红河断裂带闭锁程度和滑动亏损分布特征研究

刘耀辉，李金平，王刘伟

（1.云南师范大学 旅游与地理科学学院，云南 昆明650500；2.西部资源环境地理信息技术教育部工程研究中心，云南 昆明650500）

印度／亚洲碰撞以来，在青藏高原东南缘形成许多大型韧性走滑断裂，如嘉黎-高黎贡山断裂带、红河断裂带和鲜水河-小江断裂带等。这些断裂对区域内的地体构架以及碰撞造山系起到重要制约和改造作用，造成大量物质向南东及向南方向逃逸（侧向挤出）［1］。红河断裂是位于云南省境内的大型走滑断裂，是印支地块与扬子地块之间的边界断裂带，也是川滇地块的西南边界，早期为左旋走滑后转换为右旋走滑。红河断裂带的构造活动强度表现出明显的时空不均匀性或分段特征：北段（苴力以北）现今构造活动十分强烈，表现为伸展变形，中段（苴力至春元）表现为右旋剪切运动，南段（春元至红河河口）表现为压缩变形。断裂带北段多次发生Ms≥6级以上地震，中段和南段则没有发生过，甚至Ms＝5级的地震也很少［2-3］。红河断裂不同区段地震活动性的显著差异，是活动微弱还是近2000年来一直处于闭锁状态，是一个尚未定论的科学问题［4］。

地震的孕育和发生与断层活动密切相关。与传统地质学研究方法相比，GPS大地测量可以提供高精度的地壳形变信息。结合地质学及地球物理学成果，以长期的震间GPS速度场作为约束，已成为研究活动断裂分段及其长期滑动速率的一种重要手段。近年来，国内外许多学者利用GPS测量成果研究青藏高原东南缘内的主要活动断裂的长期滑动速率。其中，红河断裂带的右旋走滑速率为（2～10）mm／a［5-9］，但没有对红河断裂带的闭锁程度和滑动亏损分布特征进行研究。

本文根据1999～2013年的青藏高原东南缘的GPS速度场数据，使用负位错反演模型反演红河断裂带的断层闭锁程度、滑动亏损分布和滑动速率，分析断层三维地壳特征和断裂活动性，为中长期地震危险性研究提供参考。

1 GPS数据

本文所使用的GPS数据资料主要来自于“中国地壳运动监测网络”［10-11］观测成果。GPS观测站数据的采样间隔为30s，24h为一时段，数据处理采用美国JPL的GIPSY软件，实现获得各站点坐标的单日松弛约束解，然后采用美国JPL的QOCA软件，进行所有单日松弛约束解的联合平差，获得各站点在ITRF2008下的站点坐标及三维速度矢量。根据断裂分布以及测站的位置，将速度场误差较大的站点数据剔除，最后得到研究区域相对欧亚参考框架下的GPS测站的速度场，如图1所示。

图1 研究区GPS速度场（相对于稳定欧亚参考框架）

2 块体模型及断层几何模型建立

2.1 块体模型

震间期块体内部点的GPS速度场是块体旋转、块体内部整体均匀应变、块体边界断层闭锁产生的弹性应变积累之和。McCaffrey［12-14］提出一个假设块体内部不存在整体均匀应变的三维球面块体模型并给出反演块体旋转、块体内部均匀应变和断层闭锁程度等参数的DEFNODE反演程序，其原理如下：

式中：第一部分为块体整体运动速度，第二部分为块体边界断裂闭锁而产生的同震亏损滑动速率，各参数的定义见文献［12］。

根据反演得出每个节点处的闭锁程度，进而通过双线性插值方法计算相邻节点之间的断层网格区域的闭锁程度。断层在不同深度位置的闭锁程度用闭锁系数来描述：

式中：v为断层的实际滑动速率；V0为根据地块相对运动计算的理论速率。闭锁程度φ的取值范围为0～1。在0～10km的地表附近，断层完全闭锁，φ＝1；在断层的底端，断层蠕滑，φ＝0。

2.2 断层几何模型建立

根据长期的地质数据和GPS观测结果，参照张培震［5］给出的中国大陆活动块体划分方案，以南定河断裂、红河断裂和小江断裂带为界将研究区划分为滇西块体、滇南块体、川滇块体和华南块体等4个块体（见图1）。

反演过程中断层参数的设置对反演结果会产生一定的影响，研究中通过对断层多参数设置反演对比估算结果，将初始断层闭锁深度设置为20km，节点深度方向从地表起依次为0.1km，6km，12km，16km，20km。每条等深线上有8个节点，垂直等深线方向有5排节点（见图2）。

图2 断层三维节点设置

3 红河断裂带的闭锁程度和滑动亏损分布特征

3.1 块体旋转欧拉极

反演程序使用网格搜索和模拟退火算法求解，得到参数拟合的总体不符值为＝2.18（自由度为292），红河断裂附近测站的速度残差值很小，且分布较均匀，基本都在误差允许的范围内，表明模型拟合程度较好。

表1为计算得到的滇西块体、滇南块体和川滇块体相对于华南块体的欧拉极，速率为负表示顺时针旋转，反之为逆时针旋转。

表1 块体欧拉矢量（相对于华南块体）

3.2 断层闭锁程度

图3为反演得到的红河断裂带的断层闭锁程度，断裂带内部的闭锁程度总体不高，不同深度位置存在明显差异。红河断裂带北段在地表以下6km的闭锁程度约为0.43，在6～12km处闭锁程度约为0.29，12～16km处的闭锁程度约为0.11；中段在地表以下6km的闭锁程度约为0.22，在6～12km处闭锁程度约为0.13；南段在地表以下6km的闭锁程度约为0.25，在6～12km处闭锁程度约为0.16。

图3 闭锁程度

3.3 滑动亏损速率

红河断裂带不同段落的滑动亏损速率差异较小。北段在地表以下6km的滑动亏损速率约为3.3mm／a，6～12km 处 滑 动 亏 损 速 率 约2.1mm／a，12～16km 处 的滑动亏损速率约为1.5mm／a，16～20km处整条断裂带逐步转变为蠕滑；中段在地表以下6km的滑动亏损速率约为2.6mm／a，在 6～12km 处滑动亏损速率约为1.5mm／a，12～20km处整条断裂带逐步转变为蠕滑；南段在地表以下6km的滑动亏损速率约为2.3mm／a，在 6～12km 处滑动亏损速率约为1.8mm／a，12～20km处整条断裂带逐步转变为蠕滑。由此可知，红河断裂带的闭锁程度和滑动亏损都很低，断层内部没有积累相当的能量，应变积累速率较低，不具备发生强地震的条件。

3.4 走滑速率

红河断裂的走滑速率（断裂活动速率以右旋和拉张为正）如图4所示。北段右旋走滑速率约为（5.9±1.2）mm／a，拉张速率为（4.4±0.9）mm／a；中段和南段的右旋走滑速率较北段有所减弱，右旋走滑速率为（4.8±0.6）mm／a，拉张速率为（1.1±0.3）mm／a；南段右旋走滑速率（4.3±0.4）mm／a，挤压速率为（-2.3±1.3）mm／a。与其他学者给出的结果基本一致。

图4 走滑速率

4 结束语

红河断裂带是一条贯穿整个云南省的大型右旋走滑断裂，不同区段的构造活动强度存在明显的不均一性。利用GPS数据结合地质及地球物理成果反演结果表明：整条断裂带的右旋走滑速率约为（4.3～5.9）mm／a，在不同深度位置的闭锁程度都比较低，滑动亏损不明显，与近年的红河断裂带活动比较弱相吻合。与红河断裂中段大致平行的程海-建水断裂地震活动十分强烈，两者是否共同构成川滇块体的南北边界有待进一步研究。

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