小江断裂带地壳运动特征及地震危险性研究

刘耀辉，李金平，王刘伟

（1．云南师范大学 旅游与地理科学学院，云南 昆明650500；2．西部资源环境地理信息技术教育部工程研究中心，云南 昆明650500）

青藏高原东缘是现今大陆构造运动和地震活动最为强烈的地区。川滇块体位于青藏高原的东南边，新生代以来物质东流及阿萨姆（Assam）顶点楔入作用，使该地区构造活动复杂，活动强烈。小江断裂作为区域内的一条大型活动断裂和强震发生带，1500年以来小江断裂带上发生10多次大于6级的地震。活动断层分段及其长期滑动速率是进行中长期强震危险性研究的重要依据［1］，许多学者采用传统地质方法和数学方法研究小江断裂带的走滑速率和地震危险性。闻学泽等［2－3］利用历史地震资料和数学方法研究小江断裂带地震危险性，认为东川以南至嵩明段、澄江至华宁段未来复发强震或大震的可能性较大。

近年来，GPS技术越来越广泛地应用于大地地壳运动和形变研究，以GPS观测速度场为约束条件，结合地质学成果，可以更精确地得到断裂带的三维地壳形变特征，从而判断断裂带中长期的地震危险性。许多学者基于GPS数据和不同的位错模型对小江断裂带的运动特征进行深入研究［4－7］，程佳等［8］以GPS速度场为约束，利用弹性位错模型反演滑动速率，根据错动距离及复发周期分析临震危险程度，认为小江断裂带蒙姑－东川段、东川－寻甸段和宜良－澄江段危险程度较高。李煜航等［9］基于线性球面块体模型理论 利用GPS数据反演得到青藏高原东缘主要活动断裂滑动速率和地震矩积累，认为小江断裂南段地震矩亏损明显。

本文根据1999～2013年间的川滇地区的GPS速度场数据，使用弹性块体模型反演计算小江断裂带的断层闭锁程度、滑动亏损分布和滑动速率，分析断层深浅部三维地壳特征，同时结合小江断裂带历史地震资料，估算小江断裂带未来地震最大震级，为断裂带强震中长期预测提供参考。

1 小江断裂带运动特征反演研究

1．1 块体模型

弹性块体模型可以表征复杂区域内断层形变活动和运动学特征。在块体内部不存在整体均匀应变的 前 提 下，Mc Caffrey［10－11］提 出 了 一 个 三 维 弹性块体位错模型，其原理如下：

式中各参数的定义见文献［10］，相应反演程序为DEFNODE［12］。

闭锁程度用闭锁系数来描述：

式中：v和V0分别代表断层的实际滑动速率和根据地块相对运动计算的理论速率；φ的取值范围为0～1，φ＝1表示断层完全闭锁，φ＝0表示断层蠕滑。

1．2 GPS数据和节点设置

GPS数据主要来自于“中国地壳运动监测网络”1999～2013年间川滇地区GPS水平速度场。采用美国JPL的GIPSY软件进行严密的数据处理，获得各站点坐标的单日松弛约束解，再应用QOCA软件进行所有单日松弛约束解的联合平差，获得各站点在ITRF2008下的站点坐标及速度矢量，最后考虑断裂分布以及测站的位置，剔除误差较大的站点数据。GPS测站速度场如图1所示。

反演将初始断层闭锁深度设置为20 k m，节点深度方向从地表起依次为0．1 k m，6 k m，12 k m，16 k m，20 k m。每条等深线上有8个节点，垂直等深线方向有5排节点。

1．3 断层闭锁程度

图1 研究区GPS速度场（相对于欧亚板块）

图2 闭锁程度

1．4 滑动亏损速率

小江断裂带在地表以下6 k m的滑动亏损速率约为（9．2±0．4）mm／a，在6～12 k m处滑动亏损速率约为（7．7±0．5）mm／a，12～16 k m处的滑动亏损速率约为（5．3±0．5）mm／a，16～20 k m处整条断裂带逐步转变为蠕滑。小江断裂带在地表以下0～12 k m滑动亏损速率较高，滑动亏损积累较高，与断层闭锁程度对应，表明断裂带积累了相当的能量。

1．5 走滑速率

小江断裂带依然作左旋走滑活动，其北段走滑速率约为（12．1±0．4）mm／a，拉张速率为（2．1±0．6）mm／a；中段走滑速率约为（10．8±0．5）mm／a，拉张速率为（1．2±0．4）mm／a；南段走滑速率约为（10．2±0．2）mm／a，拉张速率为（1．8±1．1）mm／a，如图3所示。与其他学者反演结果具有较好的一致性［4－9］。

图3 走滑速率

2 地震危险性分析

地震危险性分析根本在于估算断裂带断层上未来发生地震的最大等级。长期以来国内外很多学者用历史地震数据和仪器数据研究分析地震震级与地表破裂长度、面积、频度、断层分布和走滑速率的回归关系［13－14］。一些学者研究发现地震回归时期的地震等级与地震发生时的构造环境存在依赖关系。Wes mpisky等［15］把断裂带分成高走滑速率和低走滑速率，分析认为地震发生时断层的走滑速率有助于地震危险性研究分析。Anderson等［16］使用全球43个历史地震数据，得出矩震级、破裂长度和断层走滑速率的关系方程：

式中：L为地表破裂长度，k m；S为断层走滑速率，mm／a。

文献［2，17］研究得到小江断裂带不同分段区间历史上发生的最大地震如图4所示。如果这些区域再次复发地震，利用式（3）得到未来发生地震的最大震级：小江断裂带北段（巧家－东川）的震级约为7．2级，中段的震级约为7．3级，南段（宜良－华宁）的震级约为6．9级，如表1所示。结果与小江断裂带较强的闭锁程度和滑动亏损速率相吻合。事实上，近年来小江断裂带及附近区域活动频繁，未来还会有较强的地震活动，应当引起注意。

表1 震级预测

图4 历史地震数据

3 结 论

采用1999～2013年间的川滇地区GPS速度场为约束，基于线性弹性块体模型研究小江断裂带地壳运动特征，同时结合小江断裂带历史地震资料分析未来地震危险性。结果表明，小江断裂带现阶段处于应变积累时期，已积累了相当的能量。小江断裂带左旋走滑速率约为（10．2～12．1）mm／a，在地表以下6 k m小江断裂带闭锁程度很高，闭锁比例达到0．94，滑动亏损积累较大，滑动亏损速率约为（9．2±0．4）mm／a，未来小江断裂带可能发生地震最大震级为7．3级。到目前为止，小江断裂带已经181年未发生7级以上的大地震，未来发生大地震及特大地震的危险性较大，应引起足够的重视和注意，加强断裂带活动性的监测和研究。

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