南北朝·大地变迁的动力

冯锐

[摘要]  地下应力场是地壳形变、岩体破坏、地震发生的直接力源，岩体的稳定性问题十分重要。通过国际合作已经完成了全球GPS速度场和地应力图的更新，有了动力源的板块就不再是一堆僵化构造体，它们运动的活力和内部的应力状况被第一次揭示出来。本文介绍了地应力原地测量的方法，应力张量结构的划分原则，全球和中国应力图的基本特征。对于地震的震源机制解，作者绘制了多种三维透视图，便于读者以看图识字的方式掌握震源机制解的地质含义。最后，以两个实例对比了实测应力图和震源机制解的异同，分析了当地动力学的背景。

[关键词] 岩体稳定性; GPS速度场; 构造应力图; 地应力类型; 地震震源机制

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2024-017

0  引言

中国的4大石窟?敦煌的莫高窟，天水的麦积山窟，大同的云岗石窟，洛阳的龙门石窟，都是在南北朝（386—589）时期发展起来的（图1）。

社会背景，不同寻常。

一是丝绸之路的兴旺。印度佛教文化自西而东传入，遂在河西走廊开凿了100余处石窟供奉如来和观世音。古人雕塑了数以万计的普渡众生的佛主，绘出了无数飘逸云端的仙女，达到了当时中国艺术的最高水平。

二是天灾人祸的顶点。三国以来的370年间共发生战争605次，人口降到了五千年历史的最低点?大约只有1600万人！加之中国的气候进入了一个长达近400年的相对寒冷期，中国第一次出现了大规模的人口弃北南迁的动荡。

这种形势下，北方大凿石窟，“亿万化身开绝嶂，三千法界作丹梯”（清 · 王度）；南方大建寺庙，“南朝四百八十寺，多少楼台烟雨中”（唐 · 杜牧）。百姓供奉佛祖，惟求天下太平。

还好，当时的地震活动处于平静期，4级以下的有感地震和几次6～7级的中强震仅发生在北方。本文便从石窟谈起，重点探讨构造应力场和地震的震源机制问题。

1  岩体扰动与地应力

1.1  石窟与地震

还是在东晋末年的时候，甘肃的瓜州榆林窟、千佛洞和文殊山等石窟就已经开凿。只是366年凉州武威发生5级地震，震撼了天下大众，促使武威天梯山窟、敦煌昌马窟和莫高窟迅速开工，求得菩萨显灵。416年天水发生5级地震，善男信女们立即在麦积山峦凿石开洞，雕塑的西天佛像精彩绝伦。北魏的云岗石窟是在460年动工的，开始的规模并不大，随着孝文帝时期的京师平成（今大同）地震活动的加剧，512年忻州原平发生7.5级大震，死亡5310人，被视为天谴的警示，让石窟建设的规模愈发扩展，一直延续到524年；北魏于494年迁都洛阳，龙门石窟正是在同一年动工的，布衣百姓无不慷慨解囊。

随着迁洛南行步伐的推进，沿线又留下了太原天龙山—昔阳石马寺—平顺金灯寺—邯郸响堂山—高平羊头山—郑州巩义的石窟。

就这样，我国便出现了世界仅有的两条巨型石窟走廊?河西走廊与山西走廊（图2）。

历史告诫我们：岩体并不宽恕稳定性的破坏，地震也终将惩罚人类的肆意妄为。

首先倒霉的是麦积山。隋朝600年天水发生6级地震，唐朝734年天水东南再次发生7级地震，都强烈地震撼了麦积山区，当地的烈度高达X度，4000多人死亡，麦积山中部的石窟群整体垮塌崩落，唐玄宗只得派右丞相赴现场祭祀山川，残留于今天的只有东、西两崖^[1]。

756年张掖高台7级地震、1305年大同6.5级地震、1609年张掖—酒泉7.3级地震、1927年武威古浪8级地震，都毫不留情地袭击和破坏了当地的石窟壁画和雕塑。其中1932年敦煌地区的昌马7.6级地震，更把上窖石窟的12座洞窟全部震塌，下窟石窟只有4座洞窟幸存于今……

当然，即便没有地震作孽，石窟的长存也是困难的。

原因在于岩体内存在地应力。

人家亿万年才稳定下来的平衡态被人类扰动，不是掏洞就是挖肝，能不难受吗？恐怕也要经过千百年痛苦的调整才能平复往日的创伤。“天人合一”不能说空话，只要岩体的原生状态遭到改变，就必须给予补偿！任何一项岩土工程，如果没有科学的加固措施是绝对不行的，无论大小，天南地北。

故而研究地下应力状态，一直是地学的重大课题之一，岩土力学便是一门重要的学科。

1.2  地应力场

地应力场是岩体的初始应力或原岩应力，由地热、重力、板块运动等所产生，它是造成地壳形变、工程破坏、发生地震的直接作用力。

人类对地球的兴趣是在不断改变和深化的。从早期知道了地球的公转自转，又明白了海底扩张和板块构造，现今关注的是“岩石圈动力学”?为什么大地山河会这样变化，动力何在？沧海变桑田是因为垂直受力，还是水平挤压的结果？只要这些最底层的问题搞不清，资源、环境的规律就无从谈起。其中，全球GPS速度测量和地应力测量便是两项重大课题，前者旨在查明大陆的移动和形变，后者要查明地壳的应力状态、确定地应力场的量值和方向。各国科学家合作了二三十年，现在才有点眉目。

2  现代构造地应力场

2.1  地应力结构的类型

2.1.1  地应力量值

对地壳深部的应力，目前还无法直接测量。只能按照岩石静压力的关系（梯度值约26.5 MPa/km），估算出地壳在24 km深度的静岩压力约为600 MPa；在400 km深度时，约为13400 MPa，剪切应力大约在10～100 MPa^[2]；大陆地壳的抗剪强度至少在20 MPa以上^[3]。

地震引发的应力突降称之“应力降”，可以根据地震波记录按照一定的数学模型计算出来，6～7级地震的理论值大约为2～10 MPa，平均值约为4～6 MPa^[4]（图3）。由震源参数推算出的构造剪应力值也基本在这个水平^[5]。

我们需要清醒：相对于静态初始剪切应力来说，地震应力降的量值就很小了，它能提供有效信息的空间毕竟比较窄。

基于这种认识，地球动力学的关注点便放在了地应力的方向和相对变化上，而不是它的绝对数值。

当然，岩土工程不在此例。地壳浅部500 m以内的最大水平主应力的实测值 10～30 MPa水平^[6]，四川锦屏地下实验室测到地下2400 m的最大地应力是113.87 MPa^[7]，对于主应力的方向和绝对大小不可小觑。高铁隧道、水电站大坝、地下硐室的建设中，直接牵涉到坝基岩体、坑道围岩、边坡岩体的稳定性，此外，还会存在岩爆的发生、岩石的渗透性和硐室承载力等安全性问题，自然都必须有专业评估和工程措施。

2.1.2  地应力方向

应力是物理学中的张量，含9个分量，不依赖于坐标系。要测出岩体的原地应力大小和方向，绝非易事。

好在天上掉下两个馅饼！

一个馅饼是数学的?理论上可以在三维空间里任意旋转坐标系，总存在某一种特殊状态：只有3个独立的应力分量?最大p₁，中间p₂和最小量p₃（也可写成σ₁，σ₂，σ₃），三轴相互垂直。主应力确定后，剪切应力的最大值和平均值即可导出：

最大：（σ₁-σ₃）/2

平均：（σ₁+σ₃）/2

另一个馅饼是地学的?全球范围实测到的地应力居然都是以水平方向为主的压应力，颠覆了长久以来认定垂直方向为主的猜想。也就是说，有一个主压应力的轴是大体垂直于地表的。

有了馅饼，就有了办法！

对原地应力（in-situ stress）的测量，曾经试验了几十年。目前公认的较好办法是震源机制解和水压致裂法，其次是钻孔（孔壁）崩落、应力解除、断层滑动和诱发破裂等共6种（图4），也有一些辅助办法，不再详述。

美国有个叫安德森（E M Anderson，1916—2018）的学者，他在1951年对地应力的数据处理出了个好主意：根据主应力的取向和相对大小把地应力的张量结构划分成3种类型（regime）?正断、走滑和逆冲型，它们分别对正断层、走滑断层和逆断层的位错起着有利的作用。

办法如下：

● 地应力（stress）的3个主轴，有一个压应力被认定是垂直地面的方向（vertical），记成S_V。另外两个分别是水平最大和最小主压应力，记成S_H和S_h（图5）。它们在地理坐标中的具体方位，由实测而定。

● 在应力的相对大小方面，总有S_H>S_h的关系。于是，当S_V的大小在3个压应力当中处于最大、中间和最小的位置时，应力结构便分别对应着正断型、走滑型和逆冲型（图6，可注意绿色S_V的数值位置）。

安德森挺聪明，他的办法简单实用，还能够符合地球物理和地质学的基本原则。今天，已经是世界各国编制地应力图的基本原则。

补充一句：不少情况的实测S_V轴并不完全垂直于地面，即S_H轴和S_h轴的空间取向并不完全在水平面上，而是存在一个不小的仰角。有可能，这种高角度状态属于一种斜滑错断（oblique fault）。学术界目前还没有一个很好的定义，只是在应力图上另加标注? “暂未定”（undetermined）。

另外，应力结构的正断型和逆断型也仅仅指主要的分量，实际情况中会包含一定成分的走滑分量。换句话说，正断型实际上是“正断+正走滑”。

2.2  地壳运动和应力图

自20世纪80年代，在利用GPS技术查明了全球各板块的运动方向和幅度之后（图7），地学界所取得的最重要的成果莫过于编制出世界应力图（World Stress Map，简写WSM）（图8）。那是包括中国在内的各国学者共同努力的成果，第一版发表于1992年。随后在2005年、2008年和2016年陆续发表了更新的版本。这两份图不仅实用价值很高，而且更促使地学研究进入“地球动力学”的新阶段，它们的重要性再怎么强调也不为过。

从板块运动的速度场看（图7），中国大陆所受到的印度板块的挤压不是那么简单的，它的背后存在非洲、欧洲甚至大西洋裂谷东侧的整体运动；中国东侧受到的太平洋板块的推挤也不是单一的，东南部（包括印支半岛和南海）还存在澳洲板块运动的混合影响。这意味着，在分析中国大陆地震活动时候，邻区的地震强活动需要注意，眼界需要扩大。

地壳40 km均值的世界应力场（图8）揭示出了下述基本特征^[3]：

● 地壳的大部分地区存在一致的、统一的应力场，其水平主压应力方向于板块的绝对运动速度方向（图7）基本一致；大部分地壳都处于压性状态，且最大主应力是水平方向的。区域性的变化缓慢而量小；

● 地形高的地区，如青藏高原、美洲西侧的科迪勒拉-安第斯山区，最大主压应力轴是直立的张应力区，即以正断层活动类型为主；

● 大陆应力场的力源主要有二：洋脊扩展的推力，大陆碰撞的挤压力。

中国大陆的地应力图于1994年完成编制，2003年定稿（图9），至今没有发布新版。其基本特征如下^[8-9]：

● 我国地应力场划分成中国东部和西部2个一级应力区；4个二级应力区?东北-华北，华南，新疆，青藏高原。继而再划分出三级和四级应力区；

● 中国东部的力源是太平洋板块和菲律宾板块作用，主体特征为北东东-南西西方向；西部是印度板块向北碰撞欧亚大陆，近南北-北北东方向的挤压；南部存在印度－澳洲板块北东向和菲律宾板块北西向的联合作用；

● 断层带及其附近的主压应力值比较小，而远离断层其应力值增加；

● 青藏高原内部大致以昆仑山为界，南部和西南部处于正断型应力状态^[10]；东南部主应力方向有显著转动^[11]，可能源于喜马拉雅山弧和缅甸山弧的弧后扩张影响。

有关各区域情况的细致分析，建议阅读相应的学术论文。

3  震源机制解

3.1  看图识字

震源机制解在确定构造应力场上起着重要作用，它既能反映出地壳深部的应力变化状况，又是认识地震破裂过程的一个不可或缺的信息。但凡涉及地震机制、动力过程、发震构造一类的问题，它总是那个闪光的亮点。尽管，信息有限且不唯一。

利用它有困难吗？有。

问题在于它不是直接测量到的物理量，而是一个抽象的数学模型的解，三维空间的。

提交出来的产品是一个在二维空间里的投影图形，国外称它“沙滩球”（beach ball），国内俗称“西瓜皮”?能玩也能吃。欲理解机制解的含义，不建议马上陷入数学公式的抽象推导，倒是需要有一个“看图识字”的感性认识过程。

我们要向地质学家学习，他们在野外遇到的问题显然是更加复杂和实际。欲把现场观测和测量到现象定量化，他们有很多聪明的办法，比如对断层参数的定义（图10）：

● 双脚横跨断层线，右脚站在断层上盘?面对的方向就是断层走向，右手就是断层倾向；

● 走向与正北方向的夹角即方位角；断层面与水平面的夹角即倾角；

● 走滑断裂分两种情况。站在断层一侧，看到对侧物体向左手位移了?左旋滑动；向右手位移了?右旋滑动；

● 上盘岩体相对下盘向下错动了，叫正断层（normal）；反之叫逆断层（reverse 或者叫逆冲thrust）。

这些定义都要用到下述的震源机制解当中，不再解释。总之，看图识字是认识客观事物的第一步，特别是理解那些抽象的数学模型至关重要。

只有把感性概念建立起来，后面的事情才好办。

3.1.1  启步

20世纪初，日本人在记录图上最早注意到：地震激发出来的波动跟爆炸不一样：

爆炸激发的纵波（P）初动方向全部是向上、向外的，震源是单纯的膨胀点源。地震波不同?有的地方向上、向外，有的相反，整体上呈四象限分布（图11），这是由地震震源的剪切位错所致。

1925年美国拜尔利（Perry Byerly，1897—1978）建议：既然P波初动有上有下，何不把震源设想成一个非常小的均匀球体（不管半径大小），把地面观测到的P波初动分布沿着射线路径、原样不变地返回到震源球面上。震源也就出现了四象限分布?初动符号指向球心的、推挤别人地盘的、搞扩张的为膨胀区；初动符号向外逃脱的、挨别人挤压的、受欺负的为压缩区。这就构成了震源剪切位错模型（图12）。

拜尔利的办法物理概念清晰、简单易行，也是个聪明人。至今仍然是世界最广泛使用的方法。

当然，具体实施起来还要解决几个技术问题：地球表面是圆球状的、震源有一定深度、地震射线是弯曲状的、三维问题不好表达等……既然科学思路已经有了，技术问题总是好办的?不外乎折算、校正、延拓、投影……统统小菜一碟！

这里的力学关系是什么呢？

数学物理和实验学家也已解决：只要有一对压应力P（位于膨胀区）和一对张应力T（位于压缩区），它们和断层平面的夹角是45°，就能产生断层面的剪切位错和四象限的P 波分布图样。故而震源球面上就会出现3个平面：断层面（即剪切位错面），分割膨胀区和压缩区之间的辅助平面（与断层面垂直），由P轴和T轴组成的滑动平面。3个已知量便能解出3个未知量：

● 断层方位

● 断层倾角

● 位错的滑动角

注意：这个解仅仅是方向和角度，不含震源位错量的大小、应力水平的量值。

3.1.2  地应力与震源机制解

理论上讲，主压应力P和主张应力T只是被地震释放掉的应力?地震前后的应力“变化量”，并不是震源区的构造应力场的初始应力（或原岩应力）。也就是说，压力P轴（pressure）和张力T轴（tension）的空间取向，仅仅是构造应力减去流体静压应力影响之后的主应力轴，还不是构造应力场的最大p₁和最小p₃的轴向。

震源机制解是假定地震发生在新产生的断层面的，周围是均匀的、各向同性的介质。如果地震发生在已有的断层或破碎带，那么所得断层面的取向就会随着山脉或构造的走向而发生变化。也就是说，在同样的大区域构造应力场的作用下，由于发震断层的产状、断层面凹凸体分布和水饱和度的不同，每次地震的机制解都会有差异。而且破碎越严重，同一区域里的机制解就越混乱。

震源球面上有彼此垂直的两个截平面（图12）。今天看这个顺眼，就选为断层面（另一个就作为“辅助面”）；明天又看另一个顺眼了，也成，两个截平面的角色对调。因为二者都能产生完全相同的P波初动分布图样。学术文章里，应该把非唯一性的两个解同时列出。

由此明白，必需有多个解的平均值才会更符合构造应力场的环境背景，才有望同实测到的S_H轴和S_h轴相互验证（图13）。

3.2  逆冲断裂的机制解

断层面方位角φ、倾角δ、位错的滑动角λ是需求解的3个量，已经标在图14上。

看图的时候注意一条：震源球的白色区永远表示膨胀区，国内国外海枯石烂，总是白色，谁都不能变。

黑色区域永远是压缩区。为方便读者，不同作者可以按自己兴趣，改用红橙黄绿涂抹以示区别。四象限分布的分界由断层面X和辅助平面Y 分开。

为了简化，会引进“极点”概念。极点就是对地球的赤道面拥有南极和北极概念的推广，南北极互为对蹠点（antipodes），两点连线的轴会与该平面内的任意一点垂直，故而两个极点与该平面是唯一对应的。

于是，图中一旦标注了极点，就不用再画它的平面和截线了。图14中的Ω_X和Ω_Y分别是断层平面X和辅助平面Y的极点，滑动平面的极点标成B，即中性轴或称零轴（null，不用N标注是为了避免与表示方向的N混淆）。P、T、B轴都不是方向单一的矢量，都存在两个互为相反的方向。

再简化一步：利用四象限具有对称特点，沿着水平面切上一刀：只画下半球面足矣。于是，图14里的男孩可以俯视黑白区域的分布，女孩可以在B轴方向上侧视下半球面的图样。

最后一步，如何表达？

地球仪就是三维立体图，直观但不方便。数学家给出了高招?可以把球面上的三维图样投影到平面上，称之“球极投影”或“极射赤面投影” （stereographic projection）。办法如下：

取水平面在震源球的极点Z为核心，同震源球面上的所有图形点一一连线，它们在水平面上的交点即为投影点（图15），于是便得到了震源球面的二维俯视图?西瓜皮。小女孩看到的侧视图，也有意义，只是不便于表现出走向和滑动角，较少采用。

球极投影是一种非常方便的把三维图样转变成二维图样的技术途径，有一种地图就是这么画出来的，晶体结构、蛋白结构、雷达监测都有应用，数学上可以使用一个叫做乌尔夫网 （Wulff net）的模板来实施。

3.3  正断裂的机制解

断层面正断裂的解，可以参照前节内容来理解：方向相反，黑白区相反（图16）。

断层面一旦被选定，该圆弧两个端点（圆弧与最外圈大圆的二交点）的连线便是走向线，垂直于走向线并正对着该圆弧凸起的方向便是断层倾向。倾角δ位置已标在图中，倾角越大、断层面越直立，弧线越平直、越靠近圆中心。

极致情况，西瓜皮只有黑白两瓣?直立断层的垂直位错，白区膨胀，向下；黑区挨挤，向上。

3.4  逆滑断裂的机制解

逆滑（逆错动为主，含有走滑分量）或正滑（正错动为主，含有走滑分量）的位错破裂是很常见的，西瓜皮图样的最大特征是出现了四象限图样。可以理解为对前述的逆错动和正错动图样的小改造：

黑色区域仍然居中，就是逆滑（图17）；白色区域依然居中，就是正滑。对断层走向、倾向的判断办法，仍然不变。

圆弧看不清，就看极点P、T、B的位置。对滑动角的判断，请注意图中所标注的位置。

其实，非地震专业的人员不必拘泥于机制解的3个角度的具体数值。看图识字的目的，是为了在第一时间、下意识地、准确地抓住图形想说的话（图18）?区分正、逆、走滑断层，大体的方位和倾向，以及走滑错动的左右旋。定性地掌握西瓜皮的图形特征，与搞清那些数值没有实质的区别。

吃西瓜，有口诀：

● 白区居中：清清白白，堂堂正正?正断；

● 黑区居中：黑灯瞎火，倒行逆施?逆断；

● 黑白交错：左右逢源，滑头滑脑?走滑；

● 弧线有两端，走个直线?走向；

● 站在走向线，侧看弧线?倾向。

对于常见的几种震源机制解的图形和地质含义，可以比照图19来理解。想再深入一步的，建议阅读地震学教程或相应的专业文章^[12-14] 。

4  应用实例

4.1  京津冀地区

对比震源机制解和构造应力场是很有意思的。

图20是个实例，地震震源机制解是王晓山等^[15]对2187 个中小地震做的3种分类，地应力场是2016版全球应力图WSM在同一地区的截图分布。

可以看出：虽然处于统一的构造应力场控制之下，但局部构造条件的影响仍很大，中小地震的震源机制解相当杂乱，并没有形成单一类型的丛集分布。只是在经过1° × 1°的网格均值化处理后，才揭示出了主压应力轴在NEE-EW向（图20蓝色大箭头），而NNW-SSE向则是主张应力的方位（图20红色大箭头），同实测到的构造应力场基本一致。

是什么因素造成震源机制的解出现如此大的差异分布呢？

估计有两个因素：

其一是京津冀地区的地壳构造本就存在北东和北西两大体系，北西向的断裂系是晚期的、现今构造运动的产物，北东向是古老的稳定构造的背景；在NEE-EW向主压应力背景场的作用下，两种断裂系的断层都有条件发生错动。

其二是渤海及邻区存在上地幔的涌起，它必然造成张性应力作用的显著，比如会达到主压应力的2～8 倍^[16]，因此在渤海湾区和靠近大同火山地区，正断裂和高倾角的斜滑（oblique fault）事件便很突出。

深入地分析和归并这些问题，将会很有意义。

4.2  河西走廊

魏晋南北朝时期的河西走廊，是个三少一旺盛的地方?人烟少、战火少、地震少，香火旺盛。

于是，河西走廊100余处的石窟、壁画、雕塑、佛事活动经年不辍。估计，唐僧627年路过这里的时候应该比较顺利，西游记里说他换公文、住寺院、进山洞，都是发生在过火焰山之前。

唐朝中后期的天灾人祸相继发生：734年的天水地震、756年张掖7级地震先后破坏了麦积山和马蹄寺的石窟佛雕^[17]，755年安史之乱后的百余年唐蕃战争中，河西走廊已变成“春风不度玉门关”的战场！

明朝1609年张掖—酒泉再次发生7.3级地震，军民死者800多人，河水断流数日，余震延续了七八年^[18]。这个时候能与长河落日相伴的，恐怕只有羌笛声中的大漠孤烟了。

今天，河西走廊是地学研究的重点地区^[19]，惊喜地发现了第四纪2.59—0.012 Ma（百万年）的构造应力场在早期和晚期存在时间上的变化。根据断面擦痕、滑动阶步、断层位错量的数据，确定了断裂滑动矢量，反演出了构造应力场?早期是北北东向的挤压、北西向的逆断为主，晚期的主压应力已经发生了顺时针的旋转，北东东向为主、走滑运动增大。这就致使当地的北西走向的逆断裂更易于出现错动。

图21综合了不同作者对该地区的研究结果，8次强地震的Ⅷ度以上烈度区的分布取自文献[17-18，20-24]，5次强震的震源机制解取自文献[25-29]。等震线长轴的北西向延伸和震源机制解的左旋逆滑特点都很明显，反映出河西走廊的南北两侧的断裂带控制了应力场的调整，阿拉善地块对青藏高原的推挤起到了重要的阻碍作用。

南北朝的百余座石窟，今朝已黯淡无几。除外界因素外，可能还与选址不当有关。

这里的绝大部分的石窟都是在砂岩或砂砾岩地层的陡壁处，容易开凿且外立面恢弘。问题是，河西走廊的陡岩峭壁往往是断层的滑动面，或者是断裂系的牵动面（山西石窟走廊位于裂谷构造系里，情况相似）。地震大多发生在第四纪盆地边缘的祁连山断裂带和龙首山断裂带，都具有高角度的逆断性质^[30]。14个实测地应力张量中有13个都是逆断型^[19]，5个震源机制解中有4个都显示了逆冲左旋走滑的性质（图21）。

这意味着，该区构造应力场的垂直分量S_V肯定是最小的，应力张量的结构属于S_H>S_h>S_V类型（图6）。从岩土工程上讲，在这样的岩体内开凿硐室比较安全，不容易发生落顶事故，只要硐室的跨度不大也不会出现侧壁的垮塌。

但是，一旦发生了地震?逆冲型的断裂错动，石窟群的整个立面就容易发生整体性的坍塌滑落，734年天水麦积山地震和1932年昌马地震，对当地石窟造成的摧毁性灾难便是证据。张掖—酒泉地区也是多地震的，古文献里虽然对文殊山、马蹄山和童子寺石窟的震灾少有记载，估计也好不了多少。

有幸逃脱了厄运的是莫高窟和瓜州窟的石窟群，它们处于阿尔金断裂的西侧?基本上没有地震活动的地区。这条北东向的左旋走滑大断裂，几乎正交地阻断了河西走廊北西向断裂带的延伸。在这地方实测到地应力张量是唯一的走滑类型，测点位于昌马和石包城之间（图21）。

当然，莫高窟的结构也起到了一定的保护性作用，如外侧有窟檐保护了洞口，内有中心柱做支撑，硐室的顶部缩小，各硐室的进深小、跨度小、背屏式或佛龛式的雕塑较多，都降低了对地应力场原生状态的扰动（图22）。

全球GPS速度场图和应力图完成后，更高精度的实时监测，日显迫切。大方向固然清楚，具体道路还在摸索。恐怕，当年的唐僧也是这样走的，

迎来日出送走晚霞，

踏平坎坷又出发。

敢问路在何方，

路在脚下，路在脚下……

  致谢

全球GPS的速度场图和应力图是两份重要的资料，刘珠妹根据国外资料进行了专业处理和绘制，难度不小，使我们得以看到高精度的最新成果，谨表诚挚的谢意。

参考文献

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[1]雷中生，袁道阳，葛伟鹏，等. 734年天水7级地震考证与发震构造分析[J]. 地震地质，2007，29（1）：51-62    Lei Z S，Yuan D Y，Ge W P，et al. Textual research on the Tianshui M7 earthquake in 734 AD and analysis of its causative structure[J]. Seismology and Geology，2007，29（1）：51-62

[2]周少辉，蒋海昆，曲均浩，等. 应力降研究进展综述[J]. 中国地震，2018，34（4）：591-605    Zhou S H，Jiang H K，Qu J H，et al. A review on research of foreshocks[J]. Earthquake Research in China，2018，34（4）：591-605

[3]李方全，陈群策，李宏. 原地应力测量在地球科学研究中的重要意义[M]//谢富仁，陈群策，崔效锋，等. 中国大陆地壳应力环境研究. 北京：地质出版社，2003：180-191    Li F Q，Chen Q C，Li H. Significance of in-situ stress survey in earth science research[M]//Xie F R，Chen Q C，Cui X F，et al. Crustal stress in China. Beijing：Geology Press，2003：180-191

[4]江宁波，吴微微，左洪. 震源应力降的国内外研究进展综述[J]. 地震研究，2024，47（2）：163-177    Jiang N B，Wu W W，Zuo H. Review of international research progress in source stress drop[J]. Journal of Seismological Research，2024，47（2）：163-177

[5]陈培善，成瑾，白彤霞. 根据构造环境剪应力值水平区分地震和核爆炸[J]. 地震学报，2001，23（3）：246-249    Chen P S，Cheng J，Bai T X. Discrimination between nuclear explosions and earthquakes based on consideration of tectonic ambient shear stress values[J]. Acta Seismologica Sinica，2001，23（3）：246-249

[6]谢富仁，崔效锋，赵建涛，等. 中国大陆及邻区现代构造应力场分区[J]. 地球物理学报，2004，47（4）：654-662    Xie F R，Cui X F，Zhao J T，et al. Regional division of the recent tectonic stress field in China and adjacent areas[J]. Chinese Journal of Geophysics，2004，47（4）：654-662

[7]中国新闻周刊. 在2400米厚的岩层下，捕捉人类看不见的“幽灵”[EB/OL]. （2024-03-07）[2024-03-18]. https：//news.ifeng.com/c/8XkS8q0zsbS    China Newsweek. Capturing “ghosts” that humans cannot see beneath 2400 meters of rock layers[EB/OL]. （2024-03-07）[2024-03-18]. https：//news.ifeng.com/c/8XkS8q0zsbS

[8]丁建民，梁国平，高建理，等. 中国地壳应力图简述[J]. 地壳构造与地壳应力文集，1996：85-94    Ding J M，Liang G P，Gao J L，et al. Briefing on recent crustal stress map of China[J]. Bulletin of the Institute of Crustal Dynamics，1996：85-94

[9]谢富仁，陈群策，崔效锋，等. 中国大陆地壳应力环境研究[M]. 北京：地质出版社，2003    Xie F R，Chen Q C，Cui X F，et al. Crustal stress in China[M]. Beijing：Geology Press，2003

[10]许忠淮. 东亚地区现今构造应力图的编制[J]. 地震学报，2001，23（5）：492-501    Xu Z H. A present-day tectonic stress map for eastern Asia region[J]. Acta Seismologica Sinica，2001，23（5）：492-501

[11]万永革，盛书中. 中国现代构造应力场[J]. 世界地震译丛，2011（3）：18-29    Wan Y G，Sheng S Z. Contemporary tectonic stress field in China[J]. Translated World Seismology，2011（3）：18-29

[12]许忠淮，李世愚. 地震学百科知识（二）?震源物理（上）[J]. 国际地震动态，2013，43（2）：23-31    Xu Z H，Li S Y. Some Some encyclopedic knowledge on seismology （II）：Earthquake source physics （part one）[J]. Recent Developments in World Seismology，2013，43（2）：23-31

[13]陈运泰，刘瑞丰. 用P波初动资料确定地震震源机制教程（二）[J]. 地震地磁观测与研究，2021，42（4）：1-13    Chen Y T，Liu R F. The use of the first P motion data for earthquake focal mechanism determination of：A tutorial （2）[J]. Seismological and Geomagnetic Observation and Research，2021，42（4）：1-13

[14]赵仲和，牟磊育. 关于在震源机制解的沙滩球表示中包括滑动矢量的建议[J]. 国际地震动态，2018，48（1）：11-16    Zhao Z H，Mu L Y. A suggestion of including slip vectors in the beachball presentation of a focal mechanism[J]. Recent Developments in World Seismology，2018，48（1）：11-16

[15]王晓山，冯向东，赵英萍. 京津冀地区地壳应力场特征[J]. 地震研究，2020，43（4）：610-619    Wang X S，Feng X D，Zhao Y P. Characteristics of crustal stress field in Beijing-Tianjin-Hebei region[J]. Journal of Seismological Research，2020，43（4）：610-619

[16]刘峡，马瑾，傅容珊，等. 华北地区现今地壳运动动力学初步研究[J]. 地球物理学报，2010，53（6）：1418-1427    Liu X，Ma J，Fu R S，et al. Primary study on the dynamics of the present-day crustal motion in North China region[J]. Chinese Journal of Geophysics，2010，53（6）：1418-1427

[17]雷中生， 袁道阳， 郑文俊， 等. 756年张掖—酒泉地震考[J]. 西北地震学报， 2012， 34（1）： 72-77    Lei Z S， Yuan D Y， Zheng W J， et al. Textural research of Zhangye–Jiuquan earthquake in 756 A. D.[J]. Northwestern Seismological Journal， 2012， 34（1）： 72-77

[18]刘兴旺，雷中生，袁道阳，等. 1609年甘肃红崖堡7?级地震考证[J]. 西北地震学报，2011，33（2）：143-148    Liu X W，Lei Z S，Yuan D Y，et al. Textual research on the Hongyapu M7.25 earthquake in 1609[J]. Northwestern Seismological Journal，2011，33（2）：143-148

[19]谢富仁，舒塞兵，张世民，等. 祁连山—河西走廊断裂系第四纪构造应力场研究[M]//谢富仁，陈群策，崔效锋，等. 中国大陆地壳应力环境研究. 北京：地质出版社，2003：77-85    Xie F R，Shu S B，Zhang S M，et al. Research on quaternary tectonic stress fields of Qilian mountain-Hexi corridor fault system[M]//Xie F R，Chen Q C，Cui X F，et al. Crustal stress in China. Beijing：Geology Press，2003：77-85

[20]杨天锡，刘百篪，姚俊仪，等. 1927年5月23日古浪8级地震烈度分布及地震特征[J]. 东北地震研究，1991，7（1）：59-67    Yang T X，Liu B C，Yao J Y，et al. Intensity distribution and seismic characteristics of Gulang earthquake with M=8 on May 23，1927[J]. Northeastern Seismological Research，1991，7（1）：59-67

[21]时振梁，环文林，姚国干，等. 1932年昌马地震破裂带及其形成原因的初步探讨[J]. 地球物理学报，1974，17（4）：272-287    Shi Z L，Huan W L，Yao G G，et al. On the fracture zones of Changma earthquake of 1932 and their causes[J]. Acta Geophysica Sinica，1974，17（4）：272-287

[22]曹娜，雷中生，袁道阳，等. 公元180年甘肃表氏地震考[J]. 地震学报，2010，32（6）：744-753    Cao N，Lei Z S，Yuan D Y，et al. Textural criticism on the Biaoshi，Gansu，earthquake in 180 AD[J]. Acta Seismologica Sinica，2010，32（6）：744-753

[23]董治平，陈玉华，王平，等. 1954年山丹7.3级地震灾害[J]. 中国地震，2007，23（2）：157-165    Dong Z P，Chen Y H，Wang P，et al. Investigation on the Shandan MS7.3 earthquake damages in 1954[J]. Earthquake Research in China，2007，23（2）：157-165

[24]潘章容，周扬，苗在鹏，等. 2022年1月8日青海门源6.9级地震仪器烈度与宏观烈度对比分析[J]. 高原地震，2023，35（3）：8-15    Pan Z R，Zhou Y，Miao Z P，et al. Comparative analysis on instrument intensaity and macroscopic survey intensity of the Menyuan M6.9 earthquake on January，8，2022[J]. Plateau Earthquake Research，2023，35（3）：8-15

[25]姚文珣，汪进. 甘肃及邻近地区的地壳应力场[J]. 西北地震学报，1990，12（3）：44-49    Yao W X，Wang J. Crustal stress field in and around Gansu region[J]. Northwestern Seismological Journal，1990，12（3）：44-49

[26]尹欣欣，赵林林，杨立明，等. 青海门源MS6.4地震震源机制解与震源深度研究[J]. 大地测量与地球动力学，2018，38（6）：624-628，638    Yin X X，Zhao L L，Yang L M，et al. Research on focal mechanism and south depth of Menyuan，Qinghai MS6.4 earthquake[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics，2018，38（6）：624-628，638

[27]许英才，郭祥云，冯丽丽. 2022年1月8日青海门源MS6.9地震序列重定位和震源机制解研究[J]. 地震学报，2022，44（2）：195-210    Xu Y C，Guo X Y，Feng L L. Relocation and focal mechanism solutions of the MS6.9 Menyuan earthquake sequence on January 8，2022 in Qinghai Province[J]. Acta Seismologica Sinica，2022，44（2）：195-210

[28]韩立波. 2022年青海门源MS6.9地震震源机制解[J]. 地震科学进展，2022，52（2）：49-54    Han L B. Focal mechanism of 2022 Menyuan MS6.9 earthquake in Qinghai Province[J]. Progress in Earthquake Sciences，2022，52（2）：49-54

[29]万永革，沈正康，曾跃华，等. 青藏高原东北部的库仑应力积累演化对大地震发生的影响[J]. 地震学报，2007，29（2）：115-129    Wan Y G，Shen Z K，Zeng Y H，et al. Evolution of cumulative coulomb failure stress in northeastern Qinghai-Xizang （Tibetan） plateau and its effect on large earthquake occurrence[J]. Acta Seismologica Sinica，2007，29（2）：115-129

[30]郑文俊，张竹琪，张培震，等. 1954年山丹7?级地震的孕震构造和发震机制探讨[J]. 地球物理学报，2013，56（3）：916-928    Zheng W J，Zhang Z Q，Zhang P Z，et al. Seismogenic structure and mechanism of the 1954 M7? Shandan earthquake，Gansu Province，Western China[J]. Chinese Journal of Geophysics，2013，56（3）：916-928

North-Southern Dynasties： Crustal stress fields

Feng Rui^*

China Earthquake Networks Center， Beijing 100045， China

[Abstract]  Stability problems in rock stress fields were highlighted. It is a direct source of force for crustal deformation， rock destruction， and earthquake occurrence. Through large-scale international cooperation， the global GPS velocity field and world stress map were updated. Plates with the soul of a power source are no longer a bunch of rigid tectonics， and for the first time the dynamism of their movements and internal stresses are revealed. This paper describes the methods of in-situ measurement of stress， the principles of division of stress tensor regimes， and the basic features of stress maps. In response to the earthquake focal mechanism， the author has drawn a variety of 3D perspective drawings， so that readers can easily grasp the geologic meaning of the earthquake focal mechanism in a way that is easy to read and understand by looking at the drawings. Finally， the background of the local dynamics is analyzed with two examples comparing the similarities and differences between the measured stress maps and the earthquake focal mechanism.

[Keywords] rock stability; global GPS velocity field; tectonic stress map; stress regime; focal mechanism