基于GPS资料研究云南地区地壳形变动态特征

基于1999—2007年和2011—2013年2期云南地区的GPS速度场资料,结合最小二乘配置方法给出了2个时段应变参数和GPS速度剖面结果,综合分析了汶川8.0级地震前后云南地区地壳变形动态演化特征。GPS速度场动态演化结果表明:整体上GPS速度场方向从川滇块体南部的南向逐渐转为滇南块体的南东向,块体边界断裂带附近存在明显的相对运动特征。相比于1999—2007年,点位更加密集的2011—2013年GPS速度场结果还反映了断裂带分段变形特征;在滇南块体及周边地区,南东向的运动有显著的增加。应变参数动态演化结果表明:整体上呈现"中部拉张、两端挤压"的特点;区域变形(剪切、拉张或挤压)的分布特征与区域主要断裂带的背景运动及变形特征密切相关;相比于1999—2007年,2011—2013年的拉张变形区有所扩大,并且有向东和向南扩展的趋势;川滇块体东边界(小江断裂带)整体的挤压变形已经不再显著,主要集中在小江断裂带北段靠北的区域。跨断裂带GPS速度剖面结果显示:小江断裂带左旋滑动速率从北向南逐渐减小(由10 mm/a减至5mm/a),北段变形宽度较宽;红河断裂带右旋滑动速率约为4 mm/a,变形宽度较宽;动态结果表明,汶川地震对2条断裂带变形模式影响较小。     

震源机制解分类与川滇及邻近地区最新变形特征

以位错理论为依据探讨了地震分类的理论基础,利用美国哈佛大学1977—2008年的震源机制解资料,采用地震三角形分类法,研究了中国川滇及邻近地区震源机制解124例,从地壳脆性变形的角度分析了川滇次级块体的变形形式。结果表明:整体上川滇及邻区的走滑断层、逆冲断层和正断层具有明显的分区性特征,受青藏高原SE方向的挤压,沿着鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带和小江断裂带产生了大的剪切位移和变形带;同时,受缅甸弧挤压和四川盆地的阻挡,在缅甸弧前端和龙门山断裂带等地形成了强烈的挤压区,在云南大部分区域形成了扇形剪切应力变形区;而沿鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带和小江断裂带所产生的大的剪切位移和变形直接作用在红河断裂带上,造成红河断裂带呈右旋向SE方向错动,引起其后延金沙江断裂至丽江-小金河断裂之间形成大的应力拉张区,构成了现今川滇及邻区地壳变形的最新格局     

2011年日本MW9.0地震对沂沭断裂带及其两侧地区地壳运动的同震影响研究

2011年日本M_W9.0地震（简称日本地震）后沂沭断裂带及其两侧地区地震活动显著增强,研究日本地震对该地区地壳运动及地震潜势的影响十分必要.为此,本文通过112个连续GPS观测站获取了研究区高空间分辨率的日本地震同震形变场并得到如下认识：（1）8个定点地球物理观测的同震响应验证了本文同震形变场的可靠性;日本地震的东向拉张使研究区整体上处于张性同震应变状态,但存在局部挤压区域,其中莱州湾至海州湾的挤压条带穿过沂沭断裂带并对断裂带南北两段产生了不同的同震作用,对南段具有拉张作用,对北段产生挤压作用;（2）同震形变场在鲁东隆起和鲁西断块产生了显著的剪应变,地震b值显示上述区域的构造应力在日本地震后增强,因此同震形变场可能改变了这些区域的应力特征;（3）地震矩张量叠加分析显示,同震形变场短期内对鲁西断块、鲁东隆起区和沂沭断裂带南段累积了地震矩,可能有助于上述区域在日本地震以后的地震活动增强;日本地震对沂沭断裂带北段的地震矩具有释放作用,或许是该区域地震活动减弱的原因.     

川滇地区活动块体边界断裂现今运动和应力分布

基于川滇地区活动块体划分及断裂构造现有认知,文中构建了包含块体主要边界断裂的二维有限元接触模型,利用1991—2015年长期GPS观测结果,采用"块体加载"方法模拟块体边界带现今的运动,得到了断裂滑动速率和应力分布.结合震源机制解、地震活动性等资料,对川滇地区大型左旋走滑断裂带滑动速率分配、传递与应力转换的关联,局部区域正断型震源机制解的构造机制以及红河断裂南、北段地震活动性差异的可能成因进行了初步探讨.主要结论包括:1)东昆仑断裂带和鲜水河-小江断裂带的左旋走滑由NW向转变为近SN向,断裂强烈转折区吸收了部分走滑分量并转化为应变积累,呈高应力分布特征.2)受小江断裂左旋剪切的影响,红河断裂中南段以右旋走滑兼微弱挤压运动为主,并牵引断裂北段右旋走滑,与金沙江和德钦-中甸断裂共同构成右阶斜列右旋剪切变形带,正断型震源机制解多分布于该变形带的构造拉分区内.3)红河断裂中南段为弱压性,北段呈弱张性,更易破裂,地震活动明显强于中南段.     

2014年鲁甸6.5级地震GPS同震位移及反演分析

本文综合GPS流动和连续观测结果,并利用最速下降法（SDM）反演方法,给出并分析了2014年鲁甸6.5级地震同震位移、断层面滑动位移分布特征.GPS同震位移结果表明：此次地震沿北西方向表现出左旋应变释放特征、沿北东向表现出拉张应变释放的同震特征,并且随着离开断裂带距离的增加,拉张变形衰减;受包谷垴—小河断裂控制的左旋剪切应变释放的位移在莲峰、昭通—鲁甸断裂附近较弱,说明该断裂可能没有完全切割昭通—鲁甸断裂,不属于该区域主干断裂;昭通—鲁甸断裂带有一定的右旋应变释放,而逆冲应变释放不明显,表明该断裂带处于受南东向挤压的强闭锁状态.SDM反演结果表明,鲁甸地震以左旋走滑为主并兼有拉张性质,地震矩震级为M_W6.3左右.综上所述,并结合其他研究成果,我们认为莲峰、昭通—鲁甸断裂带仍存在强震危险性.     

川滇菱形块体东边界断层闭锁程度与滑动亏损动态特征研究

利用1999—2007期和2009—2013期中国大陆GPS速度场数据,采用DEFNODE负位错反演程序估算了川滇菱形块体东边界——鲜水河—安宁河—则木河—小江断裂带在汶川地震前后的断层闭锁程度和滑动亏损空间分布动态变化特征,讨论了汶川地震对该断裂系统的影响范围和程度,并结合b值空间分布和地震破裂时-空结果分析了断裂系统的强震危险段.结果表明,汶川地震前鲜水河断裂最南端为完全闭锁(闭锁深度25km),中南段地表以下10~15km深度为强闭锁状态,中北段基本处于蠕滑状态;安宁河断裂最南端闭锁很弱,其余位置闭锁深度为10~15km;则木河断裂除最南端闭锁较弱以外,其余位置基本为完全闭锁;小江断裂在巧家以南、东川以南、宜良附近、华宁以北等四处位置闭锁较弱,其余位置为强闭锁.10年尺度的GPS速度场反演所得断层闭锁程度所指示的强震危险段,主要为鲜水河断裂道孚—八美段、安宁河断裂中段、则木河断裂中北段、小江断裂北段东川附近、小江断裂南段华宁—建水段,该结果与地质尺度的断层地震空区和30年尺度的b值空间分布所指示的危险段落具有一致性.汶川地震后断裂带远、近场速度分布和块体运动状态发生变化,这种区域地壳运动调整使得负位错模型反演得到的断裂带闭锁情况发生一定变化.汶川地震前后川滇菱形块体东边界平行断层滑动亏损速率均为左旋走滑亏损,且在安宁河断裂北端、则木河断裂中北段滑动亏损速率最大;除鲜水河断裂中南段与最南端和小江断裂东川附近以外,其余断裂震后滑动亏损速率均有所增加.垂直断层滑动亏损速率既有拉张亏损也有挤压亏损,且鲜水河断裂最南端由震前挤压转变为震后拉张,其余断裂除了安宁河断裂和小江断裂中段与最北端存在挤压滑动亏损速率外均为拉张速率.     

川西地区现今垂直地壳运动研究

地处川滇菱形活动地块中、北部的川西及邻区, 是青藏高原物质大规模东南方向运动的重要通道, 也是青藏高原上新世以来大幅隆起的重要延伸区和影响区. 利用川西及其邻区1970年至2006年的多期水准观测资料, 采用以相邻水准点间高差变化速率为观测值的垂直形变网平差方法, 获得了川西地区近30年来的长期地壳垂直运动速度场图像. 结果表明, 相对稳定的四川盆地, 川西地区现今仍处在差异性的快速隆升阶段, 其中: (1) 位于泸定、雅江之间的高尔寺山地区现今隆起速率为3.0~4.0 mm/a, 位于雅江、理塘之间的剪子弯山-卡子拉山地区的现今隆起速率为4.0~4.8 mm/a, 而位于理塘、中甸之间的沙鲁里山、大-小雪山地区, 其现今隆起速率为3.0~4.0 mm/a. (2) 位于鲜水河断裂带东南端的贡嘎山区, 其相对四川盆地的现今隆起速率至少为5.8 mm/a, 相对安宁河谷地的隆起速率也不小于3.0~4.0 mm/a, 贡嘎山隆升速率之大可与喜马拉雅山5~10 mm/a的隆起速率相媲美. (3) 大凉山地区的现今隆起变形主要集中在安宁河断裂带与大凉山断裂带之间的块体上, 相对四川盆地的隆起速率为2.5~3.0 mm/a. (4) 位于川滇菱形地块中部的丽江、永胜、攀枝花地区, 相对四川盆地表现为-2.0~-1.0 mm/a的下降运动, 其相对下降运动与GPS地壳水平运动所表现出的东西向拉张变形特征相一致. (5) 综合GPS、水准、大地电磁测深等观测资料分析认为, 川西地区尤其是贡嘎山脉的现今快速隆升运动, 可能与下地壳塑性流的受阻增厚密切相关, 而川滇菱形地块中南部的东西向拉张和下沉变形, 则可能与喜马拉雅东构造结地区下地壳塑性流的南东、南西向分叉运动有关.     

小江和曲江-石屏两断裂系统的构造动力学与强震序列的关联性

SN向小江断裂带与NW-NWW向曲江-石屏断裂带是云南地区两个相邻的活动断裂系统及强震发生带.为了了解它们的相互作用及其可能对地震发生的影响,基于活动构造、历史地震、重新定位的小震、GPS站速度与震源机制解等资料进行综合分析,结果表明：（1）小江断裂带西盘（川滇块体）的主动向南运动对曲江-石屏断裂带具有长期强烈的作用;后一断裂带以右旋走滑/剪切-横向缩短/逆冲变形的方式吸收与转换前一断裂带西盘的向南运动.（2）小江断裂带的现代左旋走滑/剪切变形速率由其北、中和中-南段的10～8mma-1减小到南段的4mma-1,速率减小的部分由曲江-石屏断裂带及其附近地区以逆-右旋走滑断层作用和分布式的右旋剪切与横向缩短变形进行调节.（3）小江与曲江-石屏断裂带的构造动力学关系还表现在它们地震活动的紧密关联上：1500～1850年期间小江断裂带及其以北的则木河断裂带完成了一个长达351a的强震、大地震发生序列,显示出应变逐渐加速释放、M≥7事件间隔逐渐缩短、大释放集中在序列中-后期等特征;作为对于这一序列的响应,曲江-石屏断裂带在滞后88a后,发生一个长达383a（1588～1970年）、具有相同加速释放与时间进程特征的强震与大地震序列.（4）至今,小江断裂带已有177a未发生M≥7地震,应注意并进一步研究该断裂带未来的强震与大地震危险性.     

小江断裂带及周边地区强震危险性分析

根据历史地震资料及现今区域台网中小地震观测资料,对小江断裂带及周边地区的历史地震活动特征,特别是小江断裂带不同段落的现今断层活动习性进行了研究,依据b值,结合其它地震活动性参数,勾画出了该区未来强震的潜在危险区:①石屏一建水断裂段6.8级地震重现期为88～193年,目前已平静121年;小江断裂带的宜良-嵩明段6.8级地震蕈现期是108～225年,目前已平静175年.②小江断裂东川段具有中等偏大应力水平,属于中小地震活动频繁的地段;小江断裂华宁段具有较低应力水平,属于以小震活动为主的地段;通海-峨山断裂具有中等应力水平,属于中小地震活动频繁地段.③石屏-建水断裂和小江断裂宜良-嵩明段存在较低的6值和较小强震复发周期,具有较高应力水平,属于潜在地震震级偏大的区域,是未来发生7级以上大震的潜在危险区.     

小江断裂带近场活动特征分析

采用2009—2018年小江断裂带跨断层近场形变观测资料,通过应变参数最小二乘法求解该时间段内小江断裂带上不同区段最大剪应变率和面应变率近场结果并进行对比分析。结果显示小江断裂带上的最大剪应变率和面应变率在各区段存在较大差异性,最大剪应变速率变化范围为(1.03～4.10)×10~(-6)/a,面应变率变化范围为(-1.18～0.33)×10~(-6)/a。该断裂呈现出北段强剪切张性、中段弱剪切强挤压、南段强剪切兼挤压活动的分段活动特征,进一步分析得到该断裂中南段为应变积累区段,地震危险性高于其他区段。     

丽江-清镇剖面上地壳速度结构及其与鲁甸MS6.5级地震孕震环境的关系

2014年8月3日,云南省昭通-鲁甸地区发生M_S6.5级地震,造成了重大的人员伤亡和财产损失.鲁甸震区位于扬子块体的西缘,小江断裂带的东侧北东向的昭通-莲峰断裂带内.由于至今没有穿越该断裂带的人工源深地震测深剖面,而丽江-攀枝花-清镇650 km长深地震测深剖面距离鲁甸主震区不超过50 km,利用宽角地震资料的初至波震相,通过有限差分反演揭示该地区上地壳速度结构,可以为鲁甸震区的地震定位、地震孕育机制等提供深部速度模型.速度剖面显示：剖面结晶基底厚度平均为2 km左右;小江断裂带速度较低,东西两侧的速度较高;因此小江断裂带区域地壳强度比较低,加上断裂两侧的应变速率很高,所以小江断裂带和旁边的鲁甸-昭通断裂带,未来具有发生较大地震的可能,值得关注.     

川滇菱形块体东边界库仑应力演化及强震发生概率估算

本研究基于分层黏弹介质模型,考虑强震或大地震同震位错、震后黏滞松弛及主断层段震间构造应力加载三方面效应,给出1480年以来,川滇菱形块体东边界鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带和小江断裂带共20个断层段由三方面效应引起的累积库仑应力变化随时间的演化,分析强震间相互作用和强震发生的应力累积背景,定性分析各断层段的地震危险性.同时,分别采用现今台网地震目录和川滇菱形块体东边界各断层段强震复发间隔两种资料,定量计算2030年各断层段的强震发生概率;并基于摩擦本构理论,将周边强震引起的库仑应力变化量作为应力扰动,修正强震发生概率的计算结果.各断层段累积库仑应力演化的结果表明,鲜水河断裂带中部八美段、色拉哈段及南部磨西段、安宁河断裂带冕宁-西昌段、小江断裂带北部巧家-东川段和南部建水段的累积库仑应力显著增加.修正的强震发生概率计算结果显示,鲜水河断裂带中部八美-色拉哈-康定一带、安宁河断裂带冕宁-西昌段、小江断裂带南部华宁-建水一带强震发生概率较高,地震危险性值得关注.本研究基于库仑应力演化计算定性分析强震危险性的同时,基于摩擦本构律理论,结合地震引起的应力扰动和强震发生背景,定量计算修正的强震发生概率,为川滇菱形块体东边界强震危险地点及中长期发震紧迫程度判定提供方法和依据.     

小江西支断裂的滑动速率与强震重复周期

本文通过对各种断错地质地貌现象及被错体年龄的分析,估算出小江西支断裂在第四纪、晚更新世及全新世以来的滑动速率分别为6.7毫米/年、7.0毫米/年及6.4毫水/年。在此基础上,结合历史地震及古地震活动讨论了强震的重复周期和断裂的活动特征,结果表明小江西支断裂的活动以重复错动发生强烈地震为主要特征,强震在断裂带上同一地段的平均重复周期为900年左右,沿整个断裂带的重复周期大于330年     

Study on Dynamic Characteristics of Crustal Deformation in the Yunnan Area Using GPS

Based on the GPS velocity field data of 1999-2007 and 2011-2013,we used the least squares configuration method and GPS velocity profile results to synthetically analyze the dynamic evolution characteristics of crustal deformation in the Yunnan area before and after the Wenchuan earthquake. The dynamic evolution of GPS velocity field shows that the direction is gradually changed from the south in the southern part of the Sichuan-Yunnan block to the south-west in the southern Yunnan block and there is a clear relative motion characteristic near the block boundary fault zone. Compared with the GPS velocity of 1999-2007, the results of 2011-2013 also reflect segmental deformation characteristics of the block boundary fault zone. Southeast movement shows a significant increase, which may be related to crustal deformation adjustment after the Wenchuan earthquake. The dynamic evolution of strain parameters shows a pattern of "extension in the middle and compression at both ends" in the whole area and the distribution of deformation (shear, extension or compression) is closely related to the background motion and deformation characteristics of the main fault zone. Compared with the results of the period of 1999-2007, the extensional deformation zone of 2011-2013 is expanded eastward and southward. The compressional deformation of the eastern boundary (the Xiaojiang fault zone) of the Sichuan-Yunnan block is no longer significant, which is mainly concentrated in the northern section of the Xiaojiang fault zone and may be related to the post-seismic deformation adjustment of the Wenchuan earthquake. The GPS velocity profile results show that the left-lateral slip velocity of the Xiaojiang fault zone reduced gradually from north to south (10mm/a-5mm/a), and the width of the northern section is wider. The right-lateral slip rate of the Honghe fault zone is about 4mm/a, and the deformation width is wider. The dynamic results show that the Wenchuan earthquake has little effect on the deformation modes of these two fault zones.     

Rupture segmentation and assessment of probabilities of seismic potential on the Xiaojiang fault zone

Spatial distribution of sources of strong and large earthquakes on the Xiaojiang fault zone in eastern Yunnan is studied according to historical earthquake data. 7 segments of relatively independent sources or basic units of rupture along the fault zone have been identified preliminarily. On every segment, time intervals between main historical earthquakes are generally characterized by “time-predictable” recurrence behavior with indetermination. A statistic model for the time intervals between earthquakes of the fault zone has been preliminarily established. And a mathematical method has been introduced into this paper to reckon average recurrence interval between earthquakes under the condition of having known the size of the last event at a specific segment. Based on these, ranges of the average recurrence intervals given confidence have been estimated for events of various sizes on the fault zone. Further, the author puts forward a real-time probabilistic model that is suitable to analyze seismic potential for individual segments along a fault zone on which earthquake recurrence intervals have been characterized by quasi-time-predictable behavior, and applies this model to calculate conditional probabilities and probability gains of earthquake recurring on the individual segments of the Xiaojiang fault zone during the period from 1991 to 2005. As a consequence, it has shown that two parts of this fault zone, from south of Dongchuan to Songming and from Chengjiang to Huaning, have relatively high likelihoods for strong or large earthquake recurring in the future. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,15, 322–330, 1993.     

Relationship between the regional tectonic activity and crustal structure in the eastern Tibetan plateau discovered by gravity anomaly

The eastern Tibetan plateau has been getting more and more attention because it combines active faults, uplifting, and large earthquakes together in a high-population region. Based on the previous researches, the most of Cenozoic tectonic activities were related to the regional structure of the local blocks within the crustal scale. Thus, a better understanding of the crustal structure of the regional tectonic blocks is an important topic for further study. In this paper, we combined the simple Bouguer gravity anomaly with the Moho depths from previous studies to investigate the crustal structure in this area. To highlight the crustal structures, the gravity anomaly caused by the Moho relief has been reduced by forward modeling calculations. A total horizontal derivative (THD) had been applied on the gravity residuals. The results indicated that the crustal gravity residual is compatible with the topography and the geological settings of the regional blocks, including the Sichuan basin, the Chuxiong basin, the Xiaojiang fault, and the Jinhe fault, as well as the Longmenshan fault zone. The THD emphasized the west margin of Yangtze block, i.e., the Longriba fault zone and the Xiaojiang fault cut through the Yangtze block. The checkboard pattern of the gravity residual in the Songpan-Garze fold belt and Chuandian fragment shows that the crust is undergoing a southward and SE-directed extrusion, which is coincident with the flowing direction indicated from the GPS measurements. By integrating the interpretations, the stepwise extensional mechanism of the eastern Tibetan plateau is supported by the southeastward crustal deformation, and the extrusion of Chuandian fragment is achieved by Xianshuihe fault.     

地震失稳的滑动－弱化模式与大地震复发间隔估计

在考虑地震失稳的滑动－弱化特征后，研究了估计大地震重复间隔的问题，建议了一种计算大地震重复间隔的方法，给出了计算复发间隔的公式。同时，应用这个方法计算了海原断裂带、华山山前断裂带、贺兰山东麓断裂带和小江西支断裂带的８级大震复发间隔，它们分别为３４６６年、２０４３年、２６８８年和９７５年。这些数值与古地震研究给出的实际古地震复发间隔甚为一致，说明建议的计算方法可以应用于活动断裂地震复发时间和地震危险性的估计。     

小江断裂带地下流体记震能力分析

收集并整理了云南地区小江断裂带附近十口流体观测井对印度尼西亚苏门答腊4次8级以上地震的响应资料．并对各观测井的记震能力及其流体测项间的响应协调性进行了统计分析。分析结果显示：物理量观测项的记震能力强于化学量观测项,水位测项的记震能力强于水温测项：小江断裂带南端各观测点的记震能力强于中部及北端各观测点：水位的同震响应形态多表现为震时振荡,而水温则多表现为震时脉冲下降。最后分析了记震协调性较好的高大、弥勒和嵩明三井的记震特征。     

2007年宁洱6．4级地震云南水位同震后效探讨

就2007年6月3日云南宁洱6．4级地震,云南省近50口水位观测井的同震后效及特征进行分析研究。结果表明：水位同震震时效应后的水位突升、突降、固体潮日变畸形是水位后效的显著特征。滇西北东向断裂带及小江断裂带很可能是近年后继中强震发生的危险区域。     

COULOMB STRESS EVOLUTION AND SEISMIC HAZARD ALONG THE EASTERN BOUNDARY OF THE SICHUAN-YUNNAN BLOCK

Using a more realistic model of multi-layered viscoelastic media, and considering the effects of the coseismic dislocation and the postseismic viscoelastic relaxation caused by the 34 great earthquakes occurring along the eastern boundary of the Sichuan-Yunnan block since 1480 and the interseismic stress accumulation caused by the tectonic loading generated by plate motions which were modeled by introducing "virtual negative displacements" along the major fault segment in the region under study, we calculated the evolution of the Coulomb stress change in each fault plane of 18 major fault segments along the eastern boundary caused by the coseismic, postseismic and interseismic effects. We studied the interactions of the Xianshuihe, Anninghe, Zemuhe and Xiaojiang fault zones on the eastern boundary of the Sichuan-Yunnan block. By evaluating if the previous earthquake could bring another earthquake closer to or farther from failure, we analyzed the interactions of the earthquakes which occurred in the different segments in the same fault zone, or in the different fault zones respectively. And further based on the calculation results of the Coulomb stress change on the fault planes, we analyzed the seismic hazard of each fault segment.The results show that the previous earthquake may trigger another earthquake which can occur in the same fault zone or in the different fault zone. And the calculation results on the evolution of the cumulative Coulomb stress change in the each fault segment show that, the Coulomb stress increases significantly in the middle section and the Moxi segment of the Xianshuihe fault zone, the Mianning-Xichang segment of the Anninghe fault zone, the Qiaojia-dongchuan segment and the Jianshui segment of the Xiaojiang fault zone, and the seismic hazard in these fault segments is worthy paying attention to.