川滇地区位于青藏高原东南缘，在欧亚板块和印度板块持续碰撞下，断裂纵横展布、强震频发，是中国大陆地震活动最强烈的地区之一^[1]，1970~2016年发生30余次6级以上的地震(图 1)。阚荣举等^[2]根据构造应力场和活动断层分布特征，提出了川滇菱形块体的概念，主要由鲜水河断裂带、安宁河-则木河断裂带、小江断裂带、红河断裂带、金沙江断裂带围限。川滇菱形块体西南(滇西南)以南北构造为主体，除南北向的澜沧江大断裂带外，还有北东向的大盈江断裂、龙陵断裂、南汀河断裂、打洛-景洪断裂等^[3-4]。三维塑性“管道流”模式认为青藏高原物质的重力滑塌和东向挤出，遇到东部相对稳定的华南块体阻挡，使川滇地区快速差异性隆升^[5]。

地壳垂直形变监测的主要手段有水准、GNSS和InSAR。GNSS连续站时间分辨率高但空间分辨率低，建站环境要求高。InSAR能获取短时间尺度的形变信息，空间分辨率高但在植被覆盖较密的地区难以发挥作用。精密水准观测始于上个世纪60年代，积累了长时间尺度的观测成果，具有延续性，但存在误差传递现象。黄立人等^[6]研究了GNSS站心坐标系中U分量与水准测量高差的关系，正常高变化D_H与大地高变化D_U相差一个因子cosγ(γ为垂线偏差)，为GNSS连续站速率约束精密水准数据平差提供了理论依据，弥补了利用水准资料研究地壳垂直运动时的基准缺失、误差传递等缺陷。本文利用1990~2016年水准观测资料(图 1)，采用GNSS约束平差法获取川西及云南地区的现今地壳垂直运动速率场和主要断裂的活动性。

1 数据处理 1.1 资料概况

水准数据共2期，第1期主要在1992~1998年完成，第2期在2013~2016年完成(表 1)，范围为98~105°E、21.5~31°N。距水准路线10 km范围内的GNSS连续站数据由“中国地壳运动观测网络”和“中国大陆构造环境监测网络”提供，以及王敏^[7]解算的GPS连续站、基本点1998~2008年的垂直运动速率。

1.2 处理方法

采用带有约束的线性速率模型平差法^{[6, 8-9]}，即假设水准点的速率在某个时间段内是线性的，采用带有误差的GNSS连续站垂直速率作为约束条件，动态平差获取水准点在ITRF2005下的垂直运动速率，具体见文献[9]。GNSS约束点应满足分布均匀、时间序列在水准测量时间跨度内、U分量时间序列线性度好等要求。SCJL连续站观测时间与水准交集较少，但其位于相对稳定的四川盆地内，垂直速率较小，可作为约束点。

首先利用GAMIT获取区域和国际IGS测站的单日松弛解，然后利用QOCA软件进行综合平差，通过IGS核心站求解相对于全球参考框架ITRF2005的相似变换参数，从而获得ITRF下的单日松弛解和速度场。表 2给出了参与水准平差的GNSS约束点结果。

两期水准施测期间有地震发生，为减少同震形变的影响，考虑到震中距水准路线大于50 km的地震影响小于0.5 mm/a^[10]，剔除距1990~2016年6级以上地震震中50 km内的水准突跳点。

2 可靠性分析

为检验GNSS约束平差的可靠性，以距水准线路上10 km范围内且与水准路线处在断层同侧的2011年后建设的连续站(图 1)垂向速率作为检验，GNSS和水准点速率残差统计结果见表 3。可见，中误差为0.87 mm/a，最大为SCXC(2.26 mm/a)，最小为YNLJ(-0.21 mm/a)。实际上，大部分水准获取的是1992~2016年平均速率，用于检测的GNSS连续站是2010~2016年，时间交集较短，因此水准数据的可靠性要优于0.87 mm/a。利用GNSS垂向速率约束平差的一个重要目的是减弱水准数据的误差积累，本文利用单一假定基准(YNSM基岩点不动)和GNSS点约束分别进行动态平差，垂直速率误差分布如图 2所示。可以看出，后者获得的误差分布相对均匀，未向某个方向积累，而前者获得的误差随距离的增加而变大。平差结果显示，相邻水准点间的速率差异很小，如新石6与新石7小于0.01 mm/a，新石10和新石11为0.03 mm/a，新石38和新石39为0.07 mm/a。这表明，水准点虽未与GNSS点联测，但垂向速率近似相等，可作为约束条件。

3 垂直形变特征

图 3给出了川滇地区垂直运动速率，可以看出，西北部的隆升速率高于东南部，四川盆地相对稳定，滇西南下沉。

1) 川西地区处于大范围差异性隆升阶段，中甸以北、乡城芒康南部的横断山地区以隆升为主，其中芒康附近为0.5~1.5 mm/a，乡城附近隆升速率为3.0~4.0 mm/a。理塘-雅江-康定附近处于快速隆升阶段，但雅江附近速率低于周围，形成梯度带。鲜水河断裂东南端的贡嘎山地区隆升速率为5~6 mm/a，在整个测区隆升最明显且速率最大，结果略高于王敏^[7]给出的1.8~3.6 mm/a，略低于王庆良等^[10]的7.4 mm/a。这主要是由于贡嘎山地区位于鲜水河断裂带的南东段，处于左旋走滑的端部应变转换处，同时青藏高原东向挤压造成的塑性流动遇到相对稳定的华南块体(四川盆地)的阻挡，使管流层内的物质在边界附近堆积并形成较大的向上流体压力作用于弹性上地壳^{[7, 11]}。安宁河北部的石棉至冕宁、西昌地区的垂向运动速率不明显，约0.0~2.0 mm/a。

2) 四川盆地处于稳定状态，速率约0~1 mm/a，在误差范围之内。

3) 滇西北大部分区域垂向速率为0~2 mm/a，与郝明^[8]给出的1~3 mm/a基本一致，与王庆良等^[10]给出的结果有所差异，主要与平差时选择的基准有关。值得注意的是，在永胜附近出现一个异常隆起区，速率达4~5 mm/a，可能与该地区剧烈的地质构造活动有关。

4) 位于滇西南地区的思茅、勐海附近相对下沉，速率为-1~-2 mm/a，与GNSS连续站的观测结果一致(YNSM：-2.9 mm/a，YNLA：-1.9 mm/a)，来自青藏高原北部物质向南-南东向的推挤受到印支-缅甸块体的阻挡，发生东西向的拉张可能是该地区沉降的主要原因。

4 主要断裂活动特征

图 4给出了12条水准剖面的空间分布，图 5给出了穿过断层的垂直速率剖面，其中垂线为断层与水准路线相交的位置，水平箭头表示断层倾向。

1) 剖面a(图 5(a))两期水准分别施测于1998年和2013年，穿过鲜水河断裂的南东段(与折多塘跨断层场地相距约6.6 km)、安宁河断裂北段，并沿安宁河断裂西侧展开。该地区2013-04发生芦山7.0级地震，宋成科等^[12]认为地震不会对垂直形变产生显著性影响。从图 5(a)看出，鲜水河断裂、龙门山断裂、安宁河断裂交汇处处于快速隆升阶段，速率为4~6 mm/a，在鲜水河断裂两侧形成近2 mm/a的差异性隆升，属压性运动。安宁河断裂附近为1~2 mm/a，两侧差异不明显，约0.3 mm/a，属弱压性运动，与刘冠中等^[13]、马伶俐等^[14]、刘峡等^[1]的结果一致。

2) 剖面b(图 5(b))的施测时间分别为1992年和2013年，穿过则木河北段。结果显示，则木河断裂的差异性隆升约0.7 mm/a，断层活动表现为张性，与西昌跨断层场地观测结果一致。测区内有3条水准路线穿过小江断裂(图 5(c)、(d)、(i))，c、d两条水准剖面位于小江断裂的中北部，相距约60 km(位于宜良跨断层场地北侧和南侧)，可以看出小江断裂的西支活动性强于东支，均表现出压性运动；位于小江断裂南部的剖面i(图 5(i))，显示南部断裂活动性小于北部，呈弱压性运动，与宜良跨断层场地的背景运动相似(左旋、压性)。

3) 剖面g(图 5(g))施测时间分别为2006年和2016年，穿过丽江-小金河断裂、程海断裂。结果显示，程海断裂的上盘处于快速隆升阶段，相对下盘的隆升速率1.5~2 mm/a，属于强烈的压性运动，丽江-小金河断裂也呈现弱压性活动，与跨断层场地的观测结果一致。

4) 剖面f、e、i、h(图 5(f)、(e)、(i)、(h))分别施测于1992年和2013年，图 5(f)显示，南华楚雄断裂差异性运动不明显，无明显张压性运动。图 5(e)显示磨盘山-绿汁江断裂活动性不明显，无明显的张压特性。穿过红河断裂南段的水准剖面i(图 5(i))显示断裂两侧没有明显的差异性运动，张压不明显。位于滇藏交界处的长水准剖面h(图 5(h))显示，自芒康至中甸形成明显的阶梯速率，两端的速率差异接近4 mm/a，形成非常明显的梯度带，值得关注。

5) 剖面j、k(图 5(j)、(k))位于滇西南地区，穿过南汀河断裂，分别施测于1992年和2013年。图 5(k)表明南汀河断裂北东段属张性活动，南汀河断裂西支和东支属压性活动，且东支断裂两侧的差异运动达1.5 mm/a，高于西支断裂。图 5(l)显示孟连-澜沧断裂、打洛-景洪断裂、景洪-大勐龙断裂均处于强压性活动。

5 结语

本文利用1990~2016年的水准观测资料，采用少量GNSS点的垂向速率进行约束平差，获取了川滇地区基于ITRF2005的垂直形变场，解决了水准复测资料研究地壳垂直运动中速率基准缺失的问题。以水准路线上的其他GNSS连续站速率作为验证，平差后水准点的垂向速率可靠性优于0.87 mm/a，且误差分布均匀，避免了误差积累。

川滇地区现今地壳垂直运动速率场表明，川西地区处于快速差异性隆升阶段，位于鲜水河南东段的贡嘎山地区隆升速率最快，达5~6 mm/a；四川盆地处于相对稳定的状态，垂向运动不明显；滇西南地区受应力拉张的作用，略有下沉。断层剖面结果表明，活动较为明显的断裂主要有鲜水河断裂南东段、安宁河-则木河断裂、丽江-小金河断裂、程海断裂、南汀河断裂和打洛-景洪断裂等。