2018, Vol. 38
云南地区位于我国南北地震带最南端，东邻扬子地块，西接缅甸块体。该地区构造运动剧烈，断层发育丰富，地震活动频繁，尤其是滇西地区(图 1)。该区域地表地质构造主要以北北西、近南北向走滑变形为主。区域中的小江断裂作为川滇地块与华南地块边缘断裂，是一条强震发生带。据记载，自公元1500年以来，沿断裂带共发生38次4.7级以上地震，其中3次地震震级接近8级[1-6]。小江断裂南段与北西走向的曲江断裂和红河断裂相交会，构成特殊而复杂的构造格局(楔形断块构造)，控制着该区的地震活动性。云南地区具有特殊的构造环境和频繁的强震活动，是研究我国大陆南北地震带南端强震孕育环境的理想场所[7-8]。
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图 1 云南主要断裂、地震及GPS剖面分布 Fig. 1 Main faults, earthquakes and GPS profile distribution in Yunnan |
本文利用2009~2015年的GPS水平运动速度场数据，解算云南地区的地壳应变场，包括最大剪应变率、面膨胀率、主应变率，针对红河断裂与曲江断裂，选取两个GPS剖面，计算并分析两个断裂的应变积累特征。
1 数据与计算方法如图 1所示，云南地区发育了众多断裂构造，主要包括安宁河断裂、红河断裂、曲江断裂、小江断裂、怒江断裂以及无量山断裂。针对历史地震形成的地震空区——红河断裂与曲江断裂，本文计算了两个GPS剖面，分析其应变积累特征，其中红河断裂剖面选取断裂两侧各80 km范围，曲江断裂选取断裂两侧各120 km范围。数据方面，选用2009~2011年、2011~2013年、2013~2015年3个周期的GPS水平运动速度场(计算相对于欧亚板块，误差椭圆为95%置信度)，3期GPS观测站数分别为170、171、188。
利用最小二乘配置法通过建立水平运动速度值经验协方差函数，借助位移与应变的偏导关系获取水平视应变场分布。基于连续介质假设，仅反映各个站点水平运动的相对差异情况，当研究区域较大时，需要考虑站点所在纬线、经线方向(表示正WE和SN)与投影平面直角坐标X、Y轴向的偏差角，使所计算的有关应变参数有确切的方向含义。由位移与形变的偏导关系可获取研究区内任一点的应变张量，包括主应变、面膨胀及最大剪应变等物理量。本文使用均匀形变模型计算研究区域的应变率场。
2 应变场分析 2.1 GPS水平运动速度场2009~2011年(图 2(a))：昆明西北方向、安宁河断裂西侧速度场年平均位移量较大，约12.0 mm/a，方向SSE，到小江断裂处方向偏转为SE，速度场降为8.0 mm/a。由于红河断裂、曲江断裂与GPS水平运动速度方向夹角的关系，形成了两处断裂以右旋走滑的运动为主，具体走滑量值见GPS剖面计算结果。2011~2013年(图 2(b))：滇西北地区速率及方向与2009~2011年周期变化不大，但小江断裂以东速率减小至5.0 mm/a。两期GPS速度场数据在小江断裂处的速率与方向结果表明，小江断裂以东地壳较为坚硬，物质在小江断裂得到阻隔与闭锁。2013~2015年(图 2(c))：变化较大的仍为小江断裂以东，速率恢复至2009~2011年周期，地壳应力场明显增强。
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图 2 云南地区GPS与应变场时空演化 Fig. 2 Spatial and temporal evolution of GPS and strain fields in Yunnan area |
2009~2011年(图 2(a))：最大剪应变率高值区主要分布在红河断裂中段与西北段，以及小江断裂中南段。2011~2013年(图 2(b))：由于整体GPS速度场的减弱，本期高值区主要集中于云南南部的龙陵-澜沧断裂。2013~2015年(图 2(c))：最大剪应变率高值区与2009~2011年较为类似，集中于小江断裂中段与红河断裂西北段，最大为24.67×10-8/a，与洪敏等[9]的计算结果20×10-8/a较一致。
2.3 面膨胀率图 2中，色带红色正值代表拉张，蓝色负值表示挤压。2009~2011年(图 2(d))：张性高值区主要分布于红河断裂西北段与小江断裂中段西南侧，约20.75×10-8/a。此外，丽江向东条形带面膨胀率(2.0~5.0)×10-8/a，较李延兴等[10]的结果(10~40)×10-9/a偏大，表明现今该区域的张性应变率逐渐增强，压性高值区位于红河断裂中南段，以及云南西部龙川江断裂。2011~2013年(图 2(e))：张性高值区位于云南南部的龙陵-澜沧断裂，该结果与本期最大剪应变率一致，而压性高值区则位于龙陵-澜沧断裂东西两端以南，以及永胜-宾川断裂带东侧，此外，压性区域还分布于小江断裂中、南段。2013~2015年(图 2(f))：张性高值区位于小江断裂中南段以东，约21.54×10-8/a，压性高值区分布于曲江断裂南段、红河断裂南段、龙陵-澜沧断裂以及昆明附近。
2.4 主应变率2009~2011年(图 2(d))：拉张区较大的主要有维西-巍山断裂，约12.0×10-8/a；红河断裂中段北东向，曲江断裂西段以北，压性区域分布于红河断裂东南段，量值7.0×10-8/a，与李延兴等[10]利用前期数据计算的-80×10-9/a相符；云南西部的龙陵-澜沧断裂，整体表现为中部拉张、周边外围挤压的运动状态。2011~2013年(图 2(e))：张压幅度较上期减小，西南部北西向的拉张区与面膨胀率结果表现一致，高值挤压与拉张区主要集中于云南西南部，西北地区量值较小，红河断裂北段北东向拉张特征显著。2013~2015年(图 2(f))：曲江断裂南段表现为东西向较大的拉张特性，红河断裂北段东西向拉张量较大，约12.0×10-8/a，这与该地区本期的面膨胀率的计算结果一致。云南南部主要表现为NNE向的挤压特征，其他地区表现不显著。
3 GPS剖面应力积累分析利用2011~2013年、2013~2015年周期的GPS解算结果，在红河断裂北段、曲江断裂中段选取两个剖面进行应力积累的解算，获取2011年以来的应力积累演化特征。图 3(a)为平行断裂走向上盘相对下盘的相对位移，主要分析其走滑特征(负为右旋走滑，正为左旋走滑，横坐标正值为上盘，负值为下盘)。从图中可以看出，2011~2013年、2013~2015年红河断裂北段均显示上盘相对下盘的右旋走滑，量值约8.90 mm/a，近期2013~2015年走滑速率较上期更为明显。图 3(b)为上盘较下盘在垂直于断裂方向上的相对位移，表示了两盘的相对挤压与拉张运动(正为压，负为张)，近期2013~2015年量值上反映以右旋走滑为主兼顾张性的变化特征。
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图 3 红河断裂北段GPS剖面变化 Fig. 3 The GPS section variation of north Honghe fault |
在平行断裂方向上(图 4(a))，曲江断裂2011~2013年周期的右旋走滑速率幅度较大，最大约10.50 mm/a，2013~2015年明显减小；在垂直断裂走向方向上(图 4(b))，2013~2015年周期较2011~2013年的张性变化速率变大，曲江断裂中段整体表现为微弱的右旋走滑与张性变化特征。
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图 4 曲江断裂中段GPS剖面变化 Fig. 4 The GPS section variation of middle Qujiang fault |
1) 近6 a云南地区红河、曲江、小江等多个主要断裂应变场存在张、压交替的时空演化特征，近期曲江断裂南段表现为东西向较大的拉张特性，红河断裂北段东西向拉张量值较大，约为12.0×10-8/a，云南南部主要表现为NNE向的挤压特征。
2) 从GPS剖面看，红河断裂、曲江断裂在两个方向上均显示右旋走滑与拉张的变化特征，但从量值上看，红河断裂北段运动速率相对较大，约为8.90 mm/a。
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