0 引言

地震的发生主要受构造背景的控制，也与局部应力环境密切相关(钱晓东等，2011)。构造应力场的研究是岩石圈动力学研究和发震机理研究的一个重要方面。区域构造应力场研究不仅可以揭示该地区的应力积累状态和断层的稳定性，还可以促进孕震背景、地壳变形、断层活化等的研究(王晓山等，2015)。

云南腾冲地区位于印度板块、欧亚板块2个大陆板块汇聚带，西侧邻近欧亚板块和印度板块碰撞带的东南缘。该地区地质背景复杂，断层带分布广泛，地震活动频繁，有丰富的地热流体活动。在板块运动过程中，印度板块对青藏高原西部及邻区的挤压和碰撞，使得该地区形成了各具特点的区域构造应力场空间分布格局(邓起东等，1979)。研究该地区现代构造应力场特征，对了解岩石圈应力状态和与地震孕育发生有关的动力学作用机制，以及分析地震活动性具有特殊的意义(王绍晋等，1998)，同时，也可以为腾冲火山现今活动性分析提供依据(盛书中等，2022)。

岩石圈的绝对应力很难直接通过测量和估算得到，但可通过震源机制解进行构造应力场的反演研究(阚荣举等，1977；王绍晋等，2001；吴建平等，2004)。采用3.0级及以上地震震源机制解数据对腾冲及邻区的构造应力场进行反演，得到研究地区的3个主应力轴的方向与倾角，并估算出应力形因子R。在此基础上，对腾冲及邻区进行断层滑动趋势分析，探索该地区应力场背景下具有较强滑动趋势的断层特征，并分析该地区的地震活动性。

1 原理和方法

使用Gephart等(1984)提出的利用地震震源机制解反演区域应力场的方法。首先，对1个地区的应力进行网格搜索，然后通过该地区的多种震源机制解的共同约束得到应力张量，并计算得到断层产状和滑移方向。该方法基于以下2个假设：①断层滑动方向与剪切应力的方向一致；②应力张量在研究区域内分布均匀。假设有2组笛卡尔坐标(图 2)。其中，为主应力轴；M为断层面；垂直于断层面；平行于断层面并垂直于滑动方向；与滑动方向平行。基于上述假设，可以得知在断层面上并垂直于滑移的方向剪应力为0，可以表示为

$ \sigma_{12}^{\prime}=0=\sigma_1 \beta_{11} \beta_{21}+\sigma_2 \beta_{12} \beta_{22}+\sigma_3 \beta_{13} \beta_{23} $

(1)

式中，σ′₁₂为断层面x′₁₂方向的剪应力；σ₁、σ₂、σ₃分别为主应力大小；βij是与断层面相连的坐标轴i与主应力轴j之间的方向余弦。同时由于正交关系，有

$ 0=\beta_{11} \beta_{21}+\beta_{12} \beta_{22}+\beta_{13} \beta_{23} $

(2)

式中，R为应力形因子，它指定了σ₂相对于σ₃、σ₁的大小。结合式(1)、(2)可由下式解出R

$ \frac{\sigma_2-\sigma_1}{\sigma_3-\sigma_1}=-\frac{\beta_{13} \beta_{23}}{\beta_{12} \beta_{22}}=R $

(3)

应力张量是一个有6个独立参数的对称张量，但是考虑到采用震源机制和断层的滑动不能求解应力张量中膨胀(或坍缩)的部分，故将这部分假定为0，应力张量的独立参数也就变为5个。此外，由于仅处理在平面上的滑移方向，所以只需要考虑应力之间的比值。最后，可以只求解4个参数进行应力场的反演。通过上述方法，可以将上述4个参数描述为3个主应力σ₁、σ₂、σ₃的方位角、倾角、应力形因子R。其中，σ₁≥σ₂≥σ₃，也就是说R介于0—1之间，它决定着研究区域的应力状态。当R = 0时，张应力轴呈现相对稳定的状态，而压应力轴和中间应力轴在张应力轴垂直的平面内自由旋转且均呈现出挤压状态；当R = 0.5时，压应力轴、中间应力轴、张应力轴均呈现相对稳定的状态；当R = 1.0时，压应力轴呈现相对稳定的状态，张应力轴和中间应力轴在压应力轴垂直的平面内自由旋转且均呈现拉张状态。R值越大，说明中间主应力值越接近主张应力值；R值越小，说明中间应力值越接近主应压力值(万永革等，2011)。

2 震源机制解数据

选取腾冲及邻区(24°30′—26°00′ N，97°45′—99°25′ E)为研究范围，选取2000—2021年3.0级及以上地震事件的震源机制解进行应力场反演。数据来源于Xu等(2020)给出的该地区2000—2014年地震活动的震源机制解数据和郭祥云等(2022)给出的2015—2021年震源机制解数据，在研究区范围内共获得381条地震数据(图 2)。按照Frohlich等(1992)提出的标准，基于震源机制解的P、B、T轴倾角大小，将其划分为不同类型，划分标准如表 1所示。其中，正断层型地震事件有20个，逆断层型有16个，走滑型有192个，带有走滑分量的其他地震事件有163个。由图 2可见，腾冲及邻区的地震震源具有多种类型，震源破裂具有多种形式，但震源机制解的主要类型是走滑型。

3 结果

反演的误差会因应力场的复杂程度发生变化，微小扰动也可能会给反演的结果带来很大的不确定性。为了能够获得更加准确的反演结果，本文采用蒙特卡洛方法(Angelier，1984)来分析反演的不确定性。同时，为了使相邻网格的应力张量差异最小化，更好地凸显应力的偏转特征，并有效地减小由于人为划分网格而导致的应力场异常偏转，采用Hardebeck等(2006)提出的方法，在时间—空间上进行阻尼分析。若阻尼参数偏大，计算的应力场过于平滑，可能会导致应力场的某些变化特征被忽略，并且由于模型的长度过小，数据的残差也会急剧升高，使得反演误差变大，这样得到的结果也会变得不稳定。若阻尼参数偏小，虽然数据的残差降低，反演误差变小，但是计算所得的应力场结果会较紊乱，应力场的整体变化规律较难被看出，从而使得阻尼约束失去意义(杨颖等，2022)。最终选取阻尼因子=1.4作为反演约束，以减少时间、空间分区产生的影响。

为了尽可能地获得更多网格内的应力场反演结果，并减小采样次数的不同对反演结果的影响，还需要进行网格内最小震源机制解数目和采样次数的选取。如果采样次数过多，会增加时间运算成本；而采样次数过少，又会使采样结果的可信度降低，得不到理想的结果(杨颖等，2022)。由于在反演应力场的过程中，一般需要设定68%—95%的信噪区间(王晓山等，2020)，故经过反复测试，最终将每个网格内参与应力场反演的最少地震事件数目设置为5个，置信度水平设置为95%，重采样次数为1 000次。

3.1 应力场反演结果

图 3给出了研究区的应力形状比φ = 0.58±0.04，其中，$\varphi=\frac{\sigma_2-\sigma_3}{\sigma_1-\sigma_3} $。所以，应力形因子R = 1-φ，R约等于0.42。

图 4为主应力轴的方位分布和主应力轴的倾角分布。由图(4)可见，腾冲及邻区最大应力主轴σ₁呈NNE—SSW向，最大应力轴σ₁的倾角为2.73°±5.03°，近水平向；中间主应力主轴σ₂近NWW向，中间主应力轴σ₂的倾角为85.19°±1.66°，近垂直向；最小应力主轴σ₃在SSE向，最小应力轴σ₃的倾角4.04°±1.64°，近水平向。说明该地区的构造应力场的特征是最大、最小主应力水平方向，中间主应力垂直方向，也即该地区的构造应力场以水平运动为主。

盛书中等(2022)选取腾冲地区(24.5°—26.5°N，98°—100°E)进行应力场反演，研究结果表明，该区域的应力场为走滑型，主压应力轴和主张应力轴的倾角近水平。王绍晋等(1998)以腾冲火山区及邻区为主体区域，利用腾冲火山区强震和中小地震震源机制解资料，对地震构造应力场的特征进行分析，结果表明，火山区大多数地震等效释放应力场主压应力为NNE—NE—NEE向，仰角多小于30°，接近水平，以水平作用为主。上述研究结果与本文研究结果基本一致。

应力场反演的结果主要反映了腾冲及邻区地震构造应力场空间分布的总体状态。我国西南地区在现代构造运动过程中主要受印度板块对亚欧板块碰撞挤压作用。而腾冲及邻区恰好邻近板块边界，是受2大板块碰撞挤压作用直接影响的地区。腾冲及邻区的水平作用应力场和其主要受NNE方向的区域压应力场作用，反映了该区域地震活动主要受控于印度板块对欧亚板块的碰撞，以及在块体缝合线侧面形成的挤压剪切作用(盛书中等，2022)。

3.2 滑动趋势分析

已有研究表明，断层滑动是地震发生的关键因素，具有较强滑动趋势的断层更容易发生破裂(雷兴林等，2020)。滑动趋势分析可以快速评估研究区域的地震活动性和断层破裂风险。发生滑动的趋势取决于其摩擦特性和作用在表面上的剪切应力与法向应力σ_n的比值，也即断层滑动趋势$T_{\mathrm{S}}=\frac{\tau}{\sigma_{\mathrm{n}}} $ (Morris et al，1996)。滑动趋势较大的断层容易发生滑动，当断层应力接近临界状态时，由其他因素引起的微小应力扰动即可能造成断层的失稳滑动。基于3.1节得到的研究区域3个主应力轴的大小、方向，通过断层滑动趋势了解研究区的应力状态和相关断层的活动情况。考虑到近年来研究区域的地震活动情况，本文对腾冲及邻区的断层进行滑动趋势分析，以探讨该地区未来的地震活动趋势。图 5为断层滑动趋势分析结果。由图 5可见，具有较强滑动趋势的走向为40°—80°、160°—200°、220°—260°、340°—360°，倾角50°—70°的断层具有较强的滑动趋势。值得一提的是，由图 2可见，腾冲火山区(即图 2中矩形框的范围，24°45′—25°36′N、98°20′—98°48′E)大多数地震的应力场以水平作用为主，破裂面呈现出以水平剪切为主，但是由图 5(b)可见，少数地震破裂面呈现出具有较大的逆倾滑错动性质。这也说明了腾冲火山区地震震源机制解类型的多样性，也反映了火山区地震破裂特征的复杂性(王绍晋等，1998)。由前述反演结果可以得知，腾冲火山区地壳应力场为走滑型，与腾冲地区断裂以走滑型为主具有一致性，大部分的震源断层滑动机制都分布于该走向和倾角的范围内，说明现今火山活动对浅部地壳应力场的影响较小，这一定程度上反映了现今岩浆活动较弱(盛书中等，2022)。

如图 1所示，在腾冲火山区范围内主要分布有大盈江断裂、龙陵—瑞丽断裂、龙川江断裂等。大盈江断裂的北端始于腾冲以西，沿梁河盆地、盈江盆地边缘延伸，最终止于八莫盆地，全长约140 km，断裂走向N40°—75°E，走向近NE，主体倾向NW，倾角为60°—80°(常祖峰等，2011)。龙陵—瑞丽断裂带位于滇西中缅交界地带，全长约170 km，该断裂带北端与龙川江断裂呈弧形相接，断裂南段多发育在盆地的边缘，总体走向约为N55°E(包林海等，2015)，倾角较陡，在60°—76°之间。龙川江断裂带沿高黎贡构造带西缘分布，总体走向与构造带一致，近NE向，断裂带宽3—5 km，倾角较陡(戚学祥等，2020)。这3个主要断裂带的走向、倾角都在图 5给出的具有较强滑动趋势的走向、倾角范围内，属于该构造环境下未来具有较强滑动趋势的断层。表明这3个断层区域未来具有较大的滑动失稳可能性，可能是后续地震活跃的区域。

3.3 地震活动性分析

在以上研究的基础上，又选取国家地震科学数据中心(https://data.earthquake.cn)2000—2021年3.0级及以上地震目录(总计40个地震事件)，对腾冲及邻区的地震活动性进行分析。图 6(a)为该时段腾冲火山区地震活动的M—t图，图 6(b)为地震累积频度随时间的变化。由图 6可见，2000—2021年发生了7次4级以上中强地震；且2012年以前研究区域内地震活动较多，4.0级及以上地震事件大部分都发生在2011年前后。震级最大的2个地震分别为2011年6月20日5.2级、8月9日5.2级地震，震中位于大盈江断裂东北端和龙川江断裂中段的交汇区附近，更靠近龙川江断裂带(高洋等，2012)。结合图 5和图 6可见，这2个中强震均发生在图 5中具有较大滑动趋势的断层附近。此后，地震累积数—时间曲线较平缓，说明该时段地震次数减少，4级以上地震事件仅发生过1次，即2014年4.2级地震。

4 结论

基于震源机制解数据，反演腾冲及邻区的构造应力场状态，并对该地区进行断层滑动趋势分析，得出以下结论。

(1) 腾冲最大主应力轴σ₁在NNE—SSW向，中间主应力轴σ₂为EW向，最小主应力轴σ₃在NWW向，并且最大、最小主应力轴都是近水平向，中间主应力沿垂直方向，故该地区构造应力场以水平运动为主。

(2) 根据断层滑动趋势分析结果推断，今后该区域内发生地震的断层走向范围为40°—80°、160°—200°、220°—260°、340°—360°，倾角范围为50°—70°。结合考虑该地区的断层分布认为，腾冲火山区附近的大盈江断裂、龙川江断裂、龙陵—瑞丽断裂未来均可能具有较强的地震活动趋势。

(3) 根据国家地震科学数据中心发布的2000—2021年3.0级及以上地震目录，对腾冲及邻区的地震活动性进行分析发现，其间发生了7次4级以上的中强地震，并且2012年之前研究区域内地震活动较多，4.0级及以上的地震事件大部分都发生在2011年前后。2个5.0级及以上中强震均发生于具有较大滑动趋势的断层附近。此后，地震次数减少，4级以上地震事件仅为2014年4.2级地震。

综上所述，由于板块俯冲产生的挤压作用造成腾冲地区发生强烈的变质作用与地壳变形，这使得该地区地震活动较频繁，而构造应力场所反映的应力状态，适合走滑断层失稳发震。但是考虑到该地区具有活跃的地热温泉活动，其发震机制除了构造作用外，还可能包括其他因素的共同作用。

感谢审稿人对论文提出的宝贵意见。