鲜水河断裂带三维变形特征
赵静1,2, 任金卫3, 江在森3, 岳冲2
1中国地震局地质研究所, 地震动力学国家重点实验室, 北京 100029
2中国地震台网中心, 北京 100045
3中国地震局地震预测重点实验室, 中国地震局地震预测研究所, 北京 100036

〔作者简介〕 赵静, 男, 1985年生, 2012年于中国地震局地震预测研究所获固体地球物理学专业硕士学位, 助理研究员, 主要研究方向为GPS数据处理、 地壳形变分析和断层闭锁反演, E-mail: zhaozhengjiajia1@126.com

摘要

为了综合分析讨论鲜水河断裂带的三维运动与变形动态特征和地震危险性, 利用川滇地区1999—2007和2013—2017 2期GPS速度场资料, 反演计算了鲜水河断裂带的闭锁程度和平行与垂直断层的滑动亏损速率动态分布; 利用布设在鲜水河断裂带附近的1980—2017年跨断层短水准资料, 通过计算断层年均变化速率分析了断裂带垂直运动特征。GPS反演结果显示: 1999—2007期鲜水河断裂SE段处于强闭锁状态, 中段闭锁程度逐渐减弱, 到NW段基本为蠕滑状态; 2013—2017期鲜水河断裂SE段滑动亏损积累速率明显减弱, 只有道孚—八美段之间有一小段闭锁较强, NW段依然大部分为蠕滑状态, 只有炉霍SE部一段断层地表至10km深度闭锁稍有增强。水准结果显示: 鲜水河断裂NW段侏倭、 格篓、 虚墟和沟普场地年均垂直变化速率较大, 断层垂向活动较为活跃; SE段龙灯坝、 老乾宁和折多塘场地年均垂直变化速率很小, 断层垂向活动处于闭锁状态; 汶川地震后断层垂向活动变化并不明显。综合分析认为鲜水河断裂SE段的地震危险性较高, 而汶川地震降低了断层滑动亏损和应力应变能积累速率, 可能在一定程度上缓解了鲜水河断裂尤其SE段的地震紧迫性。

关键词: 鲜水河断裂; 断层闭锁程度; 年均垂直变化速率; 三维变形特征
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2018)04-0818-14
THREE-DIMENSIONAL DEFORMATION CHARACTERISTICS OF THE XIANSHUIHE FAULT ZONE
ZHAO Jing1,2, REN Jin-wei3, JIANG Zai-sen3, Yue Chong2
1)State Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Institute of Geology,China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
2)China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China
3)CEA Key Laboratory of Earthquake Prediction, Institute of Earthquake Science,China Earthquake Administration, Beijing 100036, China
Abstract

In order to analyze 3-dimensional movement and deformation characteristics and seismic risk of the Xianshuihe fault zone, we inverted for dynamic fault locking and slip deficit rate of the fault using the GPS horizontal velocity field of 1999-2007 and 2013-2017 in Sichuan-Yunnan region, and calculated annual vertical change rate to analyze the vertical deformation characteristics of the fault using the cross-fault leveling data during 1980-2017 locating on the Xianshuihe fault. The GPS inversion results indicate that in 1999-2007, the southeastern segment of the fault is tightly locked, the middle segment is less locked, and the northwestern segment is basically in creeping state. In 2013-2017, the southeastern segment of the fault is obviously weekly locked, in which only a patch between Daofu-Bamei is locked, and the northwestern segment is still mostly in creeping state, in which only a patch at southeastern Luhuo is slightly locked from surface to 10km depth. The cross-fault leveling data show that annual vertical change rate of the Zhuwo, Gelou, Xuxu and Goupu sites on the northwestern segment is larger, which means vertical movement is relatively active, and annual vertical change rate of the Longdengba, Laoqianning, and Zheduotang sites on the southeastern segment is small, which means the fault is locked, and the vertical movement changes little before and after the Wenchuan earthquake. Combining with the 3-dimensional movement and deformation, seismic activity and Coulomb stress on the Xianshuihe Fault, we consider the seismic risk of the southeastern segment is larger, and the Wenchuan earthquake reduced the far-field sinistral movement and the fault slip deficit rate, which may reduce the stress and strain accumulation rate and relieve the seismic risk of the southeastern segment.

Keyword: the Xianshuihe Fault; fault locking; annual vertical change rate; 3-dimensional deformation characteristics
0 引言

鲜水河断裂带是现今青藏高原上活动最剧烈的断裂之一, 是1条位于川滇菱形块体东北边界上的NW走向的左旋走滑断裂带, 其南端分别与安宁河— 则木河— 小江断裂带和龙门山断裂带相接, 构成了川滇菱形块体、 巴颜喀拉地块、 华南地块的交叉口(方颖等, 2010)。鲜水河断裂带为当今地学研究的热点断裂, 闻学泽(2000)Papadimitriou等(2004)Wen等(2008)对鲜水河断裂带的地震破裂分段特征进行过细致的研究; 冉洪流等(2006)对鲜水河断裂带NW段、 周荣军等(2001)对鲜水河断裂带乾宁— 康定段的强震复发间隔进行了研究; Zhang等(2018)对鲜水河断裂带NW段、 易桂喜等(2015)对鲜水河断裂带康定段的断层面参数进行了研究; 苏琴等(2012)李腊月等(2016)利用跨断层短水准和基线结果对鲜水河断裂带断层活动特征进行了分析; 徐晶等(2013)对1893年以来鲜水河断裂带库仑应力演化与区域强震的关系进行了研究; Wang等(2009)Jiang等(2015)利用GPS和InSAR数据反演计算了鲜水河断裂NW段的震间滑动速率和鲜水河— 安宁河— 则木河断裂的闭锁程度。综上所述, 有关地震破裂分段、 强震复发间隔、 断层面参数、 断层近场运动、 库仑应力演化、 震间断层滑动与闭锁等的研究已较为丰富, 但同时利用多期GPS速度场资料和跨断层短水准数据研究鲜水河断裂三维运动变形与闭锁动态特征的相对较少。

自1700年以来, 鲜水河断裂带先后经历了1700— 1816年和1893年至今2个大地震活跃期, 第1个地震活跃期基本造成了整个断裂带的破裂(Wen et al., 2008; 徐晶等, 2013); 第2个地震活跃期中, 断裂带NW段发生了6次M6.7以上地震, 造成了NW段大部分断层段破裂, 而SE段仅发生了1955年折多塘M7.5地震, 破裂长度只有30~35km, 还有多处段落未发生M6.7以上地震(Papadimitriou et al., 2004; Wen et al., 2008; 徐晶等, 2013), 且早期的GPS和InASR数据研究结果表明道孚— 康定之间存在潜在凹凸体(Jiang et al., 2015), 跨断层短水准和基线研究结果表明龙灯坝和老乾宁附近存在强闭锁区(Zhang et al., 2018), 因此鲜水河断裂带尤其是SE段目前的运动变形与闭锁程度分布如何, 发生于龙门山断裂带的2008年汶川M8.0地震对其变形特征和应力应变能积累等产生怎样的影响, 都值得深入研究, 这对于判定鲜水河断裂带目前的地震危险性具有重要意义。本文利用汶川地震前较长时间跨度的1999— 2007期和汶川地震后最新的2013— 2017期GPS水平速度场数据, 采用DEFNODE负位错程序反演计算了鲜水河断裂的闭锁程度和平行与垂直断层的滑动亏损速率动态空间分布; 同时利用鲜水河断裂带附近的1980— 2017年跨断层短水准资料, 采用断层年均变化速率分析了鲜水河断裂带垂直运动和变形规律, 并结合上述三维结果综合分析讨论了鲜水河断裂带不同段落的地震危险性。

1 鲜水河断裂带GPS速度场反演结果
1.1 GPS数据与断层模型设置

本文所用GPS数据包括 “ 中国地壳运动观测网络” 和 “ 中国大陆构造环境监测网络” 在中国大陆进行的1999年、 2001年、 2004年、 2007年、 2013年、 2015年和2017年流动观测数据, 以及截止日期为2017年10月的连续站观测数据。经过数据处理解算得到了1999— 2007期(王敏研究员提供的ITRF参考框架结果)和2013— 2017期(湖北省地震局提供的ITRF参考框架结果)GPS速度场, 然后通过转换得到了相对于华南地块的速度场结果, 其中1999— 2007期GPS速度场有196个测站数据参与反演, 2013— 2017期GPS速度场有362个测站数据参与反演(图1)。

图1 研究区域GPS水平运动速度场(相对于华南地块)与跨断层短水准场地分布Fig. 1 The horizontal GPS velocity field(relative to South China Block)and cross ̄fault leveling in the study region.

考虑到鲜水河断裂带与安宁河— 则木河— 小江断裂带、 龙门山断裂带在青藏高原东缘构成了交叉口(方颖等, 2010; 玄松柏等, 2015), 这3条断裂带之间的运动与变形存在着相互影响, 因此本研究在建立块体和断层系统模型时同时考虑了上述3条断裂带, 将整个研究区域以它们为边界, 划分为川滇地块、 巴颜喀拉地块和华南地块(图1)。下面重点介绍依据地震地质等结果对鲜水河断裂带NW段和SE段断面参数进行设置的情况。

(1)鲜水河断裂带NW段断面参数设置

Zhang等(2018)给出了鲜水河断裂带NW段上侏倭、 格篓、 虚墟、 虾拉坨、 沟普、 老乾宁等场地建站时地质调查确定的断层倾角和通过小震精定位确定的断层倾角(表1), 并将2种结果进行了对比分析, 确定了断层的地震地质属性, 其中格篓场地2种结果的断层倾向并不一致, Zhang等(2018)认为其主断层面应该为通过小震精定位确定的NE倾。因此鲜水河断裂NW段主断层面为NE倾, 且断层倾角很大、 断层近直立。另外, 小震精定位结果显示侏倭、 虾拉坨和沟普场地在深度10km左右以下, 断层的倾向和倾角可能会发生变化, 其他3个场地处断层面基本为平面, 断层的倾向和倾角不随深度变化。本文依据上述实际地震地质研究资料构建鲜水河断裂带NW段的断层模型, 考虑到本文所用DEFNODE负位错反演程序(Savage et al., 2001; McCaffrey, 2002, 2005, 2007; 赵静等, 2014, 2015)必须要区分断层的上下盘, 且同1条断层的上下盘不能随深度发生改变, 因此将NW段断层断面参数设定为NE∠85° 。Zhang等(2018)的研究成果对本文鲜水河断裂带NW段断层三维结构的设置起到了很好的支持作用。

表1 鲜水河断裂带NW段横跨断层的6个观测场地的部分信息(Zhang et al., 2018) Table1 Some information of the six cross ̄fault geodetic sites along the northwestern Xianshuihe fault zone (after Zhang et al., 2018)

另外, 本文还参考了其他一些文献中关于鲜水河断裂带NW段断层倾角的研究结果, 其中Papadimitriou等(2004)徐晶等(2013)将炉霍、 恰叫、 道孚、 八美段的断层倾角均设置为90° ; 冉洪流等(2006)认为炉霍段的断层倾角为75° 、 倡促段的断层倾角为60° ~85° 、 松林口— 乾宁段的断层倾角为60° ~80° 。上述参考文献中断层倾角的原始参数, 也基本支持本文将鲜水河断裂NW段断面参数设定为NE∠85° 。

(2)鲜水河断裂带SE段断面参数设置

鲜水河断裂带SE段主要由4条分支断裂组成, 其中雅拉河与折多塘2条断裂均为较短的分支, 可分别看做独立的破裂段, 剩下的为主干断裂色拉哈-磨西断裂(闻学泽, 2000)。鲜水河断裂带SE段深部电性结构研究结果表明, 中上地壳断裂带构造表现出花状构造, 既有倾角陡立并且切穿地壳的深大断裂, 也有倾角稍缓会聚于深大断裂的小断裂(何梅兴等, 2017), 因此雅拉河、 折多塘、 色拉哈-磨西等断裂可能在深部会聚于1条主干断裂。

表2为根据地质测量方法获得的鲜水河断裂带SE段横跨断层的3个观测场地信息, 结果显示断层结构基本为NE∠70° ~80° 左右。2014年11月22日康定M6.3地震后, 易桂喜等(2015)利用gCAP矩张量反演和地震序列重新定位的方法分析认为, 色拉哈断裂倾角约为82° 、 折多塘断裂倾角约为83° 。

表2 鲜水河断裂带南东段横跨断层的3个观测场地的部分信息(四川省地震局提供) Table2 Some information of the three cross ̄fault geodetic sites along the southeastern Xianshuihe fault zone(after Sichuan Earthquake Agency)

另外, Papadimitriou等(2004)徐晶等(2013)将雅拉河与折多塘段的断层倾角设置为75° 、 将色拉哈段的断层倾角设置为85° 、 将康定与磨西段的断层倾角设置为80° 。本文依据表2实际地质调查结果、 地震序列重新定位结果和前人的断层模型设置结果等原始参数, 考虑到方便构建块体和断层模型以进行反演计算, 以及鲜水河断裂SE段倾角小于NW段倾角, 将浅部的花状构造简化为1条主干断裂, 即将雅拉河与折多塘2条分支断裂与主干断裂色拉哈-磨西断裂简化为1条断层, 并将南东段断层断面参数设定为NE∠75° 。

综上所述, 三维断层模型设置中, 为了研究沿倾向方向、 不同深度断层闭锁程度的变化特征, 沿着鲜水河断裂走向共设置6条等深线, 由浅至深依次为0.1km、 5km、 10km、 15km、 20km和25km, 为了研究沿走向方向断层闭锁程度的变化特征, 每条等深线上设置11个节点; 北西段断层倾角设置为85° , 南东段断层倾角设置为75° ; 断裂总长度为323km。为了方便读者重复构建出相同的断层面模型, 图2展示了断层三维结构与节点设置。

图 2 鲜水河断裂带断层三维结构与节点设置Fig. 2 3 ̄dimensional structure and node setting on Xianshuihe fault zone.

1.2 最优模型结果

本研究所用DEFNODE负位错反演程序的基本原理和使用方法见参考文献(Savage et al., 2001; McCaffrey, 2002, 2005, 2007; 赵静等, 2014, 2015)。该程序能够利用GPS数据、 水准数据、 InSAR数据等通过网格搜索和模拟退火算法, 反演计算块体内部永久应变、 块体旋转、 块体边界断层闭锁程度等, 其中断层闭锁程度为断层滑动亏损速率与断层长期滑动速率的比值, 比值为0表示断层完全蠕滑, 比值为1表示断层完全闭锁, 比值介于0~1之间, 表示断层存在一定的蠕滑运动, 只是部分闭锁。DEFNODE程序相对于一般的同类型反演程序, 增加了块体内部永久应变的反演, 而块体内部永久应变可以替代震后部分黏弹性松弛作用的影响, 因此该程序可以在震后的相关反演中使用。此外, 该程序可以将断层设置为有一定倾角的曲面, 即沿着走向和倾向断层结构都可以有所变化, 这使得我们可以用该程序来反演研究复杂的断层结构, 这与一般的同类型反演程序相比也有了很大的进展。在使用DEFNODE程序前, 对该程序的反演可靠性和稳定性进行了验证, 结果表明在不同断层倾角条件下反演结果均具有高度可靠性; 权值f对反演结果影响微弱, 反演结果具有很好的稳定性(赵静等, 2013)。

由于华南地块内部应变很小、 整体稳定, 因此反演过程中认为其只存在整体旋转运动和由于断层闭锁而产生的弹性应变, 不存在内部永久应变; 而川滇地块和巴颜喀拉地块由于内部变形明显(熊维等, 2015), 认为其存在整体旋转运动、 内部永久应变和由于断层闭锁而产生的弹性应变。大地震引起的震后变形包括震后余滑和黏弹性松弛等作用, 震后早期的形变可以用发生在断层面上的蠕滑加以模拟, 而黏弹性松弛的贡献不大; 但黏弹性松弛衰减速率较慢, 震后影响时间长(王丽凤等, 2013)。相关研究表明震后余滑作用的影响时间一般约3~4a, 因此本文所用的2013— 2017期GPS速度场受汶川震后余滑作用的影响已经很弱, 而是主要受震后黏弹性松弛作用的影响。由于震后黏弹性松弛作用在块体变形上的表现是使块体产生内部应变, 因此本文反演过程中将黏弹性松弛作用以块体内部永久应变来简单代替, 这使得2013— 2017期GPS速度场的拟合残差中应该还包含了部分震后应力松弛作用的影响。

通过多次计算得到的最优模型中, 1999— 2007期观测值数量为392, 自由度为283, χn2=0.99; 2013— 2017期观测值数量为724, 自由度为615, χn2=1.062期最优模型拟合的残差分布如图3所示。图3a结果表明, 除了安宁河断裂东边几个测点、 川滇地块西边界几个测点、 巴颜喀拉块体西端几个测点速度残差值稍大以外, 其他位置测点的速度残差值较小, 大部分处在误差范围之内(赵静等, 2015)。图3b结果表明, 除了安宁河断裂东边几个测点、 川滇地块西边界几个测点、 龙门山断裂中北段附近部分测点速度残差值较大以外, 其他位置测点的速度残差值较小, 这与赵静等(2015)中2009— 2013期GPS速度场反演结果的残差分布较为一致。以上结果表明2期最优模型拟合效果都较好。

图3 a 最优模型速度残差1999— 2007期及b 2013— 2017期结果Fig. 3 Residual velocities of the optimal model during 1999— 2007(a) and 2013— 2017(b).

1.3 断层闭锁与滑动亏损结果

根据最优模型得到了1999— 2007期(图4a)(赵静等, 2015)和2013— 2017期(图4b)2期鲜水河断裂闭锁程度的空间动态变化分布。图4a结果显示, 鲜水河断裂南东段的八美— 磨西附近在汶川地震前闭锁程度很高, 闭锁深度达到了断层模型的底部; 道孚— 八美附近地表至10km深度为强闭锁状态, 从10km至断层模型的底部闭锁程度快速降低, 转变为无滑动亏损积累状态; NW段侏倭— 道孚附近由于1893年至今地震活跃期中多次M6.7以上地震造成了大部分断层段破裂, 因此闭锁很弱, 基本处于蠕滑状态, 只有炉霍东南部一段断层地表至5km深度最大闭锁程度约0.73。图4b结果显示, 鲜水河断裂南东段的八美— 磨西附近在汶川地震后由强闭锁状态转变为无滑动亏损和能量积累状态; 道孚— 八美附近闭锁范围有所减少, 只有一小段断层闭锁依然较强, 还处于应力的逐渐积累状态; NW段侏倭— 道孚附近在震后闭锁程度变化较小, 基本还处于蠕滑状态, 只有炉霍东南部一段断层地表至10km深度闭锁稍有增强, 最大闭锁程度约0.93。对比赵静等(2015)中利用2009— 2013期GPS速度场反演所得鲜水河断裂闭锁程度结果可知, 汶川地震对鲜水河断裂尤其SE段的运动变形和应力应变能积累所产生的影响依然在持续。

图4 a 鲜水河断裂闭锁程度1999— 2007期及 b 2013— 2017期结果Fig. 4 Locking degree of the Xianshuihe Fault during 1999— 2007(a) and 2013— 2017(b).

图5 a 鲜水河断裂平行断层滑动亏损速率1999— 2007期及 b 2013— 2017期结果Fig. 5 Parallel fault slip deficit of the Xianshuihe Fault during 1999— 2007(a) and 2013— 2017(b).

图5为根据最优模型得到的鲜水河断裂平行断层滑动亏损速率, 2期结果显示沿整条断裂均为左旋走滑亏损(正值)。图5a显示鲜水河断裂南东段完全闭锁部分在汶川地震前滑动亏损速率为9.7~14.5mm/a, 其中道孚— 康定段滑动亏损速率基本保持约10mm/a, 在磨西附近滑动亏损速率达到最大; 鲜水河断裂NW段由于基本处于蠕滑状态, 因此基本没有滑动亏损积累。图5b显示鲜水河断裂SE段和NW段在汶川地震后基本都无滑动亏损和能量积累, 道孚— 八美之间闭锁较强的一段断层左旋运动有所减弱, 左旋走滑亏损速率最大值约6.1mm/a。

图6为根据最优模型得到的鲜水河断裂垂直断层滑动亏损速率, 2期结果显示沿整条断裂既有挤压亏损(负值)、 也有拉张亏损(正值)。图6a显示汶川地震前只有鲜水河断裂最南端磨西附近为挤压, 最大挤压滑动亏损速率约5.1mm/a; 道孚— 康定段为拉张, 拉张滑动亏损速率为0.5~2.0mm/a; NW段基本处于蠕滑状态, 因此没有滑动亏损积累。图6b显示汶川地震后鲜水河断裂最南端磨西附近挤压亏损范围有所减少, 最大挤压滑动亏损速率降低为约4.0mm/a; 道孚— 八美之间闭锁较强的一段断层拉张有所增强, 拉张滑动亏损速率最大值约2.9mm/a。鲜水河断裂南端磨西附近已经接近安宁河断裂带, 在该位置开始逐步由拉张运动转变为挤压运动, 而汶川地震以后, 龙门山断裂带附近的巴颜喀拉块体E向运动明显增强, 因此造成磨西附近挤压运动有所减弱。

图6 a 鲜水河断裂垂直断层滑动亏损速率1999— 2007期及 b 2013— 2017期结果Fig. 6 Vertical fault slip deficit of the Xianshuihe Fault during 1999— 2007(a) and 2013— 2017(b).

2 鲜水河断裂带水准计算结果
2.1 水准场地与断层年均变化速率计算原理

本研究所用跨断层短水准场地沿鲜水河断裂带从NW至SE依次为侏倭、 格篓、 虚墟、 沟普、 龙灯坝、 老乾宁、 折多塘和安顺场地(图1), 水准数据时间跨度为1980— 2017年。

断层的年均变化速率计算公式为

Vt=1ni=1, n(hit-hit-1)(i=1, 2, n)(1)

式中, n为1a中所观测的期数, hit为第ta中第i个观测值(江在森等, 2001; 李媛等, 2016)。

2.2 水准计算结果

根据式(1)计算了鲜水河断裂带上8个跨断层场地的年均垂直变化速率, 其中数据以2008年5月12日汶川地震、 2013年4月20日芦山地震和2014年11月22日康定地震的发生为分割点分别划分为2个时间段进行计算和展示。

图7 鲜水河断裂年均垂直变化速率(1980— 2017年)Fig. 7 Annual vertical change rate of the Xianshuihe Fault(1980— 2017).

图7显示鲜水河断裂带的年均垂直变化速率具有明显的分段特征, NW段侏倭、 格篓、 虚墟和沟普场地(以虚线三角点表示)年均垂直变化速率较大, 断层垂向运动处于较为活跃状态; 中南段龙灯坝、 老乾宁、 折多塘场地(以实线圆点表示)年均垂直变化速率较小, 多在0值附近波动, 断层垂向运动很弱, 处于闭锁状态; 南端安顺场地(以实线方框表示)年均速率变化幅度也相对较小。闻学泽(2000)利用1980— 1995年鲜水河断裂垂直形变数据研究表明松林口— 乾宁段是1893年M7地震破裂的主体, 由于至今该段落未发生M6.7以上地震, 因此目前断面仍处于闭锁状态; 方颖等(2015)利用1986— 2013年鲜水河断裂跨断层形变资料研究表明, 炉霍段、 道孚段和乾宁西段闭锁弱, 而乾宁中东段闭锁强; Zhang等(2018)利用1976— 2014年鲜水河断裂跨断层形变资料研究表明, 龙灯坝、 老乾宁附近处于强闭锁状态, 这些研究成果与本文计算的结果基本一致。整个鲜水河断裂带断层年均垂直变化速率受汶川地震的影响不大, 地震前后各场地并未发生明显改变, 这与GPS水平速度场结果受汶川地震影响较大有所不同, 可能有几个原因, 一是可能由于GPS测点多为远场观测, 而跨断层短水准观测为近场观测, 它们所反映的断层活动信息有所不同; 二是鲜水河断裂本身以走滑运动为主, 可能汶川地震对其垂向运动的影响不明显。芦山地震前, 格篓场地年均速率有所增大, 并在芦山地震后继续增大, 2014年开始年均速率恢复正常; 其他场地在芦山地震前后没有发生较明显变化。康定地震后, 折多塘场地年均速率变化并不明显, 2016年其年均速率有所增大, 主要是因为2016年5月C测点被压埋, 使之产生下沉, 造成C— B测段相对于4月变化了1.68mm, 后面还需继续关注其变化; 其他场地在康定地震前后也没有发生较明显变化。此外, 沟普场地在2014年4月由于附近施工对A测点周边造成了干扰影响, 使其年均垂直变化速率明显增大, 而非断层构造运动引起。

3 结论与讨论

(1)2014年11月22日鲜水河断裂带发生了康定M6.3地震, 为了研究康定地震对鲜水河断裂闭锁程度和跨断层短水准测量结果的影响, 对比了2011— 2013期和2013— 2017期2个时段GPS反演结果, 结果表明鲜水河断裂带闭锁程度并没有发生明显改变, 鲜水河断裂SE段的八美— 磨西附近在汶川地震后、 康定地震前(即2011— 2013期结果)已经由强闭锁状态转变为无滑动亏损和能量积累状态; 道孚— 八美附近闭锁程度也已经明显减弱, 因此分析认为鲜水河断裂在1999— 2007年和2013— 2017年2个时段具有明显不同的闭锁程度与康定地震无关。将年均垂直变化速率以2014年11月22日康定地震的发生为分割点划分为2个时间段进行了对比, 结果表明各个场地在康定地震前后没有发生较明显变化。

(2)1999— 2007期负位错反演结果显示, 汶川地震前鲜水河断裂SE段闭锁程度很高, 中段闭锁程度逐渐减弱, 到NW段基本为蠕滑状态, 其中南段康定— 磨西附近强闭锁区域对应康定段和磨西段高库仑应力积累和增加区(Papadimitriou et al., 2004; 徐晶等, 2013); 中段八美附近强闭锁区域基本能够对应八美附近地震空区(Wen et al., 2008; 易桂喜等, 2015)、 道孚— 乾宁段低b值区(易桂喜等, 2008)和八美段高库仑应力积累区(徐晶等, 2013), 与Zhang等(2018)给出的龙灯坝和老乾宁附近的强闭锁区域也基本一致; NW段距离下1次大地震还有较长的时间, 目前大部分还处于震后蠕滑阶段(闻学泽, 2000)。2013— 2017期负位错反演结果显示, 鲜水河断裂SE段受汶川震后影响较为明显, 基本无滑动亏损和能量积累, 只有道孚— 八美段之间有一小段闭锁较强; NW段依然大部分为蠕滑状态, 只有炉霍东南部一段断层地表至10km深度闭锁稍有增强。

(3)跨断层短水准结果显示, 鲜水河断裂NW段侏倭、 格篓、 虚墟和沟普场地年均垂直变化速率较大, 断层垂向活动较为活跃; 中南段龙灯坝、 老乾宁、 折多塘场地年均垂直变化速率较小, 多在0值附近波动, 断层垂向运动处于闭锁状态; 南端安顺场地年均速率变化幅度也相对较小。整个鲜水河断裂带汶川震后断层垂向活动变化不明显。

(4)1999— 2007期GPS速度场反演所得鲜水河断裂闭锁程度与跨断层短水准计算所得断层年均垂直变化速率具有较好的一致性, 都表明鲜水河断裂NW段断层较为活跃, 闭锁较弱; 鲜水河断裂SE段断层活动较弱, 闭锁较强。结合鲜水河断裂带三维变形特征和1893年至今的地震活动、 库仑应力累积、 b值分布等结果, 分析认为, 相对于断裂NW段, 其SE段的地震危险性更高; 而汶川地震后巴颜喀拉地块向四川盆地的挤压运动速率加快, 从而降低了鲜水河断裂的远场左旋走滑速率(方颖等, 2010; 赵静等, 2015)和断层滑动亏损积累速率, 可能会减慢鲜水河断裂尤其南东段应力应变积累速率、 缓解了其大震的发震紧迫性。

致谢 湖北省地震局和王敏研究员为本研究提供GPS速度场资料; 苏琴高工就有关跨断层短水准资料给予的解释; 审稿专家提出的宝贵意见和建议, 在此一并表示感谢!

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 方颖, 江在森, 杨永林, . 2010. 汶川 MS8. 0地震前后鲜水河断裂南段的变形特征[J]. 大地测量与地球动力学, 30(3): 2226.
FANG Ying, JIANG Zai-sen, YANG Yong-lin, et al. 2010. Deformation characteristics of southern segment of Xianshuihe Fault before and after Wenchuan MS8. 0 earthquake[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 30(3): 2226(in Chinese). [本文引用:3]
[2] 方颖, 张晶, 江在森, . 2015. 用跨断层形变资料分析鲜水河断裂西北段的运动特征[J]. 地球物理学报, 58(5): 16451653.
FANG Ying, ZHANG Jing, JIANG Zai-sen, et al. 2015. Movement characteristics of the northwest segment of the Xianshuihe fault zone derived from cross-fault deformation data[J]. Chinese Journal of Geophysics, 58(5): 16451653(in Chinese). [本文引用:1]
[3] 何梅兴, 方慧, 王绪本, . 2017. 鲜水河断裂带南段深部电性结构特征研究[J]. 地球物理学报, 60(6): 24142424. doi: DOI: 106038/cjg20170630.
HE Mei-xing, FANG Hui, WANG Xu-ben, et al. 2017. Deep conductivity characteristics of the southern Xianshuihe fault zone[J]. Chinese Journal of Geophysics, 60(6): 24142424(in Chinese). [本文引用:1]
[4] 江在森, 丁平, 王双绪, . 2001. 中国西部大地形变监测与地震预测 [M]. 北京: 地震出版社.
JIANG Zai-sen, DING Ping, WANG Shuang-xu, et al. 2001. The Geotectonic Deformation Monitoring and Earthquake Prediction in the Western China [M]. Seismological Press, Beijing(in Chinese). [本文引用:1]
[5] 李腊月, 季灵运, 李玉江, . 2016. 基于跨断层测量的鲜水河断裂带现今活动特征及其与强震关系研究[J]. 地震学报, 38(5): 739750.
LI La-yue, JI Ling-yun, LI Yu-jiang, et al. 2016. Current activity characteristics of Xianshuihe fault zone and its relationship with strong earthquakes based on fault-crossing measurements[J]. Acta Seismologica Sinica, 38(5): 739750(in Chinese). [本文引用:1]
[6] 李媛, 刘峡, 刘希康, . 2016. 2016年门源 MS6. 4地震前祁连山周边断层活动分析[J]. 大地测量与地球动力学, 36(4): 288293.
LI Yuan, LIU Xia, LIU Xi-kang, et al. 2016. Activity analysis of faults around Qilianshan before the 2016 Menyuan MS6. 4 earthquake[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 36(4): 288293(in Chinese). [本文引用:1]
[7] 冉洪流, 何宏林. 2006. 鲜水河断裂带北西段不同破裂源强震震级( M≥6. 7)及复发间隔研[J]. 地球物理学报, 49(1): 153161.
RAN Hong-liu, HE Hong-lin. 2006. Research on the magnitude and recurrence interval of characterized earthquakes with magnitude≥6. 7 along the northwestern portion of the Xianshuihe fault zone in western Sichuan, China[J]. Chinese Journal of Geophysics, 49(1): 153161(in Chinese). [本文引用:2]
[8] 苏琴, 杨永林, 向和平. 2012. 汶川8. 0级地震前后鲜水河断裂带断层活动特征分析[J]. 四川地震, (1): 2429.
SU Qin, YANG Yong-lin, XIANG He-ping. 2012. Seismicity character analysis on the Xianshuihe faults before and after the 2008 Wenchuan M8. 0 earthquake[J]. Earthquake Research in Sichuan, (1): 2429(in Chinese). [本文引用:1]
[9] 王丽凤, 刘杰, 赵金贵, . 2013. 2011年日本9. 0级地震的同震位错以及震后应力松弛过程对中国大陆的影响[J]. 地震, 33(4): 238247.
WANG Li-feng, LIU Jie, ZHAO Jin-gui, et al. 2013. Coseismic slip and post-seismic relaxation of the 2011 M9. 0 Tohoku-Oki earthquake and its influence on China mainland [J]. Earthquake, 33(4): 238247(in Chinese). [本文引用:1]
[10] 闻学泽. 2000. 四川西部鲜水河—安宁河—则木河断裂带的地震破裂分段特征[J]. 地震地质, 22(3): 239249. doi: DOI: 103969/j. issn. 0253-4967. 2000. 03. 005.
WEN Xue-ze. 2000. Character of rupture segmentation of the Xianshuihe-Anninghe-Zemuhe fault zone, Western Sichuan[J]. Seismology and Geology, 22(3): 239249(in Chinese). [本文引用:4]
[11] 熊维, 谭凯, 乔学军, . 2015. 汶川震后龙门山周边活动地块构造变形及断裂活动[J]. 大地测量与地球动力学, 35(5): 758763.
XIONG Wei, TAN Kai, QIAO Xue-jun, et al. 2015. Tectonic deformation and fault activity of active blocks in Longmenshan and surrounding area after Wenchuan earthquake[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 35(5): 758763(in Chinese). [本文引用:1]
[12] 徐晶, 邵志刚, 马宏生, . 2013. 鲜水河断裂带库仑应力演化与强震间关系[J]. 地球物理学报, 56(4): 11461158.
XU Jing, SHAO Zhi-gang, MA Hong-sheng, et al. 2013. Evolution of Coulomb stress and stress interaction among strong earthquakes along the Xianshuihe fault zone[J]. Chinese Journal of Geophysics, 56(4): 11461158(in Chinese). [本文引用:7]
[13] 玄松柏, 申重阳, 谈洪波. 2015. 芦山—康定地区布格重力异常及其归一化梯度图像的构造物理涵义[J]. 地球物理学报, 58(11): 40074017.
XUAN Song-bai, SHEN Chong-yang, TAN Hong-bo. 2015. Tectonic implications of images of Bouguer gravity anomaly and its normalized full gradient in Lushan-Kangding area[J]. Chinese Journal of Geophysics, 58(11): 40074017(in Chinese). [本文引用:1]
[14] 易桂喜, 龙锋, 闻学泽, . 2015. 2014年11月22日康定 M6. 3地震序列发震构造分析[J]. 地球物理学报, 58(4): 12051219. doi: DOI: 106038/cjg20150410.
YI Gui-xi, LONG Feng, WEN Xue-ze, et al. 2015. Seismogenic structure of the M6. 3 Kangding earthquake sequence on 22 Nov. 2014, Southwestern China[J]. Chinese Journal of Geophysics, 58(4): 12051219(in Chinese). [本文引用:3]
[15] 易桂喜, 闻学泽, 苏有锦. 2008. 川滇活动地块东边界强震危险性研究[J]. 地球物理学报, 51(6): 17191725.
YI Gui-xi, WEN Xue-ze, SU You-jin. 2008. Study on the potential strong-earthquake risk for the eastern boundary of the Sichuan-Yunnan active faulted-block, China[J]. Chinese Journal of Geophysics, 51(6): 17191725(in Chinese). [本文引用:1]
[16] 赵静, 江在森, 牛安福, . 2015. 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[J]. 地球物理学报, 58(3): 872885. doi: DOI: 106038/cjg20150316.
ZHAO Jing, JIANG Zai-sen, NIU An-fu, et al. 2015. Study on dynamic characteristics of fault locking and fault slip deficit in the eastern boundary of the Sichuan-Yunnan rhombic block[J]. Chinese Journal of Geophysics, 58(3): 872885(in Chinese). [本文引用:7]
[17] 赵静, 江在森, 武艳强, . 2013. Defnode负位错模型反演结果的可靠性和稳定性分析[J]. 大地测量与地球动力学, 33(1): 2124.
ZHAO Jing, JIANG Zai-sen, WU Yan-qiang, et al. 2013. Analysis of reliability and stability of inversion result with negative dislocation model of Defnode[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 33(1): 2124(in Chinese). [本文引用:1]
[18] 赵静, 刘杰, 牛安福, . 2014. 大凉山次级块体周边断层的闭锁特征[J]. 地震地质, 36(4): 11351144. doi: DOI: 103969/j. issn. 0253-4967. 2014. 04. 016.
ZHAO Jing, LIU Jie, NIU An-fu, et al. 2014. Study on fault locking characteristic around the Daliangshan sub-block[J]. Seismology and Geology, 36(4): 11351144(in Chinese). [本文引用:2]
[19] 周荣军, 何玉林, 黄祖智, . 2001. 鲜水河断裂带乾宁—康定段的滑动速率与强震复发间隔[J]. 地震学报, 23(3): 250261.
ZHOU Rong-jun, HE Yu-lin, HUANG Zu-zhi, et al. 2001. The slip rate and strong earthquake recurrence interval on the Qianning-Kangding segment of the Xianshuihe fault zone[J]. Acta Seismologica Sinica, 23(3): 250261(in Chinese). [本文引用:1]
[20] Jiang G Y, Xu X W, Chen G H, et al. 2015. Geodetic imaging of potential seismogenic asperities on the Xianshuihe-Anninghe-Zemuhe fault system, southwest China, with a new 3 ̄D viscoelastic interseismic coupling model[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 120(3): 18551873. [本文引用:2]
[21] McCaffrey R. 2002. Crustal block rotations and plate coupling[M]∥Stein S, Freymueller J T(eds). Plate Boundary Zones. AGU Geodynamics Series, 30, Washington D C. : 101122. [本文引用:2]
[22] McCaffrey R. 2005. Block kinematics of the Pacific-North America plate boundary in the southwestern United States from inversion of GPS, seismological, and geologic data[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 110(B7): B07401. [本文引用:2]
[23] McCaffrey R. 2007. DEFNODE User’s Manual Version 2007. 1025[EB/OL]. [2010-08-20]. http: ∥web. pdx. edu/~mccaf/www/defnode/defnode_071025. html. [本文引用:1]
[24] Papadimitriou E, Wen X Z, Karakostas V, et al. 2004. Earthquake triggering along the Xianshuihe fault zone of western Sichuan, China[J]. Pure and Applied Geophysics, 161(8): 16831707. [本文引用:5]
[25] Savage J C, Gan W J, Svarc J L. 2001. Strain accumulation and rotation in the eastern California shear zone[J]. Journal of Geophysical Research, 106(B10): 2199522007. [本文引用:2]
[26] Wang H, Wright T J, Biggs J. 2009. Interseismic slip rate of the northwestern Xianshuihe Fault from InSAR data[J]. Geophysical Research Letters, 36(3): L03302. [本文引用:1]
[27] Wen X Z, Ma S L, Xu X W, et al. 2008. Historical pattern and behavior of earthquake ruptures along the eastern boundary of the Sichuan-Yunnan faulted-block, southwestern China[J]. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 168(1-2): 1636. [本文引用:4]
[28] Zhang J, Wen X Z, Cao J L, et al. 2018. Surface creep and slip-behavior segmentation along the northwestern Xianshuihe fault zone of southwestern China determined from decades of fault-crossing short-baseline and short-level surveys[J]. Tectonophysics, 722: 356372. [本文引用:7]