青藏高原东南缘位于青藏高原东部与华南块体西部所组成区域的中间地带，横跨四川和云南两省。新生代以来，由于青藏高原物质向东侧流动及阿萨姆(Assam)顶点楔入的作用^[1]，该区域构造活动复杂，地震活动频发，是我国现今地壳形变和构造活动极为强烈的地区之一。

近年来，随着空间大地测量技术的迅猛发展，尤其是全球定位系统GPS在地壳形变研究领域的广泛应用，推动了国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”和“中国大陆构造环境监测网络”的建立和定期观测，在全国范围获得了大量高精度的GPS观测资料，为开展中国大陆现今地壳运动和动力学研究提供了有力的数据支持。

一直以来，对于青藏高原的构造运动存在着两种学说。第一种学说认为，印度板块向北挤压欧亚板块形成的青藏高原碰撞带由一系列块体拼接而成，变形主要发生在块体边界，表现在区域内多条快速运动的走滑断层上，块体内部不会产生变形，即“刚性块体模型”^[2-3]。基于这种观点，青藏高原的缩短可以解释为由于块体的快速北向挤压造成。另外一种学说认为，存在一个柔软的下地壳，使得上地壳和地幔之间发生“解耦”，印度板块的北向挤压导致了下地壳的增厚以及剧烈的地壳形变，即“塑性薄皮模型”^[4-5]。这两种学说对青藏高原的地壳变形模式有着不同的解释，但近年来大量地壳运动研究成果表明，这两种极端模型都不能独立地解释青藏高原现今地壳形变特征。本研究根据“中国大陆构造环境监测网络”1999~2015年的GPS观测数据，获得ITRF2014框架下滇西菱形块体区域测站的水平速度场，分析该区域速度场的总体分布趋势，并对该区域内主要活动断层的走滑情况进行定性和定量分析，判断研究区域地壳形变用何种模型解释比较合理。此外，根据获得的速度场资料利用“三角形法”解算了该区域的主应变和剪应变，并结合区域地震资料进行现今地壳运动综合分析和对比研究。

1 GPS数据处理

本研究所用的GPS数据来自“中国大陆构造环境监测网络”(简称陆态网)位于青藏高原东南缘的56个GPS连续站和363个GPS分期观测的区域站，GPS测站点位分布如图 1。其中，连续站中的XIAG和KMIN是陆态网一期测站，已经观测了16 a(1999~2015年)，其余的连续站均为陆态网二期测站，已经观测了6 a(2010~2015年)。GPS区域站同样分为一期和二期，一期测站观测始于1999年，至少包括8期观测数据，二期测站开始于2009年，目前总共观测了4期。

利用Bernese5.2对GPS观测数据进行处理，采用国际地球自转服务(IERS)推荐的一般模型，IGS提供的FES2004海潮改正、大气S1-S2潮汐改正以及卫星和接收机绝对相位中心改正。对流程延迟模型采用GMF模型，一阶电离层延迟通过无电离层线性组合进行改正，电离层延迟的高阶项通过模型消除。

Bernese软件与其他GPS数据处理软件(GAMIT、GIPSY)的不同之处在于基线选取、模糊度解算和框架实现方面。对于基线选取，在处理数据时选取“OBS-Max”准则；在模糊度解算方面，Bernese软件中有4种解算方法，分别是MW/L₃、L₅/L₃、QIF和L₁/L₂，根据基线的长短自动选取对应的解算方法，基线长度为200~6 000 km时采用MW/L₃，20~200 km时采用L₅/L₃，20~2 000 km时采用QIF，小于20 km时采用L₁/L₂。在本文的数据处理中，大约83%的指定模糊度被成功解算。模糊度解算完成后，考虑站与站之间的几何关系并改正卫星轨道，将几类GPS观测值联合起来组成观测值方程，解算出测站坐标，进而拟合出速度场。

2 青藏高原东南缘地壳运动速度场分析

GPS观测数据解算获得的速度场对揭示现今构造变形分布、内在机理等方面起着关键性作用。图 2为青藏高原东南缘相对欧亚板块固定的GPS水平速度场矢量图以及速度模量图。从水平速度场矢量图来看，该区域现今地壳运动方向总体上呈现由东向到东南向、再到南西向的顺时针旋转分布；从水平速度大小分布来看，则呈现菱形块体中间大两侧小、由北向南逐渐减弱的态势，表明随着印度板块向北推挤欧亚板块，由青藏高原缩短和隆升而导致的物质东向侧移受到华南块体阻挡后，运动方向由东向南西向折返。另一方面表明，这种折返运动很可能是由于下地壳乃至上地幔中物质的解耦，形成通道式的下地壳物质折返南移所致，并且这种地壳内部的通道式物质南移大体上对应地表滇西菱形块体的分布，其现今运动在块体的东西两侧及南面都受到围限和阻碍，造成应变的不断累积和释放，区域内地震活动频发。从图 3(单位mm/a)的统计结果可见，422个GPS观测站点水平速度E方向速度分量值96%位于-5~20 mm/a之间，其中位于0~10 mm/a之间的站点最多，占61%；N方向速度分量值92%位于-15~0 mm/a之间，小于-15 mm/a和大于0 mm/a的站点各占4%，位于-15~-10 mm/a、-10~-5 mm/a、-5~0 mm/a之间的站点比例相当，分别占33%、30%、29%。区域速度场大小分布一定程度上验证了“塑性薄皮模型”学说。

速度剖面投影法是一种简单有效的活动断层研究方法，通过投影得到的GPS站点速度在平行和垂直于断层方向的分量能够直观地反映断层两侧站点速率随着站点与断层之间距离的变化情况^[6]。本文根据研究区域主要断裂分布情况以及前人所研究的热点断裂，选取其中的7个主要断裂进行分析，分别为甘孜-玉树断裂带、鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带、小江断裂带、红河断裂带和丽江-小金河断裂带。对断裂带两侧站点速度分别沿垂直断层的剖面进行投影，图 4中的矩形方框标示了一系列跨断层剖面选取测站的范围。根据每个剖面断层两侧测站平行和垂直于断层速度分量的差异，提取各断层运动的走滑分量和挤压(或拉张)分量，结果见表 1。

2.1 甘孜-玉树-鲜水河断裂带

甘孜-玉树断裂带是广义的鲜水河断裂带的西北延伸部分，是青藏高原川滇菱形块体向东挤出的北部边界，其结构较为复杂^[7]，如图 4中编号为1的矩形框区域。鲜水河断裂带位于青藏高原东南缘的四川省西部地区，是一条北西走向的断裂带，该断裂带历史上发生过多次强震，地震活动活跃^[8]，如图 4中编号为2的矩形框区域。对断裂带两侧矩形框内的站点速度分别进行沿断层方向和垂直断层方向的投影，由剖面断层两侧站点速度平均值之差估算断层的走滑运动或张/压速率。从图 5可见，甘孜-玉树断裂带和鲜水河断裂带均表现为左旋走滑运动，走滑速率分别为3.2 mm/a和12 mm/a(见表 1)。由垂直于断层的速度分量剖面图(图 5(b)、图 5(d))可见，甘孜-玉树断裂带拉张速率为2 mm/a，鲜水河断裂拉张速率为1 mm/a(表 1)，均表现为弱张性。

2.2 安宁河-则木河断裂带

川西的安宁河-则木河断裂带属于川滇活动地块东边界的一部分，其中安宁河断裂带呈近南北走向，长约170 km，则木河断裂带走向北北西，长约110 km，安宁河-则木河断裂带在近500 a发生过多次强震，是一条强震多发带^[9]。从安宁河-则木河断裂带的速度剖面(图 6)可见，安宁河-则木河断裂带表现为左旋走滑运动特征，安宁河断裂带左旋走滑速率为9.6 mm/a，则木河断裂带左旋走滑速率为8 mm/a；安宁河断裂带表现为挤压的运动特征，挤压速率为5.8 mm/a，而则木河断裂带表现为拉张的运动特征，拉张速率为3.6 mm/a。

2.3 小江断裂带

小江断裂带是云南地区较为重要的活动断裂带，位于川滇菱形块体南半部的东边界，呈南北走向，全长约450 km，北部与四川则木河断裂相连，南部被红河断裂所截，同时在距离红河断裂约50 km的区域，与近北西向的石屏-建水断裂和通海-峨山断裂相交，使得小江断裂带成为一个构造较为复杂的区域^[10]。从小江断裂带的GPS速度剖面图(图 7)可见，小江断裂带表现为左旋走滑的运动特征，走滑速率为11.6 mm/a，走滑速度较快；垂直于断裂走向的性质表现为挤压，挤压速率为1.6 mm/a，挤压速率较小。从图 7左图可见，断层两侧GPS速度大小表现出明显的规律，断层走向左侧GPS速度聚集在一定数值区间内，右侧也聚集在一定区间内，如果事先不知道断层的具体位置，根据GPS速度的这种分布规律，可以较准确地确定断层所在位置。

2.4 红河断裂带

红河断裂带是横贯云南的一条巨型走滑断裂带，构成滇西菱形块体的西南边界，由多条次级断裂组成，地层结构复杂，第四纪以来仍有强烈活动，且活动特征在时空上差异较大。其总体走向北西，略向南西突出，呈弧形，北起青藏高原，穿越云南及越南北部，向东南延伸入南海，在中国境内长约600 km^[11]。根据红河断裂带的实际走向，将其分成东西两段(图 4中编号6和7)分别进行研究。由图 8(左列)可见，红河断裂带的东段和西段均表现为右旋走滑的运动特征，走滑速率分别为5.6 mm/a和6 mm/a。从垂直于红河断裂带投影的GPS速度剖面图(图 8右列)可见，红河断裂带的东段和西段均表现为拉张的运动特征，拉张速率分别为6.4 mm/a和4.4 mm/a。和该区域其他断裂的走滑、挤/拉速率相比，红河断裂的拉张速率较大，走滑速率中等。

2.5 丽江-小金河断裂带

丽江-小金河断裂是川滇菱形块体内部的一条重要活动断裂，将菱形块体一分为二，成为陆块内一条重要的横向活动构造带^[12]。根据丽江-小金河断裂的走向，将其分为东西两段分别进行研究。从图 9可见，该断裂带的东段表现为左旋走滑，走滑速率为5.6 mm/a，而西段则表现为右旋走滑，走滑速率为2.4 mm/a，与前人的研究结果丽江-小金河断裂的中段存在5.4±1.2 mm/a的左旋走滑速率基本一致。本研究得出该断裂的西段为右旋走滑，与其他研究者的结果不同，有待进一步验证。从垂直于丽江-小金河断裂带投影的GPS速度剖面图(图 9右列)可见，该断裂表现为挤压的运动特征，东段挤压速率为5 mm/a，西段挤压速率为2.4 mm/a。从该断裂的走滑、挤压速率可以判断出，该断裂存在着较高的地震危险性。

3 应变率场分析 3.1 未顾及应变值尺度相对性的应变解算

水平速度场空间分布的不一致性是地壳变形的直接反映，应变场是地壳形变的主要参数，是描述区域形变的重要指标，该指标不受参考框架的影响，并能从不同分辨率反映区域形变特征^[6]。本文利用“中国大陆构造环境监测网络”1999~2015年的GPS观测数据获取的速度场，根据传统解算应变的方法(三角形法)，计算了青藏高原东南缘的主应变率场和最大剪应变率场。主应变率结果(图 10左)显示，主应变率高值区基本上都位于断裂带附近，块体内部主应变率较小。龙门山断裂带以垂直于断层方向的主压应变率为主，断裂带两侧主应变率值较小，而断裂带中段主应变率值较大，在该断裂带南段以沿断裂走向的主张应变率为主，表明青藏高原物质向东流动在龙门山断裂带附近受到阻挡，应变能不断积累，所以该断裂带仍然是地震活动频发地区。川滇菱形块体边界分布着的许多活动断裂也是主应变率的高值区，菱形块体东边界的主压应变率的方向从东西向到东南向、进而到南北向过渡，对应着断裂带的交替改变。甘孜-玉树断裂带北段主应变率值较小，南段近东西向的压应变率值和近北北西向的张应变率值相当。鲜水河断裂带主压应变率的方向为近北西向，主张应变率的方向近北东向，该断裂带附近以压应变为主，其值较区域内其他断裂带附近的主应变率值大，表明该断裂带地壳活动剧烈。安宁河-则木河断裂带主压应变率呈近北西向，主张应变率呈北东向，但这两个断裂带附近的主应变率值较其他断裂带小。小江断裂带北段属于地应变率低值区，南段主应变率值较大，且主压应变率呈近南北向，主张应变率呈近北北东向。红河断裂带主压应变率方向呈平行于断裂走向，主张应变率呈垂直于断裂方向，该断裂北段主应变率值较大，而南段主应变率值较小，表明现今红河断裂带北段地壳活动较强，这从最大剪应变率图中也能看出(图 10右)。丽江-小金河断裂带主压应变率值和主张应变率值均较大，主压应变率基本上都垂直于断层方向。最大剪应变率的结果(图 10右)表明，最大剪应变率高值区位于川滇菱形块体的东西边界及丽江-小金河断裂带，龙门山断裂带也为最大剪应变率高值区。由图中显示的震级大于6级的地震分布情况可以发现，大地震并不都发生在最大剪应变率的高值区，也发生在最大剪应变率低值区。龙门山断裂带发生的大地震较多，近期共发生3次6级以上地震，表明该区域地壳活动剧烈，具有重大研究价值。此外，云南西南角也为最大剪应变率高值区，一种可能是云南西南角确实现今地壳活动剧烈，因为该区域也分布着许多小型断裂，但也有可能是由于应变率值与计算的图形尺度有着显著的相关性。江在森等^[13]详细讨论了应变值的尺度相对性问题，下面将根据其得出的结论对云南西南角异常的最大剪应变率值进行讨论。

3.2 应变值的尺度相对性讨论

从图 10(右)可以发现，甘孜-玉树-鲜水河断裂带、小江断裂带、红河断裂带北段、丽江-小金河断裂带、云南西南角均为最大剪应变率，且量值相当，不免产生疑问——这些高值是否真实反映了区域的地壳运动现状，还是因为受到图形尺度的影响而变成高值?本节将简要讨论研究区域内最大剪应变率与图像尺度的相对性问题，采用的方法主要来自于江在森等^[13]对应变值的尺度相对性问题研究得出的结论。图 11为尺度归化前应变率与图形尺度之间的关系，图 12为归化前应变率的统计平均值与图形尺度之间的关系，图 13为归化前应变率值均方差与图形尺度间的关系。从图 11可见，应变率值与图形尺度之间存在显著相关性；图 12、图 13显示，统计均值和方差与图形尺度间的关系均呈幂指数递减特征，所以对最大剪应变率进行尺度归化有着充分的必要性。

本研究对利用三角形法解算出的最大剪应变率场统一归化到50 km尺度的应变值，不同尺度应变率值统一归化处理采用江在森等^[13]提出的公式：

$ {{{\varepsilon }'}_{i}}={{\bar{\varepsilon }}_{0}}+\left( {{\varepsilon }_{i}}-\bar{\varepsilon } \right)\frac{{{m}_{0}}}{{{m}_{i}}} $

图 14为经尺度归化前应变率-尺度分布图，图 15为经尺度归化后应变率均方差-尺度分布图。对归化后的应变率值-尺度分布同样采用幂指数函数模型进行回归分析，得出其相关系数和幂指数基本趋近于0。对1999~2015年青藏高原东南缘最大剪应变率场进行尺度归化后的等值图见图 16。结合图 10和图 16可见，尺度归化处理前后，最大剪应变率的分布基本上一致，只是在量值上有所差异。归化前为高值区的区域，如小江断裂带、红河断裂带北段、云南西南角，归化后其值有所减小，不再是最大剪应变率最高值区。因为本文是以50 km尺度作为标准尺度进行归化计算的，所以对大量小于50 km尺度的应变值有不同程度的减小。

4 结语

利用“中国大陆构造环境监测网络”1999~2015年的GPS观测数据，研究了青藏高原东南缘测站在ITRF2014框架下的水平速度场以及应变率场，详细分析了川滇菱形块体断裂带的走滑、挤压/拉张性质和大小，得出如下结论：

1) 从青藏高原现今地壳运动速度场矢量图来看，相对于稳定的欧亚板块，该区域地壳运动方向总体上呈现由东向到东南向、再到南西向的顺时针旋转分布；从运动速度大小来看，该区域呈现出川滇菱形块体中间大两侧小、由北向南逐渐减弱的现象。这一方面表明，随着印度板块的向北推移，青藏高原隆升而导致的物质东向侧移受到华南块体阻挡后运动方向由东向南西方向折返；另一方面表明，这种折返运动很可能是由于下地壳乃至上地幔中物质的解耦，形成通道式的下地壳物质折返南移所致。

2) 青藏高原东南缘的主应变率场的高值区均位于各断裂带附近，川滇菱形块体鲜水河断裂带、小江断裂带南段、红河断裂带北段以及丽江-小金河断裂带和龙门山断裂带都为主应变率的高值区。主压应变率的方向由甘孜-玉树断裂带的近东西向到鲜水河断裂带的近北西向，到安宁河-则木河的近北北西向，再到小江断裂带的近南北向，可见主压应变率的方向表现出顺时针旋转的变化规律，而且对应着断层的交替改变。菱形块体东西边界也是最大剪应变率的高值区，其中鲜水河断裂带、安宁河-则木河断裂带以及云南西南角为最大剪应变率最高值区。从该区域大地震的分布情况来看，大地震并不总是发生在最大剪应变率的高值区。龙门山断裂带大地震发生频率较高，地壳活动频繁。

3) 对顾及了图形尺度的最大剪应变率场与没有顾及图形尺度的最大剪应变率场进行比较。考虑应变值的尺度相对性后，云南西南角的最大剪应变率较未顾及尺度相对性变小，整体上归化后的最大剪应变率场更为合理，但是归化前后两幅图差异不是十分明显。

4) 从川滇菱形块体东西侧断裂带的速度剖面图可见，菱形块体东侧断裂均为左旋走滑断裂，西侧红河断裂均为右旋走滑断裂，其中鲜水河断裂、安宁河-则木河断裂、小江断裂左旋走滑速率较快，甘孜-玉树断裂左旋走滑速率较慢。甘孜-玉树断裂、鲜水河断裂、则木河断裂、红河断裂均表现为拉张性质，而安宁河断裂、小江断裂以及丽江-小金河断裂表现为挤压性质，甘孜-玉树-鲜水河断裂和小江断裂的拉张、挤压速率较低，红河断裂的拉张速率较大。