安寧河—則木河斷裂帶及周邊地區(qū)斷層交會部位的應(yīng)力分布特征

摘要：根據(jù)構(gòu)造活動特性對安寧河—則木河斷裂帶及周邊地區(qū)進行分段，利用多地震的斷層面解和中小地震的震源參數(shù)結(jié)果分析不同斷層交會區(qū)的局部應(yīng)力場和地震活動特征。結(jié)果表明：研究區(qū)北段的斷裂呈“入”字形交會，具備應(yīng)力高度集中的局部條件，地震活動頻度高、震級偏大，震源應(yīng)力降普遍較高;中段上，安寧河空區(qū)內(nèi)部的斷裂呈“鈍角”形交會，地震活動稀疏，震源應(yīng)力降偏低，而空區(qū)東側(cè)的斷裂呈“Y”字形交會，中小地震比較活躍，震源應(yīng)力降值總體居中;在研究區(qū)南段，多條斷裂呈“Y”字形交會，可能不具備應(yīng)力高度集中的構(gòu)造條件，雖然地震活動頻度高、震級偏大，但震源應(yīng)力降值總體居中。研究區(qū)地震活動和應(yīng)力分布的分段差異，與斷裂間的相互作用形式有關(guān)，交叉斷層間的變形不協(xié)調(diào)對局部應(yīng)力場和地震危險性有較大影響。

關(guān)鍵詞：安寧河—則木河斷裂帶;斷層交會;應(yīng)力降;地震活動

中圖分類號：P315.727 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2020）04-0601-09

0引言

斷層交會，即兩條或兩條以上斷層相交。在大型斷裂帶上，主干和次級斷裂交叉錯切、相互作用，形成不均勻的介質(zhì)環(huán)境和復(fù)雜的動力學(xué)背景。在構(gòu)造的變形局部區(qū)，斷層交會的地方往往是斷層相互作用表現(xiàn)最明顯的部位，斷層的交會為應(yīng)力集中提供焦點并形成不同的應(yīng)力分配模式（Talwani，1988，1999），導(dǎo)致地震成核、擴展以及終止過程的復(fù)雜多變。

2008年、2014年新疆于田2次7.3級地震均發(fā)生在阿爾金斷裂、康西瓦斷裂和瑪爾蓋茶卡斷裂的交會部位，雖然2次地震震中僅相距96 km，但一次為正斷型地震、一次為走滑型地震，反映出不同交會部位上應(yīng)力-應(yīng)變環(huán)境的差異（萬永革等，2010;徐錫偉等，2011;程惠紅等，2014）。2014年云南魯?shù)?.5級地震發(fā)生在左旋走滑斷層包谷垴斷裂和小河斷裂的聯(lián)接處附近，震源區(qū)受控于NW-SE向壓應(yīng)力場和NE-SW向張應(yīng)力場的共同作用，是一次共軛破裂的復(fù)雜地震事件（王未來等，2014;張勇等，2015）。2017年四川九寨溝7.0級地震發(fā)生在2008年汶川8.0級地震產(chǎn)生的應(yīng)力增強區(qū)內(nèi)，震中地處塔藏斷裂、岷江斷裂和虎牙斷裂的交會區(qū)，同時也是東昆侖斷裂帶東端的構(gòu)造轉(zhuǎn)換部位（Toda et al，2008;徐錫偉等，2017）。顯然，作為斷裂之間強烈擠壓、變形協(xié)調(diào)的過渡帶或調(diào)整帶，斷層交會影響著區(qū)域的地震活動和局部的應(yīng)力場特征。

安寧河—則木河斷裂帶是南北地震帶的主干斷裂之一，是川滇地區(qū)目前應(yīng)變積累的主要地段（江在森等，2005;朱良玉，蔣鋒云，2018;劉昌偉等，2019）。震源參數(shù)的研究指出安寧河―則木河斷裂帶及周邊地區(qū)的中小地震震源應(yīng)力降值明顯高于川西平均水平（吳微微等，2017）。隨著石棉、九龍、普格、寧南、昭覺和會東相繼發(fā)生4～5級地震，區(qū)域中強地震的頻度和強度逐漸增大，2018年10月31日的西昌5.1級地震是近年來在該斷裂帶上發(fā)生的最大地震。該斷裂帶上還存在一些小震活動的空缺段或稀疏段（聞學(xué)澤等，2008;易桂喜等，2008），其中、長期強震或大地震潛勢需要關(guān)注。

安寧河—則木河斷裂帶及周邊地區(qū)的北段是鮮水河、安寧河以及大涼山斷裂帶等多條活動斷裂的交會區(qū)，中段是安寧河與則木河斷裂帶的交會區(qū)，南段是則木河、大涼山和小江斷裂帶的交會區(qū)，在這些交會區(qū)上構(gòu)造變形和地震活動特征并不相同。為了進一步了解該區(qū)域現(xiàn)今的應(yīng)力分布特征，識別正處于相對高應(yīng)力積累的段落，本文進行了如下工作：①根據(jù)構(gòu)造活動特性對斷裂進行分段，分析不同斷層交會區(qū)的構(gòu)造特點;②聯(lián)合多地震的斷層面解，分析局部應(yīng)力方向特征;③計算中小地震的震源參數(shù)，繪制沿斷裂的應(yīng)力分布圖;④結(jié)合區(qū)域不同段落的幾何結(jié)構(gòu)、活動習(xí)性及現(xiàn)代地震活動的時-空分布，討論斷裂交會與地震活動、震源特性和應(yīng)力分布的關(guān)系，從而更好地認識交叉斷層的相互作用和變形協(xié)調(diào)對局部應(yīng)力分布和強震危險性的影響。

1構(gòu)造背景

安寧河―則木河斷裂帶是川滇活動地塊東邊界的主要活動斷裂。在印度板塊與歐亞板塊碰撞、印度板塊北移引起板塊邊緣或內(nèi)部強烈隆起、青藏高原物質(zhì)向東逃逸受阻等深部動力過程的共同作用下（Wang et al，1998），在鮮水河斷裂帶、安寧河―則木河斷裂帶和小江斷裂帶附近形成大的剪切位移和變形帶，控制著川滇地區(qū)的構(gòu)造格局（圖1）。

安寧河斷裂帶位于康滇地軸的軸部，北起石棉、經(jīng)西昌一直延伸到會理一帶，整體呈NS走向，以左旋走滑運動為主，新生代以來最大左旋走滑速率約為6.2 mm/a（何宏林，池田安隆，2007），最大擠壓速率約為1.4 mm/a（冉勇康等，2008）。其北段的石棉附近是巴顏喀拉塊體、川滇塊體和華南塊體的交會處，在這里鮮水河斷裂帶的左旋走滑運動被分解到了安寧河斷裂帶、大涼山斷裂帶上，它們以左旋剪切方式調(diào)節(jié)青藏高原地殼物質(zhì)向東的運動，同時兼具少量的擠壓縮短分量（杜平山，2000;冉勇康等，2008;張培震，2008），歷史上該區(qū)域可能孕育了公元1470年7級地震。安寧河斷裂帶南段的冕寧―西昌地區(qū)是1536年7級地震的主要破裂部位，但自1952年冕寧以南發(fā)生1次6級地震后，安寧河斷裂帶沒有更大的地震發(fā)生，同時以李子坪―西昌段為核心逐漸形成一個現(xiàn)代地震空區(qū)（圖1），具有第一類地震空區(qū)的背景（以下簡稱“安寧河空區(qū)”）（聞學(xué)澤等，2008）。

則木河斷裂帶北端與安寧河斷裂帶相連，其南端與小江斷裂相連，自西昌經(jīng)普格、寧南一直延伸到云南巧家一帶，總體走向330°，歷史上曾發(fā)生公元814年西昌7級地震和1850年西昌大箐梁子7級地震，最近一次中強地震是2018年10月31日的西昌5.1級地震。則木河斷裂帶以左旋走滑運動為主，全新世左旋走滑速率約為（6.4±0.6）mm/a（聞學(xué)澤等，2008），在西昌至普格間伴有正斷傾滑分量（任金衛(wèi)，1994）。在巧家西南，則木河斷裂帶最南端的斷裂走向朝S-SSW偏轉(zhuǎn)。

基于多期InSAR和GPS速度場數(shù)據(jù)的研究表明，安寧河斷裂帶中北段、則木河斷裂帶中北段和小江斷裂帶南段等均是低b值和高應(yīng)力異常段，目前均處于閉鎖狀態(tài)，閉鎖深度為10～20 km，虧損速率分別為7～9 mm/a，1～3 mm/a和2～4 mm/a（趙靜等，2015）。安寧河斷裂帶上冕寧至西昌附近完全閉鎖，具有隨時發(fā)生高震級地震的可能性（Jiang et al，2015）。

2區(qū)域應(yīng)力場

2.1研究方法

本文采用CAP方法（McKenzie，1969;Zhu，Helmberger，1996）反演中強地震震源機制解，聯(lián)合多地震的斷層面解，利用主壓應(yīng)力P軸和張應(yīng)力T軸的水平投影分析研究區(qū)震源應(yīng)力場的方向特征;再采用ω2模型擬合震源譜，利用Brune（1970）圓盤模型計算安寧河―則木河斷裂帶及周邊地區(qū)中小地震的震源應(yīng)力降Δσ，獲得關(guān)于地震過程中構(gòu)造應(yīng)力場大小和釋放水平的信息;最后結(jié)合研究區(qū)不同斷裂段落的幾何結(jié)構(gòu)、活動習(xí)性及現(xiàn)代小震活動的時空分布，繪制沿斷裂的震源應(yīng)力降平面分布和深度分布圖。

2.2震源機制解

選取安寧河―則木河斷裂帶及周邊地區(qū)（26.3°～29.23°N，101°～103.5°E）作為研究區(qū)，采用CAP方法反演2000—2018年63次3.6≤M≤5.1地震的震源機制解（圖2）。圖2顯示，研究區(qū)的地震多為走滑型或正走滑型地震（2018年西昌5.1級地震為正走滑型地震）（Zoback，1992），這種整體的走滑特征與該區(qū)以左旋走滑運動為主的構(gòu)造變形背景較一致。幾次正斷層型地震主要分布在則木河斷裂帶南段、大涼山斷裂帶南段和小江斷裂帶北段交會的普格―巧家地區(qū)。地質(zhì)資料顯示（聞學(xué)澤，2000），在則木河與小江斷裂帶之間、寬約20 km的寧南―巧家拉分區(qū)上分布著NE向次級張性斷裂和NW向正―傾滑活動斷裂。從圖3可以看出，沿安寧河―則木河斷裂帶的主壓應(yīng)力P軸方向多數(shù)近于NW向，主張應(yīng)力T軸方向多數(shù)近于NE向。

2.3震源應(yīng)力降

在震源參數(shù)的計算過程中，采用Atkinson和Mereu的方法（Atkinson，Mereu，1992）擬合出安寧河―則木河斷裂帶及周邊地區(qū)的介質(zhì)品質(zhì)因子Q（f）=101.9f0.666 3（吳微微等，2016），參照Moya方法聯(lián)合多臺多地震數(shù)據(jù)獲得安寧河―則木河斷裂帶上地震觀測臺站的場地響應(yīng)（Moya et al，2000;黃玉龍等，2003;劉杰等，2003;Allmann，Shearer，2009;趙翠萍等，2011）。再對0.1～20 Hz的SH觀測波形數(shù)據(jù)逐步消除儀器響應(yīng)、噪聲、幾何擴散、傳播路徑的介質(zhì)衰減和場地響應(yīng)的影響，得到2009—2018年研究區(qū)612次2.0≤ML≤5.6地震的震源譜，采用ω2模型擬合震源譜計算它們的震源參數(shù)，分別繪制應(yīng)力降空間分布圖（圖4）、十年尺度的應(yīng)力降-震級圖（lgΔσ-M）（圖5）、年尺度的應(yīng)力降-時間序列圖（lgΔσ-T）（圖6）以及沿斷裂的應(yīng)力降-深度分布圖（lgΔσ-h）（圖7）。為了有效解決數(shù)據(jù)取值范圍過大導(dǎo)致的配色問題，本文統(tǒng)一將應(yīng)力降數(shù)據(jù)取對數(shù)后再繪圖。

圖4顯示：2009—2018年研究區(qū)的地震應(yīng)力降為0.026～27.1 MPa。其中，研究區(qū)北段的石棉地區(qū)中等地震活動頻度高、震源應(yīng)力降大（lgΔσ≥0.4），相同震級的地震應(yīng)力降表現(xiàn)出沿鮮水河斷裂帶向安寧河斷裂帶逐漸增大的趨勢（吳微微等，2017）。中段安寧河空區(qū)（聞學(xué)澤等，2008）內(nèi)地震活動水平低、震源應(yīng)力降偏?。╨gΔσ≤-0.4），在研究時段內(nèi)發(fā)生的最大的高應(yīng)力降事件是2018年西昌5.1級地震（應(yīng)力降值為4.741 MPa）;在安寧河空區(qū)的外部，即其東側(cè)的大涼山斷裂北段匯集了較多的中等應(yīng)力降事件（-0.4≤lgΔσ≤0.4），在研究時段內(nèi)曾發(fā)生2014 年10 月1 日越西5.0級地震（應(yīng)力降值為2.437 MPa）。研究區(qū)南段中小地震活動頻度高、震源應(yīng)力降的釋放水平中―偏低（-1.6≤lgΔσ≤0.4）。從圖5可以看出：2.0≤ML≤2.5地震的lgΔσ為-1.0～0.7，2.5

從圖6可以看出，應(yīng)力降的變化與區(qū)域地震活動有關(guān)。2009—2018年共發(fā)生13次4.0≤M≤5.1的中等強度地震，這些地震發(fā)生前、后震源應(yīng)力降均表現(xiàn)出較為明顯的變化，反映了區(qū)域應(yīng)力水平的動態(tài)改變。2009，2011年，僅發(fā)生冕寧4.7級和會東4.9級中等強度地震。冕寧4.7級地震發(fā)生后10個月左右，區(qū)域應(yīng)力水平明顯下降;會東4.9級地震發(fā)生前3個月，區(qū)域應(yīng)力水平開始上升，相同震級的地震釋放的應(yīng)力降明顯升高，地震后，隨著研究區(qū)地震活動的減弱，應(yīng)力水平再次下降（圖6a）。2012—2016年上半年，研究區(qū)發(fā)生了多次4～5級地震（圖6b，c），是地震活動十分活躍的時段。石棉4.3級、會東4.7級和寧南4.4級地震期間，應(yīng)力水平出現(xiàn)半年左右的高值現(xiàn)象，隨后開始下降;2013年昭覺4.6級地震發(fā)生前后，區(qū)域應(yīng)力沒有明顯變化;2014年越西5.0級地震后，應(yīng)力水平持續(xù)上升，至2016年石棉4.3級地震前，出現(xiàn)較多的高應(yīng)力降地震事件。2016年下半年至2018年，地震活動減弱，西昌5.1級地震前、后應(yīng)力狀態(tài)沒有明顯變化（圖6c）?？傊?，高應(yīng)力降地震事件的出現(xiàn)和突增與區(qū)域地震活動的強度和頻度比較對應(yīng)，相同震級下，地震活躍期的震源應(yīng)力降值常高于地震平靜期。

以西昌為原點（27.85°N，102.26°E），沿近NS向的安寧河斷裂帶為投影軸，繪制沿斷裂的應(yīng)力降-深度分布圖（lgΔσ-h）（圖7）。圖7顯示，高應(yīng)力降地震事件的優(yōu)勢深度在5～18 km。其中，石棉附近的高應(yīng)力降地震事件在3～24 km均有分布;沿則木河斷裂帶自普格向?qū)幠?，高?yīng)力降事件深度從5～10 km向10～15 km發(fā)展;會東附近的地震應(yīng)力降值普遍偏高，且在5～20 km的深度上均有分布。

3討論

3.1斷層交會與地震活動

斷層活動不是孤立運動，它必然與附近斷層產(chǎn)生相互作用。實例表明，斷層交會地帶通常也是斷層相互作用最劇烈的地區(qū)。巖石力學(xué)實驗揭示了斷層相互作用的現(xiàn)象，并將其宏觀劃分為4種類型，其中靜態(tài)促震或減震型影響強震復(fù)發(fā)間隔，動態(tài)觸發(fā)型意味著雙震或多震的發(fā)生，動態(tài)加載-松弛型增加短期內(nèi)中小地震的活動水平，蠕動觸發(fā)型意味著一些異?，F(xiàn)象可能出現(xiàn)于蠕動斷層上（馬瑾等，2002）。

為了研究安寧河—則木河斷裂帶上不同類型的斷層交會段與地震活動的關(guān)聯(lián)，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景和現(xiàn)代地震活動的時-空分布將研究區(qū)分為3段，北段是“入”字形交會區(qū)，南段是“Y”字形交會，中段空區(qū)內(nèi)是“鈍角”形交會、空區(qū)東側(cè)是“Y”字形交會（表1、圖1）。其中，北段和南段的地震活動頻度比較高、中小地震平均震級也偏大;中段的空區(qū)內(nèi)部地震活動稀疏，空區(qū)東側(cè)中小地震比較活躍。

分段交會斷裂交會特征地震活動應(yīng)力降北段鮮水河斷裂、安寧河斷裂、大涼山斷裂等“入”字形交會頻度高，震級偏大lgΔσ≥0.4中段安寧河斷裂帶、則木河斷裂（空區(qū)內(nèi)）“鈍”角形交會地震活動稀疏lgΔσ≤-0.4大涼山斷裂、甘洛—竹核斷裂（空區(qū)東側(cè)）“Y”字形交會中小地震比較活躍-0.4≤lgΔσ≤0.4南段則木河斷裂、大涼山斷裂、小江斷裂等“Y”字形交會頻度高，震級偏大-1.6≤lgΔσ≤0.4

3.2斷層交會與應(yīng)力降

在北段“入”字形交會區(qū)上（圖1），鮮水河斷裂帶向南延伸至安寧河斷裂帶、大涼山斷裂帶，faults in Anninghe-Zemuhe fault zone走向從NNW轉(zhuǎn)向SN向，純左旋走滑作用轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮呋饔煤蛿D壓（程佳等，2014），在這個過程中，走滑速率減慢、收縮速率加快（田雯等，2016）。在石棉附近，安寧河斷裂帶旁側(cè)次級斷裂強力擠入并錯斷安寧河主斷裂帶，形成“構(gòu)造楔形體”（黃潤秋，2005），導(dǎo)致應(yīng)力高度集中，產(chǎn)生大量震源深度相對較深的地震事件（蔣長勝等，2015），相同震級的地震應(yīng)力降具有沿鮮水河斷裂帶向安寧河斷裂帶逐漸增大的特征（吳微微等，2017）。

在南段“Y”字形交會區(qū)上（圖1），NNW向則木河斷裂帶南段和近SN向大涼山斷裂帶南段在巧家附近并入小江斷裂帶，左旋走滑速率加快（徐錫偉等，2003;Shen et al，2005;王閻昭等，2008），同時存在約0.6 mm/a的橫向拉伸，表現(xiàn)出略顯張性的左旋走滑特征，研究區(qū)的正斷型地震主要分布在這里。在多組斷裂的相互作用下，該區(qū)域具有較高的應(yīng)力背景值。另一方面，地質(zhì)資料顯示：則木河斷裂帶結(jié)構(gòu)相對簡單，組成斷裂帶的次級斷層具有一致的左旋走滑位移，它們的走向與斷裂帶整體走向的夾角≤20°（杜平山，2000）。在巧家附近，小江斷裂帶北段沿金沙江及小江河谷展布，結(jié)構(gòu)較單一，地貌上顯示為河流沿斷裂破碎帶侵蝕而成的大型斷層槽谷（裴向軍等，2019）。即相較于北段“入”字形交會區(qū)，南段“Y”字形交會區(qū)可能不具備應(yīng)力高度集中的局部條件，應(yīng)力水平總體居中。

研究區(qū)中段包含安寧河空區(qū)內(nèi)、外2個區(qū)域，高應(yīng)力降地震主要分布在空區(qū)東側(cè)的大涼山斷裂帶北段上，空區(qū)內(nèi)部鮮有地震發(fā)生、應(yīng)力降值也偏低。大涼山斷裂帶的左旋走滑速率為3 mm/a 左右，曾發(fā)生多次7 級古地震事件（宋方敏等，2002;何宏林等，2008）。一些研究認為，2014年8月3日云南魯?shù)?.5級地震對同年10月1日的四川越西5.0級地震有促進作用，同時對大涼山斷裂帶北段、則木河斷裂帶南段有一定的庫倫應(yīng)力增強作用（程佳等，2014）。

3.3斷層交會與變形運動的不協(xié)調(diào)

安寧河—則木河斷裂帶上不同規(guī)模的斷裂帶交叉錯切、相互作用，一些強烈擠壓的段落形成閉鎖，導(dǎo)致應(yīng)力集中，地震成核并孕育。受控于川滇活動塊體東邊界總的動力學(xué)背景，斷裂帶上不同段落的幾何結(jié)構(gòu)、活動習(xí)性也有差異，相互作用的形式并不同，反映到構(gòu)造單元上即為變形運動的不協(xié)調(diào)，這種不協(xié)調(diào)性很可能是影響地震類型和規(guī)模以及局部應(yīng)力分配模式的主要原因。在討論安寧河—則木河斷裂帶這種多交叉斷層區(qū)域的地震活動和應(yīng)力分布特征時，需要考慮交叉斷層的相互作用對局部應(yīng)力場和地震危險性的影響。

4結(jié)論

安寧河—則木河斷裂帶及周邊地區(qū)的地震多為走滑型，符合區(qū)域以左旋走滑運動為主的構(gòu)造變形特征。該研究區(qū)上不同規(guī)模的斷裂交叉錯切、相互作用，不同的斷層交會區(qū)的局部應(yīng)力場和地震活動具有差異：

（1）北段的鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶以及大涼山斷裂等呈“入”字形交會，具備應(yīng)力高度集中的局部條件，地震活動頻度高、震級偏大，震源應(yīng)力降普遍較高。

（2）中段安寧河空區(qū)內(nèi)的安寧河斷裂帶、則木河斷裂帶呈“鈍角”形交會，地震活動稀疏，震源應(yīng)力降偏低?？諈^(qū)東側(cè)的大涼山斷裂帶、甘洛—竹核斷裂呈 “Y”字形交會，中小地震比較活躍，震源應(yīng)力降值總體居中。

（3）南段的則木河斷裂帶、大涼山斷裂帶、小江斷裂帶等呈“Y”字形交會，可能不具備應(yīng)力高度集中的構(gòu)造條件，雖然地震活動頻度高、震級偏大，但震源應(yīng)力降值總體居中。安寧河—則木河斷裂帶上地震活動和應(yīng)力分布的這種分段差異，與斷裂間的相互作用形式有關(guān)，交叉斷層間的變形不協(xié)調(diào)對局部應(yīng)力場和地震危險性有較大影響。

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Stress Distribution Characteristics of Faults Intersection in

Anninghe-Zemuhe Fault Zone and Its Adjacent Area

WU Weiwei

（Sichuan Earthquake Agency，Chengdu 610000，Sichuan，China）

Abstract

According to the characteristics of tectonic activity，we divided the AnningheZemuhe fault zone and its adjacent areas into three sections，and analyzed the local stress field and seismicity characteristics in different fault intersection areas by using the fault plane solutions of multiearthquakes and the focal parameter results of medium and small earthquakes.The results show that the faults in the northern section of the study area intersect show an “λ” shape，with high stress concentration，high frequency of seismicity，large magnitude，and high stress drops.In the middle section，the faults in Anninghe seismic gap show an “obtuse angle” intersection，with low frequency of seismicity and low stress drops.While the faults on the east side of the seismic gap show a “Y” shape intersection，with high frequency of small and medium earthquakes and middle stress drops.In the south section，faults intersect is in a “Y” shape，which do not have the structural conditions of high stress concentration.Although the seismic activity in this intersect area is high and the magnitudes of the earthquakes are large，the stress drops are generally in the middle.We obtained that the segmental difference in seismic activity and stress distribution in the study area is related to the form of interaction between faults，and the deformation inconsistency between cross faults has a great influence on local stress fields and seismic risk.

Keywords：Anninghe-Zemuhe fault zone;faults intersection;stress drop;seismic activity