賈 鵬，張 希，張曉亮，蔣鋒云

（中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心，陜西西安 710054）

汶川地震前后川滇及其鄰區(qū)GPS水平運(yùn)動(dòng)演化特征①

賈 鵬，張 希，張曉亮，蔣鋒云

（中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心，陜西西安 710054）

利用川滇及其鄰區(qū)2004－2007年、2007－2009年GPS水平運(yùn)動(dòng)觀測(cè)資料，對(duì)汶川地震前、震時(shí)與震后地殼運(yùn)動(dòng)及主要活動(dòng)斷裂帶構(gòu)造變形演化特征、汶川地震可能的同震與震后影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：2007－2009年汶川震區(qū)呈現(xiàn)出顯著的右旋逆沖同震變形；大震在一定程度上對(duì)甘川交界及其北側(cè)的西秦嶺構(gòu)造區(qū)、安寧河—?jiǎng)t木河斷裂的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有所促進(jìn)；對(duì)鮮水河斷裂構(gòu)造運(yùn)動(dòng)總體反映調(diào)整影響但對(duì)其南段可能有促進(jìn)作用。

川滇及其鄰區(qū)；汶川地震；GPS；水平運(yùn)動(dòng)；構(gòu)造變形

Abstract：Based on the horizontal velocity data observed by GPS during 2004－2007and 2007－2009，before and after the Wenchuan earthquake，in Sichuan－Yunnan region and adjacent area，the tectonic deformation evolution features of the crust and main active fault belts，and possible influence from the Wenchuan great earthquake，are analyzed．The result shows that the Wenchuan earthquake area showed obvious co－seismic thrust and dextral deformation during the period of 2007－2009．The earthquake，in a certain extent，promoted tectonic movements in Gansu－Sichuan boundary area，as well as West Qinling Mountain area and Anninghe－Zemuhe faults．Meanwhile，impacted tectonic movement on Xianshuihe fault with adjustment overall but may increase the southern section of it．

Key words：Sichuan－Yunnan region and its adjacent area；The Wenchuan earthquake；GPS；Horizontal movement；Tectonic deformation

0 引言

GPS觀測(cè)技術(shù)作為空間測(cè)地技術(shù)中最有效、最廣泛、最直接和便捷的技術(shù)應(yīng)用之一，為高精度測(cè)量地殼運(yùn)動(dòng)提供了廣泛的研究前景。2008年5月12日發(fā)生在四川省汶川縣的8．0級(jí)特大地震是新中國(guó)成立以來(lái)破壞性最強(qiáng)、波及范圍最大的一次地震。本文目的是通過(guò)GPS觀測(cè)技術(shù)對(duì)震區(qū)及其周?chē)恼鹎?、震時(shí)與震后地殼水平運(yùn)動(dòng)演化特征進(jìn)行對(duì)比和探討。方法是利用中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)項(xiàng)目所得GPS資料，用GIMIT／GLOBK軟件進(jìn)行統(tǒng)一處理，研究2004－2007年、2007－2009年，即汶川大震前、震時(shí)與震后該區(qū)域的相對(duì)歐亞板塊水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)；借助最小二乘配置擬合與應(yīng)變－位移偏導(dǎo)關(guān)系［1－2］獲取視應(yīng)變場(chǎng)，計(jì)算斷層相對(duì)運(yùn)動(dòng)量，分析汶川地震前、震時(shí)與震后該區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)與活動(dòng)斷裂構(gòu)造變形演化特征、以及汶川地震的可能影響。

1 構(gòu)造活動(dòng)背景

作為青藏塊體東部大型邊界地帶，川滇及其北東緣附近的甘川陜交界區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，以固關(guān)－功縣、秦嶺北麓斷裂為北東界；瀨滄—勐遮斷裂為西南界；阿尼瑪卿與玉樹(shù)斷裂東段、怒江斷裂與金沙江斷裂等為西界；小江斷裂與龍門(mén)山斷裂等為東界。區(qū)內(nèi)自北向南還發(fā)育有禮縣—羅家堡斷裂（屬西秦嶺構(gòu)造）、鮮水河斷裂、安寧河—?jiǎng)t木河斷裂、紅河斷裂與程海斷裂等［3－4］（圖1）。汶川8．0級(jí)地震就發(fā)生在該區(qū)內(nèi)的龍門(mén)山斷裂上，對(duì)該區(qū)活動(dòng)斷裂帶構(gòu)造變形與應(yīng)變積累可能有影響。

2 汶川地震前后研究區(qū)GPS水平運(yùn)動(dòng)與構(gòu)造變形演化特征

為了研究汶川地震前后地殼運(yùn)動(dòng)及活動(dòng)斷裂構(gòu)造變形的演化，本文將GPS觀測(cè)資料分為2004－2007年和2007－2009年兩個(gè)時(shí)段進(jìn)行分析。需要說(shuō)明的是：①兩時(shí)段GPS站點(diǎn)控制范圍略有不同，后一時(shí)段增加了2010年4月14日玉樹(shù)7．1級(jí)震區(qū)附近、小江斷裂以東共10余個(gè)站點(diǎn)；②文獻(xiàn)［5－6］對(duì)2007－2008年四川及其鄰區(qū)近一年的GPS水平運(yùn)動(dòng)結(jié)果進(jìn)行了分析，基本反映震區(qū)及其附近同震變形，但時(shí)間尺度不同、空間范圍則比本文小得多。

圖1 川滇及北東緣附近的甘川陜交界區(qū)主要構(gòu)造斷裂分布Fig．1 Distribution of main tectonic faults in Sichuan－Yunnan region and its adjacent Gansu－Sichuan－Shaanxi boundary area．

圖2 研究區(qū)GPS相對(duì)歐亞板塊水平運(yùn)動(dòng)矢量圖Fig．2 Vectors of horizontal movement related to Eurasia plate from GPS data in the research area．

考慮到兩時(shí)段監(jiān)測(cè)范圍有差異，基準(zhǔn)可能有偏差，如果扣除整體平移和旋轉(zhuǎn)、或者扣除歐拉旋轉(zhuǎn)矢量，反映出的結(jié)果未必具有可比性，故直接將統(tǒng)一計(jì)算處理（IGS站、約束參數(shù)等選取盡可能一致）后所得相對(duì)歐亞板塊水平運(yùn)動(dòng)矢量圖進(jìn)行對(duì)比（圖2）?？闯?，汶川震前的2004－2007年，整個(gè)測(cè)區(qū)以鮮水河斷裂為界，南強(qiáng)北弱特征明顯（有較密集觀測(cè)以來(lái)的1999－2001年、2001－2004年也基本如此［7］），而汶川震時(shí)與震后的2007－2009年，四川測(cè)區(qū)的大部分、甘川交界區(qū)（阿尼瑪卿斷裂延伸線至略陽(yáng)斷裂）附近、玉樹(shù)震區(qū)以東卻成為整個(gè)測(cè)區(qū)位移量較大的突出區(qū)域，與震前迥異，主要反映汶川大震同震與震后影響。其中玉樹(shù)震區(qū)上一時(shí)段無(wú)數(shù)據(jù)，不好比較。尤其汶川震區(qū)即龍門(mén)山斷裂帶呈現(xiàn)出較震前量值劇增的右旋逆沖同震變形，與汶川地震地質(zhì)調(diào)查結(jié)果［8－9］一致。而該次大震似乎對(duì)震區(qū)北側(cè)的甘川交界（指圖1中的阿尼瑪卿斷裂東端及延伸到達(dá)的略陽(yáng)斷裂）、南側(cè)的鮮水河—安寧河斷裂及其附近影響相對(duì)明顯。由于要想從長(zhǎng)周期（數(shù)年尺度）運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)中精確扣除大震同震（瞬態(tài)）位移場(chǎng)是很難的（究竟取多大量值、多大范圍？），目前能查到的文獻(xiàn)所用模型及震源參數(shù)都經(jīng)過(guò)不同程度的簡(jiǎn)化，故這里研究的汶川大震影響包含同震和震后一定時(shí)期的影響。

進(jìn)而，通過(guò)最小二乘配置及借助位移－應(yīng)變偏導(dǎo)關(guān)系［1－2］計(jì)算可獲得視應(yīng)變場(chǎng)，反映的是彈性均勻介質(zhì)假設(shè)下GPS站點(diǎn)間的相對(duì)差異運(yùn)動(dòng)，因而與所取基準(zhǔn)無(wú)關(guān)，也適用于震區(qū)反映發(fā)震斷裂兩側(cè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，即同震變形特征。2004－2007年川滇及甘川陜交界區(qū)視應(yīng)變場(chǎng)分布圖顯示（圖3），研究區(qū)內(nèi)鮮水河斷裂、安寧河—?jiǎng)t木河—小江斷裂以及紅河斷裂（自北向南）均呈現(xiàn)相對(duì)明顯的最大剪應(yīng)變率高值分布（9×10－8／a～10×10－8／a）；其次是滇西南的瀨滄－勐遮斷裂以西地區(qū)（7×10－8／a），甘川交界中段也達(dá)到6×10－8／a量級(jí)。面膨脹應(yīng)變壓性高值區(qū)或張、壓交替高梯度帶主要分布在龍門(mén)山斷裂區(qū)域、川滇菱形地塊東界、南界及滇南地區(qū)，最高張、壓變化梯度達(dá)－5×10－8／a～9×10－8／a；此外，本時(shí)段3個(gè)達(dá)到－5×10－8／a的面膨脹壓性應(yīng)變高值區(qū)之后一年內(nèi)均發(fā)生6級(jí)以上地震。2007－2009年（圖4）相對(duì)汶川震前的2004－2007年，震區(qū)及其周?chē)畲蠹魬?yīng)變與面膨脹應(yīng)變率值從以往的10－8／a量級(jí)升至10－6／a量級(jí)，增大數(shù)十甚至百倍，反映出汶川大震相當(dāng)顯著的同震形變，其中擠壓變形量相對(duì)剪切量高，逆沖特性更為明顯。而該次大震對(duì)其以北的甘川交界、固關(guān)—功縣斷裂及秦嶺北麓斷裂西南側(cè)的西秦嶺構(gòu)造區(qū)，以南的鮮水河斷裂尤其南段、安

圖3 2004－2007年研究區(qū)視應(yīng)變場(chǎng)分布圖Fig．3 Distribution of apparent strain field in the research area during 2004－2007．

圖4 2007－2009年研究區(qū)視應(yīng)變場(chǎng)分布圖Fig．4 Distribution of apparent strain field in the research area during 2007－2009．

寧河斷裂尤其北段及與龍門(mén)山斷裂、玉樹(shù)斷裂交匯區(qū)附近影響相對(duì)明顯。其中對(duì)2010年玉樹(shù)7．1級(jí)地震不排除促發(fā)或擾動(dòng)影響，本時(shí)段擠壓變化明顯，震中即位于壓性高值區(qū)內(nèi)，但因2004－2007年站點(diǎn)少，不太好比較。整體呈現(xiàn)最大剪應(yīng)變率相對(duì)高值區(qū)（基本呈增強(qiáng)態(tài)勢(shì)）及張、壓差異高梯度分布。從影響特性推測(cè)，對(duì)甘川交界至固關(guān)－功縣斷裂與秦嶺北麓斷裂西南側(cè)的西秦嶺構(gòu)造區(qū)、鮮水河斷裂南段及安寧河斷裂北段應(yīng)變積累可能有一定程度促進(jìn)影響（擠壓為主）；川滇交界東部（則木河斷裂及其附近）、滇東小江斷裂區(qū)剪切變形增強(qiáng)（12×10－8／a～13×10－8／a），張壓差異也比較明顯，大震影響可能相對(duì)滇西—滇西北地區(qū)顯著（滇西－滇西北地區(qū)兩時(shí)段應(yīng)變率量值差異不大、變化相對(duì)穩(wěn)定）。小江斷裂以東、較遠(yuǎn)的大范圍區(qū)域上一時(shí)段無(wú)資料，本時(shí)段剪切變形與張、壓差異均較為明顯。

3 汶川地震影響相對(duì)明顯的斷裂兩側(cè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)量計(jì)算

從圖4來(lái)看，甘川交界及其北側(cè)的西秦嶺構(gòu)造區(qū)汶川震時(shí)與震后的2007－2009年，相對(duì)震前剪切、擠壓變形顯著增強(qiáng)。而川滇地區(qū)可能反映汶川大震相對(duì)明顯影響的鮮水河、安寧河、則木河、小江斷裂張壓變化都存在，其特性沒(méi)有甘川交界及其北側(cè)的西秦嶺構(gòu)造區(qū)清晰。本文選取其兩側(cè)GPS站點(diǎn)，如鮮水河斷裂區(qū)取理塘—德巫斷裂與撫邊河斷裂間站點(diǎn)；安寧河斷裂區(qū)取理塘—德巫斷裂以東與蓮峰斷裂間站點(diǎn)；則木河斷裂區(qū)取兩側(cè)100km范圍內(nèi)站點(diǎn)；小江斷裂區(qū)取安寧河斷裂延伸線以東至小江斷裂以東100km范圍內(nèi)站點(diǎn)。計(jì)算其平行于斷裂走向和垂直于走向即法線方向的水平運(yùn)動(dòng)分量均值，進(jìn)而獲得沿?cái)鄬幼呦虻南鄬?duì)變化量與特性（左旋或右旋走滑）、法線方向的相對(duì)變化量及特性（拉張或擠壓），以汶川震時(shí)與震后的2007－2009年同震前的2004－2007年進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表1?？梢钥闯觯捍笳鹎昂髢蓚€(gè)時(shí)段4條斷裂的活動(dòng)特性并沒(méi)有改變，與構(gòu)造背景大體一致。2007－2009年相對(duì)2004－2007年，整個(gè)鮮水河斷裂左旋剪切大幅減弱，可能是不同段落不同的左、右旋走滑特性綜合后的結(jié)果；而拉張顯著增強(qiáng)，汶川大震可能以調(diào)整影響為主。安寧河斷裂左旋剪切變形略增、擠壓量值基本維持，大震的促進(jìn)影響可能存在、且主要表現(xiàn)在剪切分量上。則木河斷裂左旋、拉張均增強(qiáng)，可能包含汶川大震促進(jìn)影響。而小江斷裂左旋剪切變化增強(qiáng)而擠壓減弱，總體來(lái)看左旋剪切的增強(qiáng)量值更高，故也不排除包含汶川大震一定程度促進(jìn)影響的可能。

表1 由GPS觀測(cè)結(jié)果計(jì)算得到的斷裂兩側(cè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)量

4 結(jié)論

汶川震時(shí)及震后的2007－2009年，汶川震區(qū)呈現(xiàn)出顯著的右旋逆沖同震變形；大震對(duì)北面甘川交界及其北側(cè)的西秦嶺構(gòu)造區(qū)、南面鮮水河—安寧河－則木河斷裂及其附近影響相對(duì)明顯，以在一定程度上促進(jìn)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用為主，如安寧河－則木河斷裂、甘川交界及西秦嶺構(gòu)造區(qū)；對(duì)整個(gè)鮮水河斷裂反映調(diào)整為主的影響但對(duì)南段可能有促進(jìn)作用，與萬(wàn)永革等的庫(kù)侖應(yīng)力變化計(jì)算結(jié)果（對(duì)甘川交界及西秦嶺構(gòu)造區(qū)中東部、鮮水河斷裂南段、安寧河—?jiǎng)t木河斷裂促進(jìn)影響，對(duì)鮮水河斷裂北段減緩影響）［10］基本一致。對(duì)小江斷裂則不排除總體擾動(dòng)影響下局部段落促進(jìn)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響。

［1］ 張希，江在森．對(duì)華北GPS監(jiān)測(cè)區(qū)近期地殼應(yīng)變連續(xù)分布的估計(jì)［J］．地震學(xué)刊，1999，75（2）：58－62．

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Evolution Features of Crustal Horizontal Movement from GPS Observation in Sichuan－Yunnan Region and Its Adjacent Area before and after the Wenchuan Earthquake

JIA Peng，ZHANG Xi，ZHANG Xiao－liang，JIANG Feng－yun

（The Second Monitoring and Application Center，CEA，Xi′an 710054，China）

P315．725

A

1000－0844（2012）03－0264－04

10．3969／j．issn．1000－0844．2012．03．0264

2011－08－12

國(guó)家自然科學(xué)基金（40974005）

賈 鵬（1985－），男（回族），陜西西安人，第二監(jiān)測(cè)中心助理工程師、碩士，主要從事地殼形變研究與地震預(yù)報(bào)工作．