徐東卓 李勝虎 周海濤 王閱兵 王世進(jìn)

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川滇地塊南部主要斷裂現(xiàn)今形變特征及危險(xiǎn)性分析1

徐東卓1）李勝虎2）周海濤1）王閱兵3）王世進(jìn)1）

1）中國地震局第一監(jiān)測(cè)中心，天津 300180 2）中國科學(xué)院三亞深?？茖W(xué)與工程研究所，海南三亞 572000 3）地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)工程研究中心，北京 100045

本文利用川滇地塊南部30余年的跨斷層觀測(cè)資料，計(jì)算了跨斷層場(chǎng)地的三維活動(dòng)量，分析了區(qū)域內(nèi)斷裂的現(xiàn)今形變特征以及川滇地塊南部的運(yùn)動(dòng)方式，認(rèn)為部分?jǐn)嗔熏F(xiàn)今表現(xiàn)出異常活動(dòng)的現(xiàn)象，川滇地塊南部整體表現(xiàn)出以水平順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為主的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，并對(duì)該區(qū)域中短期地震危險(xiǎn)性做出了初步推測(cè)。

川滇地塊 活動(dòng)斷裂 跨斷層監(jiān)測(cè) 形變分析

引言

跨斷層形變監(jiān)測(cè)是一種觀測(cè)物理意義明確、測(cè)量精度高、便于組織實(shí)施以及數(shù)據(jù)產(chǎn)品穩(wěn)定可靠的地震前兆監(jiān)測(cè)方法之一（薄萬舉等，1994，1998；李杰等，2010；張晶等，2011；張希等，2014；馬伶俐等，2015；李臘月等，2016；孫啟凱等，2017）。通過多期次、短距離的跨斷層水準(zhǔn)和基線測(cè)量，能夠準(zhǔn)確記錄斷層活動(dòng)的位移量，監(jiān)測(cè)活動(dòng)斷裂的運(yùn)動(dòng)特征，更好地反映斷裂帶及其所處區(qū)域的形變和運(yùn)移特征（牛安福等，2013）。針對(duì)川滇地塊的地殼形變、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征及其形成機(jī)制開展的研究工作產(chǎn)出了大量成果，但是，目前關(guān)于這些問題也存在不同認(rèn)識(shí)（喬學(xué)軍等，2004；武艷強(qiáng)等，2011；洪敏等，2014；吳中海等，2015；白玉柱等，2016）。本文利用川滇地塊南部附近的跨斷層觀測(cè)資料，對(duì)區(qū)域斷裂帶的現(xiàn)今形變變化進(jìn)行分析，研究川滇地塊南部的整體運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，綜合提取斷層活動(dòng)的異常信息，為區(qū)域地震危險(xiǎn)性分析提供一定的參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

川滇地塊位于青藏高原的東緣，南北地震帶的南段，大地構(gòu)造上處于揚(yáng)子板塊、松潘-甘孜地塊、蘭坪-思茅地塊以及岡底斯-騰沖地塊等構(gòu)造單元的拼合匯聚地帶，在地質(zhì)歷史上經(jīng)歷了多次不同時(shí)期不同規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與巖漿活動(dòng)，構(gòu)造屬性復(fù)雜。該區(qū)域地震活動(dòng)強(qiáng)烈而頻繁，地震與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之間存在復(fù)雜的因果關(guān)系，是研究地震活動(dòng)與斷層運(yùn)動(dòng)關(guān)系的熱點(diǎn)地區(qū)（圖1）。

自新生代以來，印度板塊與亞歐板塊的相互碰撞拼貼，造成地殼強(qiáng)烈縮短增厚，青藏高原得以快速隆升（Tapponnier等，2001；許志琴等，2011）。伴隨著兩大板塊的俯沖拼合，高原也發(fā)生著同構(gòu)造擠壓伸展，物質(zhì)和能量向北西、北東、東、南東等多個(gè)方向轉(zhuǎn)移釋放。這種持續(xù)的俯沖碰撞使得兩大板塊拼合區(qū)域的喜馬拉雅造山帶、雅魯藏布江縫合帶以及高原內(nèi)部地塊與周緣區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，并形成一系列大斷裂帶，如北西走向的鮮水河斷裂、紅河斷裂及近南北走向的小江斷裂、安寧河-則木河斷裂帶等。很多學(xué)者對(duì)此區(qū)域開展了研究，并取得了大量成果（Wang等，1998；Burchfiel等，2003；陳長(zhǎng)云等，2016）。其中，處于川滇地塊南部的活動(dòng)斷裂，是本文關(guān)注的重點(diǎn)。

圖1 研究區(qū)主要斷裂帶及跨斷層監(jiān)測(cè)場(chǎng)地分布圖

2 跨斷層監(jiān)測(cè)概況

川滇地塊南部斷裂所在的云南地區(qū)的跨斷層監(jiān)測(cè)場(chǎng)地從20世紀(jì)80年代開始觀測(cè)，至今30余年，主要為流動(dòng)觀測(cè)場(chǎng)地，共有11處，分別是楚雄、峨山、建水、劍川、麗江、石屏、通海、下關(guān)、永勝、宜良和羊街，主要分布于金沙江-紅河斷裂帶、小江斷裂帶、南華-楚雄-建水?dāng)嗔褞Ъ捌浯渭?jí)斷裂（劍川斷裂、洱海斷裂、通海-峨山斷裂、建水-石屏斷裂、麗江斷裂）上（表1），多為綜合觀測(cè)場(chǎng)地。每個(gè)場(chǎng)地包括2條短水準(zhǔn)和2條短基線測(cè)線，分別各有1條直交和斜交測(cè)線，通過這種組合方式來共同監(jiān)測(cè)場(chǎng)地所跨斷層的三維運(yùn)動(dòng)變化。從場(chǎng)地觀測(cè)歷史來看，該區(qū)域的跨斷層觀測(cè)基本是每月1期，個(gè)別年份每2個(gè)月觀測(cè)1期，數(shù)據(jù)連續(xù)且完整。

表1 研究區(qū)跨斷層監(jiān)測(cè)場(chǎng)地概況

3 數(shù)據(jù)計(jì)算及分析

將收集到的研究區(qū)30余年的跨斷層觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)整理，對(duì)數(shù)據(jù)格式做統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化處理。首先，消除跨斷層觀測(cè)資料中明確因干擾引起的突跳變化，對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行連續(xù)性檢驗(yàn)，剔除重復(fù)的數(shù)據(jù)。然后，對(duì)于日常觀測(cè)中因各種原因造成缺測(cè)的數(shù)據(jù)采用線性插值法修補(bǔ)，得到周期統(tǒng)一的、可靠的形變數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)的處理分析采用以下方法：

云南區(qū)域內(nèi)的跨斷層場(chǎng)地同時(shí)布設(shè)有兩條同樁的基線和水準(zhǔn)測(cè)線，可采用下面3個(gè)公式來計(jì)算斷層活動(dòng)的三維分量：

利用MATLAB對(duì)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)繪制曲線圖，單幅曲線圖上方均標(biāo)注有其代表的場(chǎng)地名及運(yùn)動(dòng)方式（圖2）。通過曲線圖可以發(fā)現(xiàn)跨斷層場(chǎng)地所觀測(cè)的不同斷裂表現(xiàn)出了跟地質(zhì)背景相同或者不同的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，其中麗江、石屏和下關(guān)場(chǎng)地所跨斷層的現(xiàn)今活動(dòng)特征跟地質(zhì)背景一致；楚雄、劍川和永勝場(chǎng)地所跨斷層在走滑和拉張?zhí)卣魃隙急憩F(xiàn)出跟背景特征不一致的現(xiàn)象；峨山、建水和通海場(chǎng)地所觀測(cè)的斷層在走滑性質(zhì)上和地質(zhì)背景相符，而在張壓性質(zhì)上相反。根據(jù)現(xiàn)今運(yùn)動(dòng)特征，可將場(chǎng)地分為3種類型：

圖2 跨斷層監(jiān)測(cè)場(chǎng)地三維活動(dòng)量曲線圖

（1）運(yùn)動(dòng)特征與地質(zhì)背景一致。麗江場(chǎng)地所跨的麗江次級(jí)斷裂，在地質(zhì)背景上是一處表現(xiàn)為左旋走滑特征的活動(dòng)斷裂，兼具擠壓特點(diǎn)，現(xiàn)今計(jì)算的三維活動(dòng)量，依然表現(xiàn)出相同特征，其中斷層的水平張壓量在2012年后出現(xiàn)大幅異常變化。石屏場(chǎng)地所跨的石屏-建水?dāng)嗔?，在地質(zhì)背景上是一處右旋拉張?zhí)卣鞯幕顒?dòng)斷裂，現(xiàn)今右旋運(yùn)動(dòng)速率在2013年后雖然有所放緩，但是仍然與地質(zhì)背景一致。下關(guān)場(chǎng)地所處的是一條表現(xiàn)為右旋走滑兼有拉張?zhí)卣鞯纳顢嗔眩?003年水平走滑量曾出現(xiàn)右旋剪切轉(zhuǎn)折，現(xiàn)今曲線重回向上趨勢(shì)，繼續(xù)保持右旋走滑特征。羊街和宜良場(chǎng)地所處的小江斷裂帶西支斷裂，現(xiàn)今數(shù)據(jù)仍顯示出以繼承性的左旋走滑兼具擠壓特征為主。

（2）運(yùn)動(dòng)特征與地質(zhì)背景不一致。楚雄場(chǎng)地所跨斷層為具有右旋擠壓背景特征的楚雄斷裂，在2008年后現(xiàn)今運(yùn)動(dòng)特征以強(qiáng)烈左旋拉張為主，但自2014年左旋和拉張的運(yùn)動(dòng)速率都出現(xiàn)大幅放緩的異?，F(xiàn)象。劍川場(chǎng)地所處斷裂為紅河斷裂帶北段的劍川斷裂，是一處左旋走滑兼具拉張?zhí)卣鞯幕顒?dòng)斷裂，現(xiàn)今三維運(yùn)動(dòng)特征表現(xiàn)為右旋走滑兼具擠壓特征，其中的垂直位移量自2015年至今出現(xiàn)了大幅抬升的異常變化；水平走滑量自2011年后也出現(xiàn)大幅抬升，右旋運(yùn)動(dòng)加速。永勝場(chǎng)地所監(jiān)測(cè)的斷裂是具有左旋擠壓特征的程海深斷裂，從計(jì)算所得的三維活動(dòng)量曲線可以看出，該斷裂現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)學(xué)特征為右旋拉張，其垂直位移量曲線從2014年開始大幅異常抬升，水平走滑量自1994年開始穩(wěn)步抬升。

（3）與地質(zhì)背景相比，走滑特征一致，張壓特征相反。峨山場(chǎng)地和通海場(chǎng)地共同監(jiān)測(cè)曲江斷裂的不同部位，該斷裂在地質(zhì)背景上具有右旋擠壓特征，兩者現(xiàn)今走滑特征與背景一致，但是張壓量曲線表現(xiàn)出相反的拉張運(yùn)動(dòng)的異常特點(diǎn)。其中，峨山場(chǎng)地走滑分量在1998年后大幅抬升，之后趨于穩(wěn)定的右旋運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；通海場(chǎng)地的垂直位移量在1992年后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，斷層表現(xiàn)為張性活動(dòng)，走滑分量在2003年大幅下降，斷層剪切活動(dòng)速率減小，之后趨于穩(wěn)定，依然顯示右旋運(yùn)動(dòng)。建水場(chǎng)地所跨的石屏-建水?dāng)嗔训慕ㄋ危瑪鄬有再|(zhì)為左旋擠壓，從計(jì)算得出的水平走滑量參數(shù)來看，現(xiàn)今的走滑運(yùn)動(dòng)特征與地質(zhì)背景一致，垂直位移量在1999年后發(fā)生趨勢(shì)改變，斷層活動(dòng)由壓性轉(zhuǎn)變?yōu)橄喾吹睦瓘執(zhí)卣鳌?/p>

4 討論與結(jié)論

在印度洋板塊和亞歐板塊的互相作用下，巨大的青藏高原造就了地球的“第三極”，這種作用力至今仍在持續(xù)。板塊的碰撞拼合產(chǎn)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)，許多大規(guī)模斷裂帶應(yīng)運(yùn)而生（Xu等，2016），同時(shí)，也孕育了一系列強(qiáng)震。對(duì)此一些學(xué)者做過許多研究，并取得大量有價(jià)值的科研成果（Tapponnier等，2001；許志琴等，2011；陳長(zhǎng)云等，2016）。盡管目前對(duì)青藏高原的陸內(nèi)側(cè)向運(yùn)動(dòng)形式、時(shí)間和逃逸量存在著爭(zhēng)議，但是對(duì)位于其東緣的川滇地塊發(fā)生的晚新生代南東向的逃逸和圍繞東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)順時(shí)針的旋轉(zhuǎn)有著一致的認(rèn)識(shí)（喬學(xué)軍等，2004；武艷強(qiáng)等，2011；洪敏等，2014；吳中海等，2015）。

通過對(duì)位于川滇地塊南部主要斷裂上的跨斷層場(chǎng)地三維形變量的分析，可以看出部分?jǐn)嗔驯憩F(xiàn)出繼承性特征，如現(xiàn)今下關(guān)和石屏場(chǎng)地的三維活動(dòng)量表現(xiàn)出跟以往相同的持續(xù)平穩(wěn)的活動(dòng)速率。而另一部分?jǐn)嗔驯憩F(xiàn)出了異常于背景活動(dòng)特征的現(xiàn)象，如楚雄、永勝和劍川場(chǎng)地在走滑分量上都表現(xiàn)出了反向活動(dòng)特點(diǎn)。研究區(qū)具有以水平運(yùn)動(dòng)為主、垂直運(yùn)動(dòng)為輔的背景特征，現(xiàn)今看來，依然如此。通過計(jì)算分析得到的宜良、羊街、楚雄以及麗江場(chǎng)地的形變結(jié)果來看，羊街、宜良場(chǎng)地所控制的小江斷裂帶分支為川滇地塊東部邊界斷裂，現(xiàn)呈現(xiàn)左旋走滑兼具壓性的特征；楚雄場(chǎng)地監(jiān)控的楚雄-南華斷裂位于川滇地塊的南邊部，表現(xiàn)出左旋拉張的運(yùn)動(dòng)特征；麗江場(chǎng)地所處的麗江-小金河斷裂作為川滇地塊南北部的分界斷裂，現(xiàn)今以左旋擠壓運(yùn)動(dòng)為主?？梢钥闯?，川滇地塊南部區(qū)域整體上表現(xiàn)出以水平順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為主的運(yùn)動(dòng)方式。根據(jù)GPS觀測(cè)資料得到的該區(qū)域現(xiàn)今水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)也顯示了相同的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)（喬學(xué)軍等，2004；武艷強(qiáng)等，2011；洪敏等，2014；王伶俐等，2015）。造成這種運(yùn)動(dòng)方式的深層次動(dòng)力學(xué)機(jī)制，應(yīng)該源于印度洋板塊俯沖至亞歐板塊下，碰撞拼合后巨大高聳的青藏高原崛起，在超級(jí)重力作用下，物質(zhì)開始向周緣，尤其是向東緣流動(dòng)，在遇到橫亙的北東向龍門山造山帶時(shí)受阻，流動(dòng)速率下降，被消化、吸收，再次轉(zhuǎn)移（張家聲等，2003；崔效鋒等，2006）。其中，相當(dāng)一部分能量和物質(zhì)向南東運(yùn)移，規(guī)模相對(duì)較小的川滇活動(dòng)地塊隨之發(fā)生南東向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)起著調(diào)節(jié)周圍各大板塊和地塊之間運(yùn)動(dòng)平衡的“交通環(huán)島”的作用。另外，印度洋板塊至今持續(xù)強(qiáng)烈地北向運(yùn)動(dòng)，跟揚(yáng)子板塊形成了大尺度上的右旋運(yùn)動(dòng)，也推動(dòng)著川滇地塊南東向旋轉(zhuǎn)運(yùn)移。

根據(jù)觀測(cè)場(chǎng)地所跨斷層的三維運(yùn)動(dòng)特征及計(jì)算所得曲線可以看出，在左旋的小江斷裂帶、右旋的紅河斷裂帶和右旋的南華-楚雄-建水?dāng)嗔褞Ч餐瑓R聚的峨山、通海和建水場(chǎng)地區(qū)域，原先的地殼形變表現(xiàn)出壓性特征，現(xiàn)今由于斷裂性質(zhì)的異常變化，該區(qū)域場(chǎng)地集體表現(xiàn)出拉張的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。滇西北區(qū)域的永勝、麗江和劍川場(chǎng)地所跨斷層也表現(xiàn)出了一定的異常運(yùn)動(dòng)特征，劍川斷裂和程海斷裂呈水平反向運(yùn)動(dòng)，除此之外，包括麗江場(chǎng)地所跨的麗江斷裂在內(nèi)，3條斷裂的垂向運(yùn)動(dòng)特征也存在大幅異常變化。云南地區(qū)中強(qiáng)震發(fā)生前的一定時(shí)段或震時(shí)，區(qū)域內(nèi)跨斷層場(chǎng)地觀測(cè)到的水準(zhǔn)和基線數(shù)據(jù)多數(shù)會(huì)出現(xiàn)較明顯的變化，且部分場(chǎng)地形變量會(huì)發(fā)生速率的急變或轉(zhuǎn)折，如文山5.3級(jí)、孟連西7.3級(jí)、姚安6.5級(jí)、麗江7.0級(jí)地震震前和震時(shí)，部分場(chǎng)地就表現(xiàn)出了加速繼承性運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)折性運(yùn)動(dòng)的特征（張興華等，1996；付虹等，1997；李忠華等，1998；施順英等，2005；李瑞莎等，2009；劉強(qiáng)等，2010；王永安等，2011）。同時(shí)，云南地區(qū)2015年至今存在長(zhǎng)時(shí)間缺少4級(jí)以上中強(qiáng)地震的背景，不符合區(qū)域以往的地震活動(dòng)特征，現(xiàn)今應(yīng)力積累較高。自2016年云龍5.0級(jí)地震后至今，區(qū)域中強(qiáng)震活動(dòng)已平靜300天左右；滇西北地區(qū)自2001年永勝6.0級(jí)地震至今，已14.7年未發(fā)生6級(jí)以上地震；滇中南的石屏、建水等區(qū)域從2001年江川5.1級(jí)地震起算，5級(jí)地震平靜期已長(zhǎng)達(dá)15.5年?；诖?，該區(qū)域在中短期尺度可能存在一定中強(qiáng)震的危險(xiǎn)。

綜上所述，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）川滇地塊南部跨斷層場(chǎng)地的形變特征表現(xiàn)出繼承和異常于地質(zhì)背景特征的現(xiàn)象。①麗江、石屏、下關(guān)、宜良和羊街場(chǎng)地所跨斷層的現(xiàn)今活動(dòng)特征與地質(zhì)背景一致。麗江斷裂和小江斷裂表現(xiàn)出持續(xù)地左旋擠壓運(yùn)動(dòng)特征；石屏-建水?dāng)嗔咽炼伪憩F(xiàn)出右旋拉張?zhí)卣鳎患t河斷裂表現(xiàn)出跟地質(zhì)背景相同的右旋拉張?zhí)卣?。②楚雄、劍川和永勝?chǎng)地所跨斷層在走滑和張壓特征上都出現(xiàn)與背景特征相背的現(xiàn)象。楚雄斷裂、劍川斷裂和程海斷裂均表現(xiàn)出相反的運(yùn)動(dòng)特征。③峨山、建水和通海場(chǎng)地所監(jiān)測(cè)的斷層現(xiàn)今活動(dòng)狀態(tài)與地質(zhì)背景相比，在走滑性質(zhì)上相符，張壓性質(zhì)上相反。通海-峨山斷裂現(xiàn)今運(yùn)動(dòng)特征，表現(xiàn)出與地質(zhì)背景相同的右旋走滑和與地質(zhì)背景相反的拉張?zhí)卣?。石?建水?dāng)嗔呀ㄋ维F(xiàn)今依然呈左旋走滑運(yùn)動(dòng)，但是張壓性質(zhì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，表現(xiàn)出張性運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)特點(diǎn)。

（2）川滇地塊南部整體上表現(xiàn)出以水平順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為主的運(yùn)動(dòng)方式。

（3）根據(jù)跨斷層觀測(cè)資料所得出的斷層三維運(yùn)動(dòng)特征及曲線可知，滇西北及滇中的峨山、通海、石屏和建水等區(qū)域地殼形變特征存在異常，應(yīng)關(guān)注該區(qū)域中短期尺度內(nèi)可能存在的中強(qiáng)震危險(xiǎn)。

致謝：對(duì)編輯和審稿老師的辛苦審閱和寶貴建議，表示衷心感謝。

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Characteristics of Current Deformation and Earthquake Risk of the Main Faults in the South of Sichuan-Yunnan Block

Xu Dongzhuo1), Li Shenghu2), Zhou Haitao1), Wang Yuebing3)and Wang Shijin1)

1) The First Monitoring and Application Center, CEA, Tianjin 300180, China 2) Sanya Institute of Deep-sea Science and Engineering, China Academy of Sciences, Sanya 572000, Hainan, China 3) National Earthquake Infrastructure Service, CEA, Beijing 100045, China

By using the cross-fault observation data for over thirty years in the south of Sichuan-Yunnan block, we calculated surface movement by fault activity in three-dimension. Then we analyzed the current deformation characteristics of the faults in the region and the kinematic features of southern Sichuan-Yunnan block. We found that some faults show abnormal activity at present, and the southern part of Sichuan-Yunnan block shows the horizontal and clockwise rotation way. Finally, we estimated the moderate-and short-term seismic risk in this area.

Sichuan-Yunnan block; Active faults; Cross-fault monitoring; Deformation analysis

10.11899/zzfy20170310

中國地震局“三結(jié)合”課題（CEA-JC/3JH-163704），中國地震局第一監(jiān)測(cè)中心主任科技創(chuàng)新基金（FMC2015013），科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)（2015FY210400）

2016-12-22

徐東卓，男，生于1985年。工程師。主要從事地表形變監(jiān)測(cè)分析、區(qū)域大地構(gòu)造和地震構(gòu)造研究。E-mail：donglicf@163.com