汶川8.0級地震前GPS與跨斷層資料反映的運動與變形演化特征

趙靜 劉杰 任金衛 江在森 閆偉 岳沖 苑爭一

1）中國地震臺網中心，北京市西城區三里河南橫街5號 100045

2）中國地震局地質研究所（地震動力學國家重點實驗室），北京市朝陽區華嚴里甲1號 100029

3）中國地震局地震預測研究所（中國地震局地震預測重點實驗室），北京 100036

0 引言

2008年5月12日汶川8.0級地震發生在巴顏喀拉塊體與華南塊體交界的NE向龍門山斷裂帶上，地震基本為沿著斷裂帶的NE向單側破裂。汶川地震是有歷史記載以來首例發生在大陸內部低滑動速率斷裂上的高角度逆沖型8級強震，其孕育機制和發生機理與其他特大逆沖型地震可能是不同的（張培震等，2009），而要認識汶川地震的孕育過程，僅研究其發震斷裂——龍門山斷裂帶是不夠的，巨大地震孕育過程涉及更大的時空尺度，因此需要對與發震斷裂相關、相鄰的地質構造單元在震前不同時段、不同尺度的運動與變形狀態進行觀測和研究，才能獲得完整、可靠的信息（中國地震局監測預報司，2009），這包括垂直斷裂帶的GPS速度場剖面、地表大范圍的GPS應變率場、斷層面上閉鎖程度分布、大尺度GPS基線時間序列、近場跨斷層短水準等。至2018年5月12日，汶川地震已發生10年，在這期間許多科學工作者利用震前GPS資料與跨斷層資料對龍門山斷裂帶的閉鎖與變形特征、巴顏喀拉塊體與華南塊體的運動與變形演化過程等進行了研究，Chen等（2000）、張培震等（2008、2009）、Hubbard等（2009）、江在森等（2009）、杜方等（2009）、Zhang等（2010）、趙靜等（2012）、Wu等（2015）利用GPS速度剖面方法對龍門山斷裂帶遠、近場變形特征進行了相關分析；江在森等（2009）、武艷強等（2011）、趙靜等（2012）、Wei等（2015）、Wu等（2015）對龍門山斷裂帶及其周邊地區的應變率場進行了相關分析；Shen等（2005）、Meade（2007）、趙靜等（2012）建立塊體與斷層模型，對龍門山斷裂帶運動特征、閉鎖程度和滑動虧損空間分布進行了相關研究；江在森等（2009）利用大尺度GPS基線對南北地震帶大范圍地殼變形進行了相關分析；焦青等（2008）、蘇琴等（2009）、程萬正等（2011）、Bo等（2011）利用跨斷層短水準資料對龍門山斷裂帶垂向運動進行了相關分析；楊國華等（2006）、陳祖安等（2011）、陳運泰等（2013）、徐晶等（2017）分析了遠大震和周邊強震對龍門山斷裂帶及附近地區的影響。除此之外，前人還在其他方面開展了較豐富的研究工作。上述研究為我們進一步認識汶川地震前龍門山斷裂帶近場與遠場的變形特征、研究汶川地震孕育過程等提供了幫助，但是這些研究大部分只涉及了一種或幾種方法，沒有利用多種資料、方法將地表和斷層深部運動與變形、斷層水平方向和垂直方向運動與閉鎖等進行綜合研究，因此缺乏針對龍門山斷裂帶遠近場、深淺部、三維立體的綜合性分析。本文的目的是對這方面的10年研究成果進行匯總，使讀者了解汶川地震前GPS與跨斷層資料的變化特征和目前的認識。

GPS和跨斷層觀測數據可以有效監測斷裂帶及其周邊區域不同尺度地殼三維動態變形特征，而斷層深淺部運動與閉鎖作用很大程度上影響著地殼變形，因此本文將主要依據1999～2007期GPS速度場，綜合前人跨斷層速度剖面結果分析斷裂帶遠、近場的運動變形特征；綜合前人最小二乘配置方法計算結果分析周邊區域的應變率場，采用DEFNODE負位錯反演程序估算汶川地震前龍門山斷裂帶的閉鎖程度和滑動虧損分布；綜合前人大尺度GPS基線時間序列結果分析南北地震帶地殼運動特征；利用1985～2008年跨斷層短水準資料分析龍門山斷裂帶不同場地年均垂直變化速率、斷層形變累積率空間分布。然后利用上述相關研究結果綜合分析汶川地震前龍門山斷裂帶近場和遠場的水平與垂直變形演化特征、地表與斷層深部運動與變形特征，探討汶川地震的孕育過程和發震機理，以期對大陸內部低滑動速率斷裂上的高角度逆沖型8級強震有更全面、深入的認識。

1 跨斷層GPS速度剖面

利用橫跨斷裂帶的GPS速度剖面可以分析斷裂帶的遠、近場變形特征（Savage et al，1973；Meade et al，2005），汶川地震后多位學者（張培震等，2008、2009；江在森等，2009；杜方等，2009；Zhang et al，2010；趙靜等，2012；Wu et al，2015）利用該方法對龍門山斷裂帶進行了相關分析。圖1為垂直于龍門山斷裂帶的GPS速度剖面，剖面NW側數據結果顯示，平行于龍門山斷裂帶的水平右旋走滑分量和垂直于龍門山斷裂帶的水平縮短分量都揭示了寬達500km的川西高原震前遭受著明顯的連續變形，其右旋走滑速率為9～11mm/a，水平縮短速率為4～5mm/a；川西高原中速度剖面大體上的線性梯度表明其變形和應變是準均勻的（張培震等，2009）。剖面SE側數據結果顯示，四川盆地一側GPS站速度都在0值附近，表明四川盆地內部無明顯變形趨勢，且跨整個龍門山斷裂帶的GPS站速度與四川盆地內部一致，基本看不到變形趨勢（江在森等，2009）。以上結果表明川西高原震前經歷著強烈的變形，其在變形幅度和空間范圍上遠大于龍門山斷裂帶和四川盆地（張培震等，2009）。

圖1 龍門山地區活動構造與汶川地震前GPS速度剖面（據Zhang等（2010））

2 GPS應變率場

由GPS速度場計算得到的應變率場可以反映地殼上部的張壓和剪切等變形特征，因此汶川地震前龍門山斷裂帶及其附近地區的應變率場結果能夠反映地震孕育的部分特征。選取25°～34°N、99°～107°E范圍內的 GPS水平速度場數據，采用最小二乘配置方法（武艷強等，2009；江在森等，2010；Wu et al，2011）計算得到了該區域的主應變率、EW向應變率和最大剪應變率的分布（圖2）。主應變率結果（圖2（a））表明龍門山斷裂帶西南段的應變積累速率遠大于中北段，具有明顯的分區特征，整條斷裂帶表現為擠壓兼右旋剪切變形特征。斷裂帶中北段的NW側變形幅度從遠離斷裂帶到靠近斷裂帶逐漸減小，表明川西高原的長期變形在持續不斷地為閉鎖的龍門山斷裂帶提供應變積累，并且在震前較長時期已經積累了很高的應變能，而龍門山斷裂帶由于本身強閉鎖狀態和四川盆地的強烈阻擋，只發生微弱的震間變形，使得有GPS觀測以來無法觀測到汶川地震前的斷裂帶顯著變形（趙靜等，2012）。斷裂帶中北段的SE側變形很微弱，表明作為支撐單元的四川盆地在汶川地震前對川西高原的擠壓起到了穩定的阻擋作用，這也是造成龍門山斷裂帶閉鎖和高應變積累的必要條件（張培震等，2009）。EW向應變率結果（圖2（b））表明受巴顏喀拉塊體東向運動影響，龍門山斷裂帶西南段周邊區域形成了顯著的EW向擠壓應變集中區；龍門山斷裂帶中北段的NW側擠壓變形明顯，而斷裂帶的SE側則屬于EW向拉張變形區，該結果表明龍門山斷裂帶作為EW向變形的分界帶，具備長期積累擠壓應變的背景（趙靜等，2012），而汶川地震就發生在EW向強烈擠壓變形的邊緣區域。最大剪應變率結果（圖2（c））表明鮮水河-安寧河-則木河-小江斷裂帶上最大剪應變率較高（計算時斷層滑動速率沒有扣除，因此斷層蠕滑可能會影響應變率值計算），而在龍門山斷裂中北段剪應變并不明顯（Wu et al，2015），表明汶川震前龍門山斷裂中北段的右旋剪切運動也較弱，斷層處于閉鎖狀態。此外，從整個中國大陸西部的 EW 向變形特征（Wei et al，2015；Wu et al，2015）來看，青藏塊體在 92.5°以西地區主要表現為EW向拉張，反映了青藏高原地殼物質的東向流動；在92.5°E以東地區主要表現為EW向擠壓，一直持續到龍門山斷裂帶附近，反映了青藏高原地殼物質東向流動受到了華北和華南塊體的阻擋作用，形成了寬達900多千米的擠壓區域，而龍門山斷裂帶作為擠壓區域的邊界，一直接受著來自西部青藏高原大范圍擠壓應變能的積累。

圖2 1999～2007期 GPS應變率場結果（趙靜等，2012；Wu et al，2015）

汶川地震前川滇地區EW向應變率場的三期結果（圖3）反映了龍門山斷裂帶周邊地區EW向擠壓變形的演化特征。1999～2001年（圖3（a）），EW向擠壓變形高值區的面積較小、最高值區位于鮮水河斷裂帶；龍門山斷裂帶西南段擠壓變形較強，而中北段擠壓變形微弱。2001～2004年（圖3（b）），EW向擠壓變形高值區的量值和面積均有所增加，最大擠壓變形仍然位于鮮水河斷裂帶并向東移動；龍門山斷裂帶擠壓變形范圍有所增加，西南段擠壓變形進一步增強，中北段附近擠壓變形較強。2004～2007年（圖3（c）），EW向擠壓變形的量值明顯增大，最大擠壓變形繼續往東遷移至龍門山斷裂帶與鮮水河斷裂帶交界處；在EW向應變率場逐漸東向遷移的過程中，龍門山斷裂帶的EW向擠壓變形逐漸增強，到2004～2007年達到最高（武艷強等，2011）。

圖3 川滇地區EW向應變率場結果

3 斷層閉鎖

在前面分析跨斷層GPS速度剖面、GPS應變率場的基礎上，我們建立了塊體與斷層物理模型對龍門山斷裂帶在汶川地震前的閉鎖程度和滑動虧損空間三維分布等進行了相關反演計算，試圖從斷層深部運動與變形角度對汶川地震有更深一步的認識。所用DEFNODE負位錯反演程序的基本原理和使用方法見參考文獻（McCaffrey，2002、2005；Savage et al，2001；趙靜等，2012、2015），該程序假定塊體內部點的運動為塊體旋轉、塊體內部均勻應變和由于斷層閉鎖而引起的地表彈性變形之和，因此該程序能夠利用GPS數據，采用網格搜索和模擬退火方式反演計算塊體旋轉歐拉極、塊體內部均勻應變、塊體邊界斷層閉鎖程度和滑動虧損速率三維分布等，其中，斷層閉鎖程度為斷層滑動虧損速率與斷層長期滑動速率的比值，比值為0表示斷層完全蠕滑，比值為1表示斷層完全閉鎖，比值介于0～1之間，表示斷層部分閉鎖，并存在部分蠕滑運動。我們首先對該程序的反演可靠性和穩定性進行了驗證，結果表明在不同斷層傾角條件下反演結果均具有高度可靠性；權值f對反演結果影響微弱，反演結果也具有較好的穩定性；沿經度、緯度方向均為1°間隔分布的GPS速度場數據基本能夠約束發震斷層的震間變形形態（趙靜等，2013）。

所用數據為汶川地震前的1999～2007期GPS速度場（王敏研究員提供），共有186個測站數據參與反演，因此GPS的空間分辨率應該可以約束汶川地震發震斷層的震間變形形態。考慮到龍門山斷裂帶與鮮水河斷裂帶、安寧河-則木河-小江斷裂帶在青藏高原東緣構成了交叉口，三條斷裂帶之間的運動與變形相互影響，因此在建立塊體與斷層物理模型時，將整個研究區域以上述三條斷裂帶為邊界，劃分為巴顏喀拉地塊、川滇地塊和華南地塊。反演所得龍門山斷裂帶閉鎖程度和滑動虧損空間分布情況見圖4，圖4（a）結果顯示：整條龍門山斷裂基本處于強閉鎖狀態，只有汶川地震的震源位置處閉鎖相對較弱，閉鎖程度為0.88左右；西南段有大概20km寬度斷層在12～22.5km深度為蠕滑狀態，為整條斷裂帶上唯一不閉鎖的位置，而蘆山地震則發生在強閉鎖至不閉鎖的過渡部位（趙靜等，2018）。圖4（b）結果顯示：平行龍門山斷裂的滑動虧損速率均為右旋虧損速率，北東段虧損速率最大，為 5.8～6.0 mm/a；中南段完全閉鎖段落的虧損速率為5.7～5.8mm/a，較北東段稍有減弱。圖4（c）結果顯示：垂直龍門山斷裂的滑動虧損速率均為擠壓虧損速率，自北東端至南西端滑動虧損速率逐漸增大，其中，北東段虧損速率最小，為0.6～1.1mm/a；中南段完全閉鎖段落的虧損速率為2.0～3.6mm/a。

圖4 汶川地震前龍門山斷裂帶閉鎖程度與滑動虧損空間分布（據趙靜等（2018））

4 大尺度GPS基線

單個GPS站的時間序列會受到參考框架、季節性天氣等影響，而這些影響在一定程度上是相關的，因此需要找出一些具有物理意義、受共有誤差影響較小的參數來描述地殼變形信息，提取兩個GPS站間基線的時間序列與參考框架相關程度較小且可削弱一些同源誤差影響，能夠凸顯地殼變形信息，而采用大地線弧長作為基線時間序列又避免了GPS法向觀測誤差（其非構造影響更突出）的影響。通過濾波可削弱多種年周期及更短頻段的非構造因素的影響，保留相對低頻的具有穩定性的趨勢變化，所反應的地殼運動信息可能更為可靠（江在森等，2009），因此提取兩個GPS站間大地線弧長低頻信息的方法在地殼變形分析中較為常用。汶川地震后，江在森等（2009）對中國大陸 GPS基準站連續觀測數據進行了處理，結果表明跨南北地震帶區域的NE向GPS基線時間序列自2005年以來出現長趨勢普遍轉折現象（圖5（a）），反映南北地震帶NE向地殼縮短的相對運動增強、青藏地塊相對華南地塊的NE向運動增強，其中與西南地區的KMIN（昆明）、XIAG（下關）、LUZH（瀘州）等站相關的北東或北北東基線均顯示，2004年12月26日蘇門答臘MW9.0地震后，在2004～2005年先相對伸長，而后在 2005～2006年轉為縮短擠壓變化，如 KM IN（昆明）-YANC（鹽池）基線（圖5（b）），表明西南地區受蘇門答臘地震同震影響明顯（楊國華等，2006）。青藏塊體和華南塊體內部的NE向基線并沒有出現縮短增強的趨勢。同時，LUZH（瀘州）-LHAS（拉薩）-YANC（鹽池）GPS基準站構成的三角形變形單元應變參數時間序列結果（江在森等，2009）表明，南北地震帶大尺度地殼變形的變化為近EW向地殼縮短和NE向右旋剪切活動的增強，這與龍門山斷裂帶發震所需要的構造動力一致，因此蘇門答臘地震可能促進了汶川地震的發生。

圖5 南北地震帶及其附近區域部分NE向GPS基線時間序列去線性后曲線圖（江在森等，2009）

5 跨斷層短水準結果

圖6為汶川地震前龍門山斷裂帶跨斷層短水準場地分布與高差變化，短水準場地包括灌縣、七盤溝、耿達、雙河、蒲江等5個場地，其水準數據時間跨度為1985～2008年。綜合分析認為，汶川地震前5個場地跨斷層形變資料基本沒有出現明顯的短期異常（蘇琴等，2009；Bo et al，2011）。

從圖6可以看出：耿達A-B測線在震前出現了大幅拉張異常，但經異常核實認為該變化為A點受環境因素影響產生下沉，且異常出現時段與當地修建房屋時段非常吻合，因此不作為地震前兆異常（蘇琴等，2009）；灌縣3-4測線在1992～1994年出現顯著拉張變化，最大幅度達到2.47mm，1994年后斷層處于弱活動狀態，2005～2008年有一個先擠壓后拉張的微弱變化；蒲江1-2測線自1987年以后呈現持續拉張狀態，1993年9月～1995年9月出現拉張速率增強又減弱的異常過程（焦青等，2008），1995～2002年曲線恢復走勢，表明該觀測斷層段張性活動恢復，2002～2004年曲線拉平，水準變化明顯減弱，斷層活動消失，而從2004年底開始，水準拉張變化再次增強，2006年下半年由拉張轉擠壓，之后汶川地震發生（程萬正等，2011）；七盤溝和雙河場地水準年變周期較為規律，但同時呈現一定的壓性變化。

圖6 汶川地震前龍門山斷裂帶跨斷層短水準場地分布（a）與高差變化（b）

為進一步研究汶川地震前跨斷層短水準變化，我們計算了水準年均形變速率（圖7），從幾個場地的年均變化速率結果可以看出，整個龍門山斷裂帶上斷層的年均變化速率都在0附近波動變化，說明整個斷層垂向運動很弱，處于強閉鎖的狀態，這與1999～2007期GPS反演所得斷層閉鎖程度結果是一致的。蒲江場地和灌縣場地水準年均形變速率分別在2006年和2007年出現了小幅度的變化，可能表明斷層的活動性在汶川震前稍有增強。但是縱觀龍門山斷裂帶上所有斷層形變資料不難看出，汶川地震前基本沒有出現明顯的短期突跳或速率改變異常。

為研究汶川地震前龍門山斷裂帶周邊地區的跨斷層短水準垂直變化空間分布結果，我們計算了斷層垂直形變累積率Dc（圖8），Dc為斷層形變長期平均年變速率與平均年變幅度之比（無量綱），其絕對值范圍在0～1之間，越趨于1，表示曲線線性趨勢越好且波動變化越小；越趨于0，表示曲線往復變化或曲線平穩且無形變和應變累積（岳沖等，2017）。圖8結果顯示：鮮水河斷裂帶上的侏倭、溝普、安順場場地Dc絕對值一直趨于1，表明其長期處于形變和應變累積過程，而其他場地的形變和應變累積速率較低，綜合鮮水河斷裂帶8處場地結果可以看出，斷裂帶北西段閉鎖較弱，而南東段閉鎖較強。龍門山斷裂帶上耿達、七盤溝、雙河場地具有很小的形變累積率，結合圖7可以看出這三處場地的年均垂直變化速率曲線的波動性即擾動性并不強，表明這三處場地活動很弱；蒲江和灌縣場地的形變累積率稍大，結合圖6、7結果可以看出，灌縣場地形變累積率稍大主要是由1992～1996年觀測數據引起的。綜合龍門山斷裂帶5處場地結果，可以看出整個斷裂帶的形變累積率很低，表明斷層沒有明顯的速率改變、處于強閉鎖狀態。

圖7 汶川地震前龍門山斷裂帶跨斷層短水準年均垂直變化速率

圖8 汶川地震前斷層形變累積率空間分布等值線（1990～2008年結果）

6 討論與結論

（1）利用汶川地震同震位移除以GPS方法獲得的震間斷層滑動速率，得到汶川地震的復發間隔為 2500～5000年（趙靜等，2012）、3190～5952年（張培震等，2008）、2000～10000年（Burchfiel et al，2008），但是十年尺度GPS結果獲得的斷層滑動速率是否能夠代表過去幾千年甚至更長時間斷層的滑動速率，是計算地震復發間隔的關鍵所在（Yin，2010）。像喜馬拉雅斷層這樣的大斷裂，遠離斷層500km左右還能夠積累彈性應變（Feldl et al，2006），而斷層近場GPS觀測不到明顯的變形，當積累的能量釋放時卻能夠促使斷層上大地震的發生。龍門山斷裂帶與喜馬拉雅斷裂帶有一定的相似性，均為大陸內部逆沖斷裂帶，只不過龍門山斷裂帶為仰沖斷裂帶（主動盤為上盤），喜馬拉雅斷裂帶為俯沖斷裂帶（主動盤為下盤），因此除了青藏高原東緣的龍門山斷裂帶以外，巴顏喀拉塊體東部應該有一個大范圍應變積累區域，而跨斷層GPS速度剖面結果就顯示寬達500km的整個川西高原震前經歷著空間上連續分布的強烈變形。地震地質研究結果給出的汶川地震前龍門山斷裂帶滑動速率比GPS結果給出的速率要高，因此利用汶川地震同震位移除以地震地質方法獲得的斷層滑動速率，得到汶川地震的復發間隔為2233～4167年，比GPS結果獲得的復發間隔要短（張培震等，2008）。

（2）大地震釋放的彈性應變來源于震前地殼運動造成的長期應變積累，汶川地震可能經歷了幾千年的彈性應變能積累過程，而跨斷層資料的觀測時間只有不到30年、GPS資料的觀測時間只有10年，都處于汶川地震周期的最后階段，因此可能在該階段龍門山斷裂帶附近地殼彈性應變積累已經趨于極限，正處于一個十分緩慢積累甚至已經無法積累的狀態，這可能是導致前兆異常特別是近斷層異常不易突出顯現的原因，也是導致我們在中長期尺度上低估了其地震危險性的重要原因之一。汶川地震后，我們認識到斷層在低運動和變形速率下并不一定代表低的潛在地震危險性，特別是逆沖型斷層可能反映了其正處在強閉鎖和應變能高度積累的狀態。由于汶川地震前龍門山斷裂帶北西盤沒有布設GPS連續觀測站，因此我們對震前斷層附近的地殼連續變形并沒有獲得較好的觀測，也無法用連續的GPS資料分析斷層附近連續變形的演化特征。汶川地震后中國地震局地震預測研究所江在森研究員的研究團隊認識到，未發生破裂的龍門山斷裂帶南段依然有發生強震的危險性，因此他們在南段周邊布設了10個GPS連續觀測站，并成功捕捉到了蘆山7.0級地震前龍門山斷裂帶南段的連續變形演化特征（劉曉霞等，2015），使我們對大陸內部逆沖型斷層的震前變形和發震機理等有了更進一步的認識。

（3）在地震學研究中，震間變形因涉及時間窗口長和各種干擾因素的影響，已成為具有挑戰性的問題之一。在汶川地震前大致半個世紀內，龍門山斷裂帶周邊區域發生了多次6～7級強震，主要包括1976年8月16日松潘7.2級、8月22日松潘6.7級、8月23日松潘7.2級地震序列，1941年6月12日瀘定-天全一帶6.0級地震和1970年2月24日大邑6.2級地震。有關大地震同震效應和震后效應引起的庫侖應力變化研究結果顯示，松潘地震序列對2008年汶川8.0級地震、2013年蘆山7.0級地震和整個龍門山斷裂帶影響微弱（徐晶等，2017）。1941年瀘定-天全一帶6.0級地震和1970年大邑6.2級地震所釋放的地震波能量太小，僅為MW6.8（汶川地震和蘆山地震之間未破裂段落的震級估值）地震所釋放地震波能量的6%～13%，不足以改變龍門山斷裂帶西南段危險斷層的地震估值（陳運泰等，2013）。地震的影響既有同震相變，也有震后蠕變調整，雖然上述研究指出這些強震對汶川地震的影響可能較弱，主要因素仍是汶川地震本身能量的積累，但本文給出的龍門山斷裂帶及周邊地區的震間變形仍然是包括這些地震影響的，這也是不同地震之間變形差異的一個原因。

（4）橫跨斷裂帶的GPS速度剖面結果顯示，不論是垂直于龍門山斷裂的水平縮短分量還是平行于龍門山的水平右旋走滑分量，都揭示出寬達500km的川西高原在震前遭受著明顯的、連續的變形；而四川盆地一側GPS站速度和跨龍門山斷裂處的GPS站速度都在0值附近，基本看不到變形趨勢，表明汶川地震前川西高原在持續不斷地為已經處于閉鎖狀態的龍門山斷裂帶提供能量積累。

（5）GPS主應變率結果顯示，龍門山斷裂帶西南段的應變積累速率明顯大于中北段，整條斷裂帶表現為擠壓兼右旋剪切變形特征。龍門山斷裂帶中北段的NW側變形幅度從遠離斷裂帶較大到靠近斷裂帶逐漸減小，而斷裂帶由于本身強閉鎖狀態，不發生或只發生微弱的震間形變。GPS面應變率結果顯示，龍門山斷裂帶西南段形成了顯著的EW向擠壓應變集中區；以龍門山斷裂帶中北段為界，斷裂帶的NW側擠壓變形明顯，而斷裂帶的SE側則屬于EW向拉張變形區。GPS剪應變率結果顯示，鮮水河-安寧河-則木河-小江斷裂帶上最大剪應變率很高，而在龍門山斷裂中北段剪應變并不明顯。GPS應變率多種結果表明龍門山斷裂帶作為巴顏喀拉塊體和華南塊體運動與變形的分界帶，具備長期積累擠壓和右旋剪切應變的背景。

（6）閉鎖程度和滑動虧損三維分布反演結果顯示，汶川地震前整條龍門山斷裂帶基本處于強閉鎖狀態，只有汶川地震的震源位置處閉鎖相對較弱（閉鎖程度為0.88左右），西南段有大概20km寬度斷層在12～22.5km深度為蠕滑狀態，而蘆山地震則發生在強閉鎖至不閉鎖的過渡部位。平行龍門山斷裂帶的滑動虧損速率均為右旋虧損速率，北東段虧損速率為5.8～6.0mm/a，中南段完全閉鎖段落的虧損速率為5.7～5.8mm/a；垂直龍門山斷裂帶的滑動虧損速率均為擠壓虧損速率，北東段虧損速率為0.6～1.1mm/a，中南段完全閉鎖段落的虧損速率為2.0～3.6mm/a。此外，隨機選取的2組只包含80%GPS數據反演計算所得結果與原始結果基本一致，僅在西南段蠕滑位置處稍有差異；權值f由最優值1.74調整為1.64和1.84后，反演計算所得結果與原始結果基本一致，表明反演結果具有較好的可靠性和穩定性。

（7）大尺度GPS基線結果顯示，跨南北地震帶區域的NE向GPS基線時間序列從2005年以來長趨勢出現普遍轉折，反映NE向地殼縮短的相對運動增強，其中與西南地區站點相關的NE或NNE基線顯示，2004年蘇門答臘MW9.0地震后，在2004～2005年先相對伸長，而后在2005～2006年轉為縮短擠壓變化。GPS基準站構成的三角形變形單元應變參數時間序列結果顯示，南北地震帶大尺度地殼變形的變化為近EW向地殼縮短和NE向右旋剪切活動的增強，這與龍門山斷裂帶發震所需要的構造動力一致。

（8）沿龍門山斷裂帶跨斷層短水準場地（灌縣、七盤溝、耿達、雙河、蒲江場地）相關解算結果表明，汶川地震前觀測原始曲線和年均垂直變化速率基本沒有出現明顯的短期突跳或速率改變異常；整條龍門山斷裂帶的形變累積率很低，表明斷層近場活動很弱，處于垂向活動強閉鎖狀態。GPS水平速度場反演的斷層面強閉鎖狀態和跨斷層短水準資料反映的斷層垂向強閉鎖狀態相一致，表明汶川8.0級逆沖型強震發生前，無論斷層深淺部還是斷層水平向與垂直向運動，都處于強閉鎖狀態，不能夠自由運動。

（9）通過以上汶川8.0級地震前GPS與跨斷層資料的相關分析，可以看出在相對小尺度的地殼變形中，汶川地震前龍門山斷裂帶深淺部均處于強閉鎖狀態，斷裂帶水平與垂直變形都很微弱，從超過2000年的復發間隔來看，這種現象可能已經經歷了一個長時間的緩慢過程，而且越是臨近地震的發生，微弱變形的范圍可能越大。同時在相對大尺度的地殼變形中，汶川地震前龍門山斷裂帶西側的巴顏喀拉塊體東部地區經歷了地殼緩慢且持續的縮短擠壓變形，為龍門山斷裂帶應變積累持續提供了動力支持。2001年昆侖山口西8.1級地震的發震斷層發生左旋走滑錯動，引起東昆侖斷裂帶南側巴顏喀拉塊體進一步東擴和一定規模的變形，并在東側受到四川盆地的阻擋，使得龍門山斷裂帶庫侖破裂應力增大，促進了其擠壓應變能積累增強（江在森等，2009；陳祖安等，2011）。2004年蘇門答臘MW9.0地震有利于印度板塊向北運動，而川滇和華南地塊南部向西南方向運動加快（楊國華等，2006），同時造成南北地震帶大尺度NE向地殼縮短的相對運動明顯增強，這種大尺度的影響與龍門山斷裂帶發生右旋剪切破裂所需要的動力作用一致，因此蘇門答臘地震可能會促進龍門山斷裂帶右旋剪切應變能積累增強（江在森等，2009）。

致謝：感謝審稿專家提出的中肯意見和建議。