川西地区的地质构造变形、应变分配和 深部动力过程探究

杨 燕

(四川省蜀通岩土工程公司 610041)

川西地区位于大陆南北地震带中段，构造变形发育，有着强烈的断裂活动，导致了历史上多次强震发生，汶川地震就发生在南北地质年代龙门山断裂带上。本文对川西地区构造变形图像、运动特性以及深部驱动机制进行了分析，为青藏高原东边界动力过程的研究提供参考，同时也为南北未来强震预测提供依据。

一、川西地质构造概况

南北向构造带也被称为南北地震带，通过深部地球物理探测，发现南北构造带自身形成了典型的地壳厚度以及重力梯度。川西地区位于南北带中南，为川滇、松潘-甘孜和华南三大活动板块的交接处，地震频发，南北构造带规律在这里非常典型，北西西向构造主要为左旋剪切，向东则逐渐转换为南北向，二者之间形成了北东方向的弧形构造，左旋走滑运动南北向的断裂以及分解是一系列强震的直接原因[1]。

川西地区独特的地质构造情况也吸引了国际地球科学界的深入研究，如Burchfiel发现龙门山和四川盆地之间并非前陆盆地与逆冲褶皱的相互关系，Royden关于这种现象的解释是认为青藏高原东缘下有一个约15km的黏性流动带，受到四川盆地高刚性地壳的阻挡后逐渐囤积在中下地壳，造成了地表的上升，最终形成了宽阔的青藏高原东南缘。通过对据活动构造特点以及运动图形的分析，发现川西地区构造变形和鲜水河断裂运动关系密切。青藏高原隆起构造模式如下：

图1 青藏高原隆起构造模型

二、鲜水河断裂带

鲜水河断裂带是亚洲大陆最重要的活动走滑断裂，速率高达10mm/a，为区域内的主导变形构造，以左旋走滑为主要特征。鲜水河断带的左旋造成了青藏高原东源发育的一条变质杂岩条带，在断裂东段80-90km位移标志非常明显，可以代表该断裂带新生代的位移总量。

康定一带沿鲜水河断裂侵入了平行断裂贡嘎山-折多山花岗岩体，通过对该地区花岗岩同位素年龄的测定，获得了实现年龄：9.9-11.8Ma，可以代表鲜水河断裂开始左旋剪切的时间据此能够获得鲜水河断裂的滑动速率：6.7-10.0mm/a[2]。

也有一些工作人员分析了河流阶地演化和断层位错之间的关系，认为错离河道一侧高一级阶梯的废弃年龄最具代表性，在此基础上对鲜水河断裂西段资料进行重新分析，获得的滑动平均速率以及长期评价均比较统一。

三、龙门山断裂

汶川地震就发生在龙门山断裂带上，该断裂带经过了漫长的地质演化过程，晚新生代之后共有三条地震带，分别为汶川-茂县断裂、映秀-北川断裂、灌县-江油断裂。三条断裂在地下 20公里处汇合为一条剪切带[3]。根据汶川地震之后的地质考察，发现该地震是映秀-北川断裂活动导致的，在一分钟内地壳内部产生了300公里长的大断裂，地震地表破坏带为南西-北东方向。龙门山地震破碎带同时有垂直抬升和逆冲，破碎带的平均错距达到了3m。汶川就处在龙门断裂中：

图2 汶川地区地震带分布

地震之前的GPS观测显示龙门山断裂带滑动速率最大不超过2mm/a，可预测与汶川地震相当的强震复发周期：2000-6000a。龙门山断裂带在破碎变质杂岩中形成了犁形剖面能量积累，汶川地震为低滑动速率、长周期、高强度地震。

四、南北向活动断裂

鲜水河断裂带上有三条明显的南北走向活动断裂带：安宁河、大凉山、马边断裂带。野外地质考察发现三条断裂带并没有表现为断裂逆冲、地壳缩短的左旋走滑运动，但是实际上这些断裂的逆冲缩短分量很小，和鲜水河断裂带一样为左旋剪切方式向东运动。

（一）安宁河断裂带

在鲜水河断裂东段，南北走向，止于西昌。晚第四季安宁河断裂分段特征比较明显，形成了次级断层形成的左旋左阶逆走滑断裂，平面结构单一，东侧断裂发育串珠状小盆地，南段冕宁以南为强震高发带。

（二）大凉山断裂带

其余石棉北鲜水河断裂带南端，汇入云南小江断裂带，是 6条次级断层形成的构造带，全长15km，是雁裂与平行式的混合，以大渡河一级直流和地质体的左旋位错为主要表现。

何宏林通过电极该地区基性岩体、震旦纪与寒武纪接线、花岗岩与震旦纪接线的恢复，得到了大凉山断裂带的总位移大约在11km左右，大渡河一级直流也受到左旋位错影响，总位错量和基岩界限位错量基本相同。

（三）则木河断裂

则木河活动断裂带总体纵向和鲜水河断裂基本平行，有三条平直断层斜裂断层，左旋走滑为特征错断的山脊水系以及地质体形成了明显的拉分盆地，宁南盆地等就是典型构造，通过对大比例活动断层图的综合分析，集合实际水系测设数据，获得了该断裂带左旋走滑速率在6.7mm/a左右。

五、下地壳流动、应变分配讨论

使用三维粘弹塑性本构模型模拟地壳与上地幔介质，研究覆盖黏性地下地壳-上地幔至上弹塑性上地壳长期运动变形，介质屈服之前应力值超过介质强度，介质会产生较大塑形变形：

式中：、-应力张量第一不变量、偏应力张量第二不变量；

α、K-岩石粘聚力、内摩擦相关材料参数。

使用三维并行粘弹塑性有限元分析软件进行模拟，该工具在太平洋板块和北美板块边界带模拟中以及有着较好的应用。该工具可以模拟断层有效厚度弹塑性层，有断层华东率以及断层外等效应变率分布等内容。常在河边走下弹粘塑形问题变形时间小于松弛时间，等效应变率岩体未屈服之前主要为弹性形变。研究地区在青藏高原东南，为川西及邻近区域，研究区域内地壳厚度变化很大，通过震源深度分析发现区域内弹性上地壳厚度并不大，所以可以采用15km作为上地壳平均厚度。重点考察鲜水河-小江断带，建立约束条件，应力场求解。

通过有限元分析，发现断裂带几何形态和走向变化会对滑速率以及应变分配产生较大影响，鲜水河断带断层滑动速率有着明显的分段特征，结构比较直观，并且与安宁河-则木河断裂带相互作用，导致整个鲜水河-小江断带更容易滑动。

龙门山断带活动主要为逆冲，并且速率不大，减弱了鲜水河断带附近应变活动，川西以及邻区集合形态控制着区域内的运动变形模式，鲜水河断裂带北段主要以左旋滑动为主要活动趋势，贡嘎山地区地壳抬升产生了部分应变，其余应变主要分配在大凉山断裂带以及安宁河-则木河段历代之间的相邻块体，南端的应变主要分布在小江断裂带上。

结束语：

除龙门山断带以外，整个川西都以左旋滑动为主要构造规律，应变在构造带上积累释放，造成了一系列强震，对川西地区的地质构造变形、应变分配和深部动力过程进行研究，对地震预测和相关地质研究都有着深远意义。

[1]徐锡伟,闻学泽,郑荣章.川滇地区活动块体最新构造变动样式及其动力来源[D].中国科学, 2013, 3(11)151—152.

[2]闻学泽. 四川西部鲜水河-安宁河-则木河断裂带的地震破裂分段特征[J].地震地质,2012, 22(3): 23—24.

[3]张培震,徐锡伟,闻学泽.2008 年汶川 8.0 级地震发震断裂的滑动速率、复发周期和构造成因[D]. 地球物理学报, 2012, 51(4):12-13.

[4]徐锡伟,张培震,闻学泽.川西及其邻近地区活动构造基本特征与强震复发模型[D].地震地质, 2012, 27(3): 446—461.