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    紅河斷裂帶閉鎖程度和滑動虧損分布特征研究

    2015-12-14 01:50:50劉耀輝李金平王劉偉
    測繪工程 2015年8期
    關(guān)鍵詞:右旋紅河塊體

    劉耀輝,李金平,王劉偉

    (1.云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院,云南 昆明650500;2.西部資源環(huán)境地理信息技術(shù)教育部工程研究中心,云南 昆明650500)

    印度/亞洲碰撞以來,在青藏高原東南緣形成許多大型韌性走滑斷裂,如嘉黎-高黎貢山斷裂帶、紅河斷裂帶和鮮水河-小江斷裂帶等。這些斷裂對區(qū)域內(nèi)的地體構(gòu)架以及碰撞造山系起到重要制約和改造作用,造成大量物質(zhì)向南東及向南方向逃逸(側(cè)向擠出)[1]。紅河斷裂是位于云南省境內(nèi)的大型走滑斷裂,是印支地塊與揚子地塊之間的邊界斷裂帶,也是川滇地塊的西南邊界,早期為左旋走滑后轉(zhuǎn)換為右旋走滑。紅河斷裂帶的構(gòu)造活動強度表現(xiàn)出明顯的時空不均勻性或分段特征:北段(苴力以北)現(xiàn)今構(gòu)造活動十分強烈,表現(xiàn)為伸展變形,中段(苴力至春元)表現(xiàn)為右旋剪切運動,南段(春元至紅河河口)表現(xiàn)為壓縮變形。斷裂帶北段多次發(fā)生Ms≥6級以上地震,中段和南段則沒有發(fā)生過,甚至Ms=5級的地震也很少[2-3]。紅河斷裂不同區(qū)段地震活動性的顯著差異,是活動微弱還是近2000年來一直處于閉鎖狀態(tài),是一個尚未定論的科學(xué)問題[4]。

    地震的孕育和發(fā)生與斷層活動密切相關(guān)。與傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)研究方法相比,GPS大地測量可以提供高精度的地殼形變信息。結(jié)合地質(zhì)學(xué)及地球物理學(xué)成果,以長期的震間GPS速度場作為約束,已成為研究活動斷裂分段及其長期滑動速率的一種重要手段。近年來,國內(nèi)外許多學(xué)者利用GPS測量成果研究青藏高原東南緣內(nèi)的主要活動斷裂的長期滑動速率。其中,紅河斷裂帶的右旋走滑速率為(2~10)mm/a[5-9],但沒有對紅河斷裂帶的閉鎖程度和滑動虧損分布特征進(jìn)行研究。

    本文根據(jù)1999~2013年的青藏高原東南緣的GPS速度場數(shù)據(jù),使用負(fù)位錯反演模型反演紅河斷裂帶的斷層閉鎖程度、滑動虧損分布和滑動速率,分析斷層三維地殼特征和斷裂活動性,為中長期地震危險性研究提供參考。

    1 GPS數(shù)據(jù)

    本文所使用的GPS數(shù)據(jù)資料主要來自于“中國地殼運動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)”[10-11]觀測成果。GPS觀測站數(shù)據(jù)的采樣間隔為30s,24h為一時段,數(shù)據(jù)處理采用美國JPL的GIPSY軟件,實現(xiàn)獲得各站點坐標(biāo)的單日松弛約束解,然后采用美國JPL的QOCA軟件,進(jìn)行所有單日松弛約束解的聯(lián)合平差,獲得各站點在ITRF2008下的站點坐標(biāo)及三維速度矢量。根據(jù)斷裂分布以及測站的位置,將速度場誤差較大的站點數(shù)據(jù)剔除,最后得到研究區(qū)域相對歐亞參考框架下的GPS測站的速度場,如圖1所示。

    圖1 研究區(qū)GPS速度場(相對于穩(wěn)定歐亞參考框架)

    2 塊體模型及斷層幾何模型建立

    2.1 塊體模型

    震間期塊體內(nèi)部點的GPS速度場是塊體旋轉(zhuǎn)、塊體內(nèi)部整體均勻應(yīng)變、塊體邊界斷層閉鎖產(chǎn)生的彈性應(yīng)變積累之和。McCaffrey[12-14]提出一個假設(shè)塊體內(nèi)部不存在整體均勻應(yīng)變的三維球面塊體模型并給出反演塊體旋轉(zhuǎn)、塊體內(nèi)部均勻應(yīng)變和斷層閉鎖程度等參數(shù)的DEFNODE反演程序,其原理如下:

    式中:第一部分為塊體整體運動速度,第二部分為塊體邊界斷裂閉鎖而產(chǎn)生的同震虧損滑動速率,各參數(shù)的定義見文獻(xiàn)[12]。

    根據(jù)反演得出每個節(jié)點處的閉鎖程度,進(jìn)而通過雙線性插值方法計算相鄰節(jié)點之間的斷層網(wǎng)格區(qū)域的閉鎖程度。斷層在不同深度位置的閉鎖程度用閉鎖系數(shù)來描述:

    式中:v為斷層的實際滑動速率;V0為根據(jù)地塊相對運動計算的理論速率。閉鎖程度φ的取值范圍為0~1。在0~10km的地表附近,斷層完全閉鎖,φ=1;在斷層的底端,斷層蠕滑,φ=0。

    2.2 斷層幾何模型建立

    根據(jù)長期的地質(zhì)數(shù)據(jù)和GPS觀測結(jié)果,參照張培震[5]給出的中國大陸活動塊體劃分方案,以南定河斷裂、紅河斷裂和小江斷裂帶為界將研究區(qū)劃分為滇西塊體、滇南塊體、川滇塊體和華南塊體等4個塊體(見圖1)。

    反演過程中斷層參數(shù)的設(shè)置對反演結(jié)果會產(chǎn)生一定的影響,研究中通過對斷層多參數(shù)設(shè)置反演對比估算結(jié)果,將初始斷層閉鎖深度設(shè)置為20km,節(jié)點深度方向從地表起依次為0.1km,6km,12km,16km,20km。每條等深線上有8個節(jié)點,垂直等深線方向有5排節(jié)點(見圖2)。

    圖2 斷層三維節(jié)點設(shè)置

    3 紅河斷裂帶的閉鎖程度和滑動虧損分布特征

    3.1 塊體旋轉(zhuǎn)歐拉極

    反演程序使用網(wǎng)格搜索和模擬退火算法求解,得到參數(shù)擬合的總體不符值為=2.18(自由度為292),紅河斷裂附近測站的速度殘差值很小,且分布較均勻,基本都在誤差允許的范圍內(nèi),表明模型擬合程度較好。

    表1為計算得到的滇西塊體、滇南塊體和川滇塊體相對于華南塊體的歐拉極,速率為負(fù)表示順時針旋轉(zhuǎn),反之為逆時針旋轉(zhuǎn)。

    表1 塊體歐拉矢量(相對于華南塊體)

    3.2 斷層閉鎖程度

    圖3為反演得到的紅河斷裂帶的斷層閉鎖程度,斷裂帶內(nèi)部的閉鎖程度總體不高,不同深度位置存在明顯差異。紅河斷裂帶北段在地表以下6km的閉鎖程度約為0.43,在6~12km處閉鎖程度約為0.29,12~16km處的閉鎖程度約為0.11;中段在地表以下6km的閉鎖程度約為0.22,在6~12km處閉鎖程度約為0.13;南段在地表以下6km的閉鎖程度約為0.25,在6~12km處閉鎖程度約為0.16。

    圖3 閉鎖程度

    3.3 滑動虧損速率

    紅河斷裂帶不同段落的滑動虧損速率差異較小。北段在地表以下6km的滑動虧損速率約為3.3mm/a,6~12km 處 滑 動 虧 損 速 率 約2.1mm/a,12~16km 處 的滑動虧損速率約為1.5mm/a,16~20km處整條斷裂帶逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿浠恢卸卧诘乇硪韵?km的滑動虧損速率約為2.6mm/a,在 6~12km 處滑動虧損速率約為1.5mm/a,12~20km處整條斷裂帶逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿浠?;南段在地表以?km的滑動虧損速率約為2.3mm/a,在 6~12km 處滑動虧損速率約為1.8mm/a,12~20km處整條斷裂帶逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿浠S纱丝芍?,紅河斷裂帶的閉鎖程度和滑動虧損都很低,斷層內(nèi)部沒有積累相當(dāng)?shù)哪芰?,?yīng)變積累速率較低,不具備發(fā)生強地震的條件。

    3.4 走滑速率

    紅河斷裂的走滑速率(斷裂活動速率以右旋和拉張為正)如圖4所示。北段右旋走滑速率約為(5.9±1.2)mm/a,拉張速率為(4.4±0.9)mm/a;中段和南段的右旋走滑速率較北段有所減弱,右旋走滑速率為(4.8±0.6)mm/a,拉張速率為(1.1±0.3)mm/a;南段右旋走滑速率(4.3±0.4)mm/a,擠壓速率為(-2.3±1.3)mm/a。與其他學(xué)者給出的結(jié)果基本一致。

    圖4 走滑速率

    4 結(jié)束語

    紅河斷裂帶是一條貫穿整個云南省的大型右旋走滑斷裂,不同區(qū)段的構(gòu)造活動強度存在明顯的不均一性。利用GPS數(shù)據(jù)結(jié)合地質(zhì)及地球物理成果反演結(jié)果表明:整條斷裂帶的右旋走滑速率約為(4.3~5.9)mm/a,在不同深度位置的閉鎖程度都比較低,滑動虧損不明顯,與近年的紅河斷裂帶活動比較弱相吻合。與紅河斷裂中段大致平行的程海-建水?dāng)嗔训卣鸹顒邮謴娏?,兩者是否共同?gòu)成川滇塊體的南北邊界有待進(jìn)一步研究。

    [1]許志琴,李海兵,唐哲民,等.大型走滑斷裂對青藏高原地體 構(gòu) 架 的 改 造 [J].巖 石 學(xué) 報,2012,27(11):3157-3170.

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    [14]MCCAFFREY R.DEFNODE User’s Manual Version 2007.10.25[J].http://web.pdx.edu/~ mccaf/www/defnode/defnode_071025.html,2007.

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