汶川地震前后川滇及其鄰區(qū)GPS水平運動演化特征①

賈 鵬，張 希，張曉亮，蔣鋒云

（中國地震局第二監(jiān)測中心，陜西西安 710054）

汶川地震前后川滇及其鄰區(qū)GPS水平運動演化特征①

賈 鵬，張 希，張曉亮，蔣鋒云

（中國地震局第二監(jiān)測中心，陜西西安 710054）

利用川滇及其鄰區(qū)2004－2007年、2007－2009年GPS水平運動觀測資料，對汶川地震前、震時與震后地殼運動及主要活動斷裂帶構(gòu)造變形演化特征、汶川地震可能的同震與震后影響進行了分析。結(jié)果表明：2007－2009年汶川震區(qū)呈現(xiàn)出顯著的右旋逆沖同震變形；大震在一定程度上對甘川交界及其北側(cè)的西秦嶺構(gòu)造區(qū)、安寧河—則木河斷裂的構(gòu)造運動有所促進；對鮮水河斷裂構(gòu)造運動總體反映調(diào)整影響但對其南段可能有促進作用。

川滇及其鄰區(qū)；汶川地震；GPS；水平運動；構(gòu)造變形

Abstract：Based on the horizontal velocity data observed by GPS during 2004－2007and 2007－2009，before and after the Wenchuan earthquake，in Sichuan－Yunnan region and adjacent area，the tectonic deformation evolution features of the crust and main active fault belts，and possible influence from the Wenchuan great earthquake，are analyzed．The result shows that the Wenchuan earthquake area showed obvious co－seismic thrust and dextral deformation during the period of 2007－2009．The earthquake，in a certain extent，promoted tectonic movements in Gansu－Sichuan boundary area，as well as West Qinling Mountain area and Anninghe－Zemuhe faults．Meanwhile，impacted tectonic movement on Xianshuihe fault with adjustment overall but may increase the southern section of it．

Key words：Sichuan－Yunnan region and its adjacent area；The Wenchuan earthquake；GPS；Horizontal movement；Tectonic deformation

0 引言

GPS觀測技術(shù)作為空間測地技術(shù)中最有效、最廣泛、最直接和便捷的技術(shù)應(yīng)用之一，為高精度測量地殼運動提供了廣泛的研究前景。2008年5月12日發(fā)生在四川省汶川縣的8．0級特大地震是新中國成立以來破壞性最強、波及范圍最大的一次地震。本文目的是通過GPS觀測技術(shù)對震區(qū)及其周圍的震前、震時與震后地殼水平運動演化特征進行對比和探討。方法是利用中國地殼運動網(wǎng)絡(luò)觀測項目所得GPS資料，用GIMIT／GLOBK軟件進行統(tǒng)一處理，研究2004－2007年、2007－2009年，即汶川大震前、震時與震后該區(qū)域的相對歐亞板塊水平運動速度場；借助最小二乘配置擬合與應(yīng)變－位移偏導(dǎo)關(guān)系［1－2］獲取視應(yīng)變場，計算斷層相對運動量，分析汶川地震前、震時與震后該區(qū)地殼運動與活動斷裂構(gòu)造變形演化特征、以及汶川地震的可能影響。

1 構(gòu)造活動背景

作為青藏塊體東部大型邊界地帶，川滇及其北東緣附近的甘川陜交界區(qū)構(gòu)造運動強烈，以固關(guān)－功縣、秦嶺北麓斷裂為北東界；瀨滄—勐遮斷裂為西南界；阿尼瑪卿與玉樹斷裂東段、怒江斷裂與金沙江斷裂等為西界；小江斷裂與龍門山斷裂等為東界。區(qū)內(nèi)自北向南還發(fā)育有禮縣—羅家堡斷裂（屬西秦嶺構(gòu)造）、鮮水河斷裂、安寧河—則木河斷裂、紅河斷裂與程海斷裂等［3－4］（圖1）。汶川8．0級地震就發(fā)生在該區(qū)內(nèi)的龍門山斷裂上，對該區(qū)活動斷裂帶構(gòu)造變形與應(yīng)變積累可能有影響。

2 汶川地震前后研究區(qū)GPS水平運動與構(gòu)造變形演化特征

為了研究汶川地震前后地殼運動及活動斷裂構(gòu)造變形的演化，本文將GPS觀測資料分為2004－2007年和2007－2009年兩個時段進行分析。需要說明的是：①兩時段GPS站點控制范圍略有不同，后一時段增加了2010年4月14日玉樹7．1級震區(qū)附近、小江斷裂以東共10余個站點；②文獻［5－6］對2007－2008年四川及其鄰區(qū)近一年的GPS水平運動結(jié)果進行了分析，基本反映震區(qū)及其附近同震變形，但時間尺度不同、空間范圍則比本文小得多。

圖1 川滇及北東緣附近的甘川陜交界區(qū)主要構(gòu)造斷裂分布Fig．1 Distribution of main tectonic faults in Sichuan－Yunnan region and its adjacent Gansu－Sichuan－Shaanxi boundary area．

圖2 研究區(qū)GPS相對歐亞板塊水平運動矢量圖Fig．2 Vectors of horizontal movement related to Eurasia plate from GPS data in the research area．

考慮到兩時段監(jiān)測范圍有差異，基準(zhǔn)可能有偏差，如果扣除整體平移和旋轉(zhuǎn)、或者扣除歐拉旋轉(zhuǎn)矢量，反映出的結(jié)果未必具有可比性，故直接將統(tǒng)一計算處理（IGS站、約束參數(shù)等選取盡可能一致）后所得相對歐亞板塊水平運動矢量圖進行對比（圖2）?？闯觯氪ㄕ鹎暗?004－2007年，整個測區(qū)以鮮水河斷裂為界，南強北弱特征明顯（有較密集觀測以來的1999－2001年、2001－2004年也基本如此［7］），而汶川震時與震后的2007－2009年，四川測區(qū)的大部分、甘川交界區(qū)（阿尼瑪卿斷裂延伸線至略陽斷裂）附近、玉樹震區(qū)以東卻成為整個測區(qū)位移量較大的突出區(qū)域，與震前迥異，主要反映汶川大震同震與震后影響。其中玉樹震區(qū)上一時段無數(shù)據(jù)，不好比較。尤其汶川震區(qū)即龍門山斷裂帶呈現(xiàn)出較震前量值劇增的右旋逆沖同震變形，與汶川地震地質(zhì)調(diào)查結(jié)果［8－9］一致。而該次大震似乎對震區(qū)北側(cè)的甘川交界（指圖1中的阿尼瑪卿斷裂東端及延伸到達的略陽斷裂）、南側(cè)的鮮水河—安寧河斷裂及其附近影響相對明顯。由于要想從長周期（數(shù)年尺度）運動速度場中精確扣除大震同震（瞬態(tài)）位移場是很難的（究竟取多大量值、多大范圍？），目前能查到的文獻所用模型及震源參數(shù)都經(jīng)過不同程度的簡化，故這里研究的汶川大震影響包含同震和震后一定時期的影響。

進而，通過最小二乘配置及借助位移－應(yīng)變偏導(dǎo)關(guān)系［1－2］計算可獲得視應(yīng)變場，反映的是彈性均勻介質(zhì)假設(shè)下GPS站點間的相對差異運動，因而與所取基準(zhǔn)無關(guān)，也適用于震區(qū)反映發(fā)震斷裂兩側(cè)相對運動情況，即同震變形特征。2004－2007年川滇及甘川陜交界區(qū)視應(yīng)變場分布圖顯示（圖3），研究區(qū)內(nèi)鮮水河斷裂、安寧河—則木河—小江斷裂以及紅河斷裂（自北向南）均呈現(xiàn)相對明顯的最大剪應(yīng)變率高值分布（9×10－8／a～10×10－8／a）；其次是滇西南的瀨滄－勐遮斷裂以西地區(qū)（7×10－8／a），甘川交界中段也達到6×10－8／a量級。面膨脹應(yīng)變壓性高值區(qū)或張、壓交替高梯度帶主要分布在龍門山斷裂區(qū)域、川滇菱形地塊東界、南界及滇南地區(qū)，最高張、壓變化梯度達－5×10－8／a～9×10－8／a；此外，本時段3個達到－5×10－8／a的面膨脹壓性應(yīng)變高值區(qū)之后一年內(nèi)均發(fā)生6級以上地震。2007－2009年（圖4）相對汶川震前的2004－2007年，震區(qū)及其周圍最大剪應(yīng)變與面膨脹應(yīng)變率值從以往的10－8／a量級升至10－6／a量級，增大數(shù)十甚至百倍，反映出汶川大震相當(dāng)顯著的同震形變，其中擠壓變形量相對剪切量高，逆沖特性更為明顯。而該次大震對其以北的甘川交界、固關(guān)—功縣斷裂及秦嶺北麓斷裂西南側(cè)的西秦嶺構(gòu)造區(qū)，以南的鮮水河斷裂尤其南段、安

圖3 2004－2007年研究區(qū)視應(yīng)變場分布圖Fig．3 Distribution of apparent strain field in the research area during 2004－2007．

圖4 2007－2009年研究區(qū)視應(yīng)變場分布圖Fig．4 Distribution of apparent strain field in the research area during 2007－2009．

寧河斷裂尤其北段及與龍門山斷裂、玉樹斷裂交匯區(qū)附近影響相對明顯。其中對2010年玉樹7．1級地震不排除促發(fā)或擾動影響，本時段擠壓變化明顯，震中即位于壓性高值區(qū)內(nèi)，但因2004－2007年站點少，不太好比較。整體呈現(xiàn)最大剪應(yīng)變率相對高值區(qū)（基本呈增強態(tài)勢）及張、壓差異高梯度分布。從影響特性推測，對甘川交界至固關(guān)－功縣斷裂與秦嶺北麓斷裂西南側(cè)的西秦嶺構(gòu)造區(qū)、鮮水河斷裂南段及安寧河斷裂北段應(yīng)變積累可能有一定程度促進影響（擠壓為主）；川滇交界東部（則木河斷裂及其附近）、滇東小江斷裂區(qū)剪切變形增強（12×10－8／a～13×10－8／a），張壓差異也比較明顯，大震影響可能相對滇西—滇西北地區(qū)顯著（滇西－滇西北地區(qū)兩時段應(yīng)變率量值差異不大、變化相對穩(wěn)定）。小江斷裂以東、較遠(yuǎn)的大范圍區(qū)域上一時段無資料，本時段剪切變形與張、壓差異均較為明顯。

3 汶川地震影響相對明顯的斷裂兩側(cè)相對運動量計算

從圖4來看，甘川交界及其北側(cè)的西秦嶺構(gòu)造區(qū)汶川震時與震后的2007－2009年，相對震前剪切、擠壓變形顯著增強。而川滇地區(qū)可能反映汶川大震相對明顯影響的鮮水河、安寧河、則木河、小江斷裂張壓變化都存在，其特性沒有甘川交界及其北側(cè)的西秦嶺構(gòu)造區(qū)清晰。本文選取其兩側(cè)GPS站點，如鮮水河斷裂區(qū)取理塘—德巫斷裂與撫邊河斷裂間站點；安寧河斷裂區(qū)取理塘—德巫斷裂以東與蓮峰斷裂間站點；則木河斷裂區(qū)取兩側(cè)100km范圍內(nèi)站點；小江斷裂區(qū)取安寧河斷裂延伸線以東至小江斷裂以東100km范圍內(nèi)站點。計算其平行于斷裂走向和垂直于走向即法線方向的水平運動分量均值，進而獲得沿斷層走向的相對變化量與特性（左旋或右旋走滑）、法線方向的相對變化量及特性（拉張或擠壓），以汶川震時與震后的2007－2009年同震前的2004－2007年進行比較，結(jié)果見表1?？梢钥闯觯捍笳鹎昂髢蓚€時段4條斷裂的活動特性并沒有改變，與構(gòu)造背景大體一致。2007－2009年相對2004－2007年，整個鮮水河斷裂左旋剪切大幅減弱，可能是不同段落不同的左、右旋走滑特性綜合后的結(jié)果；而拉張顯著增強，汶川大震可能以調(diào)整影響為主。安寧河斷裂左旋剪切變形略增、擠壓量值基本維持，大震的促進影響可能存在、且主要表現(xiàn)在剪切分量上。則木河斷裂左旋、拉張均增強，可能包含汶川大震促進影響。而小江斷裂左旋剪切變化增強而擠壓減弱，總體來看左旋剪切的增強量值更高，故也不排除包含汶川大震一定程度促進影響的可能。

表1 由GPS觀測結(jié)果計算得到的斷裂兩側(cè)相對運動量

4 結(jié)論

汶川震時及震后的2007－2009年，汶川震區(qū)呈現(xiàn)出顯著的右旋逆沖同震變形；大震對北面甘川交界及其北側(cè)的西秦嶺構(gòu)造區(qū)、南面鮮水河—安寧河－則木河斷裂及其附近影響相對明顯，以在一定程度上促進構(gòu)造運動的作用為主，如安寧河－則木河斷裂、甘川交界及西秦嶺構(gòu)造區(qū)；對整個鮮水河斷裂反映調(diào)整為主的影響但對南段可能有促進作用，與萬永革等的庫侖應(yīng)力變化計算結(jié)果（對甘川交界及西秦嶺構(gòu)造區(qū)中東部、鮮水河斷裂南段、安寧河—則木河斷裂促進影響，對鮮水河斷裂北段減緩影響）［10］基本一致。對小江斷裂則不排除總體擾動影響下局部段落促進構(gòu)造運動的影響。

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Evolution Features of Crustal Horizontal Movement from GPS Observation in Sichuan－Yunnan Region and Its Adjacent Area before and after the Wenchuan Earthquake

JIA Peng，ZHANG Xi，ZHANG Xiao－liang，JIANG Feng－yun

（The Second Monitoring and Application Center，CEA，Xi′an 710054，China）

P315．725

A

1000－0844（2012）03－0264－04

10．3969／j．issn．1000－0844．2012．03．0264

2011－08－12

國家自然科學(xué)基金（40974005）

賈 鵬（1985－），男（回族），陜西西安人，第二監(jiān)測中心助理工程師、碩士，主要從事地殼形變研究與地震預(yù)報工作．