2008年5月12日四川汶川M_S8.0地震发生在我国南北地震带中段、青藏高原东缘、巴颜喀拉块体东边界南段NE向的龙门山断裂带上^[1].震前的GPS观测结果^[1]、地震地质研究结果^[2-8]以及历史地震记录^[2-3]，都表明龙门山断裂带滑动速率较低，不超过~2 mm/a，而从震前GPS给出的青藏高原及周边地区相对欧亚框架的速度场来看，龙门山断裂带两侧的巴颜喀拉块体东部和四川盆地相对运动速度约~8 mm/a^[9-14]，说明从巴颜喀拉块体东部到四川盆地存在着明显的速度衰减.作为华南块体一部分的四川盆地非常稳定，速度的衰减主要发生在龙门山断裂带西侧的巴颜喀拉块体东部，那么这种速度衰减过程如何？巴颜喀拉块体东部的主要活动断裂带有龙日坝、岷江和虎牙等活动断裂带，这些活动断裂带的存在使得从巴颜喀拉块体东部向东运动的速度并非连续性的递减而是呈现分块运动的性质^{[5, 11, 14]}.汶川地震前，巴颜喀拉块体东部的主要强震，包括1713年M_S7.0级茂县北地震、1933年M_S7.5级叠溪地震以及1976年松潘-平武两次M_S7.2地震等都集中在岷江断裂带及其南延以及虎牙断裂带上分布^[3]，同样说明巴颜喀拉块体东部的龙门山断裂带和龙日坝断裂带之间的变形不是连续变形，而是表现出分块运动的特征.巴颜喀拉块体东部存在哪些次级块体？这些次级块体的形变运动特征如何？与龙门山断裂带的低滑动速率有何关系？如何认识龙门山断裂带低滑动速率的性质？

针对上述问题，本文拟在综合分析巴颜喀拉块体东部的活动断裂、地震活动性、GPS观测资料所反映的地壳形变特征、地球物理场等资料的基础上，对巴颜喀拉块体东部进行活动块体的划分.然后基于活动块体划分的结果，重点研究各活动块体的形变运动方式、巴颜喀拉块体向东运动的衰减、龙门山断裂带的形变特征以及龙门山断裂带低滑动速率的原因，进而讨论巴颜喀拉块体东部活动块体相互运动与汶川地震发生之间的关系，以期加深对汶川地震孕育、发生机制的理解与认识.

活动块体是新构造运动期间脆性地壳局部变形的产物，是指被晚第四纪活动构造切割、围限、至今仍然活动着的构造单元^[15].活动块体的运动是通过不同类型的边界活动构造带，特别是活动断裂的有震或无震破裂和摩擦滑动及其附近较窄范围内的柔塑性变形实现的，块体边界活动构造带对历史、现今和未来破坏性地震具有明显的空间限制作用^[16-17].具有一定规模的空间尺度和整体一致运动学特征，且内部变形较小，地震活动性相对较弱，周围被运动学上相互协调的不同类型的活动断裂带或地震带等围限的构造域，可以作为一个独立的活动块体^[17].

巴颜喀拉块体东部位于我国南北地震带中部，由于受到强烈的现今地壳变形的影响而形成一系列大型活动断裂带，并且在这些断裂带上发生过多次地震（图 1）.研究区内的主要断裂带包括东昆仑断裂带、龙门山断裂带、甘孜-玉树断裂带、鲜水河-小江断裂带和西秦岭北缘断裂带等，此外还包括一些次级断裂带，龙日坝断裂带、岷江断裂带和虎牙断裂带等，主要断裂带的运动参数参见表 1.图 1给出了研究区4级以上地震的分布，通过对区内主要强震（M_S≥7.0）的发震断裂进行统计发现，这些强震主要集中在区内的一些大型活动断裂带上^[21-22]（图 1）.有关活动断裂带和地震的资料是我们进行活动块体划分、研究区域地壳形变特征的基础.

图 1

Fig. 1

图 1 巴颜喀拉块体东部主要活动断裂带和地震活动 断裂资料来源于邓起东等[18]和徐锡伟等[5]；震源机制解资料来自Harward CMT[19]；汶川地震余震资料来自CENC[20].XQLBY-Fau：西秦岭北缘断裂带；LL-Fau：礼县-罗家堡断裂带；LD-Fau：临潭-宕昌断裂带；BLJ-Fau：白龙江断裂带；CX-Fau：成县-太白断裂带；DKL-Fau：东昆仑断裂带；TZ-Fau：塔藏断裂带；WX-Fau：文县断裂带；LMS-Fau：龙门山断裂带；HY-Fau：虎牙断裂带；MJ-Fau：岷江断裂带；LRB-Fau：龙日坝断裂带；GZ-Fau：甘孜-玉树断裂带；XSH-Fau：鲜水河断裂带；ANH-Fau：安宁河断裂带；DLS-Fau：大凉山断裂带；GL-Fau：甘孜-理塘断裂带；YXN-Fau：玉希农断裂带；XJH-Fau：小金河断裂带. Fig. 1 Main active fault and historical strong earthquakes in the eastern segments of the Bayan Har block Active faults after Deng[18] and Xu[5]; Focal mechanism solutions from Harward CMT[19]; Aftershocks of Wenchuan earthquake from CENC[20].

表 1(Table 1)

表 1 巴颜喀拉块体东部活动全新世断裂滑动速率 Table 1 Holocene slip rate of the active faults in eastern of the Bayan Har block

表 1 巴颜喀拉块体东部活动全新世断裂滑动速率 Table 1 Holocene slip rate of the active faults in eastern of the Bayan Har block

通过对区内活动断裂带空间展布和强震空间分布特征的综合分析，以东昆仑、龙门山、甘孜-玉树、鲜水河-小江和西秦岭北缘等断裂带为边界带将巴颜喀拉块体东部及邻区划分为巴颜喀拉、川滇、华南和西秦岭等4个一级块体（图 2）.需要指出作为巴颜喀拉块体北边界的东昆仑断裂带过其塔藏断裂带段后的延伸是如何确定的.巴颜喀拉块体的南东边界龙门山断裂带处于高挤压区，汶川地震的余震和地震地表破裂带都是单侧向北东方向延伸，地表破裂带在南东段以逆冲型为主，到北东段逐渐转变为以逆冲兼走滑^[13]，余震震源机制解的分布同样表现出这一特征，在破裂的北东段震源机制发生了由北东向挤压逐渐转变为北西向走滑的特征^[23-24]，因此本文以汶川地震余震分布的北东端点为起点沿着走滑型震源机制解向北西方向延伸的断裂带作为巴颜喀拉块体的北边界的东端^[24]，这一断裂带向北西与东昆仑断裂带塔藏段相接，至此完成研究区内一级块体的划分（图 2）.

图 2

Fig. 2

图 2 巴颜喀拉块体东部主要活动块体初步划分结果 图中（a）为假定岷江断裂向南西方向延伸的划分结果；（b）为假定岷江断裂带向南延伸划分结果；其中，Ⅰ为巴颜喀拉块体：Ⅰ1阿坝次级块体，Ⅰ2马尔康次级块体，Ⅰ3龙门山次级块体，Ⅰ4摩天岭次级块体；Ⅱ川滇块体；Ⅲ华南块体；Ⅳ西秦岭块体：Ⅳ1岷县次级块体，Ⅳ2礼县次级块体；断裂带名称同图 1. Fig. 2 Primary Block models in the eastern segments of the Bayan Har block Ⅰ:Bayan Har block, Ⅰ1:Aba Subblock; Ⅰ2:Maerkang subblock; Ⅰ3:Longmenshan subblock; Ⅰ4:Motianling subblock; Ⅱ:Chuandian block; Ⅲ:South China block; Ⅳ:Xiqinling block, Ⅳ1:Minxian subblock; Ⅳ2:Lixian subblock, Fault names are same asFig. 1.

在巴颜喀拉块体内部的划分上，Shen^[11]最早利用GPS速度场资料发现巴颜喀拉块体内部的龙日坝断裂带两侧的GPS测站速度有明显差异，具有明显的梯度特征.徐锡伟等^[5]通过卫星影像解译和野外考察证实了龙日坝断裂带的存在，验证了GPS结果的正确性.区域人工地震探测资料揭示龙日坝断裂带为阿坝地区中上地壳偏低速异常区的南界，主断面倾向北西，倾角向深部逐渐变小，在15~20 km深部低速层顶部附近变成平缓的滑脱面^[35].根据上述内容以龙日坝断裂带为界将巴颜喀拉块体东部分为东西两个次级块体，分别称为阿坝次级块体和龙门山次级块体.龙日坝断裂带以西的阿坝次级块体内部的强震主要为1947年达日M_S7.7级地震，但该区没有明显的高速活动断裂带被发现，因此对龙日坝断裂带以西的次级块体没有进行更细的划分^[24].龙日坝断裂带以东，龙门山次级块体内部的断裂带主要有岷江断裂带和虎牙断裂带，强震主要有1933年叠溪M_S7.5级地震、1976年发生在虎牙断裂带上的两次M_S7.2级地震^[22].

早期对岷江断裂带的研究，在断裂带的运动性质和断裂带过松潘后的几何展布上都存在较大争议^{[14, 29, 36-38]}，野外地质调查发现岷江断裂带现今活动以逆冲运动为主^[39]，最新的钻孔资料证实了这一结论^[40].岷江断裂带可能的几何展布特征决定区内次级块体的划分结果.龙日坝断裂带是晚第四纪以来由NE向龙门山断裂带中-南段朝北西方向发育的后展式推覆构造系统形成，原因是华南块体对巴颜喀拉块体南东向挤出的强烈阻挡作用^[5].岷江断裂带位于龙门山断裂带和龙日坝断裂带之间，作为推覆构造系统内的一条以逆冲性质为主的断裂带，岷江断裂带可能的展布特征之一是过松潘向南西方向延伸，走向与龙日坝断裂带和龙门山断裂带平行，倾向北西.楼海等^[41]利用布格重力资料和地形高程数据，以及由地震资料反演得到的地壳厚度数据计算了巴颜喀拉块体东部地区的均衡重力异常，结果显示在龙门山断裂带和龙日坝断裂带之间存在一条明显的均衡重力异常带，该异常带走向平行于龙日坝断裂和龙门山断裂，且其北段在松潘南与岷江断裂带相衔接，据此以岷江断裂带及其沿均衡重力异常的边界在南西方向的延伸为边界将龙日坝断裂带以东的龙门山次级块体再划分为马尔康次级块体和龙门山次级块体（图 2a）.考虑区内强震空间分布特征，在岷江断裂南段及其南延断裂上，分别发生1960年M6.7松潘地震和1933年M7.5叠溪地震^[2]，则岷江断裂带的另一展布特征可能为过松潘后向南继续延伸.岷江断裂带与松潘、叠溪两次地震形成的地表破裂带^[2]的连线继续向南延伸与2008年汶川地震地表破裂带南端相接，本文以此连线为边界将龙日坝断裂带以东的巴颜喀拉块体部分同样划分为马尔康次级块体和龙门山次级块体（图 2b）.特征明显的第四纪地貌转折带可以作为划分块体的依据^[42]，作为岷山隆起东边界的虎牙断裂带^[36]，其东侧为摩天岭块体^[36]，断裂带两侧地貌差异明显，故以虎牙断裂带及其延伸作为边界将其与东昆仑断裂带东端和龙门山断裂带所围限的区域划分为摩天岭次级块体.

东昆仑断裂带作为巴颜喀拉块体的北边界将龙门山断裂带分成南北两段，汶川地震的余震分布和地表破裂都发生在龙门山断裂的南段.为了分析被东昆仑断裂带分隔成两段的龙门山断裂带南北两段的关系，我们根据GPS反映的西秦岭块体内部的形变特征（图 4c），以成县-太白断裂带为边界将西秦岭块体划分为礼县次级块体和岷县次级块体.考虑到本文的研究重点，没有对川滇块体、华南块体以及西秦岭块体成县-太白断裂带以西的地区再进行划分.

图 4

Fig. 4

图 4 巴颜喀拉块体东部GPS速度场反映的运动学特征（1999-2007年） （a）扣除研究区的整体运动；（b）扣除巴颜喀拉块体及其北东地区的整体运动；（c）扣除西秦岭块体内部的整体运动. Fig. 4 Modern crustal motion characteristics from GPS velocities in eastern segment of Bayan Har block (1999-2007) (a) After moving the whole movement of research zone; (b) After moving the movement of Bayan Hard block and region northeastern of it; (c) After moving the whole movement of Xiqinling block.

以活动断裂、地震活动性等资料为基础的研究区活动块体划分结果反映的是研究区地壳长期变形分布特征，可以利用GPS资料来研究区域地壳现今变形特征分布是否与长期的变形结果吻合.中国地壳运动观测网络在青藏高原包括研究区在内布设了大量的GPS站点，本文利用研究区内1999、2001、2004、2007四期复测的区域观测站资料来分析该巴颜喀拉块体东部的地壳形变特征.为了能够获得清晰的研究区及周边地壳形变信息，所用GPS速度场数据分布范围稍大于块体划分的研究区域.

为了更好地分析研究区活动块体运动特征，本文将由GAMIT/GLOBK^[43]和QOCA^[44]软件计算得到的研究区相对于欧亚框架下的GPS速度场（图 3）进行了如下转换：（1）扣除研究区内GPS站点的整体运动，欧拉极为131.4°E，47.4°N，0.18°/Ma，见图 4a；（2）扣除巴颜喀拉块体及其北东地区的GPS站点的整体运动，欧拉极为96.7°E，10.2°N，0.12°/Ma，见图 4b；（3）扣除西秦岭块体内部GPS站点的整体运动，欧拉极为102.5°E，29.1°N，0.59°/Ma，见图 4c.

图 3

Fig. 3

图 3 巴颜喀拉块体东部及邻区相对于欧亚参考框架的GPS速度场（1999-2007年） Fig. 3 The GPS velocities in eastern segment of Bayan Har block relative to Eurasia plate

从GPS速度场反映的地壳运动形变特征很难区分图 2a和2b中马尔康次级块体和龙门山次级块体之间边界带两侧的变化特征，为了能清晰反映该边界带两侧GPS速度所表现出的空间特性，分别对图 2a和2b中的马尔康次级块体和龙门山次级块体的边界进行GPS剖面分析（图 5）.从图 5a中可以看出，无论是平行于断裂走向还是垂直于断裂走向的GPS速度剖面，在岷江断裂带两侧都没有明显的变化，而在图 5b中，跨岷江断裂带的GPS速度剖面存在明显的阶跃，垂直于岷江断裂走向的GPS速度显示断裂的挤压速率约为~2 mm/a，平行于岷江断裂的GPS速度剖面显示断裂带具有~1 mm/a左右的右旋滑动.可见从横跨次级块体边界的GPS速度剖面来看，图 2b中的活动块体划分结果要优于图 2a中的划分方法.

图 5

Fig. 5

图 5 横跨图 2中马尔康次级块体和龙门山次级块体间边界带的GPS速度剖面 图中（a）和（b）分别为横跨图 2a和图 2b中马尔康次级块体和龙门山次级块体间边界带的GPS速度剖面. Fig. 5 GPS velocity profile across the subblock boundary between Maerkang subblock and Longmenshan subblock in Fig. 2 (a) and (b) are GPS velocity profiles which across the subblock boundary between Maerkang subblock and Longmenshan subblock in Fig. 2a and Fig. 2b respectively.

考虑到块体划分之初，图 2b中的块体划分结果充分考虑了历史地震活动性与地震地表破裂带的展布，我们认为图 2b较图 2a中块体划分结果能更准确地反映区域活动块体运动与地壳变形特征，故确定以图 2b划分结果作为研究区活动块体划分的初步结果.

活动块体初步划分结果确定之后，接下来进行活动块体边界带的判定.由图 4a中可以看出，甘孜-玉树断裂带、鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带和小江断裂带的北西和南东侧的GPS速度场梯度变化明显，可以作为川滇块体与巴颜喀拉块体、华南块体的边界带.由图 3可见，龙门山断裂带具有一定的挤压速率，为巴颜喀拉块体和华南块体的边界带.由图 4b中可见东昆仑断裂带东段两侧GPS速度方向和大小都有明显的差异，因此可以以东昆仑断裂带东段作为西秦岭块体和巴颜喀拉块体的边界带.

巴颜喀拉块体内部，龙日坝断裂带两侧的GPS速度梯度变化也较为明显（图 4a），可以作为阿坝次级块体和龙门山次级块体的边界带.由图 4b可见虎牙断裂带西侧的GPS站点向北西方向逆时针偏转，而其东侧的站点向北偏东运动，因此可以以虎牙断裂及其南北延伸作为划分Ⅰ₃和Ⅰ₄两个次级块体的边界.在西秦岭块体内部，由图 4c可见，成县-太白断裂带两侧的GPS站点运动方向、大小明显不一致，可以作为划分礼县次级块体和岷县次级块体的边界.对于图 4b中马尔康次级块体Ⅰ₂和龙门山次级块体Ⅰ₃之间的边界，在确定块体划分结果时，已经判定完毕不再赘述.

基于上述分析，由GPS资料反映的区域现今地壳形变特征（1999-2007）显示研究区内现今较为明显的地壳变形主要集中在活动块体的边界断裂附近，与长期的地震地质资料反映的结果基本一致.

活动块体初步划分完毕后，利用F检验法对相邻块体之间的独立性进行检验^[45]，在此过程中去掉个别不协调的点^{[11, 45]}，检验过程分两步进行.首先，对研究区内的一级块体巴颜喀拉块体、华南块体、川滇块体和西秦岭块体之间的相互独立性进行检验，结果显示（表 2）相邻块体间的相互独立的显著性均为100%，说明一级块体相互之间彼此独立.其次，对巴颜喀拉块体和西秦岭块体内部的次级块体之间的相互独立进行显著性检验，结果显示（表 3），在巴颜喀拉块体内部，阿坝次级块体与马尔康次级块体之间完全独立，马尔康次级块体和龙门山次级块体之间的相互独立的显著性为96.3%，龙门山次级块体和摩天岭次级块体之间的独立性较差，为85.3%，因此将龙门山次级块体和摩天岭次级块体合并（仍称作龙门山次级块体），重新计算合并后的龙门山次级块体与马尔康次级块体之间的独立性，检验结果其显著性100%，说明巴颜喀拉块体内部的阿坝次级块体、马尔康次级块体以及合并后的龙门山次级块体之间是相互独立的，块体之间的边界带分别为龙日坝断裂带和岷江断裂带.在西秦岭次级块体内部，岷县次级块体和礼县次级块体之间的相互独立的显著性为100%.

表 2(Table 2)

表 2 巴颜喀拉块体东部相邻活动块体间相互独立的显著性检验 Table 2 The F test for active block motion in the eastern segment of Bayan Har block

表 2 巴颜喀拉块体东部相邻活动块体间相互独立的显著性检验 Table 2 The F test for active block motion in the eastern segment of Bayan Har block

表 3(Table 3)

表 3 巴颜喀拉块体东部相邻次级活动块体相互独立的显著性检验 Table 3 The f test for active subblocks motion in the eastern segment of Bayan Har block

表 3 巴颜喀拉块体东部相邻次级活动块体相互独立的显著性检验 Table 3 The f test for active subblocks motion in the eastern segment of Bayan Har block

综上所述，基于活动块体的基本概念及活动块体划分原则，综合研究区内主干活动断裂带和次级活动断裂带的空间展布、地震活动性等资料将巴颜喀拉块体东部及邻区划分为4个一级块体，巴颜喀拉块体（Ⅰ）、华南块体（Ⅱ）、川滇块体（Ⅲ）和西秦岭块体（Ⅳ）等.考虑一级块体内部次级断裂、深部地球物理场和地貌构造单元等的影响，利用GPS速度场资料、地球物理场异常资料以及区域地貌特征等，对巴颜喀拉块体东部和西秦岭块体内部进行了再划分，结合F检验法将巴颜喀拉块体东部进一步划分为阿坝次级块体（Ⅰ₁）、马尔康次级块体（Ⅰ₂）和龙门山次级块体（Ⅰ₃）等3个次级块体，将西秦岭块体划分为岷县次级块体（Ⅳ₁）、礼县次级块体（Ⅳ₂）等2个次次级块体，最终确定研究区的活动块体划分结果见图 6.

图 6

Fig. 6

图 6 巴颜喀拉块体东部主要活动块体划分结果 图中I为巴颜喀拉块体：Ⅰ1阿坝次级块体，Ⅰ2马尔康次级块体，Ⅰ3龙门山次级块体；Ⅱ为川滇块体；Ⅲ为华南块体；Ⅳ为西秦岭块体：Ⅳ1岷县次级块体，Ⅳ2礼县次级块体. Fig. 6 Active blocks in the eastern segments of the Bayan Har block

通过对巴颜喀拉块体东部及邻区活动断裂的几何展布，地震的分布、GPS观测资料所反映的地壳形变特征、地球物理场等资料的分析，给出巴颜喀拉块体东部详细的次级块体划分方案（图 6）.假定各块体近似刚性，内部变形很小或者没有变形，变形主要集中在边界断裂带上，利用欧亚框架下GPS速度场，计算了各个块体的运动特征（图 7，表 4）.

图 7

Fig. 7

图 7 巴颜喀拉块体东部各活动块体运动特征（a）及其残差（b） Fig. 7 Active block motion (a) and residuals (b) of the eastern Bayan Har block

表 4(Table 4)

表 4 巴颜喀拉块体东部及邻区活动块体运动特征 Table 4 Active block motion parameters in the eastern segment of Bayan Har block

表 4 巴颜喀拉块体东部及邻区活动块体运动特征 Table 4 Active block motion parameters in the eastern segment of Bayan Har block

近年来，发生在青藏高原内部的一系列强震都集中在巴颜喀拉块体的边界断裂带上，包括1996年11月19日的喀喇昆仑山口M_S7.1级地震、1997年11月8日玛尼M_S7.9级地震、2001年11月14日昆仑山口西M_S8.1级地震、2008年3月21日于田M_S7.3级地震、2008年5月12日汶川M_S8.0级地震、2010年4月14日玉树M_S7.1级地震以及2013年4月20最新发生的四川雅安芦山M_S7.0级地震^[20]，对高原进行活动块体及次级块体的划分无疑成为研究高原现今地壳变形、探讨地震孕育发生机理的重要途径^{[10, 11, 46-48]}.尽管一些研究认为青藏高原地壳形变广泛分布在高原的内部^[49]，但最近的一些研究认为，刚性块体模型能够较好地反映青藏高原中东部的地壳形变特征^{[11, 47-48]}，此外震间形变积累和能量释放主要以中强地震的形式为主^[50]，因此活动断裂围限的次级活动块体及块体边界断裂带构成的横向地壳结构单元是研究区域地壳形变的有效模型.本文的活动块体划分结果建立在对研究区内活动断裂带、历史强震分布以及现今GPS速度场、应变场详细分析的基础之上，是对区域地壳形变特征的有效简化，也是上地壳变形实际情况较为理想的模型，与GPS速度场吻合较好（图 7b）.

本文在块体划分结果讨论中只给出了图 2a和2b两种划分结果.实际研究中对块体的划分进行了多种可能的尝试，包括将巴颜喀拉块体东部看作一个完整的块体以及以龙日坝断裂带为边界将巴颜喀拉块体东部分成阿坝次级块体和龙门山次级块体.将巴颜喀拉块体东部看成一个块体很难解释块体内部自西向东的GPS测站速度阶梯式衰减的问题（图 5）.如果将龙日坝断裂带以东作为一个块体，闻学泽等^[2]认为这一区域为巴颜喀拉块体东边界变形带，尽管这可以解释GPS测站自西向东的速度衰减问题，但很难解释区内强震沿岷江断裂及虎牙断裂的带状分布特征以及龙门山断裂带在汶川地震中表现出的分段活动的特性（图 1），如地震仅发生在龙门山断裂带中间段，地震地表破裂带和汶川地震余震均沿着断裂带单侧向北东展布.汶川地震所反映的龙门山断裂带分段活动的特征可能说明龙门山断裂带各段属于不同的次级块体，本文给出的最终块体划分结果（图 6）正是基于此种想法给出，且在文中论述了划分结果的可行性.

本文利用震前GPS水平速度场资料（1999-2007）对研究区活动块体的运动特征进行研究.数据观测期间发生2001年M_S8.1级昆仑山口西地震，研究区内一些站点可能受到昆仑山口西地震同震及震后变形影响.昆仑山地震后，利用GPS开展的相对密集的地壳形变观测获得的同震位移表明，地震地壳形变的影响范围大致为88°E-97°E ^[51]，远在本文研究区域以西，可见昆仑山口西地震的同震位移对研究区地壳形变的影响可以忽略.GPS观测得到的震后断层蠕动变形表明，尽管地震破裂附近断层两侧有较大的相对位移，但东部甘青川一带相关断层无明显相对运动^[51]，因此昆仑山口西地震的震后形变对该区的影响同样可以忽略.GPS站点分布对活动块体运动特征的计算也有较大影响，图 7b显示本文块体模型中GPS速度残差较大的站点主要分布在川滇块体内部，而本文重点讨论的巴颜喀拉块体东部的GPS速度残差显示块体模型与GPS速度场吻合较好.

块体边界断裂的滑动速率是刚性块体模型重要的运动学参数之一，利用刚性块体的欧拉矢量参数对研究区内活动块体边界断裂的滑动速率进行分析，得到主要边界断裂的走滑和挤压/拉张速率（图 8），与已有的研究结果较为一致.其中甘孜-玉树断裂带左旋走滑速率约为11.6 mm/a，同时表现出拉张特性，拉张速率约为1.4 mm/a，与闻学泽等^[31]给出的结果较为吻合；鲜水河断裂带被龙日坝断裂带分成北西和南东两段，两段均表现出拉张特性，其中北西段走滑速率约为9.6 mm/a，拉张速率约为1.1 mm/a，南东段的走滑速率约为12.4 mm/a，拉张速率约为2.7 mm/a，与该段已有活动断裂研究结果基本一致^[17]；安宁河断裂带受川滇块体在下地壳物质南东运移作用下顺时针旋转的影响，除左旋走滑运动外还表现出一定的挤压特征，左旋走滑和挤压速率分别约为5.2 mm/a和1.0 mm/a，这与断裂带的已有研究结果^{[17, 33, 52]}基本一致；东昆仑断裂带自西向东左旋走滑速率从约9.5 mm/a降至约4 mm/a，与已有研究结果^[25-28]基本一致，断裂西段表现拉张特性，东段表现为一定的挤压活动特征；西秦岭北缘断裂带左旋走滑的同时表现出拉张的活动特性，与李传友等^[53]对该断裂的活动性研究结果较为一致；龙门山断裂带显示出明显的右旋走滑兼挤压的运动特性，自南西向北东方向，各段的水平滑动速率和挤压速率分别约为1.6 mm/a、1.3 mm/a、1.0 mm/a和1.3 mm/a、2.9 mm/a和0.9 mm/a；与龙门山断裂带相似，龙日坝断裂带同样具有右旋走滑兼挤压的运动特征，断裂滑动速率与徐锡伟等^[5]给出的结果较为一致；从计算结果来看，岷江断裂带表现为左旋走滑兼有少量挤压活动特征，滑动和挤压速率分别1.5 mm/a和0.6 mm/a，与活动构造定量研究结果基本一致^[28-29]；成县-太白断裂带具有约2.4 mm/a的左旋走滑速率和约1.2 mm/a的挤压运动速率，该断裂研究程度较低，到目前为止还没有关于该断裂活动性的报导.总的来看，巴颜喀拉块体东部走向北西或北西西的边界断裂表现出左旋滑动兼拉张的特性；走向北东的边界断裂，除成县-太白断裂带为左旋走滑外，其他均表现出右旋走滑兼有挤压的活动特征；巴颜喀拉块体东部，龙日坝断裂带南东、龙门山断裂带北西地区处于明显的挤压环境（图 8b）.

图 8

Fig. 8

图 8 巴颜喀拉块体东部活动块体边界断裂带运动速率（a）走滑分量和（b）挤压/拉张分量 Fig. 8 The strike-slip rate (a) and tensile and dip-slip rate (b) on boundary faults in eastern Bayan Har block

巴颜喀拉块体东部自西向东分为阿坝、马尔康和龙门山等次级块体，各块体间的边界带自西向东依次为龙日坝断裂带、岷江断裂带和龙门山断裂带. “中国地壳运动观测网络”1999-2007年的GPS区域网测站相对于欧亚参考框架的速度显示，阿坝、马尔康、龙门山等次级块体和华南块体水平向东的运动速率分别为13.34±1.65 mm/a、9.26±1.60 mm/a、8.47±1.59 mm/a和7.44±1.66 mm/a（表 4）.从各块体向东运动速率来看，巴颜喀拉块体自西向东或者南东的运动存在着衰减趋势，其中阿坝次级块体和马尔康次级块体之间的衰减最为明显，约4.08±1.6 mm/a，这一衰减量值与图 5a显示的龙日坝断裂带5 mm左右的右旋走滑、利用块体模型获得的断裂滑动速率（图 8）以及徐锡伟等^[5]地质调查获得的龙日坝断裂带5.4±2.0 mm/a的右旋走滑速率一致，说明阿坝次级块体和马尔康次级块体之间运动的衰减主要被龙日坝断裂带的运动所吸收；马尔康次级块体向东的继续运动在北东方向受到龙门山次级块体的阻挡，马尔康次级块体和龙门山次级块体之间的水平相对运动约~0.8±1.6 mm/a，这与图 5b中岷江断裂带~1 mm/a左右的左旋走滑速率以及野外地质调查^[29]获得的结果一致，说明岷江断裂带对巴颜喀拉块体向东运动的分解作用相对较弱.

在不考虑块体的介质性质的理想情况下，活动块体运动的拟合残差主要由两部分组成：块体内部观测误差；扣除观测误差后反映块体内部变形特征的剩余部分，也即块体的变形程度.除介质性质外，块体内部GPS站点分布、GPS数据观测误差、块体本身的大小等都对残差有影响，站点分布均匀、面积小的块体的变形程度相对较低^[47].阿坝、马尔康和龙门山等次级块体均位于巴颜喀拉块体东部，故可以假定各次级块体的介质性质相同.文中所用的GPS数据的观测方式和处理方案均相同，且GPS在计算块体运动时已将奇异站点去除，因此可以将观测误差作为系统误差来处理，它不会影响各次级块体之间相对形变差异的比较.从块体的大小上看，阿坝次级块体最大、马尔康次级块体次之，龙门山次级块体最小；从GPS速度场分布上看，龙门山次级块体和马尔康次级块体分布相对比较均匀，阿坝次级块体的GPS分布稍差，因此，理论上阿坝次级块体的刚性应该最弱，龙门山次级块体的刚性程度最高，而表征拟合残差大小的RMS（均方根误差）反映的结果（表 4）恰好相反，说明龙门山次级块体的变形特征明显，刚性程度较低，阿坝次级块体的刚性程度较强，反映了巴颜喀拉块体东部的各次级块体靠近龙门山断裂带变形程度较高，远离龙门山断裂带向巴颜喀拉块体内部，次级块体的形变特征减弱、刚性增强.

龙门山断裂带被马尔康、龙门山和岷县3个次级块体分成南、中、北三段.在马尔康次级块体与华南块体的相互作用下，龙门山断裂带南段发生右旋挤压，北段受岷县次级块体与华南块体的相互作用较弱.而龙门山次级块体向东运动过程中，其南西侧受马尔康次级块体的侧向挤压、东部受华南块体的强烈阻挡，使得作用于龙门山断裂带中段的作用力要高于南段和北段，在长期的构造应力作用过程中，龙门山断裂带中段的闭锁程度和应变积累要高于断裂带的南段和北段.

利用GPS资料进行应变分析，可以监测研究区应变场随着时间和空间的变化过程^[54-57].本文利用1999-2007四期GPS数据，采用最小二乘配置获得龙门山断裂带及其邻区的主应变率场（图 9）. GPS应变场显示沿龙门山断裂带的主应变率场有明显的分段性，其分段特征与次级活动块体的边界是一致的，这从应变率场角度验证了本文块体划分结果是可行的.龙门山断裂带中间段也即龙门山次级块体与华南块体的边界带上的主压应变率要明显小于龙门山断裂带南段上的应变率，其北西侧变形幅度表现为从远离断裂带较大到靠近断裂带逐渐减小的特征，表明其在震前已经积累了较高的应变能，致使GPS无法观测到断裂带的显著变形^[1]，这与赵静等^[58]利用负位错模型反演的龙门山断裂带闭锁程度和滑动亏损分布一致，其反演结果认为龙门山断裂带中北段闭锁程度高、南段闭锁程度低，汶川地震的破裂过程和余震分布也证明这一特征^[59].龙门山断裂带中段较低的应变率可能为汶川地震前龙门山断裂带局部闭锁的一种应变异常.

图 9

Fig. 9

图 9 龙门山断裂带及周边GPS主应变率分布图（1999-2007年） 灰色箭头指示龙门山断裂带各分段所受主压应变方向；图中①、②、③分别代表龙门山边界断裂带南、中、北段. Fig. 9 Distribution of principle strain rate near Longmenshan fault zone from GPS (1999-2007) Gray arrows show the direction of strain rate on Longmenshan fault and ①, ②, ③ represent south, middle and north segment of the Longmenshan boundary fault respectively.

块体运动所受的区域构造力作用的方向与GPS反映的主应变率场应该一致^[24].GPS应变场给出的块体边界带受力情况显示龙门山断裂带南段受近东西向作用力，与龙门山断裂带走向有较大交角，使得断裂带产生右旋走滑运动.龙门山断裂带北段主压应变方向与断裂带走向近乎平行，说明其所受挤压作用较弱.而龙门山断裂带中段的南西段所受作用力方向与断裂的走向近乎垂直，说明该段以逆冲运动为主，而且这种受力特征有利于应变的积累和断裂段的闭锁；其北东段受到北西-南东向作用力，说明该段逆冲运动减弱、走滑性质增强.这种受力特征可能是导致汶川地震地表破裂特征及余震震源机制自南西向北东由以逆冲为主转向逆冲兼右旋走滑的原因.汶川地震发生后，地震余震和地表破裂带都呈现单侧向北东展布的特征，除深部地球物理特征的影响外，其与龙门山断裂带各分段所受作用力的不同使得断裂各段的闭锁及应变积累程度不同有很大关系.

汶川地震之前，人们主要关注运动速率较高、强震频发的鲜水河-小江断裂带，而运动速率较低的龙门山断裂带的地震危险性被忽视.汶川地震的发生，使我们认识到即使是作为同一活动块体的边界带，强震不仅发生在滑动速率较高的边界带上，滑动速率较低的边界带上同样会发生强震.应该如何认识龙门山断裂带的低滑动速率？从文中的分析来看，龙门山断裂带两侧的马尔康、龙门山和岷县3个次级块体与华南块体间的相对运动速度较低（表 4），决定龙门山断裂带不可能具有很高的滑动速率.从应变率场（图 9）来看，龙门山断裂带南、中和北三段，除南段外，其他两段的主应变率相对都很低，说明应变积累速度很低，这可能为断裂带处于强闭锁状态的一种反映，强闭锁的断裂带同样不可能具有较高的滑动速率.由此可见，龙门山断裂带低滑动速率可能是龙门山断裂带西侧各次级块体与其东侧华南块体在长期相互构造运动的过程中使得断裂带自身应变不断积累，最终达到一种完全闭锁状态的反映.作为活动构造定量研究参数之一，活动断裂带上的滑动速率很低，可能反映断裂带处于强闭锁状态，应该加以足够的重视，对异常地段进行综合观测和研究.

（1） 利用1999-2007震前GPS水平速度场对研究区活动块体及块体边界的运动特征进行了计算分析，结果显示：各活动块体的整体运动包括向东或者南东方向平动和块体自身的旋转；东昆仑断裂带、甘孜-玉树断裂带和鲜水河断裂带的滑动速率明显高于龙门山断裂带的滑动速率；龙门山断裂带自南西向北东方向，各段的水平滑动速率和挤压速率分别约为1.6 mm/a、1.3 mm/a、1.0 mm/a和1.3 mm/a、2.9 mm/a和0.9 mm/a；巴颜喀拉块体东部走向北西或北西西的边界断裂大多表现出左旋拉张的特性，走向北东的边界断裂带除成县-太白断裂带外，均表现出右旋走滑兼有挤压运动的活动特征.巴颜喀拉块体东部，龙日坝断裂带以东、龙门山断裂带西侧地区处于明显的挤压环境.

（2） 龙门山断裂带以西的巴颜喀拉块体东部的次级块体可以划分为阿坝、马尔康和龙门山3个次级块体，各块体自西向东运动速度逐渐减小.巴颜喀拉块体东部到四川盆地向东运动速度的衰减不具有连续性，衰减主要发生在龙日坝断裂带和岷江断裂带上，其中以龙日坝断裂带的分解作用最为明显，岷江断裂带的分解作用相对较弱.巴颜喀拉块体东部的各次级块体靠近龙门山断裂带变形程度较高，远离龙门山断裂带向巴颜喀拉块体内部，次级块体的形变特征减弱、刚性增强.

（3） 龙门山断裂带被马尔康、龙门山和岷县3个次级块体分成南、中、北三段.龙门山断裂带中间段也即龙门山次级块体与华南块体的边界带上的主压应变率要明显小于龙门山断裂带南段的上的应变率，其北西侧变形幅度表现为从远离断裂带较大到靠近断裂带逐渐减小的特征，表明其在震前已经积累了较高的应变能.

（4） 汶川地震后地表破裂带和余震分布揭示的断裂带运动性质自南西向北东由以逆冲为主逐渐转为逆冲兼右旋走滑的特征，可能与龙门山断裂带中段所受主压应力方向自南西向北东的变化有关.马尔康、龙门山和岷县等3个次级块体与华南块体之间较低的相对运动速度以及龙门山断裂带上低应变率、强闭锁的特征决定了龙门山断裂带低滑动速率的运动特征.

综上所述，本文划分的次级活动块体结果与断裂带的运动特征、强震活动等反映的长期变形特征以及GPS速度场、应变场反映的现今地壳变形特征都具有较好的一致性，虽然由于某些次级块体内部的GPS站点相对较少导致块体欧拉矢量的误差较大，但是总体上这些运动特征仍然能够很好地反映区域地壳形变的主要特征.巴颜喀拉块体东部各活动块体变形特征的不同使得龙门山断裂带呈现出明显的分段活动特征，其中龙门山断裂带的中段较高的应变能积累导致汶川地震的发生.

感谢两位审稿专家提出的建设性意见.感谢中国地壳运动监测网络中心为本研究提供的GPS数据.感谢中国地震局地震预测研究所武艳强副研究员、张军龙副研究员、刘晓霞博士为本研究提供的帮助.感谢研究组全体成员在成文过程中提出的宝贵意见.作图使用了GMT^[60]软件，在此表示感谢.