巴颜喀拉地块东部及其邻区块体运动及块体边界带形变特征

陈长云

（中国地震局地质研究所，北京 100029）

2008年5月12日四川汶川MS8.0地震发生在我国南北地震带中段、青藏高原东缘、巴颜喀拉块体东边界NE向的龙门山断裂带上。汶川地震震前巴颜喀拉块体相对四川盆地的东向运动速率比龙门山断裂带的运动速率高出近两倍，说明从巴颜喀拉块体中东部到四川盆地存在着明显的速度衰减。作为华南块体一部分的四川盆地非常稳定，速度的衰减主要发生在龙门山断裂带北西侧的巴颜喀拉块体东部，GPS资料与地震活动性揭示巴颜喀拉块体东部向东运动的速度并非连续性的递减而是呈现分块运动的性质。巴颜喀拉块体东部存在哪些次级块体？这些次级块体的形变运动特征如何？块体运动变形的动力来源？各活动块体的边界断裂运动、变形特征与地震危险性如何？开展巴颜喀拉块体东部构造变形场的定量研究将为上述问题的解答提供可靠的依据，深化对大陆构造变形和高原隆升机制的认识，加深对汶川地震孕育、发生机制的理解，为关于青藏高原变形特征的各种动力学模型和假说的分析提供一定的参考与依据，同时为区域地震危险性评估提供定量的依据。

本文基于野外地质调查、GPS资料的处理分析、研究区主要活动断裂运动特征及地震活动性的研究，结合区域地球物理场等资料以及F检验法，对巴颜喀拉块体东部及邻区进行活动块体的划分。在活动块体划分结果的基础上，重点研究各活动块体的运动特征和变形方式、块体边界断裂带的构造变形特征以及块体运动、边界断裂带变形与地震活动性之间的关系。论文主要取得以下3个方面的研究结果：

1 巴颜喀拉块体东部活动块体的划分与变形特征

（1）基于活动块体的基本概念及活动块体划分原则，综合研究区内主干活动断裂带和次级活动断裂带的空间展布、地震活动性等资料，将巴颜喀拉块体东部及邻区划分为4个一级块体，即巴颜喀拉块体（Ⅰ）、华南块体（Ⅱ）、川滇块体（Ⅲ）和西秦岭块体（Ⅳ）等。考虑一级块体内部次级断裂、深部地球物理场和地貌构造单元等的影响，利用GPS速度场资料、地球物理场异常资料以及区域地貌特征等，对巴颜喀拉块体东部和西秦岭块体内部进行了再划分，结合F检验法将巴颜喀拉块体东部进一步划分为阿坝次级块体（Ⅰ1马尔康次级块体（Ⅰ2）和岷山次级块体（Ⅰ3）等3个次级块体，将西秦岭块体划分为岷县次级块体（Ⅳ1）、礼县次级块体（Ⅳ2）等2个次级块体。

（2）龙门山断裂带北西侧巴颜喀拉块体东部可以划分为阿坝、马尔康和龙门山3个次级块体，各次级块体自西向东运动速度逐渐减小。巴颜喀拉块体东部到四川盆地向东运动速度的衰减不具有连续性，衰减主要发生在龙日坝断裂带和岷江断裂带上，其中以龙日坝断裂带对巴颜喀拉块体向东运动的分解作用最为明显，水平右旋分解非常明显，约为（4.8±1.6）mm／a；岷江断裂带的分解作用相对较弱，仅仅约1～2mm／a。

（3）利用1999～2007震前GPS水平速度场资料，对研究区活动块体的运动特征进行了计算分析，结果显示：各活动块体的整体运动包括向东或者南东方向平动和块体自身的旋转；利用震前GPS速度场资料，分别运用Delaunay三角形、最小二乘配置方法计算了巴颜喀拉块体东部各次级活动块体内部的主压应变率场，主压应变率场所反映的各次级活动块体的变形特征揭示出巴颜喀拉块体东部的次级块体中岷县次级块体刚性特征最强，岷山次级块体、马尔康次级块体和阿坝次级块体的刚性程度自东向西越靠近巴颜喀拉块体内部刚性特征越强。

（4）印度板块与欧亚板块的相互作用是巴颜喀拉块体东部及邻区各次级活动块体运动变形的长期作用力，在长期作用力的作用下，各次级活动块体持续向东或者南东运动。除长期作用力外，各次级活动块体还受到相邻活动的块体的相互作用，这种作用使得各活动块体在向东或者南东方向运动的同时自身发生旋转运动。

2 巴颜喀拉块体东部活动块体边界断裂变形特征

（1）利用GPS速度剖面的反正切拟合方法，根据速度残差最小的原则，获得巴颜喀拉块体东部各次级活动块体边界断裂上的最优闭锁深度和变形宽度。东昆仑断裂带的闭锁深度在（19.1±8.1）km左右；龙门山断裂带的闭锁深度为（13.6±3.9）km左右；鲜水河断裂带北西段的闭锁深度为（18.3±9.7）km与区域主要断裂带的闭锁背景一致。西秦岭北缘断裂带的闭锁深度约为（19.8±9.2）km。龙日坝断裂带的闭锁深度为（15.8±5.0）km，同样与区域闭锁背景基本一致。安宁河断裂带闭锁深度计算结果约（33.2±15.8）km，较区域小震震源深度深，可能与所用GPS站点横跨了安宁河断裂带东部的大凉山断裂带和马边断裂带有关，受大凉山断裂带和马边断裂带的共同作用，使得拟合的闭锁深度较实际值深，根据安宁河断裂带小震震源分布认为安宁河断裂带的闭锁深度应该介于15～20km较为合理。岷江断裂带和则木河断裂带的闭锁深度相对浅，前者约为（8.3±3.6）km，后者约为（8.7±5.6）km。总的来看，巴颜喀拉块体东部活动块体边界的闭锁主要集中在8～20km的范围内。

（2）通过活动块体的欧拉参数、GPS速度剖面、速度剖面的反正切拟合以及跨断裂带基线分别对巴颜喀拉块体东部各活动块体边界带的运动速率以及运动性质进行了分析。结果所反映的最明显特征是：甘孜—玉树断裂带、鲜水河—小江断裂带和东昆仑断裂带的滑动速率要显著大于巴颜喀拉块体与华南块体的边界——龙门山断裂带的滑动速率，整个巴颜喀拉块体东部均处于明显的挤压环境。汶川震后GPS（2009～2011）跨断层基线结果显示：各活动块体边界断裂带的运动性质在汶川地震前后基本一致。北西西走向的西秦岭北缘断裂带和迭部—白龙江断裂带的左旋走滑运动明显，兼有显著的挤压特征。岷江断裂带、虎牙断裂带、麻沿河断裂带以及礼县—罗家堡断裂带垂直于断裂带的挤压特性较为明显，断层的左旋走滑分量较小。青川—平武断裂带垂直断裂的挤压特征较为明显，且为右旋走滑运动。巴颜喀拉块体东部走向北西或北西西的边界断裂大多表现出左旋拉张的特性，走向北东的边界断裂带除成县—太白断裂带外，均表现出右旋走滑兼有挤压运动的活动特征。巴颜喀拉块体东部，龙日坝断裂带以东、龙门山断裂带西侧地区处于明显的挤压环境。

3）由欧拉矢量、GPS速度剖面以及跨断层基线结果对比可知，3种方法所得到的边界断裂带的运动性质及平行断裂带走向的走向滑动速率是比较一致的，但是跨断层基线结果所反映的垂直于断裂走向的运动速率较大。分析发现，速率偏大的基线对中至少有一个为新建站点，新建站点的稳定性对基线的影响目前还很难研判，此外，垂直断裂运动速率较大是否受到汶川地震震后变形的影响也是需要考虑的。

3 巴颜喀拉块体东部活动块体运动、边界带变形特征与汶川MS8.0地震的发生

（1）在巴颜喀拉块体东部，岷山次级块体的刚性特征弱于马尔康次级块体、阿坝次级块体以及岷县次级块体，这一特征有利于应力及能量在岷山次级块体内部积累，块体内部发生的多次地震印证了这一推论的合理性，由于上地壳岩石在下地壳流的拖曳下持续向东运移，使得岷山次级块体内部的能量积累逐渐汇聚到其与华南块体的边界带——龙门山断裂带的中段。

（2）龙门山断裂带被马尔康、龙门山和岷县3个次级块体分成南、中、北三段。龙门山断裂带中间段也即岷山次级块体与华南块体的边界带上的主压应变率要明显小于龙门山断裂带南段上的应变率，其北西侧变形幅度表现为从远离断裂带较大到靠近断裂带逐渐减小的特征，可能表明其在震前已经积累了较高的应变能，致使GPS无法观测到断裂带的显著变形，这一特征利于发生破裂滑动。汶川地震后地表破裂带和余震分布揭示的断裂带运动性质自南西向北东由以逆冲为主逐渐转为逆冲兼走滑的特征，可能与龙门山断裂带中段所受主压应力方向自南向北的变化有关。

（3）根据块体划分结果、块体运动及形变特征和区域GPS主压应变率场的变形特征，认为龙门山断裂带可以划分为南、中和北三段，根据块体变形强弱，认为龙门山断裂带中段的能量与应力积累要高于南、北两段；GPS主压应变率场的结果显示，龙门山断裂带中间段在震前已经积累了较高的应变能，而龙门山断裂带中段与南段交界处附近的主压应变轴的方向与断裂带走向垂直，使得该段走滑分量很小，断裂带以逆冲运动为主，可能使得应变能在此处积累量值最大，当积累到一定程度应力水平超过摩擦极限时，此段易于发生错动，这一特征可能是汶川地震在该段发生的原因之一。

巴颜喀拉块体；块体划分；GPS；块体运动；地壳变形；地震活动性