安宁河-则木河断裂带闭锁与滑动分布动态变化.pdf

第4 3卷 第9期2 0 2 3年9月大 地 测 量 与 地 球 动 力 学J o u r n a l o fG e o d e s ya n dG e o d y n a m i c sV o l.4 3N o.9S e p t.,2 0 2 3收稿日期:2 0 2 2-1 1-2 2项目来源:国家自然科学基金(4 2 1 7 1 4 2 9);四川省自然科学基金(2 0 2 3 N S F S C 0 7 7 3)。第一作者简介:樊鑫,硕士生,主要从事地球物理反演研究,E-m a i l:1 3 4 5 2 5 0 2 5 2q q.c o m。通讯作者:龚晓颖,副教授,主要从事GN S S精密定位与定轨研究,E-m a i l:x y g o n g s w j t u.e d u.c n。D O I:1 0.1 4 0 7 5/j.j g g.2 0 2 3.0 9.0 0 7文章编号:1 6 7 1-5 9 4 2(2 0 2 3)0 9-0 9 1 4-0 5安宁河-则木河断裂带闭锁与滑动分布动态变化樊 鑫1 龚晓颖1 蔡福宗1 黄丁发11 西南交通大学地球科学与环境工程学院,成都市犀安路9 9 9号,6 1 1 7 5 6摘 要:利用2 0 0 92 0 1 1、2 0 1 12 0 1 3、2 0 1 32 0 1 5及2 0 1 52 0 1 8年4期GN S S水平速度场数据,基于块体与负位错模型,反演安宁河-则木河断裂带相应4个时期的闭锁程度和滑动亏损动态变化过程,结合GN S S速度场跨断层剖面分析结果,探究安宁河-则木河断裂带运动学特性动态变化。结果表明,安宁河-则木河断裂带闭锁分布呈周期性变化,但石棉-冕宁段始终处于高度闭锁状态;2 0 1 32 0 1 8年川滇块体相对于华南块体运动速率呈先减小后变大的变化趋势,该变化趋势对应则木河断裂带先闭锁后解锁的过程;根据跨断层GN S S速度剖面分析,安宁河-则木河断裂带运动特征呈分段变化。关键词:安宁河-则木河断裂带;断层闭锁;滑动亏损;动态变化中图分类号:P 3 1 5 文献标识码:A 安宁河-则木河断裂带是组成川滇菱形块体东边界的一条重要活动断裂带,其与周边断裂带共同组成一条长达千余k m的大型左旋走滑断裂带系统1。其中,安宁河断裂为N S走向,北起鲜水河断裂带末端,南经石棉-冕宁,止于西昌;则木河断裂带为NNW走向,走向角约3 3 0,北端连接安宁河断裂,南端止于云南巧家附近2。作为组成川滇菱形块体东边界的断裂带系统,安宁河-则木河、小江以及鲜水河断裂带是西南地区地震活动最为频繁的地区。仅在过去3 0 0多年间该地区至少发生1 2次7级以上地震,其中2/3发生在鲜水河断裂带上。而安宁河、则木河和小江断裂带分别自1 5 3 6年、1 8 5 0年和1 8 3 3年后均未发生过7级以上地震3。因此,对平静至今的安宁河-则木河断裂带进行闭锁程度和滑动分布研究,对于探究该断裂带的活动特征具有重要意义。为探究安宁河-则木河段断裂带的活动特性,大量学者通过不同方法对该区域进行研究。文献4-6 利用地震资料和形变数据,对该段区域进行b值计算和断层闭锁深度分析;徐晶等7和吴微微8采用不同方法研究安宁河-则木河断裂带上的应力演化过程和地震危险性;宋剑等9计算汶川地震前后安宁河-则木河-小江断裂带的闭锁程度;刘辛中等1计算2 0 1 32 0 1 8年安宁河-则木河断裂带的闭锁程度和滑动亏损。以往研究分别从地震活动参数、b值计算结果、断层滑动速率以及断层闭锁程度为切入点探讨安宁河-则木河断裂带的活动特性,但安宁河-则木河断裂带作为一条长久平静的断裂带,却少有学者对其活动特征的动态变化过程展开跟踪研究。因此,采用多期GN S S观测数据对该断裂带运动特征的动态变化进行分析具有重要价值。本文利用2 0 0 92 0 1 1、2 0 1 12 0 1 3、2 0 1 32 0 1 5以及2 0 1 52 0 1 8年4期水平GN S S速度场数据,计算安宁河-则木河断裂带闭锁程度在时空上的动态演化,并用反正切函数拟合该区域跨断层剖面速度的动态变化,为安宁河-则木河断裂带的运动特性研究提供参考。1 反演方法与断裂带模型本文基于D E F NO D E负位错反演程序对断层进行建模。考虑到不同块体上基准站的运动趋势并不相同,为使反演结果更加精确可靠,本文在构建反演块体模型时参考赵静等2的研究成果,即将位于青藏高原东缘交叉口处的鲜水河、龙门山、安宁河-则木河断裂带作为块体划分依据,划分为川滇菱形、巴颜喀拉和华南3个块体,且以较为稳定的华南块体作为参考。另外,在构建断层模型时,本文顾及这3条断裂带之间的相互影响,不仅构建安宁河-则木河断层模型2,还构建龙门 第4 3卷第9期樊 鑫等:安宁河-则木河断裂带闭锁与滑动分布动态变化山与鲜水河断层模型1 0,如图1所示。通过大量试算得到最优模型,其中,2 0 0 92 0 1 1年GN S S速 度 场 误 差 权 重 因 子f=2.4,2=1.0 4 1;2 0 1 12 0 1 3年GN S S速度场误差权重因子f=3.3,2=1.0 7 5;2 0 1 32 0 1 5年GN S S速度场误差权重因子f=6.0,2=1.7 8 2;2 0 1 52 0 1 8年GN S S速 度 场 误 差 权 重 因 子f=6.0,2=1.6 6 8。图1 断层模型与节点设置F i g.1 F a u l tm o d e l a n dn o d es e t t i n g2 断层闭锁与滑动亏损动态变化本文对安宁河-则木河断裂带闭锁程度和滑动亏损进行反演解算。图2为该断裂带闭锁程度在2 0 0 92 0 1 8年间的动态变化。可以看出,2 0 0 92 0 1 1年安宁河断裂带全段完全闭锁,闭锁深度达到2 5k m。同期,则木河断裂带冕宁以南至普格段,闭锁深度为5k m,51 0k m处该断裂带对应闭锁系数在0.50.7之间,且1 0k m以下完全蠕滑,闭锁系数小于0.2。则木河断裂带普格-巧家段闭锁深度逐渐增加,闭锁深度最大达到1 8k m。2 0 1 12 0 1 3年安宁河断裂带北段深部出现解锁现象,闭锁深度从2 5k m减至1 2k m。但石棉-冕宁段仍然高度闭锁,深部闭锁系数仅由1.0减小至0.9。而则木河断裂带冕宁以南至普格段闭锁深度相较于上一期由5k m增加到1 4k m。赵静等2研究表明,2 0 0 92 0 1 3年安宁河断裂带北段完全闭锁,闭锁深度为2 5k m;而则木河断裂带全段基 本 完 全 闭 锁。该 结 果 与 本 文2 0 0 92 0 1 1年以及2 0 1 12 0 1 3年两期动态变化结果类似。2 0 1 32 0 1 5年反演结果显示,安宁河-则木河断裂带出现大范围解锁现象。其中,安宁河断裂带北段延续上一期的解锁趋势,闭锁深度减小至8k m,该深度以下部分闭锁系数由0.5开始逐渐减小。该断裂带石棉-冕宁段深部闭锁系数略有减小,但仍然保持在0.7以上。另外,则木河断裂带冕宁以南至巧家段闭锁深度均减小至8k m,其蠕滑部分相较于2 0 1 12 0 1 3年有所扩张,但小于2 0 0 92 0 1 1年。2 0 1 52 0 1 8年安宁河断裂带北段和则木河断裂带南段首次出现重闭锁现象,并且其闭锁分布向着2 0 0 92 0 1 1年闭锁分布变化。其中,安宁河断裂带石棉以北闭锁深度加深至1 2k m,则木河断裂带普格-巧家段闭锁深度增加至1 4k m。刘辛中等1研究认为,安宁河断裂带石棉-冕宁段冕宁附近及则木河断裂带西昌以南闭锁程度较高,闭锁深度达1 6k m,该结论与本文2 0 1 32 0 1 5以及2 0 1 52 0 1 8年反演结果类似。图2 安宁河-则木河断裂带闭锁程度动态变化F i g.2 D y n a m i cc h a n g eo f f a u l t l o c k i n go fA n n i n g h e-Z e m u h e f a u l t z o n e图3为安宁河-则木河断裂带滑动亏损分布动态变化结果。可以看出,各条断裂带滑动亏损与闭锁程度具有相同的动态变化趋势。2 0 0 92 0 1 1年安宁河断裂带全段滑动亏损在1 0mm/a以上;则木河断裂带冕宁以南至巧家段只有断层浅部5k m处滑动亏损在1 0mm/a以上,5k m以下滑动亏损开始逐渐减小。2 0 1 12 0 1 3年随着安宁河断裂带北段出现解锁现象,该段1 2k m处滑动亏损约为7mm/a,1 2k m以下滑动亏损逐渐减小;则木河断裂带冕宁-巧家段在闭锁深度加深的同时,其滑动亏损也从8k m处加深至1 4k m处开始减小。2 0 1 32 0 1 5年随着闭锁深度减小,安宁河断裂带北段与则木河断裂带冕宁以南至普格段滑动亏损也从8k m深处开始逐渐减小。其中,安宁河断裂带北段与则木河断裂带冕宁以南至普格段滑动亏损均在6.27.8之间,普格-巧家段滑动亏损则从8k m处开始减小。2 0 1 5519大 地 测 量 与 地 球 动 力 学2 0 2 3年9月2 0 1 8年安宁河断裂带北段和则木河断裂带南段发生重闭锁现象,其滑动亏损也开始增大。安宁河断裂带北段滑动亏损从1 2k m处开始减小,该深度处滑动亏损约为8.3mm/a;则木河断裂带南段滑动亏损从1 4k m处开始减小,至1 8k m处滑动亏损约为1.9mm/a。图3 安宁河-则木河断裂带滑动亏损动态变化F i g.3 D y n a m i cc h a n g eo f s l i pd e f i c i to fA n n i n g h e-Z e m u h e f a u l t z o n e从图23可以看出,该断裂带的闭锁分布呈闭锁-解锁-重闭锁的周期性变化。具体来说,安宁河-则木河断裂带闭锁变化主要发生在2 0 1 12 0 1 3及2 0 1 32 0 1 5年间,2 0 1 5年之后其闭锁分布具有恢复到2 0 0 92 0 1 1年闭锁状态的趋势。主要表现为:2 0 1 12 0 1 3和2 0 1 32 0 1 5年安宁河断裂带北段解锁过程在2 0 1 52 0 1 8年间转变为闭锁,且向着2 0 0 92 0 1 1年闭锁分布变化;2 0 1 12 0 1 5年则木河断裂带中南段蠕滑区域的迅速扩张在2 0 1 52 0 1 8年得到延缓,而则木河断裂带此时的蠕滑区基本与2 0 0 92 0 1 1年一致。3 跨断层G N S S速度场剖面根据跨断层速度剖面可以探究断层两侧块体的运动速率与断层闭锁特征之间的关系。本文沿断层走向将安宁河-则木河断裂带划分为3个剖面(图4),由北至南分别为剖面1、剖面2和剖面3,剖面长5 0 0k m,其中剖面1为安宁河断裂带北段,宽4 8k m;剖面2为安宁河断裂带中南段,宽1 2 4k m;剖面3为则木河断裂带,宽9 5k m。图5为剖面内速度分量及速度拟合曲线,其图4 跨断层速度剖面F i g.4 C r o s s f a u l tv e l o c i t yp r o f i l e中红色方框为垂直于断层的速度分量,红线为拟合曲线,曲线斜率正负代表断层的运动方式,斜率为正代表拉张,斜率为负代表逆冲;蓝色方框为平行于断层的速度分量,蓝线为拟合曲线,曲线斜率正负代表断层的运动方式,斜率为正代表左旋,斜率为负代表右旋。从图5(a)可以看出,剖面1内安宁河断裂带以左旋走滑为主,兼具少量逆冲,其逆冲分量在2 0 0 9 2 0 1 1年间达到最大,约为2.5mm/a;随后在2 0 1 12 0 1 3年期间,该剖面内断裂带逆冲分量开始减小。与此同时,其走滑分量达到最大,约为-1 0.3 9mm/a。该剖面内断层两侧的块体走滑运动表现出阶跃特性,该段区域对应断层闭锁程度也在深部出现解锁。从图5(b)可以看出,受2 0 1 3年芦山地震影响,剖面2安宁河-则木河断裂带的运动方式出