巴顏喀拉地塊東部及其鄰區(qū)塊體運(yùn)動(dòng)及塊體邊界帶形變特征

陳長(zhǎng)云

（中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京 100029）

2008年5月12日四川汶川MS8.0地震發(fā)生在我國(guó)南北地震帶中段、青藏高原東緣、巴顏喀拉塊體東邊界NE向的龍門山斷裂帶上。汶川地震震前巴顏喀拉塊體相對(duì)四川盆地的東向運(yùn)動(dòng)速率比龍門山斷裂帶的運(yùn)動(dòng)速率高出近兩倍，說明從巴顏喀拉塊體中東部到四川盆地存在著明顯的速度衰減。作為華南塊體一部分的四川盆地非常穩(wěn)定，速度的衰減主要發(fā)生在龍門山斷裂帶北西側(cè)的巴顏喀拉塊體東部，GPS資料與地震活動(dòng)性揭示巴顏喀拉塊體東部向東運(yùn)動(dòng)的速度并非連續(xù)性的遞減而是呈現(xiàn)分塊運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。巴顏喀拉塊體東部存在哪些次級(jí)塊體？這些次級(jí)塊體的形變運(yùn)動(dòng)特征如何？塊體運(yùn)動(dòng)變形的動(dòng)力來源？各活動(dòng)塊體的邊界斷裂運(yùn)動(dòng)、變形特征與地震危險(xiǎn)性如何？開展巴顏喀拉塊體東部構(gòu)造變形場(chǎng)的定量研究將為上述問題的解答提供可靠的依據(jù)，深化對(duì)大陸構(gòu)造變形和高原隆升機(jī)制的認(rèn)識(shí)，加深對(duì)汶川地震孕育、發(fā)生機(jī)制的理解，為關(guān)于青藏高原變形特征的各種動(dòng)力學(xué)模型和假說的分析提供一定的參考與依據(jù)，同時(shí)為區(qū)域地震危險(xiǎn)性評(píng)估提供定量的依據(jù)。

本文基于野外地質(zhì)調(diào)查、GPS資料的處理分析、研究區(qū)主要活動(dòng)斷裂運(yùn)動(dòng)特征及地震活動(dòng)性的研究，結(jié)合區(qū)域地球物理場(chǎng)等資料以及F檢驗(yàn)法，對(duì)巴顏喀拉塊體東部及鄰區(qū)進(jìn)行活動(dòng)塊體的劃分。在活動(dòng)塊體劃分結(jié)果的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究各活動(dòng)塊體的運(yùn)動(dòng)特征和變形方式、塊體邊界斷裂帶的構(gòu)造變形特征以及塊體運(yùn)動(dòng)、邊界斷裂帶變形與地震活動(dòng)性之間的關(guān)系。論文主要取得以下3個(gè)方面的研究結(jié)果：

1 巴顏喀拉塊體東部活動(dòng)塊體的劃分與變形特征

（1）基于活動(dòng)塊體的基本概念及活動(dòng)塊體劃分原則，綜合研究區(qū)內(nèi)主干活動(dòng)斷裂帶和次級(jí)活動(dòng)斷裂帶的空間展布、地震活動(dòng)性等資料，將巴顏喀拉塊體東部及鄰區(qū)劃分為4個(gè)一級(jí)塊體，即巴顏喀拉塊體（Ⅰ）、華南塊體（Ⅱ）、川滇塊體（Ⅲ）和西秦嶺塊體（Ⅳ）等?？紤]一級(jí)塊體內(nèi)部次級(jí)斷裂、深部地球物理場(chǎng)和地貌構(gòu)造單元等的影響，利用GPS速度場(chǎng)資料、地球物理場(chǎng)異常資料以及區(qū)域地貌特征等，對(duì)巴顏喀拉塊體東部和西秦嶺塊體內(nèi)部進(jìn)行了再劃分，結(jié)合F檢驗(yàn)法將巴顏喀拉塊體東部進(jìn)一步劃分為阿壩次級(jí)塊體（Ⅰ1馬爾康次級(jí)塊體（Ⅰ2）和岷山次級(jí)塊體（Ⅰ3）等3個(gè)次級(jí)塊體，將西秦嶺塊體劃分為岷縣次級(jí)塊體（Ⅳ1）、禮縣次級(jí)塊體（Ⅳ2）等2個(gè)次級(jí)塊體。

（2）龍門山斷裂帶北西側(cè)巴顏喀拉塊體東部可以劃分為阿壩、馬爾康和龍門山3個(gè)次級(jí)塊體，各次級(jí)塊體自西向東運(yùn)動(dòng)速度逐漸減小。巴顏喀拉塊體東部到四川盆地向東運(yùn)動(dòng)速度的衰減不具有連續(xù)性，衰減主要發(fā)生在龍日壩斷裂帶和岷江斷裂帶上，其中以龍日壩斷裂帶對(duì)巴顏喀拉塊體向東運(yùn)動(dòng)的分解作用最為明顯，水平右旋分解非常明顯，約為（4.8±1.6）mm／a；岷江斷裂帶的分解作用相對(duì)較弱，僅僅約1～2mm／a。

（3）利用1999～2007震前GPS水平速度場(chǎng)資料，對(duì)研究區(qū)活動(dòng)塊體的運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果顯示：各活動(dòng)塊體的整體運(yùn)動(dòng)包括向東或者南東方向平動(dòng)和塊體自身的旋轉(zhuǎn)；利用震前GPS速度場(chǎng)資料，分別運(yùn)用Delaunay三角形、最小二乘配置方法計(jì)算了巴顏喀拉塊體東部各次級(jí)活動(dòng)塊體內(nèi)部的主壓應(yīng)變率場(chǎng)，主壓應(yīng)變率場(chǎng)所反映的各次級(jí)活動(dòng)塊體的變形特征揭示出巴顏喀拉塊體東部的次級(jí)塊體中岷縣次級(jí)塊體剛性特征最強(qiáng)，岷山次級(jí)塊體、馬爾康次級(jí)塊體和阿壩次級(jí)塊體的剛性程度自東向西越靠近巴顏喀拉塊體內(nèi)部剛性特征越強(qiáng)。

（4）印度板塊與歐亞板塊的相互作用是巴顏喀拉塊體東部及鄰區(qū)各次級(jí)活動(dòng)塊體運(yùn)動(dòng)變形的長(zhǎng)期作用力，在長(zhǎng)期作用力的作用下，各次級(jí)活動(dòng)塊體持續(xù)向東或者南東運(yùn)動(dòng)。除長(zhǎng)期作用力外，各次級(jí)活動(dòng)塊體還受到相鄰活動(dòng)的塊體的相互作用，這種作用使得各活動(dòng)塊體在向東或者南東方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)自身發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

2 巴顏喀拉塊體東部活動(dòng)塊體邊界斷裂變形特征

（1）利用GPS速度剖面的反正切擬合方法，根據(jù)速度殘差最小的原則，獲得巴顏喀拉塊體東部各次級(jí)活動(dòng)塊體邊界斷裂上的最優(yōu)閉鎖深度和變形寬度。東昆侖斷裂帶的閉鎖深度在（19.1±8.1）km左右；龍門山斷裂帶的閉鎖深度為（13.6±3.9）km左右；鮮水河斷裂帶北西段的閉鎖深度為（18.3±9.7）km與區(qū)域主要斷裂帶的閉鎖背景一致。西秦嶺北緣斷裂帶的閉鎖深度約為（19.8±9.2）km。龍日壩斷裂帶的閉鎖深度為（15.8±5.0）km，同樣與區(qū)域閉鎖背景基本一致。安寧河斷裂帶閉鎖深度計(jì)算結(jié)果約（33.2±15.8）km，較區(qū)域小震震源深度深，可能與所用GPS站點(diǎn)橫跨了安寧河斷裂帶東部的大涼山斷裂帶和馬邊斷裂帶有關(guān)，受大涼山斷裂帶和馬邊斷裂帶的共同作用，使得擬合的閉鎖深度較實(shí)際值深，根據(jù)安寧河斷裂帶小震震源分布認(rèn)為安寧河斷裂帶的閉鎖深度應(yīng)該介于15～20km較為合理。岷江斷裂帶和則木河斷裂帶的閉鎖深度相對(duì)淺，前者約為（8.3±3.6）km，后者約為（8.7±5.6）km?？偟膩砜矗皖伩瓑K體東部活動(dòng)塊體邊界的閉鎖主要集中在8～20km的范圍內(nèi)。

（2）通過活動(dòng)塊體的歐拉參數(shù)、GPS速度剖面、速度剖面的反正切擬合以及跨斷裂帶基線分別對(duì)巴顏喀拉塊體東部各活動(dòng)塊體邊界帶的運(yùn)動(dòng)速率以及運(yùn)動(dòng)性質(zhì)進(jìn)行了分析。結(jié)果所反映的最明顯特征是：甘孜—玉樹斷裂帶、鮮水河—小江斷裂帶和東昆侖斷裂帶的滑動(dòng)速率要顯著大于巴顏喀拉塊體與華南塊體的邊界——龍門山斷裂帶的滑動(dòng)速率，整個(gè)巴顏喀拉塊體東部均處于明顯的擠壓環(huán)境。汶川震后GPS（2009～2011）跨斷層基線結(jié)果顯示：各活動(dòng)塊體邊界斷裂帶的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)在汶川地震前后基本一致。北西西走向的西秦嶺北緣斷裂帶和迭部—白龍江斷裂帶的左旋走滑運(yùn)動(dòng)明顯，兼有顯著的擠壓特征。岷江斷裂帶、虎牙斷裂帶、麻沿河斷裂帶以及禮縣—羅家堡斷裂帶垂直于斷裂帶的擠壓特性較為明顯，斷層的左旋走滑分量較小。青川—平武斷裂帶垂直斷裂的擠壓特征較為明顯，且為右旋走滑運(yùn)動(dòng)。巴顏喀拉塊體東部走向北西或北西西的邊界斷裂大多表現(xiàn)出左旋拉張的特性，走向北東的邊界斷裂帶除成縣—太白斷裂帶外，均表現(xiàn)出右旋走滑兼有擠壓運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)特征。巴顏喀拉塊體東部，龍日壩斷裂帶以東、龍門山斷裂帶西側(cè)地區(qū)處于明顯的擠壓環(huán)境。

3）由歐拉矢量、GPS速度剖面以及跨斷層基線結(jié)果對(duì)比可知，3種方法所得到的邊界斷裂帶的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)及平行斷裂帶走向的走向滑動(dòng)速率是比較一致的，但是跨斷層基線結(jié)果所反映的垂直于斷裂走向的運(yùn)動(dòng)速率較大。分析發(fā)現(xiàn)，速率偏大的基線對(duì)中至少有一個(gè)為新建站點(diǎn)，新建站點(diǎn)的穩(wěn)定性對(duì)基線的影響目前還很難研判，此外，垂直斷裂運(yùn)動(dòng)速率較大是否受到汶川地震震后變形的影響也是需要考慮的。

3 巴顏喀拉塊體東部活動(dòng)塊體運(yùn)動(dòng)、邊界帶變形特征與汶川MS8.0地震的發(fā)生

（1）在巴顏喀拉塊體東部，岷山次級(jí)塊體的剛性特征弱于馬爾康次級(jí)塊體、阿壩次級(jí)塊體以及岷縣次級(jí)塊體，這一特征有利于應(yīng)力及能量在岷山次級(jí)塊體內(nèi)部積累，塊體內(nèi)部發(fā)生的多次地震印證了這一推論的合理性，由于上地殼巖石在下地殼流的拖曳下持續(xù)向東運(yùn)移，使得岷山次級(jí)塊體內(nèi)部的能量積累逐漸匯聚到其與華南塊體的邊界帶——龍門山斷裂帶的中段。

（2）龍門山斷裂帶被馬爾康、龍門山和岷縣3個(gè)次級(jí)塊體分成南、中、北三段。龍門山斷裂帶中間段也即岷山次級(jí)塊體與華南塊體的邊界帶上的主壓應(yīng)變率要明顯小于龍門山斷裂帶南段上的應(yīng)變率，其北西側(cè)變形幅度表現(xiàn)為從遠(yuǎn)離斷裂帶較大到靠近斷裂帶逐漸減小的特征，可能表明其在震前已經(jīng)積累了較高的應(yīng)變能，致使GPS無法觀測(cè)到斷裂帶的顯著變形，這一特征利于發(fā)生破裂滑動(dòng)。汶川地震后地表破裂帶和余震分布揭示的斷裂帶運(yùn)動(dòng)性質(zhì)自南西向北東由以逆沖為主逐漸轉(zhuǎn)為逆沖兼走滑的特征，可能與龍門山斷裂帶中段所受主壓應(yīng)力方向自南向北的變化有關(guān)。

（3）根據(jù)塊體劃分結(jié)果、塊體運(yùn)動(dòng)及形變特征和區(qū)域GPS主壓應(yīng)變率場(chǎng)的變形特征，認(rèn)為龍門山斷裂帶可以劃分為南、中和北三段，根據(jù)塊體變形強(qiáng)弱，認(rèn)為龍門山斷裂帶中段的能量與應(yīng)力積累要高于南、北兩段；GPS主壓應(yīng)變率場(chǎng)的結(jié)果顯示，龍門山斷裂帶中間段在震前已經(jīng)積累了較高的應(yīng)變能，而龍門山斷裂帶中段與南段交界處附近的主壓應(yīng)變軸的方向與斷裂帶走向垂直，使得該段走滑分量很小，斷裂帶以逆沖運(yùn)動(dòng)為主，可能使得應(yīng)變能在此處積累量值最大，當(dāng)積累到一定程度應(yīng)力水平超過摩擦極限時(shí)，此段易于發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，這一特征可能是汶川地震在該段發(fā)生的原因之一。

巴顏喀拉塊體；塊體劃分；GPS；塊體運(yùn)動(dòng)；地殼變形；地震活動(dòng)性