張紅艷

（中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

的方位向形變直接獲取玉樹地震同震三維形變場。從垂直分量圖中可知，南西盤有兩個形變沉降中心，其一位于地表主破裂附近，形變量較大，垂直沉降達23cm；另一個形變沉降中心位于斷層北東端，位置與2010年4月14日MS6.1余震震中重合，該處余震的形變影響可能較大。從水平分量可以看出左旋走滑特征。結(jié)合玉樹地震左旋走滑震源機制分析，運動方向前端處于應(yīng)力集中區(qū)，介質(zhì)發(fā)生抬升運動；運動方向尾端為應(yīng)力拉張區(qū)，介質(zhì)發(fā)生沉降運動，整體垂直形變場與此次玉樹地震運動性質(zhì)較為吻合。同時，由于玉樹地震運動模式及垂直形變成因的復(fù)雜性，左旋走滑震源機制斷層南西盤靠近斷層區(qū)域附近出現(xiàn)較大面積的沉降區(qū)，結(jié)果的可靠性及具體成因尚需綜合其他資料進行更詳細分析。

（5）聯(lián)合PSInSAR與GPS震間微小三維形變場模型，獲取海原斷裂帶現(xiàn)今運動形變特征。

關(guān)鍵詞InSAR；聯(lián)合解算；三維形變場；汶川地震；玉樹地震；海原斷裂帶 龍門山斷裂帶；水壓致裂；油田應(yīng)力資料；斷層滑動；地表破裂同震位移；震源機制解；斷層強度；地震危險性；構(gòu)造應(yīng)力變化特征；構(gòu)造模式；剛性塊體模式

采用PSInSAR方法獲取了海原斷裂帶視線向地表微小形變量，并依據(jù)插值算法，結(jié)合GPS水平形變觀測，獲得了研究區(qū)三維形變場信息。結(jié)果表明：形變場較好地反映了該地區(qū)斷裂的運動形變，水平方向形變沿北西西方向，最大東西向形變?yōu)?.2mm，并沿斷層兩側(cè)有梯度差異，斷裂南側(cè)形變量大于北側(cè)形變，斷裂呈左旋走滑。三維形變場同時還獲取了垂直向分量，最大2.6mm，最小－1.6mm，斷層兩側(cè)形變方向不同，南側(cè)抬升，北側(cè)沉降，說明斷裂兼具有傾滑形變。

（作者電子信箱，郭利民：lim＿guo@hotmail.com）

龍門山斷裂帶區(qū)域現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場與汶川MS8.0地震力學(xué)成因探討

張紅艷

（中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

2008年5月12日發(fā)生在龍門山斷裂帶上的8.0級特大地震引起了國際地球科學(xué)界的廣泛關(guān)注。地震發(fā)生后，綜合已有的地震地質(zhì)、地球物理與形變測量資料，國內(nèi)外學(xué)者提出了“剛性塊體擠出”、“下地殼管道流”、“多單元組合”等多種模式解釋汶川地震的力學(xué)成因。在構(gòu)造應(yīng)力場方面，許多學(xué)者從構(gòu)造地質(zhì)、地震活動、地應(yīng)力測量等方面對龍門山斷裂帶的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場進行了研究，獲得了許多新的認識和資料，并大體上確立了人們對龍門山區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場的初步認識：區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場以近EW向擠壓為主要特征，區(qū)域內(nèi)應(yīng)力環(huán)境較為復(fù)雜。但已有的研究成果都是利用單一類的應(yīng)力數(shù)據(jù)從某個單一的側(cè)面或者只是對龍門山斷裂帶的局部段落和某一特定深度的構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)進行了研究，而對龍門山區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場從南到北、從東到西、從淺到深的空間分布具有怎樣的非均勻分布特征尚未做過系統(tǒng)、詳細地研究；龍門山斷裂帶沿線的斷層強度與應(yīng)力量值具有怎樣的變化規(guī)律？龍門山斷裂帶不同段落目前的地震危險性如何？汶川地震的力學(xué)成因從區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的角度去研究，有何新的

觀點？這些問題都是前人缺乏研究的。因此，研究龍門山斷裂帶區(qū)域現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場的非均勻特征及其與汶川地震力學(xué)成因之間的關(guān)系，有助于認識青藏高原東緣的構(gòu)造變形特征與動力作用過程；龍門山斷裂帶斷層強度的研究，對該區(qū)地震危險性的判定具有重要的參考意義和實用價值。

本文綜合利用原地應(yīng)力測量、石油勘探、地表破裂同震位移、斷層滑動和震源機制解等多種應(yīng)力資料，研究龍門山斷裂帶及其區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力變化特征、斷裂帶的斷層強度及其地震危險性分析。在此基礎(chǔ)上，探討龍門山斷裂帶的構(gòu)造應(yīng)力變化特征與汶川8.0級地震力學(xué)成因之間的關(guān)系，提出汶川地震的構(gòu)造模式和可能的力學(xué)成因模式。通過上述研究，論文獲得了如下主要認識：

（1）利用青藏高原東緣的中強震震源機制解，通過反演計算獲得了龍門山應(yīng)力區(qū)及其周圍應(yīng)力區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力變化特征。反演計算結(jié)果表明：龍門山應(yīng)力區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力特征表現(xiàn)為近EW向擠壓、近NS向拉張的走滑型應(yīng)力結(jié)構(gòu)；其西側(cè)巴顏喀拉應(yīng)力區(qū)表現(xiàn)為NEE－SWW擠壓、NNW－SSE向拉張的走滑型應(yīng)力結(jié)構(gòu)；其東側(cè)的華南應(yīng)力區(qū)表現(xiàn)為NWW－SEE向擠壓的逆斷型應(yīng)力結(jié)構(gòu)；其北側(cè)的柴達木—西秦嶺應(yīng)力區(qū)為NEE－SWW向擠壓的逆斷型應(yīng)力結(jié)構(gòu)；其南側(cè)的川滇應(yīng)力區(qū)為NW－SE向擠壓、NE－SW向拉張的走滑型應(yīng)力結(jié)構(gòu)。區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場方向，在橫向上，是從巴顏喀拉塊體到龍門山塊體再到華南塊體，最大主壓應(yīng)力方向呈順時針方向旋轉(zhuǎn)；在縱向上，從柴達木—秦嶺塊體到龍門山塊體再到川滇塊體，亦表現(xiàn)為順時針方向旋轉(zhuǎn)。龍門山及其周圍區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力方向在不同塊體之間發(fā)生轉(zhuǎn)向，與汶川MS8.0地震地表破裂帶在龍門山推覆構(gòu)造帶上引起11m地殼縮短量和9～10m龍門山區(qū)隆升的現(xiàn)象均表明，位于青藏高原東緣巴顏喀拉塊體和四川盆地之間的龍門山斷裂均受到了強烈的擠壓。

（2）利用多種應(yīng)力資料，通過反演計算獲得了龍門山斷裂帶的斷層強度及其構(gòu)造應(yīng)力變化特征。

①論文利用汶川地震震后位于龍門山斷裂帶上及其兩側(cè)的17個水壓致裂鉆孔數(shù)據(jù)以及12個油井資料的應(yīng)力數(shù)據(jù)，通過計算獲得了龍門山斷裂帶和四川盆地的斷層強度。其中，斷裂帶中段的摩擦系數(shù)為0.13～0.47，斷層強度最弱，汶川地震后釋放了較多的應(yīng)力積累，地震危險性水平較低；但映秀測點的摩擦系數(shù)為0.40，斷層強度仍處于較強水平，地震危險性較高，2013年4月20日蘆山7.0地震的發(fā)生，是汶川地震應(yīng)力積累再次釋放的可能原因；斷裂帶北段的摩擦系數(shù)為0.31～0.50，斷層強度略高于中段，地震危險性水平稍高于中段；斷裂帶南段的摩擦系數(shù)為0.33～0.68，表現(xiàn)為持續(xù)升高的趨勢，斷層強度較中段和北段最強，地震危險性系數(shù)最高。另外，與龍門山斷裂帶近乎垂直的3條橫剖面的斷層強度計算結(jié)果顯示：近斷層或斷層上的摩擦系數(shù)較低，遠離斷層處的摩擦系數(shù)較高，表明活動斷裂帶上儲存應(yīng)變能的能力較弱，斷裂帶的活動使得構(gòu)造應(yīng)力得以釋放而不能積蓄，從而導(dǎo)致斷裂帶上的斷層強度要低于斷裂帶遠場的區(qū)域正常構(gòu)造應(yīng)力作用水平。

②論文通過兩次野外調(diào)查，對龍門山斷裂帶上的17個斷層滑動觀測點位的斷層擦痕數(shù)據(jù)進行了反演計算，與汶川地震震后科考獲得的構(gòu)造應(yīng)力張量結(jié)果共同顯示：前山斷裂上的8個測點（C、G、H、16、18、25、31、33）斷層滑動數(shù)據(jù)反演的構(gòu)造應(yīng)力張量結(jié)果在應(yīng)力結(jié)構(gòu)上3個是走滑型，其余5個為逆斷型，應(yīng)力方向除16號測點最大主壓應(yīng)力方向為NW－SE向（139°）外，其余測點均顯示出較好的一致性，為NWW－SEE向或近EW向的擠壓，表明前山斷裂的運動性質(zhì)以逆沖運動為主，構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)為近EW向的擠壓。后山斷裂的汶川—茂縣

段，兩個斷層滑動觀測點位反演的構(gòu)造應(yīng)力張量結(jié)果具有較好的一致性，最大主壓應(yīng)力方向均為NW－SE向的擠壓，應(yīng)力結(jié)構(gòu)均為逆斷型，表明后山斷裂汶川—茂縣段處于NW－SE向的擠壓構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境中。中央斷裂的映秀—北川段，11個觀測點位（1、2、3、6、7、8、9、10、12、E、F）的斷層滑動數(shù)據(jù)反演的構(gòu)造應(yīng)力張量結(jié)果顯示，具有3類不同的應(yīng)力結(jié)構(gòu)，其中逆斷型有7個，走滑型有1個，其余3個為正斷型；盡管應(yīng)力結(jié)構(gòu)有所不同，但這11個構(gòu)造應(yīng)力張量結(jié)果反映的最大主壓應(yīng)力方向表現(xiàn)為較好的一致性，均為近EW向的擠壓，表明中央斷裂帶的映秀—北川段以逆沖運動為主兼有一定的走滑分量。北川—青川段，構(gòu)造應(yīng)力張量結(jié)果顯示，該段為近EW向擠壓和近NS向拉張的走滑型應(yīng)力結(jié)構(gòu)，表明映秀—北川斷裂大致從北川往北，構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)表現(xiàn)為以右旋走滑運動為主兼有一定的逆沖分量。

③利用汶川地震在映秀—北川斷裂、灌縣—江油斷裂上產(chǎn)生的大量地表破裂同震位移資料，結(jié)合地表破裂帶不同構(gòu)造段斷層的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用改進后的滑動擬合法對映秀—北川、漢旺—白鹿、小魚洞3條地表破裂帶上的同震位移數(shù)據(jù)進行了反演計算，計算結(jié)果顯示：北川—映秀地表破裂帶南段，映秀、虹口、龍門山鎮(zhèn)、清平4個次級地表破裂帶反演的構(gòu)造應(yīng)力張量結(jié)果在應(yīng)力方向上均表現(xiàn)為近EW向的擠壓，應(yīng)力結(jié)構(gòu)為逆斷型；中間過渡段的高川—茶坪階區(qū)，高川、茶坪2個次級地表破裂帶的反演結(jié)果延續(xù)了南段的特征，在應(yīng)力方向上也呈現(xiàn)近EW向擠壓，應(yīng)力結(jié)構(gòu)仍表現(xiàn)為逆斷型；北段的北川、平通、南壩、水觀4個次級地表破裂帶反演的構(gòu)造應(yīng)力張量結(jié)果較南段與過渡段均有變化且略顯復(fù)雜。北川次級地表破裂帶又分為擂鼓和北川北。北川北次級地表破裂帶的斷層傾向與其以南的段落不同，出現(xiàn)了朝SE向的反傾，斷層性質(zhì)也由之前的逆沖變?yōu)檎遥淮怪蔽灰婆c走滑位移均很大，一半以上測點的走滑位移超過了垂直位移，這是北川—映秀地表破裂帶上構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)由逆斷轉(zhuǎn)變?yōu)樽呋钠瘘c。擂鼓與平通次級地表破裂帶，斷層走向變化復(fù)雜，最大主壓應(yīng)力發(fā)生了一定的偏轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為NNE－SSW向的擠壓；垂直位移大于水平位移，是產(chǎn)生逆沖運動的主要原因，應(yīng)力結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為以逆斷為主兼有一定的走滑分量。南壩、水觀2個次級地表破裂帶的反演結(jié)果延續(xù)了北川北的基本特征，在應(yīng)力方向上表現(xiàn)為近EW向的擠壓和近NS向的拉張，應(yīng)力結(jié)構(gòu)為走滑型。漢旺—白鹿地表破裂帶，通濟、白鹿、八角、沙壩、漢旺5個次級地表破裂帶反演的構(gòu)造應(yīng)力張量結(jié)果，除沙壩段的最大主壓應(yīng)力方向為NNW－SSE（152°）外，其余4個次級地表破裂帶的最大主壓應(yīng)力方向均表現(xiàn)為近EW向的擠壓；5個次級地表破裂帶的應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有較好的一致性，均為逆斷型應(yīng)力結(jié)構(gòu)，無明顯的右旋走滑分量，表明該地表破裂帶表現(xiàn)為由NW向SE的純逆沖作用。小魚洞地表破裂帶，其南段與北段反演的構(gòu)造應(yīng)力張量結(jié)果在應(yīng)力方向上均為近EW向的擠壓，在應(yīng)力結(jié)構(gòu)上前者表現(xiàn)為帶有微量左旋位移的走滑型，后者為純逆沖型；中段的應(yīng)力結(jié)構(gòu)也為純逆沖型，但最大主壓應(yīng)力方向為NNW－SSE向（146°），與南、北兩段的近EW向擠壓存在50°左右的偏轉(zhuǎn)。因小魚洞地表破裂帶整體呈S型展布，其中段斷層的走向多為近NS向，不同于南、北兩段的NE或NW向。因此，推測斷層的不同展布、產(chǎn)狀的變化及運動方式的改變是構(gòu)造應(yīng)力發(fā)生轉(zhuǎn)向的可能原因。同震位移資料反演的構(gòu)造應(yīng)力張量結(jié)果較好地揭示了汶川地震經(jīng)歷的兩次破裂過程。第一次破裂過程以逆沖運動為特征，從震源處沿著中央斷裂帶往北傳播，經(jīng)小魚洞NW向斷裂的阻擋，往北分映秀—北川、漢旺—白鹿兩支地表破裂帶分別進行，往北傳遞過程中因不斷產(chǎn)生地表破裂地震波能量不斷衰減，使得中央斷裂上北川以北段逆沖分量不斷減弱；第二次破裂過程以右旋走滑運動為特征，地震波在第一次破裂的基礎(chǔ)上經(jīng)映秀—北川地表破裂帶的南段快速傳遞至北

川，此次并沒有分出另外一支傳遞至漢旺—白鹿地表破裂帶，而是沿著中央斷裂帶從北川往北進行第二次右旋走滑運動為特征的破裂過程，且此次地震波的大部分能量在映秀—北川南段因先存有第一次破裂而快速傳播，故損耗不大，至北川往北進行再次右旋走滑破裂過程能量不斷衰減，直至接近青川處終止破裂。

④對汶川地震序列經(jīng)過重新定位后的2 020個余震震源機制解數(shù)據(jù)，利用格點嘗試法進行計算，獲得了龍門山斷裂帶上同震時期的構(gòu)造應(yīng)力變化特征：在0＜D≤5km深度，從映秀南端至高川—茶坪—北川的整個南段，除了映秀—虹口段的最大主應(yīng)力方向為NEE－SWW外，其余各段的最大主應(yīng)力方向均位于84°～97°，構(gòu)造應(yīng)力方向總體表現(xiàn)為近EW向的擠壓；從平通至南壩北端的整個北段，構(gòu)造應(yīng)力方向總體表現(xiàn)為NE－SW向的擠壓；擠壓應(yīng)力方向從南段到北段呈現(xiàn)約40°的逆時針旋轉(zhuǎn)。在5＜D＜15km深度，整個南段的構(gòu)造應(yīng)力方向表現(xiàn)為NWW－SEE向或近EW向的擠壓，映秀—虹口段的最大主壓應(yīng)力方向仍為NEE－SWW向；整個北段的構(gòu)造應(yīng)力方向表現(xiàn)為近EW至NEE－SWW向的擠壓；擠壓應(yīng)力方向從南段到北段呈現(xiàn)約35°的逆時針旋轉(zhuǎn)。在D≥15km深度，南段總體的構(gòu)造應(yīng)力方向表現(xiàn)為NWWSEE向至近EW向的擠壓；北段的構(gòu)造應(yīng)力方向總體表現(xiàn)為近EW至NEE－SWW向的擠壓；最大主壓應(yīng)力方向從南段到北段亦呈現(xiàn)約40°的逆時針旋轉(zhuǎn)；但在這一深度內(nèi)，在龍門山鎮(zhèn)段和高川—茶坪—北川段，其最大主壓應(yīng)力呈現(xiàn)NNW－SSE向的擠壓，與0＜D≤5km和5＜D＜15km所呈現(xiàn)的近EW向的擠壓方向存在較大偏差，這可能與龍門山鎮(zhèn)段剛好包括了小魚洞這一NW向斷層以及高川—茶坪—北川段剛好包括了斷層產(chǎn)狀復(fù)雜多變的擂鼓段有關(guān)。

（3）龍門山斷裂帶構(gòu)造應(yīng)力的非均勻特征顯示：龍門山斷裂帶的中段，最大主壓應(yīng)力方向總體表現(xiàn)為NWW－SEE向至近EW向的擠壓；龍門山斷裂帶的北段，最大主壓應(yīng)力方向總體表現(xiàn)為近EW向至NEE－SWW向的擠壓；構(gòu)造應(yīng)力方向沿斷裂帶走向從南至北呈現(xiàn)約35°～40°的逆時針旋轉(zhuǎn)。由龍門山區(qū)域活動斷裂展布、組合、運動方式與構(gòu)造應(yīng)力作用的關(guān)系，該區(qū)符合剪切斷裂帶上反“S”型左旋擠壓構(gòu)造模式，其西北側(cè)的鮮水河斷裂與東南側(cè)的則木河斷裂貫通組成左旋走滑斷裂帶上的反“S”結(jié)構(gòu)，形成一個構(gòu)造擠壓區(qū)，發(fā)育一系列與擠壓、剪切作用相關(guān)的斷裂構(gòu)造組合，在區(qū)域總體近EW向的擠壓構(gòu)造環(huán)境下，擠壓區(qū)內(nèi)北東向的龍門山斷裂與龍日壩斷裂呈現(xiàn)逆沖兼右旋走滑性質(zhì)，北北西向的岷江斷裂與虎牙斷裂呈現(xiàn)逆沖兼左旋走滑性質(zhì)；擠壓區(qū)內(nèi)的構(gòu)造應(yīng)力場受斷裂結(jié)構(gòu)的影響及其東側(cè)堅硬塊體——四川盆地的阻擋，其主壓應(yīng)力方向相對其外圍區(qū)域發(fā)生了一定角度的偏轉(zhuǎn)。

從構(gòu)造應(yīng)力特征與地殼耦合性來看，龍門山斷裂帶上、下地殼構(gòu)造應(yīng)力方向變化特征的總體一致性表明，上、下地殼耦合較好，龍門山斷裂帶似乎以整個“剛性塊體”的模式逆沖到四川盆地之上，但擂鼓、平通、沙壩等局部段落最大主壓應(yīng)力方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，表明上、下地殼并不是完全一致的耦合。至于這種局部段落發(fā)生的應(yīng)力轉(zhuǎn)向現(xiàn)象，是與區(qū)域活動斷裂的展布、組合及運動方式有關(guān)，還是由于下地殼管道流的存在而成為上、下地殼解耦的原因，單一的力學(xué)成因模式難以全面解釋汶川地震所有的地學(xué)現(xiàn)象。

中圖分類號：P315.1；

文獻標識碼：A；

doi：10.3969/j.issn.0235－4975.2015.08.009

（作者電子信箱，張紅艷：zhy0720@126.com）