芦山7.0级、康定6.3级地震垂直形变研究

刘立炜　张四新　周聪

摘要：芦山7.0级地震和康定6.3级地震是近两年来在龙门山断裂带和鲜水河断裂带上发生的最为显著的两次地震事件，都发生在巴颜喀拉地块与四川盆地的挤压构造带边缘。利用芦山科学考察项目和中国地球物理场观测——青藏高原东缘地区项目中获得的水准资料，研究芦山地震震前、震中和震后垂直形变演化和康定地震震前垂直形变特征。结果表明：芦山地震前龙门山断裂带南段的小金相对于芦山地区上升速率约为1.7mm/a，同震垂直变形可以达到197.7mm，变形最大区域分布在芦山灌县一安县断裂附近；芦山地震后鲜水河断裂带色拉哈段两侧垂直形变迅速增加至13mm/a，之后发生康定地震。1982年以来，鲜水河断裂带和龙门山断裂带Y字型交汇区域保持着4.5mm/a的快速隆升，同时在都江堰和大邑一带存在一条垂直形变高梯度带。

关键词：芦山地震；康定地震；垂直形变；龙门山断裂带；鲜水河断裂带

中图分类号：P315.72 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2016）02-0224-06

0 引言

2014年11月22日，四川康定县发生6.3级地震，这次地震发生在鲜水河断裂带的色拉哈段上，震源深度为18km。这是继发生在龙门山断裂带2013年4月芦山7.0级地震和2008年汶川8.0级地震后，在川西地区发生的又一次强烈地震。康定地震和芦山地震都是巴颜喀拉块体自1997年以来发生的一系列中强地震之一。2008年汶川地震发生后，地震破裂迅速向NE向扩展成350km，局部段落横向扩展成80km（马瑾等，2013），但是并没有向SW方向发展。有学者认为，龙门山断裂带中段和西南段是相互独立的两个构造单元（张岳桥，李海龙，2010；詹艳等，2013），也有很多学者认为汶川地震使得龙门山断裂带西南段以及龙门山断裂带和鲜水河断裂带交汇的康定及其附近的地震危险性增强（陈运泰等，2013；易桂喜等，2013；秦向辉等，2013）。2013年芦山地震发生在龙门山断裂带南段，地震发生后中国地震局迅速启动了地震科学考察项目，布设的区域水准路线恰好覆盖了康定地震的发震断裂，同时对龙门山断裂带南段以及与鲜水河断裂带交汇的Y字型地区具有一定监测能力，其中小金一雅安水准线路穿过震中区域，2014年5月对该条测线进行了再一次复测。本文主要利用实际观测的水准资料，通过对芦山地震震前、震中和震后区域构造垂直形变演化特征的研究和对康定地震震前震区垂直形变特征的分析，希望能够对龙门山断裂带南段以及其与鲜水河交汇区域的构造运动特征有一定的认识。

1 区域构造及资料概况

芦山地震和康定地震都发生在巴颜喀拉块体与华南块体相互碰撞的边界断裂带上，反映了青藏高原在印度洋板块的推挤作用下，巴颜喀拉块体在东偏南的运动过程中，在龙门山附近受到华南块体的阻挡作用，使得龙门山地区出现地壳缩短和山体的隆升现象。青藏高原东缘地区1970～2011年长时间尺度垂直运动背景场显示沿龙门山断裂带以及龙门山断裂带与鲜水河断裂带交汇区域存在一垂直形变高梯度带，2008年汶川地震、2013年芦山地震和2014年康定地震均发生在这一高梯度带内（王双绪等，2013；郝明，2012）。

虽然GPS资料在汶川地震前反映出很小的水平运动速率（张培震等，2009），但是龙门山断裂带附近的垂直形变资料还是很好得反映了震前龙门山断裂带显著的挤压缩短现象（徐锡伟等，2013）。

芦山地震后，中国地震局迅速启动了芦山地震科学考察项目，水准监测任务由中国地震局第一监测中心和第二监测中心共同完成。监测范围包括（29°～31°N，101°～104°E）：北至小金、丹巴和都江堰一带，南至石棉、汉源，西至雅江、康定，东至雅安、邛崃和荥经一带（图1）。为了弥补历史监测资料的不足，笔者从陕西省测绘局收集到了跨越震中的小金-雅安测线、都江堰-八美镇、都江堰-大邑测线，再加之地震监测网和中国地球物理场观测——青藏高原东缘地区项目所积累的资料，这次科学考察的水准监测网基本覆盖了龙门山断裂带南段，以及龙门山与鲜水河断裂带交汇的Y字型地区。所收集历史资料多数路线有两期资料，部分路线有多期，监测时间基本在1985年前后至汶川地震后的2010～2011年。其中跨越震中的小金一雅安测线，收集到了其在1986年、2010年两期历史资料，2013年芦山地震同震垂直形变监测资料，及在震后2014年的观测资料，这些资料能够较好的反映芦山地震震前、震中和震后的垂直形变演化。都江堰-大邑测线为2009年埋设，加上2013科学考察项目复测成果，总共有两期资料，而且由于汶川地震的破坏以及工业建设和民用设施的发展，多条水准线路在20世纪80年代布设的老点已经破坏殆尽，无法闭合成网。因此在资料处理中，计算区域垂直形变速率只能使用汶川地震后2010年观测资料及2013年的科考资料。在实际计算中石棉一雅安测线的水准监测成果精度较差，为了不影响整体的计算结果，在平差计算中将此部分数据舍去。为了弥补区域资料在垂直形变时间演化分析中的不足以及最大限度的利用所有已有资料，笔者利用具有多期资料并且跨鲜水河断裂带和龙门山断裂上的测线进行跨断层剖面分析。

2 垂直形变特征分析

2.1 区域垂直形变特征

以雅安基岩点做为起算点（图1中五角星），先对资料进行预处理，并在剔除粗差基础上（张四新等，2005），进行拟稳平差计算，获得2010～2013年龙门山断裂带南段和龙门山、鲜水河断裂带Y字型交汇区域的垂直形变速度场。结果显示，由于芦山地震引起的同震垂直形变显著，芦山地震震中的芦山、宝兴附近垂直形变速率大幅抬升，同震形变显著影响区域主要分布在宝兴-雅安-带（图2）。龙门山断裂带以南的四川盆地垂直形变速率下降，平均下降速率约为3mm/a；泸定-康定-带垂直形变速率下降与康定至丹巴地区的垂直形变速率上升形成鲜明的对比。同时，在小金-都江堰、大邑-带形成-垂直形变高梯度带（图3）。endprint

2.2 跨断层剖面垂直形变特征

2.2.1 小金一雅安剖面

小金一雅安剖面是经过芦山地震震中的一条水准剖面。汶川地震地表破裂带长度为240km，震中最大垂直位移达到6.5±0.5m，汶川地震震中距离芦山地震震中仅87km（徐锡伟等，2013），汶川地震势必会对发生芦山地震的龙门山断裂带南段产生一定的影响。为了消除汶川地震在芦山地震震间期的1986～2010年资料中引起的同震变形，准确反映芦山地震前构造变化，利用USGS提供的汶川地震有限断层面解，借助球面位错模型对汶川地震在龙门山断裂带南段产生的同震形变进行了正算（付广域，2012），在1986～2010年的资料中将计算所得汶川地震的同震变形扣除。由PSGRN/PSCMP计算结果显示，汶川地震对龙门山断裂带南段的水准监测区域引起的震后粘弹性形变量值很小，在芦山地震震间期垂直形变计算中可以忽略不计（Hao et al，2014）。从而获得了芦山地震震间期跨震中的小金-雅安垂直形变曲线（图4）。

芦山地震震前的1986～2010年垂直形变剖面显示，龙门山断裂带南段的小金相对于芦山地区上升速率约为1.7mm/a。在震中附近的达多35测点处为明显的断层闭锁区域。芦山地震后科学考察项目获得成果显示，2010～2013年达多35测点周围15.1km的范围内垂直方向形变上升了115.7mm，是整个剖面垂直形变变化最大的区域。达多35测点相对位于小金东南侧达多8测点同震垂直变形可以达到197.7mm（去除汶川地震的同震影响后的结果）。2014年中国地震局第二监测中心对该条测线进行了再一次复测，结果显示位于四川盆地的雅安相对于小金逆继承性抬升了约18mm（图4），这反映出芦山地震后区域构造应力场的松弛调整作用。与汶川地震类似，芦山地震震前和震后的垂直形变变化基本符合地震的弹性回跳学说。

2.2.2 丹巴-雅安剖面

2014年康定6.3级地震的发震断层为鲜水河断裂带的色拉哈段，恰好在芦山科学考察项目监测范围内，丹巴-小金的水准剖面能够较好的控制鲜水河断裂带色拉哈段的垂直形变演化，同时也有利于分析鲜水河断裂和龙门山断裂交汇地区的构造变化。康定地震发生前可以收集到该剖面1982年、2010年和2013年3期完整的水准资料（图5）。该剖面多数水准点分布在川西地区，但是雅安附近水准监测资料受到汶川地震和芦山地震的同震影响比较明显，因此仍然利用球面位错模型计算汶川地震和芦山地震在剖面位置的同震形变，并在实际的剖面计算中扣除，得到2010～2013年和1982～2013年两期康定地震震间期跨震中的水准剖面成果。计算结果显示：1982～2010年康定附近鲜水河断裂带两侧垂直差异运动并不显著，甚至表现出一定逆继承性活动，整个区域主要表现为巴颜喀拉地块向四川盆地的剧烈推挤，使得巴颜喀拉地块相对四川盆地以3.2mm/a的速率迅速抬升。由于汶川地震和芦山地震的发生，使得龙门山断裂带及其附近的形变能量得到了一定程度的释放，区域应力场处于相对松弛的状态，在2010～2013年龙门山断裂带两侧垂直形变差异变化明显减弱，但鲜水河断裂带色拉哈段的康定附近两侧垂直差异运动显著增强，由1980～2010年的约1.76mm/a迅速增加至13mm/a，这种剧烈变化显然来自于芦山地震的影响。在更长时间段的1982～2013年，虽然在2008年发生了汶川地震，2013年发生芦山地震，但是在龙门山断裂带与鲜水河断裂带的交汇地区垂直形变最大隆升速率仍然可以达到4.5mm/a，显示出该地区剧烈的构造应变能量积累。

3 讨论与结论

芦山地震和康定地震是近两年在龙门山断裂带和鲜水河断裂带上发生的最为显著的两次地震事件，这两次地震都发生在巴颜喀拉地块与四川盆地交汇的构造带边缘，区域垂直形变资料显示，20世纪80年代以来，巴颜喀拉块体与四川盆地相互碰撞造成了龙门山地区的快速隆升，汶川地震震前1983～1997年后山断裂附近的茂汶相对于北川上升速率为2～3mm/a（杜方等，2009；张四新等，2008）。资料显示芦山地震前的1986～2010年在扣除汶川地震的影响后，龙门山断裂带南段表现为北侧上升、南侧下降的垂直形变运动模式，并在芦山谷地形成一明显的闭锁区域，震前和震后垂直形变观测结果表明芦山地震的发生是由逆冲断层错动产生的。虽然水准资料时间间隔很长，并且芦山地震前仅有两期资料，无法反映出汶川地震对芦山地震孕震区的确切影响，但是实际水准监测资料显示，芦山地区在芦山地震前的25年来一直处于闭锁状态，同时GPS跨断层剖面也显示在龙门山断裂带芦山地区存在明显的孕震背景（蒋锋云等，2013a），由此可知芦山地震并不是完全由汶川地震引起的，而是长期以来构造运动能量积累和释放的过程，因此芦山地震和汶川地震应该是两次独立的地震事件。从汶川地震和芦山地震的余震分布来看，两次地震之间尚有约35km的余震空缺区域（徐锡伟等，2013），同时大地电磁观测结果显示该区域两侧杂岩带在地壳浅部没有连通（詹艳等，2013），深部是否连通尚不可知，但小金一都江堰一带确实存在一垂直形变高梯度带，显示出明显构造应变积累现象，因此该地区存在一定的地震发生危险性。

静态库伦应力计算结果显示，汶川地震对芦山地震的发生具有显著的触发作用（廖淼，朱守彪，2013），而且汶川地震使得龙门山断裂带和鲜水河断裂带交汇地区的地震危险性增加。芦山地震后鲜水河断裂带色拉哈段南侧相对北侧垂直形变速率增加数倍，对康定地震的发生起了明显的促进作用。汶川、芦山和康定地震的发生使得龙门山断裂带和鲜水河断裂带南段的构造应变能量得到一定程度的释放，但是从长期来看，3大断裂交汇的Y字型区域地壳垂直形变速率为4.5mm/a，这一量值要大于汶川地震之前和芦山地震前的垂直形变速率。同时GPS资料处理结果在安宁河断裂附近表现为明显的左旋走滑运动受阻，且其两侧块体应变率积累显著增加（蒋锋云等，2013b），如果不考虑观测时间和测线分布的影响，3大断裂交汇地区很可能是未来南北地震带强震的发生地点。endprint