郭良遷 塔 拉 陳阜超 周海濤 陳聚忠 薄萬舉

(中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180)

1 引言

云南地區(qū)位于南北地震構(gòu)造帶的南段，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈。南北地震構(gòu)造帶是中國大陸東西兩大構(gòu)造分區(qū)的界線，東西兩大構(gòu)造區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、地球物理場、地形地貌差別顯著，南北地震構(gòu)造帶成為它們的轉(zhuǎn)折地帶。研究該區(qū)地殼形變場的變化，對認(rèn)識(shí)現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)、地震預(yù)測、重大工程建設(shè)、防震減災(zāi)等有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

地形變是地殼構(gòu)造活動(dòng)的直觀表現(xiàn)。近十幾年來，地形變觀測引入GPS，使形變測量得到革命性發(fā)展，利用地形變對構(gòu)造活動(dòng)、地震孕育形成機(jī)理和地震預(yù)測的研究不斷深入［1－7］。本文旨在根據(jù)20世紀(jì)50年代以來，在云南地區(qū)復(fù)測的水準(zhǔn)資料探討地殼的垂直運(yùn)動(dòng)及其與地震活動(dòng)的關(guān)系。

整理計(jì)算得到云南地區(qū)1951—1980年、1980—1994年、1994—2011年和1951—2011年的垂直形變速率。以此為基礎(chǔ)，分析該區(qū)的地殼變化，并結(jié)合1951—2011年發(fā)生在本區(qū)的M ≥7地震，2006—2011年M≥6地震，分析垂直形變與地震的關(guān)系。

2 垂直形變演化

2.1 垂直形變特征

圖1(垂直形變速率圖是以貴陽水準(zhǔn)點(diǎn)為參考基準(zhǔn)，也就是云南地區(qū)的垂直變化是相對貴陽水準(zhǔn)點(diǎn)的變化)是選擇1951—1982年的水準(zhǔn)復(fù)測資料的計(jì)算結(jié)果，代表了1951—1980年30 來年的地殼垂直變化。圖2是選擇1980年前后到1999年水準(zhǔn)復(fù)測資料計(jì)算的結(jié)果，代表了1980—1994年期間的地殼變化。圖3 的第一期資料在南部用到20世紀(jì)80、90年代的水準(zhǔn)資料，北部使用了2001年的資料。第二期使用了2006、2011年的水準(zhǔn)復(fù)測資料。圖3 代表了云南地區(qū)近十多年的地殼變化。圖1 ～3 反映了云南地區(qū)1951—2011年不同時(shí)期的地殼垂直形變。

1951—1980年的垂直形變顯示出地殼北部下降，最大下降速率為－5 mm/a，中部和南部上升(圖1)，最大上升速率在云南南部，為9 mm/a 。0 值線位于洱源-東川-昭通一線。維西-大理-紅河斷裂帶兩側(cè)垂直形變速率等值線走向不同，在斷裂帶附近發(fā)生轉(zhuǎn)折，大理以南地段，南側(cè)等值線平行于斷裂走向，東側(cè)的與斷裂斜交。小江斷裂帶兩側(cè)的垂直形變速率等值線走向亦有顯著差別，它們都明顯地控制了垂直形變。

1980—1994年云南地區(qū)的地殼垂直形變與前期大致相同，上升區(qū)向北有所擴(kuò)展，西部上升速率較大，為7 ～8 mm/a，僅在東北部邊緣地帶存在下降變化，最大下降速率為－4 mm/a。形變等直線的展布形態(tài)仍然明顯受紅河斷裂帶、小江斷裂帶和麗江-寧蒗斷裂帶等構(gòu)造控制，上升較強(qiáng)烈的地區(qū)主要分布在麗江-寧蒗斷裂帶以北和紅河斷裂帶以西。

1994—2011年的垂直形變顯示麗江-大理-云縣一帶為下降變化，最大下降速率為－6 mm/a。東部的德昌-會(huì)理地帶為上升變化，上升速率為3—4 mm/a。南部墨江-瀾滄-景洪地區(qū)也為上升區(qū)，上升速率由北向南增加，最大為3 mm/a。本階段垂直形變速率在會(huì)理-姚安形成上升帶，沿上升帶兩側(cè)等值線相對密集，形變梯度較大。

2.2 垂直形變演化

云南地區(qū)1951—2011年三個(gè)時(shí)間段的垂直形變速率顯示，第一階段中南部上升，北部下降，第二階段以上升為主，第三階段東部和南部上升，西部下降。

第一階段1951—1980年的垂直形變速率最大差異變化量為14 mm/a，第二階段1980—1999年為12 mm/a，第三階段2000年以來(1993—2011年)的垂直形變速率最大差異變化量為11 mm/a。垂直形變速率的最大差異變化量逐漸減少。

2.3 長期的垂直變化

1951—2011年的垂直形變代表了本區(qū)60年來的地殼垂直運(yùn)動(dòng)。它顯示出云南西北部和北部地區(qū)為下降變化，速率為－(1 ～3)mm/a，南部和中東部地區(qū)為上升區(qū)，上升速率為(1 ～6)mm/a(圖4)?？傮w上等值線比上述三個(gè)階段稀疏，垂直形變速率最大差異變化量為9 mm/a，小于前述三個(gè)時(shí)間段。長期的垂直形變與短期的變化相比，減少了在時(shí)間延續(xù)上的相對較大的升降起伏變化，是較為平穩(wěn)的變化。垂直形變等值線的走向和展布形態(tài)受構(gòu)造控制不十分顯著。

3 垂直形變與地震活動(dòng)

自1951年以來，在水準(zhǔn)網(wǎng)覆蓋區(qū)共發(fā)生Ms≥7.0地震7 次，其中1980年以前4 次，1980—1990年2 次，1990—2000年1 次(表1)。1980年以前的4 次地震中，3 次分布在1951—1980年垂直形變速率圖的上升區(qū)，1 次位于下降區(qū);1988年的兩次地震和1996年的地震位于1980—1994年垂直形變速率圖的上升區(qū)。1951—1980年和1980—1994年的垂直形變速率均以上升為主，顯示出地殼積累的能量較高，有利于大震孕育。所以在這一時(shí)期發(fā)生多次地震不是偶然的，而且地震主要發(fā)生在上升區(qū)內(nèi)。這一時(shí)期中的兩個(gè)時(shí)間段的垂直形變速率最大差異變化量都相對較大，而且垂直形變速率等值線受斷裂帶構(gòu)造控制顯著，反映出構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)烈。

表1 1951—2011年大震Tab.1 Great earthquakes during 1951－2011

1994—2011年的垂直形變速率圖(圖3)，后期資料為2006、2011年復(fù)測，若選取2006年以來水準(zhǔn)網(wǎng)覆蓋區(qū)的Ms≥6.0 的地震(表2)與之對比，可以看出，2006年以來發(fā)生的3 次Ms≥6.0 都位于垂直形變上升區(qū)，其中兩次在會(huì)理-姚安形變上升帶上，1次在南部上升區(qū)。

表2 Ms≥6.0地震Tab.2 Earthquake of Ms≥6.0

云南中北部地區(qū)的垂直形變呈四象限分布，大致以大理為頂點(diǎn)，東西兩個(gè)象限為上升，西側(cè)象限雖然是負(fù)值，但是它比南北兩個(gè)象限下降的速率值大2 mm/a 以上。東側(cè)象限的上升速率最大為4 mm/a。南北兩個(gè)象限為下降變化，最大下降速率在－6 mm/a 以下。如果把2006年以來的6級地震與1994—2011年的垂直形變速率圖疊合在一起，可見地震發(fā)生在上升象限內(nèi)(圖5)。表明四象限分布的垂直形變圖像是應(yīng)變能較大的反映［7］，與中強(qiáng)地震的孕育發(fā)生有密切關(guān)系。1989年大同6級地震前也有類似的垂直形變圖像，該區(qū)南部思茅6.4級地震則發(fā)生在上升區(qū)(圖6)。

4 形變增量場

以長期垂直形變速率為參考，不同時(shí)間段的垂直形變速率減去長期形變速率得到各個(gè)時(shí)間段的垂直形變速率增量。垂直形變增量場圖中正值表示與長期變化相比，垂直形變速率增大，負(fù)值垂直形變速率減小。

1951—1980年的垂直形變速率增量場顯示，本區(qū)東北部和西南部為正值，最大速率增量為4 mm/a，位于南部地區(qū)，中部為負(fù)值，最小速率增量－6 mm/a，位于西北部地區(qū)(圖7)。1951—1980年本區(qū)發(fā)生的4 次M≥7.0地震均位于形變速率增量場的正值區(qū)域內(nèi)。1980—1994年的垂直形變速率增量場，在本區(qū)大部分為正值，西部增量值較大，最大增量為7 mm/a，僅在東北部和南部邊緣地帶為負(fù)值，最小增量為－2 mm/a(圖8)。同時(shí)期內(nèi)發(fā)生了兩次M≥7.0地震，稍后1996年又發(fā)生了一次麗江7級地震，這三次地震也同樣都分布在形變速率增量場的正值區(qū)域內(nèi)。1994—2011年的垂直形變速率增量場大部分地區(qū)為負(fù)值區(qū)域，最小速率增量為－8 mm/a，僅在會(huì)理-姚安地段為正值，最大速率增量為2 mm/a(圖9)。該時(shí)間段雖然發(fā)生過麗江7級地震，但是由于發(fā)生在本階段的初期，所以在本階段形變速率增量場中的負(fù)值區(qū)域。本階段中復(fù)測水準(zhǔn)網(wǎng)覆蓋區(qū)域內(nèi)發(fā)生過三次6≤M ＜7地震，其中兩次在速率增量場中的正值區(qū)域，一次發(fā)生在南部負(fù)值區(qū)域。分析落在負(fù)值區(qū)的原因，可能是因?yàn)槟喜壳捌趶?fù)測資料時(shí)間較早，反映的是較長時(shí)期的形變，不能較好地反映近期地震形變。

綜上所述，垂直形變速率增量場與大震關(guān)系比較密切，大震主要孕育發(fā)生在增量場的正值區(qū)域，而且區(qū)域增量場大部分為正值的時(shí)間段。這一情況表明，垂直形變速率增大有利于地殼能量積累增加，而形變速率的減小，地殼中的能量可能以耗散為主，不利于能量積累和地震孕育。

5 結(jié)論

1)云南地區(qū)三個(gè)時(shí)間段的垂直形變速率顯示出:1951—1980年上升為主，南部上升，北部下降;1980—1994年上升為主;1994—2011年西部下降，東部上升。垂直形變速率最大差異變化量前兩個(gè)時(shí)間段相對較高，后一時(shí)間段相對較低。

2)云南地區(qū)的6級以上地震絕大多數(shù)發(fā)生在上升區(qū)內(nèi);7級以上地震主要與區(qū)域垂直形變以上升為主的時(shí)間段，而且形變速率最大差異變化量相對較大。6級地震則主要發(fā)生在四象限分布的形變圖像中的上升象限內(nèi)，而且形變速率梯度相對較大的地段。這些情況對評估預(yù)測中強(qiáng)地震危險(xiǎn)性和地震發(fā)生的地點(diǎn)有意義。垂直形變上升為主的時(shí)間段說明地殼中的能量相對較大，垂直形變四象限分布的形態(tài)也是地殼中能量較強(qiáng)的反映，它們有利于地震孕育和發(fā)生。

圖9 1993—2011年垂直形變速率增量場Fig.9 Rate field of incremental vertical deformation during 1993－2011

3)垂直形變速率增量場的變化反映出，大地震主要發(fā)生在以正值為主導(dǎo)的時(shí)間段中，而且主要發(fā)生在正值區(qū)域。

4)1951—1980年、1980—1994年的垂直形變速率差異變化量較大，7級以上地震主要發(fā)生在該時(shí)間段。區(qū)域垂直形變場的差異變化量大，反映出構(gòu)造活動(dòng)性強(qiáng)，所以這樣的時(shí)間段中易發(fā)生地震。若以長期變化中的垂直形變速率最大差異量為標(biāo)準(zhǔn)，不同階段的差異變化量與之相比，則比值越大地殼的活動(dòng)性越強(qiáng)。1951—1980年差異比值為1.56，1980—1994年為1.33，1994—2011年為1.22，三個(gè)階段比值依次降低。致謝 感謝黃立人教授提供計(jì)算方面的幫助!

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