劉耀輝，李金平，王劉偉

（1．云南師范大學 旅游與地理科學學院，云南 昆明650500；2．西部資源環(huán)境地理信息技術(shù)教育部工程研究中心，云南 昆明650500）

青藏高原東緣是現(xiàn)今大陸構(gòu)造運動和地震活動最為強烈的地區(qū)。川滇塊體位于青藏高原的東南邊，新生代以來物質(zhì)東流及阿薩姆（Assam）頂點楔入作用，使該地區(qū)構(gòu)造活動復雜，活動強烈。小江斷裂作為區(qū)域內(nèi)的一條大型活動斷裂和強震發(fā)生帶，1500年以來小江斷裂帶上發(fā)生10多次大于6級的地震?；顒訑鄬臃侄渭捌溟L期滑動速率是進行中長期強震危險性研究的重要依據(jù)［1］，許多學者采用傳統(tǒng)地質(zhì)方法和數(shù)學方法研究小江斷裂帶的走滑速率和地震危險性。聞學澤等［2－3］利用歷史地震資料和數(shù)學方法研究小江斷裂帶地震危險性，認為東川以南至嵩明段、澄江至華寧段未來復發(fā)強震或大震的可能性較大。

近年來，GPS技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于大地地殼運動和形變研究，以GPS觀測速度場為約束條件，結(jié)合地質(zhì)學成果，可以更精確地得到斷裂帶的三維地殼形變特征，從而判斷斷裂帶中長期的地震危險性。許多學者基于GPS數(shù)據(jù)和不同的位錯模型對小江斷裂帶的運動特征進行深入研究［4－7］，程佳等［8］以GPS速度場為約束，利用彈性位錯模型反演滑動速率，根據(jù)錯動距離及復發(fā)周期分析臨震危險程度，認為小江斷裂帶蒙姑－東川段、東川－尋甸段和宜良－澄江段危險程度較高。李煜航等［9］基于線性球面塊體模型理論 利用GPS數(shù)據(jù)反演得到青藏高原東緣主要活動斷裂滑動速率和地震矩積累，認為小江斷裂南段地震矩虧損明顯。

本文根據(jù)1999～2013年間的川滇地區(qū)的GPS速度場數(shù)據(jù)，使用彈性塊體模型反演計算小江斷裂帶的斷層閉鎖程度、滑動虧損分布和滑動速率，分析斷層深淺部三維地殼特征，同時結(jié)合小江斷裂帶歷史地震資料，估算小江斷裂帶未來地震最大震級，為斷裂帶強震中長期預(yù)測提供參考。

1 小江斷裂帶運動特征反演研究

1．1 塊體模型

彈性塊體模型可以表征復雜區(qū)域內(nèi)斷層形變活動和運動學特征。在塊體內(nèi)部不存在整體均勻應(yīng)變的 前 提 下，Mc Caffrey［10－11］提 出 了 一 個 三 維 彈性塊體位錯模型，其原理如下：

式中各參數(shù)的定義見文獻［10］，相應(yīng)反演程序為DEFNODE［12］。

閉鎖程度用閉鎖系數(shù)來描述：

式中：v和V0分別代表斷層的實際滑動速率和根據(jù)地塊相對運動計算的理論速率；φ的取值范圍為0～1，φ＝1表示斷層完全閉鎖，φ＝0表示斷層蠕滑。

1．2 GPS數(shù)據(jù)和節(jié)點設(shè)置

GPS數(shù)據(jù)主要來自于“中國地殼運動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)”1999～2013年間川滇地區(qū)GPS水平速度場。采用美國JPL的GIPSY軟件進行嚴密的數(shù)據(jù)處理，獲得各站點坐標的單日松弛約束解，再應(yīng)用QOCA軟件進行所有單日松弛約束解的聯(lián)合平差，獲得各站點在ITRF2008下的站點坐標及速度矢量，最后考慮斷裂分布以及測站的位置，剔除誤差較大的站點數(shù)據(jù)。GPS測站速度場如圖1所示。

反演將初始斷層閉鎖深度設(shè)置為20 k m，節(jié)點深度方向從地表起依次為0．1 k m，6 k m，12 k m，16 k m，20 k m。每條等深線上有8個節(jié)點，垂直等深線方向有5排節(jié)點。

1．3 斷層閉鎖程度

圖1 研究區(qū)GPS速度場（相對于歐亞板塊）

圖2 閉鎖程度

1．4 滑動虧損速率

小江斷裂帶在地表以下6 k m的滑動虧損速率約為（9．2±0．4）mm／a，在6～12 k m處滑動虧損速率約為（7．7±0．5）mm／a，12～16 k m處的滑動虧損速率約為（5．3±0．5）mm／a，16～20 k m處整條斷裂帶逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿浠?。小江斷裂帶在地表以?～12 k m滑動虧損速率較高，滑動虧損積累較高，與斷層閉鎖程度對應(yīng)，表明斷裂帶積累了相當?shù)哪芰俊?/p>

1．5 走滑速率

小江斷裂帶依然作左旋走滑活動，其北段走滑速率約為（12．1±0．4）mm／a，拉張速率為（2．1±0．6）mm／a；中段走滑速率約為（10．8±0．5）mm／a，拉張速率為（1．2±0．4）mm／a；南段走滑速率約為（10．2±0．2）mm／a，拉張速率為（1．8±1．1）mm／a，如圖3所示。與其他學者反演結(jié)果具有較好的一致性［4－9］。

圖3 走滑速率

2 地震危險性分析

地震危險性分析根本在于估算斷裂帶斷層上未來發(fā)生地震的最大等級。長期以來國內(nèi)外很多學者用歷史地震數(shù)據(jù)和儀器數(shù)據(jù)研究分析地震震級與地表破裂長度、面積、頻度、斷層分布和走滑速率的回歸關(guān)系［13－14］。一些學者研究發(fā)現(xiàn)地震回歸時期的地震等級與地震發(fā)生時的構(gòu)造環(huán)境存在依賴關(guān)系。Wes mpisky等［15］把斷裂帶分成高走滑速率和低走滑速率，分析認為地震發(fā)生時斷層的走滑速率有助于地震危險性研究分析。Anderson等［16］使用全球43個歷史地震數(shù)據(jù)，得出矩震級、破裂長度和斷層走滑速率的關(guān)系方程：

式中：L為地表破裂長度，k m；S為斷層走滑速率，mm／a。

文獻［2，17］研究得到小江斷裂帶不同分段區(qū)間歷史上發(fā)生的最大地震如圖4所示。如果這些區(qū)域再次復發(fā)地震，利用式（3）得到未來發(fā)生地震的最大震級：小江斷裂帶北段（巧家－東川）的震級約為7．2級，中段的震級約為7．3級，南段（宜良－華寧）的震級約為6．9級，如表1所示。結(jié)果與小江斷裂帶較強的閉鎖程度和滑動虧損速率相吻合。事實上，近年來小江斷裂帶及附近區(qū)域活動頻繁，未來還會有較強的地震活動，應(yīng)當引起注意。

表1 震級預(yù)測

圖4 歷史地震數(shù)據(jù)

3 結(jié) 論

采用1999～2013年間的川滇地區(qū)GPS速度場為約束，基于線性彈性塊體模型研究小江斷裂帶地殼運動特征，同時結(jié)合小江斷裂帶歷史地震資料分析未來地震危險性。結(jié)果表明，小江斷裂帶現(xiàn)階段處于應(yīng)變積累時期，已積累了相當?shù)哪芰?。小江斷裂帶左旋走滑速率約為（10．2～12．1）mm／a，在地表以下6 k m小江斷裂帶閉鎖程度很高，閉鎖比例達到0．94，滑動虧損積累較大，滑動虧損速率約為（9．2±0．4）mm／a，未來小江斷裂帶可能發(fā)生地震最大震級為7．3級。到目前為止，小江斷裂帶已經(jīng)181年未發(fā)生7級以上的大地震，未來發(fā)生大地震及特大地震的危險性較大，應(yīng)引起足夠的重視和注意，加強斷裂帶活動性的監(jiān)測和研究。

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