姚曉偉，胡永杰，彭 勇

（1.新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

鮮水河斷裂運動的位錯模型研究

姚曉偉1，胡永杰1，彭 勇1

（1.新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

首先基于位錯理論模型模擬了單一斷層以3種不同方式及同種方式不同傾角滑動引起的地表形變，然后利用位錯模型模擬了鮮水河斷裂帶的斷層運動及其引起的地表水平形變，并與該區(qū)域2001～2004年實測的GPS觀測數(shù)據(jù)進行比較，得出如下結論：①單斷層位錯模擬結果表明，矩形斷層滑動方式對形變的大小和方向有影響，對地表形變場的分布特征幾乎沒有影響，且斷層傾角大小影響地表形變的變形機制（水平和垂直形變的方向）。②鮮水河斷裂帶區(qū)域地殼運動的位錯模擬結果與GPS數(shù)據(jù)具有較好的一致性。

鮮水河斷裂帶；斷層滑動；位錯理論

自1958年STEKETEE[1]將位錯理論引入地學研究以來，描述斷層運動和地表位場關系的位錯理論得到了長足的發(fā)展。鮮水河斷裂帶是川滇地區(qū)巴顏喀拉塊體和羌塘塊體的分界線，晚第四紀剪切變形顯著，歷史上多有強震發(fā)生，且每次強震都給人們造成巨大的損失[2]。正是由于地震的危害性以及鮮水河斷裂帶地震活動特征，所以我們有必要對鮮水河斷裂帶進行更全面、更深入的研究，本文將基于位錯模型對鮮水河斷裂帶斷層全段的內(nèi)部滑動引起的內(nèi)部形變進行正演模擬研究，以期對其構造活動進行更好的解釋。

1 斷層滑動與地表形變關系

地質(zhì)構造運動是一種長期的變形及運動，在很長的時間尺度上主要表現(xiàn)為粘性、塑性。但在較短時間尺度的荷載作用下，如同震破裂等，可將地殼近似看成彈性體。

1958年STEKETEE首次將位錯理論用來描述斷層運動，導出了泊松體內(nèi)點源位錯產(chǎn)生的地表位移場。在各向同性介質(zhì)中，穿過斷層面dΣ的位錯Δuj(ξ1,ξ2,ξ3)產(chǎn)生的地表點（x1，x2，x3）的位移場ui可表示為[1]：

2 基于位錯理論模型的單一斷層模擬

本節(jié)對斷層滑動引起的地表形變空間分布特征進行了模擬，為不失一般性，本文僅對單一斷層進行模擬。斷層面長度為100 km，寬50 km，埋深50 km，斷層走向90°；彈性介質(zhì)拉梅常數(shù)λ=0.24，μ=0.25。對斷層走滑U1=0．1 m，傾滑U2=0．1 m，張開U3=0．1 m的滑動方式以及傾角不同模擬結果的影響分別進行討論，以深入的理解和認識不同滑動方式對地表形變結果的差異。見圖1～3。

由圖1～3可知，斷層走滑時，近場的形變要大于遠場的形變，地表水平形變隨著地面點距斷層面距離的增大，形變的方向與走滑方向的夾角越大，圖的上半部分水平形變呈順時針方向趨勢，下半部分呈逆時針方向趨勢；地表的垂直形變則呈左右趨勢對稱且集中在斷層的兩端，隨傾角變大，垂直形變的區(qū)域變小。斷層傾滑時，近場的形變要大于遠場的形變，地表水平形變隨著地面點距斷層面的距離的增大，形變的方向與傾滑方向的夾角越大，圖的右半部分水平形變呈順時針方向趨勢，左半部分呈逆時針方向趨勢；地表的垂直形變則呈上下對稱的趨勢且集中在斷層的兩端，隨傾角變大，垂直形變的區(qū)域稍微變小，除了斷層面及其左右附近，垂直形變方向則關于傾滑的垂直方向有對稱相反的趨勢。斷層張開時，近場的形變要大于遠場的形變，地表水平形變隨著地面點距斷層面的距離增大，形變方向與張開方向的夾角越大，圖的左半部分水平形變呈順時針方向趨勢，右半部分呈逆時針方向趨勢；傾角為30°時地表的垂直形變據(jù)斷層面越遠就越小，隨傾角變大，斷層面及圖的下半部分垂直形變?yōu)檎担瑘D的上半部分斷層面附近則會出現(xiàn)少量的負值，垂直形變方向則關于張開的方向有左右對稱的趨勢。

圖1 走滑U1=0.1 m位移結果

圖2 位移U2=0.1 m位移結果

圖3 張開U3=0.1 m位移結果

綜上所述，地表形變的量值或幅度與斷層位錯方式以及傾角緊密相關，相同的位錯量，位錯方式不同形變量的大小和方向不同；相同的形變量和形變方式，傾角的不同，則形變量的大小與方向也不相同，且傾角的變化對形變的大小以及方向有較大的影響；但是無論以何種方式滑動以及傾角的變化，斷層近場區(qū)域的水平形變和垂直形變要大于遠場的水平形變值，這與同震過程中斷層破裂的近場劇烈性有關。

3 基于位錯模型的鮮水河斷裂帶水平形變正演模擬

鮮水河斷裂帶屬于鮮水河-小江斷裂帶的北段，南與安寧河斷裂帶在康定一帶相接，北與甘孜-玉樹斷裂斜列，終止于東谷、甘孜一帶。在本斷裂帶上特定的地段有爐霍段、道孚段和乾寧段[5]。在旦都附近，斷裂東北側發(fā)育一組北北西向的分支斷裂，與主干斷裂成銳角相交，為擠壓剪切性質(zhì)。另外，據(jù)區(qū)域觀測資料，在斷裂南段折多山，印支-燕山期花崗巖被左旋錯開15 km，可見斷裂在中生代以后的活動性質(zhì)已是左旋為主。

由于GPS獲取的垂直速度場誤差較大, 模擬中僅使用 GPS 水平速度場（中國地殼運動觀測網(wǎng)絡2001～2004年GPS數(shù)據(jù)）。由于鮮水河斷裂帶斷層傾角資料相對較少, 可靠性不高，且斷層形態(tài)復雜，僅由斷層傾角變化不能準確的描述；在模型中考慮斷層傾角的影響可能對模型本身的改善并不明顯，反而會帶來更多不確定性[6]， 因此，本文參考文獻[6]的研究成果，斷層寬度、深度和傾角都取了近似且相同的值，模型中約定所有斷層的傾角都是90°。聞學澤等[7-9]已做了鮮水河的斷層分段研究，斷層分段依據(jù)參考文獻[9]的結果。

本文基于位錯理論模型，根據(jù)本地區(qū)的斷層數(shù)據(jù)對鮮水河斷裂帶2001～2004年間主要斷層滑動引起的地表水平形變進行了正演模擬，并與鮮水河斷裂帶區(qū)域經(jīng)過處理的2001～2004年的GPS數(shù)據(jù)進行了對比，對比結果如圖4所示，滑動參數(shù)如表1所示。

圖4 鮮水河斷裂帶及其附近區(qū)域的模擬形變與內(nèi)部形變

由表1及圖4可知，在印度板塊與歐亞板塊持續(xù)的碰撞擠壓以及青藏高原物質(zhì)重力滑塌的作用下，川滇菱形塊體的東向運動受到了東北邊界鮮水河斷裂帶的阻擋，在構造應力的作用下，鮮水河斷裂帶表現(xiàn)出一定的滑動性質(zhì)。整體上講，鮮水河斷裂帶以左旋的走滑運動為主，這與許多學者的結論一致。其最大滑動量可達1．80 cm/a，鮮水河斷裂帶中段呈現(xiàn)出一定的擠壓特征，最大滑動量可達0．6 cm/a，而其東段和西段具有一定的轉換構造樣式，與文獻[6]研究結果基本一致。這可能與鮮水河斷裂帶東西兩段復雜的構造樣式以及該區(qū)域廣為分布的深大活動斷裂帶密切相關，且西甘孜-玉樹斷裂東段與其西段交匯，安寧河斷裂、龍門山斷裂和鮮水河斷裂在其東段斜交。

表1 鮮水河斷裂帶各子斷層滑動參數(shù)

4 結 語

本文首先基于位錯理論模型模擬了單一斷層滑動引起的地表形變，然后基于位錯模型模擬了鮮水河斷裂帶斷層運動所引起的地表水平形變，并與GPS資料進行比較，得出如下結論：①單斷層位錯模擬結果表明，矩形斷層滑動方式對形變的大小和方向有影響，對地表形變場的分布特征幾乎沒有影響，且斷層傾角大小影響地表形變的變形機制（水平和垂直形變的方向）；②鮮水河斷裂帶區(qū)域地殼運動的位錯模擬結果與GPS數(shù)據(jù)具有較好的一致性。

[1] STEKETEE J A． On Volterra's Dislocations in a Semi-Infinite Elastic Medium[J]．Canadian Journal of Physics,2011,36(2)：192-205

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[5] 李玶．鮮水河-小江斷裂帶[M]．北京：地震出版社,1993

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[9] 姚曉偉．鮮水河斷裂運動引起地表形變的向：位錯組合模型研究[D]．西安：長安大學,2015

P227

B文章編號：1672-4623（2017）06-0061-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.06.018

姚曉偉，碩士，研究方向為地殼形變與地球動力學、測量數(shù)據(jù)處理。

2016-01-19。

項目來源：國家自然科學基金資助項目（41374028）。