小江断裂带的运动及应变积累特征研究*

魏文薪 江在森 武艳强 刘晓霞 赵 静 李 强 董 曼

(1)中国地震局地质研究所，北京 100029 2)中国地震局地震预测研究所，北京 100036 3)中国地震台网中心，北京100045)

小江断裂带的运动及应变积累特征研究*

魏文薪1，2)江在森2)武艳强1，2)刘晓霞2)赵 静2)李 强2)董 曼3)

(1)中国地震局地质研究所，北京 100029 2)中国地震局地震预测研究所，北京 100036 3)中国地震台网中心，北京100045)

利用1999—2001、2001—2004和2004—2007三个时段的GPS速度场数据，基于块体运动的线性模型(RELSM)研究了小江断裂带的运动与变形的时空特征，得出小江断裂的总体左旋走滑速率为3.0～7.1 mm/a。根据断裂带历史地震地表破裂分段，结合GPS速度剖面，研究了断裂带的分段应变积累时空特征，结果表明:1)小江断裂各个分段不同时间段的相对运动与变形方式有较好一致性，均呈现左旋走滑兼拉张的运动特征;2)RELSM得出小江断裂分段滑动的差异性，表现为沿断裂带的北段到南段的左旋滑动速率逐渐减小;3)小江断裂各段应变积累特征表明，北段高于中北段，中南段及南段不利于积累或积累水平低;4)小江断裂带北段为相对闭锁且剪切应变积累速度较高的异常区域。

小江断裂带;GPS;线性变形模型;GPS剖面;应变积累

1 引言

小江断裂带是川滇菱形块体东南边界主干断裂［1］。从1500年以来，沿该断裂带曾发生过6.0～6.9级地震11次，7.0～7.9级地震3次，8.0级地震1次［2］。从大区域动力学背景来看，受印度板块北东向推挤作用，青藏高原南北向地壳缩短，物质东移，高原物质表现为绕喜马拉雅构造结做顺时针旋转的运动特征，川滇块体的侧向挤出滑移造成了东边界的左旋剪切变形，现今的地壳水平运动也体现了这种运动特征(图1)。作为重要的亚板块边界带，许多学者对其做了大量研究，给出了小江断裂带滑动速率和锁定强度等情况［3-8］。

本文将利用中国地壳运动观测网络1999—2001、2001—2004和2004—2007三个时间尺度的GPS速度场资料，分析小江断裂带变形及应变积累分段特征。

图1 研究区构造简图及2004—2007时段GPS速度场Fig.1 Structure diagram in studied area and the velocity field in the period of 2004—2007

2 小江断裂带水平运动特征分析

2.1 RELSM的基本原理

块体运动和线性应变模型的基本原理是根据活动地块上每一GPS站点的经纬度及其东向、北向速度，按照最小二乘原理，解算出活动地块的ωx、ωy、ωz、εe、εn、εen、A0、A1、A2、B0、B1、B2、C0、C1、C2等参数的最或然值［9］。其中ve、vn是活动地块上任一点(λ，φ)的东向速度与北向速度，为:

2.2 小江断裂带滑动速率的计算

利用 1999—2001、2001—2004和 2004—2007三期GPS速度场数据(相对于华南地块)，沿走向方向的地表破裂长度为量值，将小江断裂带分段［10］(图2)，再根据RELSM计算得到各段的滑动速率，并将其沿断裂带走向和垂直断裂带走向进行投影，从而求得垂直和平行断裂带的速率(表1)。

图2 小江断裂带分段示意图Fig.2 Sketch of segmentation of Xiaojiang fault zone

表1 小江断裂带分段速率结果(单位：mm/a)Tab.1 Results of segmentation velocity of Xiaojiang fault zone(unit：mm/a)

2.3 小江断裂带的水平运动时空特征分析

1)断裂带的分段运动时间特征

根据表1的计算结果，小江断裂带的分段运动时间特征如下:

北段:1999—2001时段，左旋走滑速率为6.15 mm/a，拉张速率为2.66 mm/a;2001—2004时段左旋走滑速率为7.15 mm/a，拉张速率为1.14 mm/a; 2004—2007年左旋走滑速率的平均值为5.19 mm/ a;拉张速率为0.94 mm/a。从各时间段的速率看，3个时段均呈现左旋走滑兼拉张的运动特征。

中北段:1999—2001时段，左旋走滑速率为5.68 mm/a，拉张速率为0.18 mm/a;2001—2004时段左旋走滑速率为6.44 mm/a，挤压速率为1.42 mm/a;2004—2007年左旋走滑速率的平均值为4.78 mm/a;挤压速率为0.99 mm/a。从各时间段滑动速率看，左旋走滑特征不变，与1999—2001时段相比，2001—2004时段和2004—2007时段的垂直断裂带速率由拉张变为挤压特征。

中南段:1999—2001时段，左旋走滑速率为4.22 mm/a，拉张速率为1.12 mm/a;2001—2004时段左旋走滑速率为5.68 mm/a，挤压速率为0.23 mm/a;2004—2007年左旋走滑速率的平均值为4.12 mm/a;挤压速率为0.03 mm/a。从各时间段滑动速率看，左旋走滑特征不变，与1999—2001时段相比，2001—2004时段和2004—2007时段的垂直断裂带速率由拉张变为挤压特征，但量值较小，可以认为该段仍呈现左旋走滑兼拉张的运动特征。

南段:1999—2001时段，左旋走滑速率为6.15 mm/a，拉张速率为2.66 mm/a;2001—2004时段左旋走滑速率为7.15 mm/a，拉张速率为1.14 mm/a; 2004—2007年左旋走滑速率的平均值为5.19 mm/ a;拉张速率为0.94 mm/a。从各时间段的速率看，3个时段均呈现左旋走滑兼拉张的运动特征。

2)小江断裂带运动的空间特征分析

从分段空间特征看，小江断裂的各分段左旋走滑趋势没有变化，部分段略带有挤压的趋势，但量值较小。因此，小江断裂整体为左旋走滑为主的运动特征;小江断裂从北段到南段，走滑速率逐渐减小;从垂直断裂带的速率看，断裂带北段和南段拉张速率较大，中北段和中南段略带有挤压特征。从所得到的滑动速率值来看，比GPS剖面［11］分析和反演方法［12］得到的结果偏小。这是由于块体运动的线性应变模型考虑到了块体内部的非均匀变化过程，也就是说，块体内部的断裂也吸收部分块体整体运动导致了计算结果的变小。但是其空间变化特征与其他方法得到的结果还是一致的。

3 断裂带分段变形特征与应变积累研究

利用GPS实测剖面方法分析变形特征，并利用反正切函数拟合其变化趋势。图3给出了三个时段小江断裂四段的GPS实测剖面。

图3 3个时段小江断裂四段的GPS剖面(平行断裂带滑动速率)Fig.3 GPS profiles of four sections in Xiaojiang fault zone in three periods(parallel velocites of fault zone)

1)小江断裂北段

从1999—2001时段(图3(a))可以看出，小江断裂北段表现为左旋走滑的运动特征，其平均的滑动速率约为7 mm/a，并且该断裂带的变形主要集中在断裂带附近的50 km范围内，从断裂带西侧点H109点约4.9 mm/a上升到 H119点约为10.0 mm/a，反映出小江断裂北段为左旋剪切变形，并且有一定的应变积累。从2001—2004时段的GPS剖面可以看出，其平均的滑动速率约为10 mm/a，从断裂带西侧点H109点约4.1 mm/a上升到H119点约为10.3 mm/a;相比于1999—2001时段，并从现有的GPS点位数量来看，变形宽度有增加的趋势，即应变在逐年积累。从2004—2007时段的GPS剖面可以看出，其平均的滑动速率约为10 mm/a，从断裂带西侧点H109点约5.3 mm/a上升到H119点约为10.3 mm/a，相比于2001—2004时段，变形宽度变化不大，即该段处于稳定的应变积累过程中。

2)小江断裂中北段

从1999—2001时段(图3(b))可以看出，小江断裂中北段表现为左旋走滑的运动特征，平均滑动速率约为7 mm/a，并且该断裂带的变形主要集中在断裂带附近约35 km范围内，从断裂带西侧点H127点约6.0 mm/a上升到H126点的10.0 mm/a;反映出小江断裂中北段也表现为左旋剪切变形，且有一定的应变积累。从2001—2004时段的GPS剖面可以看出，其平均的滑动速率约为7 mm/a，从断裂带西侧点H127点约4.2 mm/a上升到H126点约8.4 mm/a;与1999—2001时段相比，没有显著的变化，仍然处于稳定的应变积累阶段。从2004—2007时段的GPS剖面可以看出，其平均的滑动速率约为7 mm/a，从断裂带西侧点H127点约4.5 mm/a上升到H126点约为6.1 mm/a;与2001—2004时段相比，速率的变化值变小，也就是说应变积累水平增加。综上所述，该段也存在着一定的应变积累，但与北段的变形宽度相比，中北段变形宽度较窄，应变积累水平低于北段。

3)小江断裂中南段

从1999—2001时段中南段的变形特征(图4)可以看出，其变化规律并不符合震间期断裂带变形的一般规律，经分析，可能是该断裂带附近发生过两次5级地震(1999年澄江M5.2和2001年江川M5.1)的影响所致。从2001—2004时段(图3(c))看出，利用已有的点位可以很好的拟合出该段在该时间段的变化特征，其平均滑动速率约为8 mm/a，从变化特征可以看出，该段似乎有一定的应变积累，但是东侧点位不够，计算结果不太明显。从2004— 2007时段GPS剖面可以看出，其平均滑动速率约为6 mm/a，该段的变形宽度更小。由于该段三个时段变化很大，未呈现持续的应变积累状态，不利于应变积累。综上所述，该段应变积累水平显著低于北段。

图4 1999—2001时段小江断裂中南段剖面GPS点位分布图及速度剖面图Fig 4 Distribution of GPS stations and profile in central south section of Xiaojiang fault zone in 1999-2001

4)小江断裂南段

从1999—2001时段(图3(d))可以看出，南段为左旋剪切变形，其平均滑动速率约为5 mm/a。利用反正切函数拟合其变形特征，似乎反映了该段进入了震间晚期，近似线性变化，但是由于点位不够，应变积累水平是否较高，还有待于进一步的研究。从2001—2004时段GPS剖面可以看出，其平均滑动速率约为6 mm/a，从变化特征可以看出，似乎该段有一定的应变积累。与1999—2001时段相比，变形宽度变窄，应变积累水平下降。从2004—2007时段GPS剖面可以看出，其平均滑动速率约为5 mm/ a，从变化特征可以看出，似乎该段有一定的应变积累，并且变形宽度与2001—2004时段相比有变宽的趋势。

4 结论

1)从研究结果可以发现，RELSM可以得出小江断裂带的分段差异性。该断裂带的北段到南段，滑动速率逐渐减小。

2)不同时间段的相对运动与变形方式有较好一致性，但也存在量上的差异。其中中北段2001—2004年挤压速率最大，这可能与昆仑山口西地震引起大范围调整有关，虽然这期速度场中已经扣除了该次地震的同震位移，但其震后调整影响仍可能包含在具有几年时间跨度的速度场中。

3)利用GPS实测剖面方法分析各段的变形及应变积累特征，得到断裂带整体为左旋走滑的运动特征，小江断裂北段及中北段体现了应变逐年积累的特征，中北段断层应变积累程度低于北段。从中南段及南段的动态变形特征，不利于断层应变积累或应变积累水平低。

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STUDY ON MOTION CHARACTERISTICS AND STRAIN ACCUMULATION OF XIAOJIANG FAULT ZONE

Wei Wenxin1，2)，Jiang Zaisen2)，Wu Yanqiang1，2)，Liu Xiaoxia2)，Zhao Jing2)，Li Qiang2)and Dong Man3)

(1)Institute of Geology，CEA，Beijing 100029 2)Institute of Earthquake Science，CEA，Beijing 100036 3)China Earthquake Networks Center，Beijing100045)

Using the GPS velocity field data from 1999-2001，2001-2004 and 2004-2007 on short time scales，we studied the overall motion characteristics of Xiaojiang fault through linear model of block(RELSM)，and reached the result that its average left-lateral slip rate is about 3.0～7.1 mm/a.According to the segmentation of surface rupture of fault due to historical earthquakes，we analyze the different characteristics of space-time of strain accumulation on every fragment by using the method of GPS velocity profile.The results indicated as follows.1) The sections in different time periods of Xiaojiang fault have better consistency on relative motion and deformation mode，are sinistral strike-slip and pull-apart movement characteristics.2)RELSM results show segment difference and decrease of slip rate from north to south.3)Strain accumulation features show，the northern section above middle north section，middle south section and the southern section are not conducive to the accumulation or low levels of it.4)The northern section of Xiaojiang fault zone is abnormal regions which was relatively closed and there was high rate of shear strain accumulation.

Xiaojiang fault zone;GPS;linear deformation model;GPS profile;strain accumulation

1671-5942(2012)02-0011-05

2012-01-12

国家自然科学基金(40974005，41104004)

魏文薪，男，1981年生，博士在读，主要研究方向为地壳形变及地球动力学.E-mail:wwx09130510@126.com

P315.72+5

A