基于三維粘彈性有限元研究汶川地震對川滇地區(qū)的震后影響

蔣鋒云 朱良玉 李玉江

摘要：在考慮川滇地區(qū)地殼介質(zhì)的橫向分塊、縱向分層特征，及汶川地震同震斷層面靜態(tài)位錯上下盤非對稱性的基礎(chǔ)上，構(gòu)建川滇地區(qū)地殼三維粘彈性有限元模型，研究了汶川地震對川滇地區(qū)的震后影響。結(jié)果表明：（1）震后l0 a由于介質(zhì)粘彈性松弛效應(yīng)產(chǎn)生的遠(yuǎn)場水平變形在川滇菱形地塊內(nèi)部約0～20mm，對其北部影響較大，南部較刁、，其產(chǎn)生的遠(yuǎn)場垂直變形較小，在川滇菱形地塊大部分區(qū)域表現(xiàn)為0～4mm的上升：（2）離發(fā)震斷層較近的鮮水河斷裂、東昆侖斷裂，震后水平和垂直形變呈現(xiàn)高梯度帶：（3）為了和汶川地震之后川滇地區(qū)強震活動進(jìn)行對比，計算了主要塊體邊界活動斷裂水平應(yīng)力狀態(tài)和庫侖破裂應(yīng)力變化。從同震及震后位移場空間分布特征、應(yīng)力狀態(tài)反映的斷層活動特征及庫侖破裂應(yīng)力變化反映的斷層面應(yīng)力加卸載情況來看，與該區(qū)域強震活動分布在空間上存在一定的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：汶川地震；有限元；粘彈性松弛；川滇地區(qū)

中圖分類號：P315.725 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-0666（2018）02-0233-11

0 引言

自前，普遍的認(rèn)識是一次大地震震后短期發(fā)震斷層近場的地殼變形主要由發(fā)生在斷層面及其延伸部分的滑移（震后余滑）和孔隙介質(zhì)反彈控制（Jouanne et al，2011；Jonsson et al，2003），而震后長期的遠(yuǎn)場變形則主要受脆性上地殼下部的粘性下地殼和上地幔內(nèi)部同震應(yīng)力變化導(dǎo)致的粘彈性松弛效應(yīng)控制（Rice，Gu，1983）。而有關(guān)研究表明，由于介質(zhì)粘彈性松弛效應(yīng)引起的斷層面應(yīng)力變化（庫侖破裂應(yīng)力變化）甚至比同震影響更為顯著，可以導(dǎo)致周圍斷層失穩(wěn)，從而觸發(fā)強震。如沈正康等（2003）模擬了東昆侖斷裂帶1937年以來的5次7級以上強震在黏彈性成層介質(zhì)中地震斷層錯動產(chǎn)生的應(yīng)力演化過程，并計算了在后續(xù)地震破裂面上產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化，發(fā)現(xiàn)前4次地震均使2001年昆侖山口西8.1級大震發(fā)震斷層面庫侖破裂應(yīng)力增加，且中地殼和下地殼的黏彈性松弛效應(yīng)使得庫侖破裂應(yīng)力場隨著時間的推移而逐漸加強，前3個地震震后松弛效應(yīng)相比同震影響更為顯著。萬永革等（2007）采用多層彈粘性介質(zhì)中的位錯模型，以M≥7.0大地震和GPS數(shù)據(jù)得出的長期構(gòu)造加載為形變源，計算得到了地震產(chǎn)生的應(yīng)力變化，給出了青藏高原東北部1920年以來積累庫侖破裂應(yīng)力演化，結(jié)果表明：17次大地震均發(fā)生在庫侖破裂應(yīng)力變化為正的區(qū)域，觸發(fā)率達(dá)85%。

2008年5月12日汶川8.0級特大地震發(fā)生至今已接近10年，有關(guān)該地震引起的震后遠(yuǎn)場變形的研究不多，少數(shù)的研究（談洪波等，2009；李強等，2013）局限于利用彈性位錯模型，僅考慮介質(zhì)的縱向分層而沒有考慮研究區(qū)復(fù)雜的介質(zhì)橫向非均勻性，而川滇地區(qū)相比華南地塊普遍存在流變性更強的中下地殼，對震后形變場產(chǎn)生重要的影響（季靈運等，2015）。相比位錯模型，有限元技術(shù)由于能充分考慮地球介質(zhì)的非均勻性、調(diào)整斷層面上下盤同震靜態(tài)位移而在數(shù)值模擬中得到廣泛的應(yīng)用。因此，本文借助有限元技術(shù)，綜合考慮活動地塊、地球物理、大地測量、地震活動等多學(xué)科資料，構(gòu)建考慮地殼介質(zhì)縱向分層、橫向分塊的三維粘彈性有限元模型，以USGS給出的汶川地震同震破裂（Ji，Hayes，2008）作為加載，研究汶川地震對川滇地區(qū)由介質(zhì)粘彈性松弛效應(yīng)引起的震后形變場、應(yīng)力場的時空分配關(guān)系。

汶川地震之后，川滇地區(qū)中強地震活動相比地震前出現(xiàn)了一些顯著的變化，如鮮水河斷裂（3次MS≥5.0地震）、大涼山地塊附近（除蘆山地震外，發(fā)生7次MS≥5.0地震）強震活動較為活躍。本文利用有限元模擬結(jié)果計算了汶川地震同震及震后不同時段研究區(qū)域主要塊體邊界活動斷裂應(yīng)力狀態(tài)和庫侖應(yīng)力變化，并結(jié)合震后形變應(yīng)變場時空演化規(guī)律，進(jìn)一步分析了汶川地震對川滇地區(qū)的震后影響和地震活動之間的相關(guān)性。

川滇地區(qū)三維粘彈性有限元模型

根據(jù)川滇地區(qū)全新世活動斷裂、地殼上地幔三維波速結(jié)構(gòu)等資料，充分考慮對地質(zhì)構(gòu)造運動和地震活動起決定作用的活動斷裂和活動斷塊，建立川滇地區(qū)三維地質(zhì)構(gòu)造模型。

1.1 介質(zhì)分區(qū)及物性參數(shù)

川滇地區(qū)的活動斷裂控制了主要構(gòu)造活動的發(fā)生和發(fā)展，同時成為活動地塊的邊界（張培震等，2003），依據(jù)川滇地區(qū)的構(gòu)造特征模型劃分出10個塊體，具體見圖1。

構(gòu)建有限元幾何模型時，模型橫向分塊主要依照前述10個塊體劃分結(jié)果（圖1）設(shè)定，縱向分層及各塊體介質(zhì)參數(shù)主要根據(jù)川滇地區(qū)地震波速資料揭示的地殼上地幔結(jié)構(gòu)和P波、S波速度結(jié)果設(shè)定（王椿墉等，2015；吳建平等，2006，2009），具體設(shè)定為：（1）吳建平等（2006，2009）研究結(jié)果表明川滇地區(qū)中下地殼普遍存在低速層，而華南地塊并不明顯。因此，在介質(zhì)參數(shù)設(shè)定時，考慮了中下地殼低速體的存在及其橫向差異性，將巴顏喀拉塊體、川西北塊體、滇中塊體、大涼山塊體、保山塊體、景谷塊體6個塊體中下地殼粘滯系數(shù)設(shè)定為1.0×1018Pa·s，而穩(wěn)定的華南地塊設(shè)定為1.0×1021Pa·s，其他區(qū)域為1.0×1020Pa·s；（2）已有研究（王達(dá)鏞等，2015；吳建平等，2006，2009）表明，南北地震帶中南段上地殼統(tǒng)一為強度較高的介質(zhì)，橫向和構(gòu)造存在顯著的相關(guān)性。因此，上地殼統(tǒng)一設(shè)定為較硬且粘滯系數(shù)較高的脆性層，但在彈性模量的設(shè)置上體現(xiàn)了華南地塊相比其他區(qū)域介質(zhì)相對較硬的特性：（3）整個區(qū)域上地幔具有相同的介質(zhì)參數(shù)，王輝等（2007）根據(jù)地震波速進(jìn)行統(tǒng)計計算得，粘滯系數(shù)約為1.0×1020Pa·s：（4）由于需要在龍門山斷裂上加載汶川地震的同震位移，而同震滑動可以看作無摩擦的瞬間滑動，因此龍門山發(fā)震斷層采用無摩擦的接觸面來設(shè)計，具體的斷層深度、傾角的設(shè)定和滑動分布的加載依據(jù)Ji和Hayes（2008）給出的有限斷層面解來進(jìn)行：（5）為簡化模型，研究區(qū)其他斷裂均采用傾角為90°的直立斷層，參考王輝等（2007）的做法，斷層的設(shè)定用粘滯系數(shù)較小（1.0×1020Pa·s）的軟弱體代替，具體模型分塊及分層參數(shù)見表1。為了盡可能地減少模型邊界效應(yīng)對計算結(jié)果的影響，我們將研究區(qū)域向外圍擴(kuò)展了200km。在上述地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，借助ANSYS有限元軟件建立川滇地區(qū)三維粘彈性有限元模型（圖2）。模型研究范圍為（94°～110°E，21°～34°N），垂直區(qū)域為地表至上地鰻頂部100km深處，采用SOLID185和SOLID186這2種實體單元進(jìn)行劃分，整個有限元模型共劃分555330個單元，737989個節(jié)點。

1.2 汶川地震同震發(fā)震斷層模型

有關(guān)汶川地震的同震斷層破裂模型已發(fā)表的研究成果有很多，Ji和Hayes（2008）的模型僅考慮中遠(yuǎn)場地震波，斷層僅為一個面，比較簡單。陳運泰等（2008）的研究結(jié)果雖然也只有一個斷層面，但在資料的使用上，增加了近場的地震波資料約束。而之后的地震破裂模型由于考慮了大地測量、地震波、InSAR等多種觀測（畢研磊等，2017；Shen et al，2009；Wang et al，2011；Field-ing et al，2013；Wan et al，2017），斷層分了很多段，且考慮了斷層深淺部傾角的差異，相對比較復(fù)雜，也更為精確。談洪波等（2009）對陳運泰等（2008）以及ii和Hayes（2008）研究中的不同模型進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)不同模型同震及震后影響差異主要集中在斷層附近，中遠(yuǎn)場差異較小。考慮到本文模型空間尺度范圍較大，且主要考查中遠(yuǎn)場同震及震后形變，為了使有限元模型建立過程中同震斷層面處理更方便，本文采用Ji和Hayes（2008）的簡單模型（圖3），這種模型在斷層附近和實際結(jié)果存在一定的差異，但對于中遠(yuǎn)場的分析而言，差異可以忽略。圖3中箭頭表示下盤相對上盤的運動方向，最優(yōu)選取的發(fā)震斷層參數(shù)為走向229°，傾角33°，分別沿走向和傾向均勻的分成21塊和8塊子斷層，每個子斷層的尺度為15km×5km，并給出了每個子斷層面的滑動角和滑動量。

1.3 模型邊界約束與同震加載方式

為了得到汶川地震對川滇地區(qū)真實的震后形變場，必須先得到和實際觀測接近的同震位移場。Wang等（2011）為我們提供了可靠的、高密度的、大范圍的汶川地震的同震觀測水平位移場（圖4a），其結(jié)果表明：（1）汶川地震同震水平形變存在明顯的非對稱性，即上盤（青藏高原一側(cè)）形變強度和范圍明顯大于下盤（華南地塊一側(cè)），這種現(xiàn)象在INSAR同震近場形變觀測中也可以看到（Shen et al，2009）：（2）汶川地震同震影響在川滇菱形地塊東邊界以西從南至北，具有和背景構(gòu)造水平運動場接近的順時針旋轉(zhuǎn)特征，在滇西北地塊表現(xiàn)為近南北向運動，而在滇中地塊表現(xiàn)出明顯的南西向整體運動，遠(yuǎn)至滇西北和滇中塊體南部仍然有將近10mm的同震形變量。

相關(guān)研究（Wang et al，2007；Funning et al，2007；邵志剛等，2008；李寧等，2017；季靈運等，2017，焦佳爽等，2017）表明，同震形變場的非對稱性成因機(jī)理主要有以下幾種：（1）發(fā)震斷層兩盤介質(zhì)性質(zhì)存在顯著差異：（2）震后粘彈性松弛引起的有效粘度發(fā)生橫向變化：（3）斷層存在多條近平行的剪切帶：（4）斷層產(chǎn)狀，即斷層并非直立斷層，存在傾角。對于汶川地震的發(fā)震斷層龍門山斷裂而言，斷層兩側(cè)青藏高原相對華南地塊明顯的介質(zhì)性質(zhì)差異和斷層產(chǎn)狀都可造成同震形變場的非對稱性。而第2種情況，相對同震短時間而言，影響可忽略不計。由于龍門山斷裂相對比較集中，第3種情況也可忽略不計。我們在有限元模型構(gòu)建時就考慮發(fā)震斷層330的北西傾向，也考慮了發(fā)震斷層兩盤介質(zhì)性質(zhì)的差異。在此基礎(chǔ)上，在邊界條件的設(shè)定上，參照李玉江等（2013）將模型四周和底部做法向約束，其他方向可自由移動。目前大多數(shù)同震靜態(tài)位移斷層面加載方式為上下兩盤斷層面對稱加載（李玉江等，2013），即上下兩盤同震靜態(tài)位移各占一半。通過試算，我們發(fā)現(xiàn)這種加載方式對近場的擬合效果較好，而對中遠(yuǎn)場擬合效果較差，無法完全體現(xiàn)出上下兩盤形變的非對稱性。通過分析，我們認(rèn)為除了上述4種情況，同震形變的非對稱性可能與斷層兩盤本身的運動狀態(tài)有關(guān)，即斷層的主動盤與被動盤。青藏高原受到印度板塊北東向推擠，在外圍構(gòu)造環(huán)境約束下，龍門山以西表現(xiàn)為垂直龍門山斷裂近東西向的運動特征，而華南地塊，特別是穩(wěn)定的四川盆地，相對青藏高原而言是穩(wěn)定不動的。這表明龍門山斷裂上盤青藏高原一側(cè)是主動盤，而華南地塊一側(cè)是相對穩(wěn)定的被動盤。換句話說，華南地塊和青藏高原本身的構(gòu)造邊界約束條件是不一致的，這種不一致性有可能造成上盤斷層面同震滑移要比下盤斷層面大，從而使得同震形變在更大范圍內(nèi)表現(xiàn)出上盤比下盤顯著的特征。因此，我們擬通過調(diào)整斷層上下兩盤同震靜態(tài)滑移比例來實現(xiàn)模擬同震水平位移（主要是中遠(yuǎn)場）和實際觀測的最佳匹配，在實際給定比例時，要保證上盤一直大于下盤，這樣才符合物理機(jī)理。試算結(jié)果表明上下兩盤同震滑移比例為7.5：2.5時獲得的同震水平移場（圖4b）和實際觀測結(jié)果（圖4a）較為接近。

需要強調(diào)的是雖然受到有限元模型邊界條件、地殼介質(zhì)的簡化以及發(fā)震斷層產(chǎn)狀與同震滑動分布簡略等影響，模擬結(jié)果和觀測結(jié)果仍然存在顯著的差異，從模擬值與觀測值矢量差可以更為清晰地看出（圖4c），差異主要表現(xiàn)為：（1）在斷層附近模擬值比實際觀測值要小，這可能是由于使用的同震破裂模型是用遠(yuǎn)場地震波資料反演得到，而沒有近場的約束引起的：（2）整個川滇地區(qū)和四川盆地遠(yuǎn)離發(fā)震斷裂地區(qū)，模擬得到速度場比觀測速度場量值大，且存在系統(tǒng)性偏差。其原因一方面可能是有限元模擬中邊界條件僅做法向約束，和實際情況可能存在差異，另一方面可能是上下盤斷層面同震靜態(tài)位移比例調(diào)整，僅用一個比例系數(shù)，過于簡單：（3）整個區(qū)域除了發(fā)震斷層附近上下兩盤一定范圍內(nèi)，大部分地區(qū)模擬得到的速度場和實際觀測存在10mm以下的殘差。

雖然模擬結(jié)果與觀測結(jié)果存在上述明顯的差異，但其反映的整個同震形變場的整體運動形態(tài)，特別是中遠(yuǎn)場形態(tài)和實際觀測結(jié)果（圖4a）具有較好的相似性。因此，利用上述得到的上下盤同震加載比例及邊界約束方式進(jìn)行汶川地震同震及震后形變場的研究具有一定合理性。

2 汶川地震對川滇地區(qū)震后影響

采用上述邊界條件及斷層面靜態(tài)同震破裂加載，計算了汶川地震同震及震后1a、5a、10a這3個時間點由于介質(zhì)粘彈性松弛效應(yīng)引起的川滇地區(qū)位移場以及主要塊體邊界活動斷裂水平主應(yīng)力狀態(tài)和庫侖應(yīng)力的變化，并結(jié)合川滇地區(qū)近年來強震活動特征，對這些物理量的時空演化特征進(jìn)行分析驗證。

從模擬同震水平位移等值線圖（圖5a）可以看出，和實際觀測結(jié)果類似，汶川地震的同震影響主要沿垂直發(fā)震斷裂兩側(cè)方向延伸，上盤形變強度和范圍明顯大于下盤，上下兩盤存在明顯的非對稱性。同時平行斷裂方向也存在一定分量，表現(xiàn)出同震形變主要以斷裂逆沖為主，同時兼具右旋走滑的特征。需要說明的是模擬得到的汶川地震對川滇交界東部地區(qū)同震影響比實際觀測結(jié)果量值偏大。

從震后水平形變場來看，震后1a（圖5b）形變主要集中在發(fā)震斷裂附近，且上盤變形強度明顯大于下盤。但就影響范圍來看，下盤影響范圍比上盤要大。震后5a、10a形變（圖5c、d）則在短期形變的基礎(chǔ)上隨時間推移向外圍擴(kuò)展。其中從川滇交界東部地區(qū)向滇西南、滇西北方向擴(kuò)展特征更為明顯，這和汶川地震之后川滇地區(qū)中強地震活動主要呈北東向條帶分布一致。另外，在形變擴(kuò)展過程中，沿著巴顏喀拉地塊南北兩側(cè)邊界帶出現(xiàn)形變高梯度帶，且隨時間變化逐漸加強。在這一過程中，先后在其南邊界鮮水河斷裂上發(fā)生了2010年道孚5.4級、2011年爐霍5.7級、2014康定6.3級強震，近期又在其北邊界東北角發(fā)生了2017年8月8日九寨溝7.0級強震，可能與汶川地震對該區(qū)域的震后影響有關(guān)。大涼山地塊震后形變隨著時間變化增強顯著，水平變形量震后10a達(dá)到20mm，該區(qū)域也是汶川震后強震活躍顯著的區(qū)域。

從垂直形變特征（圖6）來看，和水平同震形變類似，同震垂直形變主要沿著龍門山斷裂東西兩側(cè)垂直斷層方向延伸，靠近斷層附近下盤表現(xiàn)為下沉，上盤表現(xiàn)為上升。距斷層一定范圍內(nèi)（上盤約300km，下盤約150km）表現(xiàn)為上升，之后向兩側(cè)延伸又表現(xiàn)為下沉。隨著離開斷層距離的增加，同震垂直形變衰減較快。斷裂西南部表現(xiàn)為顯著的上升，而斷裂的東北部表現(xiàn)為上升-下沉交替變化特征。震后1a尺度垂直形變（扣除同震）則主要集中在斷層附近較小的區(qū)域，靠近斷層附近上盤和同震形變一致繼續(xù)表現(xiàn)為上升，下盤仍然表現(xiàn)為下沉。相對遠(yuǎn)離斷層區(qū)域和同震形變相反，表現(xiàn)為下沉區(qū)。隨著時間的推移，震后垂直形變不斷向外擴(kuò)展，和水平形變類似，擴(kuò)展方向除了沿著斷裂兩側(cè)垂直斷裂方向外，還具有從川滇交界東部向滇西北、滇西南方向擴(kuò)展的特征。

從同震及震后主要塊體邊界水平向主應(yīng)力變化特征（圖7）來看：（1）甘孜—玉樹斷裂南段、鮮水河斷裂爐霍—道孚—乾寧段以及金沙江斷裂北段同震影響以垂直斷裂方向張應(yīng)力為主，震后隨時間推移逐漸加強。尤其是鮮水河斷裂，震后10a的張應(yīng)力累積變化量已超過同震變化量。而該斷裂上相繼發(fā)生了2010年道孚5.4級、2011年爐霍5.7級、2014康定6.3級強震，隨時間的推移震級呈增強特征，和汶川地震震后應(yīng)力場變化具有顯著相關(guān)性；（2）安寧河—則木河—小江斷裂、馬邊斷裂、紅河斷裂、金沙江斷裂南段同震及震后影響均表現(xiàn)為與斷層走向呈一定夾角的莊應(yīng)力變化特征。安寧河—則木河—小江斷裂主壓應(yīng)力方向（北北東）和背景構(gòu)造主壓應(yīng)力方向（北北西向）相反，使斷層表現(xiàn)為右旋，具有負(fù)影響，汶川震后強震活動較弱。紅河斷裂應(yīng)力所反映的斷層走滑活動特征和背景特征一致，表現(xiàn)為右旋走滑，但量值相對較小。金沙江斷裂中南段以垂直斷裂的壓應(yīng)力特征為主：（3）總體上，汶川地震同震及震后對鮮水河斷裂影響最大，其次為金沙江斷裂北段、安寧河—則木河斷裂、馬邊斷裂、魯?shù)椤淹〝嗔选⒔鹕辰瓟嗔阎心隙巍⒓t河斷裂、麗江—小金河斷裂，對小江斷裂影響最小。從影響特征和影響強度2方面考慮，汶川震后川滇地區(qū)強震活動的主體區(qū)域和其具有較好的一致性。

為了進(jìn)一步分析汶川地震對川滇地區(qū)主要塊體邊界活動斷裂的影響，將汶川地震產(chǎn)生的應(yīng)力變化投影到斷裂滑動方向上，用庫侖破裂應(yīng)力變化來表示該地震對周圍接收斷裂產(chǎn)生的影響。具體計算公式參照J(rèn)aeger等（1969）的研究，在計算中有效摩擦系數(shù)參照Stein等（1992）和King等（1994）的研究，取值為0.4。有關(guān)接收斷裂活動性質(zhì)幾何參數(shù)參考鄧起東等（2002）結(jié)果給出。由于研究區(qū)域的地震震源深度絕大多數(shù)在0～25km范圍內(nèi)，因此我們研究汶川地震在10km深度上產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化，我們也計算了其他深度上產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化，發(fā)現(xiàn)模式和量值變化不大。

從庫侖破裂應(yīng)力變化結(jié)果（圖8）來看：（1）同震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力顯著增加斷裂主要包括龍門山斷裂南端和北端、甘孜—玉樹斷裂、鮮水河斷裂、白玉斷裂、東昆侖斷裂東段部分段落，這些部位庫侖破裂應(yīng)力增加值均超過0.01MPa，達(dá)到強震觸發(fā)的閾值（King et al，1994；Harris，Simgson，1998）。震后隨時間的變化，這些斷裂庫侖破裂應(yīng)力大部分在同震的基礎(chǔ)上有所增加，但增加量值不太顯著。汶川地震之后，這些斷裂相繼有5.0級以上強地震發(fā)生，其中包括在甘孜一玉樹斷裂發(fā)生的2010年玉樹7.1級、龍門山斷裂南段發(fā)生的2013年蘆山7.0級和鮮水河斷裂發(fā)生的2014年康定6.3級地震。（2）同震庫侖應(yīng)力有所增加，但增加不是很顯著的斷裂，主要包括大涼山地塊東邊界馬邊斷裂、大涼山地塊南邊界魯?shù)橐徽淹〝嗔选⒔鹕辰瓟嗔选Ⅺ惤〗鸷訑嗔训哪隙巍⒛贤『訑嗔眩瑤靵鰬?yīng)力增加值小于0.01MPa。魯?shù)橐徽淹〝嗔褞靵銎屏褢?yīng)力震后隨時間變化逐漸增強，震后10a達(dá)到0.01MPa，該斷裂附近先后發(fā)生了幾次5.0級以上強震，其中包括2014年8月3日魯?shù)?.5級地震。麗江一小金河斷裂震后隨時間推移庫侖破裂應(yīng)力也逐漸增強，其南段震后10a庫侖應(yīng)力接近0.01MPa，在其附近發(fā)生了2012年寧蒗5.7級地震。金沙江斷裂震后隨時間變化庫侖破裂應(yīng)力有所增強，南汀河斷裂震后隨時間變化庫侖應(yīng)力有所增加，但并不顯著。（3）同震庫侖破裂應(yīng)力減少的斷裂包括龍門山斷裂中段發(fā)震斷裂、安寧河—則木河—小江斷裂、麗江—小金河斷裂北段、紅河斷裂及東昆侖斷裂東段部分段落。除了麗江—小金河斷裂北段在震后隨時間推移，庫侖破裂應(yīng)力由同震的卸載轉(zhuǎn)為震后的加載外，其他斷裂震后隨時間變化情況和同震效應(yīng)一致，均存在不同程度的卸載增強的特征。總之，同震及震后斷層庫侖破裂應(yīng)力反映的加卸載情況和強震活動空間分布具有一定的相關(guān)性。需要說明的是由于使用的模型及方法的不同，本文計算獲得的同震庫侖破裂應(yīng)力變化和萬永革等（2009）采用位錯方法得到的結(jié)果存在明顯的差異。

3 討論與結(jié)論

本文借助三維粘彈性有限元技術(shù)，以Wang等（2011）給出的大范圍汶川地震同震水平位移場作為約束，模擬了汶川地震對川滇地區(qū)的同震及震后形變場、應(yīng)力的時空演化特征，在模擬過程中，不但考慮了川滇地區(qū)地球介質(zhì)的橫向和縱向非均性，而且對同震上下盤斷層面靜態(tài)位移加載比例進(jìn)行了調(diào)整，盡可能使我們的模擬結(jié)果在中遠(yuǎn)場和實際觀測結(jié)果在形態(tài)上具有一致性。

模擬得到的川滇地區(qū)同震和震后形變場、應(yīng)力狀態(tài)反映的斷層活動特征及庫侖破裂應(yīng)力變化反映的斷層面應(yīng)力加卸載情況，在空間上和強震活動具有較好的相關(guān)性。對于理解和解釋汶川地震之后川滇地區(qū)出現(xiàn)的一些觀測異常具有一定的參考意義。但本文模擬結(jié)果相比實際觀測結(jié)果還存在許多不一致的地方，在模擬過程中仍然存在許多有待商榷和解決的問題。主要包括以下幾個方面：（1）有限元邊界約束條件對結(jié)果有著重要的影響，位錯模型認(rèn)為在離開斷層無限遠(yuǎn)處和無限深處同震位移為0，即固定不動。在有限元模型中，由于模型范圍總是有限的，我們無法做到這一點。本文采用大多數(shù)學(xué)者的做法，即模型邊界法向約束，切向自由移動，這和實際情況存在明顯的差異，也可能是本文模擬結(jié)果相比觀測結(jié)果中遠(yuǎn)場同震形變相對較大的主要原因。因此探索更為有效、合理的邊界條件約束是在模擬過程需要進(jìn)一步解決的問題：（2）本文簡單地通過采用上下盤斷層面同震錯動位移比例，來擬合測同震形變場，僅僅采用一個比例系數(shù)，過于簡單，也可能是擬合效果存在差異的原因之一：（3）本文模型沒有考慮重力、地殼背景構(gòu)造應(yīng)力場作用，重力、背景構(gòu)造應(yīng)力對同震及震后變形也存在一定的影響。另外，地殼介質(zhì)本身具有復(fù)雜性（地形、斷層的非連續(xù)性）等，這對模擬結(jié)果都會產(chǎn)生一定影響。在后續(xù)的數(shù)值模擬工作中需要進(jìn)一步探索和研究。

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