滇東南弧形構(gòu)造帶現(xiàn)今活動(dòng)性質(zhì)的地震學(xué)研究

呼 楠 韓竹軍

(中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，活動(dòng)構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

0 引言

曲江斷裂、石屏-建水?dāng)嗔押图t河斷裂位于滇東南地區(qū)(圖1)，總體走向?yàn)镹W—NWW向，由北向南依次排布。3條斷裂在平面上呈弧形伸展，弧頂凸向SW，故被稱為滇東南弧形構(gòu)造帶(闞榮舉等，1977)，或滇東南楔形構(gòu)造區(qū)(何宏林等，1992)。該弧形構(gòu)造帶位于川滇塊體東南邊緣地帶，東側(cè)受到近SN向小江斷裂帶的交切，并與華南塊體相鄰，現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)劇烈，強(qiáng)震頻繁。有歷史記載以來(lái)，沿弧形構(gòu)造帶發(fā)生過(guò)M≥7地震5次，如1799年8月27日石屏西7級(jí)地震和1887年12月16日石屏7級(jí)地震，其震中烈度均為Ⅸ度，傷亡慘重(韓新民等，1993);1970年1月5日發(fā)生了通海MS7.7大震，死亡人數(shù)＞15 000人，震中烈度Ⅹ度。對(duì)該地區(qū)斷裂帶現(xiàn)今活動(dòng)性質(zhì)的研究不但能約束和檢驗(yàn)有關(guān)青藏高原東南緣、尤其是滇東南地區(qū)構(gòu)造動(dòng)力學(xué)理論模型，而且有助于理解大震、甚至是特大地震的孕育和發(fā)生過(guò)程。

圖1 滇東南弧形構(gòu)造帶主要斷裂分布圖Fig.1 Distributions of major faults around the arcuate tectonic belt of southeast Yunnan.

目前有關(guān)滇東南地區(qū)弧形構(gòu)造帶現(xiàn)今活動(dòng)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)存在較大分歧，可以概括為2種觀點(diǎn)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為弧形構(gòu)造帶具有較大的逆沖分量，并表現(xiàn)出明顯的地殼縮短變形(聞學(xué)澤等，2011);另一種觀點(diǎn)認(rèn)為弧形構(gòu)造帶上地殼幾乎不存在縮短變形(Schoenbohm et al.，2006)，甚至表現(xiàn)出一定的伸展分量(Shen et al.，2005)。李玶(1993)、聞學(xué)澤(1993)及宋方敏等(1998)認(rèn)為沿著鮮水河-小江斷裂系統(tǒng)的左旋走滑運(yùn)動(dòng)在川滇塊體東南邊緣地帶受到NWW向曲江斷裂和石屏-建水?dāng)嗔训淖钃?圖1)。聞學(xué)澤等(2011)提出的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)模型認(rèn)為:在小江斷裂帶西盤(川滇塊體)長(zhǎng)期強(qiáng)烈作用下，曲江斷裂和石屏-建水?dāng)嗔岩杂倚呋⒓羟小獧M向縮短/逆沖變形的方式吸收并轉(zhuǎn)換了小江斷裂帶西盤的向南運(yùn)動(dòng)。該模型符合小江斷裂帶南段和紅河斷裂帶晚第四紀(jì)時(shí)期的弱活動(dòng)性、以及近500a來(lái)該區(qū)域弱地震活動(dòng)的特點(diǎn)。但是，王椿鏞等(1978)、陳立德(1988)根據(jù)地殼形變資料及地震波資料反演得到的1970年通海MS7.7地震的地震斷層參數(shù)均顯示出發(fā)震構(gòu)造的正-走滑性質(zhì)，該認(rèn)識(shí)與近年來(lái)GPS資料顯示的以紅河斷裂帶為代表的NW向斷裂的正-走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì)相吻合(Shen et al.，2005;王閻昭等，2008)。Schoenbohm等(2006)提出了青藏高原東南緣晚新生代構(gòu)造演化模型，用下地殼流展的觀點(diǎn)對(duì)該地區(qū)上地殼幾乎不存在縮短變形的現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。與弧形構(gòu)造帶現(xiàn)今活動(dòng)性質(zhì)相對(duì)應(yīng)，目前對(duì)于曲江斷裂、石屏-建水?dāng)嗔押图t河斷裂的深部延伸狀況，即斷裂的傾向也存在2種不同的認(rèn)識(shí)。何宏林等(1992)、聞學(xué)澤等(2011)認(rèn)為這一組斷裂均傾向NE;然而，1970年通海MS7.7地震震源機(jī)制解顯示NWW向的主節(jié)面傾向SW，這與極震區(qū)以及余震主要分布在曲江斷裂南側(cè)所反映的深部脆性剪切面主要傾向SW的幾何學(xué)特征相一致(陳立德，1988)，由地殼形變資料反演得到的地震斷層參數(shù)也表現(xiàn)為南傾的正-走滑性質(zhì)(王椿鏞等，1978)。

研究區(qū)歷史上發(fā)生過(guò)多次大震，但已有的研究還未能對(duì)該區(qū)現(xiàn)今活動(dòng)性質(zhì)和傾向特征給出明確的結(jié)論。如沿著曲江斷裂分布的1970年通海MS7.7地震地表破裂帶，總體上以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，斷層面的傾向以梅子樹(shù)為界，東北段傾向NE，西北段傾向SW，斷裂力學(xué)性質(zhì)也發(fā)生相應(yīng)變化(劉祖蔭等，1999)，但這與樞紐性走滑斷裂地表形變四象限分布的特征相比(鄧起東，1984;韓竹軍等，1996)，通海地震地表破裂帶北側(cè)整體上升，南側(cè)下降。石屏-建水?dāng)嗔颜共加谇瓟嗔训哪蟼?cè)，經(jīng)歷了中更新世的平靜期，晚更新世以來(lái)再度活動(dòng)(何宏林等，1992;俞維賢等，2004)，運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以右旋走滑為主，在不同地質(zhì)時(shí)期，斷裂某些區(qū)段的活動(dòng)性質(zhì)發(fā)生了正、逆斷層活動(dòng)性質(zhì)的反轉(zhuǎn)(韓新民等，1982)。在構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境研究方面，前人也從震源機(jī)制解以及斷層擦痕反演等方面做過(guò)許多研究(闞榮舉等，1977;鄢家全等，1979;許忠淮等，1987;謝富仁等，1993;崔效鋒等，2006)，揭示了該區(qū)域主壓應(yīng)力方向?yàn)镹NW-SSE等基本特征。這些工作、尤其是震源機(jī)制解主要是針對(duì)區(qū)域性構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)背景展開(kāi)的，并未針對(duì)弧形構(gòu)造帶進(jìn)行討論。

本文試圖從地震學(xué)角度，即在小震重新定位的基礎(chǔ)上，進(jìn)行小震震源機(jī)制解的求解，研究滇東南弧形構(gòu)造帶現(xiàn)今活動(dòng)性質(zhì)。小震重新定位一方面有助于認(rèn)識(shí)斷裂深部形態(tài)，另一方面，精確的小震震源位置可以提升小震震源機(jī)制解結(jié)果的合理性，能夠更好地認(rèn)識(shí)相關(guān)構(gòu)造的現(xiàn)今活動(dòng)性質(zhì)。為此本文搜集了研究區(qū)1990年以來(lái)的小震資料，基于云南地區(qū)速度結(jié)構(gòu)研究成果，采用hypo2000程序(絕對(duì)定位)和雙差(相對(duì)定位)(Waldhauser et al.，2000)算法對(duì)小震進(jìn)行了重新定位和精定位;在此基礎(chǔ)上，搜集了研究區(qū)2007年以來(lái)的小震波形資料，對(duì)MS2.0以上地震利用ˉP波和ˉS波最大振幅比法進(jìn)行了小震震源機(jī)制解的求解，并結(jié)合由地震測(cè)深剖面反演所得到的地殼速度結(jié)構(gòu)成果(白志明等，2003)，對(duì)弧形構(gòu)造帶深部幾何學(xué)特征和現(xiàn)今活動(dòng)性質(zhì)進(jìn)行了討論。

1 研究方法

在間震期，斷裂活動(dòng)以背景地震(即震級(jí)＜5.5級(jí)的小震)活動(dòng)為主。研究區(qū)內(nèi)小震資料比較豐富，平均每月儀器記錄的小震可達(dá)20次左右。頻繁的小震活動(dòng)是斷裂最新構(gòu)造變形、局部應(yīng)力調(diào)整和能量釋放的結(jié)果，小震的三維空間分布特征和震源機(jī)制解，是我們推斷構(gòu)造力學(xué)性質(zhì)、斷層幾何結(jié)構(gòu)以及探討深淺構(gòu)造關(guān)系的重要途徑(Kisslinger，1980;Hardebeck et al.，2001，2003;Shearer，2002;Schaff et al.，2002;刁桂苓等，2010;Fojtíková et al.，2010)。

1.1 小震精定位

小震三維空間分布特征與發(fā)震構(gòu)造的相關(guān)性分析有賴于地震定位的精度。由于所獲得的2004年以前的地震震相目錄資料絕大部分沒(méi)有給出定位深度，因此我們先利用hypo2000程序?qū)^(qū)內(nèi)的小震進(jìn)行了重新定位，獲得有效定位深度后，再利用雙差定位算法(hypoDD程序)進(jìn)行精定位。雙差定位算法是Felix Waldhauser于2000年提出的一種以提高事件之間的相對(duì)定位精度而非絕對(duì)準(zhǔn)確度為目的的相對(duì)定位法，這種方法能夠有效地減小速度結(jié)構(gòu)橫向不均勻變化對(duì)地震重新定位產(chǎn)生的影響，并獲得精度較高的相對(duì)位置。國(guó)內(nèi)外已有很多學(xué)者利用該方法在不同地區(qū)進(jìn)行地震的精定位研究，取得了很好的效果(楊智嫻等，2003;朱艾斕等，2005;黃媛等，2006;陳九輝等，2009;Dunn et al.，2010;宋美琴等，2012)。雙差定位算法基于這樣一個(gè)觀測(cè)事實(shí):如果2個(gè)事件之間的距離小于事件到臺(tái)站的距離和速度不均勻體的范圍尺度時(shí)，那么震源區(qū)到一個(gè)共同臺(tái)站的射線路徑幾乎在所有射線路徑上都是相似的，那么就可以忽略速度不均勻體所帶來(lái)的速度結(jié)構(gòu)的誤差。取2個(gè)地震i和j到臺(tái)站k的路徑異常相等，則有2個(gè)地震到時(shí)殘差之差:

式(1)即為雙差法的基本方程，其中Δtik表示地震i到臺(tái)站k的到時(shí)殘差，f'表示非線性函數(shù)對(duì)位置矢量(含發(fā)震時(shí)刻)求導(dǎo)，和Xi分別表示地震i的真實(shí)位置(含發(fā)震時(shí)刻)和定位得到的位置(含發(fā)震時(shí)刻)，εik為到時(shí)拾取誤差。這種定位方法對(duì)速度結(jié)構(gòu)依賴性較小，比較適合用于橫向速度結(jié)構(gòu)變化較大的云南地區(qū)。

1.2 小震震源機(jī)制解

目前，針對(duì)震源機(jī)制解的反演已經(jīng)發(fā)展了不少方法，如P波初動(dòng)法、地震矩張量反演和P波及S波振幅比法等，并積累了一定的經(jīng)驗(yàn)(Gilbert et al.，1975;Stump et al.，1977;許忠淮等，1983;梁尚鴻等，1984;刁桂苓等，1996;許力生等，1999;陳天長(zhǎng)等，2001;呂堅(jiān)等，2008;龍鋒等，2010)。小震釋放的能量小，激發(fā)的面波強(qiáng)度弱，而體波的能量主要集中在高頻部分，高頻信號(hào)在路徑傳播中，振幅信息隨頻率的增加迅速衰減，所以不能直接使用高頻震相來(lái)反演震源機(jī)制解，因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都提出了利用區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)記錄到的垂直向位移中的P波和S波最大振幅的比值來(lái)求解小震的震源機(jī)制解(Kisslinger，1980，1981;梁尚鴻等，1984)。

考慮層狀介質(zhì)中的某一點(diǎn)源位錯(cuò)的震源模型，采用廣義投射系數(shù)快速算法，由計(jì)算ˉP波和ˉS波綜合地震圖得到各自最大振幅，通過(guò)其最大振幅比值和觀測(cè)資料的擬合來(lái)確定震源參數(shù)。現(xiàn)假設(shè)某一點(diǎn)源位錯(cuò)模型位于S層介質(zhì)的底界面處，設(shè)震源位錯(cuò)面的方位角、滑動(dòng)角和傾角的真值記錄臺(tái)站數(shù)為N，那么單個(gè)臺(tái)站記錄中地表垂直分量最大值振幅比的對(duì)數(shù)值可以表示為

l=1，2，…，N。其中，關(guān)于ˉP波和ˉS波的地表垂直分量位移譜的表達(dá)公式參照姚振興(1979)所給出的結(jié)論。由于這里僅考慮垂直分量位移記錄中的ˉP波和ˉS波的最大振幅，故儀器特征僅考慮靜態(tài)放大系數(shù)，而對(duì)最大振幅比值Ql沒(méi)有貢獻(xiàn)，因此實(shí)際工作中可以不考慮儀器特性的影響。若位錯(cuò)源的模型參數(shù)已知時(shí)，可由公式計(jì)算得到理論振幅比值Ql，利用理論振幅比值與相應(yīng)觀測(cè)資料擬合的方式求解震源參數(shù)。首先，確定目標(biāo)函數(shù)

其次，以20°為采樣間隔在 λ，δ，θS的定義域(－ 180°≤ λ ≤180°，0°≤ δ≤90°，0 ≤ θS≤360°)內(nèi)選擇一批采樣值作為初值，求得各臺(tái)站相應(yīng)的振幅理論值后，在解空間中按目標(biāo)函數(shù)f取極小的方向，經(jīng)逐步迭代，最終獲得各個(gè)相應(yīng)的解。從這些解域中再以10°左右為間隔定出下一批初值，重復(fù)以上步驟，最后取與觀測(cè)資料ˉQl的最佳擬合，即f值取最小值時(shí)所對(duì)應(yīng)的模型參量作為所求得的震源參數(shù)。

林紀(jì)曾等(1991)和胡新亮等(2004)對(duì)振幅比法的可靠性進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明該方法具有精度高、對(duì)臺(tái)站分布要求較為寬松的特點(diǎn)，在資料不充分的情況下也能得出令人滿意的成果，因此取代了以往利用P波初動(dòng)解作粗略估計(jì)的方法，提高了小震資料的利用率，可以求得更多可靠的小震震源機(jī)制解。

2 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果

2.1 臺(tái)站的分布

本文使用的地震震相數(shù)據(jù)和地震波形數(shù)據(jù)來(lái)源于云南省地震數(shù)字臺(tái)網(wǎng)和國(guó)家數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心(鄭秀芬等，2009)。云南省地震數(shù)字臺(tái)網(wǎng)建于1976年，1977年開(kāi)始運(yùn)行，1983年全部建成。中國(guó)地震局“十五”重大工程項(xiàng)目后，云南省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)由最初的26個(gè)數(shù)字地震臺(tái)增加到56個(gè)，其中包括10個(gè)國(guó)家地震臺(tái)。由于重新定位的地震事件時(shí)間跨度比較大，在此期間不排除因故障、停用和更新引起臺(tái)站和地震計(jì)的變動(dòng)，通過(guò)檢查，從1990年開(kāi)始運(yùn)行的臺(tái)站維持在50個(gè)以上，可以保證到時(shí)資料的完整性。其中以藍(lán)色三角(圖2)表示本文在波形讀取中主要用到的臺(tái)站，可見(jiàn)研究區(qū)附近臺(tái)站分布不是特別密集，但對(duì)研究區(qū)形成了較好的方位覆蓋，只在研究區(qū)西北部有部分缺失。

2.2 速度結(jié)構(gòu)

本文所采用的速度結(jié)構(gòu)模型參考了由人工地震測(cè)深剖面、區(qū)域波形以及初至波走時(shí)等資料反演的結(jié)果。中國(guó)地震局和其他單位協(xié)作先后實(shí)施了滇深82工程、滇深86-87工程、騰深99工程等野外人工地震測(cè)深(DSS)工作。前人先后對(duì)這些資料做出了詳細(xì)的解釋(胡鴻翔等，1986，1993，1994;闞榮舉等，1986;林中洋等，1993;白志明等，2003)，其中洱源—江川剖面、孟連—馬龍剖面位于研究區(qū)附近或穿過(guò)研究區(qū)。王椿鏞等(2002)根據(jù)云南和四川地震臺(tái)網(wǎng)區(qū)域初至波走時(shí)資料，并結(jié)合其他深部地球物理資料，確定了川滇地區(qū)上地幔的三維速度結(jié)構(gòu)。吳建平等(2006)利用云南數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的區(qū)域地震波形資料，對(duì)川滇地區(qū)地殼上地幔速度結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步研究，給出了與人工測(cè)深相近似的結(jié)果。由各種不同手段得到速度結(jié)構(gòu)有各自的優(yōu)勢(shì)和不足，因此本項(xiàng)工作利用各種不同速度模型分別進(jìn)行了試算。試算結(jié)果表明，不同速度模型對(duì)定位結(jié)果的影響主要在于可以定位的地震個(gè)數(shù)的多少和平均殘差的大小。因此，在保證盡量多的地震被定位且殘差較小的前提下，綜合前人研究成果，獲得了該地區(qū)的參考速度結(jié)構(gòu)(圖3)。其中，在與天然地震波形反演得到的速度結(jié)構(gòu)作對(duì)比時(shí)，側(cè)重采用了研究區(qū)附近的臺(tái)站得到的反演結(jié)果。根據(jù)云南地區(qū)泊松比結(jié)構(gòu)(胡家富等，2003)，通海附近的泊松比值約為0.325，所以沒(méi)有把該區(qū)的地殼介質(zhì)單純作為泊松介質(zhì)來(lái)考慮。當(dāng)泊松比為0.325時(shí)，根據(jù)公式得到P波、S波比值約為1.96。

圖2 云南地區(qū)臺(tái)網(wǎng)分布圖Fig.2 Distribution of seismic stations in Yunnan.

2.3 結(jié)果的初步分析

對(duì)數(shù)據(jù)的處理分為3個(gè)階段。首先利用hypo2000程序?qū)^(qū)內(nèi)1990—2011年的小震進(jìn)行了重新定位。2004年以前小震目錄震源參數(shù)絕大部分沒(méi)有給出震源深度，而且定位精度普遍為Ⅲ類或Ⅳ類(誤差≤30km為Ⅲ類，誤差≥40km為Ⅳ類)，且沒(méi)有說(shuō)明該誤差是指水平誤差還是垂直誤差。由于大部分地震目錄沒(méi)有給出震源深度，因此認(rèn)為這些誤差是水平誤差。經(jīng)過(guò)hypo2000程序重新定位后，75%的事件水平誤差平均≤8km，垂直誤差平均≤22km，所有事件都獲得了深度結(jié)果。

其次，利用hypoDD程序?qū)χ匦露ㄎ缓蟮男≌疬M(jìn)行了雙差定位。雙差定位之前，刪除了重新定位后誤差明顯過(guò)大的小震，保留了有4個(gè)及4個(gè)以上臺(tái)站記錄的小震。位于研究區(qū)內(nèi)的經(jīng)過(guò)精定位的小震有527個(gè)，精定位后水平誤差≤1.5km，垂直誤差≤1.9km，走時(shí)殘差均方根平均值由1.43s降到0.45s。由于研究區(qū)周圍臺(tái)站分布比較稀疏，與中國(guó)其他區(qū)域利用雙差方法重新定位誤差相比，略顯偏大，但已大大提高了原始定位精度，并且滿足了研究的需求。精定位前后震中分布如圖4所示，可以看出:小震主要集中于曲江、石屏-建水和紅河等3條斷裂之間，靠近斷裂成面狀叢集分布，在石屏-建水?dāng)嗔雅c紅河斷裂帶之間小震叢集現(xiàn)象尤為明顯。沿地表走向，3條斷裂相距較近，平均只有40km左右。在向深部延伸的過(guò)程中，斷層之間的相關(guān)性會(huì)更加密切，并有可能匯聚為一個(gè)斷裂系統(tǒng)，因此小震在水平面上的投影并沒(méi)有沿某一條斷裂成線性分布。沿曲江斷裂兩側(cè)小震分布相對(duì)離散，這可能與1970年通海MS7.7大震后該斷層應(yīng)力積累能量得到充分釋放有關(guān)。精定位前，小震震源深度集中在0～20km之間，平均震源深度為10.22km;精定位后，平均震源深度明顯增加為14.15km，并呈現(xiàn)出由北向南逐漸加深的趨勢(shì)，這與該地域第四系覆蓋物貧乏，整體處于一個(gè)抬升狀態(tài)，地殼厚度加厚相符。

圖3 云南地區(qū)速度結(jié)構(gòu)Fig.3 Velocity structure of Yunnan.

最后，從搜集到的研究區(qū)內(nèi)2007—2011年的Sac二進(jìn)制數(shù)字波形記錄177 408條(P波前100s;P波后600s)中，選取震級(jí)2.0級(jí)以上的垂直向波形記錄9240條，利用Seismic Analysis Code 101.5(http:∥www.iris.washington.edu/software/sac)軟件對(duì)波形進(jìn)行預(yù)處理，以理論走時(shí)表和臺(tái)站-事件相對(duì)位置為標(biāo)定依據(jù)，選取震相清晰的地震事件，標(biāo)注P波初動(dòng)，截取ˉP波和ˉS波的最大振幅雙周期，獲取最大振幅值。主要利用了楚雄臺(tái)、昆明臺(tái)、易門臺(tái)、建水臺(tái)、個(gè)舊臺(tái)、金平臺(tái)、元江臺(tái)、思茅臺(tái)和景谷臺(tái)的數(shù)字波形數(shù)據(jù)，這9個(gè)臺(tái)(圖2中藍(lán)色三角)能夠比較好地包圍研究區(qū)，且震中距不超過(guò)150km，保證了波形數(shù)據(jù)記錄清晰易辨。采用刁桂苓研究員研發(fā)的APAS軟件，在精定位的基礎(chǔ)上，最終反演得到滇東南弧形構(gòu)造帶地區(qū)(23°～25°N，101°～103°E)148個(gè)震源機(jī)制解，這些震源機(jī)制解基本覆蓋了NW向弧形構(gòu)造帶(圖5)。

3 震源機(jī)制解參數(shù)總體特征

圖4 精定位前后震中及震源深度分布圖Fig.4 Distribution of epicenters and focal depth before(a)and after(b)relocation.

圖5 研究區(qū)震源機(jī)制解分布圖Fig.5 Distribution of focal mechanism solutions in the study region.

單個(gè)地震的震源機(jī)制解不但與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)有關(guān)，而且受震源區(qū)局部構(gòu)造特征的影響較大，對(duì)于小震更是如此。顯然利用單個(gè)小震的震源機(jī)制解不足以說(shuō)明區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的情況。因此，為研究區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的分布情況，必須將局部構(gòu)造條件的影響壓制掉，這需要借助一定的統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)小震震源機(jī)制解參數(shù)的總體特征進(jìn)行分析，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行判斷(許忠淮等，1987;吳榮輝等，1989;于利民等，1990;蔣維強(qiáng)等，1992;刁桂苓等，1996;陳天長(zhǎng)等，2001)。因此，對(duì)得到的148個(gè)震源機(jī)制解給出的各個(gè)震源參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，以10°為間隔進(jìn)行歸一頻數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，觀察震源機(jī)制解各個(gè)參數(shù)在閾值內(nèi)的分布情況。

3.1 P軸和T軸的分布

由圖6可以看出，雖然P軸、T軸方位角散布域較寬，但有較明顯的優(yōu)勢(shì)分布。P軸在NNW(345°)、SSE(155°)和 NNE(5°)有3 組主優(yōu)勢(shì)分布，在 SEE(105°)有 1 組次優(yōu)勢(shì)分布;P 軸傾角集中分布在0°～30°之間，占到總數(shù)的85%以上;T軸在SWW(265°)有1組主優(yōu)勢(shì)，在SEE(95°)和SSW(215°)有2組次優(yōu)勢(shì)分布，與P軸優(yōu)勢(shì)方位近直交;傾角集中分布在0°～30°之間，占到總數(shù)的96%以上。一般在以走滑運(yùn)動(dòng)為背景的地區(qū)，N軸的傾向近似直立，因此統(tǒng)計(jì)其走向的意義不大。在本研究區(qū)，N軸的傾向以大傾角60°～80°居多，而近于水平的0°～10°有35個(gè)左右，占總數(shù)的24%。通過(guò)以上統(tǒng)計(jì)分析可以看出，研究區(qū)在以NNW(SSE)為主壓應(yīng)力的構(gòu)造背景下，P軸和T軸的走向表現(xiàn)出了和構(gòu)造背景較為統(tǒng)一的優(yōu)勢(shì)分布;P軸和T軸的傾向總體以近水平為主，比較符合該地區(qū)以走滑為主的構(gòu)造背景，N軸的傾角分布說(shuō)明區(qū)內(nèi)斷層活動(dòng)性質(zhì)以斜滑為主，通過(guò)3軸的綜合分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)的斷層都表現(xiàn)出了斜滑性質(zhì)，純走滑運(yùn)動(dòng)比較罕見(jiàn)。

圖6 148個(gè)小震P軸、T軸和N軸傾角及走向每10°歸一頻數(shù)分布Fig.6 Normalized frequency distribution of plunge and azimuth of P axis，T axis and N axis at intervals of 10°.

3.2 節(jié)面Ⅰ、Ⅱ的分布

震源機(jī)制解給出的2個(gè)節(jié)面解，其中一個(gè)是真正的破裂面，另一個(gè)是輔助面。由于二者難以區(qū)分，對(duì)于小震來(lái)說(shuō)更是如此，因此對(duì)節(jié)面Ⅰ、Ⅱ的震源特性進(jìn)行統(tǒng)一分析。

節(jié)面方位角的散布域較寬，其中比較集中的為NNE(SSW)和NWW(SEE)(圖7);節(jié)面以高傾角為主，位于60°～90°之間的占到了62%以上;滑動(dòng)角有3組明顯的優(yōu)勢(shì)分布，分別對(duì)應(yīng)于正斷層、左旋走滑和右旋走滑。節(jié)面走向的優(yōu)勢(shì)分布與研究區(qū)內(nèi)近SN向的斷裂帶(小江斷裂帶中南段、普渡河斷裂帶南段等)和NNW向弧形構(gòu)造帶相吻合。較寬的散布域說(shuō)明破裂除了發(fā)生于主斷裂以外，在區(qū)域構(gòu)造環(huán)境不斷調(diào)整的過(guò)程中可能還會(huì)產(chǎn)生一些新的破裂面。高傾角節(jié)面的集中分布與構(gòu)造應(yīng)力的近水平分布相互一致。滑動(dòng)角除在走滑方位表現(xiàn)優(yōu)勢(shì)外，270°附近分布也較為集中。對(duì)比區(qū)內(nèi)節(jié)面高傾角的分布，說(shuō)明斷層的活動(dòng)性質(zhì)以正走滑為主。

圖7 節(jié)面Ⅰ、Ⅱ走向、傾角和滑動(dòng)角每隔10°歸一頻數(shù)分布Fig.7 Normalized frequency distribution of strike，dip and rake of nodal planeⅠ＆Ⅱat intervals of 10 degrees.

由以上對(duì)震源機(jī)制解各個(gè)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析可知，研究區(qū)內(nèi)斷層雖多以走滑運(yùn)動(dòng)為主，但大部分都伴有斜滑分量。斜滑運(yùn)動(dòng)能細(xì)致地刻畫(huà)斷裂在走滑背景下處于拉張還是擠壓的剪切環(huán)境中，正走滑斷層和逆走滑斷層分別對(duì)應(yīng)這2種環(huán)境下的斷層類型。因此，按節(jié)面滑動(dòng)角和傾角大小劃分滑動(dòng)性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)①陳運(yùn)泰，顧浩鼎，1999，震源理論基礎(chǔ)，北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院講義。，對(duì)148個(gè)震源機(jī)制解的滑動(dòng)性質(zhì)進(jìn)行了細(xì)致的分類。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)2個(gè)節(jié)面解分別進(jìn)行了滑動(dòng)性質(zhì)的劃分，共分為4類(圖8)，絕大多數(shù)小震的震源機(jī)制解都表現(xiàn)為斜滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，其中表現(xiàn)為正-走滑滑動(dòng)性質(zhì)的節(jié)面數(shù)幾乎為逆-走滑的2倍，正走滑斷層的大量存在說(shuō)明破裂主要發(fā)生在拉張的剪切環(huán)境中，這與GPS資料反演得到的該地區(qū)的張性走滑環(huán)境一致(Shen et al.，2005;王閻昭等，2008)。

4 精定位后震源深度分布特征及其構(gòu)造意義

利用hypoDD程序(雙差)精定位后，加強(qiáng)了對(duì)小震源深度的限定，使得我們可以從三維角度分析小震的分布形態(tài)，從而推斷弧形構(gòu)造的深部幾何學(xué)特征。結(jié)合震源機(jī)制解的結(jié)果，分析弧形構(gòu)造帶的現(xiàn)今活動(dòng)性質(zhì)。

圖8 滑動(dòng)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.8 Statistical result of slip charactoristics for nodal planeⅠ＆Ⅱ.

為了研究弧形構(gòu)造帶在深度上的幾何學(xué)形態(tài)特征，我們沿近垂直于弧形構(gòu)造帶走向(AA')(圖4)制作了地形高程圖、震源深度剖面圖(沿剖面線兩側(cè)各取35km)和地殼速度結(jié)構(gòu)剖面圖(白志明等，2003)(圖9)。由分辨率為30m的ASGTM提取剖面高程信息(圖9a)，圖中除了標(biāo)示了曲江、石屏-建水和紅河等3條弧形斷裂外，還給出了與這3條斷裂平行的、分布在紅河斷裂南側(cè)的哀牢山斷裂。沿著這4條斷裂均發(fā)育斷層谷地，處于石屏-建水?dāng)嗔雅c紅河斷裂圍限的中間塊體地勢(shì)較低，向兩側(cè)地勢(shì)逐漸升高。第四紀(jì)時(shí)期，沿著東北側(cè)的曲江斷裂和石屏-建水?dāng)嗔牙^續(xù)發(fā)育盆地，如曲江盆地、石屏盆地，它們均位于斷裂南側(cè)(Wang，1998)。

在小震震源深度剖面圖上(圖9b)，震源深度集中分布于4～20km，說(shuō)明小震主要為構(gòu)造成因，不排除個(gè)別由地表塌陷或滑坡引起的小震。絕大多數(shù)小震發(fā)生在中上地殼，在40km以下僅有少量地震分布。研究區(qū)的莫霍面深度為42km左右(王椿鏞等，2002)，因此該深度以下發(fā)生地震的可能性很小，精定位前這些震源深度＞42km的地震位置可靠性不高，這主要與地震震相的數(shù)量少以及到時(shí)讀取精度低有關(guān)，也可能由臺(tái)站方位角分布不均勻、或者近臺(tái)數(shù)量較少造成(宋美琴等，2012)。

在地震震源深度剖面圖上(圖9b)，地震分布的整體形態(tài)特征表現(xiàn)為向下倒置的三角形，小震在剖面中間的紅河斷裂和石屏-建水?dāng)嗔阎g尤其密集。在該剖面的東北側(cè)，由曲江斷裂至石屏-建水?dāng)嗔?，震源深度較大的小震逐漸增多，并呈現(xiàn)出2條傾向SW的趨勢(shì)面。與此相一致的，在曲江斷裂和石屏-建水?dāng)嗔涯蟼?cè)分布的小震明顯多于北側(cè)，顯示了這2條斷裂在深部?jī)A向SW的特點(diǎn)。在小震震源深度剖面南半部的紅河斷裂和哀牢山斷裂一側(cè)，小震在深度上的分布特征勾畫(huà)了2條北傾的趨勢(shì)面，小震主要分布在這2條斷裂的北側(cè)，反映了它們傾向NE的構(gòu)造特征。相比而言，傾向SW的趨勢(shì)面規(guī)模更大，并截?cái)嗔藘A向NE的趨勢(shì)面。小震的震源機(jī)制解顯示了以正-走滑型地震為主。

圖9 滇東南弧形構(gòu)造帶地形高程(a)、震源深度(b)和地殼速度(c)剖面圖Fig.9 Terrain elevation(a)，focal depth(b)and crust velocity structure(c)of the arcuate tectonic belt on SE Yunnan.

白志明等(2003)利用改進(jìn)的有限差分方法，對(duì)云南地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了層析成像研究，該方法能夠獲得更加清晰和精細(xì)的結(jié)構(gòu)特征。資料來(lái)源于孟連-馬龍人工地震測(cè)深(DSS)剖面(以滇深82工程為主，含滇深86-87工程的一部分)，該剖面東北段穿過(guò)研究區(qū)弧形構(gòu)造帶并與之近直交(圖4)，因而該成像結(jié)果能較好地反映斷裂構(gòu)造的深部特征。根據(jù)層析成像獲得的地殼速度結(jié)構(gòu)圖(圖9c)，弧形構(gòu)造帶向下匯聚為1條斷裂系統(tǒng)，表現(xiàn)為1條傾向SW的速度異常等值線梯級(jí)帶，并顯示出延伸到中下地殼的跡象，曲江斷裂、石屏-建水?dāng)嗔押图t河斷裂均屬于該深大斷裂構(gòu)造帶在近地表的分支構(gòu)造(白志明等，2003)?；⌒螛?gòu)造帶下方的地殼深度結(jié)構(gòu)在上地殼呈現(xiàn)出向下倒置的三角形形態(tài)特征，即在曲江斷裂、石屏-建水?dāng)嗔岩粋?cè)的速度結(jié)構(gòu)面傾向SW，紅河斷裂、哀牢山斷裂一側(cè)傾向NE。由于圖9b中斷裂剖面形態(tài)主要依據(jù)地表斷裂調(diào)查和震源深度剖面勾畫(huà)，其中震源深度剖面AA'和9c中所示的地震測(cè)深剖面(孟連—馬龍)走向基本一致，但由于地震測(cè)深剖面是人工布線，平面上為1條折線;而地震測(cè)深剖面為1條近乎垂直于弧形構(gòu)造帶的直線，因此2條剖面線之間的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系存在著一定的差異;另外，2種方法本身對(duì)斷層深部形態(tài)分辨率不同，以上這些原因使得圖9b，c斷裂延伸深度解釋上存在差異，但2種方法所獲得的弧形構(gòu)造帶上不同斷裂的深部?jī)A向特征是一致的。

5 討論與結(jié)論

5.1 討論

在精定位的基礎(chǔ)上，反演得到了148個(gè)震源機(jī)制解，這些震源機(jī)制解覆蓋了NW向弧形構(gòu)造帶的不同部位。對(duì)2個(gè)節(jié)面進(jìn)行了斷層滑動(dòng)性質(zhì)的劃分，正-走滑滑動(dòng)性質(zhì)的節(jié)面數(shù)幾乎為逆-走滑的2倍。在弧形構(gòu)造帶的深部幾何學(xué)特征上，根據(jù)重新定位后的小震震源深度剖面分布特征，曲江斷裂、石屏-建水?dāng)嗔炎钚录羟袛鄬用鎯A向SW，紅河斷裂、哀牢山斷裂傾向NE，與該地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)剖面反映的斷裂幾何學(xué)特征一致。在地形地貌特征上，位于紅河斷裂和石屏-建水?dāng)嗔阎g的地勢(shì)高程較低，符合上盤下降、下盤上升的正斷性質(zhì)。綜上所述，可以認(rèn)為現(xiàn)今的滇東南弧形構(gòu)造帶處于一個(gè)張-剪性的力學(xué)環(huán)境，現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)以正-走滑活動(dòng)性質(zhì)為主。由于該認(rèn)識(shí)與一些學(xué)者認(rèn)為的滇東南弧形構(gòu)造帶由1組北傾的逆-走滑斷裂組成的觀點(diǎn)存在明顯分歧(何宏林等，1992;聞學(xué)澤等，2011)，故要對(duì)以下一些科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行解釋和討論。

(1)地殼縮短變形。地殼縮短變形在沿著NW向曲江、石屏-建水和紅河等斷裂發(fā)育的新近紀(jì)盆地中普遍存在，如曲江盆地的新近系呈不對(duì)稱向斜分布，南翼緩、北翼陡，局部發(fā)生倒轉(zhuǎn)①中國(guó)人民解放軍00933部隊(duì)，1978，1/20萬(wàn)建水幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告。，新近紀(jì)時(shí)期來(lái)自川滇塊體北部的SSE向的推擠作用在研究區(qū)內(nèi)更多地被縮短變形所吸收，并產(chǎn)生了一系列弧形擠壓構(gòu)造(何宏林等，1992)。但滇東南弧形構(gòu)造帶的上地殼縮短變形可能并沒(méi)有持續(xù)到晚第四紀(jì)。沿著NW向斷裂發(fā)育的曲江盆地、建水盆地以及沿著新寨斷裂發(fā)育的第四紀(jì)盆地內(nèi)，第四系厚度一般＜30～50m，以河流沖積相為主，未見(jiàn)明顯的擠壓變形跡象①。雖然1970年通海MS7.7地震地表破裂帶的考察研究未能就該區(qū)現(xiàn)今活動(dòng)性質(zhì)和傾向特征給出明確的結(jié)論，且近地表地震地質(zhì)工作研究尺度的局限性也為復(fù)雜構(gòu)造現(xiàn)象的合理解釋增加了難度，但通海MS7.7地震余震和極震區(qū)主要分布在曲江斷裂西南側(cè)，說(shuō)明了地震斷層在深部應(yīng)傾向SW;震源機(jī)制解以及地形變資料反演的地震斷層參數(shù)均顯示了正-走滑性質(zhì)(王椿鏞等，1978;陳立德，1988;劉祖蔭等，1999)。與GPS資料顯示的以紅河斷裂帶為代表的NWW向斷裂正-走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì)相吻合(Shen et al.，2005;王閻昭等，2008)。

(2)小江斷裂帶南段和紅河斷裂帶晚第四紀(jì)活動(dòng)性?；诘釚|南弧形構(gòu)造帶逆-走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，聞學(xué)澤等(2011)提出的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)模型似乎對(duì)小江斷裂帶南段和紅河斷裂帶晚第四紀(jì)時(shí)期的弱活動(dòng)性、以及近500a來(lái)弱地震活動(dòng)性進(jìn)行了解釋。但是，對(duì)小江斷裂帶南段最新研究表明，在晚第四紀(jì)斷裂活動(dòng)性方面，該段不但發(fā)育地震地表破裂帶，而且可見(jiàn)地震滑坡沿著地震斷層線狀分布，這與前人的認(rèn)識(shí)明顯不同②韓竹軍等，2012，第五屆全國(guó)構(gòu)造地質(zhì)與地球動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)摘要集。。GPS觀測(cè)資料也證實(shí):沿著鮮水河-小江斷裂系統(tǒng)的左旋走滑運(yùn)動(dòng)在小江斷裂帶南段并未受到NWW向曲江、石屏-建水?dāng)嗔训淖钃?，而是繼續(xù)向S、SW延伸，Shen等(2005)獲得的新寨斷裂及其跨過(guò)紅河斷裂帶后的南延部分左旋走滑速率約為7mm/a，王閻昭等(2008)獲得的該區(qū)段左旋走滑速率為(10.1±2.0)mm/a，甚至高于小江斷裂帶中段(9.4±1.2)mm/a。換言之，目前地質(zhì)上有關(guān)小江斷裂帶南段晚第四紀(jì)時(shí)期弱活動(dòng)性的認(rèn)識(shí)，有可能低估了該斷裂段未來(lái)的地震危險(xiǎn)性。

由地殼速度結(jié)構(gòu)剖面可以看出，紅河斷裂、石屏-建水?dāng)嗔押颓瓟嗔?條斷裂在深部匯聚為1條傾向SW的深大斷裂構(gòu)造帶。由圖4可以看出，小震沿紅河斷裂帶分布比較稀少，且歷史上罕有大震發(fā)生，紅河斷裂現(xiàn)今活動(dòng)性減弱趨勢(shì)明顯。小震主要集中在其北側(cè)的石屏-建水?dāng)嗔押颓瓟嗔?，且沿這2條斷裂近代均有大震發(fā)生，活動(dòng)性明顯強(qiáng)于紅河斷裂帶，且曲江斷裂和石屏-建水?dāng)嗔雅c該深大斷裂構(gòu)造帶傾向相同，可能是深大斷裂構(gòu)造帶在近地表的直接表現(xiàn)形式，而紅河斷裂與該深大斷裂構(gòu)造帶傾向相反且活動(dòng)性較弱，有可能為其次級(jí)分支斷裂。該認(rèn)識(shí)與崔效鋒等(2006)、Shen等(2005)根據(jù)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和GPS觀察資料研究所獲得的紅河斷裂帶已經(jīng)不構(gòu)成1條重要的活動(dòng)構(gòu)造單元邊界帶的認(rèn)識(shí)相一致。結(jié)合深部構(gòu)造分析，滇東南弧形構(gòu)造帶可以作為1條統(tǒng)一的構(gòu)造帶考慮，曲江斷裂、石屏-建水?dāng)嗔褬?gòu)成了該構(gòu)造帶的主體部分，是該構(gòu)造帶的主要活動(dòng)邊界，由此可以對(duì)弧形構(gòu)造帶3條斷裂之間的發(fā)震能力差異進(jìn)行初步解釋。

(3)大陸動(dòng)力學(xué)機(jī)制。如何從區(qū)域大陸動(dòng)力學(xué)背景解釋滇東南弧形構(gòu)造帶現(xiàn)今正-走滑活動(dòng)性質(zhì)?從川滇塊體的SSE滑移似乎能更好地理解在該塊體東南邊緣地帶的相對(duì)擠壓的力學(xué)環(huán)境。川滇塊體位于青藏高原東南緣，目前涉及青藏高原東南緣的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)模型均認(rèn)同該地區(qū)地殼物質(zhì)圍繞著東喜馬拉雅結(jié)作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(Avouac et al.，1993;Royden et al.，1997;England et al.，1997;Tapponnier et al.，2001;Replumaz et al.，2003;徐錫偉等，2003;張培震等，2005)，尤其是近年來(lái)GPS觀測(cè)資料清晰地勾畫(huà)出這一順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)圖像(Zhang et al.，2004;Shen et al.，2005)，Allmendinger等(2007)認(rèn)為很可能是NNW-SSE向的蘇門答臘-緬甸海溝的回拉(rollback)導(dǎo)致了這種繞東喜馬拉雅結(jié)(EHS)作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)生。滇東南弧形構(gòu)造帶的現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)既受到川滇塊體SSE向滑移的影響，又受到緬甸海溝回拉(trench rollback)的作用(Schoenbohm et al.，2006)。基于本項(xiàng)研究，可以認(rèn)為蘇門答臘-緬甸海溝的回拉效應(yīng)影響邊界，向NEE方向已經(jīng)深入到曲江斷裂和石屏-建水?dāng)嗔?，而川滇塊體SSE向的推擠作用在滇東南弧形構(gòu)造帶可能已居于次要地位。即與SSE-NNW向的擠壓作用相比，SWW-NEE向的拉張效應(yīng)在滇東南現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)中起著更重要的作用。這樣的一個(gè)大陸動(dòng)力學(xué)背景與小震震源機(jī)制解參數(shù)總體特征所顯示的該區(qū)應(yīng)力場(chǎng)環(huán)境特征也是一致的，滇東南弧形構(gòu)造帶可能是一個(gè)正在形成的張-剪性構(gòu)造區(qū)。

5.2 結(jié)論

在搜集研究區(qū)1990—2011年小震震相資料的基礎(chǔ)上，利用hypo2000和hypoDD程序先后對(duì)區(qū)內(nèi)小震進(jìn)行了重新定位和精定位;精定位后小震位置的水平誤差不超過(guò)1.4km，垂直誤差不超過(guò)1.9km;在此基礎(chǔ)上，根據(jù)ˉP波和ˉS波最大振幅比法，計(jì)算得到區(qū)內(nèi)2007—2012年間148個(gè)小震的震源機(jī)制解。經(jīng)過(guò)分析、討論，獲得如下一些初步結(jié)論:

(1)滇東南弧形構(gòu)造帶小震震源機(jī)制解覆蓋了區(qū)內(nèi)不同部位，根據(jù)對(duì)節(jié)面解斷層滑動(dòng)性質(zhì)的劃分，正-走滑滑動(dòng)性質(zhì)的節(jié)面數(shù)幾乎為逆-走滑的2倍，這種特點(diǎn)并非在構(gòu)造帶的某一段中突出表現(xiàn)，而是弧形構(gòu)造帶整體呈現(xiàn)出的一種普遍性特征(圖5，8)，顯示該區(qū)現(xiàn)今以正-走滑活動(dòng)性質(zhì)為主。

(2)在弧形構(gòu)造帶的深部幾何學(xué)特征上，根據(jù)精定位后的小震震源深度剖面特征，曲江斷裂、石屏-建水?dāng)嗔褍A向SW，紅河斷裂傾向NE，與該地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)剖面反映的斷裂幾何學(xué)特征一致。

(3)在大陸動(dòng)力學(xué)背景上，蘇門答臘-緬甸海溝的回拉效應(yīng)影響邊界，向NEE方向已經(jīng)深入到曲江斷裂和石屏-建水?dāng)嗔?，而川滇塊體SSE向的推擠作用在滇東南弧形構(gòu)造帶可能已居于次要地位。即與SSE-NNW向擠壓作用相比，SWW-NEE向拉張效應(yīng)在滇東南現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)中起著更重要的作用，這樣的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景與小震震源機(jī)制解反演獲得的應(yīng)力場(chǎng)環(huán)境特征也是一致的，滇東南弧形構(gòu)造帶可能是一個(gè)正在形成的張-剪性構(gòu)造區(qū)。

在本項(xiàng)研究中還存在一些實(shí)際問(wèn)題，例如臺(tái)站分布不夠密集，雙差定位時(shí)大量小震由于不滿足計(jì)算要求被刪除，使得小震的樣本量降低，對(duì)斷層幾何形態(tài)的刻畫(huà)造成了一定的影響;精定位對(duì)小震震源機(jī)制解精度的提高缺少定量化評(píng)比等，需要在以后的工作中做進(jìn)一步的改進(jìn)。

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