基于GPS觀測的紅河斷裂帶現(xiàn)今分段及閉鎖特征

王君毅， 許才軍,2,3*， 溫?fù)P茂,2,3， 臧建飛， 肖卓輝

1 武漢大學(xué)測繪學(xué)院， 武漢 430079 2 武漢大學(xué)地球空間環(huán)境與大地測量教育部重點實驗室， 武漢 430079 3 自然資源部地球物理大地測量重點實驗室， 武漢 430079

0 引言

中國大陸現(xiàn)代構(gòu)造運動以地塊運動為主要特征，而地塊邊界帶由于其兩側(cè)塊體的差異運動導(dǎo)致構(gòu)造變形的非連續(xù)性最強(qiáng)，從而有利于應(yīng)力高度積累最后孕育強(qiáng)震(鄧起東等，2002).近年來，隨著空間大地測量技術(shù)的發(fā)展，GPS、InSAR等觀測手段被廣泛應(yīng)用于研究地塊邊界帶中斷裂帶的形變特征(Shen et al.，2005；McCaffrey，2005；趙靜等，2015)，并用于反演震間形變模型，如二維位錯模型(Savage and Prescott，1978)、三維彈性塊體模型(McCaffrey，2002，2005)、三維黏彈性模型(Fukuda and Johnson，2010；Jiang et al.，2015)等，從而得到斷裂帶的滑動速率、閉鎖程度、滑動虧損等特征，用于分析斷裂帶近期的活動特性以及其地震危險性(趙靜等，2015).

川滇地區(qū)位于青藏高原東南緣，是協(xié)調(diào)東南亞新生代陸內(nèi)構(gòu)造變形的關(guān)鍵區(qū)域(張培震等，2003).晚第四紀(jì)以來孕育了一系列以水平剪切變形為主，兼有強(qiáng)烈隆升運動的活動斷裂，它們將該地區(qū)分割成不同的活動塊體(徐錫偉等，2003).其中，作為滇中塊體與滇西南塊體分界的紅河斷裂帶，是一條穿越云南的大型走滑斷裂，呈NW-NWW走向，在平面上呈弧形伸展，弧頂凸向SW(圖1).晚第四紀(jì)以來，紅河斷裂帶從早期的左旋走滑運動轉(zhuǎn)變?yōu)橛倚呋\動(向宏發(fā)等，2004).從斷裂帶的構(gòu)造活動特征和地震活動性質(zhì)來看，紅河斷裂帶都表現(xiàn)出了非常顯著的時空不均勻性及分段特征(虢順民等，2001)；在彌渡及其以北的段落地震頻發(fā)，至今曾發(fā)生6級以上地震9次，其中7級以上地震2次，而斷裂帶中部和南部尚未有強(qiáng)震和大地震的記載，甚至小震活動都不活躍(張建國等，2009；尹鳳玲等，2018；李寧等，2019)，尤其是紅河斷裂帶中部出現(xiàn)了明顯的地震空區(qū).

目前有許多學(xué)者基于GPS和InSAR數(shù)據(jù)對紅河斷裂帶的活動特性開展了豐富的工作(Shen et al.，2005；王閻昭等，2008；李煜航等，2014；劉耀輝等，2015；Wang et al.，2017；李寧等，2019；徐文等，2019；李長軍等，2019).但由于紅河斷裂帶中南段(彌渡縣至元陽縣)的數(shù)據(jù)空間分辨率不足和所使用的模型的不同，不同學(xué)者得到的滑動速率和斷層閉鎖情況仍存在較大差異(表1).例如，王閻昭等(2008)和Shen等(2005)基于GPS數(shù)據(jù)認(rèn)為紅河斷裂帶南段(元江縣至元陽縣)為左旋走滑，而地質(zhì)結(jié)果(Allen et al.，1984)以及近年來其他學(xué)者基于大地測量數(shù)據(jù)則認(rèn)為紅河斷裂帶該段呈右旋走滑運動(劉耀輝等，2015；李寧等，2019；徐文等，2019)；徐文等(2019)基于2009—2014年GPS數(shù)據(jù)認(rèn)為紅河斷裂帶中段為高閉鎖區(qū)，北段和南段閉鎖程度較弱；而李長軍等(2019)考慮了紅河斷裂帶左右兩側(cè)的近場斷裂帶——楚雄—建水?dāng)嗔褞Ш蜔o量山斷裂帶，認(rèn)為北段和南段的閉鎖程度要高于中段.同時，眾多學(xué)者在使用塊體模型對紅河斷裂帶進(jìn)行研究時，通常參照鄧起東等(2002)塊體劃分和虢順民等(2001)段落劃分的結(jié)果，未對研究區(qū)域的塊體劃分和段落分段進(jìn)行進(jìn)一步檢驗，這可能導(dǎo)致建模偏差，從而影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性.

表1 紅河斷裂帶不同文獻(xiàn)所用數(shù)據(jù)和模型的對比

紅河斷裂帶北段地震發(fā)生頻繁，其積累的震間應(yīng)力是否已經(jīng)完全釋放，從而具有較弱的閉鎖程度？紅河斷裂帶中南段的弱活動性是由于其邊界作用已經(jīng)弱化(胥頤等，2003；汪一鵬等，2003；Shen et al., 2005；王閻昭等，2008；張建國等，2009)，與周圍的斷裂帶一起構(gòu)成了青藏高原東向擠出的西南邊界斷裂帶，它們分散了紅河斷裂帶上的應(yīng)力加載，從而導(dǎo)致了中南段地震稀疏同時閉鎖程度不強(qiáng)?還是由于紅河斷裂帶中南段的強(qiáng)閉鎖程度抑制了其活動性(張希等，2013；徐文等，2019)?針對這些問題，本文整合了Wang和Shen(2020)發(fā)表的GPS數(shù)據(jù)和課題組2014—2018年在云南賓川—永平、峨山—墨江測線加密布設(shè)的12個站點的GPS觀測數(shù)據(jù)對紅河斷裂帶現(xiàn)今活動段落劃分、不同段落的閉鎖特征以及活動特性等開展研究.

1 區(qū)域構(gòu)造背景

紅河斷裂帶位于滇中塊體與滇西南塊體的交界帶(鄧起東等，2002)，在其附近區(qū)域存在多條強(qiáng)活動斷裂(圖1).如作為滇中塊體東邊界的小江斷裂帶，具有11～13 mm·a-1的左旋走滑速率(李煜航等，2014)；北邊界的麗江—小金河斷裂帶具有3 mm·a-1的左旋走滑速率(Shen et al.，2005；Wang et al.，2017).作為滇西南塊體西邊界的龍陵—瀾滄新生斷裂帶，具有8 mm·a-1的右旋走滑速率(王閻昭等，2008)，同時歷史地震頻發(fā)，近50年以來發(fā)生過多起6.5級以上地震；南邊界的打洛—景洪斷裂具有7.3 mm·a-1的左旋走滑速率(王閻昭等，2008).而在紅河斷裂帶近場100 km范圍內(nèi)存在著兩條與之近乎平行的斷裂帶：分別為位于其西南側(cè)的無量山斷裂帶，由磨黑斷裂、寧洱斷裂、普文斷裂和景谷—云仙斷裂所構(gòu)成(李長軍等，2019)，表現(xiàn)為右旋走滑性質(zhì)，速率達(dá)4.3 mm·a-1，歷史上共發(fā)生了10次6級以上地震(常祖峰等，2016)；和位于其東北側(cè)的楚雄—建水?dāng)嗔褞?，是由楚雄—南華斷裂、曲江斷裂、石屏—建水?dāng)嗔褬?gòu)成的以右旋走滑運動為主的斷裂帶，速率為2～5 mm·a-1(聞學(xué)澤等，2011)，該斷裂帶南段與小江斷裂帶交界的位置歷史中強(qiáng)地震頻發(fā)(圖1).

2 基于GPS數(shù)據(jù)的區(qū)域塊體和紅河斷裂帶段落劃分

2.1 GPS數(shù)據(jù)處理

依托于國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)和川滇國家地震監(jiān)測預(yù)報實驗場項目，項目組2014—2018年在云南賓川—永平、峨山—墨江測線新布設(shè)12個站點并進(jìn)行了9期GPS加密觀測.本文首先對這12個測站的9期GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，然后結(jié)合Wang和Shen(2020)的GPS速度場數(shù)據(jù)整合獲取1999—2018年間多期復(fù)測得到的川滇地區(qū)GPS速度場.

本文采用GAMIT軟件對加密布設(shè)的12個流動觀測站的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理.數(shù)據(jù)處理中采用消電離層組合觀測值的方法來消除電離層的影響，同時考慮對流層、海洋潮汐、固體潮的影響(朱璇等，2017)；在基線解算中將12個云南觀測站數(shù)據(jù)與中國大陸周邊的13個IGS(International GNSS Service)站(BJFS，CHAN，CHUM，JFNG，HYDE，ULAB，LHAZ，POL2，HKWS，IISC，WUHN，SHAO，URUM)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合解算，估計得到地球自轉(zhuǎn)參數(shù)、衛(wèi)星軌道和測站坐標(biāo)的單日松弛解；然后將單日解與全球IGS解進(jìn)行合并，采用GLOBK軟件進(jìn)行整體平差，得到各個測站在ITRF2008框架下的坐標(biāo)和位移時間序列.最后對各站的位移序列進(jìn)行線性擬合，得到各測站在ITRF2008框架下的速度解，并采用Wang和Shen(2020)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，將速度場轉(zhuǎn)換到歐亞框架下.

本文所使用的GPS速度場數(shù)據(jù)還包含來自Wang和Shen(2020)發(fā)表的成果，該速度場數(shù)據(jù)中包含了中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)工程和中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)1999—2016年的GPS數(shù)據(jù)以及云南四川等地區(qū)的區(qū)域流動站數(shù)據(jù).

2.2 區(qū)域塊體劃分

在對斷裂進(jìn)行建模前，對它周圍研究區(qū)域進(jìn)行塊體劃分是十分重要的.首先根據(jù)地質(zhì)和大地測量資料給出研究區(qū)域的初步塊體劃分模型(徐錫偉等，2003；張培震等，2003).結(jié)果如圖1中塊體Ⅰ—Ⅶ所示；其中，南汀河斷裂將滇西南塊體分為塊體Ⅰ和塊體Ⅱ；麗江—小金河斷裂為塊體Ⅳ和塊體Ⅴ的分界斷裂；楚雄—建水?dāng)嗔褞⒌嶂袎K體分為塊體Ⅲ和塊體Ⅳ；在滇中塊體和華南塊體之間加入塊體Ⅵ.再通過最新的觀測資料對其現(xiàn)代活動性和獨立性加以驗證.

(1)

得到顯著性值F，n1和n2分別為相應(yīng)的臺站數(shù)目.再將這個顯著性值F與顯著性置信度達(dá)到95%時的F1做比較，如果F>F1，表示兩個塊體在95%的置信度下是獨立的，可以作為兩個相對獨立的塊體；如果F

表2 塊體獨立性檢驗結(jié)果

通過獨立性檢驗，發(fā)現(xiàn)有兩組塊體未通過檢驗：一是塊體Ⅰ和塊體Ⅱ，這可能是因為滇西南塊體內(nèi)部GPS站點較少，可能無法區(qū)分兩個塊體的運動趨勢，故將兩塊體合為滇西南塊體.二是塊體Ⅲ和塊體Ⅳ，它們之間的分界斷裂為楚雄—建水?dāng)嗔褞?，由于該斷裂帶距離紅河斷裂過近(80 km)，且與紅河斷裂帶之間的近場GPS數(shù)據(jù)較少(圖2)，可能無法區(qū)分兩個塊體的運動趨勢，故將兩個塊體合為滇中塊體.最終將研究區(qū)域劃分為5個相對獨立的塊體(圖1)，分別為：華南塊體、大涼山塊體、川西北塊體、滇中塊體、滇西南塊體.

圖2 GPS速度場及速度剖面位置

2.3 紅河斷裂帶段落劃分

在對斷裂進(jìn)行三維建模前，需要對斷裂帶不同分段的活動特性有一個基本認(rèn)識，使所建模型更加精確.本文沿紅河斷裂帶選取了7個橫跨斷裂帶的GPS速度場剖面，包含了斷裂帶左右兩側(cè)150 km范圍(圖2)，使每個剖面包含的近場、遠(yuǎn)場數(shù)據(jù)可以體現(xiàn)出該段斷裂的運動狀態(tài)；并將斷裂兩側(cè)的GPS速度場分別投影到平行斷裂和垂直斷裂的方向上，得到各段位錯的走滑分量和傾滑分量所產(chǎn)生的地表形變特征.

剖面1，2，3均顯示出了約3～4 mm·a-1的右旋走滑運動趨勢(由南至北逐漸增強(qiáng))(圖3a，3c，3e)和由北至南逐漸減弱的拉張運動趨勢(圖3b，3d，3f).剖面4，5則呈現(xiàn)出了弱于北邊3個剖面的右旋運動趨勢，在楚雄—建水?dāng)嗔褞У奈恢冒l(fā)現(xiàn)了新的速度躍遷，并且其右旋活動性強(qiáng)于紅河斷裂帶該段；圖3i顯示在紅河斷裂帶左側(cè)的無量山斷裂帶處也存在一個右旋性質(zhì)的速度躍遷.剖面6同樣可以揭示無量山斷裂帶和楚雄-建水?dāng)嗔褞恢玫挠倚\動趨勢(圖3k)，而在該段紅河斷裂帶近場速率反映了左旋運動趨勢；剖面7由于西側(cè)近場只有一個站點且沒有遠(yuǎn)場數(shù)據(jù)，完全呈現(xiàn)出左旋運動趨勢，而在其東北側(cè)楚雄—建水?dāng)嗔褞恢靡廊淮嬖谳^強(qiáng)的右旋運動趨勢(圖3m)；同時，剖面7的垂直斷層速率分量呈現(xiàn)出了擠壓運動狀態(tài)(圖3n).

圖3 剖面1—7平行斷層、垂直斷層速率分量

根據(jù)上述紅河斷裂帶不同分段速度剖面表現(xiàn)出來的運動狀態(tài)，可以將紅河斷裂帶分為三段：剖面1，2，3區(qū)域為紅河斷裂帶北段，地理位置為洱源縣至彌渡縣，顯示出了右旋走滑、拉張的運動趨勢；剖面4，5區(qū)域為紅河斷裂帶中段，地理位置為彌渡縣至元江縣，顯示出了弱于北段的右旋走滑運動趨勢；剖面6，7區(qū)域為紅河斷裂帶南段，地理位置為元江縣至元陽縣，斷裂帶走向發(fā)生了明顯變化，且近場數(shù)據(jù)顯示出了左旋走滑、擠壓的運動趨勢.斷裂帶分段結(jié)果與前人地質(zhì)觀測得到的分段結(jié)果基本一致，即紅河斷裂帶北段為拉張伸展段、中段為走滑剪切段和南段的壓縮變形區(qū)(向宏發(fā)等，2004)，但在具體的位置劃分上略有差別.

圖3續(xù)

由圖3g，3i，3k可得紅河斷裂帶兩側(cè)的無量山斷裂帶和楚雄—建水?dāng)嗔褞б簿哂休^強(qiáng)的活動性，但由于紅河斷裂帶近場的數(shù)據(jù)不夠豐富，不足以區(qū)分三條斷裂帶各自的構(gòu)造活動特征；因此在對紅河斷裂帶進(jìn)行三維建模分析時，剔除了無量山斷裂帶與楚雄—建水?dāng)嗔褞蓚?cè)25 km范圍的數(shù)據(jù)(共25個站點)，使紅河斷裂帶反演結(jié)果更加準(zhǔn)確.結(jié)合2.2節(jié)研究區(qū)域塊體劃分的結(jié)果，本文最終用于建模分析的GPS速度場共有633個站點的數(shù)據(jù)，其中滇中塊體內(nèi)有94個測站、滇西南塊體72個、華南塊體379個、川西北塊體69個、大涼山塊體19個.

3 反演方法和斷層幾何模型

3.1 反演方法

(2)

其中，n是觀測值數(shù)量，dof是自由度，r是觀測值的殘差，s是觀測值中誤差，F(xiàn)是觀測值權(quán)重；以及加權(quán)均方根誤差(Wrms)，其定義為(McCaffrey，2002；肖卓輝等，2017)：

(3)

Tdefnode采用模擬退火的反演方法，可能會出現(xiàn)局部最優(yōu)的結(jié)果，因此本文執(zhí)行一個迭代過程來反演塊體的運動參數(shù)，先給定塊體初始的歐拉參數(shù)和內(nèi)部應(yīng)變參數(shù)，再將反演得到的歐拉參數(shù)和內(nèi)部應(yīng)變參數(shù)給定塊體進(jìn)行下一次反演，直至運動參數(shù)穩(wěn)定不再發(fā)生變化.經(jīng)過實驗，將迭代次數(shù)設(shè)為50次.

3.2 斷層幾何模型

麗江—小金河斷裂帶、小江斷裂帶與紅河斷裂帶均為滇中塊體邊界，前者與紅河斷裂帶北段相交，后者與紅河斷裂帶南段相交；這兩條斷裂帶均具有較強(qiáng)的活動性且歷史地震頻發(fā)(圖1)，對紅河斷裂帶近場的數(shù)據(jù)有較大影響.為了提升紅河斷裂帶北段和南段的模型反演精度，在模型中考慮這兩條斷裂帶閉鎖所產(chǎn)生的彈性形變，分別對兩條斷裂帶進(jìn)行建模；其中，麗江—小金河斷裂帶為滇中塊體與川西北塊體的交界斷裂，小江斷裂帶為滇中塊體與華南塊體的交界斷裂.

準(zhǔn)確確定斷層的幾何模型，可以更好的將模型去擬合觀測的GPS速度場，減小速度場殘差；通過資料查詢，得到紅河斷裂帶的傾角在60°到80°之間(李煜航等，2014；劉耀輝等，2015)，通過網(wǎng)格搜索確定其最佳傾角為75°；小江斷裂帶的傾角在80°左右(李煜航等，2014)，通過網(wǎng)格搜索確定其最佳傾角為80°；根據(jù)大地電磁剖面的結(jié)果(李文軍等，2016)，麗江—小金河斷裂帶的傾角自地表至斷層閉鎖深度由65°逐漸減到10°.斷層的初始閉鎖深度也可以通過網(wǎng)格搜索計算出來；對于麗江—小金河斷裂帶，在20 km到30 km的范圍內(nèi)搜索，得到其初始閉鎖深度為25 km；對于小江斷裂帶，在25 km到35 km的范圍內(nèi)搜索，得到初始閉鎖深度為28 km；對于紅河斷裂帶，在20 km到35 km的范圍內(nèi)搜索，得到初始閉鎖深度為26 km.

4 GPS數(shù)據(jù)反演

4.1 參與建模斷裂帶對比實驗

為了檢驗在模型中加入麗江—小金河斷裂帶和小江斷裂帶是否對數(shù)據(jù)擬合有效果，總共做了4組實驗進(jìn)行對比：第一組，只對紅河斷裂帶進(jìn)行建模；第二組，對紅河斷裂帶和小江斷裂帶進(jìn)行建模；第三組，對紅河斷裂帶和麗江—小金河斷裂帶進(jìn)行建模；第四組，對三條斷裂帶一起進(jìn)行建模分析；在對斷裂帶進(jìn)行建模時，只考慮其周圍圍限塊體的運動和使用相應(yīng)塊體內(nèi)的數(shù)據(jù)；最終結(jié)果對比如表3所示.

表3 不同斷裂帶參與建模對比結(jié)果

4.2 模型分辨率檢測

為了證明反演結(jié)果的可靠性，本文對斷層的幾何模型進(jìn)行了分辨率測試(Li et al.，2018).該方法可以確定用于約束模型的GPS速度場可以識別斷層多大范圍(沿走向)的閉鎖情況變化(節(jié)點間距越小代表GPS速度場識別的斷層范圍越精確).具體步驟分為正向模型和反演模型兩步：①正向模型：在每個斷層節(jié)點處給定初始閉鎖系數(shù)Φ，然后正演得到所有站點的模擬GPS速度場；②反演模型：將每個站點的GPS速度中誤差作為白噪聲添加到模擬GPS速度場中，然后在這個速度場的約束下去反演斷層的閉鎖系數(shù)分布；最終將反演的Φ分布與正演設(shè)定的Φ分布進(jìn)行對比，分析討論各條斷裂帶的模型分辨率.分辨率測試結(jié)果顯示(圖4a、4c、4e表示各條斷裂模型測試結(jié)果，圖4c、4e測試了斷層沿走向上的分辨率，圖4a測試了斷層沿傾向上的分辨率.圖4b、4d、4f表示各條斷裂最佳模型結(jié)果.其中，每張子圖中下圖為正演輸入模型，上圖為反演輸出模型)：小江斷裂帶節(jié)點平均間距為50 km，最佳節(jié)點模型為6×4(沿走向×沿傾向)；麗江—小金河斷裂帶節(jié)點平均間距為80 km，最佳節(jié)點模型為4×4；紅河斷裂帶節(jié)點平均間距為100 km，最佳節(jié)點模型為4×4.模型沿傾向上設(shè)立的4個深度分別為：0.1 km、8 km、16 km、最大閉鎖深度(麗江—小金河斷裂帶25 km、小江斷裂帶28 km、紅河斷裂帶26 km).目前的數(shù)據(jù)可以較好的識別斷層沿走向上的閉鎖程度變化，但在傾向方向上存在一定的偏差，如小江斷裂帶北段、麗江—小金河斷裂帶南段、紅河斷裂帶整段都無法很好的識別深度超過16 km的強(qiáng)閉鎖區(qū)域；但在深度0～16 km的范圍內(nèi)，模型分辨率尚佳.

圖4 斷層模型分辨率測試結(jié)果

4.3 反演結(jié)果

圖5 GPS速度場殘差分布及統(tǒng)計直方圖

模型反演得到各個塊體的剛性旋轉(zhuǎn)參數(shù)和內(nèi)部應(yīng)變率參數(shù)如表4所示.塊體的運動趨勢符合印度板塊與歐亞板塊碰撞而導(dǎo)致青藏高原東向擠出，但碰上相對穩(wěn)定華南塊體，從而運動方向向南發(fā)生偏轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)出順時針運動的特點(徐錫偉等，2003)；與前人研究結(jié)果相比，塊體的運動參數(shù)大小由于塊體劃分的不同存在差異，但是塊體的運動趨勢是一致的(丁開華等，2013；Wang et al.，2017；徐文等，2019).

表4 塊體歐拉參數(shù)及內(nèi)部應(yīng)變率參數(shù)

本模型也得到了各條建模斷裂的震間閉鎖程度分布(圖6，7，8).麗江—小金河斷裂帶中北段的閉鎖程度由斷裂帶的西南至東北逐漸增強(qiáng)，且完全閉鎖深度逐漸加深，至最北端時，地表至16 km深度已處于完全閉鎖狀態(tài)；斷裂帶南端靠近紅河斷裂帶的位置存在完全閉鎖段落.小江斷裂帶存在兩個強(qiáng)閉鎖區(qū)域：一個位于小江斷裂帶靠近紅河斷裂帶(同時與楚雄—建水?dāng)嗔褞隙蜗嘟?的位置，地表至16 km深度為完全閉鎖狀態(tài)；另一個為斷裂帶北端與則木河斷裂相交的位置，地表至8 km深度為完全閉鎖(圖7).紅河斷裂帶北段，地表至16 km深度處于完全閉鎖狀態(tài)；紅河斷裂帶中段，完全閉鎖深度逐漸降低，地表至8 km深度為完全閉鎖狀態(tài)；紅河斷裂帶南段的閉鎖程度要弱于中段、北段(圖8)，關(guān)于紅河斷裂帶各個段落的閉鎖特征將在5.2節(jié)詳細(xì)討論.

圖6 麗江—小金河斷裂帶閉鎖分布圖

圖7 小江斷裂帶閉鎖分布圖

圖8 紅河斷裂帶閉鎖分布圖

5 討論

5.1 滑動速率

利用反演得到的塊體運動參數(shù)，可以用于算出邊界斷裂的滑動速率(走滑速率如表5所示).小江斷裂以左旋走滑運動為主，沿走向為7.9±0.1～8.1±0.1 mm·a-1，在斷裂帶北段存在3.7±0.3 mm·a-1的拉張速率，與前人利用大地測量數(shù)據(jù)約束所得到的結(jié)果一致(徐錫偉等，2003).麗江—小金河斷裂以左旋走滑運動為主，滑動速率為1.8±0.2～3.1±0.2 mm·a-1，由東北至西南逐漸增大，在斷裂帶北段存在2.5±0.2 mm·a-1的拉張分量，與趙靜等(2015)利用塊體模型得到結(jié)果一致.紅河斷裂帶不同分段的運動狀態(tài)為：北段，右旋走滑速率為2.9±0.2 mm·a-1，拉張速率為1±0.2 mm·a-1；中段，右旋走滑速率為1.6±0.2 mm·a-1，擠壓速率為1.9±0.3 mm·a-1；南段，左旋走滑速率為1.3±0.2 mm·a-1，擠壓速率為3±0.3 mm·a-1.本文得到紅河斷裂帶中北段的滑動速率結(jié)果與地質(zhì)結(jié)果2～7 mm·a-1(Allen et al.，1984)以及前人利用大地測量數(shù)據(jù)約束得到結(jié)果1～5 mm·a-1(李煜航等，2014；劉耀輝等，2015；徐文等，2019；李長軍等，2019；魯小飛等，2019)相吻合；而斷裂帶南段呈左旋走滑運動的現(xiàn)象將在5.2節(jié)進(jìn)行討論分析.

表5 不同文獻(xiàn)三條斷裂帶走滑速率對比

5.2 紅河斷裂帶不同分段的閉鎖特征

紅河斷裂帶北段仍具有較高的地震危險性.由于數(shù)據(jù)密度的原因，模型并不能完全識別該段的最大閉鎖深度,如圖4f所示；但反演得到的16 km的最大閉鎖深度反映了該段的強(qiáng)閉鎖狀態(tài)，與紅河斷裂帶北段近年來強(qiáng)震頻發(fā)的現(xiàn)象相吻合(圖1).同時，麗江—小金河西南段的閉鎖特征較弱(圖6)以及該段稀疏的歷史強(qiáng)震，說明該區(qū)域的應(yīng)力加載主要作用于紅河斷裂帶北段上，故該段仍然具有較高的地震危險性.

紅河斷裂帶中段近年來活動性不強(qiáng)，可能不再獨立作為滇中塊體的西南邊界.中段的完全閉鎖深度由北部的16 km向南逐漸減小到8 km.而在該段南部兩側(cè)的無量山斷裂帶和楚雄—建水?dāng)嗔褞t呈現(xiàn)出了較強(qiáng)的運動趨勢，如圖3i所示；本文在無量山斷裂帶和楚雄—建水?dāng)嗔褞У奈恢眠x擇了3個速度場剖面，如圖2所示(剖面8對應(yīng)楚雄—建水?dāng)嗔褞П倍危拭?對應(yīng)楚雄—建水?dāng)嗔褞隙?，剖?0對應(yīng)無量山斷裂帶)，將GPS速度場投影到各個段落上，得到結(jié)果如圖9所示，揭示了兩條斷裂帶較強(qiáng)的右旋走滑運動特征(楚雄—建水?dāng)嗔褞隙蔚乃俾史至枯^離散是因為楚雄—建水?dāng)嗔褞隙问怯啥鄺l斷裂帶組成的，包括石屏斷裂帶、建水?dāng)嗔褞У?；該段斷裂帶的左?cè)出現(xiàn)的左旋運動是來自紅河斷裂帶南段左旋運動趨勢的體現(xiàn)(圖 9b))；同時，這兩條斷裂帶歷史強(qiáng)震頻發(fā)(圖1)，近50年以來發(fā)生6級以上強(qiáng)震多起，如1979年普洱6級地震、2000年姚安6.5級地震、2009年姚安6.3級地震等；這些都反映出了這兩條斷裂帶近年來的強(qiáng)活動性.王閻昭等(2008)基于GPS數(shù)據(jù)約束有限元模型得到青藏高原東向擠出的西南邊界似乎不是由單一斷裂帶構(gòu)成，而是由淺部多條近平行或斜列展布的、跨度達(dá)數(shù)百千米量級的很寬的一個斷裂帶共同組成的結(jié)論.本文得到的認(rèn)識與上述結(jié)論是一致的，即該區(qū)域塊體相對運動所積累的震間應(yīng)力通過區(qū)域的多條斷裂帶得到了釋放，故而出現(xiàn)了紅河斷裂帶中段的地震空區(qū)以及相對于北段減弱的閉鎖特征(圖1，圖8).

圖9 剖面8—10平行斷層速率分量圖

紅河斷裂帶南段運動性質(zhì)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，由中段、北段的右旋走滑運動轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮呋\動.這是由于該段位于塊體轉(zhuǎn)換區(qū)，由青藏高原東南緣塊體的逆時針運動轉(zhuǎn)換為華南塊體的順時針運動，故斷裂帶的運動性質(zhì)發(fā)生了轉(zhuǎn)變(鄧起東等，2002).滇中塊體內(nèi)的GPS速度場在進(jìn)入塊體轉(zhuǎn)換區(qū)的范圍后，發(fā)生了明顯的削弱(圖2)，這與楚雄—建水?dāng)嗔褞П倍?剖面8)到南段(剖面9)斷裂兩側(cè)平行斷裂的速率值出現(xiàn)約2 mm·a-1的下降趨勢(圖9a，9b)相吻合；但楚雄—建水?dāng)嗔褞蓚?cè)的塊體均處于塊體轉(zhuǎn)換區(qū)內(nèi)，故其運動性質(zhì)未發(fā)生變化.而紅河斷裂帶剖面5到剖面6(剖面5位于紅河斷裂帶中段，剖面6位于紅河斷裂帶南段)中斷裂帶東側(cè)(位于滇中塊體內(nèi))平行斷層速率由10 mm·a-1降為7 mm·a-1，而斷裂西側(cè)(位于滇西南塊體內(nèi))平行斷層速率仍為8 mm·a-1(圖3i，3k)，導(dǎo)致了紅河斷裂帶南段左旋走滑運動的出現(xiàn).

同時，紅河斷裂帶該段歷史地震稀疏且閉鎖程度較弱(圖8).而其東側(cè)80 km處的楚雄—建水?dāng)嗔褞隙?主要由石屏—建水?dāng)嗔押颓瓟嗔褬?gòu)成)不僅具有較強(qiáng)的活動性(圖9b)，而且歷史地震頻發(fā)，6級以上強(qiáng)震也經(jīng)常出現(xiàn)，如1934年石屏6級地震、1970年通海7.8級地震等.呼楠和韓竹軍(2013)利用地震波數(shù)據(jù)獲得了該區(qū)域斷裂帶地殼速度剖面，發(fā)現(xiàn)紅河斷裂帶與石屏—建水?dāng)嗔押颓瓟嗔言谏畈繀R聚為一條深大的斷裂構(gòu)造帶，且后兩條斷裂帶與該大斷裂帶傾向相同，而紅河斷裂帶與之傾向相反.本文所得出紅河斷裂帶中南段已經(jīng)不再單獨構(gòu)成滇中塊體的西南邊界的認(rèn)識與之相一致，并且在該區(qū)域作為塊體邊界從而實現(xiàn)青藏高原東南向擠出的運動中，楚雄—建水?dāng)嗔褞Э赡鼙憩F(xiàn)出了更大的作用.小江斷裂帶在該區(qū)域與楚雄—建水?dāng)嗔褞隙蜗嘟晃恢玫膹?qiáng)閉鎖現(xiàn)象，同樣說明紅河斷裂帶南段在該區(qū)域并不是應(yīng)力加載的主要斷裂.

本文所得到的結(jié)論是基于目前觀測數(shù)據(jù)得出的最優(yōu)結(jié)果，但由于紅河斷裂帶中、南段的數(shù)據(jù)還不夠豐富，還不足以區(qū)分該區(qū)域紅河斷裂帶、無量山斷裂帶、楚雄—建水?dāng)嗔褞Ц髯援a(chǎn)生的彈性形變，需要更加密集的觀測數(shù)據(jù)才能給出更加真實的結(jié)果.

6 結(jié)論

本文結(jié)合紅河斷裂帶周圍加密布設(shè)的站點，整合了1999—2018年川滇地區(qū)GPS速度場，對紅河斷裂帶周圍區(qū)域進(jìn)行塊體劃分和段落分段；并將麗江—小金河斷裂帶、小江斷裂帶與紅河斷裂帶一起進(jìn)行建模分析，分別對三條斷裂帶進(jìn)行分辨率檢測獲得斷裂帶幾何模型，利用三維彈性塊體模型反演三條斷裂帶的滑動速率和閉鎖分布情況.最后，結(jié)合斷裂帶歷史地震分布、無量山斷裂帶和楚雄—建水?dāng)嗔褞У倪\動特征結(jié)果對紅河斷裂帶不同分段的閉鎖分布特征進(jìn)行討論分析.主要結(jié)論如下：

(1)小江斷裂帶的左旋走滑速率為7.9～8.1 mm·a-1，斷裂帶上存在兩個完全閉鎖區(qū)域，一個位于斷裂帶北段，閉鎖深度為8 km；一個位于斷裂帶南段與楚雄—建水?dāng)嗔褞Ы唤绲奈恢?，跨度約為150 km，閉鎖深度達(dá)到了16 km，具有較強(qiáng)的地震危險性；麗江—小金河斷裂的左旋走滑速率為1.8～3.1 mm·a-1，斷裂帶北段存在2.5 mm·a-1的拉張分量，為斷裂帶的完全閉鎖段落，閉鎖深度為16 km.

(2)紅河斷裂帶北段的右旋走滑速率為2.9 mm·a-1，拉張速率為1 mm·a-1，地表至16 km深度為完全閉鎖狀態(tài)，歷史地震頻發(fā)，為區(qū)域內(nèi)應(yīng)力加載的主要斷裂，仍然具有較強(qiáng)的地震危險性.紅河斷裂帶中南段處于地震空區(qū)，中段右旋走滑速率為1.6 mm·a-1，擠壓速率為1.9 mm·a-1，西北至東南閉鎖深度由16 km降至8 km.紅河斷裂帶南段的左旋走滑速率為1.3 mm·a-1，擠壓速率為3 mm·a-1，南段閉鎖程度弱于中北段.結(jié)合塊體模型和GPS速度場剖面投影的結(jié)果，推測紅河斷裂帶中南段似乎已經(jīng)不能單獨構(gòu)成滇中塊體的西南邊界，而是與其東西兩側(cè)的無量山斷裂帶和楚雄—建水?dāng)嗔褞Ч餐M成的多條斷裂帶近似平行、跨度達(dá)數(shù)百千米的一條大的斷裂帶，共同承擔(dān)塊體邊界的作用；但考慮到紅河斷裂帶中、南段的數(shù)據(jù)不夠豐富，需要更加密集的觀測數(shù)據(jù)才能給出更加準(zhǔn)確的結(jié)果.

(3)紅河斷裂帶南段位于滇中塊體與華南塊體的轉(zhuǎn)換區(qū)內(nèi)，塊體運動由滇中塊體的順時針運動轉(zhuǎn)變?yōu)槿A南塊體的逆時針運動，GPS速度場在轉(zhuǎn)換區(qū)內(nèi)減小導(dǎo)致了紅河斷裂帶南段左旋走滑運動狀態(tài)的出現(xiàn).

致謝感謝美國波特蘭州立大學(xué)McCaffrey教授提供Tdefnode軟件包以及在使用Tdefnode的過程中給予的無私幫助和指導(dǎo)，感謝同濟(jì)大學(xué)伍吉倉教授團(tuán)隊參與973項目的GPS野外觀測，感謝三位審稿專家提出的寶貴建議.