小江斷裂帶近場活動特征分析

張勇 洪敏 崔興平 郭慧文 邵德盛

摘要：采用2009—2018年小江斷裂帶跨斷層近場形變觀測資料，通過應(yīng)變參數(shù)最小二乘法求解該時間段內(nèi)小江斷裂帶上不同區(qū)段最大剪應(yīng)變率和面應(yīng)變率近場結(jié)果并進行對比分析。結(jié)果顯示小江斷裂帶上的最大剪應(yīng)變率和面應(yīng)變率在各區(qū)段存在較大差異性，最大剪應(yīng)變速率變化范圍為（1.03～4.10）×10-6/a，面應(yīng)變率變化范圍為（-1.18～0.33）×10-6/a。該斷裂呈現(xiàn)出北段強剪切張性、中段弱剪切強擠壓、南段強剪切兼擠壓活動的分段活動特征，進一步分析得到該斷裂中南段為應(yīng)變積累區(qū)段，地震危險性高于其他區(qū)段。

關(guān)鍵詞：小江斷裂帶；應(yīng)變分析；近場活動；分段特征

中圖分類號：P315.725 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2018）03-0375-06

0 引言

云南地區(qū)是我國地震活動最為顯著的地區(qū)之一，也是我國地殼運動與形變最為突出的地區(qū)之一（王琪等，1998，楊國華等，2003），其中川滇菱形塊體（闞榮舉等，1977）各邊界斷裂的活動特征在該區(qū)域扮演著重要的角色，其東邊界由鮮水河—小江斷裂帶構(gòu)成，而小江斷裂帶又是川滇菱形塊體東南邊界主干斷裂（宋方敏等，1998），它的活動特征是眾多學(xué)者所關(guān)心的問題。許多學(xué)者利用GPS遠場形變資料對其做了大量研究，給出了小江斷裂帶滑動速率等活動特征（王閻昭等，2008，施發(fā)奇等，2012，王伶俐等，2016，岳彩亞等，2017；賈鵬等，2018），近場的活動受觀測資料限制，研究相對較少。

跨斷層形變監(jiān)測是大地形變監(jiān)測的一種重要方法，它主要用于監(jiān)測現(xiàn)代斷層活動斷裂構(gòu)造近場的運動特征（江在森等，2001）。云南跨斷層監(jiān)測項目自20世紀70年代就已經(jīng)開展，一直持續(xù)至今，2009年以前，云南地區(qū)的跨斷層場地主要以短基線觀測為主，基線長度為24～144 m，該觀測手段有著精度高、觀測周期短的優(yōu)點，但是，由于觀測基線短，很多測線無法完全跨越斷層破碎帶，給斷層活動性的分析帶來困難，隨著高精度紅外測距的出現(xiàn)，大幅提高了中短程測距精度，建設(shè)大型跨斷層場地成為可能，基線距離可達1 km，在觀測精度滿足提取形變信息要求（陸明勇等，2011）的同時，能夠很好地跨越斷層破碎帶，在監(jiān)測斷層近場背景性活動特征方面有著顯著優(yōu)勢。2009年之后，“云南省人民政府全面加強預(yù)防和處置地震災(zāi)害能力建設(shè)”十項重大措施和地震行業(yè)科研專項等項目的實施，在小江斷裂帶不同區(qū)段上建設(shè)了水平形變場地，加強了對該斷層的監(jiān)測。本文利用該斷裂帶上形變場地自2009年以來的的觀測資料，計算小江斷裂帶上各形變場地所監(jiān)視區(qū)域的應(yīng)變信息，從而較全面地分析該斷裂帶不同區(qū)段應(yīng)變特征和各區(qū)段間的應(yīng)變差異性，獲取小江斷裂帶近場區(qū)域近年來最新的活動信息。

1 場地分布及資料概況

小江斷裂帶上共布設(shè)有6個水平形變觀測場地，分布于該斷裂的不同區(qū)段（圖1）。每個形變場地都由5個基線觀測墩構(gòu)成，跨越斷層的基線有4～5條，基線長160～1 200 m。觀測采用的儀器為瑞士徠卡TCA2003全站儀，觀測方法為上、下午2個光段對向觀測，觀測精度滿足《DI2002測距儀距離測量技術(shù)規(guī)定》的相關(guān)要求，即每千米觀測中誤差相對精度均不低于七十萬分之一，能夠滿足提取斷層形變信息。形變場地概況與資料情況如表1所示。

2 斷層應(yīng)變特征分析方法

本文涉及到的數(shù)據(jù)處理包含原始觀測數(shù)據(jù)預(yù)處理和應(yīng)變場參數(shù)計算2個方面。首先對2009—2018年獲得的所有觀測數(shù)據(jù)，按《DI2002測距儀距離測量技術(shù)規(guī)定》中外業(yè)數(shù)據(jù)處理方法，步驟為：①氣象改正；②加常數(shù)及頻率偏差改正；③計算2標志中心間斜距獲取觀測標志間的基線距離，基線觀測精度如表1所示。最后通過對每條基線的時間序列聯(lián)合解算來獲取每個形變場地應(yīng)變參數(shù)的時間序列，具體計算方法如下（黃建平等，2010；Hong et al，2018）。

3 斷層應(yīng)變特征分析

基于跨斷層近場形變觀測資料解算獲得了2009-09—2018-06小江斷裂帶上不同區(qū)段最大剪應(yīng)變率和面應(yīng)變率，對該斷裂不同區(qū)段的應(yīng)變進行對比分析，進一步獲取該斷裂不同區(qū)段活動的差異性及近場區(qū)域的最新活動特征。

3.1 最大剪應(yīng)變特征

圖2為小江斷裂帶6個形變場地最大剪應(yīng)變變化時序圖。其中，圖2a顯示小江斷裂北段南端最大剪應(yīng)變自有觀測資料以來一直呈線性累積增強的變化特征，累積變化量達到28.99×10-6，該區(qū)域強剪切變形應(yīng)主要由小江斷裂帶的左旋走滑運動引起；圖2b反映了小江斷裂中北段西支最大剪應(yīng)變變化具有分段特征，2009—2013年表現(xiàn)為弱剪切活動特征，無顯著趨勢，從2013年下半年開始，剪切活動出現(xiàn)逐漸增強的趨勢，整體呈現(xiàn)出一定累積增強的長趨勢特征，但累積變化量不大，僅有12.52×10-6；圖2c和d表明小江斷裂中北段西支與東支2009—2013年最大剪應(yīng)變均呈線性累積增強的變化特征，中北段西支累積變化量略大于東支中段，2個場地在2014—2015年曾出現(xiàn)剪切活動的大幅波動現(xiàn)象，累積變化時序圖的形態(tài)具有一定的相似性，目前總體趨勢仍呈現(xiàn)增強特征，最大剪應(yīng)變累積變化量金源場地為14.45×10-6、蒲草塘場地為9.02×10-6，顯示小江斷裂中段東、西2支斷裂剪切活動累積變化量相近，可能表明2條分支斷裂斷層活動速率大致相同；圖2e顯現(xiàn)出小江斷裂南段北端2009—2012年的剪切活動較強，之后表現(xiàn)為弱剪切活動狀態(tài)，最大剪應(yīng)變累積變化量為10.83×10-6；平寨場地最大剪應(yīng)變自2010年下半年開始呈線性累積增強的變化特征，累積計變化量達到36×10-6。

綜上所述，小江斷裂帶北段和中北段剪切應(yīng)變表現(xiàn)出一定的累積增強趨勢，中段東支與南段北端最大剪應(yīng)變累積變化形態(tài)具有一定的相似性，反映出同一斷裂不同區(qū)段的變化特征具有一定的漸變性和繼承性；從最大剪應(yīng)變累積變化量可知，整個小江斷裂帶南段和北段呈現(xiàn)出較強線性累積剪切活動，而中段呈現(xiàn)出弱剪切的活動特征。

3.2 面應(yīng)變特征

通過對圖3中各場地面應(yīng)變累積變化時序圖的分析，獲取了小江斷裂帶各區(qū)段擠壓—拉張應(yīng)變積累特征。圖3a顯示北段有持續(xù)拉張變化趨勢性特征，累積變化量為3.14×10-6；圖3b顯示小江斷裂中北段西支2009—2018年面應(yīng)變累積變化呈有緩慢的趨勢性拉張轉(zhuǎn)快速擠壓變化特征，趨勢轉(zhuǎn)折主要從2018年開始，但累積變化量值較小，僅為-2.18×10-6；圖3c表明小江斷裂北段西支總體呈現(xiàn)壓性活動特征，2016-07—2017-07時段有短期張性活動，該段累積變化量為-7.55×10-6；圖3d顯示小江斷裂中段東支前期表現(xiàn)為張壓不明顯，零值線附近波動的特征，2013年以后轉(zhuǎn)為趨勢性壓性增強的變化特征，累積變化量達-10.32×10-6；圖3e中零值線反映了小江斷裂南段北端2009—2015年區(qū)域張壓不明顯，之后有壓性活動增強特征，累積變化量值為-3.60×10-6；從圖3f中看出，小江斷裂南段擠壓活動呈現(xiàn)“加速拉張—加速擠壓—擠壓緩慢”的累積變化特征，累積變化量為-4.7×10-6。

綜上所述，2009—2018年小江斷裂各區(qū)段的面應(yīng)變累積變化特征表現(xiàn)為北段純張性、中北段弱擠壓、中段-南段壓性活動特征；2013年以后中段壓性活動增強較為突出，且壓性活動區(qū)域有逐漸向北擴展的趨勢，2017年中北段也開始出現(xiàn)壓性活動增強特征。

3.3 應(yīng)變率及強度特征

為了更加直觀地反映小江斷裂帶的應(yīng)變活動特征，進一步計算了2009—2018年不同場地的最大剪應(yīng)變率和面應(yīng)變率，并繪制等值線年速率圖（圖4），可以更加清晰地認識其活動特征。

最大剪應(yīng)變率的大小反映了構(gòu)造活動的強烈程度，圖4a為最大剪應(yīng)變率等值線年速率圖，從圖4a中可看出，小江斷裂帶各區(qū)段的剪切活動速率呈現(xiàn)為北段強剪切過渡為中北段的剪切，再到中段至南段北端的弱剪切，最后轉(zhuǎn)為南段的強剪切活動特征，最大剪應(yīng)變率變化范圍為（1.03～4.10）×10-6/a，中段及中南段呈現(xiàn)一定的閉鎖特征，特別是中南段的蒲草塘至大革勒一帶；圖4b面應(yīng)變年速率反映了該斷裂北段為張性活動，中北段西支壓性活動，再由東支中段至中南段擠壓活動特征，面應(yīng)變率變化范圍為（-1.18～0.33）×10-6/a。對比圖4a，b可以看到，圖中的弱剪切區(qū)以北區(qū)域呈現(xiàn)擠壓增強的趨勢特征，可能表明小江斷裂帶中南段存在一定閉鎖，導(dǎo)致物質(zhì)流南向運動受阻，能量在中段逐步積累。

4 結(jié)論與討論

本文對小江斷裂帶上6個近場形變資料進行處理，得到該斷裂帶不同區(qū)段最大剪應(yīng)變率和面應(yīng)變率，分析了小江斷裂帶北、中和南3個區(qū)段近場活動特征，得到如下認識：

（1）小江斷裂帶上的最大剪應(yīng)變和面應(yīng)變累積變化在各區(qū)段存在較大差異性，反映出斷裂帶上的應(yīng)變積累和釋放不同及受力作用的強弱變化。

（2）通過對小江斷裂帶上形變場地最大剪應(yīng)變的分析，發(fā)現(xiàn)小江斷裂帶南段和北段呈現(xiàn)出較強線性累積剪切活動，而中段呈現(xiàn)出弱剪切的活動特征，同一斷裂不同區(qū)段差異明顯，中段的弱剪切活動值得重點關(guān)注。

（3）從面應(yīng)變空間分布特征來看，斷裂北段為強剪切張性、中段為弱剪切強擠壓、南段為強剪切的擠壓活動，斷裂北段和中段張壓活動特征與利用遠場GPS方法獲得的結(jié)果具有一定的一致性（魏文薪等，2012），但是在活動強度上和斷裂南段壓性活動特征存在一定的差別。

（4）最大剪應(yīng)變變化相對較大，而面應(yīng)變變化相對較弱時，說明斷裂的活動相對較強，易于能量釋放（郭良遷等，2010），而目前看到的變化正與之相反，最大剪應(yīng)變率圖像顯示小江斷裂帶中段特別是中南段呈現(xiàn)弱活動特征，可能存在閉鎖特征，閉鎖區(qū)可能位于小江斷裂帶中南段，這與宋劍（2016）和朱爽（2017）利用遠場的GPS資料的計算獲取斷層閉鎖區(qū)段的結(jié)果較一致，同時該段呈現(xiàn)出弱剪切活動，而其北面為強擠壓活動區(qū)，因此，該段地震危險性高于其他區(qū)段，值得重點關(guān)注。

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Abstract The near-field deformation data of the faults from 2009 to 2018 were used to solve the results of maximum shear strain rate and surface strain rate of near-field in different sections in Xiaojiang fault zone by the least squares method of strain parameters.The results show that the maximum shear strain rate and surface strain rate on the belt in Xiaojiang fault are different from each segment.In a whole，the maximum shear strain rate ranges from 1.03×10-6/a to 4.10×10-6/a as well as the surface strain rate are（-1.18～0.33）×10-6/a.The fault exhibits the segmental activity characteristics of the strong shearing ductility in the northern section，weak shearing in the middle section，strong shearing and squeezing activities in the southern section.Further analysis shows that the mid-south section of the fault is a strain accumulation section.The seismic hazard of the segment is higher than that of the other segments.

Keywords：Xiaojiang fault zone；strain analysis；near-field activity；segmentation characteristics