汶川地震前后川滇及其邻区GPS水平运动演化特征①

贾 鹏，张 希，张晓亮，蒋锋云

（中国地震局第二监测中心，陕西西安 710054）

汶川地震前后川滇及其邻区GPS水平运动演化特征①

贾 鹏，张 希，张晓亮，蒋锋云

（中国地震局第二监测中心，陕西西安 710054）

利用川滇及其邻区2004－2007年、2007－2009年GPS水平运动观测资料，对汶川地震前、震时与震后地壳运动及主要活动断裂带构造变形演化特征、汶川地震可能的同震与震后影响进行了分析。结果表明：2007－2009年汶川震区呈现出显著的右旋逆冲同震变形；大震在一定程度上对甘川交界及其北侧的西秦岭构造区、安宁河—则木河断裂的构造运动有所促进；对鲜水河断裂构造运动总体反映调整影响但对其南段可能有促进作用。

川滇及其邻区；汶川地震；GPS；水平运动；构造变形

Abstract：Based on the horizontal velocity data observed by GPS during 2004－2007and 2007－2009，before and after the Wenchuan earthquake，in Sichuan－Yunnan region and adjacent area，the tectonic deformation evolution features of the crust and main active fault belts，and possible influence from the Wenchuan great earthquake，are analyzed．The result shows that the Wenchuan earthquake area showed obvious co－seismic thrust and dextral deformation during the period of 2007－2009．The earthquake，in a certain extent，promoted tectonic movements in Gansu－Sichuan boundary area，as well as West Qinling Mountain area and Anninghe－Zemuhe faults．Meanwhile，impacted tectonic movement on Xianshuihe fault with adjustment overall but may increase the southern section of it．

Key words：Sichuan－Yunnan region and its adjacent area；The Wenchuan earthquake；GPS；Horizontal movement；Tectonic deformation

0 引言

GPS观测技术作为空间测地技术中最有效、最广泛、最直接和便捷的技术应用之一，为高精度测量地壳运动提供了广泛的研究前景。2008年5月12日发生在四川省汶川县的8．0级特大地震是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震。本文目的是通过GPS观测技术对震区及其周围的震前、震时与震后地壳水平运动演化特征进行对比和探讨。方法是利用中国地壳运动网络观测项目所得GPS资料，用GIMIT／GLOBK软件进行统一处理，研究2004－2007年、2007－2009年，即汶川大震前、震时与震后该区域的相对欧亚板块水平运动速度场；借助最小二乘配置拟合与应变－位移偏导关系［1－2］获取视应变场，计算断层相对运动量，分析汶川地震前、震时与震后该区地壳运动与活动断裂构造变形演化特征、以及汶川地震的可能影响。

1 构造活动背景

作为青藏块体东部大型边界地带，川滇及其北东缘附近的甘川陕交界区构造运动强烈，以固关－功县、秦岭北麓断裂为北东界；濑沧—勐遮断裂为西南界；阿尼玛卿与玉树断裂东段、怒江断裂与金沙江断裂等为西界；小江断裂与龙门山断裂等为东界。区内自北向南还发育有礼县—罗家堡断裂（属西秦岭构造）、鲜水河断裂、安宁河—则木河断裂、红河断裂与程海断裂等［3－4］（图1）。汶川8．0级地震就发生在该区内的龙门山断裂上，对该区活动断裂带构造变形与应变积累可能有影响。

2 汶川地震前后研究区GPS水平运动与构造变形演化特征

为了研究汶川地震前后地壳运动及活动断裂构造变形的演化，本文将GPS观测资料分为2004－2007年和2007－2009年两个时段进行分析。需要说明的是：①两时段GPS站点控制范围略有不同，后一时段增加了2010年4月14日玉树7．1级震区附近、小江断裂以东共10余个站点；②文献［5－6］对2007－2008年四川及其邻区近一年的GPS水平运动结果进行了分析，基本反映震区及其附近同震变形，但时间尺度不同、空间范围则比本文小得多。

图1 川滇及北东缘附近的甘川陕交界区主要构造断裂分布Fig．1 Distribution of main tectonic faults in Sichuan－Yunnan region and its adjacent Gansu－Sichuan－Shaanxi boundary area．

图2 研究区GPS相对欧亚板块水平运动矢量图Fig．2 Vectors of horizontal movement related to Eurasia plate from GPS data in the research area．

考虑到两时段监测范围有差异，基准可能有偏差，如果扣除整体平移和旋转、或者扣除欧拉旋转矢量，反映出的结果未必具有可比性，故直接将统一计算处理（IGS站、约束参数等选取尽可能一致）后所得相对欧亚板块水平运动矢量图进行对比（图2）。看出，汶川震前的2004－2007年，整个测区以鲜水河断裂为界，南强北弱特征明显（有较密集观测以来的1999－2001年、2001－2004年也基本如此［7］），而汶川震时与震后的2007－2009年，四川测区的大部分、甘川交界区（阿尼玛卿断裂延伸线至略阳断裂）附近、玉树震区以东却成为整个测区位移量较大的突出区域，与震前迥异，主要反映汶川大震同震与震后影响。其中玉树震区上一时段无数据，不好比较。尤其汶川震区即龙门山断裂带呈现出较震前量值剧增的右旋逆冲同震变形，与汶川地震地质调查结果［8－9］一致。而该次大震似乎对震区北侧的甘川交界（指图1中的阿尼玛卿断裂东端及延伸到达的略阳断裂）、南侧的鲜水河—安宁河断裂及其附近影响相对明显。由于要想从长周期（数年尺度）运动速度场中精确扣除大震同震（瞬态）位移场是很难的（究竟取多大量值、多大范围？），目前能查到的文献所用模型及震源参数都经过不同程度的简化，故这里研究的汶川大震影响包含同震和震后一定时期的影响。

进而，通过最小二乘配置及借助位移－应变偏导关系［1－2］计算可获得视应变场，反映的是弹性均匀介质假设下GPS站点间的相对差异运动，因而与所取基准无关，也适用于震区反映发震断裂两侧相对运动情况，即同震变形特征。2004－2007年川滇及甘川陕交界区视应变场分布图显示（图3），研究区内鲜水河断裂、安宁河—则木河—小江断裂以及红河断裂（自北向南）均呈现相对明显的最大剪应变率高值分布（9×10－8／a～10×10－8／a）；其次是滇西南的濑沧－勐遮断裂以西地区（7×10－8／a），甘川交界中段也达到6×10－8／a量级。面膨胀应变压性高值区或张、压交替高梯度带主要分布在龙门山断裂区域、川滇菱形地块东界、南界及滇南地区，最高张、压变化梯度达－5×10－8／a～9×10－8／a；此外，本时段3个达到－5×10－8／a的面膨胀压性应变高值区之后一年内均发生6级以上地震。2007－2009年（图4）相对汶川震前的2004－2007年，震区及其周围最大剪应变与面膨胀应变率值从以往的10－8／a量级升至10－6／a量级，增大数十甚至百倍，反映出汶川大震相当显著的同震形变，其中挤压变形量相对剪切量高，逆冲特性更为明显。而该次大震对其以北的甘川交界、固关—功县断裂及秦岭北麓断裂西南侧的西秦岭构造区，以南的鲜水河断裂尤其南段、安

图3 2004－2007年研究区视应变场分布图Fig．3 Distribution of apparent strain field in the research area during 2004－2007．

图4 2007－2009年研究区视应变场分布图Fig．4 Distribution of apparent strain field in the research area during 2007－2009．

宁河断裂尤其北段及与龙门山断裂、玉树断裂交汇区附近影响相对明显。其中对2010年玉树7．1级地震不排除促发或扰动影响，本时段挤压变化明显，震中即位于压性高值区内，但因2004－2007年站点少，不太好比较。整体呈现最大剪应变率相对高值区（基本呈增强态势）及张、压差异高梯度分布。从影响特性推测，对甘川交界至固关－功县断裂与秦岭北麓断裂西南侧的西秦岭构造区、鲜水河断裂南段及安宁河断裂北段应变积累可能有一定程度促进影响（挤压为主）；川滇交界东部（则木河断裂及其附近）、滇东小江断裂区剪切变形增强（12×10－8／a～13×10－8／a），张压差异也比较明显，大震影响可能相对滇西—滇西北地区显著（滇西－滇西北地区两时段应变率量值差异不大、变化相对稳定）。小江断裂以东、较远的大范围区域上一时段无资料，本时段剪切变形与张、压差异均较为明显。

3 汶川地震影响相对明显的断裂两侧相对运动量计算

从图4来看，甘川交界及其北侧的西秦岭构造区汶川震时与震后的2007－2009年，相对震前剪切、挤压变形显著增强。而川滇地区可能反映汶川大震相对明显影响的鲜水河、安宁河、则木河、小江断裂张压变化都存在，其特性没有甘川交界及其北侧的西秦岭构造区清晰。本文选取其两侧GPS站点，如鲜水河断裂区取理塘—德巫断裂与抚边河断裂间站点；安宁河断裂区取理塘—德巫断裂以东与莲峰断裂间站点；则木河断裂区取两侧100km范围内站点；小江断裂区取安宁河断裂延伸线以东至小江断裂以东100km范围内站点。计算其平行于断裂走向和垂直于走向即法线方向的水平运动分量均值，进而获得沿断层走向的相对变化量与特性（左旋或右旋走滑）、法线方向的相对变化量及特性（拉张或挤压），以汶川震时与震后的2007－2009年同震前的2004－2007年进行比较，结果见表1。可以看出：大震前后两个时段4条断裂的活动特性并没有改变，与构造背景大体一致。2007－2009年相对2004－2007年，整个鲜水河断裂左旋剪切大幅减弱，可能是不同段落不同的左、右旋走滑特性综合后的结果；而拉张显著增强，汶川大震可能以调整影响为主。安宁河断裂左旋剪切变形略增、挤压量值基本维持，大震的促进影响可能存在、且主要表现在剪切分量上。则木河断裂左旋、拉张均增强，可能包含汶川大震促进影响。而小江断裂左旋剪切变化增强而挤压减弱，总体来看左旋剪切的增强量值更高，故也不排除包含汶川大震一定程度促进影响的可能。

表1 由GPS观测结果计算得到的断裂两侧相对运动量

4 结论

汶川震时及震后的2007－2009年，汶川震区呈现出显著的右旋逆冲同震变形；大震对北面甘川交界及其北侧的西秦岭构造区、南面鲜水河—安宁河－则木河断裂及其附近影响相对明显，以在一定程度上促进构造运动的作用为主，如安宁河－则木河断裂、甘川交界及西秦岭构造区；对整个鲜水河断裂反映调整为主的影响但对南段可能有促进作用，与万永革等的库仑应力变化计算结果（对甘川交界及西秦岭构造区中东部、鲜水河断裂南段、安宁河—则木河断裂促进影响，对鲜水河断裂北段减缓影响）［10］基本一致。对小江断裂则不排除总体扰动影响下局部段落促进构造运动的影响。

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［3］ 丁国瑜，卢演俦．中国岩石圈动力学概论［M］．北京：地震出版社，1991：142－153．

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［6］ 张希，崔笃信．王文萍，等．利用GPS资料分析汶川地震前后川滇及其邻区水平运动及应变积累［J］．地震研究，2008，31（增刊）：464－470．

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［10］ 万永革，沈正康，盛书中，等．2008年汶川大地震对周围断层的影响［J］．地震学报，2009，31（2）：128－139．

Evolution Features of Crustal Horizontal Movement from GPS Observation in Sichuan－Yunnan Region and Its Adjacent Area before and after the Wenchuan Earthquake

JIA Peng，ZHANG Xi，ZHANG Xiao－liang，JIANG Feng－yun

（The Second Monitoring and Application Center，CEA，Xi′an 710054，China）

P315．725

A

1000－0844（2012）03－0264－04

10．3969／j．issn．1000－0844．2012．03．0264

2011－08－12

国家自然科学基金（40974005）

贾 鹏（1985－），男（回族），陕西西安人，第二监测中心助理工程师、硕士，主要从事地壳形变研究与地震预报工作．