基于GNSS觀測資料研究云南地殼形變與地震的關系*

洪 敏，邵德盛，王伶俐，李春光，張 勇

0 引言

云南位于印度板塊與歐亞板塊俯沖帶東側，地質構造復雜，構造活動強烈，地震活動頻繁，地質災害嚴重，為我國大陸其他地區所少見(毛玉平等，2003)，許多學者針對川滇地區的地震活動進行了研究。由于條件限制，目前對于云南省內地震方面研究主要依靠地震學方法(劉虹，蘇有錦，2007;李永莉等，2010)，而地殼形變方法一直受到觀測資料收集難度大、周期長等因素的制約而未廣泛使用。隨著GPS連續觀測方式的逐步推廣應用，這一情況正在逐步改善，十五期間“中國地殼運動觀測網絡”工程建成后，許多學者利用這些觀測資料對地震活動做了比較系統的研究 (江在森等，2003;牛之俊等，2005)，這些研究為把握中國大陸的地殼運動背景提供了可靠依據，但由于站點稀疏，導致形變場存在空間分辨率不高。2012年，“中國大陸構造環境監測網絡”建成并投入使用，增加了全國GNSS連續觀測站的數量，為GNSS觀測數據用于地震預報奠定了基礎，已有部分學者利用不同的方法基于GPS觀測結果分析了地殼運動與地震之間的關系 (張永志等，2010;張曉亮等，2006;李強等，2012)。本文以云南地區現有的GNSS觀測資料為基礎，分析省內地殼運動與地震的關系。

1 數據處理

1.1 資料情況

自“中國大陸構造環境監測網絡”項目建設以來，云南省內共建成GNSS連續觀測站點28個，自2010年2月開始，陸續進入了試運行階段，截至2010年5月底，80%以上的站點處于正常運行狀態，到2012年5月，共積累了兩年的觀測數據。在此期間，云南省內及周邊共發生了4次M≥5.0的地震，分別是2011年3月10日盈江5.8級地震、2011年3月24日緬甸7.2級地震以及2012年6月20日和8月9日騰沖兩次5.2級地震，本文主要以這段時間的資料作為研究基礎。

1.2 GNSS觀測資料處理

GNSS數據處理使用美國麻省理工學院 (MIT)和加州大學圣地亞哥分校 Scripps海洋研究所(SIO)研制的GAMIT/GLOBK軟件，采用與全球IGS解算數據進行聯合平差的方法，平差過程中選用38個IGS核心站點為云南GNSS觀測網的參考基準，把平差結果歸算到ITRF2000框架下。為了提高精度，在得到單日解的基礎上，選用4天的單日解結果進行聯合平差，得到每點4天的坐標均值，提高了資料的可靠性。經過統計，所有測站的觀測點位坐標精度均優于3 mm。

1.3 分析方法

雖然經過了GAMIT/GLBOK軟件的處理，剔除了多項干擾因素的影響，但是由于數據解算過程復雜，影響解算結果的因素比較多，解算結果中仍然殘留著一些干擾噪聲，為了提高信噪比，獲取地殼運動的真實信息，對前期處理產出的點位坐標成果進行以下處理:

(2)扣除文山:云南地區的地殼介質存在橫向不均勻性變化基準 (皇甫崗等，2010)，自西向東Q值逐漸增大。說明了云南東部地區地質條件比較穩定，由于華南塊體的穩定性較好，而文山點位于華南塊體上，通過試算分析，認為文山點的運動基本能代表華南塊體的運動狀況，可以采用華南塊體基準和文山基準 (王伶俐等，2012)。對同一時刻的各個測站的觀測值與文山點的觀測值求差，計算出省內各個站點以文山為位移基準的時間序列，并認為該時間序列基本反映了云南省內各個塊體相對于華南塊體的運動情況。

(3)地殼運動速度計算:在以上處理的基礎上，通過給定一個起始時間，一個時間窗W2，對各個站點的時間序列進行同步采樣，并計算出位于時間窗兩端的數據的差值，代表了在這一時間窗內地殼運動變化的速度。由此得到了以W2為周期的點位坐標變化速度時間序列，并把這一時間序列進行圖像顯示處理，得到了云南省內2010年12月至2011年8月間的地殼運動速率等值線圖。

2 地殼形變與地震關系分析

板塊運動有其自身的規律，在地震活動平靜期，可以獲得比較穩定的運動速度，該速度可以認為是正常活動背景。分析地殼運動與地震的關系需要兩個步驟，第一步明確正?；顒颖尘埃诙讲檎业卣鹎笆欠裼信c長趨勢相背離的異常運動。當然，出現地殼運動反向也不一定意味著這一區域一定就會發生地震，但它能代表這一區域為應力增強明顯的地區，因此，該區域是否具有發震的危險性還需結合斷層分布特征進行分析，如果出現了背離長趨勢背景的地殼運動，但斷層周邊區域的運動一致性較好，那么，這一區域發生地震的危險性不高。反之，如果斷層兩側運動一致性較差，則需要引起特別關注。

2.1 地殼運動背景

根據目前已有的資料總結區域內點位運動的規律，圖1為根據2010年5月至2012年5月云南省GNSS觀測資料計算的點位運動圖像。從圖中可以看出，云南省內各站點的運動趨勢基本一致，除滇西北的中甸、麗江等個別點位表現出南南東向運動之外，其他點基本都表現為南西向運動，且西向運動量自東向西有逐漸增強的趨勢。

圖1 云南IGS點位運動圖Fig.1 Map of IGS points movement in Yunnan

2.2 短期形變特征分析

根據以上分析，云南省內的區域運動在以文山為位移基準的前提下，正常的運動方向應該是南向和西向，如果部分點位出現了北向運動或者是東向運動，則可以認為是異常。由于點位相對變化實際解算精度在單一方向上能夠達到±1.5 mm，大于該精度的變化量可以認為是真實的。因此，以一個月為窗長進行等值線圖的繪制，設定東向、北向運動為正值，用深色進行填充，代表了異常區域。西向、南向運動為負值，代表正常運動，用淺色表示，運動方向反向交界線用加粗線條表示。

(1)盈江5.8級地震與區域形變關系分析

盈江地震的發震斷層為北東向斷裂，為了避免同震形變引起的區域形變速率異常，本文主要分析地震前的形變速度圖像，圖2為盈江5.8級地震前3個月 (2010－12－18～2011－02－17)的東西和南北分量變化時序。

圖2 2010年12月至2011年2月地殼形變變化時序圖(a)2010年12月東西分量;(b)2011年1月東西分量;(c)2011年2月東西分量;(d)2010年12月南北分量;(e)2011年1月南北分量;(f)2011年2月南北分量Fig.2 Time-sequence diagram of crustal deformation variation from Dec.，2010 to Feb.，2011(a)EW-component in Dec.，2010;(b)EW-component in Jan.，2011;(c)EW-component in Feb.，2011;(d)SN-component in Dec.，2010;(e)SN-component in Jan.，2011;(f)SN-component in Feb.，2011

從圖2可以看到，區域應力變化所引起的形變傳遞過程比較清晰，2010年12月，云南省內北東向推擠加強，除下關點以外，其他區域全部為東向運動，南北向運動的異常區域集中在云南西南角瑞麗一帶地區。2011年1月，該推擠力量有所減退，東向運動異常區域范圍縮小，主要分布在紅河斷裂以北地區，2011年2月，云南南部再次出現了明顯的北東向異常運動。

綜合分析，由于云南省內長趨勢的應力相對平衡狀態被打破，區域內的主導應力出現短期變化，導致了較大的區域形變異常。在2011年2月，騰沖、施甸一帶地區出現兩個分量零值線在施甸一帶相交的現象。根據這些現象可以推測，耿馬一帶再次受到明顯的北東向推擠，瑞麗、耿馬一帶呈現北東方向運動趨勢，而其北邊的騰沖、施甸一帶由于受來自東北方向的應力作用，出現了南西向運動，使得這一地區在運動方向上出現了反向剪切，從耿馬至騰沖一帶的運動量差值達到了5 mm左右，在騰沖、施甸、瑞麗等地區形成了較大的剪切應力，這可能成為了前期應力積累釋放的誘因。因此，我們認為2011年3月10日盈江5.8級地震與此形變異常存在因果關系。

(2)緬甸7.2級地震與區域形變關系分析

根據中國地震臺網測定:2011年3月24日21時55分在緬甸 (20.8°N，99.8°E)發生MS7.2地震，震中位于緬甸撣邦 (Shan State)。斷層總體走向為NEE向，斷層性質為左旋走滑。

圖3 緬甸地震前和震后的地殼形變時序圖(a)2011年3月東西分量;(b)2011年4月東西分量;(c)2011年3月南北分量;(d)2011年4月南北分量Fig.3 Time-sequence diagram of crustal deformation variation before and after Myanmar MS7.2 earthquake(a)EW-component in Mar.，2011;(b)EW-component in Apr.，2011;(c)SN-component in Mar.，2011;(d)SN-component in Apr.，2011

由于該地震發生在境外，沒有理想的觀測點來解釋這一地震過程，但該地震震級較大，周邊地區應該會有所反應。圖2和圖3a、c為震前圖像，圖3b、d為震后圖像，震前思茅一帶地區有較長時間內存在著北向運動異常，最大達1.6 mm。震后思茅地區出現了明顯的震后變形，思茅地區測點沿瀾滄江斷裂向西北方向運動，應該是發震斷層的左旋走滑運動導致其右盤產生了北北東向推擠的結果。

(3)2011年6月騰沖5.2級地震與區域形變關系分析

2011年6月20日發生騰沖5.2級地震，從圖4可以看出 (2011－04－17～2011－06－17)，2011年4～5月，受到緬甸地震的影響，震后思茅、墨江以及小江斷裂一帶仍然表現為東向運動，省內大部分區域表現為北向運動。5～6月期間，思茅一帶地區的北向運動已經消失，轉向了南向正常運動，而騰沖、施甸、瑞麗一帶地區出現了明顯的北向運動，視為異常，且從東西分量來看，在大盈江斷裂的兩側出現了明顯的反向剪切運動，因此，我們認為此次騰沖5.2級地震前存在明顯的形變異常。

(4)2011年8月騰沖5.2級地震與區域形變關系分析

圖4 2011年6月騰沖5.2級地震前形變量等值線圖(a)2011年5月東西分量;(b)2011年6月東西分量;(c)2011年5月南北分量;(d)2011年6月南北分量Fig.4 Contour map of deformation before Tengchong M5.2 earthquake(a)EW-component in May.，2011;(b)EW-component in Jun.，2011;(c)SN-component in May.，2011;(d)SN-component in Jun.，2011

2011年8月10日，騰沖再次發生了5.2級地震。由震前形變量等值線圖 (2011－06－10～2011－08－09)(圖5)可以看到，西南方向的擠壓應力在6月發生騰沖5.2級地震后仍然存在，省內除景東、思茅一帶為正常運動以外，其他地區均為東北或東南向運動。7～8月期間，騰沖一帶地區的北向運動加強，省內東向運動區域擴大，大盈江斷裂兩側東向和北向運動量均出現差異。因此，北東向的應力加強，導致小滇西地區的持續受壓，壓力對不同區域產生的形變量差異是這一地震發生的主要原因。

圖5 2011年8月騰沖5.2級地震前形變量等值線圖(a)2011年7月東西分量;(b)2011年8月東西分量;(c)2011年7月南北分量;(d)2011年8月南北分量Fig.5 Contour map of deformation before Tengchong M5.2 earthquake in Aug.，2011(a)EW-component in Apr.，2011;(b)EW-component in Jun.，2011;(c)NS-component in Apr.，2011(d)NS-component in Jun.，2011

3 結論

(1)點位移計算的形變場變化速率有著比較明確的物理意義，能比較直觀了解區域應力變化及塊體活動，為GNSS觀測資料在地震預測預報的工作中的應用提供了思路。

(2)緬甸7.2級地震和盈江5.8級地震之間存在著關聯性，緬甸地震前由于川滇菱形塊體的南向運動受阻，使得川滇菱形塊體位于滇西南地區的力量傳遞通道阻塞，同時，瑞麗、施甸一帶由于印度板塊側向擠壓加強，阻止了應力的西南向卸載通道，因此，來自菱形塊體的運動全部沿騰沖、云龍一帶向西傳遞，造成了剪切應力積累，引起了盈江5.8級地震，隨后發生了緬甸7.2級地震，可以認為都是由于緬甸地震前的南向運動阻力加強所誘發。

(3)從以上震例的分析來看，盈江、緬甸以及騰沖兩次的地震前，都曾出現了周邊區域運動方向背離長趨勢的情況，這一現象說明了該區域周邊應力均衡性被打破，這是地震發生的誘因，此現象可以作為判定某一區域地震危險性的一個重要的指標。當某些區域存在明顯的剪切運動或者差異運動時，需要注意這一區域發生地震的危險性，當然，地震是否發生還需要考慮該差異運動與斷層分布的關系。

(4)云南省內受到的區域應力的作用過程比較復雜，不同方向的應力對省內各個區域所產生的影響也不盡相同，應力的傳遞方式多種多樣，由于目前GNSS站運行時間比較短，觀測數據積累不夠，對震例的總結也還不夠充分，需要在今后的工作中不斷的總結形變場變化與地震孕育之間的規律，才能更好的把握云南省內地震的發生規律。

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