趙靜　牛安?！±顝?qiáng)　苑爭(zhēng)一

摘要：基于1999～2007年、2009～2013年兩期中國(guó)大陸GPS水平速度場(chǎng)數(shù)據(jù)，使用DEFNODE負(fù)位錯(cuò)程序反演計(jì)算了汶川地震前后隴西塊體周邊斷層——海原—祁連山斷裂、六盤(pán)山斷裂、莊浪河斷裂和西秦嶺北緣斷裂的斷層閉鎖程度與滑動(dòng)虧損動(dòng)態(tài)空間分布，并討論了汶川地震對(duì)塊體周邊斷裂的影響和可能存在的強(qiáng)震危險(xiǎn)段。結(jié)果表明，汶川地震后西秦嶺北緣斷裂中西段閉鎖程度有所減弱、中東段閉鎖程度有所增強(qiáng)，地震可能對(duì)其有一定影響；在汶川地震前后，其它斷裂的斷層閉鎖程度沒(méi)有發(fā)生明顯改變，地震可能對(duì)其影響較弱。目前冷龍嶺斷裂、金強(qiáng)河斷裂、莊浪河斷裂、六盤(pán)山斷裂、西秦嶺北緣斷裂中西段部分區(qū)域的閉鎖程度較強(qiáng)，閉鎖深度約為20～25 km，結(jié)合地質(zhì)尺度的斷層地震空區(qū)等結(jié)果，分析認(rèn)為上述斷裂可能為地震危險(xiǎn)段。汶川地震前后隴西塊體周邊平行斷層滑動(dòng)虧損速率中，除莊浪河斷裂為右旋滑動(dòng)虧損以外，其它斷裂均為左旋滑動(dòng)虧損；隴西塊體周邊垂直斷層滑動(dòng)虧損速率則均為擠壓。

關(guān)鍵詞：隴西塊體周邊斷層；DEFNODE負(fù)位錯(cuò)反演；斷層閉鎖；滑動(dòng)虧損

中圖分類(lèi)號(hào)：P3157文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0666（2016）03-0351-08

0引言

位于南北地震帶北段的隴西塊體是被青藏高原及海原—六盤(pán)山斷裂帶圍限的菱形塊體，周?chē)植贾Ｔ钸B山斷裂帶、六盤(pán)山斷裂帶、莊浪河斷裂帶和西秦嶺北緣斷裂帶等（田勤儉等，2002），其中海原—祁連山斷裂帶以強(qiáng)烈的左旋走滑為特征，兼具由南向北的逆沖分量；六盤(pán)山斷裂帶位于海原—祁連山斷裂帶的東端，以擠壓逆沖運(yùn)動(dòng)為主，其北段兼具左旋走滑運(yùn)動(dòng)；西秦嶺北緣斷裂帶為一條大型左旋走滑斷裂（袁道陽(yáng)等，2004）；莊浪河斷裂帶以擠壓運(yùn)動(dòng)為主，右旋走滑運(yùn)動(dòng)并不明顯（侯康明等，1999；袁道陽(yáng)等，2002）。綜合考慮地震發(fā)生時(shí)間和中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)的時(shí)間尺度，南北地震帶北段可能發(fā)生MS≥7地震的6個(gè)破裂空區(qū)中有4個(gè)位于隴西塊體內(nèi)部及周邊（M7專(zhuān)項(xiàng)工作組，2012）；根據(jù)近400多年MS≥65地震的應(yīng)變能累積釋放速率估計(jì)，南北地震帶北段目前的應(yīng)變能積累相當(dāng)于一次8級(jí)地震所需能量，因此存在發(fā)生MS≥7大地震的危險(xiǎn)背景（M7專(zhuān)項(xiàng)工作組，2012）；隴西塊體周邊歷史上曾發(fā)生過(guò)包括1920年海原85級(jí)地震在內(nèi)的多次7級(jí)以上強(qiáng)震，但自1955年以來(lái)，其周邊地區(qū)僅發(fā)生了1990年青海共和70級(jí)地震，強(qiáng)震背景突出；汶川地震后，隴西塊體及周邊區(qū)域應(yīng)變積累增強(qiáng)，其中2013年岷縣漳縣MS66地震發(fā)生在隴西塊體南部臨潭―宕昌斷裂附近，2016年門(mén)源MS64地震發(fā)生在隴西塊體西北部冷龍嶺斷裂附近。因此汶川地震后隴西塊體周邊斷層的閉鎖程度、運(yùn)動(dòng)特征、強(qiáng)震危險(xiǎn)段落的判定等成為亟待解決的科學(xué)問(wèn)題，有必要對(duì)其進(jìn)行研究。

地殼內(nèi)部斷層閉鎖深度、不同位置的閉鎖程度和滑動(dòng)虧損分布會(huì)對(duì)地殼表面尤其是斷層附近區(qū)域的變形產(chǎn)生很大影響，它們是影響發(fā)震斷裂帶應(yīng)變積累的重要因素，因此能在很大程度上反映斷裂帶的地震危險(xiǎn)性（趙靜等，2015）。鑒于此，本文利用1999～2007年、2009～2013年兩期中國(guó)大陸GPS水平速度場(chǎng)數(shù)據(jù)，研究了汶川地震前后隴西塊體周邊斷層的閉鎖程度和滑動(dòng)虧損空間分布等動(dòng)態(tài)變化特征，并將震前和震后結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從不同時(shí)空尺度討論了汶川地震對(duì)該區(qū)域斷層的可能影響；最后結(jié)合地震空區(qū)分布、b值剖面、GPS站速度剖面及高應(yīng)變能積累斷層等結(jié)果綜合分析判定了隴西塊體周邊斷層的地震危險(xiǎn)段。

1DEFNODE負(fù)位錯(cuò)反演方法基本原理

本文反演采用DEFNODE程序（McCaffrey，2002，2007），該程序假定塊體內(nèi)部點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)為塊體旋轉(zhuǎn)、塊體內(nèi)部整體均勻應(yīng)變及塊體邊界由于斷層閉鎖產(chǎn)生的滑動(dòng)虧損而引起的地表彈性變形之和。若塊體內(nèi)部不存在整體均勻應(yīng)變，理論表達(dá)式如下：

含但最終結(jié)果并未給出的斷層）。

GPS速度場(chǎng)約束方面，1999～2007年有180個(gè)GPS測(cè)點(diǎn)參與反演；2009～2013年有218個(gè)GPS測(cè)點(diǎn)參與反演。反演過(guò)程中，沿各條斷裂帶走

向共有6條等深線，

深度依次為01、5、10、15、20和25 km。

斷層結(jié)構(gòu)設(shè)置時(shí)，以李強(qiáng)等（2014）、萬(wàn)永革等（2009）和張希等（2003，2005，2007，2008）的研究成果為主要參考，其中張希等（2003，2005，2007，2008）對(duì)本文研究區(qū)域進(jìn)行了長(zhǎng)期的跟蹤研究，因此其斷層模型對(duì)本文中斷層結(jié)構(gòu)設(shè)置具有較高的參考意義；同時(shí)還參考構(gòu)造地質(zhì)研究成果（王永成，劉百箎，2001；向宏發(fā)等，1998）、深地震測(cè)深剖面結(jié)果（李英康等，2014；王海燕等，2012）、地殼電性結(jié)構(gòu)研究結(jié)果（金勝等，2012）和MapSIS軟件中有關(guān)斷層結(jié)構(gòu)信息。綜合分析上述研究結(jié)果，斷層結(jié)構(gòu)設(shè)置如下：六盤(pán)山斷裂每條等深線上有4個(gè)節(jié)點(diǎn)，斷層傾角為45°；毛毛山—老虎山—海原斷裂每條等深線上有10個(gè)節(jié)點(diǎn)，斷層傾角為50°；西秦嶺北緣斷裂每條等深線上有12個(gè)節(jié)點(diǎn)，斷層傾角為60°；莊浪河斷裂每條等深線上有6個(gè)節(jié)點(diǎn)，斷層傾角為60°；河西走廊北側(cè)斷裂與武威—天祝斷裂每條等深線上有13個(gè)節(jié)點(diǎn)，斷層傾角為40°；托萊山—冷龍嶺—金強(qiáng)河斷裂每條等深線上有5個(gè)節(jié)點(diǎn)，斷層傾角為50°。具體不同學(xué)者所得到的斷層傾角見(jiàn)表1。

模型設(shè)置時(shí)，根據(jù)前人的相關(guān)研究（Wang et al，2003），將γ值設(shè)為05，并保持不變，Z1、Z2初始值分別設(shè)為2 km、5 km，并且作為參數(shù)同時(shí)參與反演；因?yàn)楸疚脑O(shè)定的斷層

深度為25 km，因此Z2的最大值為25 km，同時(shí)本文設(shè)定Z1的最小值為2 km（假定地表至2 km深度處均為完全閉鎖）、最大值為20 km。根據(jù)反演結(jié)果，不斷調(diào)整Z1和Z2的值，直到尋找到每列節(jié)點(diǎn)處Z1和Z2的最優(yōu)值，然后將此Z1和Z2值作為模型參數(shù)并保持不變，進(jìn)行反演計(jì)算得到最終結(jié)果。

由于隴西塊體、西秦嶺塊體、西寧塊體、阿拉善塊體和祁連山塊體相對(duì)較小，因此本文假定其內(nèi)部變形主要由斷層閉鎖引起，而其內(nèi)部整體均勻應(yīng)變忽略不計(jì)；雖然鄂爾多斯塊體較大，但其整體剛性較好，因此其內(nèi)部整體均勻應(yīng)變也可忽略不計(jì)，所以此次反演僅采用公式（1），以χ2n為標(biāo)準(zhǔn)尋求最佳模型。反演過(guò)程中，首先將與周?chē)渌鼫y(cè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)明顯不同的點(diǎn)刪除，然后通過(guò)多次試算，得到了最優(yōu)模型，其中1999～2007年最優(yōu)模型中GPS速度場(chǎng)誤差權(quán)重因子f取為100，此時(shí)χ2n≈0888（觀測(cè)值個(gè)數(shù)為360，自由度為292）；2009～2013年最優(yōu)模型中GPS速度場(chǎng)誤差權(quán)重因子f取為177，此時(shí)χ2n≈0996（觀測(cè)值個(gè)數(shù)為436，自由度為368）。為了更好地說(shuō)明模型擇優(yōu)和擬合效果，圖3給出了最優(yōu)模型的擬合殘差分布，結(jié)果顯示兩期GPS速度場(chǎng)的所有測(cè)點(diǎn)速度殘差值都較小，基本處在誤差范圍之內(nèi)，這表明模型擬合較好。

3汶川地震前后斷層閉鎖程度三維分布

通過(guò)多次反演計(jì)算，得到2008年汶川地震前（圖4a）和地震后（圖4b）隴西塊體周邊斷層閉鎖程度的空間動(dòng)態(tài)變化分布。綜合分析兩期反演結(jié)果，認(rèn)為汶川地震可能對(duì)西秦嶺北緣斷裂有一定影響，地震后西段閉鎖程度有所減弱、中東段閉鎖程度有所增強(qiáng)，而其它斷裂受汶川地震影響可能較弱，地震前后斷層閉鎖程度沒(méi)有發(fā)生明顯改變。整體來(lái)看，冷龍嶺斷裂、金強(qiáng)河斷裂、莊浪河斷裂、

六盤(pán)山斷裂、西秦嶺北緣斷裂中西段部分區(qū)域的閉鎖較強(qiáng)，閉鎖深度約為20～25 km，可能為地震危險(xiǎn)段；托萊山斷裂只有地表淺部閉鎖，且汶川地震后閉鎖程度有所減弱；毛毛山—老虎山

—海原斷裂基本為持續(xù)蠕滑狀態(tài)。

將計(jì)算得到的1999～2007年隴西塊體周邊斷層閉鎖程度（圖4a）結(jié)合大地震破裂空區(qū)判定圖（M7專(zhuān)項(xiàng)工作組，2012）綜合分析可知，冷龍嶺—金強(qiáng)河斷裂強(qiáng)閉鎖區(qū)域基本對(duì)應(yīng)天祝—大靖地震空區(qū)；六盤(pán)山斷裂強(qiáng)閉鎖區(qū)域基本對(duì)應(yīng)六盤(pán)山南段—西秦嶺東段地震空區(qū)；西秦嶺北緣斷裂中西段強(qiáng)閉鎖區(qū)域基本對(duì)應(yīng)西秦嶺中西段地震空區(qū)。另外，根據(jù)重新定位的地震資料得到的b值剖面顯示六盤(pán)山斷裂帶中段在17～25 km的深度上存在異常低b值區(qū)，反映該處的深部斷層面存在較高的應(yīng)力積累（M7專(zhuān)項(xiàng)工作組，2012）；六盤(pán)山斷裂帶中南段、西秦嶺北緣斷裂帶西段GPS站速度剖面圖像與汶川地震前橫跨龍門(mén)山斷裂帶的地殼形變圖像（杜方等，2009）極為相似，反映該段已經(jīng)閉鎖（M7專(zhuān)項(xiàng)工作組，2012）；海原斷裂帶GPS站速度剖面圖像反映海原斷裂帶尚處于開(kāi)放狀態(tài)，說(shuō)明該斷裂帶自1920年發(fā)生85級(jí)特大地震破裂以來(lái)，斷層面還未完全重新耦合（M7專(zhuān)項(xiàng)工作組，2012）；祁連山構(gòu)造帶東段及其與莊浪河斷裂、海原斷裂的交匯區(qū)域可能具有相對(duì)高應(yīng)變能積累背景（張希等，2003，2007）；六盤(pán)山斷裂帶在汶川地震以后變形差異不大，表現(xiàn)出很好的繼承性，因此該斷層存在較強(qiáng)的應(yīng)變積累背景（武艷強(qiáng)等，2012）。本文反演所得斷層閉鎖程度與上述地震空區(qū)、b值剖面、GPS站速度剖面及高應(yīng)變能積累斷層等結(jié)果對(duì)應(yīng)較好。

斷層在震間期的閉鎖是逐步由淺到深的緩慢過(guò)程，幾年間應(yīng)該不會(huì)有突出變化，而汶川地震可能使西秦嶺北緣斷裂帶附近受到的構(gòu)造應(yīng)力加載有了變化，使得斷裂帶附近GPS測(cè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速率發(fā)生變化，這就導(dǎo)致負(fù)位錯(cuò)反演得到的斷層閉鎖程度和閉鎖深度發(fā)生了變化，所以斷層閉鎖程度和閉鎖深度的變化不一定完全是真實(shí)情況的反映（趙靜等，2015）。同時(shí)，滑動(dòng)虧損速率變化的信息應(yīng)該是真實(shí)的，它能夠反映斷層在大地震前后的一個(gè)調(diào)整運(yùn)動(dòng)情況。

4汶川地震前后斷層滑動(dòng)虧損速率三維分布

圖5所示結(jié)果表明汶川地震前后隴西塊體周邊平行斷層滑動(dòng)虧損速率中，只有莊浪河斷裂為右旋滑動(dòng)虧損（負(fù)值），而其它斷裂均為左旋滑動(dòng)虧損（正值）。其中，莊浪河斷裂完全閉鎖部分虧損速率在震前約為29 mm/a，在震后約為28 mm/a；托萊山斷裂完全閉鎖部分虧損速率在震前約為54 mm/a，在震后約為48 mm/a；冷龍嶺斷裂和金強(qiáng)河斷裂完全閉鎖部分虧損速率在震前約為59 mm/a，在震后約為52 mm/a；六盤(pán)山斷裂完全閉鎖部分虧損速率在震前約為26 mm/a，在震后約為32 mm/a；西秦嶺北緣斷裂中西段完全閉鎖部分虧損速率在震前約為07 mm/a，中東段完全閉鎖部分虧損速率在震后約為20 mm/a，相對(duì)來(lái)說(shuō)，該斷裂是震后閉鎖程度和滑動(dòng)虧損速率變化最大的一條斷裂。

由圖6可知汶川地震前后隴西塊體周邊垂直斷層滑動(dòng)虧損速率均為擠壓（負(fù)值）。其中，莊浪河斷裂完全閉鎖部分虧損速率在震前

約為27 mm/a，在震后約為17 mm/a；托萊山斷裂完全閉鎖部分虧損速率在震前約為41 mm/a，在震后約為34 mm/a；冷龍嶺斷裂和金強(qiáng)河斷裂完全閉鎖部分虧損速率在震前約為32 mm/a，在震后約為27 mm/a；六盤(pán)山斷裂完全閉鎖部分虧損速率在震前約為27 mm/a，在震后約為17 mm/a；西秦嶺北緣斷裂中西段完全閉鎖部分虧損速率在震前約為17 mm/a，中東段完全閉鎖部分虧損速率在震后約為04 mm/a，相對(duì)來(lái)說(shuō)，該斷裂也是震后變化最大的一條斷裂。

5結(jié)論

本文利用1999～2007年和2009～2013年兩期中國(guó)大陸GPS水平速度場(chǎng)數(shù)據(jù)，使用目前在國(guó)際上應(yīng)用較為廣泛的DEFNODE負(fù)位錯(cuò)反演程序研究了汶川地震前后隴西塊體周邊斷層的閉鎖程度和滑動(dòng)虧損空間分布動(dòng)態(tài)變化特征，并討論了汶川地震對(duì)該區(qū)域斷層的可能影響；最后結(jié)合地震空區(qū)分布、b值剖面、GPS站速度剖面及高應(yīng)變能積累斷層等多種結(jié)果綜合分析判定了隴西塊體周邊斷層的強(qiáng)震危險(xiǎn)段。

（1）汶川地震可能對(duì)西秦嶺北緣斷裂有一定影響。地震后西秦嶺北緣斷裂中西段閉鎖程度有所減弱、中東段閉鎖程度有所增強(qiáng)，而其它斷裂地震前后斷層閉鎖程度沒(méi)有發(fā)生明顯改變；汶川地震前后西秦嶺北緣斷裂平行和垂直斷層滑動(dòng)虧損速率在所有研究斷層中也是變化最大的。

（2）將1999～2007年隴西塊體周邊斷層閉鎖程度與地震空區(qū)綜合分析可知，冷龍嶺—金強(qiáng)河斷裂強(qiáng)閉鎖區(qū)域基本對(duì)應(yīng)天?！缶傅卣鹂諈^(qū)；六盤(pán)山斷裂強(qiáng)閉鎖區(qū)域基本對(duì)應(yīng)六盤(pán)山南段—西秦嶺東段地震空區(qū)；西秦嶺北緣斷裂中西段強(qiáng)閉鎖區(qū)域基本對(duì)應(yīng)西秦嶺中西段地震空區(qū)，這在一定程度上說(shuō)明了本文反演結(jié)果的可靠性。

（3）汶川地震前后隴西塊體周邊平行斷層滑動(dòng)虧損速率中，除了莊浪河斷裂為右旋滑動(dòng)虧損（負(fù)值）以外，其它斷裂均為左旋滑動(dòng)虧損（正值）；隴西塊體周邊垂直斷層滑動(dòng)虧損速率均為擠壓（負(fù)值）。

（4）冷龍嶺斷裂、金強(qiáng)河斷裂、莊浪河斷裂、六盤(pán)山斷裂、西秦嶺北緣斷裂中西段部分區(qū)域的閉鎖較強(qiáng)，閉鎖深度約為20～25 km，結(jié)合地震空區(qū)分布、b值剖面、GPS站速度剖面及高應(yīng)變能積累斷層等結(jié)果綜合分析認(rèn)為上述斷裂可能為地震危險(xiǎn)段。

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Abstract：By using GPS horizontal velocity field data during 1999～2007 and 2009～2013 periods and the negative dislocation model of DEFNODE， we inverted the dynamic spatial distribution of fault locking and fault slip deficit in the faults around the Longxi Block before and after the Wenchuan earthquake， such as HaiyuanQilian Mountain Fault， Liupan Mountain Fault， Zhuanglang River Fault， and north fringe fault of west Qinling Mountain. Then we discussed the influence of Wenchuan earthquake on the faults and analyzed the seismic potential sections combining with seismic gaps and some other research. The results show that the Wenchuan earthquake possibly has some influence on the north fringe fault of west Qinling Mountain， because its middlewestern segment is locked weekly and its middleeastern segment is locked tightly after the earthquake. The locking of the other faults are almost same before and after the Wenchuan earthquake， which means that the earthquake has little influence on these faults. At present， Lenglongling Fault， Jinqiang River Fault， Zhuanglang River Fault， Liupan Mountain Fault and middlewestern segment of the north fringe fault of west Qinling Mountain are locked tightly and their locking depth is about 20～25 km. These faults are seismic potential segments considering seismic gaps along the faults in the geological scale. The parallel fault slip deficit in the faults around the Longxi Block are all sinistral strikeslip deficit except that the Zhuanglang River Fault is dextral strikeslip deficit before and after the Wenchuan earthquake， and the vertical fault slip deficit of the faults are all compression deficit.

Key words：the faults around the Longxi Block； negative dislocation inversion of DEFNODE； fault locking； slip deficit