川滇地区近期断层运动特征分析
贾鹏 唐红涛 李瑞莎 张希
摘要：通过对川滇地区的跨鲜水河断裂带、龙门山断裂带等多条重要断裂的形变资料进行了速率合成计算，并对这些场地的短水准和短基线在芦山地震、汶川地震等几次强震前后速率合成结果和张压趋势变化进行分析，最后结合2011-2015年川滇地区GPS资料的面膨胀计算结果进行了对比，总结该地区近年活动形变特征。结果表明：（1）大多数断裂保持正常幅度的张、压变化，而在地震前1～3年的变化幅度会明显异于常年：（2）可能的地震前异常变化在短水准和短基线形变中反映并不完全一致：（3）大地震后会对该地区及其附近的构造应力场产生深远影响，加快断层的运动速率。
关键词：速率合成；川滇地区；跨断层形变；地震；断裂带
中图分类号：P315.2 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2018）01-0073-09
0 引言
我国跨断层形变监测开始于20世纪70年代初，是一种观测精度较高、能够直接反映断层活动的形变观测手段，其通过分析断层活动性质（邓启东等，2002；张培震等，2002）、运动速率，建立观测模型提取异常观测信息，结合构造应力背景对断层危险性进行研究，为地震预测研究提供了有效的方法。周硕愚等（1998）利用系统科学理论构建板内地壳形变系统动力学，并将系统科学引入断层形变领域，识别“场兆”“源兆”性断层形变异常，对稳态的偏离做定量描述；施顺英等（2007）利用动态灰箱法提取长趋势异常和突跳异常，再用孕震系统信息合成方法进行合成来提高异常识别的可靠性；张晶等（2011）、李瑞莎等（2013）利用断层活动协调比来捕获潜在震源区异常变化信息与断层应变积累状态；陈兵等（2000）、李杰等（2010）、张希和江在森（1999a）、焦青和周俊萍（1998）利用垂直形变趋势累积率、跨断层垂直位移速率的动态演化以及速率合成方法对震前的跨断层形变特征进行了分析和總结。上迷研究成果表明，跨断层形变的异常识别指标对地震预报方法的探索有着积极的作用。本文通过对近年来川滇地区的跨断层原始观测资料进行了速率合成计算，并与GPS面膨胀计算结果进行对比，总结研究区域近年活动形变特征，并进一步探讨了川滇地区断裂活动与地震活动的关系。
1 研究区构造概况
川滇地区作为青藏块体的东南缘，自新生代以来，受青藏高原物质向东侧流动及阿萨姆顶点楔入的作用，构造活动复杂，地震活动强烈而频繁。该地区发育有鲜水河断裂、龙门山断裂、安宁河—则木河断裂、红河断裂、小江断裂等多条重要断裂带，曾发生过1988年澜沧—耿马MS7.6、MS7.2，1996年丽江MS7.0，2000年姚安MS6.5，2003年大姚MS6.2、2008年汶川MS8.0、2009年姚安MS6.0、2013年芦山MS7.0，2014年康定MS6.3、鲁甸MS6.5、盈江MS6.1、景谷MS6.6等地震（图1）。从晚第四纪开始，川滇菱形块体从北边界的甘孜—玉树断裂带，东北边界的鲜水河断裂带，东边界的安宁河断裂北段，到南边界的丽江—小金河断裂带皆以左旋走滑运动为主；而其西边界的金沙江、红河断裂带则以右旋走滑运动为主；滇中次级块体的丽江—小金河断裂带、安宁河断裂南段、则木河断裂表现为连续的走滑运动特征（乔学军等，2004）。
2 数据处理与分析方法
关于跨断层速率合成方法很多学者（陈兵等，2000；李杰等，2010；张希，江在森，1999b；焦青，周俊萍，1998）均有研究。以一定的时间间隔做差分，该测点第j年的平均速率为：其中：hij为j年的第i个观测数值；n为一年的总观测数。对于跨断层形变的数据处理（李杰等，2010；张希，江在森，1999b；焦青，周俊萍，1998；乔学军等，2004），定义上盘相对下盘上升为正，趋势向下为挤压，向上为拉张；合成速率马>0表示张性，vj<0为压性。若同一断层上的m个场地的年均速率的平均值作为该断层的运动平均合成速率，则断层第j年的合成速率Vj=
利用中国地壳运动网络观测项目2011-2013、2013-2015年所得GPS资料统一进行GIMIT/GLOBK处理，并借助最小二乘配置拟合与应变-位移偏导关系（江在森等，2003；张希，江在森，1999b），计算获得川滇地区的面膨胀应变（Δ，最后利用GMT软件生成川滇地区的面膨胀视应变图。
3 断层运动与地震关系
本文数据选取川滇地区连续性较好、基本没有中断的跨断层形变场地资料（周海涛，郭迁良，2011；杨永林等，2005）（图1，表1），包括短水准和短基线场地。为了便于分析对比，选取资料时段统一为1980年1月—2016年9月（对于个别缺省期的数据予以内插处理），常规以月为周期，并逐个按断裂带进行计算分析。
3.1 鲜水河断裂带
以鲜水河断裂带的短基线原始数据观测曲线为例（初始值取为0）进行分析（图2）。因篇幅有限，下文不再对原始观测曲线进行详细分析，直接采用速率合成计算结果进行分析。芦山地震前，鲜水河断裂的虚墟、沟普、龙灯坝、老乾宁4个短基线场地出现了不同程度压性变化，于震后趋势恢复，但在其它地震前后变化不明显。
对4个短基线场地分别进行年均速率合成计算，从图3a中可以看出，芦山地震前这4个场地的压性变化更为突出，尤其是鲜水河断裂北段的虚墟场地，其余场地压性变化自北向南逐渐减弱；康定地震前这4个场地同步压性转为震后张性变化，在小金地震后有调整；雅江地震前，沟普场地出现了压张趋势回返；汶川强震发生在龙门山断裂带，并且出现断层闭锁（贾鹏等，2012），这4个场地没有明显的趋势变化，其余时段速率都在0值附近波动。对鲜水河断裂（方颖等，2015；苏琴等，2012x）的5个短水准场地进行年速率曲线合成，如图3b所示，芦山地震前至康定地震间、雅江地震后，最北段格篓场地出现2次明显张压转折；沟普场地则是在芦山地震后、康定地震前完成了压张折返，康定地震后5条曲线基本都回到。值附近，反映出震后调整。进一步计算整个鲜水河断裂带的年变速率变化，对4个短基线、5个短水准场地的年速率进行合成，如图3c所示，在小金地震、雅江地震、汶川地震、芦山地震发生时的短基线和短水准的年速率变化量几乎都接近0，且2条线基本相交于此，表明地震前断层挤压、滑移后逐渐闭锁、积累应力，震后断层开始活动。
3.2 安宁河—则木河断裂带
安宁河—则木河（苏琴等，2012b）断裂带上的场地数据连续性较好的主要有冕宁、西昌和尔乌3个短水准场地，其中西昌场地资料时间稍短，变化幅度较大，表现在汶川震后至芦山震前、芦山震后至康定震前，出现大幅张压转折（图4）；冕宁场地在小金和雅江地震前出现一定幅度的张压转折；尔乌场地在汶川地震后、芦山地震前有一个不同以往幅度的张压折返。通过对冕宁和尔乌短水准的合成，显示在小金、雅江、汶川和芦山地震时年均速率都近于0，而在地震前后则有张压趋势转折；而康定地震后压性大幅增强，主要是冕宁场地的大幅压性变化所致。
3.3 龙门山断裂带
龙门山断裂带的短水准场地选取双河和灌县，单场地和该断裂带的年均速率合成曲线在汶川地震前基本变化不大（图5.），反映出断层的长期闭锁状态，但同震响应明显（在震前、震后分2个时段差分合成，以区别同震响应和异常）。汶川地震后，速率变化出现2～3年的逐步调整，在此过程中再次出现张压转折，该转折变化鲜水河断裂带也曾出现，或反映芦山地震前的断层活动。
3.4 滇西北地区
滇西北地区断裂带及其次生断裂多、地震多，跨断层场地分散，故对滇西北地区5个场地的短水准和短基线场地进行了区域性计算。如图6a、b所示，除永胜场地年均速率合成变化较大之外，其他4个短基线和短水准场地的速率变化非常接近，趋势也基本一致。通过计算5个短水准和短基线场地的区域年均速率合成可以看出（图6c），在丽江MS7.0地震、姚安MS6.5地震前2条合成曲线的趋势变化成对称分布，有明显的转折过程，只是趋势不同；短水准和短基线合成速率在永胜、大姚和盈江地震时速率比较低且都接近于0；澜沧—耿马地震震中距离较远，反应并不明显，整体上反映出滇西北區域构造运动的一致性。实际上丽江MS7.0地震前，丽江断裂和程海断裂明显活跃起来，活动速率加快，左旋正断性质的程海断裂上由以往的左、右旋交替活动表现为右旋走滑和正断活动的大幅增强（周海涛，郭迁良，2011；罗睿洁等，2015）；而震前形变速率的快速降低再次反映出断层活动受阻，应力集中。
3.5 小江断裂带
小江断裂带主要计算寻甸和宜良2个场地（图7），宜良场地数据可用时间较短，总体以寻甸场地为主。整体上小江断裂带1998年前在总体变化幅度不大，为-0.5～0.5mm/a，从2001年到汶川地震发生速率变化更小，可能反映出应力的集中状态，汶川地震后有应力释放的调整阶段，鲁甸地震后再次拉张。
3.6 石屏—建水断裂带
石屏和建水场地附近大震较少，这2个场地的短水准和短基线年运动合成速率丰要在一1-1 nmJ！a之间波动（图8），对于滇西北和滇西南地区的远场地震来说，发生地震时运动速率也基本接近于0。建水短水准和短基线场地于景谷地震前1～3年发生过同步张压变化，短水准运动速率在1998-2000年有压张折返，整体活动速率较石屏场地变化大，实际上石屏建水断裂的南段更为活跃（罗睿洁等，2015）。
3.7 综合分析
最后，将川滇地区的6个主要断裂带（或构造区）的短水准和短基线活动合成速率综合计算（图9）。对于整个川滇地区，断层活动速率较大的为1996年的丽江MS7.0地震前的滇西北地区和2008年的汶川MS8.0地震龙门山断裂带的同震变化。其中丽江MS7.0地震后10年内滇西北地区接连发生了姚安、永胜、大姚地震；而北部的鲜水河断裂带、龙门山断裂带及安宁河—则木河断裂带的“Y”字交汇区附近，从汶川震后至今发生了芦山、康定以及鲁甸地震，在这些地震前基本都出现了断层的张压变化活动。进而利用中国地壳运动网络观测项目所得GPS资料，借助最小二乘配置拟合与应变一位移偏导关系获得川滇地区2011-2013年、2013-2015年的面膨胀应变（图10）：鲜水河断裂带北段由张性变为了压性，幅度不大，总体以压性为主；龙门山断裂带压性逐渐减弱；安宁河—则木河断裂带变化不大；滇西北地区、小江断裂带和石屏一建水断裂带则是张性较之前增强，显示出汶川地震震后的调整，与近年的断层合成速率计算结果基本吻合。
4 结论
通过对1980年初以来川滇地区的跨断层短基线和短水准资料进行速率合成计算，结合近期GPS资料计算的面膨胀变化分析，得到川滇地区各活动断裂带（或构造区）与地震活动的关系。
（1）川滇地区的大多断裂带年均合成活动速率不高，发震时速率接近于0，但地震前1～3年张压趋势变化幅度会显著增多，例如丽江地震、芦山地震、姚安地震和永胜地震等。
（2）短水准和短基线场地对于不同地震反应和异常响应程度不同。芦山地震发生在龙门山断裂带，但压性异常主要表现在鲜水河断裂带的短基线场地上；而丽江地震前滇西北地区的几个短水准和短基线场地都有明显的异常张压转折变化。
（3）对整个川滇地区影响最大的地震是四川地区发生的2008年汶川地震（万永革等，2009；单斌等，2008）和云南地区发生的1996年丽江地震。在汶川地震时，不仅龙门山断裂带同震影响大，其他断裂也受到了不同程度的影响，断裂活动在原状态下加速或进一步减弱，使整个构造应力场状态发生改变。
参考文献：
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摘要：通过对川滇地区的跨鲜水河断裂带、龙门山断裂带等多条重要断裂的形变资料进行了速率合成计算，并对这些场地的短水准和短基线在芦山地震、汶川地震等几次强震前后速率合成结果和张压趋势变化进行分析，最后结合2011-2015年川滇地区GPS资料的面膨胀计算结果进行了对比，总结该地区近年活动形变特征。结果表明：（1）大多数断裂保持正常幅度的张、压变化，而在地震前1～3年的变化幅度会明显异于常年：（2）可能的地震前异常变化在短水准和短基线形变中反映并不完全一致：（3）大地震后会对该地区及其附近的构造应力场产生深远影响，加快断层的运动速率。
关键词：速率合成；川滇地区；跨断层形变；地震；断裂带
中图分类号：P315.2 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2018）01-0073-09
0 引言
我国跨断层形变监测开始于20世纪70年代初，是一种观测精度较高、能够直接反映断层活动的形变观测手段，其通过分析断层活动性质（邓启东等，2002；张培震等，2002）、运动速率，建立观测模型提取异常观测信息，结合构造应力背景对断层危险性进行研究，为地震预测研究提供了有效的方法。周硕愚等（1998）利用系统科学理论构建板内地壳形变系统动力学，并将系统科学引入断层形变领域，识别“场兆”“源兆”性断层形变异常，对稳态的偏离做定量描述；施顺英等（2007）利用动态灰箱法提取长趋势异常和突跳异常，再用孕震系统信息合成方法进行合成来提高异常识别的可靠性；张晶等（2011）、李瑞莎等（2013）利用断层活动协调比来捕获潜在震源区异常变化信息与断层应变积累状态；陈兵等（2000）、李杰等（2010）、张希和江在森（1999a）、焦青和周俊萍（1998）利用垂直形变趋势累积率、跨断层垂直位移速率的动态演化以及速率合成方法对震前的跨断层形变特征进行了分析和總结。上迷研究成果表明，跨断层形变的异常识别指标对地震预报方法的探索有着积极的作用。本文通过对近年来川滇地区的跨断层原始观测资料进行了速率合成计算，并与GPS面膨胀计算结果进行对比，总结研究区域近年活动形变特征，并进一步探讨了川滇地区断裂活动与地震活动的关系。
1 研究区构造概况
川滇地区作为青藏块体的东南缘，自新生代以来，受青藏高原物质向东侧流动及阿萨姆顶点楔入的作用，构造活动复杂，地震活动强烈而频繁。该地区发育有鲜水河断裂、龙门山断裂、安宁河—则木河断裂、红河断裂、小江断裂等多条重要断裂带，曾发生过1988年澜沧—耿马MS7.6、MS7.2，1996年丽江MS7.0，2000年姚安MS6.5，2003年大姚MS6.2、2008年汶川MS8.0、2009年姚安MS6.0、2013年芦山MS7.0，2014年康定MS6.3、鲁甸MS6.5、盈江MS6.1、景谷MS6.6等地震（图1）。从晚第四纪开始，川滇菱形块体从北边界的甘孜—玉树断裂带，东北边界的鲜水河断裂带，东边界的安宁河断裂北段，到南边界的丽江—小金河断裂带皆以左旋走滑运动为主；而其西边界的金沙江、红河断裂带则以右旋走滑运动为主；滇中次级块体的丽江—小金河断裂带、安宁河断裂南段、则木河断裂表现为连续的走滑运动特征（乔学军等，2004）。
2 数据处理与分析方法
关于跨断层速率合成方法很多学者（陈兵等，2000；李杰等，2010；张希，江在森，1999b；焦青，周俊萍，1998）均有研究。以一定的时间间隔做差分，该测点第j年的平均速率为：其中：hij为j年的第i个观测数值；n为一年的总观测数。对于跨断层形变的数据处理（李杰等，2010；张希，江在森，1999b；焦青，周俊萍，1998；乔学军等，2004），定义上盘相对下盘上升为正，趋势向下为挤压，向上为拉张；合成速率马>0表示张性，vj<0为压性。若同一断层上的m个场地的年均速率的平均值作为该断层的运动平均合成速率，则断层第j年的合成速率Vj=
利用中国地壳运动网络观测项目2011-2013、2013-2015年所得GPS资料统一进行GIMIT/GLOBK处理，并借助最小二乘配置拟合与应变-位移偏导关系（江在森等，2003；张希，江在森，1999b），计算获得川滇地区的面膨胀应变（Δ，最后利用GMT软件生成川滇地区的面膨胀视应变图。
3 断层运动与地震关系
本文数据选取川滇地区连续性较好、基本没有中断的跨断层形变场地资料（周海涛，郭迁良，2011；杨永林等，2005）（图1，表1），包括短水准和短基线场地。为了便于分析对比，选取资料时段统一为1980年1月—2016年9月（对于个别缺省期的数据予以内插处理），常规以月为周期，并逐个按断裂带进行计算分析。
3.1 鲜水河断裂带
以鲜水河断裂带的短基线原始数据观测曲线为例（初始值取为0）进行分析（图2）。因篇幅有限，下文不再对原始观测曲线进行详细分析，直接采用速率合成计算结果进行分析。芦山地震前，鲜水河断裂的虚墟、沟普、龙灯坝、老乾宁4个短基线场地出现了不同程度压性变化，于震后趋势恢复，但在其它地震前后变化不明显。
对4个短基线场地分别进行年均速率合成计算，从图3a中可以看出，芦山地震前这4个场地的压性变化更为突出，尤其是鲜水河断裂北段的虚墟场地，其余场地压性变化自北向南逐渐减弱；康定地震前这4个场地同步压性转为震后张性变化，在小金地震后有调整；雅江地震前，沟普场地出现了压张趋势回返；汶川强震发生在龙门山断裂带，并且出现断层闭锁（贾鹏等，2012），这4个场地没有明显的趋势变化，其余时段速率都在0值附近波动。对鲜水河断裂（方颖等，2015；苏琴等，2012x）的5个短水准场地进行年速率曲线合成，如图3b所示，芦山地震前至康定地震间、雅江地震后，最北段格篓场地出现2次明显张压转折；沟普场地则是在芦山地震后、康定地震前完成了压张折返，康定地震后5条曲线基本都回到。值附近，反映出震后调整。进一步计算整个鲜水河断裂带的年变速率变化，对4个短基线、5个短水准场地的年速率进行合成，如图3c所示，在小金地震、雅江地震、汶川地震、芦山地震发生时的短基线和短水准的年速率变化量几乎都接近0，且2条线基本相交于此，表明地震前断层挤压、滑移后逐渐闭锁、积累应力，震后断层开始活动。
3.2 安宁河—则木河断裂带
安宁河—则木河（苏琴等，2012b）断裂带上的场地数据连续性较好的主要有冕宁、西昌和尔乌3个短水准场地，其中西昌场地资料时间稍短，变化幅度较大，表现在汶川震后至芦山震前、芦山震后至康定震前，出现大幅张压转折（图4）；冕宁场地在小金和雅江地震前出现一定幅度的张压转折；尔乌场地在汶川地震后、芦山地震前有一个不同以往幅度的张压折返。通过对冕宁和尔乌短水准的合成，显示在小金、雅江、汶川和芦山地震时年均速率都近于0，而在地震前后则有张压趋势转折；而康定地震后压性大幅增强，主要是冕宁场地的大幅压性变化所致。
3.3 龙门山断裂带
龙门山断裂带的短水准场地选取双河和灌县，单场地和该断裂带的年均速率合成曲线在汶川地震前基本变化不大（图5.），反映出断层的长期闭锁状态，但同震响应明显（在震前、震后分2个时段差分合成，以区别同震响应和异常）。汶川地震后，速率变化出现2～3年的逐步调整，在此过程中再次出现张压转折，该转折变化鲜水河断裂带也曾出现，或反映芦山地震前的断层活动。
3.4 滇西北地区
滇西北地区断裂带及其次生断裂多、地震多，跨断层场地分散，故对滇西北地区5个场地的短水准和短基线场地进行了区域性计算。如图6a、b所示，除永胜场地年均速率合成变化较大之外，其他4个短基线和短水准场地的速率变化非常接近，趋势也基本一致。通过计算5个短水准和短基线场地的区域年均速率合成可以看出（图6c），在丽江MS7.0地震、姚安MS6.5地震前2条合成曲线的趋势变化成对称分布，有明显的转折过程，只是趋势不同；短水准和短基线合成速率在永胜、大姚和盈江地震时速率比较低且都接近于0；澜沧—耿马地震震中距离较远，反应并不明显，整体上反映出滇西北區域构造运动的一致性。实际上丽江MS7.0地震前，丽江断裂和程海断裂明显活跃起来，活动速率加快，左旋正断性质的程海断裂上由以往的左、右旋交替活动表现为右旋走滑和正断活动的大幅增强（周海涛，郭迁良，2011；罗睿洁等，2015）；而震前形变速率的快速降低再次反映出断层活动受阻，应力集中。
3.5 小江断裂带
小江断裂带主要计算寻甸和宜良2个场地（图7），宜良场地数据可用时间较短，总体以寻甸场地为主。整体上小江断裂带1998年前在总体变化幅度不大，为-0.5～0.5mm/a，从2001年到汶川地震发生速率变化更小，可能反映出应力的集中状态，汶川地震后有应力释放的调整阶段，鲁甸地震后再次拉张。
3.6 石屏—建水断裂带
石屏和建水场地附近大震较少，这2个场地的短水准和短基线年运动合成速率丰要在一1-1 nmJ！a之间波动（图8），对于滇西北和滇西南地区的远场地震来说，发生地震时运动速率也基本接近于0。建水短水准和短基线场地于景谷地震前1～3年发生过同步张压变化，短水准运动速率在1998-2000年有压张折返，整体活动速率较石屏场地变化大，实际上石屏建水断裂的南段更为活跃（罗睿洁等，2015）。
3.7 综合分析
最后，将川滇地区的6个主要断裂带（或构造区）的短水准和短基线活动合成速率综合计算（图9）。对于整个川滇地区，断层活动速率较大的为1996年的丽江MS7.0地震前的滇西北地区和2008年的汶川MS8.0地震龙门山断裂带的同震变化。其中丽江MS7.0地震后10年内滇西北地区接连发生了姚安、永胜、大姚地震；而北部的鲜水河断裂带、龙门山断裂带及安宁河—则木河断裂带的“Y”字交汇区附近，从汶川震后至今发生了芦山、康定以及鲁甸地震，在这些地震前基本都出现了断层的张压变化活动。进而利用中国地壳运动网络观测项目所得GPS资料，借助最小二乘配置拟合与应变一位移偏导关系获得川滇地区2011-2013年、2013-2015年的面膨胀应变（图10）：鲜水河断裂带北段由张性变为了压性，幅度不大，总体以压性为主；龙门山断裂带压性逐渐减弱；安宁河—则木河断裂带变化不大；滇西北地区、小江断裂带和石屏一建水断裂带则是张性较之前增强，显示出汶川地震震后的调整，与近年的断层合成速率计算结果基本吻合。
4 结论
通过对1980年初以来川滇地区的跨断层短基线和短水准资料进行速率合成计算，结合近期GPS资料计算的面膨胀变化分析，得到川滇地区各活动断裂带（或构造区）与地震活动的关系。
（1）川滇地区的大多断裂带年均合成活动速率不高，发震时速率接近于0，但地震前1～3年张压趋势变化幅度会显著增多，例如丽江地震、芦山地震、姚安地震和永胜地震等。
（2）短水准和短基线场地对于不同地震反应和异常响应程度不同。芦山地震发生在龙门山断裂带，但压性异常主要表现在鲜水河断裂带的短基线场地上；而丽江地震前滇西北地区的几个短水准和短基线场地都有明显的异常张压转折变化。
（3）对整个川滇地区影响最大的地震是四川地区发生的2008年汶川地震（万永革等，2009；单斌等，2008）和云南地区发生的1996年丽江地震。在汶川地震时，不仅龙门山断裂带同震影响大，其他断裂也受到了不同程度的影响，断裂活动在原状态下加速或进一步减弱，使整个构造应力场状态发生改变。
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