對初稿提出了很多建設(shè)性修改意見和建議；中國地震局地震預(yù)測研究所邵志剛研究員為模型重建提出了寶貴建議；山東省地震局崔華偉工程師為震源機(jī)制解分類提供了幫助。在此一并表示感謝！