南北朝·大地變遷的動力

馮銳

[摘要] ?地下應力場是地殼形變、巖體破壞、地震發生的直接力源，巖體的穩定性問題十分重要。通過國際合作已經完成了全球GPS速度場和地應力圖的更新，有了動力源的板塊就不再是一堆僵化構造體，它們運動的活力和內部的應力狀況被第一次揭示出來。本文介紹了地應力原地測量的方法，應力張量結構的劃分原則，全球和中國應力圖的基本特征。對于地震的震源機制解，作者繪制了多種三維透視圖，便于讀者以看圖識字的方式掌握震源機制解的地質含義。最后，以兩個實例對比了實測應力圖和震源機制解的異同，分析了當地動力學的背景。

[關鍵詞] 巖體穩定性; GPS速度場; 構造應力圖; 地應力類型; 地震震源機制

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2024-017

0 ?引言

中國的4大石窟?敦煌的莫高窟，天水的麥積山窟，大同的云崗石窟，洛陽的龍門石窟，都是在南北朝（386—589）時期發展起來的（圖1）。

社會背景，不同尋常。

一是絲綢之路的興旺。印度佛教文化自西而東傳入，遂在河西走廊開鑿了100余處石窟供奉如來和觀世音。古人雕塑了數以萬計的普渡眾生的佛主，繪出了無數飄逸云端的仙女，達到了當時中國藝術的最高水平。

二是天災人禍的頂點。三國以來的370年間共發生戰爭605次，人口降到了五千年歷史的最低點?大約只有1600萬人！加之中國的氣候進入了一個長達近400年的相對寒冷期，中國第一次出現了大規模的人口棄北南遷的動蕩。

這種形勢下，北方大鑿石窟，“億萬化身開絕嶂，三千法界作丹梯”（清 · 王度）；南方大建寺廟，“南朝四百八十寺，多少樓臺煙雨中”（唐 · 杜牧）。百姓供奉佛祖，惟求天下太平。

還好，當時的地震活動處于平靜期，4級以下的有感地震和幾次6～7級的中強震僅發生在北方。本文便從石窟談起，重點探討構造應力場和地震的震源機制問題。

1 ?巖體擾動與地應力

1.1 ?石窟與地震

還是在東晉末年的時候，甘肅的瓜州榆林窟、千佛洞和文殊山等石窟就已經開鑿。只是366年涼州武威發生5級地震，震撼了天下大眾，促使武威天梯山窟、敦煌昌馬窟和莫高窟迅速開工，求得菩薩顯靈。416年天水發生5級地震，善男信女們立即在麥積山巒鑿石開洞，雕塑的西天佛像精彩絕倫。北魏的云崗石窟是在460年動工的，開始的規模并不大，隨著孝文帝時期的京師平成（今大同）地震活動的加劇，512年忻州原平發生7.5級大震，死亡5310人，被視為天譴的警示，讓石窟建設的規模愈發擴展，一直延續到524年；北魏于494年遷都洛陽，龍門石窟正是在同一年動工的，布衣百姓無不慷慨解囊。

隨著遷洛南行步伐的推進，沿線又留下了太原天龍山—昔陽石馬寺—平順金燈寺—邯鄲響堂山—高平羊頭山—鄭州鞏義的石窟。

就這樣，我國便出現了世界僅有的兩條巨型石窟走廊?河西走廊與山西走廊（圖2）。

歷史告誡我們：巖體并不寬恕穩定性的破壞，地震也終將懲罰人類的肆意妄為。

首先倒霉的是麥積山。隋朝600年天水發生6級地震，唐朝734年天水東南再次發生7級地震，都強烈地震撼了麥積山區，當地的烈度高達X度，4000多人死亡，麥積山中部的石窟群整體垮塌崩落，唐玄宗只得派右丞相赴現場祭祀山川，殘留于今天的只有東、西兩崖^[1]。

756年張掖高臺7級地震、1305年大同6.5級地震、1609年張掖—酒泉7.3級地震、1927年武威古浪8級地震，都毫不留情地襲擊和破壞了當地的石窟壁畫和雕塑。其中1932年敦煌地區的昌馬7.6級地震，更把上窖石窟的12座洞窟全部震塌，下窟石窟只有4座洞窟幸存于今……

當然，即便沒有地震作孽，石窟的長存也是困難的。

原因在于巖體內存在地應力。

人家億萬年才穩定下來的平衡態被人類擾動，不是掏洞就是挖肝，能不難受嗎？恐怕也要經過千百年痛苦的調整才能平復往日的創傷?！疤烊撕弦弧辈荒苷f空話，只要巖體的原生狀態遭到改變，就必須給予補償！任何一項巖土工程，如果沒有科學的加固措施是絕對不行的，無論大小，天南地北。

故而研究地下應力狀態，一直是地學的重大課題之一，巖土力學便是一門重要的學科。

1.2 ?地應力場

地應力場是巖體的初始應力或原巖應力，由地熱、重力、板塊運動等所產生，它是造成地殼形變、工程破壞、發生地震的直接作用力。

人類對地球的興趣是在不斷改變和深化的。從早期知道了地球的公轉自轉，又明白了海底擴張和板塊構造，現今關注的是“巖石圈動力學”?為什么大地山河會這樣變化，動力何在？滄海變桑田是因為垂直受力，還是水平擠壓的結果？只要這些最底層的問題搞不清，資源、環境的規律就無從談起。其中，全球GPS速度測量和地應力測量便是兩項重大課題，前者旨在查明大陸的移動和形變，后者要查明地殼的應力狀態、確定地應力場的量值和方向。各國科學家合作了二三十年，現在才有點眉目。

2 ?現代構造地應力場

2.1 ?地應力結構的類型

2.1.1 ?地應力量值

對地殼深部的應力，目前還無法直接測量。只能按照巖石靜壓力的關系（梯度值約26.5 MPa/km），估算出地殼在24 km深度的靜巖壓力約為600 MPa；在400 km深度時，約為13400 MPa，剪切應力大約在10～100 MPa^[2]；大陸地殼的抗剪強度至少在20 MPa以上^[3]。

地震引發的應力突降稱之“應力降”，可以根據地震波記錄按照一定的數學模型計算出來，6～7級地震的理論值大約為2～10 MPa，平均值約為4～6 MPa^[4]（圖3）。由震源參數推算出的構造剪應力值也基本在這個水平^[5]。

我們需要清醒：相對于靜態初始剪切應力來說，地震應力降的量值就很小了，它能提供有效信息的空間畢竟比較窄。

基于這種認識，地球動力學的關注點便放在了地應力的方向和相對變化上，而不是它的絕對數值。

當然，巖土工程不在此例。地殼淺部500 m以內的最大水平主應力的實測值 10～30 MPa水平^[6]，四川錦屏地下實驗室測到地下2400 m的最大地應力是113.87 MPa^[7]，對于主應力的方向和絕對大小不可小覷。高鐵隧道、水電站大壩、地下硐室的建設中，直接牽涉到壩基巖體、坑道圍巖、邊坡巖體的穩定性，此外，還會存在巖爆的發生、巖石的滲透性和硐室承載力等安全性問題，自然都必須有專業評估和工程措施。

2.1.2 ?地應力方向

應力是物理學中的張量，含9個分量，不依賴于坐標系。要測出巖體的原地應力大小和方向，絕非易事。

好在天上掉下兩個餡餅！

一個餡餅是數學的?理論上可以在三維空間里任意旋轉坐標系，總存在某一種特殊狀態：只有3個獨立的應力分量?最大p₁，中間p₂和最小量p₃（也可寫成σ₁，σ₂，σ₃），三軸相互垂直。主應力確定后，剪切應力的最大值和平均值即可導出：

最大：（σ₁-σ₃）/2

平均：（σ₁+σ₃）/2

另一個餡餅是地學的?全球范圍實測到的地應力居然都是以水平方向為主的壓應力，顛覆了長久以來認定垂直方向為主的猜想。也就是說，有一個主壓應力的軸是大體垂直于地表的。

有了餡餅，就有了辦法！

對原地應力（in-situ stress）的測量，曾經試驗了幾十年。目前公認的較好辦法是震源機制解和水壓致裂法，其次是鉆孔（孔壁）崩落、應力解除、斷層滑動和誘發破裂等共6種（圖4），也有一些輔助辦法，不再詳述。

美國有個叫安德森（E M Anderson，1916—2018）的學者，他在1951年對地應力的數據處理出了個好主意：根據主應力的取向和相對大小把地應力的張量結構劃分成3種類型（regime）?正斷、走滑和逆沖型，它們分別對正斷層、走滑斷層和逆斷層的位錯起著有利的作用。

辦法如下：

● 地應力（stress）的3個主軸，有一個壓應力被認定是垂直地面的方向（vertical），記成S_V。另外兩個分別是水平最大和最小主壓應力，記成S_H和S_h（圖5）。它們在地理坐標中的具體方位，由實測而定。

● 在應力的相對大小方面，總有S_H>S_h的關系。于是，當S_V的大小在3個壓應力當中處于最大、中間和最小的位置時，應力結構便分別對應著正斷型、走滑型和逆沖型（圖6，可注意綠色S_V的數值位置）。

安德森挺聰明，他的辦法簡單實用，還能夠符合地球物理和地質學的基本原則。今天，已經是世界各國編制地應力圖的基本原則。

補充一句：不少情況的實測S_V軸并不完全垂直于地面，即S_H軸和S_h軸的空間取向并不完全在水平面上，而是存在一個不小的仰角。有可能，這種高角度狀態屬于一種斜滑錯斷（oblique fault）。學術界目前還沒有一個很好的定義，只是在應力圖上另加標注? “暫未定”（undetermined）。

另外，應力結構的正斷型和逆斷型也僅僅指主要的分量，實際情況中會包含一定成分的走滑分量。換句話說，正斷型實際上是“正斷+正走滑”。

2.2 ?地殼運動和應力圖

自20世紀80年代，在利用GPS技術查明了全球各板塊的運動方向和幅度之后（圖7），地學界所取得的最重要的成果莫過于編制出世界應力圖（World Stress Map，簡寫WSM）（圖8）。那是包括中國在內的各國學者共同努力的成果，第一版發表于1992年。隨后在2005年、2008年和2016年陸續發表了更新的版本。這兩份圖不僅實用價值很高，而且更促使地學研究進入“地球動力學”的新階段，它們的重要性再怎么強調也不為過。

從板塊運動的速度場看（圖7），中國大陸所受到的印度板塊的擠壓不是那么簡單的，它的背后存在非洲、歐洲甚至大西洋裂谷東側的整體運動；中國東側受到的太平洋板塊的推擠也不是單一的，東南部（包括印支半島和南海）還存在澳洲板塊運動的混合影響。這意味著，在分析中國大陸地震活動時候，鄰區的地震強活動需要注意，眼界需要擴大。

地殼40 km均值的世界應力場（圖8）揭示出了下述基本特征^[3]：

● 地殼的大部分地區存在一致的、統一的應力場，其水平主壓應力方向于板塊的絕對運動速度方向（圖7）基本一致；大部分地殼都處于壓性狀態，且最大主應力是水平方向的。區域性的變化緩慢而量小；

● 地形高的地區，如青藏高原、美洲西側的科迪勒拉-安第斯山區，最大主壓應力軸是直立的張應力區，即以正斷層活動類型為主；

● 大陸應力場的力源主要有二：洋脊擴展的推力，大陸碰撞的擠壓力。

中國大陸的地應力圖于1994年完成編制，2003年定稿（圖9），至今沒有發布新版。其基本特征如下^[8-9]：

● 我國地應力場劃分成中國東部和西部2個一級應力區；4個二級應力區?東北-華北，華南，新疆，青藏高原。繼而再劃分出三級和四級應力區；

● 中國東部的力源是太平洋板塊和菲律賓板塊作用，主體特征為北東東-南西西方向；西部是印度板塊向北碰撞歐亞大陸，近南北-北北東方向的擠壓；南部存在印度－澳洲板塊北東向和菲律賓板塊北西向的聯合作用；

● 斷層帶及其附近的主壓應力值比較小，而遠離斷層其應力值增加；

● 青藏高原內部大致以昆侖山為界，南部和西南部處于正斷型應力狀態^[10]；東南部主應力方向有顯著轉動^[11]，可能源于喜馬拉雅山弧和緬甸山弧的弧后擴張影響。

有關各區域情況的細致分析，建議閱讀相應的學術論文。

3 ?震源機制解

3.1 ?看圖識字

震源機制解在確定構造應力場上起著重要作用，它既能反映出地殼深部的應力變化狀況，又是認識地震破裂過程的一個不可或缺的信息。但凡涉及地震機制、動力過程、發震構造一類的問題，它總是那個閃光的亮點。盡管，信息有限且不唯一。

利用它有困難嗎？有。

問題在于它不是直接測量到的物理量，而是一個抽象的數學模型的解，三維空間的。

提交出來的產品是一個在二維空間里的投影圖形，國外稱它“沙灘球”（beach ball），國內俗稱“西瓜皮”?能玩也能吃。欲理解機制解的含義，不建議馬上陷入數學公式的抽象推導，倒是需要有一個“看圖識字”的感性認識過程。

我們要向地質學家學習，他們在野外遇到的問題顯然是更加復雜和實際。欲把現場觀測和測量到現象定量化，他們有很多聰明的辦法，比如對斷層參數的定義（圖10）：

● 雙腳橫跨斷層線，右腳站在斷層上盤?面對的方向就是斷層走向，右手就是斷層傾向；

● 走向與正北方向的夾角即方位角；斷層面與水平面的夾角即傾角；

● 走滑斷裂分兩種情況。站在斷層一側，看到對側物體向左手位移了?左旋滑動；向右手位移了?右旋滑動；

● 上盤巖體相對下盤向下錯動了，叫正斷層（normal）；反之叫逆斷層（reverse 或者叫逆沖thrust）。

這些定義都要用到下述的震源機制解當中，不再解釋。總之，看圖識字是認識客觀事物的第一步，特別是理解那些抽象的數學模型至關重要。

只有把感性概念建立起來，后面的事情才好辦。

3.1.1 ?啟步

20世紀初，日本人在記錄圖上最早注意到：地震激發出來的波動跟爆炸不一樣：

爆炸激發的縱波（P）初動方向全部是向上、向外的，震源是單純的膨脹點源。地震波不同?有的地方向上、向外，有的相反，整體上呈四象限分布（圖11），這是由地震震源的剪切位錯所致。

1925年美國拜爾利（Perry Byerly，1897—1978）建議：既然P波初動有上有下，何不把震源設想成一個非常小的均勻球體（不管半徑大?。训孛嬗^測到的P波初動分布沿著射線路徑、原樣不變地返回到震源球面上。震源也就出現了四象限分布?初動符號指向球心的、推擠別人地盤的、搞擴張的為膨脹區；初動符號向外逃脫的、挨別人擠壓的、受欺負的為壓縮區。這就構成了震源剪切位錯模型（圖12）。

拜爾利的辦法物理概念清晰、簡單易行，也是個聰明人。至今仍然是世界最廣泛使用的方法。

當然，具體實施起來還要解決幾個技術問題：地球表面是圓球狀的、震源有一定深度、地震射線是彎曲狀的、三維問題不好表達等……既然科學思路已經有了，技術問題總是好辦的?不外乎折算、校正、延拓、投影……統統小菜一碟！

這里的力學關系是什么呢？

數學物理和實驗學家也已解決：只要有一對壓應力P（位于膨脹區）和一對張應力T（位于壓縮區），它們和斷層平面的夾角是45°，就能產生斷層面的剪切位錯和四象限的P 波分布圖樣。故而震源球面上就會出現3個平面：斷層面（即剪切位錯面），分割膨脹區和壓縮區之間的輔助平面（與斷層面垂直），由P軸和T軸組成的滑動平面。3個已知量便能解出3個未知量：

● 斷層方位

● 斷層傾角

● 位錯的滑動角

注意：這個解僅僅是方向和角度，不含震源位錯量的大小、應力水平的量值。

3.1.2 ?地應力與震源機制解

理論上講，主壓應力P和主張應力T只是被地震釋放掉的應力?地震前后的應力“變化量”，并不是震源區的構造應力場的初始應力（或原巖應力）。也就是說，壓力P軸（pressure）和張力T軸（tension）的空間取向，僅僅是構造應力減去流體靜壓應力影響之后的主應力軸，還不是構造應力場的最大p₁和最小p₃的軸向。

震源機制解是假定地震發生在新產生的斷層面的，周圍是均勻的、各向同性的介質。如果地震發生在已有的斷層或破碎帶，那么所得斷層面的取向就會隨著山脈或構造的走向而發生變化。也就是說，在同樣的大區域構造應力場的作用下，由于發震斷層的產狀、斷層面凹凸體分布和水飽和度的不同，每次地震的機制解都會有差異。而且破碎越嚴重，同一區域里的機制解就越混亂。

震源球面上有彼此垂直的兩個截平面（圖12）。今天看這個順眼，就選為斷層面（另一個就作為“輔助面”）；明天又看另一個順眼了，也成，兩個截平面的角色對調。因為二者都能產生完全相同的P波初動分布圖樣。學術文章里，應該把非唯一性的兩個解同時列出。

由此明白，必需有多個解的平均值才會更符合構造應力場的環境背景，才有望同實測到的S_H軸和S_h軸相互驗證（圖13）。

3.2 ?逆沖斷裂的機制解

斷層面方位角φ、傾角δ、位錯的滑動角λ是需求解的3個量，已經標在圖14上。

看圖的時候注意一條：震源球的白色區永遠表示膨脹區，國內國外海枯石爛，總是白色，誰都不能變。

黑色區域永遠是壓縮區。為方便讀者，不同作者可以按自己興趣，改用紅橙黃綠涂抹以示區別。四象限分布的分界由斷層面X和輔助平面Y 分開。

為了簡化，會引進“極點”概念。極點就是對地球的赤道面擁有南極和北極概念的推廣，南北極互為對蹠點（antipodes），兩點連線的軸會與該平面內的任意一點垂直，故而兩個極點與該平面是唯一對應的。

于是，圖中一旦標注了極點，就不用再畫它的平面和截線了。圖14中的Ω_X和Ω_Y分別是斷層平面X和輔助平面Y的極點，滑動平面的極點標成B，即中性軸或稱零軸（null，不用N標注是為了避免與表示方向的N混淆）。P、T、B軸都不是方向單一的矢量，都存在兩個互為相反的方向。

再簡化一步：利用四象限具有對稱特點，沿著水平面切上一刀：只畫下半球面足矣。于是，圖14里的男孩可以俯視黑白區域的分布，女孩可以在B軸方向上側視下半球面的圖樣。

最后一步，如何表達？

地球儀就是三維立體圖，直觀但不方便。數學家給出了高招?可以把球面上的三維圖樣投影到平面上，稱之“球極投影”或“極射赤面投影” （stereographic projection）。辦法如下：

取水平面在震源球的極點Z為核心，同震源球面上的所有圖形點一一連線，它們在水平面上的交點即為投影點（圖15），于是便得到了震源球面的二維俯視圖?西瓜皮。小女孩看到的側視圖，也有意義，只是不便于表現出走向和滑動角，較少采用。

球極投影是一種非常方便的把三維圖樣轉變成二維圖樣的技術途徑，有一種地圖就是這么畫出來的，晶體結構、蛋白結構、雷達監測都有應用，數學上可以使用一個叫做烏爾夫網 （Wulff net）的模板來實施。

3.3 ?正斷裂的機制解

斷層面正斷裂的解，可以參照前節內容來理解：方向相反，黑白區相反（圖16）。

斷層面一旦被選定，該圓弧兩個端點（圓弧與最外圈大圓的二交點）的連線便是走向線，垂直于走向線并正對著該圓弧凸起的方向便是斷層傾向。傾角δ位置已標在圖中，傾角越大、斷層面越直立，弧線越平直、越靠近圓中心。

極致情況，西瓜皮只有黑白兩瓣?直立斷層的垂直位錯，白區膨脹，向下；黑區挨擠，向上。

3.4 ?逆滑斷裂的機制解

逆滑（逆錯動為主，含有走滑分量）或正滑（正錯動為主，含有走滑分量）的位錯破裂是很常見的，西瓜皮圖樣的最大特征是出現了四象限圖樣。可以理解為對前述的逆錯動和正錯動圖樣的小改造：

黑色區域仍然居中，就是逆滑（圖17）；白色區域依然居中，就是正滑。對斷層走向、傾向的判斷辦法，仍然不變。

圓弧看不清，就看極點P、T、B的位置。對滑動角的判斷，請注意圖中所標注的位置。

其實，非地震專業的人員不必拘泥于機制解的3個角度的具體數值。看圖識字的目的，是為了在第一時間、下意識地、準確地抓住圖形想說的話（圖18）?區分正、逆、走滑斷層，大體的方位和傾向，以及走滑錯動的左右旋。定性地掌握西瓜皮的圖形特征，與搞清那些數值沒有實質的區別。

吃西瓜，有口訣：

● 白區居中：清清白白，堂堂正正?正斷；

● 黑區居中：黑燈瞎火，倒行逆施?逆斷；

● 黑白交錯：左右逢源，滑頭滑腦?走滑；

● 弧線有兩端，走個直線?走向；

● 站在走向線，側看弧線?傾向。

對于常見的幾種震源機制解的圖形和地質含義，可以比照圖19來理解。想再深入一步的，建議閱讀地震學教程或相應的專業文章^[12-14] 。

4 ?應用實例

4.1 ?京津冀地區

對比震源機制解和構造應力場是很有意思的。

圖20是個實例，地震震源機制解是王曉山等^[15]對2187 個中小地震做的3種分類，地應力場是2016版全球應力圖WSM在同一地區的截圖分布。

可以看出：雖然處于統一的構造應力場控制之下，但局部構造條件的影響仍很大，中小地震的震源機制解相當雜亂，并沒有形成單一類型的叢集分布。只是在經過1° × 1°的網格均值化處理后，才揭示出了主壓應力軸在NEE-EW向（圖20藍色大箭頭），而NNW-SSE向則是主張應力的方位（圖20紅色大箭頭），同實測到的構造應力場基本一致。

是什么因素造成震源機制的解出現如此大的差異分布呢？

估計有兩個因素：

其一是京津冀地區的地殼構造本就存在北東和北西兩大體系，北西向的斷裂系是晚期的、現今構造運動的產物，北東向是古老的穩定構造的背景；在NEE-EW向主壓應力背景場的作用下，兩種斷裂系的斷層都有條件發生錯動。

其二是渤海及鄰區存在上地幔的涌起，它必然造成張性應力作用的顯著，比如會達到主壓應力的2～8 倍^[16]，因此在渤海灣區和靠近大同火山地區，正斷裂和高傾角的斜滑（oblique fault）事件便很突出。

深入地分析和歸并這些問題，將會很有意義。

4.2 ?河西走廊

魏晉南北朝時期的河西走廊，是個三少一旺盛的地方?人煙少、戰火少、地震少，香火旺盛。

于是，河西走廊100余處的石窟、壁畫、雕塑、佛事活動經年不輟。估計，唐僧627年路過這里的時候應該比較順利，西游記里說他換公文、住寺院、進山洞，都是發生在過火焰山之前。

唐朝中后期的天災人禍相繼發生：734年的天水地震、756年張掖7級地震先后破壞了麥積山和馬蹄寺的石窟佛雕^[17]，755年安史之亂后的百余年唐蕃戰爭中，河西走廊已變成“春風不度玉門關”的戰場！

明朝1609年張掖—酒泉再次發生7.3級地震，軍民死者800多人，河水斷流數日，余震延續了七八年^[18]。這個時候能與長河落日相伴的，恐怕只有羌笛聲中的大漠孤煙了。

今天，河西走廊是地學研究的重點地區^[19]，驚喜地發現了第四紀2.59—0.012 Ma（百萬年）的構造應力場在早期和晚期存在時間上的變化。根據斷面擦痕、滑動階步、斷層位錯量的數據，確定了斷裂滑動矢量，反演出了構造應力場?早期是北北東向的擠壓、北西向的逆斷為主，晚期的主壓應力已經發生了順時針的旋轉，北東東向為主、走滑運動增大。這就致使當地的北西走向的逆斷裂更易于出現錯動。

圖21綜合了不同作者對該地區的研究結果，8次強地震的Ⅷ度以上烈度區的分布取自文獻[17-18，20-24]，5次強震的震源機制解取自文獻[25-29]。等震線長軸的北西向延伸和震源機制解的左旋逆滑特點都很明顯，反映出河西走廊的南北兩側的斷裂帶控制了應力場的調整，阿拉善地塊對青藏高原的推擠起到了重要的阻礙作用。

南北朝的百余座石窟，今朝已黯淡無幾。除外界因素外，可能還與選址不當有關。

這里的絕大部分的石窟都是在砂巖或砂礫巖地層的陡壁處，容易開鑿且外立面恢弘。問題是，河西走廊的陡巖峭壁往往是斷層的滑動面，或者是斷裂系的牽動面（山西石窟走廊位于裂谷構造系里，情況相似）。地震大多發生在第四紀盆地邊緣的祁連山斷裂帶和龍首山斷裂帶，都具有高角度的逆斷性質^[30]。14個實測地應力張量中有13個都是逆斷型^[19]，5個震源機制解中有4個都顯示了逆沖左旋走滑的性質（圖21）。

這意味著，該區構造應力場的垂直分量S_V肯定是最小的，應力張量的結構屬于S_H>S_h>S_V類型（圖6）。從巖土工程上講，在這樣的巖體內開鑿硐室比較安全，不容易發生落頂事故，只要硐室的跨度不大也不會出現側壁的垮塌。

但是，一旦發生了地震?逆沖型的斷裂錯動，石窟群的整個立面就容易發生整體性的坍塌滑落，734年天水麥積山地震和1932年昌馬地震，對當地石窟造成的摧毀性災難便是證據。張掖—酒泉地區也是多地震的，古文獻里雖然對文殊山、馬蹄山和童子寺石窟的震災少有記載，估計也好不了多少。

有幸逃脫了厄運的是莫高窟和瓜州窟的石窟群，它們處于阿爾金斷裂的西側?基本上沒有地震活動的地區。這條北東向的左旋走滑大斷裂，幾乎正交地阻斷了河西走廊北西向斷裂帶的延伸。在這地方實測到地應力張量是唯一的走滑類型，測點位于昌馬和石包城之間（圖21）。

當然，莫高窟的結構也起到了一定的保護性作用，如外側有窟檐保護了洞口，內有中心柱做支撐，硐室的頂部縮小，各硐室的進深小、跨度小、背屏式或佛龕式的雕塑較多，都降低了對地應力場原生狀態的擾動（圖22）。

全球GPS速度場圖和應力圖完成后，更高精度的實時監測，日顯迫切。大方向固然清楚，具體道路還在摸索。恐怕，當年的唐僧也是這樣走的，

迎來日出送走晚霞，

踏平坎坷又出發。

敢問路在何方，

路在腳下，路在腳下……

??致謝

全球GPS的速度場圖和應力圖是兩份重要的資料，劉珠妹根據國外資料進行了專業處理和繪制，難度不小，使我們得以看到高精度的最新成果，謹表誠摯的謝意。

參考文獻

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North-Southern Dynasties： Crustal stress fields

Feng Rui^*

China Earthquake Networks Center， Beijing 100045， China

[Abstract] ?Stability problems in rock stress fields were highlighted. It is a direct source of force for crustal deformation， rock destruction， and earthquake occurrence. Through large-scale international cooperation， the global GPS velocity field and world stress map were updated. Plates with the soul of a power source are no longer a bunch of rigid tectonics， and for the first time the dynamism of their movements and internal stresses are revealed. This paper describes the methods of in-situ measurement of stress， the principles of division of stress tensor regimes， and the basic features of stress maps. In response to the earthquake focal mechanism， the author has drawn a variety of 3D perspective drawings， so that readers can easily grasp the geologic meaning of the earthquake focal mechanism in a way that is easy to read and understand by looking at the drawings. Finally， the background of the local dynamics is analyzed with two examples comparing the similarities and differences between the measured stress maps and the earthquake focal mechanism.

[Keywords] rock stability; global GPS velocity field; tectonic stress map; stress regime; focal mechanism