李樂(lè)， 陳棋福， 鈕鳳林

1 中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所， 北京 100036 2 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所， 中國(guó)科學(xué)院地球與行星物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100029 3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院， 北京 100049 4 中國(guó)石油大學(xué)(北京)非常規(guī)油氣科學(xué)技術(shù)研究院，油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102249 5 Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences, Rice University, Houston, TX 77005, USA

0 引言

斷層活動(dòng)速率(或滑動(dòng)速率)是斷裂帶變形(深部和淺部)的定量描述，也是評(píng)估地震危險(xiǎn)性和分析發(fā)震潛勢(shì)的重要依據(jù).了解斷裂帶深部變形及其時(shí)空變化特征，是我們認(rèn)識(shí)強(qiáng)震復(fù)發(fā)和孕震機(jī)理與預(yù)測(cè)地震的重要途徑.

研究者在板塊邊緣的活動(dòng)斷裂帶和俯沖帶等不同的構(gòu)造單元(如Nadeau et al.,1995；Matsuzawa et al., 2002；Peng and Ben-Zion, 2005；Chen et al., 2009；Yu, 2013；Dominguez et al., 2016；Schmittbuhl et al., 2016； Materna et al., 2018)及板內(nèi)大陸地區(qū)如中國(guó)(如Schaff and Richards, 2004, 2011；Li et al., 2007，2009，2011，2017；李樂(lè)和陳棋福，2010；李樂(lè)等，2013，2015；Ma et al., 2014；Liu et al., 2019; 孫慶山和李樂(lè)，2020；Deng et al., 2020)和韓國(guó)(Kim W Y and Kim K H, 2014)等，相繼發(fā)現(xiàn)了重復(fù)發(fā)生在同一斷層部位具有高度相似波形的微小地震(即重復(fù)地震或重復(fù)微震).隨著研究的深入，重復(fù)地震逐漸被定義為：重復(fù)發(fā)生在同一斷層部位具有高度相似性的波形且破裂面積相互重疊的微小地震.重復(fù)地震的孕育發(fā)生過(guò)程反映了其周?chē)鷶鄬尤浠瑓^(qū)的應(yīng)變積累和深部滑動(dòng)狀態(tài)，其大小和周期性則可用以研究斷層深部的滑移行為及其時(shí)空演化特征.由此重復(fù)地震的研究開(kāi)啟了一種直接精細(xì)量化探測(cè)斷裂帶深部變形和活動(dòng)狀態(tài)的探索途徑，同時(shí)也成為現(xiàn)代地震學(xué)研究構(gòu)造變形與強(qiáng)震活動(dòng)的前沿領(lǐng)域之一.

近20年來(lái)，利用重復(fù)地震在地下“原位觀測(cè)”斷層深部滑動(dòng)速率的研究逐漸進(jìn)入人們的視野，并取得了顯著進(jìn)展.Nadeau和McEvilly(1999)率先利用美國(guó)加州San Andreas斷裂帶Parkfield地區(qū)的重復(fù)地震成功地獲取了地表以下不同深度的斷層滑動(dòng)速率，展示了深淺滑動(dòng)差異分布.Li等(2007)首次基于中國(guó)大陸區(qū)域臺(tái)網(wǎng)的波形資料，通過(guò)波形互相關(guān)技術(shù)和高精度相對(duì)定位的震源位置識(shí)別出了唐山斷裂帶上破裂面積相互重疊的重復(fù)地震，并提出了適合于我國(guó)的板內(nèi)重復(fù)地震計(jì)算斷層深部滑動(dòng)速率的方法，為唐山斷裂帶孕震深處的變形提供了難得的定量依據(jù).唐山斷裂帶深部變形的重復(fù)地震研究的成功試點(diǎn)，激勵(lì)我們將研究重點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)到地震活動(dòng)頻繁且相繼發(fā)生強(qiáng)震的川滇地區(qū).

位于南北構(gòu)造帶中南段的川滇地區(qū)是我國(guó)青藏高原向東逸出最強(qiáng)烈的部位，發(fā)育著一系列NW向、NE向和近NS向的多種活動(dòng)斷裂(圖1)，其中巴顏喀拉地塊與華南地塊邊界的NE向龍門(mén)山斷裂帶以擠壓逆沖為主并兼有右旋走滑運(yùn)動(dòng)分量，而巴顏喀拉地塊與川滇地塊邊界的NW向鮮水河—小江斷裂帶則以左旋走滑作用為主，川滇地塊與滇緬地塊邊界的紅河斷裂帶以右旋走滑剪切作用為主(張培震等，2003a；徐錫偉等，2003).沿這些地塊邊界展布的活動(dòng)斷裂帶也是強(qiáng)震和特大地震的頻發(fā)帶，有數(shù)十次7級(jí)以上地震活動(dòng)的記載，尤以1833年嵩明8級(jí)地震和2008年汶川8.0級(jí)地震最為顯著，因而川滇地區(qū)已成為探索大陸地區(qū)板內(nèi)重復(fù)地震研究的最佳場(chǎng)所之一.

圖1 川滇地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造與地震活動(dòng)和臺(tái)站分布圖圖中紅色三角代表云南和四川數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的臺(tái)站，橙色三角代表水庫(kù)地震臺(tái)站，藍(lán)色空心三角代表川西臺(tái)陣寬頻帶流動(dòng)地震臺(tái)站，空心灰色圓圈代表1999—2015年數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)記錄到的地震.黑色五角星代表1833年嵩明8級(jí)地震和2008年汶川8.0級(jí)地震，黑色圓點(diǎn)和沙灘球示意給出了2008年5月12日汶川8.0級(jí)地震、2013年4月20日蘆山7.0級(jí)地震、2014年11月22日康定6.3級(jí)地震、1996年2月3日麗江7.0級(jí)地震、1998年11月19日寧蒗6.2級(jí)地震和2001年5月24日寧蒗5.8級(jí)地震的震中及其震源機(jī)制(震源機(jī)制結(jié)果來(lái)自https:∥www.globalcmt.org).棕色線段代表斷裂. F1，龍門(mén)山斷裂帶；F2,小江斷裂帶；F3，鮮水河斷裂帶；F4，紅河斷裂帶；F5，麗江—寧蒗斷裂帶.左下插圖表示印度板塊和青藏高原以及次級(jí)塊體及其相對(duì)于穩(wěn)定的西伯利亞地盾的運(yùn)動(dòng)速率(張培震等，2003a).Fig.1 Geographic map showing major faults (brown solid lines), seismicity (open grey circles) in 1999—2015, and seismic stations (triangles) in the Sichuan and Yunnan regionThe permanent stations of the provincial seismic networks and the reservoir seismic network are shown in solid red and orange triangles, respectively, while the temporal West Sichuan Seismic Array are indicated by open blue triangles. The two black stars represent the historic 1833 Songming M8 earthquake and the 2008 M8.0 Wenchuan earthquake. The black dots and the beach balls indicate the epicenter and the focal mechanism of the 12 May 2008 M8.0 Wenchuan earthquake, the 20 April 2013 M7.0 Lushan earthquake, the 22 November 2014 M6.3 Kangding earthquake, the 3 February 1996 M7.0 Lijiang earthquake, the 19 November 1998 M6.2 Ninglang earthquake, and the 24 May 2001 M5.8 Ninglang earthquake (Focal mechanisms from https:∥www.globalcmt.org). F1, Longmenshan fault zone; F2, Xiaojiang fault zone; F3, Xianshuihe fault zone; F4, Red River fault zone; F5, Lijiang-Ninglang fault zone. Bottom left inset shows the surface motion of the India plate and different blocks within the Tibetan Plateau relative to the stable Siberian craton (Zhang et al., 2003a).

本文系統(tǒng)匯總了近十多年來(lái)我們?cè)诖ǖ岬貐^(qū)陸續(xù)開(kāi)展的重復(fù)地震研究資料(李樂(lè)，2008；Li et al., 2009，2011，2017；李樂(lè)等，2008，2013，2015；Li, 2017；孫慶山和李樂(lè)，2020)，重建了川滇地區(qū)重復(fù)地震的時(shí)空分布和斷裂帶深部變形時(shí)空演化特征，在一定程度上彌補(bǔ)了淺表觀測(cè)資料探測(cè)斷裂帶深部變形的不足，提供了斷裂帶深部變形特征更多的量化約束信息，為判定川滇地區(qū)可能存在的閉鎖斷層段和地震危險(xiǎn)性評(píng)估提供了新的地震學(xué)研究結(jié)果.

1 資料和方法

1.1 資料

中國(guó)地震局于20世紀(jì)90年代末和2000年先后完成了云南和四川地震臺(tái)網(wǎng)的寬頻帶數(shù)字化改造(見(jiàn)圖1紅色三角所示臺(tái)站分布)，又經(jīng)過(guò)“十五計(jì)劃”期間(2007年完成)和汶川地震災(zāi)后重建的改建和擴(kuò)建，顯著改善了川滇地區(qū)的地震監(jiān)測(cè)能力.2006年10月到2009年7月在中國(guó)川西地區(qū)布設(shè)并運(yùn)行的川西臺(tái)陣是由297個(gè)密集流動(dòng)寬頻帶地震臺(tái)組成的，其臺(tái)站間距約20～30 km(見(jiàn)圖1空心三角所示臺(tái)站分布).自數(shù)字化改造以來(lái)的云南臺(tái)網(wǎng)(YSN)、四川臺(tái)網(wǎng)(SSN)和水庫(kù)臺(tái)網(wǎng)(RSN)以及研究區(qū)內(nèi)布設(shè)的密集流動(dòng)臺(tái)陣的數(shù)字波形資料，是我們開(kāi)展川滇地區(qū)重復(fù)地震研究的基礎(chǔ)資料.

1.2 重復(fù)地震識(shí)別

考慮到要盡可能保證所用資料的完整和質(zhì)量，在將不同格式(EVT 或者SEED)的原始波形資料統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為SAC格式的過(guò)程中，將臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)報(bào)告中識(shí)別的P波和S波的震相到時(shí)標(biāo)記到相應(yīng)的事件波形的頭段變量值中，同時(shí)人工補(bǔ)漏糾錯(cuò)修正波形震相到時(shí).然后將波形統(tǒng)一進(jìn)行預(yù)處理：進(jìn)行1～10 Hz 的帶通濾波，并采用在頻域補(bǔ)零的方法來(lái)獲取高的采樣率(亞采樣間隔0.3125 ms，以滿(mǎn)足相對(duì)到時(shí)拾取誤差<0.5 ms要求)，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)域內(nèi)插.基于相似地震的定義(如Li et al., 2011)，選取合適的全波段時(shí)間窗(P波前1 s至S波后5 s)進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算，挑選出至少有一個(gè)臺(tái)站波形互相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.8以上的相似地震序列,并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際臺(tái)站記錄條件以更高的相關(guān)系數(shù)閾值及不同臺(tái)站分布情況下的定位約束來(lái)辨識(shí)重復(fù)地震，即識(shí)別發(fā)生在同一斷層部位具有高度相似性的波形且破裂面積相互重疊的微小地震.在相對(duì)密集臺(tái)站記錄條件下(如Li et al., 2007，2011，2017；Li，2017)，通過(guò)相似地震的P波段和S波段的互相關(guān)延時(shí)估計(jì)來(lái)獲取S-P的相對(duì)到時(shí)差ΔtS-P，然后分別對(duì)每一組地震進(jìn)行多事件相對(duì)精定位來(lái)獲取每個(gè)地震的相對(duì)位置，通過(guò)計(jì)算每個(gè)地震的破裂面積，來(lái)挑選出破裂面積幾乎重疊的地震作為重復(fù)地震；另一方面，在稀疏臺(tái)站分布條件下，通過(guò)地震的相對(duì)位置Δx與S-P相對(duì)到時(shí)差ΔtS-P之間的定量關(guān)系來(lái)判定，采用在子采樣條件下ΔtS-P的閾值來(lái)約束地震相對(duì)位置從而確保震源破裂部位的相互重疊.我們提出的該分析流程成功地識(shí)別出了龍門(mén)山斷裂帶北川地區(qū)的重復(fù)地震(見(jiàn)Li et al., 2011)，并應(yīng)用到了小江斷裂帶和鮮水河斷裂帶南段以及紅河斷裂帶南段的重復(fù)地震識(shí)別研究(李樂(lè)等，2013，2015；孫慶山和李樂(lè)，2020).

1.3 斷層深部滑動(dòng)速率估算

基于重復(fù)地震的地震矩和重復(fù)間隔簡(jiǎn)單估算滑動(dòng)速率的方法是在唐山斷裂帶的重復(fù)地震研究(Li et al., 2007)中發(fā)展建立的.方法具體流程如下：首先在利用譜比法(Vidale et al.,1994)驗(yàn)證現(xiàn)有地震目錄中地震震級(jí)(近震震級(jí)ML)基本符合地震矩-震級(jí)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系前提下，可以采用地震矩-震級(jí)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系計(jì)算地震矩，并基于圓盤(pán)破裂斷層模型，在設(shè)置應(yīng)力降Δσ為常量的情況下，依據(jù)地震矩來(lái)估算破裂半徑r，同時(shí)基于地震矩的定義來(lái)計(jì)算滑動(dòng)量，最后通過(guò)線性擬合重復(fù)地震序列的累積滑動(dòng)量來(lái)確定重復(fù)地震發(fā)生深度處的斷層平均滑動(dòng)速率.

由重復(fù)地震估算的滑動(dòng)速率依賴(lài)于所選用的地震矩-震級(jí)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系和設(shè)定的地震應(yīng)力降.趙翠萍等(2011)獲取的中國(guó)大陸中小地震的地震矩M0和近震震級(jí)ML的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，其與全球其他區(qū)域的研究結(jié)果基本一致，換算系數(shù)都在1左右，因此我們認(rèn)為Abercrombie(1996)提出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式是適用于川滇地區(qū)的.川滇地區(qū)中小地震應(yīng)力降Δσ研究結(jié)果顯示：云南地區(qū)ML2.0～5.3地震的應(yīng)力降年均值基本介于2.30～5.05 MPa之間，而四川地區(qū)ML3.0～5.1的地震應(yīng)力降年均值分布在5.11～8.72 MPa之間(劉麗芳等，2010).鑒于目前我們?cè)谥袊?guó)大陸地區(qū)識(shí)別出的絕大部分重復(fù)地震震級(jí)在2.0以下，據(jù)此在云南和四川地區(qū)分別設(shè)定應(yīng)力降值為3 MPa和5 MPa.

2 斷裂帶深部變形特征

2.1 麗江—寧蒗斷裂帶

NE向的麗江—寧蒗斷裂、NW向的中甸斷裂和近NS向的程海斷裂在麗江—寧蒗地區(qū)相互切割交錯(cuò)，在這些大型共軛斷裂和區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的復(fù)合作用下，先后發(fā)生了1511年永勝西北的6級(jí)以上地震、1996年2月3日的麗江7.0級(jí)地震、1998年11月9日的寧蒗6.2級(jí)地震和2001年5月24日的寧蒗5.8級(jí)地震(見(jiàn)圖1).以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主的麗江—小金河斷裂將川滇菱形地塊分割成南、北2個(gè)次級(jí)活動(dòng)地塊，北部和南部地塊的運(yùn)動(dòng)速率分別為13 mm·a-1和9 mm·a-1(張培震等，2003a)，在川滇地塊整體向SSE方向的運(yùn)動(dòng)和順時(shí)針的旋轉(zhuǎn)(見(jiàn)圖1插圖)推擠過(guò)程中，麗江—小金河斷裂起到了屏蔽和吸收作用，中強(qiáng)地震頻繁發(fā)生.

利用云南數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)1999—2006年記錄的麗江—寧蒗斷裂及其周緣發(fā)生的2684次(ML0.1～5.8)地震事件波形，李樂(lè)等(2008)對(duì)其地震活動(dòng)性和深部滑動(dòng)速率進(jìn)行了初步研究.雙差重定位后的地震分布圖像展示了不同深度段的地震活動(dòng)顯著差異，結(jié)合地震活動(dòng)性參數(shù)b值分析，揭示了8～15 km深度可能處于應(yīng)力積累的閉鎖階段而導(dǎo)致的缺震現(xiàn)象.基于2組發(fā)生在脆-韌性轉(zhuǎn)換深度的重復(fù)地震，獲取了約23 km深處的滑動(dòng)速率分別為5.4±0.4 mm·a-1和4.3±0.9 mm·a-1，這與淺表地質(zhì)調(diào)查(沈軍等，2001)以及同時(shí)期的GPS觀測(cè)(Shen et al., 2005)獲得的結(jié)果相符.鑒于研究時(shí)段內(nèi)“九五”期間(1996—2000年)地震臺(tái)站分布以及重復(fù)地震識(shí)別方法的限制，將這一結(jié)果作為滑動(dòng)速率的最高估計(jì)(即滑動(dòng)速率的上限)更為客觀合理些.有關(guān)麗江—寧蒗斷裂帶不同深度、不同時(shí)間段的深部滑動(dòng)速率的分布特征，還有待于基于更多地震波形資料的分析論證.

2.2 小江斷裂帶

小江斷裂帶屬川滇菱形地塊的東邊界，是川滇地區(qū)典型的變形帶和強(qiáng)震活動(dòng)帶(宋方敏等，1998).1500年以來(lái)的資料記載表明，該斷裂帶至今曾發(fā)生6.0～6.9級(jí)地震11次，7.0～7.9級(jí)地震3次，8級(jí)地震1次(見(jiàn)圖1和圖2).斷裂活動(dòng)和地震活動(dòng)性綜合分析表明，位于川滇塊體東邊界的小江斷裂帶存在地震空區(qū)與潛在的強(qiáng)震危險(xiǎn)(Wen et al., 2008).

針對(duì)小江斷裂帶，李樂(lè)等(2013)收集并分析了1999—2011年云南數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)記錄的9488次0.1～5.2級(jí)地震波形，考慮到斷裂帶附近臺(tái)站分布較稀疏的情況，應(yīng)用子采樣條件下基于S-P相對(duì)到時(shí)差約束地震相對(duì)位置的方法，發(fā)現(xiàn)了小江斷裂帶周緣復(fù)發(fā)間隔存在差異變化的29組重復(fù)地震.基于重復(fù)地震的時(shí)空分布圖像，發(fā)現(xiàn)相鄰的背景地震和位置相近的重復(fù)地震活動(dòng)都有可能會(huì)影響重復(fù)地震的復(fù)發(fā)間隔，較大背景地震的發(fā)生是縮短其周緣重復(fù)地震的復(fù)發(fā)間隔的可能因素之一.

基于源于同一部位破裂的29組重復(fù)地震估算所得的斷層深部滑動(dòng)速率分布，展示了小江斷裂帶在不同段落、不同分支的深部變形的非均勻性(圖2)，在3.0～12.3 km深度的滑動(dòng)速率為1.6～10.1 mm·a-1，其估算誤差為0.1～1.4 mm·a-1.由重復(fù)地震得到的不同幾何分段的滑動(dòng)速率為：在南段深度5～10 km的范圍內(nèi)滑動(dòng)速率為2.9～6.2 mm·a-1；中段滑動(dòng)速率變化顯著，在3.0～12.3 km深度范圍內(nèi)滑動(dòng)速率為1.6～10.1 mm·a-1；中段東支的地震活動(dòng)弱且分散，僅由一組重復(fù)地震序列估算得出了1.7 mm·a-1滑動(dòng)速率.由重復(fù)地震給出的較高滑動(dòng)速率，切實(shí)體現(xiàn)了中段西支的小震密集活動(dòng)特性.

圖2 由29組重復(fù)地震估算的小江斷裂帶的滑動(dòng)速率分布圖(修改自李樂(lè)等，2013)不同顏色的圓圈代表不同深度的重復(fù)地震.十字的大小與滑動(dòng)速率值成正比，十字中心代表每一組重復(fù)地震的質(zhì)心位置.灰色圓點(diǎn)代表雙差重定位后的地震的位置.黑色空心五角星代表具有代表性的歷史強(qiáng)震事件.棕色線段代表斷裂.F1, 小江斷裂帶；F2，普渡河斷裂；F3，曲江斷裂.Fig.2 Map view of the slip rates along the Xiaojiang fault zone estimated from the 29 repeating earthquake sequences (modified from Li et al., 2013)Depth of these sequences is indicated by color circles. The size of the crosses is proportional to slip rate. The center of each cross shows the centroid of each sequence. Grey solid circles show the location of earthquakes relocated by the HypoDD method. Major historical earthquakes are indicated by black open stars. Brown solid lines indicate major faults. F1，Xiaojiang fault zone; F2, Puduhe fault; F3, Qujiang fault.

小江斷裂帶強(qiáng)震破裂段在不同孕震深度存在差異明顯的深部變形特征(圖2)，沿?cái)嗔褞谋钡侥喜煌瑥?qiáng)震破裂段的滑動(dòng)速率依次為：1733年?yáng)|川M73/4地震破裂段在約5 km深度存在10.1 mm·a-1的高滑動(dòng)速率，1833年嵩明M8地震破裂段在4～12 km深度存在2.7～8.9 mm·a-1的滑動(dòng)速率分布，1500年宜良M≥7地震破裂段在淺部3 km左右存在1.7 mm·a-1的低滑動(dòng)速率，1789年華寧M7地震和1970年通海地震7.8級(jí)地震破裂段在3～10 km深度范圍內(nèi)存在1.6～7.5 mm·a-1滑動(dòng)速率分布，1606年建水M63/4地震破裂段在孕震深度6.5 km處存在4.0 mm·a-1的較低滑動(dòng)速率.

2.3 紅河斷裂帶

滇西地區(qū)的紅河斷裂帶是一條經(jīng)歷了漫長(zhǎng)而復(fù)雜演化過(guò)程的構(gòu)造變形帶和大型走滑斷裂帶(Peltzer and Tapponnier，1988；鐘大賚等，1989).紅河斷裂帶的地震活動(dòng)總體表現(xiàn)為北強(qiáng)南弱，北段地震頻次高、強(qiáng)度大，1500年至今曾發(fā)生7次6.0～6.9級(jí)地震和2次7.0～7.9級(jí)地震，如1652年彌渡7級(jí)和1925年大理7級(jí)地震(見(jiàn)圖3)，而南段至少在近300年間沒(méi)有強(qiáng)震記錄，且小震活動(dòng)也比較稀少.

對(duì)地震分布相對(duì)密集的紅河斷裂帶北段及其附近區(qū)域，李樂(lè)(2008)、孫慶山和李樂(lè)(2020)陸續(xù)收集并分析了云南數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)記錄的1999—2015年8961次-0.5～5.8級(jí)地震的資料，通過(guò)全波段波形互相關(guān)分析，識(shí)別出互相關(guān)系數(shù)CC>0.8的788組相似地震.基于稀疏臺(tái)網(wǎng)條件下重復(fù)地震的辨識(shí)方法，篩選出研究區(qū)的23組復(fù)發(fā)間隔變化明顯的重復(fù)地震(圖3).重復(fù)地震的時(shí)空變化揭示了研究區(qū)深部斷層活動(dòng)的復(fù)雜性，與小江斷裂帶同樣存在著頻繁的背景地震活動(dòng)和相距較近的重復(fù)地震活動(dòng)對(duì)重復(fù)地震的復(fù)發(fā)進(jìn)程都有影響的現(xiàn)象.

圖3 基于23組重復(fù)地震估算得到的紅河斷裂帶北段及其周邊的滑動(dòng)速率分布圖(修改自孫慶山和李樂(lè)，2020)不同顏色的圓圈、十字、灰色圓點(diǎn)、棕色線段和黑色空心五角星同圖2.F1，紅河斷裂帶；F2，通甸—巍山斷裂；F3，龍?bào)础獑毯髷嗔?；F4，鶴慶—洱源斷裂； F5，程海斷裂.Fig.3 Map view of the slip rates along the northern segment of the Red River fault zone estimated from the 23 repeating earthquake sequences (modified from Sun and Li, 2020)The color circles, crosses，grey solid circles，brown solid lines and black open stars are the same as Fig.2. F1, Red River fault zone；F2, Tongdian-Weishan fault; F3, Longpan-Qiaohou fault; F4, Heqing-Eryuan fault; F5, Chenghai fault.

23組重復(fù)地震中分布在紅河斷裂帶北端以北的11組重復(fù)地震(圖3)，就地表位置而言偏離了紅河斷裂帶的范疇，由此獲取的地下4.7～23.4 km深度的0.9～6.8 mm·a-1滑動(dòng)速率更多地提供了與紅河斷裂帶北端相交的龍?bào)础獑毯髷嗔雅c鶴慶—洱源斷裂的深部活動(dòng)信息.由位于紅河斷裂帶北段附近的12組重復(fù)地震，獲取的6.0～13.4 km深度的滑動(dòng)速率為2.3～10.0 mm·a-1(圖3)，相對(duì)應(yīng)的估算誤差為0.3～1.3 mm·a-1.分布圖像顯示不同深度的滑動(dòng)速率存在差異，彌渡盆地附近6.6～8.8 km深處的7.2～10.0 mm·a-1高滑動(dòng)速率揭示了其斷層深部變形的活躍性，也印證了有研究(如，計(jì)鳳桔等，1997)認(rèn)為紅河斷裂帶現(xiàn)今活動(dòng)最活躍的區(qū)域位于大理和彌渡一帶的觀點(diǎn).圖3還表明：在多條斷裂共同作用的交匯區(qū)，可能存在較高的深部滑動(dòng)速率.在紅河斷裂帶中南段，因現(xiàn)今地震活動(dòng)很弱且僅有零星的固定地震臺(tái)站分布，開(kāi)展重復(fù)地震研究的條件不是很充分，借助中國(guó)地震科學(xué)臺(tái)陣探測(cè)一期的寬頻帶流動(dòng)地震臺(tái)觀測(cè)數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，也許能夠?qū)t河斷裂帶的深部滑動(dòng)速率提供更多的約束信息.

2.4 鮮水河斷裂帶

鮮水河斷裂位于青藏高原側(cè)向滑移構(gòu)造系統(tǒng)的東邊界，是現(xiàn)今構(gòu)造變形集中帶和強(qiáng)震活動(dòng)帶.鮮水河斷裂北段結(jié)構(gòu)較為單一，南段呈現(xiàn)出若干條分支斷層組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其中雅拉河斷層、色拉哈—康定斷層、折多塘斷層及磨西斷層等在空間展布上呈羽列排列，石棉附近的鮮水河斷裂帶南段則與安寧河斷裂帶和大涼山斷裂帶相接(張世民和謝富仁，2001).在瀘定附近，鮮水河斷裂帶南段與龍門(mén)山斷裂相交匯，是華南地塊、巴顏喀拉地塊、川滇地塊的交叉口(張培震等，2003a).位于南段康定到石棉之間的貢嘎山地區(qū)正處于川滇地塊北部邊界(鮮水河斷裂)和東部邊界(安寧河斷裂帶和大涼山斷裂帶)的轉(zhuǎn)折帶，也是川滇塊體內(nèi)橫向構(gòu)造帶(麗江—小金河斷裂)和邊界構(gòu)造帶(鮮水河斷裂帶和龍門(mén)山斷裂帶)的交匯區(qū).

在2014年康定6.3級(jí)地震發(fā)生前，李樂(lè)等(2015)整合分析了2000—2013年四川數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)、瀑布溝水庫(kù)臺(tái)網(wǎng)以及川西流動(dòng)臺(tái)陣記錄的9645次-0.3～5.0級(jí)地震資料，通過(guò)全波段的波形互相關(guān)分析，識(shí)別出635組相似地震，并基于稀疏臺(tái)網(wǎng)條件下重復(fù)地震的辨識(shí)方法，獲得了鮮水河斷裂帶南段周緣11組0.7～2.8級(jí)的重復(fù)地震.基于重復(fù)地震的震級(jí)和重復(fù)間隔估算所得3.0～18.7 km深度的滑動(dòng)速率分布范圍為3.0～10.2 mm·a-1(圖4)，平均值和中值分別為6.7 mm·a-1和6.4 mm·a-1，滑動(dòng)速率估算的誤差為0.3～4.3 mm·a-1.

由重復(fù)地震獲得的鮮水河斷裂帶南段的深部滑動(dòng)速率分布存在顯著的差異.歷史上曾發(fā)生過(guò)3次7級(jí)以上強(qiáng)震的康定—折多塘構(gòu)造區(qū)(見(jiàn)圖4)，其地下約7 km 處得到的8.3～9.7 mm·a-1的較高滑動(dòng)速率值，與該區(qū)域研究時(shí)段(2000—2013年)內(nèi)較弱的背景地震活動(dòng)(見(jiàn)圖4灰色圓點(diǎn)所示，無(wú)4.0級(jí)以上的地震發(fā)生)明顯不符，而2014年11月 22日發(fā)生的康定6.3級(jí)地震發(fā)生則很可能“協(xié)調(diào)”了該構(gòu)造區(qū)的震前深部滑動(dòng)速率高而背景地震活動(dòng)性弱的局面.由此也再次表明：要特別關(guān)注深部變形劇烈而地震活動(dòng)弱這樣反差明顯區(qū)域的潛在地震危險(xiǎn)性.在石棉強(qiáng)震三叉構(gòu)造區(qū)(張世民和謝富仁，2001)的西北側(cè)曾發(fā)生過(guò)1786年瀘定得綏7級(jí)地震，該石棉強(qiáng)震構(gòu)造區(qū)在研究時(shí)段內(nèi)小震較為活躍(見(jiàn)圖4)，位于石棉附近的2組重復(fù)地震展示了鮮水河斷裂帶最南端在5～14 km深度的滑動(dòng)速率為3.0～9.2 mm·a-1，約14 km深度呈現(xiàn)出9.2 mm·a-1的高滑動(dòng)速率，可能是“三叉構(gòu)造”共同活動(dòng)的結(jié)果.

圖4 由11組重復(fù)地震估算的鮮水河斷裂帶南段的滑動(dòng)速率分布圖(修改自李樂(lè)等，2015)沙灘球示意給出了2013年蘆山7.0級(jí)地震以及2014年11月22日康定6.3級(jí)地震的震中及其震源機(jī)制.不同顏色的圓圈、十字、灰色圓點(diǎn)、棕色線段和黑色空心五角星同圖2.Fig.4 Map view of the slip rates along the southern segment of the Xianshuihe fault zone estimated from the 11 repeating earthquake sequences (modified from Li et al., 2015)The beach balls indicate the focal mechanism of the 2013 M7.0 Lushan earthquake and the 22 November 2014 M6.3 Kangding earthquake. The color circles, crosses，grey solid circles, brown solid lines and black open stars are the same as Fig.2.

2.5 龍門(mén)山斷裂帶

龍門(mén)山斷裂帶地處青藏高原東部巴顏喀拉地塊與華南地塊的分界部位，是由龍門(mén)山后山斷裂(茂縣—汶川斷裂)、中央斷裂(映秀—北川斷裂)、山前斷裂(安縣—灌縣斷裂)和山前隱伏斷裂等組成的以逆沖為主兼具少量右旋走滑分量的推覆構(gòu)造帶(Burchfiel et al., 2008).2008年5月12汶川8.0級(jí)地震和2013年4月20日蘆山7.0級(jí)地震先后發(fā)生在龍門(mén)山斷裂帶的中北段和西南段，其中汶川地震是1976年唐山7.8級(jí)地震后中國(guó)大陸遭受的破壞性最強(qiáng)的一次大地震.汶川地震前，龍門(mén)山斷裂帶地震活動(dòng)較為平靜，尚無(wú)7級(jí)以上地震的史料記載，如圖5所示，僅有1657年汶川61/2級(jí)地震、1958年北川6.2級(jí)地震和1970年大邑6.2級(jí)地震3次6級(jí)以上強(qiáng)震發(fā)生的記載.對(duì)龍門(mén)山斷裂帶發(fā)生超強(qiáng)地震的潛在危險(xiǎn)性低估的重要依據(jù)之一是由地質(zhì)和GPS等淺表觀測(cè)給出的低滑動(dòng)速率(Zhang, 2013)，汶川8.0級(jí)巨震的突然發(fā)生對(duì)人們通常的“強(qiáng)震(尤其是8級(jí)巨震)發(fā)生在構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈地帶”的認(rèn)知提出了挑戰(zhàn).由淺表觀測(cè)得出的低滑動(dòng)速率并沒(méi)有真實(shí)地反映龍門(mén)山斷裂帶在強(qiáng)震前的深部變形行為，重復(fù)地震的分析研究(Li et al., 2011)為我們提供了“原位觀測(cè)”獲得的龍門(mén)山斷裂帶深部變形的時(shí)空演化特征.

圖5 由重復(fù)地震估算所得的龍門(mén)山斷裂帶的滑動(dòng)速率分布圖十字和棕色線段同圖2.藍(lán)色的十字代表汶川地震前的12組重復(fù)地震獲取的滑動(dòng)速率(Li et al., 2011)，紅色的十字代表龍門(mén)山斷裂帶南端的4組重復(fù)地震獲取的滑動(dòng)速率(李樂(lè)等，2015).黃色圓圈代表2008汶川8級(jí)地震和2013蘆山7級(jí)地震的余震分布.黑色圓點(diǎn)代表龍門(mén)山斷裂帶附近發(fā)生的具有代表性的6級(jí)以上的強(qiáng)震事件.沙灘球示意給出了2008汶川8級(jí)地震和2013蘆山7級(jí)地震震中及其震源機(jī)制.綠色空心三角代表四川臺(tái)網(wǎng)和水庫(kù)臺(tái)網(wǎng)的數(shù)字地震臺(tái)站.Fig.5 Map view of the slip rates estimated from the repeating earthquake sequences along the Longmenshan fault zoneThe crosses and brown solid lines are the same as Fig.2. The observed slip rates from 12 repeating earthquake sequences occurred before the Wenchuan main shock along the Longmenshan fault zone (Li et al., 2011)and 4 repeating earthquake sequences at the southernmost Longmenshan fault zone (Li et al., 2015) are shown in blue and red crosses, respectively. Yellow circles represent aftershocks of the 2008 M8.0 Wenchuan earthquake and the 2013 M 7.0 Lushan earthquake. Black dots indicate major historical strong earthquakes with M>6 that occurred along the Longmenshan fault zone. The beach balls indicate the focal mechanism of the 2008 M 8.0 Wenchuan earthquake and the 2013 M7.0 Lushan earthquake. The stations of the Sichuan seismic network and the reservoir seismic network are shown in open green triangles.

汶川地震后，Li等(2011)收集了2000年5月至汶川地震前(2008年4月)四川地震臺(tái)網(wǎng)(SSN)和紫坪鋪水庫(kù)臺(tái)網(wǎng)(ZRSN)記錄的龍門(mén)山斷裂帶周緣的11171次地震(震級(jí)范圍為0.1～4.2)的資料，分別采用不同密度臺(tái)網(wǎng)條件下重復(fù)地震的識(shí)別方法，發(fā)現(xiàn)了汶川地震前的12組準(zhǔn)周期的重復(fù)地震(見(jiàn)圖5藍(lán)色五角星所示)，其中10組地震序列位于斷裂帶中北段，2組在南段.采用改進(jìn)的雙差法精定位后的重復(fù)地震的空間展布顯示出大部分重復(fù)地震位于2008年汶川地震同震大破裂閉鎖區(qū)的邊緣，由此揭示了重復(fù)地震活動(dòng)與未來(lái)破壞性大震(孕育強(qiáng)震的大凹凸體)在空間位置上的密切關(guān)系(圖6).利用蘆山主震后2個(gè)多月的連續(xù)波形資料，Li(2017)采用兩步法互相關(guān)分析(全波段互相關(guān)分析和滑動(dòng)窗互相關(guān)分析)，辨識(shí)并精定位給出位于孕震深處5～20 km蘆山主震破裂區(qū)周緣的3組重復(fù)地震，蘆山主震破裂區(qū)周緣發(fā)育重復(fù)地震的研究實(shí)例再次展示了同震滑動(dòng)和重復(fù)地震的空間相關(guān)性是確切無(wú)疑的表征.

圖6 汶川地震的同震滑動(dòng)分布與利用重復(fù)地震估算所得的滑動(dòng)速率(Li et al., 2011)對(duì)比圖(修改自陳棋福和李樂(lè)，2018)十字同圖2.各圖右邊色標(biāo)表示相應(yīng)滑動(dòng)量的大小.Fig.6 Comparison of estimated slip rates (Li et al., 2011) and different slip models of the Wenchuan earthquake (modified from Chen and Li, 2018)The crosses are the same as Fig.2. The color scale of slip amplitude is given on the right side of the map.

基于識(shí)別出的12組重復(fù)地震，估算得到龍門(mén)山斷裂帶在汶川地震前4～18 km深度范圍的滑動(dòng)速率為3.5～9.6 mm·a-1(Li et al., 2011)，滑動(dòng)速率估算誤差為0.2～2.2 mm·a-1，且深淺部滑動(dòng)速率存在明顯差異，滑動(dòng)速率的最高值出現(xiàn)在地下13～18 km深度處.由重復(fù)地震獲取的深部滑動(dòng)速率約為GPS和地質(zhì)等淺表觀測(cè)得出的滑動(dòng)速率值的2～3倍(圖6)，揭示出汶川地震孕震閉鎖區(qū)在震前存在著構(gòu)造活動(dòng)的深淺差異，為汶川地震發(fā)震機(jī)理研究提供了深部變形依據(jù).陳棋福等(2015)的黏彈性有限元模擬研究驗(yàn)證了重復(fù)地震揭示的深淺變形差異結(jié)果，即龍門(mén)山斷裂帶深部的滑動(dòng)速率大于淺表，斷裂帶5～19 km深度是高應(yīng)力聚集成核區(qū).

為進(jìn)一步追蹤所識(shí)別的重復(fù)地震在汶川主震后的復(fù)發(fā)進(jìn)程，我們以汶川震前發(fā)生的12組重復(fù)地震作為參考波形模板，利用模板匹配法(Gibbons and Ringdal, 2006)分析了汶川震后四川臺(tái)網(wǎng)記錄的連續(xù)波形資料.對(duì)位于龍門(mén)山斷裂帶北、中、南段的ZJG、YZP和MDS三個(gè)臺(tái)站(見(jiàn)圖5綠色三角所示)記錄的2008—2013年連續(xù)波形資料，進(jìn)行滑動(dòng)窗互相關(guān)分析來(lái)追蹤汶川地震后的重復(fù)地震成員.模板匹配波形掃描結(jié)果顯示：位于汶川主震破裂區(qū)10組重復(fù)地震(S03～S12)以及1組位于汶川和蘆山強(qiáng)震破裂空區(qū)的重復(fù)地震S02在震后都未發(fā)現(xiàn)新的成員(即復(fù)發(fā)進(jìn)程中斷)，而位于龍門(mén)山斷裂帶最南端由7個(gè)地震組成的重復(fù)地震序列S01e在汶川地震后持續(xù)復(fù)發(fā)，發(fā)展成由12個(gè)地震組成的重復(fù)地震序列S01f，其時(shí)間跨越了汶川主震發(fā)生的2008年5月12日延續(xù)到2010年，持續(xù)時(shí)間由6.41年(S01e)增至9.19年(S01f).基于重復(fù)地震序列S01獲取的地下約8.4 km處滑動(dòng)速率由汶川地震前的3.9±0.6 mm·a-1變?yōu)?.8±0.4mm·a-1，不能排除該區(qū)段在汶川地震后存在深部變形加劇的可能.

基于李樂(lè)等(2015)在龍門(mén)山斷裂帶南端發(fā)現(xiàn)的4組相對(duì)密集分布的重復(fù)地震(S01f、S13、S14、S15)(如圖5紅色十字所示)，獲取的3.6～18.7 km深度的滑動(dòng)速率為5.8～10.2 mm·a-1(估算誤差為0.4～0.9 mm·a-1，見(jiàn)表1)，在一定程度上揭示了該區(qū)段斷層的深部運(yùn)動(dòng)較為活躍.陳運(yùn)泰等(2013)認(rèn)為蘆山地震的發(fā)生并沒(méi)有顯著的緩解龍門(mén)山斷裂帶西南段的地震危險(xiǎn)性，并指出其南端存在發(fā)生7級(jí)強(qiáng)震的潛在危險(xiǎn)性，我們前述的重復(fù)地震分析得出的深部變形較強(qiáng)的量化指示，似乎呼應(yīng)了陳運(yùn)泰等(2013)的分析結(jié)論.

仔細(xì)剖析龍門(mén)山斷裂帶中北段檢測(cè)到的10組重復(fù)地震，發(fā)現(xiàn)汶川附近14～16 km深度的S06和S07這2組重復(fù)地震與北川附近4.3～9.5 km深度的3組重復(fù)地震(S10、S11、S12)，在2006年前后出現(xiàn)了不同程度的滑動(dòng)加速變化的跡象(見(jiàn)圖7a和7c加粗部分)，甚至在斷裂帶南端發(fā)現(xiàn)的S01和S13這2組重復(fù)地震分別在2006年和2007年開(kāi)始都出現(xiàn)了明顯的深部加速滑動(dòng)(見(jiàn)圖7d加粗部分)，與已有研究(趙祎喆等，2008)觀察到自2006年初至汶川地震前小震活動(dòng)的類(lèi)似于指數(shù)上升的明顯變化趨勢(shì)較為相符.我們的結(jié)果表明：汶川地震臨震階段，在龍門(mén)山斷裂帶中北段(主震震源區(qū))和南端(非震源區(qū))都出現(xiàn)了深部滑動(dòng)加速的特征(“加速協(xié)同化”)，似乎印證了震源得以錯(cuò)動(dòng)需要發(fā)震斷層的整體協(xié)調(diào)觀點(diǎn)(馬瑾等，2012).繼續(xù)觀察2組在時(shí)間跨度上皆經(jīng)歷2008年汶川地震和2013年蘆山地震的重復(fù)地震序列S13(深度3.6 km)和S15 (深度18.7 km)，尤其是S15在2012年前后也出現(xiàn)了深部滑動(dòng)速率加速變化的特征(見(jiàn)圖7d加粗部分).對(duì)汶川地震和蘆山地震前出現(xiàn)的明顯深部加速變形過(guò)程，初步推測(cè)與震前亞失穩(wěn)階段由能量累積到能量釋放轉(zhuǎn)換的表現(xiàn)形式有關(guān)(王凱英等，2018).

圖7 龍門(mén)山斷裂帶檢測(cè)到15組重復(fù)地震序列的時(shí)間-滑動(dòng)量累積圖Fig.7 Cumulative slip calculated from the 15 repeating earthquakes sequences along the Longmenshan fault zone

表1 龍門(mén)山斷裂帶識(shí)別出的重復(fù)地震序列Table 1 Repeating earthquake sequences identified along the Longmenshan fault zone

3 討論

3.1 川滇地區(qū)斷裂帶協(xié)同變形特征

綜上所述，通過(guò)波形資料分析辨識(shí)了川滇地區(qū)的76組不同深度的重復(fù)地震(圖8和附表1)，震源深度分布為3.0～23.7 km，震級(jí)分布ML0.6～2.8，共計(jì)478次地震.如圖8所示，基于重復(fù)地震獲取的川滇地區(qū)主要斷裂帶深部滑動(dòng)速率研究結(jié)果表明：麗江—寧蒗斷裂帶在脆韌轉(zhuǎn)換帶約23 km處的滑動(dòng)速率為4.3～5.4 mm·a-1(李樂(lè)等，2008)，小江斷裂帶3～12 km孕震深處的滑動(dòng)速率為1.6～10.1 mm·a-1(李樂(lè)等，2013)，紅河斷裂帶北段在6.0～13.4 km深處的滑動(dòng)速率為2.3～10.0 mm·a-1(孫慶山和李樂(lè)，2020)，鮮水河斷裂帶南段3.0～18.7 km深處的滑動(dòng)速率為3.0～10.2 mm·a-1(李樂(lè)等，2015)，龍門(mén)山斷裂帶在約4.0～17.3 km的汶川8.0級(jí)地震孕震深處的滑動(dòng)速率為3.5～9.6 mm·a-1(Li et al., 2011)，龍門(mén)山斷裂帶南端在3.6～18.7 km深度滑動(dòng)速率為5.8～10.2 mm·a-1.由觀測(cè)資料分析顯示中國(guó)大陸大多數(shù)活動(dòng)斷裂的GPS滑動(dòng)速率都在10 mm·a-1之下(張培震等，2003b)，這與重復(fù)地震所獲取的斷層滑動(dòng)速率在運(yùn)動(dòng)量上是大體一致的.由重復(fù)地震展示的各個(gè)斷裂帶深部滑移的差異變化，很好地體現(xiàn)了斷裂帶的非均一的滑動(dòng)特性.由量化的對(duì)比可見(jiàn)：龍門(mén)山斷裂帶的深部變形速率與其鄰近的鮮水河斷裂帶南段和小江斷裂帶基本相當(dāng)，表明龍門(mén)山斷裂帶(巴顏喀拉地塊東邊界)、鮮水河斷裂帶南段(巴顏喀拉地塊的南邊界和川滇塊體東邊界)、小江斷裂帶(川滇地塊東邊界)和紅河斷裂帶北段(川滇地塊西南邊界)等邊界斷裂帶深部變形的定量化結(jié)果是比較一致的，展示了川滇菱形地塊和巴顏喀拉地塊的現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定且具有繼承性，與邊界斷裂帶深部變形速率相互協(xié)調(diào)，揭示了其整體協(xié)同變形特征(張培震等，2003a，b；劉峽等，2016).

圖8 由76組重復(fù)地震估算的川滇地區(qū)的滑動(dòng)速率分布圖不同顏色的圓圈、十字和棕色線段同圖2. F1，龍門(mén)山斷裂帶；F2,小江斷裂帶；F3，鮮水河斷裂帶；F4，紅河斷裂帶；F5，麗江—寧蒗斷裂帶.Fig.8 Map view of the slip rates estimated from the 76 repeating earthquake sequences in the Sichuan and Yunnan regionThe color circles, crosses and brown solid lines are the same as Fig.2. F1, Longmenshan fault zone; F2, Xiaojiang fault zone; F3, Xianshuihe fault zone; F4, Red River fault zone; F5, Lijiang-Ninglang fault zone.

3.2 重復(fù)地震和孕震閉鎖區(qū)

通常反演所得的強(qiáng)震同震高滑動(dòng)區(qū)(同震破裂滑動(dòng)集中區(qū))被解釋為斷層上具有高應(yīng)力積累的凹凸體，這些被稱(chēng)為凹凸體的同震大滑動(dòng)區(qū)在孕震期間處于閉鎖狀態(tài)，而凹凸體周?chē)鷦t為相對(duì)較弱的蠕滑區(qū)，在強(qiáng)震孕育期間處于明顯的蠕滑狀態(tài)(Igarashi et al., 2003)，弱的蠕滑區(qū)中一些較小的凹凸體重復(fù)破裂形成重復(fù)微震(重復(fù)地震)(見(jiàn)圖9a；Uchida and Bürgmann，2019).Igarashi等(2003)指出孕育或發(fā)生過(guò)強(qiáng)震的大凹凸體周緣處于弱耦合狀態(tài)，其周緣存在的一些孤立的小凹凸體在周?chē)橘|(zhì)蠕滑作用下易于發(fā)生重復(fù)微震(圖9a)，也表明了重復(fù)微震與孕育強(qiáng)震的大凹凸體具有密切的空間相關(guān)性.川滇塊體東邊界斷裂帶及龍門(mén)山斷裂帶的重復(fù)地震震中位置(圖8)與易桂喜等(2008，2011)的相關(guān)區(qū)域b值研究結(jié)果中高b值或相對(duì)偏高的b值區(qū)具有很好的空間一致性.重復(fù)地震大都出現(xiàn)在高b值區(qū)(如Li et al., 2011)的觀測(cè)事實(shí)也表明：重復(fù)地震發(fā)生在斷層強(qiáng)度相對(duì)較弱部位，因高b值意味著小地震多發(fā)，小地震多發(fā)的斷層部位不易積累大的應(yīng)變能.斷裂帶閉鎖區(qū)(凹凸體)比蠕變區(qū)的剪切強(qiáng)度要高，因而導(dǎo)致了閉鎖區(qū)的高應(yīng)力和低b值與蠕變區(qū)的低應(yīng)力和高b值，這一特征證實(shí)了重復(fù)地震傾向于發(fā)生在斷裂帶上孕育強(qiáng)震的大凹凸體邊緣的觀測(cè)事實(shí).1984年Morgan Hill 6.2級(jí)地震、2011年汶川8.0級(jí)地震和2013年蘆山7.0級(jí)地震等同震破裂區(qū)周緣發(fā)育的重復(fù)地震都確切地驗(yàn)證了上述觀點(diǎn)(Templeton et al., 2009；Li et al., 2011；Dominguez et al., 2016；Li，2017).重復(fù)地震的空間分布可為未來(lái)的大震破裂區(qū)提供一定的約束，展示了利用重復(fù)地震的空間分布勾畫(huà)強(qiáng)震潛在閉鎖區(qū)的可能性.

3.3 基于重復(fù)地震的深部變形時(shí)空演化特征與潛在的強(qiáng)震

地震活動(dòng)是斷裂變形活動(dòng)的最直接體現(xiàn)，精定位的震源深度則反映了斷裂深部發(fā)生地震滑動(dòng)的起始位置.由重復(fù)地震獲取的不同深度的滑動(dòng)速率展布特征提供了斷裂深部的變形信息.Li等(2011)在龍門(mén)山斷裂帶觀測(cè)到的汶川大震前深淺滑動(dòng)速率差異變化的現(xiàn)象，在板緣斷裂帶的重復(fù)地震研究中也有展示.Nadeau和McEvilly(1999)利用重復(fù)地震成功地獲取了美國(guó)San Andreas斷層Parkfield地區(qū)地下的斷層滑動(dòng)速率深淺差異分布圖像，而在重復(fù)地震不發(fā)育的區(qū)域(即斷層閉鎖區(qū))發(fā)生了2004年6.0級(jí)地震.Igarashi等(2003)基于重復(fù)地震分析得到的日本俯沖帶深部的滑動(dòng)速率與淺部差異顯著，而2011年日本東北近海MW9.0地震則就發(fā)生在重復(fù)地震所揭示的深淺滑動(dòng)速率差異顯著的滑動(dòng)虧損區(qū)(陳棋福和李樂(lè)，2018).加拿大北部海域2012年MW7.8 Haida Gwaii地震相關(guān)的重復(fù)地震研究獲取的滑動(dòng)速率分布，也展示了明顯的震前滑動(dòng)虧損(Hayward and Bostock，2017).

隨著重復(fù)地震研究的深入，越來(lái)越多的研究實(shí)例展示了基于重復(fù)地震獲取的斷層滑動(dòng)速率隨時(shí)間的演化特征對(duì)未來(lái)大地震特別是臨震前的特有指示信息(Kato and Ben-Zion，2020).在板緣地震如美國(guó)加州1989年M7.1 Loma Prieta地震(Nadeau and McEvilly, 2004；Turner et al., 2013)和智利西北部海域2014年MW8.2 Iqique地震(Kato et al., 2016)與日本的北海道2003年M8.0 Tokachi-oki地震(Uchida et al., 2009)和東北近海2011年MW9.0 Tohoku-oki地震(Uchida et al.,2016)，以及發(fā)生在中國(guó)大陸的2008年汶川M8.0地震和2013年蘆山M7.0地震(圖7)，重復(fù)地震序列都出現(xiàn)了震前1～2年或臨震前的深部滑動(dòng)速率加速變化特征.

如圖9所示，斷裂帶局部閉鎖部位或滑動(dòng)虧損區(qū)(圖9a)很可能處于與強(qiáng)震孕育有關(guān)的應(yīng)變能積累閉鎖階段，表現(xiàn)為淺部的滑動(dòng)相對(duì)較弱，而其周緣發(fā)生的重復(fù)地震(圖9b)則可能體現(xiàn)了閉鎖區(qū)深部的區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)處于定?；顒?dòng)狀態(tài)或強(qiáng)震前的非線性變形階段，由此深淺部的重復(fù)地震所釋放出的累積滑動(dòng)量存在顯著差異(圖9b).這種臨震前深部變形隨時(shí)間加速變化的現(xiàn)象很可能是進(jìn)入強(qiáng)震成核階段(Kato et al., 2016；Kato and Ben-Zion, 2020)或是斷層亞失穩(wěn)階段的具體表征(馬瑾，2016).圖7展示的汶川地震前震源斷層及其附近區(qū)域存在幾乎同步的加速變形過(guò)程，推測(cè)與震前亞失穩(wěn)應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)(王凱英等，2018).

圖9 板內(nèi)強(qiáng)震孕育發(fā)生的變形模式(修改自陳棋福等，2020)(a)強(qiáng)震閉鎖區(qū)及其周?chē)貜?fù)地震發(fā)生部位的示意圖(修改自Uchida and Bürgmann，2019)，在周?chē)浠瑓^(qū)的作用下發(fā)生重復(fù)破裂形成重復(fù)地震，圖上方展示了地震臺(tái)站記錄到的重復(fù)地震的相似波形.(b)利用重復(fù)地震獲得的強(qiáng)震發(fā)生(粗黑豎線)前后深部和淺部累積滑動(dòng)量(藍(lán)色和紅色實(shí)線)，深部的滑動(dòng)速率(藍(lán)色和紅色虛線)在強(qiáng)震前后存在明顯變化， 淺部的滑動(dòng)速率(紅點(diǎn)線)與由淺表觀測(cè)獲取的長(zhǎng)期滑動(dòng)速率基本一致.Fig.9 A schematic model of asperities and their accumulated slips of a strong intraplate earthquake (modified from Chen et al., 2020)(a) A schematic diagram showing the distribution of small repeating earthquakes surrounding an asperity of major earthquake (modified from Uchida and Bürgmann, 2019). The repeating earthquakes produce similar waveforms when observed by the same station because the rupture patch is repeatedly loaded by creep in the surrounding area. (b) The accumulated slips of repeating earthquakes in the deep and shallow parts before and after a major earthquake (vertical line in black) were shown in solid lines in blue and red respectively. The slip rate inferred from deep repeating earthquakes (dashed lines in blue and red) exhibits significantly variation before and after the major earthquake, and the slip rate in the shallow part dotted lines in red is consistent with the long-term slip rate estimated from surface observations.

4 總結(jié)與展望

本文系統(tǒng)分析了川滇地區(qū)主要斷裂帶深部變形的重復(fù)地震研究結(jié)果，得到如下一些認(rèn)識(shí)和啟示：

(1)基于重復(fù)地震獲取的川滇地區(qū)主要邊界斷裂帶的深部變形定量化結(jié)果比較一致，揭示了川滇地塊和巴顏喀拉地塊整體協(xié)同變形的特征.

(2)小江斷裂帶和鮮水河斷裂帶南段不同深度的滑動(dòng)速率分布圖像展示了不同破裂分段區(qū)和不同強(qiáng)震破裂區(qū)的深部變形存在差異.

(3)震前在汶川主震破裂區(qū)和震后蘆山主震震源區(qū)周緣發(fā)育的重復(fù)微震，揭示了重復(fù)微震與斷裂帶局部閉鎖段在空間位置上存在密切關(guān)聯(lián)性.

(4)基于重復(fù)地震獲取的龍門(mén)山斷裂帶深部滑動(dòng)速率高于淺部，揭示了汶川主震前孕震閉鎖區(qū)存在深淺部構(gòu)造變形差異，震前1～2年出現(xiàn)的深部滑動(dòng)速率加速現(xiàn)象可能是斷層亞失穩(wěn)階段的表征.

通常，地表地質(zhì)調(diào)查和GNSS、InSAR、地表形變測(cè)量是探測(cè)斷層地表變形的直接手段，并具有相當(dāng)高的精度.但對(duì)于隱伏斷層、構(gòu)造復(fù)雜區(qū)、特別是深淺部構(gòu)造變形差異顯著地區(qū)的調(diào)查，上述手段具有局限性和不確定性(如Evans, 2018).在深淺部構(gòu)造變形差異明顯的地區(qū)，可能因淺部低變形速率而低估其潛在的強(qiáng)震危險(xiǎn)性(陳棋福和李樂(lè)，2018).重復(fù)發(fā)生在同一構(gòu)造部位并具有高度相似波形的重復(fù)地震(重復(fù)微震)作為天然的“孕震應(yīng)變計(jì)”，是探測(cè)斷裂帶深部變形的強(qiáng)有力途徑.但作為一種被動(dòng)觀測(cè)，不可避免地受限于地震臺(tái)站分布和重復(fù)地震發(fā)生時(shí)間的不確定性和完整性等方面的影響.目前，我國(guó)大陸內(nèi)部許多地區(qū)的深部構(gòu)造變形探測(cè)還囿于現(xiàn)階段由淺表觀測(cè)資料來(lái)進(jìn)行推斷，未來(lái)應(yīng)充分發(fā)揮重復(fù)微震的原位觀測(cè)優(yōu)勢(shì)，集成大地測(cè)量學(xué)和地質(zhì)地貌學(xué)等多學(xué)科進(jìn)行更有效的深部變形探測(cè)分析，對(duì)活動(dòng)斷裂帶深淺部構(gòu)造變形差異顯著區(qū)段以及強(qiáng)構(gòu)造背景下的弱變形區(qū)(如閉鎖區(qū)和滑動(dòng)虧損區(qū))的潛在強(qiáng)震危險(xiǎn)性要特別關(guān)注.

此外，為能夠與大地測(cè)量和地質(zhì)等淺表觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行更為有效的綜合分析，嘗試獲取重復(fù)微震的震源機(jī)制解，參考重復(fù)地震的破裂節(jié)面或可能確定的破裂方向來(lái)約束由重復(fù)微震所估算的滑動(dòng)速率標(biāo)量的滑動(dòng)方向，是今后值得深入研究的發(fā)展方向.

致謝謹(jǐn)此祝賀陳颙先生從事地球物理教學(xué)科研工作60周年.感謝三位評(píng)審專(zhuān)家對(duì)完善本文提出的具有建設(shè)性的意見(jiàn)和建議.四川數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)和云南數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)提供了區(qū)域固定臺(tái)站和水庫(kù)臺(tái)站波形資料及地震觀測(cè)報(bào)告和目錄，中國(guó)地震局地球物理研究所“地震科學(xué)探測(cè)臺(tái)陣數(shù)據(jù)中心”提供了川西流動(dòng)臺(tái)陣地震波形數(shù)據(jù)，本文圖件基本采用GMT繪制(Wessel and Smith，1998)，在此一并表示感謝.

附表1 川滇地區(qū)主要斷裂帶重復(fù)地震序列Appendix Table 1 Repeating earthquake sequences identified along the major faults in the Sichuan-Yunnan region

續(xù)附表1

續(xù)附表1