汶川8.0级地震前龙门山断裂带及邻近区域的震间形变与发震机理

杜 方 闻学泽 苏有锦

1）四川省地震局，成都 610041

2）中国地震局地震预测研究所，北京 100036

3）云南省地震局，昆明 650224

利用跨龙门山后山和前山断裂的短水准监测资料、龙门山区域GPS和水准测量资料，结合龙门山及邻近区域的地震构造、以及2008年汶川8.0级地震前的中小地震活动等信息进行分析，研究汶川地震前横跨龙门山断裂带的震间（震前）地壳形变特征，探讨引起发震断裂近场和远场形变的构造活动与动力学模式，并由此认识汶川地震的孕育与成因机制，以及该地震破裂的发生机理。主要结果表明：

（1）跨龙门山断裂带中段后山和前山断裂的近场短水准观测显示：在2008年汶川8.0级地震前，龙门山后山断裂的近场垂直形变速率仅为0.03 mm/a，表现为极低速率的压性特征；前山断裂的近场垂直形变速率为0.08 mm/a，也表现为低速率的压性特征。这种近场的垂直形变特征表明在2008年汶川8.0级地震前，龙门山断裂带中段从后山至前山断裂均处于高度的“闭锁”状态。

（2）1997—2007年期间的区域GPS测量显示，龙门山断裂带中段朝北西约230 km的地带内，在垂直于断裂带走向的NW-SE方向上，水平缩短率为1.3×10-8／a，表明龙门山断裂带后缘地带的巴颜喀拉地块内部也遭受水平挤压变形。 区域水准测量则显示同一地带在1975—1997年期间表现出垂直上隆变形，且上隆速率在龙门山前山断裂与中央断裂之间仅0.6 mm／a，而至龙门山后山断裂北西侧100～250 km的范围内达到2～3 mm／a。这些反映在2008年汶川8.0级地震前，由于龙门山断裂带从后山至前山断裂均处于高度“闭锁”状态，由水平挤压引起的缩短及垂直上隆形变已由龙门山断裂带向其后缘的巴颜喀拉地块内部扩展。在该断裂带的后缘扩展变形带中，不仅呈现有水平正（压）应变，而且伴有右旋剪应变的积累。

（3）区域GPS观测还表明2008年汶川8.0级地震前，从龙门山断裂带中段的前山断裂向北西延伸230 km的地带内，右旋水平角变形的速率为2.6×10-8／a。然而，龙门山断裂带北段仅伴有约0.9 mm／a的同期右旋剪切变形，且主要发生在北段的龙门山后山断裂（青川断裂）与中央断裂（茶坝-林庵寺断裂）之间的地带，而北段的龙门山前山断裂（江油-广元断裂）已无明显剪切变形。因此，在汶川8.0级地震之前，龙门山断裂中段的应变积累水平明显高于北段，这可能与该断裂带北段西侧存在岷江、虎牙、龙日坝等断裂带，它们不同程度吸收了巴颜喀拉地块的大部分朝东的水平运动有关。

（4）1970年有台网记录以来至2008年汶川8.0级地震之前，沿龙门山断裂带的中小地震活动显示出空间上的分段差异性。其中，断裂带中段和南段存在较频繁的中小震活动，但北段的中小震活动很弱，甚至不活动。这与GPS观测揭示的、龙门山断裂带中段与北段的地壳形变与应变积累程度的差异特征相吻合。

（5）巴颜喀拉地块以地壳内的低速层为“解耦”带，其上地壳部分朝南东的水平运动受到华南地块的阻挡，转换成龙门山断裂带的逆冲运动。2008年汶川8.0级地震之前，龙门山断裂带（特别是其中段）处于高度的“闭锁”状态并伴有高应变积累，且水平挤压形变向龙门山断裂带后缘的巴颜喀拉地块内部扩展，但龙门山断裂带北段的应变积累大大低于中段。汶川8.0级地震时，沿高度“闭锁”和高应变积累龙门山断裂带中段发生大释放型破裂，并触发了较低应力应变水平的龙门山断裂带北段的破裂。