唐文清，張清志，劉宇平，潘忠習(xí)，李 軍，楊 成

(成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川 成都 610081)

2008年5月發(fā)生的四川汶川8.0級(jí)強(qiáng)烈地震波及我國大部分地區(qū)，造成了巨大破壞。隨著地震能量的釋放，區(qū)域地殼的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)平衡被打破。作為發(fā)震構(gòu)造的龍門山斷裂帶，地震錯(cuò)動(dòng)顯著、地表破裂長(zhǎng)，斷裂帶運(yùn)動(dòng)特征地震后發(fā)生明顯的改變。

GPS監(jiān)測(cè)能提供高精度、大范圍和實(shí)時(shí)的地殼運(yùn)動(dòng)定量數(shù)據(jù)，使得在短時(shí)間內(nèi)獲取現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)形變成為可能［1，2］。成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所在龍門山斷裂帶的GPS監(jiān)測(cè)起始于1991年，地震前進(jìn)行了多期觀測(cè)，積累了豐富的觀測(cè)數(shù)據(jù)。汶川地震后，借助于“青藏高原東緣地殼形變GPS監(jiān)測(cè)”項(xiàng)目，在龍門山斷裂帶增設(shè)了GPS監(jiān)測(cè)站，龍門山斷裂帶的監(jiān)測(cè)由斷裂帶細(xì)化到分段及次級(jí)斷裂。

通過對(duì)2009～2011年三期GPS測(cè)站監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)處理，得到了龍門山斷裂帶2009～2010年、2010～2011年、2009～2011年歐亞框架下區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)，反映了地震后龍門山斷裂帶活動(dòng)特征。同時(shí)通過橫穿龍門山斷裂帶前山斷裂、中央斷裂、后山斷裂剖面GPS測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度大小和方向變化的分析，具體探討地震后斷裂帶各分段及次級(jí)斷裂的運(yùn)動(dòng)特征，對(duì)震后龍門山斷裂帶的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形變特征及區(qū)域地球動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究，具有重要意義。

1 龍門山斷裂帶地質(zhì)背景

龍門山斷裂帶位于青藏高原東緣中部，地處青藏高原和四川盆地之間，是由一系列壓性、壓扭性斷裂及褶皺組成的逆沖斷裂帶［3］，控制著區(qū)域現(xiàn)代地形、地貌和地震活動(dòng)［4～6］。龍門山斷裂帶是活動(dòng)強(qiáng)烈的青藏塊體與活動(dòng)較弱的華南塊體擠壓拼接的交匯部位之一［7，8］，體現(xiàn)了青藏高原對(duì)華南地塊擠壓的構(gòu)造特征和四川盆地作為前陸盆地的演化過程［9，10］。龍門山斷裂帶同時(shí)也是我國南北地震帶的組成部分［11］，汶川地震發(fā)生在此斷裂。

圖1 龍門山斷裂帶構(gòu)造略圖Fig.1 Tectonic setting of the Longmenshan fault zone

龍門山斷裂帶南起瀘定、天全，與北西向的鮮水河斷裂相聚，沿四川盆地西緣呈北東-南西向延伸，經(jīng)寶興、都江堰、江油、廣元進(jìn)入陜西，與昆侖-秦嶺東西向構(gòu)造帶成斜角相交(圖1)。在橫向上分為西支、中央和東支3條斷裂。根據(jù)出露位置和形成時(shí)間順序，習(xí)慣上以主中央斷裂為界，將龍門山斷裂分為前山和后山斷裂，自西向東依次稱為后山斷裂、中央斷裂、前山斷裂。后山斷裂在地貌上處于龍門山的最高部位，占據(jù)了龍門山的主脊線，印支期以來為擠壓逆沖性質(zhì);中央斷裂位于后山與前山斷裂之間，在斷裂兩側(cè)發(fā)育一系列與之平行的次級(jí)斷層，剖面上呈疊瓦狀，顯示明顯的壓性特征;前山斷裂位于四川盆地西側(cè)，組合比較復(fù)雜，常呈斷續(xù)左行雁列，擠壓形變特征比較明顯，沉積盆地被逆掩于斷裂之下。各主干斷裂總體走向?yàn)镹E向，傾向北西;主干斷裂由多條次級(jí)斷裂組成，而次級(jí)斷裂又由若干更次級(jí)的斷裂構(gòu)成。龍門山斷裂在縱向上由幾個(gè)不同的段落組成，劃分為北、中、南三段。每一段包括大斷裂的次一級(jí)斷裂。龍門山斷裂北段指白龍江以北四川廣元至陜西勉縣、寧強(qiáng)一段。此段包括后山斷裂的青川-平武斷裂、中央斷裂的北川-廣元朝天驛斷裂、前山斷裂的馬角壩斷裂。龍門山斷裂中-南段，是龍門山極具構(gòu)造特色的部分，在次級(jí)斷裂中，以青川-茂汶斷裂、北川-保興斷裂、江油-灌縣斷裂規(guī)模較大。龍門山斷裂中段包括了后山斷裂的汶川-茂汶斷裂、中央斷裂的映秀-北川斷裂、前山斷裂的灌縣-江油斷裂;斷裂南段包括了龍門山后山斷裂的耿達(dá)-隴東斷裂、龍門山中央斷裂的鹽井-五龍斷裂、龍門山前山斷裂的南段大川-雙石斷裂。

龍門山斷裂帶歷史悠久且具有多期活動(dòng)［12］。擠壓運(yùn)動(dòng)始于晚三疊世，從侏羅紀(jì)到第四紀(jì)一直在活動(dòng)，主要斷裂現(xiàn)在仍在活動(dòng)。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為擠壓特征。地質(zhì)研究顯示，新生代和第四紀(jì)以來東北段活動(dòng)減弱，而龍門山斷裂中段和西南段晚第四紀(jì)以來仍在活動(dòng)。

2 水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)及測(cè)站速度剖面

汶川地震后，龍門山斷裂帶高精度GPS監(jiān)測(cè)已進(jìn)行了三期(2009、2010、2011年)。數(shù)據(jù)處理采用GAMIT/GLOBK軟件。首先，用GAMIT進(jìn)行單日解算，得到測(cè)站坐標(biāo)、位置軌道和地球定向參數(shù)等的松弛解;然后，用GLOBK進(jìn)行多時(shí)段綜合解算，以獲得GPS網(wǎng)平差結(jié)果，并計(jì)算重復(fù)度及評(píng)估數(shù)據(jù)質(zhì)量;最后，選定參考框架，得出歐亞框架下的測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度。測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)相對(duì)精度為10-8～10-9，絕對(duì)精度為mm/yr，能滿足地殼運(yùn)動(dòng)形變研究的需要。通過計(jì)算，分別得到了地震后2009～2010年、2010～2011年度以及2009～2011年的歐亞框架下測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)(圖2，圖3，圖4)。

圖2 2009～2010年歐亞框架下測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)Fig.2 Velocity field of the GPS stations in Eurasian reference frame(2009-2010)

圖3 2010～2011年歐亞框架下GPS測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)Fig.3 Velocity field of the GPS stations in Eurasian reference frame(2010-2011)

圖4 2009～2011年歐亞框架下GPS測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)Fig.4 Velocity field of the GPS stations in Eurasian reference frame(2009-2011)

為了更好地研究龍門山斷裂帶的震后構(gòu)造活動(dòng)特征，截取了橫穿斷裂帶的4條剖面(A-A′、B-B′、C-C′、D-D′)(圖4)。以 2009 ～2011年歐亞框架下測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)作為研究基礎(chǔ)，分別做出龍門山斷裂南段(XJS-BXB-BXN-SLZ-HYX)(A-A′剖面)、中南段(ZGL-SWP-DJY-DJS)(B-B′剖面)、中北段(MXB-BCX-BCD-TJP)(C-C′剖面)、北段(BKZDTN-CTX-GYD)(D-D′剖面)橫穿前山斷裂、中央斷裂、后山斷裂的測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度剖面圖(圖5，圖6，圖7，圖8)。各剖面反映了經(jīng)過不同構(gòu)造部位的測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度大小、方向變化特征。

圖5 龍門山斷裂帶南段測(cè)站速度剖面(A-A′)Fig.5 Velocity section A-A′in the southern part of the Longmenshan fault zone

圖6 龍門山斷裂帶中南段測(cè)站速度剖面(B-B′)Fig.6 Velocity section B-B′in the south-central part of the Longmenshan fault zone

圖7 龍門山斷裂帶中北段測(cè)站速度剖面(C-C′)Fig.7 Velocity section C-C′in the north-central part of the Longmenshan fault zone

圖8 龍門山斷裂帶北段測(cè)站速度剖面(D-D′)Fig.8 Velocity section D-D′in the northern part of the Longmenshan fault zone

3 分析及討論

GPS監(jiān)測(cè)獲得的地殼運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)清晰地揭示了地震后上部地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)變形特征。從汶川地震后龍門山斷裂帶2009～2010年、2010～2011年度的歐亞框架下測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)以及地震后2009～2011年運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)(圖2，圖3，圖4)可以看出:總體上看，龍門山斷裂帶GPS測(cè)站運(yùn)動(dòng)方向?yàn)镾E向，由西到東，測(cè)站運(yùn)動(dòng)方向逐漸變大，測(cè)站運(yùn)動(dòng)方向逐漸由SEE向變?yōu)镾E向，作順時(shí)旋轉(zhuǎn);龍門山斷裂帶GPS測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度西側(cè)大，東側(cè)小，西側(cè)的運(yùn)動(dòng)速度明顯高于東側(cè)，說明西側(cè)的川青地塊活動(dòng)大于東側(cè)的華南地塊。地震后龍門山斷裂帶兩側(cè)GPS測(cè)站速度及方向的變化反映出龍門山斷裂帶的總體性質(zhì)為右旋擠壓走滑，與地震前斷裂帶運(yùn)動(dòng)特征相似。

具體到逐個(gè)GPS測(cè)站，龍門山斷裂帶及周圍區(qū)域內(nèi)測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度大小、方向變化較大，顯得較為零亂。GPS測(cè)站運(yùn)動(dòng)大小、方向變化各年度表現(xiàn)不同。2009～2010年度變化較大，斷裂帶東側(cè)GPS測(cè)站甚至出現(xiàn)了反向運(yùn)動(dòng)。2010～2011年度則稍好;2009～2011年測(cè)站運(yùn)動(dòng)場(chǎng)表現(xiàn)得較有規(guī)律。這些特征表明:龍門山斷裂帶受汶川地震及其余震的影響大。早期的東側(cè)GPS出現(xiàn)的測(cè)站反向運(yùn)動(dòng)，為地震發(fā)生、應(yīng)力釋放后的彈性回返。隨著應(yīng)力釋放以及被地震打破的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)平衡的逐漸恢復(fù)，逐漸表現(xiàn)出原來的特征。

龍門山斷裂帶作為重要的分界斷裂，其活動(dòng)大小一直受到人們的關(guān)注。地震地質(zhì)研究表明，龍門山斷裂的晚更新世以來(萬年尺度)的活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較低，整個(gè)龍門山斷裂帶的滑動(dòng)速率不超過2～3 mm/yr［13］;用地質(zhì)方法得出的龍門山斷裂中南段滑動(dòng)速度1 ～2 mm/yr、地貌法得出的 1 ～5mm/yr［12］;地震前GPS研究得出龍門山斷裂帶的總體運(yùn)動(dòng)不大，龍門山斷裂的擠壓縮短速率只有(6.7土3.0)mm/yr［14］、0 ～7 mm/yr［15］、斷裂帶為 2.3 mm/yr，北段 為 1.54mm/yr，中 段 為 2.77mm/yr，南 段 為5.23mm/yr，性質(zhì)主要表現(xiàn)為擠壓走滑斷裂帶［16，17］。

龍門山斷裂帶各段橫穿次級(jí)斷裂的GPS測(cè)站剖面運(yùn)動(dòng)速度、方向變化(圖5，圖6，圖7，圖8)可以反映出震后龍門山斷裂帶運(yùn)動(dòng)特征。地震后，龍門山斷裂帶整體運(yùn)動(dòng)速度明顯變大，達(dá)到10～20mm/yr左右，性質(zhì)為右旋擠壓走滑，與地震前相似。由西向東，各剖面測(cè)站速度總體上逐漸變小。測(cè)站剖面速度突變處卻不同，龍門山斷裂帶的北段、中北段以及南段，都以后山斷裂的運(yùn)動(dòng)速度差最大，表明地震后龍門山斷裂帶以后山斷裂的運(yùn)動(dòng)為主;在離震中較近的龍門山中南段則以前山斷裂的運(yùn)動(dòng)為主，究其原因，可能與龍門山中南段處為地震震中有一定的關(guān)系。剖面測(cè)站運(yùn)動(dòng)方向變化大，龍門山斷裂帶的南段及中南段由西向東，剖面測(cè)站運(yùn)動(dòng)方向逐漸變大;斷裂帶的北段，剖面測(cè)站運(yùn)動(dòng)方向卻逐漸變小;而處于兩者之間的斷裂帶的中北段，變化特征不明顯。一定程度表明斷裂性質(zhì)為南段及中南段為右旋走滑擠壓特征。龍門山斷裂帶呈現(xiàn)出這種剖面測(cè)站運(yùn)動(dòng)方向差異變化特征，可能與龍門山斷裂帶南段地震后應(yīng)力釋放而北段運(yùn)動(dòng)受到阻擋有關(guān)。

4 結(jié)論

(1)龍門山斷裂帶所在地區(qū)地震前后區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)總體趨勢(shì)沒變，作順時(shí)旋轉(zhuǎn);斷裂帶西側(cè)GPS測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度變大，東側(cè)測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度變小，西側(cè)運(yùn)動(dòng)速度大于東側(cè)。

(2)龍門山斷裂帶的斷裂性質(zhì)地震前后都為右旋走滑擠壓;斷裂帶運(yùn)動(dòng)速率受汶川地震影響較大，地震后運(yùn)動(dòng)速率較地震前有顯著的增加。

(3)地震后龍門山斷裂帶各段次級(jí)斷裂活動(dòng)，中南段以前山斷裂的運(yùn)動(dòng)為主，其它各段以后山斷裂的運(yùn)動(dòng)為主。

(4)龍門山斷裂帶地震后表現(xiàn)出的運(yùn)動(dòng)特征，主要是受汶川地震的影響。由于動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)平衡被打破，早期龍門山斷裂帶東側(cè)彈性回返，表現(xiàn)為低速反向運(yùn)動(dòng);龍門山斷裂帶西側(cè)震后松弛為拉張區(qū)，運(yùn)動(dòng)速度加大，由于地震的影響的不同，使得的斷裂帶運(yùn)動(dòng)特征發(fā)生改變。隨著應(yīng)力應(yīng)變的釋放，在區(qū)域構(gòu)造作用下，又進(jìn)行與地震前相似的地殼運(yùn)動(dòng)形變。

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