巴顏喀拉塊體東部區域震源機制解的構造意義*

屠泓為，樊 榮，楊曉霞，羅國富

(1.青海省地震局，青海西寧810001;2.中國地震臺網中心，北京10036;3.寧夏回族自治區地震局，寧夏銀川750001)

0 引言

2008年5月12日，龍門山斷裂帶發生了汶川8.0級地震，造成了巨大的人員死亡及財產損失，地震誘發了大區域大面積的山崩、滑坡、塌方、泥石流等嚴重的地質災害，由此引起交通、通訊等方面的次生災害。

地震發生后，各類別專業人員迅速開展資料收集工作并進行研究，地震記錄表明，余震主要分布在映秀鎮至青川縣的龍門山斷裂帶中北段，形成長達330 km的余震帶 (張培震等，2008)。主震震源機制解表明，本次地震是以逆沖為主兼少量的右旋分量的地震，這種結果比較吻合巴顏喀拉地塊向東“逸出”的構造機制，得到了廣泛的關注 (曾融生等，1993;熊熊等，2001;張培震等，2002a，b;徐錫偉等，2003;朱守彪，張培震，2009)。張培震等 (2008)認為龍門山沿這條破裂斷裂帶既有垂直抬升和逆沖運動，又有東北方向的運動，最大的垂直錯距和右旋水平錯距分別達到5.0 m和4.8 m，沿整個破裂帶的平均錯距可達2～3 m。因為該區域歷史地震記載中只有3次6～6?2級強震，而且其第四紀構造活動速率很低，造成了速率活動較小的區域地震危險性較小的誤判，這次地震的突發性和超預期的強度改變了地學界的一些觀點和研究思路 (張培震等，2008)。劉峽等 (2014)的研究結果顯示強震前龍門山斷裂帶保持低變形，右旋錯動不超過1 mm·a-1，擠壓不超過0.5 mm·a-1，明顯低于其他斷裂帶，但其兩側應力值與其他斷裂帶相當，主壓應力軸與斷裂帶走向垂直，形成很寬的擠壓帶。

本文結合青藏高原的塊體構造和中小地震震源機制解，計算巴顏喀拉地塊東部區域構造應力場方向，并運用相關結果與主震所代表的應力場作對比研究。

1 研究概述

構造應力場的研究是認識地殼構造運動的重要方法之一，它不僅涉及到地震發生的力源和所在地區構造運動孕育和轉變的規律，而且可以推斷地下未知構造的方位、性質和形態等，對解釋板塊運動、山脈的隆升、斷裂構造的運動模式等方面的研究都具有重要意義 (張國民，張培震，2000)。

Aki(1966)提出運用格點嘗試法對同一區域多樣本震源機制解的平均P、B、T軸的方向進行求取和換算可代表區域應力場。許忠淮等 (1987)認為區域構造應力場在一定的時空內具有一定的穩定性，雖然每個地震都會在震源區附近引起應力場的一定變化，但只要有一定的樣本量，多個地震的平均P、B、T軸方向可代表一個區域或者構造帶的平均構造應力場分布情況。這一方法在地震學各領域得到廣泛的應用 (許忠淮等，1987;萬永革等，2011a，b;盛書中等，2013;屠泓為等，2014)。

分析表明，破裂面的優勢取向與引起破裂的應力狀態有關，故應力場方向在破裂面的研究方面具有重要作用。在巖石層內，巖石處于高位壓狀態，如果以P1、P2、P3軸分別表示震源區在破裂前一刻的主 (張)應力軸，那么破裂面即斷層面與最大主壓應力軸P3軸的夾角隨內摩擦系數μ的增大而減小，P軸和T軸方向反映了地震前后震源區應力狀態的變化，而不是震源區構造應力本身。如圖1所示，P、T軸與P1、P3的方向都分別成45°-θ的角度 (陳運泰，顧浩鼎，2004)。因此，運用P、T軸研究構造應力場時應該考慮這一方面，當μ=0時，破裂面的法向與P1軸夾角θ為45°，當μ=1時，破裂面的法向與P1軸夾角θ為22.5°。故在實際分析中，P、T軸與 P1、P3的方向夾角變化范圍為22.5°～45°。

圖1 巖石破裂三軸應力試驗示意圖(據陳運泰，顧潔鼎，2004)Fig.1 The schematic diagram of fracturerock triaxial stress test(according to Chen，Gu，2004)

圖2 巴顏喀拉地塊東部區域地震震源機制解分布Fig.2 The distribution of focal mechanism solution of earthquakes in east area of Balyanlkalla Block

2 計算與分析

為結合巴顏喀拉塊體東部區域分析汶川周邊區域的地震分布及構造等，根據哈佛大學GCMT目錄 (表1)①http://www.globalcmt.org/.，本文在 (95°～105°E，29°～37°N)范圍內選取了分布在巴彥喀拉塊體周邊區域的131次地震的震源機制解 (圖2)，MS≥6.3地震約15次，其中塊體東部邊界龍門山斷裂附近的地震頻次高、強度大，如發生過1976年8月的兩次7級地震和1次6.7級地震、2008年5月12日汶川8.0級地震、2013年4月20日蘆山7.0級地震等，這些地震震源機制均顯示以右旋逆斷層為主的破裂性質，歷史上還發生了1933年7月25日茂汶疊溪7?2級地震，表明龍門山斷裂帶的活動構造十分強烈。但早期地震均發生在龍門山斷裂帶的偏北部區域，而龍門山斷裂帶的中西南部區域卻鮮有地震發生;巴顏喀拉地塊北部也有一系列地震發生，但成帶性不明顯，而是成叢的發生，最大為1990年4月26日MS7.0地震;其塊體南部沿甘孜—玉樹—風火山斷裂至鮮水河斷裂發生了一系列地震，其破裂性質均以左旋走滑為主;而巴塘、理塘等斷裂帶上的地震則表現為正斷層性質。南

部區域地震性質的不同，表明了青藏高原主要力源是受印度洋板塊向北推擠而產生的，而在青藏高原的東部區域受到力的方向主要是東北向至東北東向，由此形成的塊體受力不均勻而產生的位移速率不同，于是在有些區域形成拉張狀態，例如出現的正斷層地震就是實例。

表1 研究區域的GCMT解 (UTC)Tab.1 The GCMT solution in research region(UTC)

續表1

圖3 巴顏喀拉地塊東部分區域綜合應力場Fig.3 The sub regional comprehensive stress field in east area of Balyanlkalla Block

通過分析地震性質分類，得出研究區域內的走滑型、逆斷層型、正斷層型分別占51%、31%及18%，表明研究區域的應力狀態是以擠壓錯動為主，這樣才會產生眾多的走滑斷層和逆斷層的地震，而正斷層性質地震一般僅在一些特殊部位出現。

為研究小區域的應力狀態，根據地震分布將研究區域以巴顏喀拉地塊東部為中心劃分為3個目標區 (圖2)，分別為巴顏喀拉地塊西南、北部及東南區域。獲得的綜合應力場結果如圖3所示，西南部區域的主壓應力軸方向為北東向 (237°～239°)，仰角變化范圍為16°～18°，主張應力軸方向為北西向 (147°～149°)，仰角為0°～2°(圖3a);北部區域的主壓應力軸方向為近東西向 (265°～275°)，仰角為 1°～6°，主張應力軸為近南北向(171°～182°)，仰角為46°～50°(圖3b);東南部區域 (龍門山斷裂帶)的主壓應力軸為東北東向(42°～93°)，仰角為0°～17°，主張應力軸變化范圍比較大，為115°～251°(圖3c)。

根據上述求取的主壓 (張)應力軸的方向，取μ=1，經換算可分別估算出西南、北部和東南3個區域的構造應力場方向分別為北東北向、近東北向和近東西向。從構造分布上來驗證應力場方向的合理性表明，這些區域的構造破裂走向比較符合前述的巖石破裂三軸應力試驗示意圖，表明本文對應力場的估算是合理的。

由圖2可以看出，1976年以來巴顏喀拉地塊內部幾乎沒有中強以上地震發生，地震主要分布在塊體外部，揭示了巴顏喀拉地塊內部相對穩定。這種應力場的格局表明巴顏喀拉地塊在印度洋板塊的不均勻推擠作用下，并由受到于青藏塊體的強烈阻擋和相互作用，形成巴顏喀拉地塊向東“逸出”是合理的，震源機制解的分布特征也證明了相應的構造背景。

一般來說，強震尤其大地震的震源機制解可以代表一個斷層或者一個區域的應力狀況，通過對2008年5月12日汶川MS8.0地震震源機制解的分析，表明斷層走向為231°，傾角35°，滑動角138°，P軸方位角為107.5°，仰角為18°，T軸方位角為229°，仰角為58°。如果仍取μ=1，那么汶川MS8.0地震代表的構造應力場約為130°，也就是近東南東向，和運用多個震源機制解解算的綜合應力場結果基本一致。

3 結論與討論

(1)在巴顏喀拉塊體的南部邊界及北部邊界的地震以走滑性質為主，而其東部邊界以逆沖為主，西南區域靠近塊體邊界區域的地震以走滑性質為主，而南部遠離邊界區域的的許多地震出現了以正斷層性質為主的分布狀態，這種分布表明了塊體不同區域的力學狀態有很大的差異。

(2)分區域主應力軸綜合計算認為，在塊體的不同區域，尤其是不同邊界帶附近地震的主壓應力軸均表現了各自的特征。

(3)巴顏喀拉地塊西南北部和東南區域的構造應力場分別為北東北向近東北向、近東西向，而汶川8.0級地震的主壓應力方向為東南東向。

(4)汶川8.0級地震的震源機制解所代表的應力場方向與巴顏喀拉地塊東南區域的綜合應力場一致。該地震的大尺度地表破裂和破裂形態進一步證實巴顏喀拉地塊存在向東“逸出”的結論。

陳運泰，顧浩鼎.2004.震源理論基礎［M］.北京:地震出版社.

劉峽，孫東穎，馬瑾，等.2014.GPS結果揭示的龍門山斷裂帶現今形變與受力——與川滇地區其他斷裂帶的對比研究［J］.地球物理學報，57(4):1091-1100.

盛書中，萬永革，李紅光，等.2013.應用綜合震源機制解法推斷南通市地殼應力場方向［J］.地球物理學進展，28(3):1297～1303.

屠泓為，萬秀紅，趙燕杰，等.2014.西寧盆地周圍區域中小地震震源機制解的計算及其構造意義［J］.地球物理學進展，29(1):148-154.

萬永革，盛書中，許雅儒，等.2011a.不同應力狀態和摩擦系數對綜合P波輻射花樣影響的模擬研究［J］.地球物理學報，54(4):994-1001.

萬永革，吳逸民，盛書中，等.2011b.P波極性數據所揭示的臺灣地區三維應力結構的初步結果［J］.地球物理學報，54(11):2809-2818.

熊熊，許厚澤，騰吉文.2001.青藏高原物質東流的演示層力學背景探討［J］.地殼形變與地震，21(2):1-7.

徐錫偉，Tapponnier P.，VanDerWoerd J.，等.2003.阿爾金斷裂帶晚第四紀左旋走滑速率及其構造運動轉換模式討論［J］.中國科學(D 輯)，33(10):967-974.

許忠淮，汪素云，黃雨蕊，等.1987.由多個小震推斷的青甘和川滇地區地殼應力場的方向特征［J］.地球物理學進展，30(5):476-486.

曾融生，孫為國.1992.青藏高原及其鄰區的地震活動性和震源機制以及高原物質東流的討論［J］.地震學報，14(s1):534-564.

張國民，張培震.2000.“大陸強震機理與預測”中期學術進展［J］.中國基礎科學，(10):4-10.

張培震，王琪，馬宗晉.2002a.中國大陸現今構造變形的GPS速度場與活動地塊［J］.地學前緣，9(2):430-441.

張培震，王琪，馬宗晉.2002b.青藏高原現今構造變形特征與GPS速度場［J］.地學前緣，9(2):442-450.

張培震，徐錫偉，聞學澤，等.2008.2008年汶川8.0級地震發震斷裂的滑動速率、復發周期和構造成因［J］.地球物理學報，51(4):1066-1073.

朱守彪，張培震.2009.2008年汶川MS8.0地震發生過程的動力學機制研究［J］.地球物理學報，52(2):418-427.

Aki E.，1996.Earthquake Generating Stress in Japan for Years 1961 to 1963 Obtained by Smoothing the First Motiom Pattern［J］.Bull.Earthq.Res.Int.，44:447-471.