安宁河-则木河-小江断裂带闭锁特征研究

宋　剑　杨少敏　王　伟　黄　勇　林　牧

1　中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室)，武汉市洪山侧路40号，430071



安宁河-则木河-小江断裂带闭锁特征研究

宋剑1杨少敏1王伟1黄勇1林牧1

1中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室)，武汉市洪山侧路40号，430071

摘要：分别利用1999～2007年和2009～2014年多期GPS观测获取的水平速度场数据，采用负位错反演模型，研究安宁河-则木河-小江断裂带的滑动速率和闭锁程度空间分布特征，同时结合历史强震记录，分析这几条断裂的地震危险性。结果显示：1)安宁河断裂和则木河断裂滑动速率受汶川地震影响有所减弱，小江断裂滑动速率在汶川地震后基本保持不变；2)则木河断裂中段和小江断裂的断层闭锁程度受汶川地震影响而显著加强，安宁河断裂、则木河断裂的西昌和巧家以北区域的闭锁程度基本不受汶川地震的影响；3)汶川地震发生前后，安宁河断裂的石棉-冕宁段、则木河断裂的西昌与巧家以北区域和小江断裂的通海-建水段闭锁深度均在20 km以上。结合历史强震记录和其他方法的研究结果，三者在未来一段时间内发生强震的危险性要高于其他断层段。关键词： GPS；负位错模型；反演；汶川地震；断层闭锁

安宁河-则木河-小江断裂带位于川滇菱形块体与华南块体交界处，晚第四纪构造变形和地震活动较为强烈。1480年以来，安宁河-则木河-小江断裂带发生6～7级地震11次，7～8级地震7次[1-3]，强震发生间隔为30 a。但近年来，安宁河-则木河-小江断裂带地震活动相对平静，尤其是则木河断裂，1850年发生西昌M7.5地震后，至今一直平静。朱艾斓等[4]通过分析安宁河断裂石棉-冕宁段和则木河断裂西昌-普格段的异常低b值认为，这两段是最有可能形成未来主震初始破裂的段落，可以将这两段划定为凹凸体。李煜航等[5]通过计算安宁河-则木河-小江断裂带1480年以来强震的地震矩释放量和累积量认为，安宁河断裂和则木河断裂地震矩累积量小于地震矩释放量，而小江断裂南段的地震矩累积量大于地震矩释放量。万永革等[6]认为，则木河断裂的库仑破裂应力受汶川地震同震的影响有所增加，安宁河断裂库仑破裂应力基本无变化。

本文基于1999～2007年和2009～2014年多期GPS观测获取的高精度地壳运动水平速度场数据，采用负位错反演模型，分析安宁河-则木河-小江断裂带的滑动速率和闭锁深度空间分布特征，为块体边界带变形和强震危险性分析提供参考。

1GPS速度场

本文数据主要来自中国地壳运动观测网络、中国大陆构造环境监测网络、 国家重点基础研究发展计划和南北地震带应急观测等项目。观测数据采用GIPSY进行处理，坐标解算以单日观测为基础，采用精密轨道、钟差和大气折射等改正，加入亚洲地区及周缘的部分IGS站点与研究区域的测站进行联合处理，得到不同框架下的单日解，然后以IGS站为核心，采用七参数转换，将单日解转换到ITRF2008参考框架上。测站位移估算采用线性运动模型，以单日解为观测值，采用动态最小二乘平差方式[7]。对于鲁甸地震的影响，利用该区域GPS连续站估算的同震位移场进行改正[8]。在得到ITRF2008框架下的测站坐标和速率后，扣除由于欧亚大陆刚性旋转导致的运动分量，最终获得该区域相对欧亚大陆的形变速度场(图1)。

2模拟计算

基于负位错反演模型[9]，假定块体内部GPS站点速度由块体旋转和边界断层闭锁影响两部分构成，采用格网搜索和模拟退火，计算块体的欧拉矢量、块体边界断层的滑动速率和闭锁程度。为约束块体旋转和断层闭锁程度，利用GPS水平速度场数据进行反演:

(1)

式中，X为GPS测站位置，i为速度场分量，RΩb为块体b在参考框架R下的欧拉运动矢量，hΩf为断裂上盘块体f相对于断裂下盘块体h的欧拉运动矢量，即hΩf=RΩf-RΩh,F为第F条断裂，Nk为断裂k上总共的节点个数，Xnk为第k条断裂上第n个节点所在位置，φnk为第k条断裂上第n个节点的闭锁程度，Gij(X,Xnk)为断裂节点Xnk在j方向对地表GPS测站X在i方向产生的格林函数。

参数拟合的不符值可表示为：

(2)

以小江断裂的西支为边界断裂，将研究区域划分为川滇和华南两个块体(图1(a))。考虑到断层倾角误差对断层闭锁影响较小[10]，模拟过程中，假定安宁河断裂和则木河断裂倾角为70°，小江断裂倾角为80°。从地表沿垂直于等深线方向依次设置0km、10km、20km、30km和40km共5条等深线，同时安宁河断裂和则木河断裂上各取4个节点，小江断裂带上取10个节点，每条等深线上共18个节点，计算断层节点上的闭锁系数，然后运用双线性插值计算其他区域的闭锁系数。

3讨论

3.1块体欧拉矢量

计算结果表明，在以欧亚大陆为参考框架的速度场下，汶川地震前后，华南块体均表现为逆时针运动，川滇块体表现为顺时针运动(表1)，两者之间的边界断裂带表现为左旋运动。对比1999～2007年和2009～2014年两个时间段的数据结果可以发现，华南块体和川滇块体欧拉矢量均有不同程度的变化，表明汶川地震对这两个块体运动有一定影响。

注：速率为正代表逆时针旋转，反之则代表顺时针旋转。

3.2断裂滑动速率

表2给出了安宁河-则木河-小江断裂带滑动速率。本文计算得到的汶川地震前安宁河断裂和则木河断裂滑动速率与丁开华等[11]的结果较为一致，但比王阎昭等[12](安宁河断裂走滑5.1±2.5 mm/a，倾滑-0.1±2.4 mm/a；则木河断裂走滑2.8±2.3 mm/a，倾滑3.8±1.9 mm/a)的结果要大，这可能由于块体划分方案不同导致的[5]；小江断裂的滑动速率与王阎昭等[12]、丁开华等[11]的结果比较接近。汶川地震后，安宁河断裂、则木河断裂滑动速率有所减小，小江断裂滑动速率基本不变。

注：断层活动速率以左旋走滑与拉张为正。

3.3闭锁特征

闭锁程度反映的是断层应变积累能力，即断层闭锁程度越强，越容易产生应变积累。图3为由两个时间段的速度场分别计算得到的安宁河-则木河-小江断裂带闭锁空间分布情况。

3.3.1安宁河断裂

从图3可以看出，汶川地震前，安宁河断裂整体闭锁程度较高，且北段(石棉-冕宁段)闭锁程度高于南段(冕宁-西昌段)。20 km深度处，安宁河断裂北段完全闭锁，闭锁系数达1.00，南段处于强闭锁状态，闭锁系数为0.893～0.958；30 km深度处，北段闭锁系数为0.710～0.886，南段为0.503～0.670。汶川地震后，虽然安宁河断裂闭锁程度稍微减弱，但北段仍在20 km深度达到完全闭锁，30 km深度处的闭锁系数为0.577～0.732；南段在10 km深度处于完全闭锁，20 km深度处闭锁系数为0.809～0.861。

汶川地震前，安宁河断裂北段闭锁程度高于南段，应变积累能力较强，地震的危险性较高，这与冉勇康等[2]、程建武等[13]的研究结果相似。同时强震分布(图4)也显示，安宁河断裂北段自1480年发生M7.5地震后，至今一直平静；南段最近一次强震是1952年发生的M6.75地震。汶川地震后，安宁河断裂的闭锁程度基本没有变化，说明安宁河断裂受汶川地震影响较小。

3.3.2则木河断裂

将则木河断裂分为北(西昌)、中、南(巧家以北)3段进行分析。汶川地震前，则木河断裂北段与南段闭锁深度达到20 km以上， 在30 km深度处北段的闭锁系数(0.822)略高于南段(0.765)；则木河断裂中段闭锁程度相比北段和南段较弱，在10 km深度处完全闭锁，其闭锁系数在20 km深度处为0.857～0.865，在30 km深度处为0.723～0.733。汶川地震后，则木河断裂北段闭锁程度稍微减弱，在20 km深度处为0.973，在30 km深度处为0.604；而中段闭锁程度明显增加，在20 km深度处完全闭锁，在30 km深度处的闭锁系数为0.739～0.848；南段闭锁程度基本无变化，仍在20 km深度处于强闭锁状态，30 km深度处的闭锁系数为0.723。

从强震分布(图4)来看，则木河断裂发生过两次强震，均位于普格附近，分别是1732年M6.75地震和1850年M7.5地震。汶川地震前，则木河断裂中段普格闭锁程度较低，汶川地震后，普格附近的闭锁程度明显加强，表明则木河断裂中段应变积累能力得到加强，这与万永革等[6]的研究结果相似，说明这一区域的地震活动性值得进一步关注。

3.3.3小江断裂

将小江断裂分为北(巧家-东川)、中(东川-华宁)、南(华宁-建水)3段进行分析。汶川地震前，小江断裂北段闭锁程度呈现出由巧家到东川逐渐减弱的特点，北段在10 km深度左右达到完全闭锁。汶川地震后，巧家附近闭锁程度稍微减弱，东川得到加强，10 km深度处小江断裂北段完全闭锁；20 km深度处东川闭锁系数为0.987，巧家则为0.900；30 km深度处东川闭锁系数为0.590，巧家则为0.492。汶川地震前，小江断裂中段在10 km深度处完全闭锁，20 km深度处闭锁程度整体呈现出由北向南逐渐加强的特点。汶川地震后，中段闭锁程度得到加强，20 km深度处除嵩明北部外，其余全都处于强闭锁状态；30 km深度处闭锁系数由北向南逐渐增大，闭锁系数为0.798～1.00；40 km深度处闭锁系数由北向南为0.365～0.864。汶川地震前，小江断裂南段闭锁程度已经很高，20 km深度处通海闭锁系数为0.939，建水闭锁系数为1.000；30 km深度处通海和建水闭锁系数分别为0.639、0.807。汶川地震后，南段闭锁程度增强，40 km深度处完全闭锁。

图4显示，小江断裂大部分强震集中在中段，虽然汶川地震前小江断裂中段闭锁程度较低，但汶川地震后，中段闭锁程度显著加强。这种闭锁程度显著加强的现象可能与小江断裂中段东西两个分支间存在的多个NE向断裂有关[14]。正是这些NE向断裂的运动，使主断裂产生弯曲或阶区，有利于应力和应变的集中。小江断裂南段最近一次强震是发生在1606年的建水M6.75地震，强震离逝时间较长。汶川地震前，小江断裂南段完全闭锁深度达到20 km以上，其地震危险性较大，这与Wen等[1]和李煜航等[5]的研究结果相符。汶川地震后，南段闭锁程度又进一步加强，说明小江断裂南段的地震活动性值得进一步关注。

4结语

震间期，断层闭锁是由浅到深的过程，这一过程是缓慢的，但是由于汶川地震的影响，安宁河-则木河-小江断裂带的构造应力加载发生了明显变化，相应的闭锁程度也发生明显变化。本文基于1999～2007年和2009～2014年多期GPS观测获取的水平速度场数据，反演安宁河-则木河-小江断裂带的滑动速率和闭锁空间分布，获得以下认识：

1)汶川地震后，安宁河断裂、则木河断裂滑动速率有所减弱，小江断裂滑动速率基本不变。

2)则木河断裂中段、小江断裂受汶川地震影响较大，闭锁程度得到加强，安宁河断裂、则木河断裂的西昌与巧家以北在汶川地震前后闭锁程度基本一致，表明汶川地震对这些区域的影响较弱。

3)安宁河断裂北段、则木河断裂的西昌与巧家以北区域、小江断裂南段闭锁深度达到20 km以上，闭锁程度较高，应变积累能力较强，未来一定时间内地震危险性高于其他断裂。

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Foundation support:National Natural Science Foundation of China, No.41574017,41431069,41404015,41504011;Natural Science Foundation of Hubei Province,No.2015CFB642.

About the first author:SONG Jian, postgraduate, majors in GPS data processing and geodynamics,E-mail: songjian_2014@126.com.

Study on the Locking Characteristics of Anninghe-Zemuhe-Xiaojiang Fault Zone

SONGJian1YANGShaomin1WANGWei1HUANGYong1LINMu1

1Key Laboratory of Earthquake Geodesy, Institute of Seismology, CEA, 40 Hongshance Road,Wuhan 430071,China

Abstract:In this paper, we inversed for the slip rate and spatial fault locking of the Anninghe-Zemuhe-Xiaojiang fault zone based on a negative dislocation with horizontal GPS velocity data from 1999 to 2007 and 2009 to 2014. Using the inversion result and the historical earthquakes, we analyze the potential for a large earthquake. The result shows the Wenchuan earthquake enhanced the locking of Xiaojiang and the middle segment of Zemuhe, but didn’t affect the locking of Anninghe or the southern and northern segment of Zemuhe. Moreover, the northern section of Anninghe, the southern and northern segment of Zemuhe , the southern segment of Xiaojiang are strongly locked before and after the Wenchuan earthquake, with a locking depth of more than 20 km. Considering historical earthquakes and other results, we conclude that these segments are seismogenic faults with large earthquake potential.

Key words:GPS; negative dislocation model; inversion; the Wenchuan earthquake; fault locking

收稿日期：2016-01-11

第一作者简介：宋剑，硕士生，研究方向为GPS数据处理与地球动力学， E-mail:songjian_2014@126.com。 通讯作者：杨少敏，博士，研究员，主要从事大地测量与地球动力学研究，E-mail: whgpsyang@gmail.com。

DOI：10.14075/j.jgg.2016.06.005

文章编号：1671-5942(2016)06-0490-05

中图分类号：P315

文献标识码：A

Corresponding author:YANG Shaomin, PhD,researcher, majors in geodesy and geodynamics, E-mail:whgpsyang@gmail.com.

项目来源：国家自然科学基金(41574017，41431069，41404015，41504011)；湖北省自然科学基金(2015CFB642)。