川滇地区活动块体边界断裂现今运动和应力分布

万永魁 沈小七 刘瑞丰 刘 峡

郑智江2） 李 媛2，3） 张 扬2） 王 雷4）

1）中国地震局地球物理研究所，北京 100081

2）中国地震局第一监测中心，天津 300180

3）中国地震局地质研究所，北京 100029

4）山东省地震局，济南 250014

0 引言

川滇地区位于青藏高原东南隅，受高原物质侧向挤出和重力滑塌影响，构造变形强烈、强震频发（Roydenetal．，1997，2008；Clarketal．，2000；Shenetal．，2001）。2008年汶川MS8.0地震发生后，该区及周边又相继发生了玉树MS7.1、芦山MS7.0、岷县MS6.6、昌都MS6.1、盈江MS6.1、鲁甸MS6.5、景谷MS6.6、康定MS6.3、九寨沟MS7.0和长宁MS6.0等强震（图1），揭示川滇地区处于新一轮地震活跃期。强震是构造运动下，应力在变形非连续地段不断积累并达到极限状态后突发失稳破裂的结果（张培震等，2003）。活动块体是具有相对统一运动方式的地质单元，而由于块体之间的运动差异，块体边界构造变形的非连续性很强，有利于应变积累而孕育强震。研究表明，有记载以来的8级地震以及80%以上7级地震均发生在活动块体边界带上（徐锡伟等，2003；张培震等，2013）。因此，对活动块体及其边界断裂共同构成的系统开展研究，有助于理解块体与边界带的相互作用，认识区域构造变形总体样貌以及边界断裂带的运动、动力学过程。

图1 2008年汶川8.0级地震后川滇地区M S≥6.0地震的分布（截至2020年10月）和本文模型的范围Fig．1 The distribution of M S≥6.0 earthquakes in the Sichuan Yunnan region after the 2008Wenchuan M S 8.0 earthquake（by October 2020）and the range of the model used in this paper．震源机制解数据源于GCMT，5次M S≥6.0余震采用郑勇等（2009）的重定位结果，时间为2008年5月12日—7月24日

板块运动是整体旋转与内部变形的复合运动，内部任意一点的E向和N向运动速率（位移）可用弹性运动方程表示（李延兴等，2007）。活动块体运动的描述与板块相同（Morgan，1968；minsteretal．，1974；DeMetsetal．，1990；McCaffrey，2005），若已知块体内部多个GPS测站的观测结果，则可以利用弹性运动方程反演块体运动参数，然后由运动参数插值得到有限元网格节点位移，加载至有限元模型块体区，并以此为条件模拟边界断裂带的形变运动。据此，刘峡等（2013）提出有限元“块体加载”方法，该加载方法能够反映块体与边界的相互作用，与GPS结果直接加载相比，可避免因单点误差较大引起的局部畸变。已有研究采用该方法模拟山西、川滇等地区断裂带的形变运动，取得了较好效果（刘峡等，2013，2014，2016）。

然而，已有的川滇地区有限元模型（刘峡等，2014，2016）在构架上仍可进一步完善。例如，原模型中构建了马尔康、华南、“川滇菱形”和滇西南等块体，但研究表明马尔康块体以东昆仑断裂带为界可划分为西秦岭和巴颜喀拉2个次级块体（陈长云等，2013），而巴颜喀拉块体东部又可以龙日坝断裂为界进一步细化为阿坝和龙门山2个更次一级的块体（Shenetal．，2005；徐锡伟等，2008）。次级块体运动存在差异，其边界为活动强烈的地震带，值得深入研究。另外，现有研究主要揭示大型断裂带的现今运动学特征（Ganetal．，2007；王阎昭等，2008；魏文薪等，2012；丁开华等，2013；蒋锋云等，2013；Liangetal．，2013；赵静等，2015；Liangetal．，2021），尚有以下一些问题值得探讨：首先，大型走滑断裂带，如东昆仑断裂带、鲜水河－小江断裂带的左旋走滑由NW 向转变为近SN向，在此过程中滑动速率如何分配、传递，应力在哪些部位分布更为突出？其次，德钦－中甸－玉龙雪山东麓断裂、丽江－小金河断裂南段以及宁蒗－永胜－宾川断裂附近的中强地震震源机制解多为正断型（图6a中的紫色虚线框），揭示该区以拉张作用为主，在青藏高原侧向挤出的背景下，这一局部拉张区存在怎样的构造机制？此外，红河断裂南、北2段的地震活动存在显著差异，北段强烈，中南段相对较弱，能否从断层受力角度进行解释？

为此，本文构建了川滇地区更为精细的活动块体有限元接触模型，利用1991—2015年长期的GPS观测结果（Zhengetal．，2017），采用“块体加载”方法模拟边界带形变运动。根据得到的各断裂滑动速率和受力分布，结合震源机制解、地震活动性等资料对上述问题进行讨论。

1 模型构建

依据川滇地区活动块体的细化结果，本文构建了涵盖西秦岭、阿坝、龙门山、四川盆地、藏东、雅江、香格里拉、滇中、滇东和滇西南10个活动块体及24条断裂的二维有限元接触模型（图2a）。与原有模型（刘峡等，2014，2016）相比，除块体划分更精细外，次级块体边界断裂的定位也更为准确，具体如下：1）任俊杰等（2017）认为东昆仑断裂带作为巴颜喀拉块体的北边界，最东段延伸至塔藏断裂，2017年九寨沟MS7.0地震是东昆仑断裂带左旋走滑继续向E扩展的结果，因此模型中将东昆仑断裂向E延伸至塔藏断裂东南端，与虎牙断裂部分重叠；2）Shen等（2005）通过GPS观测结果发现，巴颜喀拉块体东部、龙门山断裂带NW 侧约200km处存在1条NE向右旋剪切带，变形速率为4～6mm／a；徐锡伟等（2008）通过卫星影像解译和野外考察，确认NE向右旋走滑剪切带即龙日坝断裂带的存在，并以该断裂带为界将巴颜喀拉块体东部划分为阿坝和龙门山2个次级块体；陈长云等（2013）基于地球物理场等资料，利用F检验法对巴颜喀拉块体东部进行了类似的次级块体划分。闻学泽等（2013）基于GPS形变场、震源机制解、小地震重定位和历史地震破裂区等资料，认为昭通－莲峰断裂是大凉山次级活动块体与华南块体边界断裂带，具备发生强震的构造背景。据此，本文的模型中构建了龙日坝断裂，将巴颜喀拉块体东部划分为阿坝和龙门山2个次级块体；构建莲峰－昭通断裂，将原模型中的华南块体细化为四川盆地和滇东2个次级块体。3）将川滇“菱形块体”以丽江－小金河断裂为界划分为川北和滇中2个次级块体（徐锡伟等，2003），而川北块体又以理塘断裂为界可进一步细化为雅江和香格里拉2个更次一级的块体（吕江宁等，2003；Shenetal．，2005；徐锡伟等，2005；程佳等，2012），由于原模型中没有对川北块体做进一步细化，故理塘断裂在模型中的长度与断裂实际分布存在一定差异。玉龙雪山东麓断裂、丽江－小金河断裂和宁蒗－永胜－宾川断裂在丽江－小金河断裂南段会聚，断裂分布较为复杂，故原模型中并未构建会聚区段的丽江－小金河断裂。此外，宁蒗－永胜－宾川断裂在模型中与断裂的实际分布也存有差异。鉴于此，本文模型采用Shen等（2005）给出的断裂分布，通过数字化对上述断裂进行了重构。与原模型相比，新模型中的断裂分布与实际情况更为吻合。另外，考虑到“块体加载”方法对块体内部断裂的约束并不充分，且本文主要分析块体边界断裂运动与受力特征，故在模型中舍去了块体内部规模较小的活动断裂（滇西南块体次级地块划分资料不充分，内部断裂仍然保留）。

图2 a川滇地区模型构架；b网格划分结果Fig．2 Model framework（a）and meshing result（b）in Sichuan Yunnan region．Ⅰ西秦岭块体；Ⅱ阿坝块体；Ⅲ龙门山块体；Ⅳ四川盆地；Ⅴ藏东块体；Ⅵ雅江块体；Ⅵ香格里拉块体；Ⅷ滇中块体；Ⅸ滇东块体；Ⅹ滇西南块体。1东昆仑断裂；2白龙江－光盖山－迭山断裂；3文县断裂；4龙日坝断裂；5岷江断裂；6虎牙断裂；7龙门山断裂；8甘孜－玉树断裂；9鲜水河－小江断裂；10大凉山断裂；11金沙江断裂；12德钦－中甸－玉龙雪山东麓断裂；13维西－巍山－红河断裂；14南华－楚雄－建水断裂；15理塘断裂；16丽江－小金河断裂；17宁蒗－永胜－宾川断裂；18莲峰－昭通 断 裂 ； 19 怒 江断裂；20大盈江断裂；21畹町－安定断裂；22南汀河东支、西支断裂；23龙陵－澜沧断裂；24无量山断裂

采用三角形单元对模型进行网格划分，活动块体区由面单元plane182组成，网格尺寸约为10km，断层由接触单元conta171、targe169组成，网格尺寸约为5km，网格划分结果见图2b，单元总数为36 671个，节点总数为17 168个。参考前人的数值模拟相关成果（郑勇等，2006；曹建玲等，2009；朱守彪等，2009；柳畅等，2012，2014；刘峡等，2014，2016；陈棋福等，2015；Liuetal．，2015；庞亚瑾等，2017；万永魁等，2017；Lietal．，2019），将青藏高原东缘的杨氏模量设定为7.0×1010Pa，泊松比为0.25，四川盆地杨氏模量为8.4×1010Pa，泊松比为0.27，断层的摩擦系数设定为0.3，不考虑断层性质及断层不同部位之间摩擦系数的差别。

2 加载计算与模拟结果

采用Zheng等（2017）主要利用1991—2015年中国大陆地壳运动监测网络工程I期和Ⅱ期项目的长期GPS观测数据计算的结果作为加载。“块体加载”的具体步骤包括：1）基于活动块体内部的GPS观测结果vobs，利用弹性运动方程（李延兴等，2007）：

反演各块体的欧拉极和角速度等运动参数；2）依据运动参数计算GPS测站理论值vpre，并得到两者残差Δv＝vobs－vpre，删除残差较大（＞2mm／a）的GPS测站数据，重新计算运动参数，直至采用的各GPS测站的残差均＜2mm／a；3）利用上步中的块体运动参数，插值得到有限元模型块体区（图2a灰色阴影区）各单元节点处的水平运动速度ve和vn，形成约束条件；4）加载计算，模拟得到边界断裂运动速率与受力分布（图2a中空白区的红色接触单元）。加载过程共利用模型内部及边界附近GPS测站449个，删除残差＞2mm／a的测站81个，实际采用测站368个，其中342个测站位于有限元模型区内部（图1中的黑色虚线框），另外26个测站位于模型边界附近。各次级活动块体采用的测站数以及计算得到的块体运动参数见表1。模拟给出的各边界断裂运动速率和应力分布见表2，此外也将前人相关研究结果列于表2中。

表1 GPS数据反演的各活动块体运动参数Table 1 The motion parameters of each active block calculated from GPS data

图3a—c为GPS观测结果、模拟结果及两者残差分布。需要说明的是，这些GPS测站多数位于模型块体区（图2a阴影部分），即模拟计算的加载区，少部分测站位于边界带附近（图2a中的空白区），即非加载区。对比GPS结果（图3a）和模拟结果（图3b）可知，两者的运动趋势一致。图3c显示两者的残差较小且运动方向无序，即残差不包含整体运动信息。对速度残差进行统计，残差＜2mm的测站约占总测站数的86%，其中225个测站的残差＜1mm，占比约66%，70个测站的残差为1～2mm，占比约20%（图3d）。对方向角残差进行统计，方向角残差＜10°的测站约占总测站数的82%，其中190个测站方向角残差＜5°，占比约56%，91个测站方向角残差介于5°～10°，占比约26%（图3e）。此外，模拟给出的断层错动性质和速率与已有研究大体一致（表2），表明本文模拟结果是合理的。

表2 川滇地区主要断裂的滑动速率与应力分布Table 2 The slip rate and stress distribution of the primary boundary faults in Sichuan Yunnan region编号断裂名称模拟走滑速率 ／mm·a－1模拟张压速率 ／mm·a－1剪切应力／Pa 均值／Pa 挤压应力／Pa 均值／Pa 走滑速率 ／mm·a－1垂直速率 ／mm·a－1张压速率 ／mm·a－1滑性动质参考文献1 东昆仑断裂1．06～4．21 －0．72～1．20 0～888．9 365．6 0～9 107．6 3711．7 4．9±1．3 0．3 LL 李陈侠等，2011； Ren et al．，2013 2白龙江－光断盖裂山－迭山0．37～0．56－0．05～0 0～136．0 99．2 0～619．6 381．7 0．51±0．13 （0．49±0．08）～（1．15±0．28）LL＋R俞晶星等，2012 3文县断裂－0．17～0．17 －0．02～0．18 －47．2～52．9－7．9 0～275．7 201．4－（1．1±0．1） LL＋R 任俊杰等，2017 4龙日北坝西断段裂0．28～2．17 0．06～2．41————－（5．4±2．0） －4～－6 0．7－0．55 RL Shen et al．，2005；徐锡伟等，2008龙日南坝东断段裂－1．69～0．67 －0．29～1．82 0～－531．1 －370．2 0～4 698．3 2 934．1 5岷江断裂0～0．09 0．25～0．61————约1．0约0．45±0．1 0．53～0．74 LL＋R 周荣军等，2006； Kiby et al．，2007；6虎牙断裂1．05～2．74 －0．01～－0．20 0～582．1 209．8 0～1 940．3 699．3 1．4 0．3＞0．3 LL周任荣俊军杰等等，2 006；，2017 7龙门山断裂北段－0．41～－1．34－0．01～－0．49－31．7～－440．4 －232．9 105．6～5 176．2 1 134．0 1．5～2．0 1．1≤－3 RL＋R Shen et al．，2005； Densmore et al．，2007龙门山断裂中段－0．18～－1．00－61．0～－580．2 －151．8 1 242．3～5 911．4 3 770．9龙门山－玉断裂南段－0．85～－3．03－228．9～－990．3－546．7 999．2～6 108．0 2 650．6 8 甘孜树断裂 4．61～7．13 －0．32～1．05 90．4～895．1 530．0 301．5～2 983．7 1 766．7 12．0±2．0 1．1±0．4 LL＋R闻学泽等，2003 9鲜水河断裂3．36～9．31 －0．40～4．92 96．3～1445．4 1 025．1 320．9～4 817．9 3 416．8 9．0～11．0 LL张培震，2008安宁河断裂3．76～5．73 －0．18～－0．77 77．2～1065．7 764．2 257．4～6 840．4 3 826．5 5．0±1．2 0．6±0．1 LL＋R闻冉学泽，2000；勇康等，2008则木河断裂北段 4．16～6．39 －0．01～－0．18 109．8～958．7 549．4 366．1～3 478．6 1 831．5 6．4±0．6约2．0 LL徐锡伟等，2003则木河断裂南段 4．84～6．35 0．07～5．82————小江断裂2．69～7．80 0～5．17————4～10 LL闻学泽等，2011 10 大凉山断裂0．75～3．09 －0．10～－0．28 235．3～848．1 546．8 1 246.6～4 440．4 2 844．6 3．1±0．5 LL何宏林等，2008

续表2编号断裂名称模拟走滑速率 ／mm·a－1模拟张压速率 ／mm·a－1剪切应力／Pa 均值／Pa 挤压应力／Pa 均值／Pa 走滑速率 ／mm·a－1垂直速率 ／mm·a－1张压速率 ／mm·a－1滑性动质参考文献11金沙江断裂北段0．04～0．88 0～0．09————0～5唐王荣阎昌昭等等，1 993；，2008金沙江断－中 北－中 南裂南段－0．04～－0．56 0．23～3．10 12德断钦裂甸段－0．11～－0．97 0．02～0．91————－1．7～－2．0 0．6～0．7 RL＋N常祖峰等，2014德断钦裂甸段－0．10～－1．88玉龙雪山东麓断－巍 北－巍 南裂带0．11～0．82 0．03～1．60————0．3～1．4 LL＋R吴中海等，2008 13维断西裂山段0．05～0．35 0．32～2．11————－1．8～－2．4 0．30～0．35 RL＋N常祖峰等，2016维断西裂山段－0．02～－0．35 1．99～3．12红河断裂北段 －0．71～－1．54 0．04～3．07————－1．6～－3．2 RL虢顺民等，2013红河断裂中南段－1．20～－2．68－0．01～－0．10 0～－261．6 －111．9 0～872．1 373．1红河断－楚断裂南段－－2．09～0．39 0．02～1．80————14 南华雄裂建水－0．21～－1．12－0．01～－0．04 0～－261．6 －106．4 71．7～652．7 360．7－1．6～－2．0 RL常祖峰等，2015 15理塘断裂北段0．04～1．22 －0．10～－0．25 0．1～380．9 229．9 803．0～3 632．5 2 874．7 4．0±1．0－0．1～－1．8 LL徐锡伟等，2005理塘断裂中段 －0．05～－1．16－0．01～－0．16 0．02～2．19－26．5～－170．6 －96．3 286．8～2 354．7 1 275．1理塘断裂南段0．02～1．98 2．34～4．20————16丽江小金河断裂北段－0．01～－0．77 0～2．31 9．3～558．7 220．5 30．9～1 862．2 735．1 3．8±0．7 1．0～1．5 LL＋R徐锡伟等，2003丽江小金河断裂南段0．17～3．30

续表2编号断裂名称模拟走滑速率 ／mm·a－1模拟张压速率 ／mm·a－1剪切应力／Pa 均值／Pa 挤压应力／Pa 均值／Pa 走滑速率 ／mm·a－1垂直速率 ／mm·a－1张压速率 ／mm·a－1滑性动质参考文献17 宁－永断胜裂－蒗宾0．47～1．46 0～0．54————0．20～0．26 N 黄小龙等，2016 18莲峰川－昭通断裂 0．30～2．72 0～0．59————RL＋R常祖峰等，2014 19怒江断裂0～0．42－0．12～－0．80 0．05～0．28－0.01～－0.18 0．06～0．42 36．2～94．9－17．9～97．3 64．9－78．9 120．7～1 504.9 412．7～2 680．8 851．5 1853．7 3．9～7．5 3．3～6．7 RL王阎昭等，2015 20 大盈江断裂0．63～1．42 0．58～1．38————1．5～2．5 1．2～1．6 LL常祖峰等，2011 21畹町－安定断裂 0．54～0．90 0．03～0．27－0．01～－0．06 30．2～208．5 129．0 100．7～843．2 447．7 1．7～2．2 LL常祖峰等，2012 22 南、汀西河支东断支裂0．62～0．78 0．02～0．21————3．6±0．4 4．3±1．6 1．1±0．3 1．2±1．5 LL＋N石峰，2014 23龙陵－澜沧断裂 －0．36～－0．57－0．03～－0．07－101．8～－176．7－156．0 417．1～1 103．0 671．9 RL＋N虢顺民等，1999 24 无量山断裂－0．01～－0．53 0．27～0．66————－1．3～－1．4 R 常祖峰等，2016 注 序号与图示2a模型构架一致；走LL左过滑分旋量走：左，RL右旋为、右走得负逆力；张压分量正非：拉滑层张。真为应实正力的、挤均绝压；剪存：左力、右，而旋；挤的：挤要压强为调正的、拉，断张断为层裂零应带。“—”表是无GPS速应力模率拟（年结果。滑正旋旋滑为，R 倾增滑量，N 倾断值对为是应负断力裂。切在应挤力压应旋区剪段切的为平正均值剪非切整为条负断裂压均应值力。需是力结果由位移）通“块体加载”计算到的应，并

3 讨论

由于接触面不能相互侵入，模拟给出的断层挤压运动分量应该低于实际观测，但断层面挤压应力和剪切应力结果应接近或高于实际。此外，当断层处于拉张状态时断层面的应力为零而没有分析意义，但给出的断层拉张运动分量不为零，具有一定参考价值。因此，本文结合断裂走滑和拉张速率、压应力和剪应力模拟结果（图4），对前言中提及的问题进行讨论。

3.1 大型走滑断裂带的滑动速率分配与应力转换特征

东昆仑断裂在若尔盖盆地一带向SE偏转，与龙日坝断裂北西段、岷江断裂、虎牙断裂和文县断裂斜接，形成“V”形帚状构造，且东昆仑断裂北侧分布有白龙江－光盖山－迭山断裂。图5a为模型范围内的东昆仑断裂带左旋走滑速率分布以及白龙江－光盖山－迭山等断裂左旋运动速率沿东昆仑断裂的投影，该图显示存在4个速度变化高梯度带。第Ⅰ高梯度带位于模型范围内东昆仑断裂的西端，左旋走滑速率减小了0.86mm／a，有研究认为由其南侧的阿万仓断裂所吸收（李陈侠等，2011）。第Ⅱ高梯度带位于东昆仑断裂与白龙江－光盖山－迭山断裂西段重叠的区域，前者速率减小了0.70mm／a，而后者的速率为0.39～0.56mm／a，可见前者减小的速率主要被后者吸收。第Ⅲ高梯度带位于东昆仑断裂与龙日坝断裂北西段、白龙江－光盖山－迭山断裂东段重叠的区域，东昆仑断裂速率先减后增，而龙日坝断裂北西段为先增后减，增加量与减小量接近。白龙江－光盖山－迭山断裂东段的左旋走滑速率为0.37～0.51mm／a，略低于其西段。从形变分配来看，东昆仑断裂先将部分左旋分量传递至龙日坝断裂北西段，随着该断裂向SSE延伸，断层走向转变为NE向，左旋走滑受阻，又将吸收的左旋分量传递回东昆仑断裂。第Ⅳ高梯度带位于东昆仑断裂东端及其延伸区域，在与虎牙断裂重叠区段，东昆仑断裂的左旋走滑速率减小了0.86mm／a，而虎牙断裂增加了0.78mm／a。岷江断裂的左旋走滑速率均＜0.10mm／a，说明该重叠区段东昆仑断裂部分左旋分量传至虎牙断裂。跨过重叠区段，虎牙断裂的左旋速率继续增大至2.43mm／a并趋于稳定，而NE向的文县断裂以右旋走滑兼拉张运动为主，速率为－0.02～－0.17mm／a，可见东昆仑断裂剩余的左旋分量也主要被虎牙断裂吸收。

第Ⅱ高梯度带上东昆仑断裂的左旋速率为3.08mm／a，至虎牙断裂为2.43mm／a（图5a中的黄色透明区），左旋速率约减小0.65mm／a。白龙江－光盖山－迭山断裂的模拟结果（表2，左旋0.37～0.56mm／a，平均约为0.45mm／a）和野外地质调查结果（左旋速率约为0.50mm／a）（俞晶星等，2012）基本一致，假定断层滑动速率源于东昆仑断裂，则还存在约0.15mm／a剩余左旋分量。应力结果显示在若尔盖盆地以东（第Ⅲ—Ⅵ高梯度带）东昆仑断裂和虎牙断裂呈挤压状态，压应力分别为3 711.7Pa和699.3Pa，剪应力分别为365.6Pa和209.8Pa。白龙江－光盖山－迭山断裂也表现为挤压特征，压应力和剪应力分别为381.7Pa和99.2Pa。而龙日坝断裂北西段和岷江断裂则为拉张。可见，剩余约0.15mm／a的左旋分量主要被若尔盖盆地以东的东昆仑断裂和虎牙断裂吸收，即NW 向左旋走滑转为近SN向时，断裂强烈转折区段吸收了部分走滑分量并转化为应变积累，呈高应力分布特征（图4d）。

图4 断层滑动与应力模拟结果Fig．4 Simulation results of fault slip and stress distribution．a走滑速率（左旋为正，右旋为负）；b张压速率（拉张为正，挤压为负）；c剪切应力（左旋剪切为正，右旋剪切为负）；d挤压应力

图5b为鲜水河－小江断裂左旋走滑速率分布以及大凉山断裂左旋运动沿鲜水河－小江断裂的投影。在康定以西，鲜水河－小江断裂的左旋速率普遍＞7.0mm／a，但明显低于前人给出的10～15mm的研究结果（Molnaretal．，1984；闻学泽等，1989；Allenetal．，1991；张培震，2008；易桂喜等，2015），分析其原因主要有以下3点：1）本文采用有限元“块体加载”方法对模型加载区节点进行约束，该方法虽可以使加载区节点运动整体趋于协调，避免因单点误差较大而引起局部畸变，更易于计算结果收敛，但同时降低了块体内存在的局部差异，因而造成模拟结果与观测结果在局部具有较大残差。统计结果显示，鲜水河断裂中、西段附近模拟结果普遍低于实测结果，残差主要介于1～3mm／a，部分节点残差＞6mm／a。2）网格划分结果（图2b）显示甘孜－玉树断裂东南端与鲜水河－小江断裂西北端存在局部重叠，重叠区段断裂的左旋走滑主要被甘孜－玉树断裂吸收，在某种程度上也会造成鲜水河－小江断裂的左旋走滑速率降低。3）断裂端部存在一定的边缘效应。随着断裂向SE延伸、转折，与大凉山断裂形成分叉，左旋走滑由单一断裂分配至2条断裂，鲜水河－小江断裂的左旋速率由7.28mm／a迅速减小至2.06mm／a，大凉山断裂由0.97mm／a增至3.09mm／a。至巧家附近2条断裂趋于合并，鲜水河－小江断裂的左旋速率增至6.03mm／a，而大凉山断裂则减小至0.75mm／a。在小江断裂北段，断裂走向近SN，此时左旋速率约为6.0mm／a（图5b中右边黄色透明区），与鲜水河断裂康定以西存在约1.0mm／a的差值（图5b中左边黄色透明区）。

图5 东昆仑断裂带（a）和鲜水河－小江断裂带（b）的滑动速率分布Fig．5 Distribution of fault slip rate of east Kunlun fault zone（a）and Xianshuihe Xiaojiang fault zone（b）．

应力结果显示在康定—巧家段，即断裂走向强烈转折区段，鲜水河－小江断裂和大凉山断裂均具有较高的挤压应力，分别为3 051.7Pa和2 844.6Pa，剪应力分别为730.7Pa和546.8Pa，与张培震（2008）揭示的鲜水河－小江断裂带向NE突出的弧顶部位为挤压逆冲的运动性质一致，反映出约1.0mm／a的左旋速率差值主要被该区段吸收，断裂强烈转折区段吸收部分走滑分量并转化为应变积累，呈高应力分布特征，与东昆仑断裂—虎牙断裂的强烈转折区类似。

3.2 拉分区构造机制

关于川滇地区构造变形动力学模式，徐锡伟等（2003）指出青藏高原侧向挤出符合“叠瓦状逆冲转换－有限挤出模型”，即侧向挤出分量由西向东分段减弱，突变主要发生在如金沙江断裂、丽江－小金河断裂等横向活动断裂带上，这些断裂以逆冲挤压的方式将侧向挤出分量转化为抬升运动。本文的模拟结果显示金沙江断裂呈微弱右旋、拉张的形变状态，丽江－小金河断裂呈左旋、拉张形变状态，与“叠瓦状逆冲转换－有限挤出模型”不符。而中强地震的震源机制解在金沙江断裂附近以走滑型和正断型为主，丽江－小金河断裂南段以正断型为主（图6a），与本文模拟的断层运动方式基本一致。这表示，金沙江断裂、丽江－小金河断裂带现今的运动方式以及对区域形变的作用可能已发生变化。

图6 a 1976年1月—2020年10月研究区内M W≥4.5地震的震源机制解（数据主要源于GCMT，部分数据采用易桂喜等（2017）重定位结果）；b模型区域运动学特征（扣除整体旋转）Fig．6 Focalmechanism of M W≥4.5 earthquakes from January 1991 to February 2019（The data are from GCMT and part of data are from the relocations obtained by YI Gui xi et al．（2016））（a），and kinematic characteristics in the model range（global rotationalmotion deducted）（b）．

针对德钦－中甸－玉龙雪山东麓断裂、丽江－小金河断裂南段及宁蒗－永胜－宾川断裂附近的正断型震源机制解（图6a中紫色虚线框内的蓝色震源机制解），吴中海等（2008）提出了2种动力模型：1）中甸断裂为左旋走滑，与龙蟠－乔后断裂和南汀河断裂构成左阶斜列剪切变形带，正断型震源机制解位于其左旋走滑拉分区；2）中甸断裂和红河断裂均为右旋走滑，构成右阶斜列剪切变形带，正断型震源机制解位于其右旋走滑拉分区。马文涛等（2008）认为红河断裂受鲜水河－小江断裂带左旋剪切的直接作用，呈右旋走滑，在后延断裂形成应力拉张区。王双绪等（2013）指出印度板块下插造成川滇地区中南部弧后扩张，从而产生EW 向拉张。

本文模拟及野外地质调查结果均显示中甸断裂为右旋走滑（常祖峰等，2014），与吴中海等（2008）提出的第1种模型不符。针对第2种模型假定，为凸显川滇地区内部运动的差异，对GPS结果进行区域无旋转坐标变换（杨国华等，2005）后得到图6b。该图显示鲜水河－小江断裂带以强烈的左旋剪切为主，剪切错动方向沿断裂带的走向逐渐向SW 偏转，至小江断裂南端，大致与南华－楚雄－建水断裂和红河断裂中南段垂直。此外，模拟结果显示小江断裂南段的左旋走滑速率由约6mm／a减至约3mm／a（图5b），南华－楚雄－建水断裂和红河断裂中南段的平均压应力分别为360.7Pa和373.1Pa，远低于龙门山断裂带的2 367.9Pa。而从地形上看，红河断裂两侧无明显变化（图7b），未形成如龙门山断裂两侧约4 000m的显著高差（图7c）。据此，本文推断南华－楚雄－建水断裂、红河断裂中南段对小江断裂左旋走滑虽有阻挡，但影响较小，受此影响南华－楚雄－建水断裂和红河断裂中南段表现为右旋走滑兼微弱挤压的运动和受力特征，红河断裂中南段的右旋速率为－1.20～－2.68mm／a，明显大于北段的－0.71～－1.54mm／a，反映出断裂北段的右旋走滑是由中南段牵引所致。同时，在更广范围内的模拟结果显示金沙江断裂、德钦－中甸断裂以及红河断裂均为右旋走滑，共同构成右阶斜列的右旋剪切变形带（图7a），而德钦－中甸－玉龙雪山东麓断裂、丽江－小金河断裂南段和宁蒗－永胜－宾川断裂的正断型震源机制解正好位于其右旋走滑拉分区，与实际正断型震源机制解的分布更为吻合。

图7 构造拉分区示意图（a）和跨断层地貌高程变化（b、c）Fig．7 Sketches of structural pull apart region（a）and geomorphic variation across faults（b，c）．

3.3 红河断裂的地震活动性差异

红河断裂带北段的地震活动强烈，中南段则相对较弱（王夫运等，2014）。有研究认为断裂北段以黏滑为主，而中南段以蠕滑为主，从而形成地震活动北强南弱的格局（虢顺民等，2001；李亚敏等，2008）；也有学者认为2段地震活动性差异主要由断裂两侧的介质差异导致（张建国等，1993）。本文的模拟显示，红河断裂北段为弱张性，中南段为弱压性，根据库仑破裂准则，北段剪切破裂所需的剪切应力应低于中南段，即更易破裂并引发地震。

4 结论

本文基于二维有限元模拟获得断层滑动速率和受力分布结果，结合震源机制解、地震活动性等资料，围绕川滇地区大型左旋走滑断裂带的滑动速率分配和应力转换、拉分区构造机制以及红河断裂地震活动性差异成因进行分析，主要结论包括：1）东昆仑断裂带和鲜水河－小江断裂带的左旋走滑由NW 向转变为近SN向，断裂强烈转折区吸收了部分走滑分量并转化为应变积累，呈高应力分布特征。2）红河断裂中南段牵引北段右旋走滑，与金沙江、德钦－中甸断裂共同构成右阶斜列右旋剪切变形带，在德钦－中甸－玉龙雪山东麓断裂、丽江－小金河断裂南段和宁蒗－永胜－宾川断裂附近形成构造拉分区，正断型震源机制解多分布于该变形带构造拉分区内。3）红河断裂北段呈弱张性，中南段为弱压性，故北段更易破裂，地震活动明显强于中南段。

致谢本文图件由GMT绘制而成；审稿专家对初稿提出了很多建设性修改意见和建议；中国地震局地震预测研究所邵志刚研究员为模型重建提出了宝贵建议；山东省地震局崔华伟工程师为震源机制解分类提供了帮助。在此一并表示感谢！