姚曉偉，胡永杰，彭 勇

（1.新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

鮮水河斷裂運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)模型研究

姚曉偉1，胡永杰1，彭 勇1

（1.新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

首先基于位錯(cuò)理論模型模擬了單一斷層以3種不同方式及同種方式不同傾角滑動(dòng)引起的地表形變，然后利用位錯(cuò)模型模擬了鮮水河斷裂帶的斷層運(yùn)動(dòng)及其引起的地表水平形變，并與該區(qū)域2001～2004年實(shí)測(cè)的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出如下結(jié)論：①單斷層位錯(cuò)模擬結(jié)果表明，矩形斷層滑動(dòng)方式對(duì)形變的大小和方向有影響，對(duì)地表形變場(chǎng)的分布特征幾乎沒(méi)有影響，且斷層傾角大小影響地表形變的變形機(jī)制（水平和垂直形變的方向）。②鮮水河斷裂帶區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)模擬結(jié)果與GPS數(shù)據(jù)具有較好的一致性。

鮮水河斷裂帶；斷層滑動(dòng)；位錯(cuò)理論

自1958年STEKETEE[1]將位錯(cuò)理論引入地學(xué)研究以來(lái)，描述斷層運(yùn)動(dòng)和地表位場(chǎng)關(guān)系的位錯(cuò)理論得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。鮮水河斷裂帶是川滇地區(qū)巴顏喀拉塊體和羌塘塊體的分界線，晚第四紀(jì)剪切變形顯著，歷史上多有強(qiáng)震發(fā)生，且每次強(qiáng)震都給人們?cè)斐删薮蟮膿p失[2]。正是由于地震的危害性以及鮮水河斷裂帶地震活動(dòng)特征，所以我們有必要對(duì)鮮水河斷裂帶進(jìn)行更全面、更深入的研究，本文將基于位錯(cuò)模型對(duì)鮮水河斷裂帶斷層全段的內(nèi)部滑動(dòng)引起的內(nèi)部形變進(jìn)行正演模擬研究，以期對(duì)其構(gòu)造活動(dòng)進(jìn)行更好的解釋。

1 斷層滑動(dòng)與地表形變關(guān)系

地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是一種長(zhǎng)期的變形及運(yùn)動(dòng)，在很長(zhǎng)的時(shí)間尺度上主要表現(xiàn)為粘性、塑性。但在較短時(shí)間尺度的荷載作用下，如同震破裂等，可將地殼近似看成彈性體。

1958年STEKETEE首次將位錯(cuò)理論用來(lái)描述斷層運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)出了泊松體內(nèi)點(diǎn)源位錯(cuò)產(chǎn)生的地表位移場(chǎng)。在各向同性介質(zhì)中，穿過(guò)斷層面dΣ的位錯(cuò)Δuj(ξ1,ξ2,ξ3)產(chǎn)生的地表點(diǎn)（x1，x2，x3）的位移場(chǎng)ui可表示為[1]：

2 基于位錯(cuò)理論模型的單一斷層模擬

本節(jié)對(duì)斷層滑動(dòng)引起的地表形變空間分布特征進(jìn)行了模擬，為不失一般性，本文僅對(duì)單一斷層進(jìn)行模擬。斷層面長(zhǎng)度為100 km，寬50 km，埋深50 km，斷層走向90°；彈性介質(zhì)拉梅常數(shù)λ=0.24，μ=0.25。對(duì)斷層走滑U1=0．1 m，傾滑U2=0．1 m，張開U3=0．1 m的滑動(dòng)方式以及傾角不同模擬結(jié)果的影響分別進(jìn)行討論，以深入的理解和認(rèn)識(shí)不同滑動(dòng)方式對(duì)地表形變結(jié)果的差異。見圖1～3。

由圖1～3可知，斷層走滑時(shí)，近場(chǎng)的形變要大于遠(yuǎn)場(chǎng)的形變，地表水平形變隨著地面點(diǎn)距斷層面距離的增大，形變的方向與走滑方向的夾角越大，圖的上半部分水平形變呈順時(shí)針?lè)较蜈厔?shì)，下半部分呈逆時(shí)針?lè)较蜈厔?shì)；地表的垂直形變則呈左右趨勢(shì)對(duì)稱且集中在斷層的兩端，隨傾角變大，垂直形變的區(qū)域變小。斷層傾滑時(shí)，近場(chǎng)的形變要大于遠(yuǎn)場(chǎng)的形變，地表水平形變隨著地面點(diǎn)距斷層面的距離的增大，形變的方向與傾滑方向的夾角越大，圖的右半部分水平形變呈順時(shí)針?lè)较蜈厔?shì)，左半部分呈逆時(shí)針?lè)较蜈厔?shì)；地表的垂直形變則呈上下對(duì)稱的趨勢(shì)且集中在斷層的兩端，隨傾角變大，垂直形變的區(qū)域稍微變小，除了斷層面及其左右附近，垂直形變方向則關(guān)于傾滑的垂直方向有對(duì)稱相反的趨勢(shì)。斷層張開時(shí)，近場(chǎng)的形變要大于遠(yuǎn)場(chǎng)的形變，地表水平形變隨著地面點(diǎn)距斷層面的距離增大，形變方向與張開方向的夾角越大，圖的左半部分水平形變呈順時(shí)針?lè)较蜈厔?shì)，右半部分呈逆時(shí)針?lè)较蜈厔?shì)；傾角為30°時(shí)地表的垂直形變據(jù)斷層面越遠(yuǎn)就越小，隨傾角變大，斷層面及圖的下半部分垂直形變?yōu)檎?，圖的上半部分?jǐn)鄬用娓浇鼊t會(huì)出現(xiàn)少量的負(fù)值，垂直形變方向則關(guān)于張開的方向有左右對(duì)稱的趨勢(shì)。

圖1 走滑U1=0.1 m位移結(jié)果

圖2 位移U2=0.1 m位移結(jié)果

圖3 張開U3=0.1 m位移結(jié)果

綜上所述，地表形變的量值或幅度與斷層位錯(cuò)方式以及傾角緊密相關(guān)，相同的位錯(cuò)量，位錯(cuò)方式不同形變量的大小和方向不同；相同的形變量和形變方式，傾角的不同，則形變量的大小與方向也不相同，且傾角的變化對(duì)形變的大小以及方向有較大的影響；但是無(wú)論以何種方式滑動(dòng)以及傾角的變化，斷層近場(chǎng)區(qū)域的水平形變和垂直形變要大于遠(yuǎn)場(chǎng)的水平形變值，這與同震過(guò)程中斷層破裂的近場(chǎng)劇烈性有關(guān)。

3 基于位錯(cuò)模型的鮮水河斷裂帶水平形變正演模擬

鮮水河斷裂帶屬于鮮水河-小江斷裂帶的北段，南與安寧河斷裂帶在康定一帶相接，北與甘孜-玉樹斷裂斜列，終止于東谷、甘孜一帶。在本斷裂帶上特定的地段有爐霍段、道孚段和乾寧段[5]。在旦都附近，斷裂東北側(cè)發(fā)育一組北北西向的分支斷裂，與主干斷裂成銳角相交，為擠壓剪切性質(zhì)。另外，據(jù)區(qū)域觀測(cè)資料，在斷裂南段折多山，印支-燕山期花崗巖被左旋錯(cuò)開15 km，可見斷裂在中生代以后的活動(dòng)性質(zhì)已是左旋為主。

由于GPS獲取的垂直速度場(chǎng)誤差較大, 模擬中僅使用 GPS 水平速度場(chǎng)（中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)2001～2004年GPS數(shù)據(jù)）。由于鮮水河斷裂帶斷層傾角資料相對(duì)較少, 可靠性不高，且斷層形態(tài)復(fù)雜，僅由斷層傾角變化不能準(zhǔn)確的描述；在模型中考慮斷層傾角的影響可能對(duì)模型本身的改善并不明顯，反而會(huì)帶來(lái)更多不確定性[6]， 因此，本文參考文獻(xiàn)[6]的研究成果，斷層寬度、深度和傾角都取了近似且相同的值，模型中約定所有斷層的傾角都是90°。聞學(xué)澤等[7-9]已做了鮮水河的斷層分段研究，斷層分段依據(jù)參考文獻(xiàn)[9]的結(jié)果。

本文基于位錯(cuò)理論模型，根據(jù)本地區(qū)的斷層數(shù)據(jù)對(duì)鮮水河斷裂帶2001～2004年間主要斷層滑動(dòng)引起的地表水平形變進(jìn)行了正演模擬，并與鮮水河斷裂帶區(qū)域經(jīng)過(guò)處理的2001～2004年的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖4所示，滑動(dòng)參數(shù)如表1所示。

圖4 鮮水河斷裂帶及其附近區(qū)域的模擬形變與內(nèi)部形變

由表1及圖4可知，在印度板塊與歐亞板塊持續(xù)的碰撞擠壓以及青藏高原物質(zhì)重力滑塌的作用下，川滇菱形塊體的東向運(yùn)動(dòng)受到了東北邊界鮮水河斷裂帶的阻擋，在構(gòu)造應(yīng)力的作用下，鮮水河斷裂帶表現(xiàn)出一定的滑動(dòng)性質(zhì)。整體上講，鮮水河斷裂帶以左旋的走滑運(yùn)動(dòng)為主，這與許多學(xué)者的結(jié)論一致。其最大滑動(dòng)量可達(dá)1．80 cm/a，鮮水河斷裂帶中段呈現(xiàn)出一定的擠壓特征，最大滑動(dòng)量可達(dá)0．6 cm/a，而其東段和西段具有一定的轉(zhuǎn)換構(gòu)造樣式，與文獻(xiàn)[6]研究結(jié)果基本一致。這可能與鮮水河斷裂帶東西兩段復(fù)雜的構(gòu)造樣式以及該區(qū)域廣為分布的深大活動(dòng)斷裂帶密切相關(guān)，且西甘孜-玉樹斷裂東段與其西段交匯，安寧河斷裂、龍門山斷裂和鮮水河斷裂在其東段斜交。

表1 鮮水河斷裂帶各子斷層滑動(dòng)參數(shù)

4 結(jié) 語(yǔ)

本文首先基于位錯(cuò)理論模型模擬了單一斷層滑動(dòng)引起的地表形變，然后基于位錯(cuò)模型模擬了鮮水河斷裂帶斷層運(yùn)動(dòng)所引起的地表水平形變，并與GPS資料進(jìn)行比較，得出如下結(jié)論：①單斷層位錯(cuò)模擬結(jié)果表明，矩形斷層滑動(dòng)方式對(duì)形變的大小和方向有影響，對(duì)地表形變場(chǎng)的分布特征幾乎沒(méi)有影響，且斷層傾角大小影響地表形變的變形機(jī)制（水平和垂直形變的方向）；②鮮水河斷裂帶區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)模擬結(jié)果與GPS數(shù)據(jù)具有較好的一致性。

[1] STEKETEE J A． On Volterra's Dislocations in a Semi-Infinite Elastic Medium[J]．Canadian Journal of Physics,2011,36(2)：192-205

[2] 熊探宇,姚鑫,張永雙． 鮮水河斷裂帶全新世活動(dòng)性研究進(jìn)展綜述[J]．地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào),2010,16(2)：176-188

[3] PRESS F． Displacements, Strains, and Tilts at Teleseismic Distances[J]．Journal of Geophysical Research,1965,70(10)：2 395-2 412

[4] OKADA Y． Surface Deformation Due to Shear and Tensile Faults in a Half-space[J]． Bulletin of the Seismological Society of America,1992,92(2)：1 018-1 040

[5] 李玶．鮮水河-小江斷裂帶[M]．北京：地震出版社,1993

[6] 王閻昭, 王恩寧, 沈正康,等． 基于GPS資料約束反演川滇地區(qū)主要斷裂現(xiàn)今活動(dòng)速率[J]．中國(guó)科學(xué)D輯：地球科學(xué), 2008,(5)：582-597

[7] 聞學(xué)澤． 四川西部鮮水河-安寧河-則木河斷裂帶的地震破裂分段特征[J]．地震地質(zhì),2000,22(3)：239-249

[8] 程佳, 劉杰, 甘衛(wèi)軍,等．川滇菱形塊體東邊界各斷層段強(qiáng)震演化特征研究[J]．中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué), 2011,41(9)：1 311-1 326

[9] 姚曉偉．鮮水河斷裂運(yùn)動(dòng)引起地表形變的向：位錯(cuò)組合模型研究[D]．西安：長(zhǎng)安大學(xué),2015

P227

B文章編號(hào)：1672-4623（2017）06-0061-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.06.018

姚曉偉，碩士，研究方向?yàn)榈貧ば巫兣c地球動(dòng)力學(xué)、測(cè)量數(shù)據(jù)處理。

2016-01-19。

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41374028）。