宋　劍　楊少敏　王　偉　黃　勇　林　牧

1　中國地震局地震研究所(地震大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071

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安寧河-則木河-小江斷裂帶閉鎖特征研究

宋劍1楊少敏1王偉1黃勇1林牧1

1中國地震局地震研究所(地震大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071

摘要：分別利用1999～2007年和2009～2014年多期GPS觀測獲取的水平速度場數(shù)據(jù)，采用負(fù)位錯(cuò)反演模型，研究安寧河-則木河-小江斷裂帶的滑動(dòng)速率和閉鎖程度空間分布特征，同時(shí)結(jié)合歷史強(qiáng)震記錄，分析這幾條斷裂的地震危險(xiǎn)性。結(jié)果顯示：1)安寧河斷裂和則木河斷裂滑動(dòng)速率受汶川地震影響有所減弱，小江斷裂滑動(dòng)速率在汶川地震后基本保持不變；2)則木河斷裂中段和小江斷裂的斷層閉鎖程度受汶川地震影響而顯著加強(qiáng)，安寧河斷裂、則木河斷裂的西昌和巧家以北區(qū)域的閉鎖程度基本不受汶川地震的影響；3)汶川地震發(fā)生前后，安寧河斷裂的石棉-冕寧段、則木河斷裂的西昌與巧家以北區(qū)域和小江斷裂的通海-建水段閉鎖深度均在20 km以上。結(jié)合歷史強(qiáng)震記錄和其他方法的研究結(jié)果，三者在未來一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生強(qiáng)震的危險(xiǎn)性要高于其他斷層段。關(guān)鍵詞： GPS；負(fù)位錯(cuò)模型；反演；汶川地震；斷層閉鎖

安寧河-則木河-小江斷裂帶位于川滇菱形塊體與華南塊體交界處，晚第四紀(jì)構(gòu)造變形和地震活動(dòng)較為強(qiáng)烈。1480年以來，安寧河-則木河-小江斷裂帶發(fā)生6～7級地震11次，7～8級地震7次[1-3]，強(qiáng)震發(fā)生間隔為30 a。但近年來，安寧河-則木河-小江斷裂帶地震活動(dòng)相對平靜，尤其是則木河斷裂，1850年發(fā)生西昌M7.5地震后，至今一直平靜。朱艾斕等[4]通過分析安寧河斷裂石棉-冕寧段和則木河斷裂西昌-普格段的異常低b值認(rèn)為，這兩段是最有可能形成未來主震初始破裂的段落，可以將這兩段劃定為凹凸體。李煜航等[5]通過計(jì)算安寧河-則木河-小江斷裂帶1480年以來強(qiáng)震的地震矩釋放量和累積量認(rèn)為，安寧河斷裂和則木河斷裂地震矩累積量小于地震矩釋放量，而小江斷裂南段的地震矩累積量大于地震矩釋放量。萬永革等[6]認(rèn)為，則木河斷裂的庫侖破裂應(yīng)力受汶川地震同震的影響有所增加，安寧河斷裂庫侖破裂應(yīng)力基本無變化。

本文基于1999～2007年和2009～2014年多期GPS觀測獲取的高精度地殼運(yùn)動(dòng)水平速度場數(shù)據(jù)，采用負(fù)位錯(cuò)反演模型，分析安寧河-則木河-小江斷裂帶的滑動(dòng)速率和閉鎖深度空間分布特征，為塊體邊界帶變形和強(qiáng)震危險(xiǎn)性分析提供參考。

1GPS速度場

本文數(shù)據(jù)主要來自中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)、中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、 國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃和南北地震帶應(yīng)急觀測等項(xiàng)目。觀測數(shù)據(jù)采用GIPSY進(jìn)行處理，坐標(biāo)解算以單日觀測為基礎(chǔ)，采用精密軌道、鐘差和大氣折射等改正，加入亞洲地區(qū)及周緣的部分IGS站點(diǎn)與研究區(qū)域的測站進(jìn)行聯(lián)合處理，得到不同框架下的單日解，然后以IGS站為核心，采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換，將單日解轉(zhuǎn)換到ITRF2008參考框架上。測站位移估算采用線性運(yùn)動(dòng)模型，以單日解為觀測值，采用動(dòng)態(tài)最小二乘平差方式[7]。對于魯?shù)榈卣鸬挠绊?，利用該區(qū)域GPS連續(xù)站估算的同震位移場進(jìn)行改正[8]。在得到ITRF2008框架下的測站坐標(biāo)和速率后，扣除由于歐亞大陸剛性旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)分量，最終獲得該區(qū)域相對歐亞大陸的形變速度場(圖1)。

2模擬計(jì)算

基于負(fù)位錯(cuò)反演模型[9]，假定塊體內(nèi)部GPS站點(diǎn)速度由塊體旋轉(zhuǎn)和邊界斷層閉鎖影響兩部分構(gòu)成，采用格網(wǎng)搜索和模擬退火，計(jì)算塊體的歐拉矢量、塊體邊界斷層的滑動(dòng)速率和閉鎖程度。為約束塊體旋轉(zhuǎn)和斷層閉鎖程度，利用GPS水平速度場數(shù)據(jù)進(jìn)行反演:

(1)

式中，X為GPS測站位置，i為速度場分量，RΩb為塊體b在參考框架R下的歐拉運(yùn)動(dòng)矢量，hΩf為斷裂上盤塊體f相對于斷裂下盤塊體h的歐拉運(yùn)動(dòng)矢量，即hΩf=RΩf-RΩh,F為第F條斷裂，Nk為斷裂k上總共的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，Xnk為第k條斷裂上第n個(gè)節(jié)點(diǎn)所在位置，φnk為第k條斷裂上第n個(gè)節(jié)點(diǎn)的閉鎖程度，Gij(X,Xnk)為斷裂節(jié)點(diǎn)Xnk在j方向?qū)Φ乇鞧PS測站X在i方向產(chǎn)生的格林函數(shù)。

參數(shù)擬合的不符值可表示為：

(2)

以小江斷裂的西支為邊界斷裂，將研究區(qū)域劃分為川滇和華南兩個(gè)塊體(圖1(a))?？紤]到斷層傾角誤差對斷層閉鎖影響較小[10]，模擬過程中，假定安寧河斷裂和則木河斷裂傾角為70°，小江斷裂傾角為80°。從地表沿垂直于等深線方向依次設(shè)置0km、10km、20km、30km和40km共5條等深線，同時(shí)安寧河斷裂和則木河斷裂上各取4個(gè)節(jié)點(diǎn)，小江斷裂帶上取10個(gè)節(jié)點(diǎn)，每條等深線上共18個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算斷層節(jié)點(diǎn)上的閉鎖系數(shù)，然后運(yùn)用雙線性插值計(jì)算其他區(qū)域的閉鎖系數(shù)。

3討論

3.1塊體歐拉矢量

計(jì)算結(jié)果表明，在以歐亞大陸為參考框架的速度場下，汶川地震前后，華南塊體均表現(xiàn)為逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，川滇塊體表現(xiàn)為順時(shí)針運(yùn)動(dòng)(表1)，兩者之間的邊界斷裂帶表現(xiàn)為左旋運(yùn)動(dòng)。對比1999～2007年和2009～2014年兩個(gè)時(shí)間段的數(shù)據(jù)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，華南塊體和川滇塊體歐拉矢量均有不同程度的變化，表明汶川地震對這兩個(gè)塊體運(yùn)動(dòng)有一定影響。

注：速率為正代表逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，反之則代表順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

3.2斷裂滑動(dòng)速率

表2給出了安寧河-則木河-小江斷裂帶滑動(dòng)速率。本文計(jì)算得到的汶川地震前安寧河斷裂和則木河斷裂滑動(dòng)速率與丁開華等[11]的結(jié)果較為一致，但比王閻昭等[12](安寧河斷裂走滑5.1±2.5 mm/a，傾滑-0.1±2.4 mm/a；則木河斷裂走滑2.8±2.3 mm/a，傾滑3.8±1.9 mm/a)的結(jié)果要大，這可能由于塊體劃分方案不同導(dǎo)致的[5]；小江斷裂的滑動(dòng)速率與王閻昭等[12]、丁開華等[11]的結(jié)果比較接近。汶川地震后，安寧河斷裂、則木河斷裂滑動(dòng)速率有所減小，小江斷裂滑動(dòng)速率基本不變。

注：斷層活動(dòng)速率以左旋走滑與拉張為正。

3.3閉鎖特征

閉鎖程度反映的是斷層應(yīng)變積累能力，即斷層閉鎖程度越強(qiáng)，越容易產(chǎn)生應(yīng)變積累。圖3為由兩個(gè)時(shí)間段的速度場分別計(jì)算得到的安寧河-則木河-小江斷裂帶閉鎖空間分布情況。

3.3.1安寧河斷裂

從圖3可以看出，汶川地震前，安寧河斷裂整體閉鎖程度較高，且北段(石棉-冕寧段)閉鎖程度高于南段(冕寧-西昌段)。20 km深度處，安寧河斷裂北段完全閉鎖，閉鎖系數(shù)達(dá)1.00，南段處于強(qiáng)閉鎖狀態(tài)，閉鎖系數(shù)為0.893～0.958；30 km深度處，北段閉鎖系數(shù)為0.710～0.886，南段為0.503～0.670。汶川地震后，雖然安寧河斷裂閉鎖程度稍微減弱，但北段仍在20 km深度達(dá)到完全閉鎖，30 km深度處的閉鎖系數(shù)為0.577～0.732；南段在10 km深度處于完全閉鎖，20 km深度處閉鎖系數(shù)為0.809～0.861。

汶川地震前，安寧河斷裂北段閉鎖程度高于南段，應(yīng)變積累能力較強(qiáng)，地震的危險(xiǎn)性較高，這與冉勇康等[2]、程建武等[13]的研究結(jié)果相似。同時(shí)強(qiáng)震分布(圖4)也顯示，安寧河斷裂北段自1480年發(fā)生M7.5地震后，至今一直平靜；南段最近一次強(qiáng)震是1952年發(fā)生的M6.75地震。汶川地震后，安寧河斷裂的閉鎖程度基本沒有變化，說明安寧河斷裂受汶川地震影響較小。

3.3.2則木河斷裂

將則木河斷裂分為北(西昌)、中、南(巧家以北)3段進(jìn)行分析。汶川地震前，則木河斷裂北段與南段閉鎖深度達(dá)到20 km以上， 在30 km深度處北段的閉鎖系數(shù)(0.822)略高于南段(0.765)；則木河斷裂中段閉鎖程度相比北段和南段較弱，在10 km深度處完全閉鎖，其閉鎖系數(shù)在20 km深度處為0.857～0.865，在30 km深度處為0.723～0.733。汶川地震后，則木河斷裂北段閉鎖程度稍微減弱，在20 km深度處為0.973，在30 km深度處為0.604；而中段閉鎖程度明顯增加，在20 km深度處完全閉鎖，在30 km深度處的閉鎖系數(shù)為0.739～0.848；南段閉鎖程度基本無變化，仍在20 km深度處于強(qiáng)閉鎖狀態(tài)，30 km深度處的閉鎖系數(shù)為0.723。

從強(qiáng)震分布(圖4)來看，則木河斷裂發(fā)生過兩次強(qiáng)震，均位于普格附近，分別是1732年M6.75地震和1850年M7.5地震。汶川地震前，則木河斷裂中段普格閉鎖程度較低，汶川地震后，普格附近的閉鎖程度明顯加強(qiáng)，表明則木河斷裂中段應(yīng)變積累能力得到加強(qiáng)，這與萬永革等[6]的研究結(jié)果相似，說明這一區(qū)域的地震活動(dòng)性值得進(jìn)一步關(guān)注。

3.3.3小江斷裂

將小江斷裂分為北(巧家-東川)、中(東川-華寧)、南(華寧-建水)3段進(jìn)行分析。汶川地震前，小江斷裂北段閉鎖程度呈現(xiàn)出由巧家到東川逐漸減弱的特點(diǎn)，北段在10 km深度左右達(dá)到完全閉鎖。汶川地震后，巧家附近閉鎖程度稍微減弱，東川得到加強(qiáng)，10 km深度處小江斷裂北段完全閉鎖；20 km深度處東川閉鎖系數(shù)為0.987，巧家則為0.900；30 km深度處東川閉鎖系數(shù)為0.590，巧家則為0.492。汶川地震前，小江斷裂中段在10 km深度處完全閉鎖，20 km深度處閉鎖程度整體呈現(xiàn)出由北向南逐漸加強(qiáng)的特點(diǎn)。汶川地震后，中段閉鎖程度得到加強(qiáng)，20 km深度處除嵩明北部外，其余全都處于強(qiáng)閉鎖狀態(tài)；30 km深度處閉鎖系數(shù)由北向南逐漸增大，閉鎖系數(shù)為0.798～1.00；40 km深度處閉鎖系數(shù)由北向南為0.365～0.864。汶川地震前，小江斷裂南段閉鎖程度已經(jīng)很高，20 km深度處通海閉鎖系數(shù)為0.939，建水閉鎖系數(shù)為1.000；30 km深度處通海和建水閉鎖系數(shù)分別為0.639、0.807。汶川地震后，南段閉鎖程度增強(qiáng)，40 km深度處完全閉鎖。

圖4顯示，小江斷裂大部分強(qiáng)震集中在中段，雖然汶川地震前小江斷裂中段閉鎖程度較低，但汶川地震后，中段閉鎖程度顯著加強(qiáng)。這種閉鎖程度顯著加強(qiáng)的現(xiàn)象可能與小江斷裂中段東西兩個(gè)分支間存在的多個(gè)NE向斷裂有關(guān)[14]。正是這些NE向斷裂的運(yùn)動(dòng)，使主斷裂產(chǎn)生彎曲或階區(qū)，有利于應(yīng)力和應(yīng)變的集中。小江斷裂南段最近一次強(qiáng)震是發(fā)生在1606年的建水M6.75地震，強(qiáng)震離逝時(shí)間較長。汶川地震前，小江斷裂南段完全閉鎖深度達(dá)到20 km以上，其地震危險(xiǎn)性較大，這與Wen等[1]和李煜航等[5]的研究結(jié)果相符。汶川地震后，南段閉鎖程度又進(jìn)一步加強(qiáng)，說明小江斷裂南段的地震活動(dòng)性值得進(jìn)一步關(guān)注。

4結(jié)語

震間期，斷層閉鎖是由淺到深的過程，這一過程是緩慢的，但是由于汶川地震的影響，安寧河-則木河-小江斷裂帶的構(gòu)造應(yīng)力加載發(fā)生了明顯變化，相應(yīng)的閉鎖程度也發(fā)生明顯變化。本文基于1999～2007年和2009～2014年多期GPS觀測獲取的水平速度場數(shù)據(jù)，反演安寧河-則木河-小江斷裂帶的滑動(dòng)速率和閉鎖空間分布，獲得以下認(rèn)識(shí)：

1)汶川地震后，安寧河斷裂、則木河斷裂滑動(dòng)速率有所減弱，小江斷裂滑動(dòng)速率基本不變。

2)則木河斷裂中段、小江斷裂受汶川地震影響較大，閉鎖程度得到加強(qiáng)，安寧河斷裂、則木河斷裂的西昌與巧家以北在汶川地震前后閉鎖程度基本一致，表明汶川地震對這些區(qū)域的影響較弱。

3)安寧河斷裂北段、則木河斷裂的西昌與巧家以北區(qū)域、小江斷裂南段閉鎖深度達(dá)到20 km以上，閉鎖程度較高，應(yīng)變積累能力較強(qiáng)，未來一定時(shí)間內(nèi)地震危險(xiǎn)性高于其他斷裂。

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Foundation support:National Natural Science Foundation of China, No.41574017,41431069,41404015,41504011;Natural Science Foundation of Hubei Province,No.2015CFB642.

About the first author:SONG Jian, postgraduate, majors in GPS data processing and geodynamics,E-mail: songjian_2014@126.com.

Study on the Locking Characteristics of Anninghe-Zemuhe-Xiaojiang Fault Zone

SONGJian1YANGShaomin1WANGWei1HUANGYong1LINMu1

1Key Laboratory of Earthquake Geodesy, Institute of Seismology, CEA, 40 Hongshance Road,Wuhan 430071,China

Abstract:In this paper, we inversed for the slip rate and spatial fault locking of the Anninghe-Zemuhe-Xiaojiang fault zone based on a negative dislocation with horizontal GPS velocity data from 1999 to 2007 and 2009 to 2014. Using the inversion result and the historical earthquakes, we analyze the potential for a large earthquake. The result shows the Wenchuan earthquake enhanced the locking of Xiaojiang and the middle segment of Zemuhe, but didn’t affect the locking of Anninghe or the southern and northern segment of Zemuhe. Moreover, the northern section of Anninghe, the southern and northern segment of Zemuhe , the southern segment of Xiaojiang are strongly locked before and after the Wenchuan earthquake, with a locking depth of more than 20 km. Considering historical earthquakes and other results, we conclude that these segments are seismogenic faults with large earthquake potential.

Key words:GPS; negative dislocation model; inversion; the Wenchuan earthquake; fault locking

收稿日期：2016-01-11

第一作者簡介：宋劍，碩士生，研究方向?yàn)镚PS數(shù)據(jù)處理與地球動(dòng)力學(xué)， E-mail:songjian_2014@126.com。 通訊作者：楊少敏，博士，研究員，主要從事大地測量與地球動(dòng)力學(xué)研究，E-mail: whgpsyang@gmail.com。

DOI：10.14075/j.jgg.2016.06.005

文章編號(hào)：1671-5942(2016)06-0490-05

中圖分類號(hào)：P315

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Corresponding author:YANG Shaomin, PhD,researcher, majors in geodesy and geodynamics, E-mail:whgpsyang@gmail.com.

項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金(41574017，41431069，41404015，41504011)；湖北省自然科學(xué)基金(2015CFB642)。