芦山MS7.0级地震与龙门山断裂带的活动性

孟宪纲, 朱文武, 沈宪兴, 李朝柱, 王子平

(1.中国地震局第一监测中心，天津 300180; 2.天津市地质工程勘察院，天津 300191)

芦山MS7.0级地震与龙门山断裂带的活动性

孟宪纲1, 朱文武1, 沈宪兴1, 李朝柱2, 王子平2

(1.中国地震局第一监测中心，天津 300180; 2.天津市地质工程勘察院，天津 300191)

2013年4月20日四川省芦山县发生了MS7.0级强烈地震，该地震的发生与龙门山断裂带的活动有直接关系。通过研究龙门山断裂带及周边区域的形变监测资料，得出：龙门山断裂带的活动趋势取决于巴颜喀拉块体与四川盆地的相对运动，而其运动的主要动力来自青藏高原和上扬子克拉通地块的推挤。结合发震区域地质构造和地壳形变观测数据分析结果，论述此次地震与龙门山断裂带的活动关系，并提出未来5年重点监视区域。

芦山地震；巴颜喀拉块体；龙门山断裂带

0 引言

2013年4月20日四川省芦山县发生了MS7.0级强烈地震，此次地震是继2008年汶川MS7.0级特大地震后在龙门山断裂带西南段发生的又一次强烈地震。根据中科院青藏高原研究所和地质与地球物理研究所相关科学研究发布的震源破裂过程反演初步结果，此次地震震源深度10.2 km，为逆冲断层，破裂在断层面上的分布比较集中。主震和余震分布于龙门山断层带西南段的彭县-灌县断裂带上，位于2008年5月12日汶川地震后的库伦应力增加区域内，且两者震源性质相近，均为逆冲断裂为主，表明该地震与汶川地震有密切关系[1]。本文通过分析研究龙门山断裂带及周边地区的形变监测资料，得出龙门山断裂带的活动趋势取决于巴颜喀拉块体与四川盆地的相对运动，而其运动能量来自青藏高原和上扬子克拉通地块的推挤。本文结合发震区域地质构造和地壳形变观测数据进行分析，论述此次地震与龙门山断裂带的活动关系，并提出未来5年重点监视区域。

1 相关构造及地震

巴颜喀拉块体位于青藏高原主体地区的东北缘，是中国现今地震活动最为强烈的地区之一，其周缘断裂带包括东昆仑断裂带、玛尼-玉树断裂带、鲜水河断裂带和龙门山断裂带等。自1997年11月8日玛尼MS7.9级地震以来，其周缘断裂带上陆续发生了一系列的强震，包括2001年11月14日昆仑山口西MS8.1级地震、2008年5月12日汶川MS8.0级地震、2010年4月14日玉树MS7.1级地震[2]，2013年4月20日芦山MS7.0级地震(图1)[3]。本文主要研究本次地震与龙门上断裂带活动性的关系，进而研究巴颜喀拉块体周缘地震的活动性，提出监测建议。

2 龙门山断裂带的活动性

龙门山断裂带处于欧亚板块内部青藏高原东北缘与上扬子克拉通地块的结合带，为东南部四川盆地和西北部青藏高原东部山区的明显分界线[4]，其西侧为巴颜喀拉块体。该断裂带横向上主要由龙门山后山断裂、主中央断裂、前山断裂3条主干断裂及推覆构造带组成；纵向上可以分成3个段，分别为位于东北部的北川—宁强、勉县段，中部的北川—都江堰段和都江堰—泸定、康定附近段[5]。进入第四纪，由于青藏高原强烈隆升及其产生的侧向挤压作用，使其东北部的川青地块向SEE滑移。该滑动地块不仅导致其东缘SN向的岷山挤压抬升，而且因岷山隆起的限制和阻挡，致使与之相关的龙门山断裂带中段和西南段强烈活动，它们共同构成川青地块东部的活动边界，而龙门山断裂带东北段则被废弃，其活动性明显减弱，至晚更新世以来趋于停息[6]。汶川MS8.0地震和芦山MS7.0地震就发生在龙门山断裂带中南段上[7]。近年来随着地球物理勘探技术的快速发展，地球纵深测量精度日益提高。前人成果表明，该地块上地壳厚度平均值为18.8 km，中地壳厚度平均值为10.5 km，下地壳厚度平均值为15.3 km，地壳厚度平均值为44.6 km[8]。

图1 芦山7.0级地震及周边地震分布图

地震行业专项“中国综合地球物理场观测—青藏高原东缘地区”项目实施以来，通过精密水准测量、区域GNSS测量获取了大量的观测数据[9]，为获取该地区垂直形变场图像、水平形变场图像和地下物质运移场图像提供科学依据。本文主要通过研究地形变监测成果[10]，分析龙门山及周边地区地壳形变场的变化与趋势。

2.1 垂直形变速度场

本课题在青藏高原东缘、东北缘地区施测精密水准共计约10 000余km，主要覆盖南北地震带，包括龙门山断裂带、鲜水河断裂带、则木河断裂带等。依据观测数据，并结合前期成果获取龙门山及周边地区长期垂直形变速率图像(图2)。由此得出结论：①四川盆地整体呈下降趋势，下降速率1 mm/a；而青藏高原东缘地区呈抬升态势，上升速率4 mm/a。②巴颜喀拉块体隆升速率低于青藏高原东缘川滇地区，同时也低于鄂尔多斯西缘海原地块、兰州地块、西宁地块、共和地块和柴达木块体的隆升速率，青藏高原东、北缘隆升总体呈波浪式(巴颜喀拉块体隆升速率低于其两侧块体)。③以龙门山断裂带为界上盘上升，而下盘下降，与四川盆地逆冲青藏高原运动趋势相符合，值得注意的是，该转折界限发震背景与1976年唐山地震孕震背景极其相似，即均位于地壳隆升与下降交界带上[11]，不同的是，该地区垂直速度场图像分辨率较低(1970、2011年2期数据)，唐山地震震前垂直形变场图像分辨率较高(1970、1972、1975年3期资料)。在海城地震预报中，水准资料对临震闭锁起到较好的显示效果。④不难看出区域精密水准测量资料对获取逆冲性断裂的垂直形变信息十分有效，其信息直观可靠，是地壳垂直形变监测工作中重要监测方法之一。因此需增加龙门山断裂带的观测频次，可布设成跨龙门山断裂带的水准观测剖面，并进行实时(每年1～2期)跟踪观测，观测周期5年。

图2 龙门山及周边地区地壳垂直形变速率图(1970—2011)

2.2 水平形变速度场

结合“中国大陆环境构造监测网络”和“中国地壳运动观测网络”项目中的区域GNSS观测资料，获取龙门山及周围地区地壳水平形变速率图像(图3)，其运动趋势和背景与现今多数科研结论一致[1-3，11]。由此推断：①青藏高原东缘地区呈整体顺时针运动态势，巴颜喀拉块体的水平形变在东北部指向四川盆地，中部地区则向东北方向变化，大致呈辐射状。②龙门山断裂带两侧附近水平位移大致相同，显示逆冲型断裂带地表水平位移不明显，可能趋于闭锁状态。③龙门山断裂带和鲜水河断裂带以及安宁河断裂带交界处，有较明显的走滑趋势。巴颜喀拉块体相对羌塘块体水平运动速率低，致使鲜水河断裂带中东段为左旋走滑运动方式，安宁河断裂北段为左旋走滑运动方式；巴颜喀拉块体相对于柴达木块体水平运动速率高，致使东昆仑断裂带为左旋走滑运动方式；巴颜喀拉块体东向位移速率整体介于羌塘块体和柴达木块体位移速率之间。④不难看出GNSS测量对监测走滑型断裂带运动效果明显。因此需加大巴颜喀拉块体周缘断裂带的监测力度，增加观测测点，并尽量使其成对分布于断裂带的两侧，重点监测鲜水河断裂带中东段、安宁河断裂北段、龙门山断裂中南段；东昆仑断裂带中东段，马尔盖茶卡断裂带东段与巴颜喀拉块体西端区域。

图3 龙门山及周边地区地壳水平形变速率图(1999—2012)

综合青藏高原东缘和龙门山断裂带周边地区区域精密水准和GNSS资料分析结果可以得知:①龙门山断裂带在巴颜喀拉块体和四川盆地的联合作用下，表现为逆冲型运动态势，其上盘平均垂直隆升速率达到4 mm/a，平均水平运动速率达到10 mm/a；下盘平均下降速率达到1 mm/a，平均水平运动速率达5 mm/a。②龙门山断裂带附近水平运动速率基本相同，表明该区域可能进入闭锁状态。③龙门山断裂带西南段表现为逆冲与走滑复合运动，可能源于安宁河断裂的NS向走滑对龙门山断裂带的卸载作用。④巴颜喀拉块体中东部垂直形变速率低于羌塘块体和柴达木块体,而水平位移速率则介于其之间，表明巴颜喀拉块体整体NE向位移仍然剧烈，鲜水河断裂带、东昆仑断裂带走滑趋势明显。

3 诱发地震模型

本次地震是龙门山断裂带在其周围块体联合作用下诱发的，根据以上论述建立地震发震各块体运动模型，解释地震成因具有重要意义。建立地震诱发模型前我们做如下假设：①龙门山断裂带中单个块体构造假设为刚体，它具有低压缩性，且在所受应力过荷时极易破碎的特点，具有一定的弹性模量(组成块体的岩石加权弹性模量)，库伦定则对其适用[4，13]。其内部的缝隙、空隙对个体整体性影响忽略，在剪切过程中将其假设为剪切破碎面，由挤压破碎引发地震。②龙门山断裂带多个断裂块体构造合成假设为流体，特点是在受到周围其它块体挤压时，表现为沿断裂带流动运动态势。在应力集中区由于受到周围大型块体构造阻挡，垂直方向表现为集体上升或部分上升运动；在水平方向上表现为向应力较弱区流动。应力释放后，被挤压块体表现为在自身重量作用下自行密实排列并下降运动，相邻被挤压块体或块体与邻近大断裂带，在卸载作用下表现为上、下、左、右相对滑动，从而引发余震。③无论主震还是余震都是断裂面或块体岩石内部发生断裂破碎的结果，蠕滑在此不产生地震(图4)[14]。④由于发震部位多为地下较深部位，断裂处岩石围压很大，而围压越大，岩石强度尺寸效应越不明显，即围压能够降低尺寸对岩石材料强度的敏感程度。随着尺寸的增加，岩块的非均质性在岩体中的影响逐步减小，而节理、层理和断层等结构面的影响则逐渐加强[15]。

图4 挤压前后各块体走势示意图(据蔡学林[16]编绘)

3.1 同震形变分析

震后收集了震源附近“陆态网络”GNSS连续站和“四川省GPS观测网络”连续站1 Hz地震前后观测资料，利用“陆态网络”数据处理平台[17]的精密单历元定位软件进行处理，得到了芦山地震近场同震位移场结果(图5，图中红色五角星为震中，黑色点为“陆态网络”GNSS连续站，蓝色点为“四川GPS观测网络”连续站)。其中“陆态网络”连续站观测数据长度为2013年第102～113天，“四川省GPS观测网络”数据长度为108～111天，地震发生在GPS时间2013年第110天0时2分46秒，上述测站地震当天观测数据舍去第1个小时观测数据。由图5可得如下结论：

图5 地震近场同震位移分布图

(1) 本次地震能量源于四川盆地和巴颜喀拉块体共同作用，龙门山断裂带仍以逆冲为主，与模型中刚体位移一致，上盘为向上运动态势，下盘逆冲向下，导致发震部位过荷载破裂，引发地震。

(2)四川天全站分析结果与其他连续站相差很大，一测中心黄立人教授带领小组现场勘查确定与连续站稳定性有关，其数据置信水平较低，但其时间序列未有重大异常。

(3)安宁河断裂带北段两侧SCSM、SCYX、SCMN、SCXD4个连续站SE向NW向位移，表明安宁河断裂有一定的走滑运动；而四川盆地CHDU、PIXI2个连续站NE向位移表征龙门山断裂带NE向走滑，发震后四川盆地的近场块体沿龙门山断裂带有流动趋势，与模型中的断层流动相近。

通过连续站的数据分析很好地支持假设模型，为深入研究孕震机制奠定基础。

4 结论

(1)本次地震是龙门山断裂带逆冲活动的结果，主要能量源自巴颜喀拉块体对四川盆地强烈的推挤作用，可能与汶川地震对龙门山断裂带卸载和安宁河断裂持续物质向南流动诱导有一定关系。

(2)考虑本次地震对龙门山断裂带上下两盘的卸载作用以及周围断裂的破碎程度，由图3和图5综合分析，龙门山断裂带中的块体构造沿断裂带有较强的流动性，进而释放龙门山断裂带能量，因此由本次地震推测,在该区域再次发生大震的可能性较小，但龙门山断裂带西南段与汶川地震之间的地震空区值得注意。

(3)巴颜喀拉块体在青藏高原持续的推挤和其东北部块体的阻挡，向四川盆地方向相对柴达木块体和羌塘块体走滑运动的可能性加大，加之玉树地震、汶川地震、芦山地震的卸载作用，东昆仑断裂带中东段以及巴颜喀拉块体西端与马尔盖茶卡断裂带之间未来发震的可能性较大。

(4)综上所述，未来5年该地区的监测重点为鲜水河断裂带和安宁河断裂带及龙门山断裂带西南段交界处，晚第四纪以来该区地震活动性相对较强[18]；东昆仑断裂带中东段，该断裂带地震活动强烈，1900年以来发生多次7级以上地震[19]；马尔盖茶卡断裂带东段与巴颜喀拉块体西端区域，该区域1997年曾发生玛尼MS7.9级地震。

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TheMS7.0LushanEarthquakeandLongmenshanFaultZoneActivity

MENG Xian-gang1, ZHU Wen-wu1, SHEN Xian-xing1, LI Chao-zhu2, WANG Zi-ping2

(1. First Crust Monitoring and Application Center, CEA, Tianjin 300180, China;
2. Tianjin Geological Engineering Prospecting Institute, Tianjin 300191, China)

On April 20th, 2013, aMS7.0 earthquake occurred in Lushan County, Sichuan province. The earthquake is directly related to the activity of Longmenshan fault zone. In this article, deformation monitoring data in longmenshan and its surrounding areas was analyzed and the result shows that the activity trend of longmenshan fault zone depends on the relative motion between Bayan Har block and sichuan basin, and the main power of the movement comes from the Tibetan plateau and the upper Yangtze craton massif of push. In recent years, the longmenshan and its surrounding areas is one of the main seismogenic area in China mainland. In this paper, in combination with seismogenic area of geological structure and crustal deformation observation data analysis results, The earthquake and longmenshan fault zone activity relationship, and put forward the key monitoring area in the next five years.

Lushan earthquake；Bayan Har block；Longmengshan fault zone

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.02.001

2013-12-23

中国地震局“四川省芦山‘4.20’7.0级强烈地震科学考察”项目

孟宪纲(1980—)，男(汉族)，工程师，硕士，主要从事大地形变监测研究工作.E-mail：mxg612@126.com.

P315.53

A

1003-1375(2014)02-0001-06