汶川8.0級(jí)地震前龍門山斷裂帶及鄰近區(qū)域的震間形變與發(fā)震機(jī)理

杜 方 聞學(xué)澤 蘇有錦

1）四川省地震局，成都 610041

2）中國地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京 100036

3）云南省地震局，昆明 650224

利用跨龍門山后山和前山斷裂的短水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)資料、龍門山區(qū)域GPS和水準(zhǔn)測(cè)量資料，結(jié)合龍門山及鄰近區(qū)域的地震構(gòu)造、以及2008年汶川8.0級(jí)地震前的中小地震活動(dòng)等信息進(jìn)行分析，研究汶川地震前橫跨龍門山斷裂帶的震間（震前）地殼形變特征，探討引起發(fā)震斷裂近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)形變的構(gòu)造活動(dòng)與動(dòng)力學(xué)模式，并由此認(rèn)識(shí)汶川地震的孕育與成因機(jī)制，以及該地震破裂的發(fā)生機(jī)理。主要結(jié)果表明：

（1）跨龍門山斷裂帶中段后山和前山斷裂的近場(chǎng)短水準(zhǔn)觀測(cè)顯示：在2008年汶川8.0級(jí)地震前，龍門山后山斷裂的近場(chǎng)垂直形變速率僅為0.03 mm/a，表現(xiàn)為極低速率的壓性特征；前山斷裂的近場(chǎng)垂直形變速率為0.08 mm/a，也表現(xiàn)為低速率的壓性特征。這種近場(chǎng)的垂直形變特征表明在2008年汶川8.0級(jí)地震前，龍門山斷裂帶中段從后山至前山斷裂均處于高度的“閉鎖”狀態(tài)。

（2）1997—2007年期間的區(qū)域GPS測(cè)量顯示，龍門山斷裂帶中段朝北西約230 km的地帶內(nèi)，在垂直于斷裂帶走向的NW-SE方向上，水平縮短率為1.3×10-8／a，表明龍門山斷裂帶后緣地帶的巴顏喀拉地塊內(nèi)部也遭受水平擠壓變形。 區(qū)域水準(zhǔn)測(cè)量則顯示同一地帶在1975—1997年期間表現(xiàn)出垂直上隆變形，且上隆速率在龍門山前山斷裂與中央斷裂之間僅0.6 mm／a，而至龍門山后山斷裂北西側(cè)100～250 km的范圍內(nèi)達(dá)到2～3 mm／a。這些反映在2008年汶川8.0級(jí)地震前，由于龍門山斷裂帶從后山至前山斷裂均處于高度“閉鎖”狀態(tài)，由水平擠壓引起的縮短及垂直上隆形變已由龍門山斷裂帶向其后緣的巴顏喀拉地塊內(nèi)部擴(kuò)展。在該斷裂帶的后緣擴(kuò)展變形帶中，不僅呈現(xiàn)有水平正（壓）應(yīng)變，而且伴有右旋剪應(yīng)變的積累。

（3）區(qū)域GPS觀測(cè)還表明2008年汶川8.0級(jí)地震前，從龍門山斷裂帶中段的前山斷裂向北西延伸230 km的地帶內(nèi)，右旋水平角變形的速率為2.6×10-8／a。然而，龍門山斷裂帶北段僅伴有約0.9 mm／a的同期右旋剪切變形，且主要發(fā)生在北段的龍門山后山斷裂（青川斷裂）與中央斷裂（茶壩-林庵寺斷裂）之間的地帶，而北段的龍門山前山斷裂（江油-廣元斷裂）已無明顯剪切變形。因此，在汶川8.0級(jí)地震之前，龍門山斷裂中段的應(yīng)變積累水平明顯高于北段，這可能與該斷裂帶北段西側(cè)存在岷江、虎牙、龍日壩等斷裂帶，它們不同程度吸收了巴顏喀拉地塊的大部分朝東的水平運(yùn)動(dòng)有關(guān)。

（4）1970年有臺(tái)網(wǎng)記錄以來至2008年汶川8.0級(jí)地震之前，沿龍門山斷裂帶的中小地震活動(dòng)顯示出空間上的分段差異性。其中，斷裂帶中段和南段存在較頻繁的中小震活動(dòng)，但北段的中小震活動(dòng)很弱，甚至不活動(dòng)。這與GPS觀測(cè)揭示的、龍門山斷裂帶中段與北段的地殼形變與應(yīng)變積累程度的差異特征相吻合。

（5）巴顏喀拉地塊以地殼內(nèi)的低速層為“解耦”帶，其上地殼部分朝南東的水平運(yùn)動(dòng)受到華南地塊的阻擋，轉(zhuǎn)換成龍門山斷裂帶的逆沖運(yùn)動(dòng)。2008年汶川8.0級(jí)地震之前，龍門山斷裂帶（特別是其中段）處于高度的“閉鎖”狀態(tài)并伴有高應(yīng)變積累，且水平擠壓形變向龍門山斷裂帶后緣的巴顏喀拉地塊內(nèi)部擴(kuò)展，但龍門山斷裂帶北段的應(yīng)變積累大大低于中段。汶川8.0級(jí)地震時(shí)，沿高度“閉鎖”和高應(yīng)變積累龍門山斷裂帶中段發(fā)生大釋放型破裂，并觸發(fā)了較低應(yīng)力應(yīng)變水平的龍門山斷裂帶北段的破裂。