李鐵明 白玉柱 邵德晟

1）活動(dòng)構(gòu)造與火山中國地震局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國地震局地質(zhì)研究所，北京市德外祁家豁子 100029

2）云南省地震局，昆明 650041

0 引言

我國滇西南普洱一帶以其活動(dòng)構(gòu)造（斷裂帶）縱橫交錯(cuò)、受力狀況復(fù)雜多變、中-強(qiáng)地震（6.0～6.9級）時(shí)空集中的特征而成為地學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)和科學(xué)研究的熱點(diǎn)。

以往的研究認(rèn)為滇西南地區(qū)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、應(yīng)力應(yīng)變、強(qiáng)震孕育與發(fā)生主要受控于印度板塊的NE向推擠特別是其東構(gòu)造結(jié)的活動(dòng)（鄧起東等，2002；張培震等，2003；徐錫偉等，2003；李鐵明等，2003；Tapponnier et al，1982；Paul et al，2001；Clark and Royden，2000；England and Houseman，1989），以及伴隨著青藏高原隆升和地殼物質(zhì)側(cè)向擴(kuò)展移動(dòng)（Houseman and England，1993；Engnd and Molnar，1990；Replumaz and Tapponnier，2003；Shen et al，2001）的疊加效應(yīng)。如圖1所示，研究區(qū)西側(cè)為龍陵-瀾滄新生活動(dòng)斷裂帶（虢順民等，2000），東側(cè)為川滇菱形塊體東南緣邊界斷裂帶，形成了一個(gè)由龍陵斷裂、南汀河斷裂、瀾滄江斷裂、延伸至越南境內(nèi)的奠邊府?dāng)嗔?、維西-喬后斷裂、紅河斷裂等組成的活動(dòng)斷裂環(huán)，周邊分布著一個(gè)以大理-楚雄-通海-紅河-江城-勐臘-耿馬-龍陵-保山為邊界的圈狀閉合的7級地震環(huán)（李克昌等，1980），集中了云南地區(qū)大部分7級以上地震。使得被活動(dòng)斷裂和強(qiáng)震所包圍的本研究區(qū)成為中心區(qū)，但其構(gòu)造格局和地震分布又似乎孤立存在其中而與外圍地震環(huán)毫不相干，無任何可靠聯(lián)系。

普洱一帶中強(qiáng)震集中區(qū)位于斷塊中部，所發(fā)生的中強(qiáng)地震則應(yīng)屬斷塊內(nèi)部斷裂強(qiáng)烈活動(dòng)的結(jié)果（李克昌等，1980）。由于斷塊邊界斷裂活動(dòng)所產(chǎn)生的屏蔽作用和吸收性能的強(qiáng)弱差異，其運(yùn)動(dòng)速率乃至運(yùn)動(dòng)方向既有整體統(tǒng)一協(xié)調(diào)的一面，又因受不同次級單元控制而存在明顯的差別和變化。局部活動(dòng)斷塊和斷裂帶運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征的細(xì)研究無疑是認(rèn)識(shí)強(qiáng)震發(fā)生具體地點(diǎn)和動(dòng)力條件的重要基礎(chǔ)（張培震等，2003）。對于這種發(fā)生在破裂程度很高的次級地塊、共軛剪切性質(zhì)的活動(dòng)斷裂區(qū)域的強(qiáng)震時(shí)空集中現(xiàn)象的研究，其強(qiáng)震發(fā)生機(jī)制的探討和解釋及其與區(qū)域地殼形變和構(gòu)造活動(dòng)的關(guān)系是關(guān)鍵問題。

在前人研究成果的基礎(chǔ)上，本研究從活動(dòng)構(gòu)造與現(xiàn)今地殼形變場的角度出發(fā)，以多期GPS復(fù)測資料為依據(jù)，從最直接的現(xiàn)今地殼形變場等方面入手，采用構(gòu)建區(qū)域斷裂的二維板模型進(jìn)行有限元分析計(jì)算，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)及地球物理資料，分析普洱一帶主要斷裂和活動(dòng)塊體的現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)特征，探討中強(qiáng)震群的孕育發(fā)生和演化規(guī)律及其區(qū)域動(dòng)力學(xué)背景，以期對普洱中強(qiáng)地震群的發(fā)震機(jī)理研究拋磚引玉。

1 研究區(qū)地震活動(dòng)特征

云南地區(qū)6級以上地震的空間分布，是高度非均勻的，具有空間群集（叢集）特征。滇西南地區(qū)分布著云南全區(qū)80%的6級以上強(qiáng)震，而其只占全區(qū)面積的20%左右（皇甫崗等，2010）。據(jù)文獻(xiàn)（毛玉平等，2003；楊曉平等，2008）資料，自1884年有地震記錄以來普洱地區(qū)6.0～6.9級中強(qiáng)地震以密度高、間隔短為特征，共記載有13次強(qiáng)震事件（表1）。

表1 普洱地區(qū)歷史強(qiáng)震目錄

此外，還應(yīng)考慮因歷史地震記錄中存在漏載、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一問題（謝毓壽等，1989）引起的缺震現(xiàn)象。據(jù)皇甫崗等（2010）的研究，認(rèn)為滇西南為地震記錄的主要漏載地區(qū)，他們根據(jù)b值估算得到僅20世紀(jì)云南地區(qū)就漏載5級地震143次，6級地震6.6次之多。而來自于印度板塊對中國大陸的碰撞，每年至少向云南地區(qū)輸入1次7級地震的能量，通過地震釋放的能量為9.84×1014J，平均8年發(fā)生1次7級地震，每3年發(fā)生2次6級地震、每年發(fā)生5級地震3～4次。如，據(jù)朱成男等（1981）的實(shí)地考察在1979年普洱磨黑6.8級地震區(qū)，于1890年前后曾發(fā)生過一次Ⅸ度地震，造成正規(guī)穿斗木架房的倒塌。可見本研究區(qū)強(qiáng)震密集程度之高實(shí)屬罕見。

2 區(qū)域斷裂活動(dòng)特征

研究區(qū)位于近SN向呈S型展布的（F36）瀾滄江斷裂南段與NW走向的（F130）紅河斷裂南段所夾持的地塊區(qū)內(nèi)，根據(jù)航、衛(wèi)片分析以及野外地質(zhì)考察和微震分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)本研究區(qū)展布著NNW向、NEE向兩組相互交叉的活動(dòng)斷裂（虢順民等，1999；樊耀新，1998）。較早發(fā)育形成的比較連續(xù)穩(wěn)定的相互之間近似平行的多條NNW向右旋活動(dòng)斷裂，包括（F135）景谷-普文斷裂、（F132）鎮(zhèn)遠(yuǎn)-普洱斷裂、（F133）磨黑-橋頭斷裂、（F134）上寺斷裂（毛玉平等，2003）。此外，區(qū)域內(nèi)還有另一組與NNW向斷裂展布近乎垂直走向的較晚發(fā)育的NEE向左旋斷裂，包括（F136）三林場-思永街?jǐn)嗔?、（F137）震東-勐先斷裂、（F138）整碗-菜子地?cái)嗔?，在略靠南部的江城整董地區(qū)還發(fā)育一條NEE向（F139）小勐養(yǎng)-象莊斷裂。NEE向斷裂多呈斷續(xù)延伸、走向穩(wěn)定，并以張扭性力學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)橫斷所有NNW向斷裂，特別在普洱區(qū)域更是顯得十分突出。兩組斷裂共同構(gòu)成了研究區(qū)棋盤式網(wǎng)格狀構(gòu)造格架（虢順民等，1999；毛玉平等，2003）。

2.1 瀾滄江斷裂（F36）

總體上該斷裂可能起自藏北羌塘地區(qū)，于藏滇邊境梅里雪山丫口附近進(jìn)入云南，基本上沿瀾滄江河谷延伸，南端于勐宋附近進(jìn)入緬甸，總體走向NNW。本研究涉及其中南段：保山起向SE延至中緬邊境，長度約500km，呈S形近SN向展布，斷面向西陡傾或近直立（毛玉平等，2003；鐘康惠等，2004）。關(guān)于該斷裂新活動(dòng)的研究資料較少，近年來在該地區(qū)的一些地震安全性評價(jià)工作提供的零星資料（毛玉平等，2004）認(rèn)為該斷裂為第四紀(jì)活動(dòng)斷裂，局部地段為晚更新世活動(dòng)斷裂，新活動(dòng)呈北強(qiáng)南弱的態(tài)勢。據(jù)在斷層剖面中采得的斷層泥樣品作石英碎礫掃描電鏡分析結(jié)果，斷層最新活動(dòng)年代為距今15萬年以前。歷史地震記載和現(xiàn)代儀器記錄資料均表明，沿瀾滄江斷裂地震活動(dòng)較弱，無6級以上地震記載，僅在云龍至鳳慶間有少數(shù)5級多的地震記載。根據(jù)較為直觀的地質(zhì)剖面研究結(jié)果（毛玉平等，2003；鐘康惠等，2004；云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1990；劉宏兵，2001），結(jié)合多項(xiàng)涵蓋本研究區(qū)的云南地區(qū)上部地殼結(jié)構(gòu)和地震構(gòu)造環(huán)境層析成像研究、云南地區(qū)深部殼幔結(jié)構(gòu)層析成像研究成果，特別是對其深部發(fā)育產(chǎn)狀的研究資料（白志明等，2003、2004；林中洋等，1993），取其斷層產(chǎn)狀為傾向SW、傾角80°。地質(zhì)和地球物理研究均認(rèn)為蛇行彎曲的瀾滄江斷裂南段是隆起與坳陷的接觸邊界，是控制著盆地形態(tài)的基底深斷裂。而地殼厚度、地電阻率、地?zé)崃鞯鹊难芯烤J(rèn)為該區(qū)的地殼厚度在33～44.5km（白志明等，2004；李永華等，2009、張恩會(huì)等，2013；查小惠等，2013；Wang et al，2010；李冉等，2014；胥頤等，2013），建模時(shí)取其下界深度為40km。

2.2 紅河斷裂（F130）

紅河斷裂展布于點(diǎn)蒼山、無量山、哀牢山東側(cè)，總體呈NW-NWW走向，是我國西南地區(qū)地質(zhì)時(shí)期最為重要的一級構(gòu)造單元邊界斷裂（皇甫崗等，2010），在青藏高原東南緣大陸塊體的擠出、旋轉(zhuǎn)和逃逸過程中起到了關(guān)鍵作用（虢順民等，2001）。以往的研究指出其新生代早期的運(yùn)動(dòng)以左旋走滑為主，后期轉(zhuǎn)變?yōu)橛倚呋═apponnier et al，1982）。虢順民等（2013a、2013b）認(rèn)為，斷裂北段晚第四紀(jì)到現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，控制了一系列歷史強(qiáng)震的發(fā)生，而中南段盡管在地貌上有清楚的顯示，但歷史上未記載到震中確切的破壞性地震，表明中南段晚更新世以來活動(dòng)性減弱，進(jìn)入全新世后，斷裂差異活動(dòng)不明顯，處于穩(wěn)態(tài)發(fā)展階段。

本研究涉及其中南段，自彌渡苴力開始向SE至中越邊境的河口，全長約460km。中段結(jié)構(gòu)比較簡單，表現(xiàn)為右旋走滑活動(dòng)性質(zhì)。南段自元江春元至河口，由規(guī)模相當(dāng)、相距數(shù)百至1500m且大致平行的兩條次級斷裂即哀牢山山前斷裂和中谷斷裂構(gòu)成（虢順民等，2013a、2013b）。該段走向由NW轉(zhuǎn)為NWW向，并在平面形態(tài)上呈向西凸出的弧形。郭令智等（2001）認(rèn)為NE向的奠邊府?dāng)嗔褞г诤涌谂c紅河斷裂帶相接。綜合地表地質(zhì)調(diào)查以及云南地區(qū)上部地殼結(jié)構(gòu)和地震構(gòu)造環(huán)境層析成像研究、云南地區(qū)深部殼幔結(jié)構(gòu)層析成像研究成果，特別是對其深部發(fā)育產(chǎn)狀的研究資料及斷裂帶兩側(cè)地殼厚度和Moho深度、地殼平均速度的變化等研究資料與結(jié)論（白志明等，2003、2004；張恩會(huì)等，2013；李冉等，2014；胥頤等，2013；虢順民等，2001、2013a、2013b；王椿鏞等，2002；徐鳴潔等，2005），取建模時(shí)斷層產(chǎn)狀為傾向NE、傾角80°、深度40km。

2.3 普洱地區(qū)相互交叉斷裂下界深度的確定

以往的地球物理探測等多項(xiàng)研究表明普洱地區(qū)的地殼厚度為32～38km（白志明等，2003、2004；張恩會(huì)等，2013；吳建平等2001；查小惠等，2013；張淑榮等，1994；Wang et al，2010）。Wang等（2003）關(guān)于川滇地區(qū)大多數(shù)強(qiáng)烈地震的地殼深部環(huán)境研究認(rèn)為，震源部位具有正常的速度或正異常速度，而其下方分布有負(fù)速度異常；負(fù)速度異常的存在有利于應(yīng)力在其上部的脆性地殼內(nèi)集中。林中洋（1993）也得出類似的結(jié)論：普洱地區(qū)的莫霍面深度為38km，且在上地幔頂部存在一個(gè)低速區(qū)，推斷這里的上地幔頂部物質(zhì)可能處于部分融熔狀態(tài)，使地殼局部不穩(wěn)，引起普洱地震區(qū)的地震活動(dòng)。虢順民等（1999）的研究指出：普洱地區(qū)在15～20km深處發(fā)育一低速層，區(qū)內(nèi)存在一個(gè)深度不超過20km的滑脫面，測深結(jié)果表明低速層即軟弱層在20km以下，其上部為脆性地殼。胥頤等（2013）的研究更加明確指出：殼內(nèi)低速異常具有分層和分區(qū)特征，在紅河斷裂與瀾滄江斷裂之間主要分布在10～20km的地殼中上部。熊熊等（2001）利用青藏高原東部巖石層溫度場的分布計(jì)算了這一地區(qū)巖石層的強(qiáng)度，其分布基本一致。他們的研究結(jié)果認(rèn)為，沿三江地區(qū)巖石層整體強(qiáng)度較弱，地殼高強(qiáng)度部分僅局限于上地殼20～25km。

劉祖蔭等（2002）通過對云南省1966～2001年間1735次M≥2.0級地震給出的震源深度資料統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)普洱地區(qū)地震震源下界面約深20km左右，地震發(fā)生的最優(yōu)深度在5～10km。2007年普洱6.4級地震序列及區(qū)域小震精定位等多項(xiàng)研究給出了精確的震源深度分布圖像，如謝英情等（2007）經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析顯示，滇西南地區(qū)震源深度分布范圍是1～40km，平均11km，震源深度在10～14km的地震最多，占47.2%，震源深度在5～9km的次之，占23.8%，震源深度在15～19km的最少，占13.8%；區(qū)域地震的破裂深度以5～14km為主，占71%，反映出地震主要發(fā)生在軟流層之上的介質(zhì)條件以脆性為主的上地殼。張勇等（2008）通過反演全球范圍內(nèi)的寬頻帶波形資料，得出2007年6.4級地震初始破裂點(diǎn)和最大位移區(qū)為沿?cái)鄬觾A向的深10km區(qū)域。

綜上研究，區(qū)內(nèi)以脆性為主的上地殼，即可積累構(gòu)造應(yīng)力的孕震區(qū)深度應(yīng)在20km左右，因此，本研究模型將區(qū)內(nèi)相互交叉構(gòu)成棋盤格式的NNW和NEE向斷裂下界定在深20km處。各斷裂簡述如下。

2.3.1 景谷-普文斷裂（F135）

該斷裂由景谷盆地南端開始至F136呈近SN走向（圖1），F(xiàn)136以南呈略向西突出的弧形向南延伸，之后自普洱經(jīng)普文向SSE直線延伸，推測接近NEE向小勐養(yǎng)-象莊斷裂，地貌上表現(xiàn)為斷層谷、斷層三角面、水系右旋位錯(cuò)等，總長度約150km。地質(zhì)地貌考察、斷層剖面分析（毛玉平等，2003）和深部探測資料的研究（白志明等，2003）結(jié)果顯示斷裂產(chǎn)狀為傾向NE，傾角約70°。1942年在普洱東南約5km處發(fā)生6?級地震，推測與該斷裂帶活動(dòng)有關(guān)，2014年10月7日在其西部北側(cè)發(fā)生了景谷6.6強(qiáng)震（房立華等，2014、http：／／www.cea-igp.ac.cntpxw270908.shtml）。

2.3.2 鎮(zhèn)遠(yuǎn)-普洱斷裂（F132）

北起景谷盆地北端，呈近乎直線型經(jīng)普洱向南延伸，NNW走向，全長約240km。在普洱以北地段被NE向斷裂切錯(cuò)。地貌上表現(xiàn)為斷層谷、丫口、梳狀水系、斷錯(cuò)水系等。該段區(qū)域在1884～2007年共發(fā)生過9次6.0級以上地震。班海段為2007年普洱6.4級地震的發(fā)震斷裂。綜合地質(zhì)地貌考察、斷層剖面分析以及震后現(xiàn)場科考等相關(guān)研究資料（虢順民等，1999；毛玉平等，2003；謝英情等，2007；楊曉平等，2008），斷層產(chǎn)狀為傾向NE，傾角70°。

2.3.3 磨黑-橋頭斷裂（F133）

該斷裂沿民權(quán)、磨黑、勐先、曼克老展布，NNW走向，全長約140km。斷裂在普洱以北被NE向斷層切錯(cuò)，斷裂穿過勐先河右岸，使多條支流發(fā)生右旋斷錯(cuò)，斷距120～230m。南端曼克老一帶斷裂線性清楚，延伸筆直，其上發(fā)育兩期斷層三角面，曼老河左岸一系列支流發(fā)生同步右旋位錯(cuò)45～65m。1981年9月19日在普洱縣普義鄉(xiāng)發(fā)生6.0級地震，震中位于該斷裂帶附近。關(guān)于產(chǎn)狀參數(shù)，以往的地質(zhì)構(gòu)造和地球物理探測等均未給出明確的描述和研究結(jié)果，本文建模參照F135、F132的結(jié)果，取其傾向NE、傾角70°。

2.3.4 上寺斷裂（F134）

斷裂發(fā)育于磨黑斷裂東側(cè)，NNW走向，全長約80km。在老許壩附近使一系列山脊、水系發(fā)生右旋位錯(cuò)，其位錯(cuò)量達(dá)150～180m。1979年普洱6.8級地震在扎牛田使該斷裂產(chǎn)生一條長230m的地震裂縫，使田埂右旋位錯(cuò)15cm，垂直位錯(cuò)18cm（虢順民等，1999）。本文建模參照F135、F132的結(jié)果，取其傾向NE、傾角70°。

2.3.5 三林場-思永街?jǐn)嗔眩‵136）

NEE走向，全長約80km，屬NEE向斷裂群，研究程度較低，與NEE走向隆起帶和地震分布帶基本一致，推測斷裂深部有活動(dòng)，并具一定的區(qū)域規(guī)模。與NNW向（F135）景谷-普洱斷裂、（F132）鎮(zhèn)遠(yuǎn)-普洱斷裂、（F133）磨黑-橋頭斷裂彼此交錯(cuò)切割。參考F139（鄧起東等，2002、2007），取其傾向SW、傾角70°，2014年10月7日在其西段北部發(fā)生了景谷6.6級強(qiáng)震。

2.3.6 震東-勐先斷裂（F137）

NEE走向，全長約60km，沿?cái)嗔讯鄺l沖溝與山脊發(fā)生同步左旋位錯(cuò)達(dá)10～15m。中段同心村南株栗河斷裂沿枯河南岸展布，斷層三角面發(fā)育，3個(gè)小山脊發(fā)生同步左旋位錯(cuò)，位移量達(dá)15～20m。類似的現(xiàn)象在普洱南頭塘村也有分布，其位錯(cuò)量達(dá)18～22m。參考F139（鄧起東等，2002、2007），其產(chǎn)狀取為傾向SW、傾角70°。

2.3.7 整碗-菜子地?cái)嗔眩‵138）

NEE走向，全長約20km，普洱北10km斷裂沿納加河、木栗河分布，形成斷層谷。局部沖溝、山脊發(fā)生左旋位錯(cuò)。參考F139（鄧起東等，2002、2007），其產(chǎn)狀取為傾向SW、傾角70°。

2.3.8 小勐養(yǎng)-象莊斷裂（F139）

呈弧形延伸，弧頂向南突出，總體走向NEE，長約50km。其形成與普洱隆起塊體向南移動(dòng)有關(guān)。1965年于該斷裂帶南側(cè)發(fā)生江城整董6.1級地震，等震線長軸為SN向。推測應(yīng)是該斷裂帶與鎮(zhèn)遠(yuǎn)-普洱斷裂（相接處）共同作用的結(jié)果。參考鄧起東等（2002、2007）的描述，取其產(chǎn)狀為傾向SW、傾角70°。

3 GPS資料及計(jì)算

現(xiàn)代空間大地測量技術(shù)（特別是GPS）的迅速發(fā)展，能以前所未有的高時(shí)空分辨率獲取對地球的觀測數(shù)據(jù)，使之逐步成為監(jiān)測現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)的重要手段。本研究采用1999、2001、2004、2007、2011共5期GPS復(fù)測資料以及2007年普洱6.4級地震后筆者實(shí)地選擇和連續(xù)觀測30天的加密觀測資料，目的是從觀測速度中扣除同震形變引起的速度值，得到區(qū)域不受同震影響的地殼運(yùn)動(dòng)速度場。

GPS原始數(shù)據(jù)的處理采用GAMIT／GLOBK軟件包完成，為了保證數(shù)據(jù)處理的可靠性，把涉及的所有GPS原始觀測數(shù)據(jù)都采用相同的模型、參量和方法進(jìn)行統(tǒng)一處理，其中包括與普洱地震區(qū)觀測數(shù)據(jù)同步的全球IGS站和CMONOC基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)。為了提高數(shù)據(jù)處理的效率，數(shù)據(jù)處理分為全球、全國和區(qū)域3個(gè)層次進(jìn)行，然后通過公共GPS點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)和衛(wèi)星軌道參數(shù)結(jié)合，由此獲得一系列包括全球IGS站、CMONOC基準(zhǔn)站和震區(qū)區(qū)域GPS點(diǎn)的單日解。單日解給出了這些站點(diǎn)的坐標(biāo)、極移和衛(wèi)星軌道參數(shù)的松弛解及其方差-協(xié)方差矩陣，更詳盡的方法介紹參見文獻(xiàn)（王敏等，2008），最后給出歐亞板塊參考系下2011年相對于1999年的區(qū)域地殼水平運(yùn)動(dòng)速度場（圖2）。

圖2 區(qū)域地殼水平運(yùn)動(dòng)速度場（歐亞參考系）

4 有限元模型的構(gòu)建與計(jì)算結(jié)果

普洱地區(qū)位于內(nèi)部破裂程度較高的次級斷塊中，以往的地質(zhì)調(diào)查和研究成果表明，在區(qū)域右旋剪切力作用下，塊體發(fā)生繞垂直軸的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（徐錫偉等，2003；虢順民等，1999；云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1990），相關(guān)地球物理研究資料也表明普洱地區(qū)經(jīng)歷過相對復(fù)雜的陸內(nèi)變形過程（陳海泓等，1993；Cheng et al，1995；仝亞博等，2014；張海峰等，2012）。本研究嘗試建立由瀾滄江和紅河斷裂帶所夾持的呈棋盤式構(gòu)造格架的普洱地塊區(qū)二維板有限元模型，用有限元方法，研究普洱地塊區(qū)的地殼形變空間分布，從垂直于計(jì)算區(qū)（簡稱NEE向）和沿計(jì)算區(qū)走向（簡稱NNW向）的兩個(gè)方向給出高解析度的區(qū)域地殼水平形變場和區(qū)域垂直形變場（垂直于地表方向）。

4.1 模擬計(jì)算思路

建立云南普洱地區(qū)包含10條斷層的二維板有限元模型，斷層幾何參數(shù)如表2所示。區(qū)域內(nèi)的活動(dòng)斷裂可分為2部分，一部分就是普洱棋盤式地塊包含的斷裂，另一部分是普洱地塊外圍的東西2個(gè)（深）大斷裂，即東部的紅河斷裂和西部的瀾滄江斷裂。

表2 計(jì)算區(qū)域內(nèi)的主要活動(dòng)斷層及其相關(guān)參數(shù)

參考前人地質(zhì)構(gòu)造研究結(jié)果，以現(xiàn)今GPS測量計(jì)算得到的塊體年運(yùn)動(dòng)量作為模型區(qū)域的邊界約束，計(jì)算構(gòu)造形變在普洱地區(qū)的空間分布，從數(shù)值模擬角度論證普洱地區(qū)的地殼形變特征，并將計(jì)算結(jié)果與野外實(shí)地科考和GPS實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對比。數(shù)值計(jì)算中包含普洱地區(qū)內(nèi)的沿NEE和NNW向水平形變場以及區(qū)域垂直形變場的模擬，具體分析形變場各分量在該地區(qū)跨越斷裂空間上的變化特征。

4.2 有限元模型及邊界條件

有限元模型及劃分網(wǎng)格后的模型如圖3（a）和3（b）所示，其中3（a）為建立的有限元模型，模型的尺度即矩形長邊×短邊×深度＝660km×420km×40km；3（b）為進(jìn)行網(wǎng)格劃分之后的結(jié)果；采用立方體單元，網(wǎng)格劃分之后整個(gè)計(jì)算區(qū)域的單元數(shù)目為369472；從圖3（b）可以發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格在普洱地塊區(qū)劃分較細(xì)，這是因?yàn)樵谠摰貐^(qū)斷層較多。為了簡化有限元模型，這里不考慮層狀地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，也不考慮地表起伏等地貌因素，將計(jì)算介質(zhì)視為各向同性介質(zhì)。根據(jù)現(xiàn)今GPS測量結(jié)果參考以往地質(zhì)構(gòu)造研究資料（徐錫偉等，2003；向宏發(fā)等，2002），我們?nèi)〖t河斷裂和瀾滄江斷裂兩條斷裂各自的平均錯(cuò)動(dòng)速率為4mm／a。這里取GPS測得的兩條斷裂錯(cuò)動(dòng)速率的平均值實(shí)際上考慮了模型外斷裂活動(dòng)對瀾滄江斷裂及紅河斷裂運(yùn)動(dòng)的影響，因此以GPS測得的平均錯(cuò)動(dòng)速率計(jì)算相應(yīng)的邊界平均應(yīng)力值也是考慮了模型外部斷裂對模型邊界的影響。按照Okada（1985、1992）的位錯(cuò)模型計(jì)算，當(dāng)斷裂錯(cuò)動(dòng)速率4mm／a時(shí)，西部及北部邊界應(yīng)當(dāng)施加的邊界載荷為4MPa和3MPa。4MPa和3MPa為模型深度中部的值，相當(dāng)于在模型的西部、北部邊界施加平均載荷值。由于紅河斷裂錯(cuò)動(dòng)速率取4mm／a時(shí)計(jì)算得到的應(yīng)力值小于由瀾滄江斷裂錯(cuò)動(dòng)速率4mm／a計(jì)算得到的應(yīng)力值，因此，這里取瀾滄江斷裂錯(cuò)動(dòng)速率4mm／a時(shí)的平均應(yīng)力值，在模型的西部和北部邊界施加4MPa和3MPa的壓應(yīng)力。模型南部及東部邊界若按照上述方法計(jì)算將得到同樣的應(yīng)力值，因?yàn)镺kada（1985、1992）模型是一個(gè)均勻模型，若按照同樣的應(yīng)力值施加于模型的東、南部邊界將很難滿足邊界上的GPS位移約束，為此這里對整個(gè)模型采用混合邊界約束，對東南邊界采用位移約束。采用混合邊界條件的優(yōu)點(diǎn)是既考慮本區(qū)域主要斷裂即紅河斷裂和瀾滄江斷裂運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力又考慮了GPS測量的結(jié)果，因此采用混合邊界條件應(yīng)當(dāng)是合理的。模型底部采用三方向位移完全約束邊界條件。

圖3 計(jì)算區(qū)域有限元模型及網(wǎng)格劃分

模型南部邊界附近的位移約束按照該地區(qū)GPS測量計(jì)算結(jié)果取模型南部附近4個(gè)GPS點(diǎn)的SN方向位移的平均值，即在模型南部施加方向?yàn)槟锨?mm／a的位移約束，模型東部邊界同樣的方法取東向的位移量，即施加方向?yàn)闁|且為2mm／a的位移約束，具體如圖4所示，因?yàn)檠芯繀^(qū)域內(nèi)地殼厚度不均勻，因此這里采用張恩會(huì)（2013）的地球深部模型，并選取中地殼花崗巖密度及彈性模量和泊松比作為整個(gè)研究區(qū)域的材料模型（表3）。

斷層面采用摩擦接觸-庫倫摩擦定律即

式中，f為斷層面摩擦力，c為內(nèi)聚力，μ為斷面摩擦系數(shù)，f0為法向應(yīng)力。在本模型中，暫不考慮塑性變形，因?yàn)樗苄宰冃蔚膮^(qū)域，包括在斷裂端部塑性變形較強(qiáng)的區(qū)域，其尺度相對于斷裂尺度而言都是較小的，因此這里不考慮塑性變形。

在模型邊界應(yīng)力及位移作用下，斷層面根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)可以分為兩個(gè)區(qū)域：接觸區(qū)域和滑動(dòng)區(qū)域。斷層上下盤在邊界力及位移作用下，首先發(fā)生接觸，接觸時(shí)按照相容條件，斷層兩盤的物質(zhì)不能相互侵入，因此斷層面上的位移滿足連續(xù)性條件，相應(yīng)力滿足作用力和反作用力條件，即大小相等，方向相反。當(dāng)接觸邊界上某一點(diǎn)處的切向力小于抵抗強(qiáng)度時(shí)，即

斷層面僅接觸，不發(fā)生滑動(dòng)，位移仍然滿足連續(xù)性條件。當(dāng)斷層面接觸邊界上某一點(diǎn)處切向力達(dá)到其抵抗強(qiáng)度時(shí)，即

斷層面發(fā)生相對滑動(dòng)，此時(shí)除法向位移保持連續(xù)外，切向位移不連續(xù)。在斷層面和模型邊界外，其它地質(zhì)體的變形及本構(gòu)關(guān)系按照連續(xù)彈性體本構(gòu)關(guān)系計(jì)算。

圖4 計(jì)算邊界條件

表3 模型參數(shù)

4.3 計(jì)算結(jié)果

4.3.1 NEE向的形變場

由圖5可見，形變場在左側(cè)的瀾滄江斷裂和右側(cè)紅河斷裂外側(cè)的值較大，在瀾滄江斷裂與紅河斷裂之間的普洱棋盤式斷層切割地塊的形變場明顯小于瀾滄江和紅河斷裂的形變場。

此外，從圖中還可以看到NEE走向的斷裂，除小勐養(yǎng)-象莊斷裂（F139）外，都具左旋走滑特征，其中三林場-思永街?jǐn)嗔眩‵136）的左旋走滑量最大為1.1mm／a。在普洱地塊區(qū)，NEE走向斷裂左旋量的空間分布還有一個(gè)特點(diǎn)是走滑分量的較大值出現(xiàn)在斷裂的西北側(cè)，形成形變場高值區(qū)域。那么，從區(qū)域形變場的角度分析，我們認(rèn)為這種左旋分量西部大于東部的現(xiàn)象及最大值出現(xiàn)的區(qū)域應(yīng)為景谷6.6級地震（圖中紅點(diǎn)）孕育的反映。

圖5 沿垂直于研究區(qū)走向的形變場（mm／a）

4.3.2 NNW向的形變場

計(jì)算區(qū)域內(nèi)走向?yàn)镹NW的斷裂均表現(xiàn)出了右旋走滑的性質(zhì)。由圖6可見，與沿NEE向的形變場變化有所不同，NNW向形變場與瀾滄江斷裂（F36）和紅河斷裂（F130）造成的形變場在數(shù)值上，尤其最大值是接近的。而棋盤式構(gòu)造格架區(qū)域所呈現(xiàn)出的復(fù)雜、無規(guī)律的形變圖像，正是兩組共軛斷裂帶活動(dòng)的真實(shí)反映，可見這種無規(guī)律的地殼形變圖像是棋盤式復(fù)雜構(gòu)造格架存在的必然產(chǎn)物，也進(jìn)一步證明了相對顯著的形變場高值區(qū)域的存在與景谷6.6級地震（圖中紅點(diǎn)）的孕育是相對應(yīng)的。而沿NNW向的形變場則分布在活動(dòng)構(gòu)造明顯的區(qū)域之外，即鎮(zhèn)遠(yuǎn)-普洱斷裂（F132）北部和小勐養(yǎng)-象莊斷裂（F139）南部變化則比較均勻。

圖6 沿研究區(qū)走向的形變場（mm／a）

4.3.3 垂直于地表的形變場

計(jì)算區(qū)域內(nèi)地殼的隆升形變主要集中在斷裂出露附近（圖7）。隆升形變的主體部分集中在普洱棋盤式斷裂切割構(gòu)造上，形變量約1mm／a～3mm／a，與該區(qū)域水平形變場混亂的圖像相呼應(yīng)，成因于在該地塊上多條走向上近似垂直的斷裂相互切割破壞了地表自由表面的完整性。

圖7 垂直于地表的形變場（mm／a）

NNW向的鎮(zhèn)遠(yuǎn)-普洱斷裂（F132）、磨黑-橋頭斷裂（F133）、上寺斷裂（F134）和近南北走向的景谷-普文斷裂（F135）與走向NEE的三林場-思永街?jǐn)嗔眩‵136）、震東-勐先斷裂（F137）以及整碗-菜子地?cái)嗔眩‵138）交匯處附近的垂直位移量都較大；其中，形變最大值出現(xiàn)在小勐養(yǎng)-向莊斷裂（F139）的上盤為4mm／a，反映了該斷裂逆沖運(yùn)動(dòng)的特征。此外，在瀾滄江斷裂以西地區(qū)的平均隆升值要略大于紅河斷裂以東地區(qū)，但是除小勐養(yǎng)-象莊斷裂（F139）外的所有斷裂上沿?cái)嗔炎呦虻穆∩巫儧]有變化，并且在斷裂兩盤（除斷裂的交匯處）隆升值沒有差異，呈現(xiàn)區(qū)域整體隆升形變特征，這也反映了這些斷裂以走滑為主的活動(dòng)性質(zhì)。但是本區(qū)也存在局部下沉形變的區(qū)域，如在整碗-菜子地?cái)嗔眩‵138）和小勐養(yǎng)-象莊斷裂（F139）之間的區(qū)域以及上寺斷裂（F134）和紅河斷裂之間的區(qū)域有下沉形變，但下沉量很小，為0.1～0.6mm／a。

郭良遷等（2013）利用1951～2011施測的大區(qū)域水準(zhǔn)測量資料計(jì)算了云南地區(qū)地殼垂直形變場，云南地區(qū)1951～1980年、1980～1994年、1994～2011年3個(gè)時(shí)間段的垂直形變速率顯示，第一階段中南部上升，北部下降，第二階段以上升為主，第三階段東部和南部上升，西部下降。1951～2011年的垂直形變場代表了本區(qū)60年來的地殼垂直運(yùn)動(dòng)。表明云南西北部和北部地區(qū)的地殼下降，速率為-（1～3）mm／a，南部和中東部地區(qū)為上升區(qū)，上升速率為（1～6）mm／a，與本文得出的普洱地區(qū)以隆升變形為主的計(jì)算結(jié)果基本吻合。

5 討論與結(jié)論

綜上所述，本文參考活動(dòng)構(gòu)造研究，以現(xiàn)今多期GPS復(fù)測資料計(jì)算得出的研究區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)為邊界約束，通過有限元分析計(jì)算，從兩個(gè)方向給出了研究區(qū)現(xiàn)今地殼水平形變場的詳細(xì)圖像，以及區(qū)域現(xiàn)今垂直形變場變化特征。結(jié)果表明沿NEE向的水平形變西部明顯大于東部、最大值出現(xiàn)在NEE向斷裂帶附近的特征。沿NNW向的水平形變場和區(qū)域垂直形變場的結(jié)果均反映了在高原物質(zhì)南東向移動(dòng)的區(qū)域動(dòng)力學(xué)背景下，兩組共軛交叉斷裂帶相互牽引、共同活動(dòng)而呈現(xiàn)出這種復(fù)雜、分散、無規(guī)律的形變場圖像。聯(lián)系到近年來集中在該區(qū)域發(fā)生的1981年6.0級、1993年6.3級和2007年6.4級地震，我們認(rèn)為，沿NNW向的多點(diǎn)集中區(qū)為已發(fā)地震區(qū)，較明顯的形變場疊加了震后調(diào)整的過程。研究區(qū)主體以持續(xù)上升為主的垂直形變場，推測為其南部NE向奠邊府?dāng)嗔褞ё钃趿瞬糠指咴镔|(zhì)南東向移動(dòng)的結(jié)果，可將該斷裂帶視為普洱地塊南邊界。

前人在該區(qū)域所進(jìn)行了長期、詳細(xì)的地質(zhì)地貌、活動(dòng)構(gòu)造等研究，如虢順民等（1999），利用水系溯源侵蝕速率法和水系長度與形成年代關(guān)系時(shí)比法來估算水系形成年代，進(jìn)而估算斷錯(cuò)水系形成年代。認(rèn)為，本區(qū)NNW向斷裂活動(dòng)時(shí)代多為第四紀(jì)中晚期，而NE向斷裂多為第四紀(jì)晚期，普洱地區(qū)中強(qiáng)地震的發(fā)生，受該區(qū)內(nèi)NEE向橫向塊狀隆起構(gòu)造的控制。樊耀新等（1998）研究了滇西南地區(qū)地殼構(gòu)造和地震活動(dòng)特點(diǎn)，認(rèn)為NE向斷裂在普洱地區(qū)地震活動(dòng)中起重要控制作用。李克昌等（1980）研究了普洱地區(qū)部分新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征，亦指出該區(qū)在新生代構(gòu)造活動(dòng)中，兩組斷裂都有程度不同的活動(dòng)，而NE向斷裂的活動(dòng)程度更高，在區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)中占據(jù)主導(dǎo)位置，對NNW向斷裂產(chǎn)生了牽引作用，1970年至今的整個(gè)地震過程中，以NE向斷裂發(fā)震為開端，繼而以為數(shù)眾多的NNW向斷裂持續(xù)發(fā)震。如1993普洱6.3級地震現(xiàn)場科考報(bào)告（1993）就明確指出本次地震的發(fā)生是NE向構(gòu)造活動(dòng)加劇的結(jié)果，2007年在NNW向的普洱斷裂班海段又發(fā)生了6.4級強(qiáng)震（楊曉平等，2008）。那么，本研究區(qū)地震的孕育發(fā)生受斷裂活動(dòng)所控制，但震中分布又與斷裂帶分布位置無完全的對應(yīng)關(guān)系，震中與極震區(qū)展布也無明顯優(yōu)勢方位，不呈條帶狀分布、發(fā)震間隔時(shí)間短、無明確遷移規(guī)律，應(yīng)屬局部分散、持續(xù)、漫游式中強(qiáng)地震活動(dòng)過程。1995年日本阪神大地震之后，日本科學(xué)家立即在發(fā)震的Nojima斷裂帶實(shí)施了科學(xué)鉆探，并分別于1997年、2000年和2003年進(jìn)行了3次注水實(shí)驗(yàn)，以了解大地震之后斷裂帶空隙度和滲透性的演化規(guī)律，他們發(fā)現(xiàn)地震6年后斷裂帶的滲透性僅減少40%，說明斷層愈合往往是非常緩慢的（Kitagawa et al，2007）。聯(lián)系到本研究區(qū)，可推測沿NNW向形變場無規(guī)律變化的高值區(qū)，特別是前次地震發(fā)生區(qū)應(yīng)處在震后恢復(fù)和應(yīng)力積累的雙重過程中，而不能用嚴(yán)格的“發(fā)震-恢復(fù)-集中-發(fā)震”的常規(guī)方式來理解本區(qū)域內(nèi)的單一地震過程?；诒緟^(qū)的動(dòng)力來源主要為青藏高原物質(zhì)南東向擴(kuò)展流動(dòng)的認(rèn)識(shí)，那么根據(jù)本文計(jì)算結(jié)果，我們認(rèn)為本區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過程、強(qiáng)震發(fā)生機(jī)制是：在區(qū)內(nèi)起到阻擋作用的NEE向斷裂帶首先活動(dòng)，隨后與之共軛交叉的NNW斷裂帶在NEE向斷裂帶活動(dòng)的牽引作用下開始活動(dòng)，形成兩組斷裂的共軛叢集運(yùn)動(dòng)，那么沿?cái)嗔训男巫儓龈咧祬^(qū)顯然是斷裂活動(dòng)的產(chǎn)物，造成了沿?cái)嗔训奈挥谇按蔚卣鹂諈^(qū)的應(yīng)力應(yīng)變累積，導(dǎo)致地震的孕育發(fā)生。而斷裂帶所圍限的次級斷塊的活動(dòng)、旋轉(zhuǎn)與變形產(chǎn)生的形變場高值區(qū)，則造成位于前次的地震空區(qū)的地表破裂型地震的孕育發(fā)生，2014年景谷6.6級地震的孕育發(fā)生就很好地釋義了這個(gè)過程。正是在這種持續(xù)的南東向能量傳遞的動(dòng)力學(xué)背景下兩組斷裂的共軛叢集運(yùn)動(dòng)，使得本研究區(qū)呈現(xiàn)中強(qiáng)地震的此起彼伏。普洱地震區(qū)與青藏高原東南緣構(gòu)造相連、動(dòng)力同源，目前關(guān)于高原隆升的4種模式即地殼縮短增厚模式、走滑逃逸模式、下地殼流動(dòng)模式、分階段隆升模式均有其合理性也存在差異（鄧起東等，2002；Tapponnier et al，1982；England et al，1989；Houseman and England，1993；Engnd and Molnar，1990；Replumaz and Tapponnier，2003；Shen et al，2001），但其共同點(diǎn)是均承認(rèn)高原物質(zhì)東南擴(kuò)展的側(cè)向移動(dòng)說，認(rèn)為物質(zhì)的東南移動(dòng)是青藏高原在隆升過程中能夠保持基本均衡的主要原因，但對物質(zhì)移動(dòng)方式有不同看法。根據(jù)本研究給出的研究區(qū)域形變場分布演化及其與地震活動(dòng)特征，我們認(rèn)為，本研究區(qū)強(qiáng)震時(shí)空集中的特殊現(xiàn)象的力源問題較為符合青藏高原分階段隆升模式、重力滑塌型高原物質(zhì)南東向流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型（圖8）。

圖8 普洱地塊運(yùn)動(dòng)示意圖

值得注意的是，由于各類觀測數(shù)據(jù)在研究區(qū)時(shí)空分布上的嚴(yán)重不足，制約了我們對研究區(qū)應(yīng)力應(yīng)變場演化的運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)過程的深入探討和全面理解，因此，進(jìn)一步對該地區(qū)進(jìn)行時(shí)空加密觀測及綜合研究，無疑對防震減災(zāi)工作具有重要意義。

致謝在本文寫作期間與王敏研究員和楊曉平研究員進(jìn)行過有益的討論，安艷芬博士繪制了部分圖件。在此致以誠摯謝意！感謝審稿專家為本文進(jìn)一步完善所提出的建設(shè)性的修改意見。