云南地区地壳垂直运动与地震的关系*

郭良迁 塔 拉 陈阜超 周海涛 陈聚忠 薄万举

(中国地震局第一监测中心，天津 300180)

1 引言

云南地区位于南北地震构造带的南段，构造活动强烈。南北地震构造带是中国大陆东西两大构造分区的界线，东西两大构造区的地质构造、地球物理场、地形地貌差别显著，南北地震构造带成为它们的转折地带。研究该区地壳形变场的变化，对认识现今构造活动、地震预测、重大工程建设、防震减灾等有重要的现实意义。

地形变是地壳构造活动的直观表现。近十几年来，地形变观测引入GPS，使形变测量得到革命性发展，利用地形变对构造活动、地震孕育形成机理和地震预测的研究不断深入［1－7］。本文旨在根据20世纪50年代以来，在云南地区复测的水准资料探讨地壳的垂直运动及其与地震活动的关系。

整理计算得到云南地区1951—1980年、1980—1994年、1994—2011年和1951—2011年的垂直形变速率。以此为基础，分析该区的地壳变化，并结合1951—2011年发生在本区的M ≥7地震，2006—2011年M≥6地震，分析垂直形变与地震的关系。

2 垂直形变演化

2.1 垂直形变特征

图1(垂直形变速率图是以贵阳水准点为参考基准，也就是云南地区的垂直变化是相对贵阳水准点的变化)是选择1951—1982年的水准复测资料的计算结果，代表了1951—1980年30 来年的地壳垂直变化。图2是选择1980年前后到1999年水准复测资料计算的结果，代表了1980—1994年期间的地壳变化。图3 的第一期资料在南部用到20世纪80、90年代的水准资料，北部使用了2001年的资料。第二期使用了2006、2011年的水准复测资料。图3 代表了云南地区近十多年的地壳变化。图1 ～3 反映了云南地区1951—2011年不同时期的地壳垂直形变。

1951—1980年的垂直形变显示出地壳北部下降，最大下降速率为－5 mm/a，中部和南部上升(图1)，最大上升速率在云南南部，为9 mm/a 。0 值线位于洱源-东川-昭通一线。维西-大理-红河断裂带两侧垂直形变速率等值线走向不同，在断裂带附近发生转折，大理以南地段，南侧等值线平行于断裂走向，东侧的与断裂斜交。小江断裂带两侧的垂直形变速率等值线走向亦有显著差别，它们都明显地控制了垂直形变。

1980—1994年云南地区的地壳垂直形变与前期大致相同，上升区向北有所扩展，西部上升速率较大，为7 ～8 mm/a，仅在东北部边缘地带存在下降变化，最大下降速率为－4 mm/a。形变等直线的展布形态仍然明显受红河断裂带、小江断裂带和丽江-宁蒗断裂带等构造控制，上升较强烈的地区主要分布在丽江-宁蒗断裂带以北和红河断裂带以西。

1994—2011年的垂直形变显示丽江-大理-云县一带为下降变化，最大下降速率为－6 mm/a。东部的德昌-会理地带为上升变化，上升速率为3—4 mm/a。南部墨江-澜沧-景洪地区也为上升区，上升速率由北向南增加，最大为3 mm/a。本阶段垂直形变速率在会理-姚安形成上升带，沿上升带两侧等值线相对密集，形变梯度较大。

2.2 垂直形变演化

云南地区1951—2011年三个时间段的垂直形变速率显示，第一阶段中南部上升，北部下降，第二阶段以上升为主，第三阶段东部和南部上升，西部下降。

第一阶段1951—1980年的垂直形变速率最大差异变化量为14 mm/a，第二阶段1980—1999年为12 mm/a，第三阶段2000年以来(1993—2011年)的垂直形变速率最大差异变化量为11 mm/a。垂直形变速率的最大差异变化量逐渐减少。

2.3 长期的垂直变化

1951—2011年的垂直形变代表了本区60年来的地壳垂直运动。它显示出云南西北部和北部地区为下降变化，速率为－(1 ～3)mm/a，南部和中东部地区为上升区，上升速率为(1 ～6)mm/a(图4)。总体上等值线比上述三个阶段稀疏，垂直形变速率最大差异变化量为9 mm/a，小于前述三个时间段。长期的垂直形变与短期的变化相比，减少了在时间延续上的相对较大的升降起伏变化，是较为平稳的变化。垂直形变等值线的走向和展布形态受构造控制不十分显著。

3 垂直形变与地震活动

自1951年以来，在水准网覆盖区共发生Ms≥7.0地震7 次，其中1980年以前4 次，1980—1990年2 次，1990—2000年1 次(表1)。1980年以前的4 次地震中，3 次分布在1951—1980年垂直形变速率图的上升区，1 次位于下降区;1988年的两次地震和1996年的地震位于1980—1994年垂直形变速率图的上升区。1951—1980年和1980—1994年的垂直形变速率均以上升为主，显示出地壳积累的能量较高，有利于大震孕育。所以在这一时期发生多次地震不是偶然的，而且地震主要发生在上升区内。这一时期中的两个时间段的垂直形变速率最大差异变化量都相对较大，而且垂直形变速率等值线受断裂带构造控制显著，反映出构造活动较强烈。

表1 1951—2011年大震Tab.1 Great earthquakes during 1951－2011

1994—2011年的垂直形变速率图(图3)，后期资料为2006、2011年复测，若选取2006年以来水准网覆盖区的Ms≥6.0 的地震(表2)与之对比，可以看出，2006年以来发生的3 次Ms≥6.0 都位于垂直形变上升区，其中两次在会理-姚安形变上升带上，1次在南部上升区。

表2 Ms≥6.0地震Tab.2 Earthquake of Ms≥6.0

云南中北部地区的垂直形变呈四象限分布，大致以大理为顶点，东西两个象限为上升，西侧象限虽然是负值，但是它比南北两个象限下降的速率值大2 mm/a 以上。东侧象限的上升速率最大为4 mm/a。南北两个象限为下降变化，最大下降速率在－6 mm/a 以下。如果把2006年以来的6级地震与1994—2011年的垂直形变速率图叠合在一起，可见地震发生在上升象限内(图5)。表明四象限分布的垂直形变图像是应变能较大的反映［7］，与中强地震的孕育发生有密切关系。1989年大同6级地震前也有类似的垂直形变图像，该区南部思茅6.4级地震则发生在上升区(图6)。

4 形变增量场

以长期垂直形变速率为参考，不同时间段的垂直形变速率减去长期形变速率得到各个时间段的垂直形变速率增量。垂直形变增量场图中正值表示与长期变化相比，垂直形变速率增大，负值垂直形变速率减小。

1951—1980年的垂直形变速率增量场显示，本区东北部和西南部为正值，最大速率增量为4 mm/a，位于南部地区，中部为负值，最小速率增量－6 mm/a，位于西北部地区(图7)。1951—1980年本区发生的4 次M≥7.0地震均位于形变速率增量场的正值区域内。1980—1994年的垂直形变速率增量场，在本区大部分为正值，西部增量值较大，最大增量为7 mm/a，仅在东北部和南部边缘地带为负值，最小增量为－2 mm/a(图8)。同时期内发生了两次M≥7.0地震，稍后1996年又发生了一次丽江7级地震，这三次地震也同样都分布在形变速率增量场的正值区域内。1994—2011年的垂直形变速率增量场大部分地区为负值区域，最小速率增量为－8 mm/a，仅在会理-姚安地段为正值，最大速率增量为2 mm/a(图9)。该时间段虽然发生过丽江7级地震，但是由于发生在本阶段的初期，所以在本阶段形变速率增量场中的负值区域。本阶段中复测水准网覆盖区域内发生过三次6≤M ＜7地震，其中两次在速率增量场中的正值区域，一次发生在南部负值区域。分析落在负值区的原因，可能是因为南部前期复测资料时间较早，反映的是较长时期的形变，不能较好地反映近期地震形变。

综上所述，垂直形变速率增量场与大震关系比较密切，大震主要孕育发生在增量场的正值区域，而且区域增量场大部分为正值的时间段。这一情况表明，垂直形变速率增大有利于地壳能量积累增加，而形变速率的减小，地壳中的能量可能以耗散为主，不利于能量积累和地震孕育。

5 结论

1)云南地区三个时间段的垂直形变速率显示出:1951—1980年上升为主，南部上升，北部下降;1980—1994年上升为主;1994—2011年西部下降，东部上升。垂直形变速率最大差异变化量前两个时间段相对较高，后一时间段相对较低。

2)云南地区的6级以上地震绝大多数发生在上升区内;7级以上地震主要与区域垂直形变以上升为主的时间段，而且形变速率最大差异变化量相对较大。6级地震则主要发生在四象限分布的形变图像中的上升象限内，而且形变速率梯度相对较大的地段。这些情况对评估预测中强地震危险性和地震发生的地点有意义。垂直形变上升为主的时间段说明地壳中的能量相对较大，垂直形变四象限分布的形态也是地壳中能量较强的反映，它们有利于地震孕育和发生。

图9 1993—2011年垂直形变速率增量场Fig.9 Rate field of incremental vertical deformation during 1993－2011

3)垂直形变速率增量场的变化反映出，大地震主要发生在以正值为主导的时间段中，而且主要发生在正值区域。

4)1951—1980年、1980—1994年的垂直形变速率差异变化量较大，7级以上地震主要发生在该时间段。区域垂直形变场的差异变化量大，反映出构造活动性强，所以这样的时间段中易发生地震。若以长期变化中的垂直形变速率最大差异量为标准，不同阶段的差异变化量与之相比，则比值越大地壳的活动性越强。1951—1980年差异比值为1.56，1980—1994年为1.33，1994—2011年为1.22，三个阶段比值依次降低。致谢 感谢黄立人教授提供计算方面的帮助!

1 刘经南，等.中国大陆现今垂直形变特征的初步探讨［J］.大地测量与地球动力学，2002，(3):1－5.(Liu Jingnan，et al.Preliminary research on characteristic of present-day vertical deformation of China mainland［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2002，(3):1－5)

2 应绍奋，等.中国大陆垂直向现代运动基本特征［J］.中国地震，1986，14(1):1－8.(Ying Shaofen，et al.Basic characteristics of recent vertical movement of China mainland［J］.Earthquake Research in China，1986，14(1):1－8)

3 张祖胜.应用大地形变资料估计我国大陆地区近几十年的地震趋势［A］.见:国家地震局分析预报中心编.中国地震大形势预测研究［C］.北京:地震出版社，1990.(Zhang Zusheng.Earthquake trend estimation in Mainland China in next decades with geodetic data［A］.In:Cent for Analysis and Prediction ，CEA，ed.Prediction and researches on earthquake situation in China［C］.Beijing:Seismological Press，1990)

4 赖锡安，等.中国大陆现今地壳运动［M］.北京:地震出版社，2004.(Lai Xian，et al Present-day crustal movement in China mainland［M］.Beijing:Seismological Press ，2004)

5 王双绪，江在森.丽江7.0级和唐山7.8级地震前形变场动态演化与异常特征［J］。地壳形变与地震，1997，(4):40－45.(Wang Shuangxu and Jiang Zaisen.Dynamic evolution and abnormal character of deformation field before Lijiang Ms7.0 and Tangshan Ms7.8 earthquakes［J］.Crustal Deformation and Earthquake，1997，(4):40－45)

6 郭良迁，等.中国大陆地壳运动与汶川Ms8.0级地地震孕育的关系［J］.地球物理学报，2009，52(2):531－537.(Guo Liangqian，et al.Crustal motion of Chinese mainland and preparation of Ms8.0 Wenchuan earthquake in Sichuan province［J］.Chinese J Geophys.，2009，52(2):531－537)

7 罗灼礼.震源应力场、形变场和倾斜场［J］.地震学报，1980，2(1):169－185.(Luo Zhuoli.Stress，deformation and tilt fields of the earthquake sources［J］.Acta Seismologica Sinica，1980，2(1):169－185)