汶川地震前后川滇块体应变与断裂变形特征研究*

赵 静 江在森 武艳强 刘晓霞 魏文薪

(中国地震局地震预测研究所，北京 100036)

汶川地震前后川滇块体应变与断裂变形特征研究*

赵 静 江在森 武艳强 刘晓霞 魏文薪

(中国地震局地震预测研究所，北京 100036)

利用1999—2007和2007—2009年GPS资料，采用块体变形模型和GPS速度剖面研究了川滇地区的分阶段变形特征，结果显示川西北-滇中-滇西南块体主压应变率方向由北向南呈顺时针方向旋转;安宁河断裂、则木河断裂存在剪切应变积累，小江断裂南段以走滑为主、北段以应变积累为主;汶川地震对丽江-小金河断裂中南段、安宁河断裂和金沙江断裂有一定影响，对则木河断裂、小江断裂和红河断裂的影响较小。

GPS;速度场;汶川地震;块体应变状态;断裂变形特征

1 引言

川滇地区构造活动复杂，强震活动频繁，是研究地壳形变与断裂活动情况的理想场所。前人曾基于一定时间的平均GPS速度场结果，研究过川滇地区的变形特征及断层滑动情况［1-4］，认为川滇地块东侧断裂以左旋走滑活动为主，西侧断裂以右旋走滑活动为主。

本文基于1999—2007年GPS速度场结果，根据残差分布和验后单位权中误差讨论了川滇菱形块体的再划分问题。根据再划分结果，结合2007—2009年GPS速度场，采用REHSM模型［5，6］和GPS速度剖面方法分析了川滇地区3个主要块体的应变状态和主要断裂带的运动变形特征，并讨论了汶川地震对它们的影响。

2 川滇块体次级活动地块的划分

图1给出了1999—2007年和2007—2009年川滇地区相对于中国大陆的GPS速度场(误差椭圆置信度为67%，图中虚线框为后续GPS速度剖面分析的剖面范围)。

分析图1可以发现存在部分测点的速度解明显偏离(如101.857，22.586处测点)，因此需要对奇异测点进行剔除。

利用剔除奇异点的1999—2007年结果，采用REHSM模型针对川滇地块是否再划分进行分析。图2(a)为沿丽江-小金河断裂将其划分为两个次级块体的残差分布;图2(b)为川滇菱形块体的残差分布。作为两个块体时川西北次级块体的单位权中误差约为1.8 mm/a，滇中次级块体的单位权中误差约为1.6 mm/a，而作为一个菱形块体的单位权中误差则约为2.6 mm/a。因此，从GPS速度残差分布情况和验后单位权中误差大小比较可以发现，将川滇菱形块体作为两个次级块体更合适。

3 川滇地区次级活动块体的应变状态分析

利用剔除奇异点的1999—2007和2007—2009年结果，采用REHSM模型计算得到川西北、滇中和滇西南块体的最大主应变率、最小主应变率、主压应变率方位角和最大剪应变率max(表1)。

图1 川滇地区GPS水平速度场(相对于中国大陆)Fig.1 GPS horizontal velocity field in Sichuan-Yunnan region(related to China mainland)

图2 次级块体的划分及速度残差分布Fig.2 Dipartition of subblocks and distribution of GPS velocity residuals

表1 川滇地区各块体的应变率参数Tab.1 Strain rate parameters of the blocks in Sichuan-Yunnan region

表1显示，川西北块体在2007—2009年的主压应变率较前期结果明显增大，由(-1.3±0.4)× 10-8a-1变为(-2.8±0.8)×10-8a-1，主张应变率及主压应变率方向维持稳定;滇中块体应变率参数在两个阶段基本没有变化;滇西南块体近南北向挤压减弱，进而造成了主压应变率方位角的变化;3个块体的最大剪应变率结果在汶川地震前后变化不大。另外，从1999—2007年结果可以发现，川西北-滇中-滇西南的主压应变轴自北向南由北西西方向向北北东方向逐渐沿顺时针旋转，其中川西北块体的主压应变率方向为-79°±3°、滇中块体为-23° ±3°、滇西南块体为6°±2°，表明顺时针偏转最为显著的地区为川西北块体到滇中块体。

4 川滇地区主要断裂变形特征分析

表2给出了REHSM模型计算得到的各主要断裂的滑动速率。

表2 川滇地区REHSM模型主要断裂滑动速率(单位：mma－1)Tab.2 Deformation rates of main active faults in Sichuan-Yunnan region with REHSM model(unit：mma－1)

由于利用REHSM模型计算断层滑动速率时，只对各块体分别求取块体整体变形参数，计算模型设定两块体边界为非连续，对于断裂带两侧连续变形的描述可能产生模型偏差。因此，有必要对断裂带进行GPS速度剖面分析，图3、4为各主要断裂的滑动情况(横轴为GPS台站至活动断裂的垂向距离，纵轴为速度分量，为了做图方便与美观，将同一断裂两侧的GPS点运动速率进行了平移;垂线为主断裂位置;灰色阴影部分为同一断层两侧GPS台站的速度分布范围。图中各断裂分别对应图1中各个方框)。

4.1 安宁河-小江断裂带

汶川地震对安宁河断裂有一定影响。模型结果(表2，下同)显示，其左旋走滑速率由震前的8.9 mma-1增大到震后的10.2mma-1，挤压速率震前、震后均为6.3 mma-1。GPS速度剖面方法获得的安宁河断裂震前(图3)、震后(图4)走滑速率分别为8.2 mma-1和9.2 mma-1，与模型值基本一致;挤压速率分别为5.1 mma-1和8.0 mma-1，显示有所增强。从图3(a)可以发现，安宁河断裂存在明显的剪切应变积累现象，表现为东侧位移逐渐增大的特征。

则木河断裂左旋走滑速率和拉张速率受汶川地震影响较小。模型结果表明，其走滑速率由震前的9.3 mma-1增大到震后的10.2 mma-1，拉张速率由1.5mma-1增大到2.2mma-1。GPS速度剖面方法显示则木河断裂左旋走滑速率由震前的8.2 mma-1增大到震后的10.0 mma-1，拉张速率均为 2.5 mma-1，与模型所得结果大体一致。则木河断裂剖面结果表明，该段也存在剪切应变积累。

小江断裂受汶川地震影响较小。模型结果显示，震前整个小江断裂以左旋走滑运动为主，并且其北段略微呈现挤压运动，南段略微呈现拉张运动。震后整个小江断裂的左旋走滑速率稍有提高，北段、南段依次为8.7 mma-1、7.9 mma-1，均比震前大0.8 mma-1左右;挤压状态较震前略有缓解，但改变很小，还是北段略微挤压、南段略微拉张。GPS速度剖面方法获得的小江断裂震前、震后走滑速率和挤压速率与模型值具有一致性。剖面结果表明，小江断裂北段与小江断裂南段表现出不同的变形方式，南段以滑动为主，北段表现出应变积累特性。

图3 1999—2007年川滇地区主要断裂GPS速度剖面Fig.3 GPS velocity profiles across major active faults in Sichuan-Yunnan region in the period of 1999—2007

图4 2007—2009年川滇地区主要断裂GPS速度剖面Fig.4 GPS velocity profiles across major active faults in Sichuan-Yunnan region in the period of 2007—2009

4.2 金沙江-红河断裂带

汶川地震对金沙江断裂也有一定影响。模型结果显示，震前金沙江断裂的右旋走滑速率和挤压速率分别为0.6 mma-1和3.0 mma-1;震后分别为0.8 mma-1和0.3 mma-1。GPS速度剖面方法表明，金沙江断裂右旋走滑速率由震前2.5 mma-1增大到震后3.2 mma-1，挤压速率由2.0 mma-1减小为0.8 mma-1，挤压速率降低可能是因为金沙江断裂西部测点保持运动不变而东部测点向东运动显著增强。GPS速度剖面走滑速率值较模型值稍大可能是因为模型中羌塘东块体GPS测站较少、较稀疏且块体分布范围较狭长，导致块体模型计算结果不够稳定。

剖面结果显示，震前红河断裂北段右旋走滑速率为2.5 mma-1，拉张速率为4.0 mma-1，中段右旋走滑速率为1.5 mma-1，拉张速率为1.2mma-1;震后红河断裂北段右旋走滑速率为3.2 mma-1，拉张速率为 2.0 mma-1，中段右旋走滑速率为 1.0 mma-1，拉张速率为0.2 mma-1，可见红河断裂受汶川地震的影响较小。而模型结果与上述结果相差较大，特别是在红河断裂中段垂直断裂走向分量上存在很大差别，分析其原因可能在于红河断裂中段附近GPS台站较少，对断裂的约束不够，致使其产生较大的偏差;另一方面可能是因为滇西南块体的运动统一性稍差，将其作为一个块体用REHSM模型来研究会在块体边界产生较大变形。

4.3 丽江-小金河断裂中南段

丽江-小金河断裂将川滇菱形块体分为川西北和滇中两个次级块体，本文主要研究该断裂的中南段。汶川地震对丽江-小金河断裂中南段有一定影响。模型结果显示，震前该断裂左旋走滑速率为3.7 mma-1，挤压速率为1.8 mma-1;震后其左旋走滑速率降低为1.9 mma-1、拉张速率为1.5 mma-1。GPS速度剖面结果表明，震前该断裂左旋走滑速率为2.2 mma-1，挤压速率为0.3 mma-1;震后其左旋走滑速率为0.3 mma-1，拉张速率为2.1 mma-1，与模型结果大体一致。另外，根据块体应变状态分析认为，丽江-小金河断裂对菱形块体的运动有一定的吸收作用，该断裂在整个川滇地区的作用不容忽视。

5 结论

1)将川滇菱形块体划分为川西北和滇中两个次级块体更合适。

2)块体应变状态显示，川西北-滇中-滇西南的主压应变轴自北向南由北西西方向向北北东方向逐渐沿顺时针旋转，偏转最为显著的地区为川西北块体到滇中块体。川西北块体在2007—2009年的主压应变率较前期结果明显增大，可见汶川地震对其影响很明显，而滇中块体受汶川地震的影响很小。

3)GPS速度剖面结果表明，安宁河断裂、则木河断裂存在剪切应变积累;小江断裂南段以滑动为主、北段以应变积累为主，表现出不同的变形特征。

4)汶川地震对丽江-小金河断裂中南段、安宁河断裂和金沙江断裂有一定影响，对则木河断裂、小江断裂和红河断裂的影响较小。

5)本文所得安宁河断裂的挤压速率虽然与前人所得结果［2，3］相差较大，但可以得到GPS速度剖面结果的支持，因此可信度较高。另外，对1999—2001、2001—2004和2004—2007年的GPS数据分析结果表明，安宁河断裂挤压速率基本保持在5.0 mma-1。

致谢 衷心感谢中国地壳运动观测网络中心提供计算数据!

1 乔学军，王琪，杜瑞林.川滇地区活动地块现今地壳形变特征［J］.地球物理学报，2004，47(5)：805-811.(Qiao Xuejun，Wang Qi and Du Ruilin.Characteristics of current deformation of active blocks in the Sichuan-Yunnan region［J］.Chinese J Geophys.，2004，47(5)：805-811)

2 吕江宁，沈正康，王敏.川滇地区现代地壳运动速度场和活动块体模型研究［J］.地震地质，2003，25(4)：543 -554.(Lü Jiangning，Shen Zhengkang and Wang Min.Contemporary crustal deformation and active tectonic block model of the Sichuan-Yunnan region，China［J］.Seismology and Geology，2003，25(4)：543-554)

3 Shen Z K，et al.Contemporary crustal deformation around the southeast borderland of the Tibetan Plateau［J］.Journal of Geophysical Research，2005，110(B11409)，doi：10.1029/2004JB003421.

4 王阎昭，等.基于GPS资料约束反演川滇地区主要断裂现今活动速率［J］.中国科学(D辑)，2008，38(7)：582 -597.(Wang Yanzhao，et al.GPS-constrained inversion of present-day slip rates along major faults of the Sichuan-Yunnan region，China［J］.Science in China(Series D)，2008，38(7)：582-597)

5 李延兴，等.板内块体的刚性弹塑性运动模型与中国大陆主要块体的应变状态［J］.地震学报，2001，23(6)：565-572.(Li Yanxing，et al.The rigid and elastic-plastic model of the blocks in intro-plate and strain status of principal blocks in the continent of China［J］.Acta Seismologica Sinica，2001，23(6)：565-572)

6 李延兴，等.中国大陆及周边地区的水平应变场［J］.地球物理学报，2004，47(2)：222-231.(Li Yanxing，et al.Horizontal strain field in the Chinese mainland and its surrounding areas［J］.Chinese J Geophys.，2004，47(2)：222-231)

STUDY ON CHARACTERISTICS OF BLOCK STRAIN AND FAULTS DEFORMATION OF SICHUAN-YUNNAN REGION BEFORE AND AFTER WENCHAUN EARTHQUAKE

Zhao Jing，Jiang Zaisen，Wu Yanqiang，Liu Xiaoxia and Wei Wenxin
(Institute of Earthquake Science，CEA，Beijing 100036)

Using the GPS velocity field data during the periods of 1999—2007 and 2007—2009，we analyzed the deformation characteristics of the Sichuan-Yunnan region during the two periods with block deformation model and by analyzing the GPS velocity profiles.The results show that the direction of the principal compressive strain rate of the west-northern segment of Sichuan block-the middle segment of Yunnan block-the west-southern segment of Yunnan block is characterized by clockwise rotation from north to south.The Anninghe fault and the Zemuhe fault have some shear strain accumulation，and the southern segment of Xiaojiang fault is mainly strike-slip，but its northern segment is mainly accumulating strain.The earthquake had relatively obvious influence on the mediumsouthern segment of Lijiang-Xiaojinhe fault，the Anninghe fault and the Jinshajiang fault，meanwhile it affected the Zemuhe fault，the Xiaojiang fault and the Honghe fault less.

GPS;velocity field;Wenchuan earthquake;strain status of blocks;faults deformation characteristics

1671-5942(2011)05-0030-05

2011-05-31

国家自然科学基金(41104004);中国地震局地震行业专项(201008007)

赵静，男，1985年生，硕士，主要研究方向为GPS数据处理与孕震信息提取.E-mail：zhaozhengjiajia1@126.com

P315.72+5

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