作为青藏高原东南缘一条重要的大地构造边界，红河断裂带是扬子地块与印支地块间的边界断裂，其作为一条大型走滑剪切带，在中国大陆地壳演化与陆内构造变形中具有重要地位，长期以来为诸多地球科学家所关注^[1]。张建国等^[2]指出，红河断裂带第四纪以来的总体活动水平表现出非常明显的由北向南逐渐减弱的趋势。朱俊江等^[3]进一步指出，在中国境内，根据运动性质可将红河断裂带分为北中南三段，北段子洱源以北至弥渡的苴力，中段自苴力向南东至春元，南段自春元以南至河口。红河断裂带地震活动频繁，地壳变形丰富，为地壳形变监测网络最密集的地区之一，也是研究地壳形变与地震的有力地区之一。本文基于2009~2014年间144个GPS测站观测资料，对红河断裂带的现今地壳运动特征进行了分析，并基于弹性负位错模型反演了其闭锁和滑移亏损分布特征。

红河断裂带是印支半岛与华南地块之间的主位移带，构造活动复杂。该断裂带是一条呈现北西-南东走向，并略向西南突出的弧形断裂带，倾角大约为60°，多倾向NE，具有明显的右旋走滑兼正断活动性质。

红河断裂带在不同区域的构造性质和地壳活动具有差异性：根据已有的研究成果，云南地壳厚度变化的总趋势是由南、南东向北、北西逐渐增厚，其中，红河断裂带两侧的地壳厚度具有明显差异，断裂带以东的地壳厚度最深处达50 km，最浅处为46 km，断裂带以西地壳厚度最浅处为44 km；张建国等^[3]指出，中国境内的红河断裂带第四纪以来总体活动水平呈现由北向南逐渐减弱的趋势；虢顺民等^[4]指出，红河断裂带地震分布在空间上极不均一，大致以弥渡、南涧一带为界，北段是强震发生区且中强地震也相对密集，中南段地震发生的频度和强度都显著低于北段。

“中国地壳运动观测网络”自1998年建成与运行至今，累计完成了红河断裂带及其周边地区的约100个GPS区域站的十余期观测，加上“中国大陆构造环境监测网络”约120个GPS区域站以及40余个各类连续站(表 1)，使得该地区的GPS观测资料非常丰富。

表 1(Tab.1)

表 1 红河断裂带及其周边GPS观测资料情况 Tab.1 GPS Observational Data of the Red River Fault Zone and Its Surounding Areas

表 1 红河断裂带及其周边GPS观测资料情况 Tab.1 GPS Observational Data of the Red River Fault Zone and Its Surounding Areas 测网类型 测站数量/个 累计观测时间 “陆态网络”连续站 26 2009年底至今 “网络工程”区域站 约100 1998年至今 “陆态网络”区域站 约120 2009年至今 其他测站(连续) 约16 -

本文采用瑞士伯尔尼大学天文研究所研究开发的高端GPS精密数据处理软件Bernese，将该地区的144个GPS站点的观测数据和中国大陆周边的IGS站组网解算，采用双差方法进行整体网平差，获得基于法方程的多时段解，包括坐标解和速度估计值等。同时，考虑到2008年汶川Mw7.9级地震对该研究区域内GPS测站长期构造速度的估计值造成的影响，在估计速度场时，既要扣除这个地震的同震影响，亦要顾及震后形变的影响。本文将直接采用文献[5]的结果对汶川地震造成的同震和震后形变对速度值的估计值的影响进行改正，最终获得相对于稳定的欧亚板块参考框架下的相对运动场。图 1为2009-2014年由144个GPS测站获得的红河断裂带及其周边地区的水平运动速度场。

图 1(Fig.1)

图 1 红河断裂带及其周边地区相对欧亚板块的水平运动速度场(2009~2014) Fig.1 Horizontal Crustal Velocity Fields of the Red River Fault Zone and Its Surounding Areas Relative to the Eurasian Plate (2009-2014)

根据已有研究成果，将红河断裂带分为北段、中段、南段三部分，其中，北段自洱源以北至弥渡的苴力，中段自苴力向南东至春元，南段从春元以南至河口。根据此分段方案，本文将红河断裂带划分为A、B、C、D等4个速度剖面(图 2)，其中，南段断裂带由于其北部区域GPS测站的数量明显多于南部区域，且断层的走向由北向南发生了明显的变化。因此，将南段断裂带划分为两个速度剖面。

图 2(Fig.2)

图 2 红河断裂带及其周边地区的速度剖面划分 Fig.2 Velocity Profile Division of the Red River Fault Zone

通过计算分别获取了各剖面内各个台站速度平行于断裂走向的投影值随距断层距离的分布特征(图 3)。结果显示，GPS测站速度平行于断裂走向的投影值并未随与断层的距离变化而出现剧烈的变化，而是一种比较均匀的变化。

图 3(Fig.3)

图 3 红河断裂带各速度剖面内平行于断层走向的台站速度分量随距断层距离的分布 Fig.3 Distribution of Station Velocity Components Parallel to Fault Trend with the Distance from the Fault in Velocity Profile of the Red River Fault Zone

然后再计算并获得各剖面内各个台站速度垂直于断裂走向的投影值随距断层距离的分布，并根据红河断裂带各段构造性和地壳运动的明显差异性，假定研究区域按照各速度剖面分为4个次级块体，各块体视为刚性块体，块体内部变形不明显，块体运动视为平动和转动，块体之间的运动视为边界断裂的错动，分别求得各次级块体内各台站平行和垂直于断层走向的速度分量的统计平均值，将它们分别视为沿断层的走滑速率和跨断层的拉张速率，结果如表 2所示。

表 2(Tab.2)

表 2 红河断裂带各段走滑和拉张速率估计值 Tab.2 Estimated Values of Extension Rate and Strike-up Rate in Each Segment of the Red River Fault Zone

表 2 红河断裂带各段走滑和拉张速率估计值 Tab.2 Estimated Values of Extension Rate and Strike-up Rate in Each Segment of the Red River Fault Zone 断层范围 走滑速率/ (mm·a-1) 拉张速率/ (mm·a-1) 北段断裂带 9.02±0.05 7.02±0.15 中部转换区 7.43±0.03 5.58±0.08 南段断裂带(北段) 8.11±0.02 1.63±0.08 南段断裂带(南段) 5.13±0.10 -3.02±0.19

结果表明，红河断裂带主要活动的总体特点可以归纳为以下两个方面：

1) 红河断裂带的主要活动呈现由北向南，由东向西逐渐减弱的趋势，断层的走滑速率由北段的9.02 mm/a逐渐减少到南段的5.13 mm/a，其中南段断裂带北段的滑动速率出现异常变化，其原因是该速度剖面内东侧速度值较大的测站数明显多于其他速度剖面，拉张速率也由北段的7.02 mm/a逐渐减少到南段断裂带南段的-3.02 mm/a;

2) 红河断裂带的整体活动性不强，各速度剖面内台站速度平行于断裂走向的投影值并未出现剧烈的变化，而是呈现为一种较为平缓的二次线性变化，而将此方法应用于活动性更强的鲜水河、小江等断裂带时，则呈现为急剧的变化。

综上所述，红河断裂带及其邻区的整体地壳活动性较弱，该地区的地壳活动呈现明显的区域差异性，其中北部和东侧活动性明显更强。

在计算并分析了研究区域各块体活动特征后，为了进一步从动力学角度深入分析红河断裂带的几何-物理性质，本文利用基于弹性负位错模型的DEFNODE软件，获得了红河断裂带的闭锁和滑移亏损分布特征。

根据程序反演原理，需要获得研究区域内的简单化、模型化的活动块体划分方案，参考丁开华等^[6]和王阎昭等^[7]对川滇地区活动地块运动与应变模型的研究以及邓起东的中国重要断层分布数据^[8-11]，得到的新的块体划分方案如图 4所示。参考张希等^[12]和申重阳等^[13]的研究结果后，将红河断裂带的断层倾角设定为60°，倾向为NE。根据§1所述，假定红河断裂带附近的地壳厚度为44 km，并在从地表沿垂直于等深线的方向上设置0 km、11 km、22 km、33 km、44 km等5条等深线，每条等深线上设定44个断层节点。随后，采用模拟退火法和格网搜索控制方法，对研究区域内的GPS速度场数据和断层数据进行了反演，其最终的反演结果如图 4和图 5所示。

图 4(Fig.4)

图 4 红河断裂带的闭锁分布特征 Fig.4 Distribution Characteristics of Locking of the Red River Fault Zone

图 5(Fig.5)

图 5 红河断裂带的滑移亏损分布特征及研究区域内的历史地震分布(来源于哈佛大学地震信息网站1990年至今的地震数据) Fig.5 Distribution Characteristics of Slip Deficit of the Red River Fault Zone and the Historic Earthquake Distribution in the Study Areas (Data from 1990 Until Now in Harvard University Earthquake Information Network)

反演结果表明，红河断裂带的北段的闭锁状态明显强于中段和南段，其中，北段断裂带在0~36 km处闭锁系数为1.0，处于完全闭锁状态，而中段断裂带在地表处的闭锁系数为0.8左右，处于强闭锁状态，南段断裂带地表处的闭锁系数由0.8逐渐减少到0.2，闭锁程度逐渐降低，这说明红河断裂带的闭锁程度由北向南逐渐减弱，相应的断层滑移亏损量也呈现由北向南逐渐减弱的趋势。这说明，北段断裂带的应变积累能力较强，地震的危险性较高，图 5为哈佛大学信息网发布的1990年至今的地震分布资料也表明，北段断裂带周边的历史地震的频度和强度都明显高于中断和南段断裂带，这些结果与张建国等^[3]的研究结果相似。

为了进一步说明反演结果的可靠性，本文将初始的GPS测站的速度场观测值和反演得到的相应速度场的模拟值进行了对比验证(图 6)，同时也绘制了反演的速度场模拟值的残差分布图(图 7)。

图 6(Fig.6)

图 6 GPS测站速度场观测值和模拟值比较 Fig.6 Comparisons of Observed and Simulated Values of GPS Velocity Field Stations

图 7(Fig.7)

图 7 GPS测站速度场残差分布图 Fig.7 Distribution of Residual of Velocity Field of GPS Station

图 6显示的结果表明，除了反演过程中删除的一部分GPS测站速度场观测值外，其他的速度场模拟值绝大部分都较好地符合了观测值，同时，速度场的残差分布图也表明，除了个别的测站速度模拟值的残差值略大以外，其他测站速度模拟值的残差值都较小。上述两点表明，此次反演结果比较可靠。

红河断裂带是特提斯构造演化的主要组成部分，在构造演化史上与青藏高原的隆升及南海盆地的扩张存在着直接的联系^[14-19]，而红河断裂带复杂的构造特征，又使得该地区的地壳运动在不同区段具有明显的时空不均匀性、分层分段特征。

根据红河断裂带及其周边地区2009~2014年由144个GPS测站的水平运动速度场，在研究区域划定4个速度剖面，计算各测站平行于断层走向的速度分量，结果表明红河断裂带的整体活动性不强。然后计算了各测站垂直于断层走向的速度分量，并根据刚性块体模型，计算了断层的错动速度。结果表明，红河断裂带的地壳活动呈现明显的差异性，具有显著的由北向南、由东向西逐渐减弱的趋势，且北段断裂带的地壳活动性明显强于中段和南段断裂带。

基于弹性负位错模型，反演GPS和断层数据，获得了红河断裂带各区段的闭锁和滑移亏损分布特征，并通过研究区域GPS测站速度场的反演模拟值与观测值比较，以及模拟值残差结果分析，验证了反演结果的可靠性。结果表明，北段断裂带在地表以下44 km处闭锁系数达到1.0，处于完全闭锁状态，而中段和南段断裂带的闭锁程度均明显弱于北段断裂带，断层整体的闭锁程度呈现明显的由北向南逐渐减弱的趋势。相应的断层整体的滑移亏损量也呈现由北向南逐渐减弱，且北段断裂带明显更高的趋势。

红河断裂带在较为复杂的构造背景下，整体地壳活动较弱，各区段地壳活动呈现由北向南逐渐减弱，北段断裂带较之中断与南段断裂带，地壳活动明显更强的趋势。且北段断裂带闭锁程度较高，应变积累能力较强，地震危险性较高。