利用跨断层形变资料研究云南地区主要断裂带应变特征

2013-11-27周海涛郭良迁

华北地震科学 2013年1期

周海涛，郭良迁

（中国地震局第一监测中心，天津 300180）

0 引言

利用跨断层基线数据研究断裂活动的应变特征有其可能性和合理性［1］。对于跨断层形变资料的处理也有许多实例［2－6］。本文在研究断裂活动的基础上，考虑到断裂带周边的应力场对该断裂带的影响有一定的一致性，在假定断裂带及其周边为均匀应变场的前提下，利用断裂带内各个断裂上的形变特征求解整个断裂带的应变值及主应变方向，进而探讨所得出的应变特征与地震的关系。这样做有利于从更宽的角度去分析断裂带的力学背景。在该背景下结合断裂带内的断裂形变特征分析断裂活动性，进而为地震危险性分析提供依据。

研究区位于川滇块体南部。前人对于川滇地区的形变场研究已有很多［7－10］，本文处理了研究区内1982—2009年10月的10处跨断层测点的20条基线资料，对这些测线进行分析，求出测点所在断裂的走滑运动年速率值。在假定云南地区断裂带及其周边为均匀应变场的前提下得出云南地区主要断裂带不同年份应变值及主应变方向。结合云南及周边大震的发生情况，对断裂带及周边应变场特征与地震活动的关系进行探讨。

1 云南地区跨断层测点分布概况

川滇块体边界及其附近断裂第四纪以来一直活动，现今仍有活动。断层形变测点主要分布在川滇块体南边界附近的楚雄－通海断裂、西边界附近的丽江－剑川断裂和东边界小江断裂上（图1）。测点主要布设有跨断层短水准和短基线，使用经典大地测量方法（水准和基线）获得测点间的高差和长度，通过监测高差和长度随时间的变化来研究断层两盘的相对垂直运动和水平运动。本文主要对10处跨断层测点的20条基线资料进行分析研究。

2 断层水平方向形变分析

基线观测主要是为了监测断裂的水平方向变形，本文在对基线观测值进行处理分析的基础上，研究了断层的水平运动特征。断层水平向运动又以沿断层走向的走滑运动分量最为显著，因此，本文给出了断层的走滑运动年速率值（表1）。

图2为断层与基线位置关系示意图，用跨断层基线观测数据，可使用公式（1）求取断裂的走滑分量［11］。

图1 云南地区断层形变测点分布示意图

图2 断层与基线位置关系示意图

式中：y是走滑分量（左旋走滑为正）：

δL1、δL2分别是基线1与基线2的变化量（伸长为正）：

α1、α2分别是基线路、基线2与断裂走向的夹角（由断层走向顺时针转动到基线方向所转过的角度）。

通过对基线观测值进行计算分析，得出断裂所在位置不同年份的走滑分量运动速率。走滑运动速率较大的测点为峨山、通海。峨山测点1985年走滑速率达到－23.80mm／a，通海测点2004年走滑速率达到－12.46mm／a。以左旋走滑为主的测点（所跨断裂）有楚雄（楚雄断裂）、剑川（剑川断裂）、通海（曲江断裂）、羊街（小江断裂西支）、下关（丽江断裂）。

表1 测点所在断层运动速率（mm／a）

总体上说丽江－剑川－下关断裂带相关的丽江、剑川、下关测点和石屏－建水断裂相关的石屏、建水测点，以及楚雄断裂和小江断裂西支的楚雄、羊街测点走滑运动速率都较低。

3 云南中北部地区主要断裂带水平应变特征

假定所测区域是均匀的应变场，在这种情况下，根据测区内3个或3个以上不同方向的边长变化，计算地应变。采用公式（2）可以求解区域内的应变参量［12］。

式中：ea、eb、ec为各条边长线应变，θa、θb、θc为基线与x轴夹角（逆时针方向的量度）。

假定断裂带周边为均匀的应变场，则根据跨断层基线数据进行应变计算。用最小二乘法进行分析拟合得到不同断裂带及其周边的应变参数（表2）。其中小江断裂带由于基线数据较少，故没有进行应变参数求解，只是求解了剑川－丽江断裂带和楚雄－通海断裂带的应变参数值。

综合考虑1982—2009年断裂带的面应变情况（表2），可以看出，在剑川－丽江断裂带上整体表现为面膨胀状态，而楚雄－通海断裂带整体表现为面收缩状态，且楚雄－通海断裂带应变量值高于剑川－丽江断裂带。则可认为楚雄－通海断裂带的活动性强于剑川－丽江断裂带。剑川－丽江断裂带压应变最大的年份为1996年，达到－63.44×10－6，面应变率也达到最高值－54.01，主张应变方向为81.72°，呈NEE向，该方向与1999—2001年GPS所测得的云南地区整体应变方向［7］比较接近。1995年是该断裂带剪应变率最大的一年，达到119.19×10－6，而2007年的剪应变率仅次于1995年，2008年相应地发生了汶川8.0级地震。这种现象可能不是偶然的。楚雄－通海断裂带压应变最大的年份为1993年，达到－545.01×10－6，面应变率也达到最高值－555.12×10－6，主张应变方向为86.94°，呈近EW 向，该方向与剑川－丽江地震带也有一定的一致性。由此可说明跨断层测线资料用于区域应变场分析是有可能的，但还要有更详尽的资料和更完善的理论作为支撑。

表2 云南地区应变参数一览表

4 云南中北部地区主要断裂带应变特征与地震活动关系分析

云南地区一直以来就是大震频发的地区。仅在1970年后就发生了7次7级以上地震，1982年以后的7级以上地震主要有1988年澜沧7.6级地震和耿马7.2 级地震，1995年孟连7.3 级地震和1996年丽江7.0级地震。

1996年丽江7.0级地震，楚雄－通海断裂带的主张应变方向与剑川－丽江断裂带是一致的，说明2个断裂带对于本区域内的大地震的应变响应有一定的一致性，而1994年和1995年2个断裂带都经历了2年主应变方向的强烈变化，这可能不是一种巧合，在大地震来临前，区域应变场会产生变化，而这种变化也许是震前异常的一种显示。1995年剑川－丽江断裂带剪应变率达到最高值，1996年主压应变率达到最大值，地震后主压应变率降低，比较符合地震前后的应变特征。而且剑川－丽江断裂带对2008年汶川地震后的压应力释放也有所对应，2009年主压应变表现为张性，可见汶川地震对压应力有较大的释放。

另外在剑川－丽江断裂带上整体表现为面膨胀状态，可以认为1996年丽江7.0级地震对该断裂带上的应力积累有所释放。而楚雄－通海断裂带整体表现为面收缩状态，可以认为是1970年通海7.8级地震之后，该断裂带上应力的重新积累。

5 讨论与结论

本文在假定云南地区断裂带及其周边为均匀应变场的前提下，利用跨断层基线资料求解测点所处断裂带的应变值及主应变方向，这样做在理论上是成立的，但鉴于断裂带的范围较大，很难做到整个断裂带为均匀应变场，但随着跨断层测点的不断增多，小范围内的应变场将更趋于均匀一致，则可以在小范围内进行应变分析研究，这样就可以更真实、更详尽地求解断裂及其周边的应变值及主应变方向，从而能更好地研究云南地区各断裂的运动形态和应力状况。

通过本次探讨性研究，得出如下认识：

（1）经过对基线观测值进行计算分析，得出断裂在各测点处1982—2009年间每年的走滑分量运动速率，走滑运动速率较大的测点为峨山、通海，而丽江、剑川、下关、石屏、建水、楚雄、羊街测点走滑运动速率较低。

（2）在假定云南地区断裂带及其周边为均匀应变场的前提下，求解了测点所处断裂带1982—2009年间每年的应变值及主应变方向。在剑川－丽江断裂带上整体表现为面膨胀状态，而楚雄－通海断裂带整体表现为面收缩状态，楚雄－通海断裂带的应变量值高于剑川－丽江断裂带。

（3）楚雄－通海断裂带和剑川－丽江断裂带对于本区域内的大地震的应变响应有一定的一致性。

［1］周海涛，郭良迁，张立成.唐山断裂现代活动性研究［J］.华北地震科学，2009，（3）：17－22.

［2］彭丽娟，陆明勇，王秀文.张北6.2级地震前断层活动特征研究［J］.华北地震科学，2012，（1）：54－58.

［3］肖兰喜，李杰，董翔，等.山东跨断层短水准异常的可能物理机理［J］.华北地震科学，2012，（3）：14－18.

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［6］陈光，李祖宁，林志彬，等.福建地区跨断层场地特征研究［J］.华北地震科学，2011，（3）：52－56.

［7］杨国华，王琪，王敏，等.云南地区现今地壳水平运动与变形特征［J］.大地测量与地球动力学，2003，23（2）：7－14.

［8］俞维贤，刘玉权，等.云南小江断裂带现今地壳形变特征与地震［J］.地震地质，1997，19（1）：17－21.