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块体模型与负位错模型分析川滇地区块体应变与断裂带变形特征

赵静  
【摘要】:根据弹性回跳理论,地震的发生,是由于地壳中岩石发生了断裂错动,而岩石本身具有弹性,已经发生弹性变形的岩石在断裂发生错动时骤然解除了其所受构造力而向相反的方向整体回跳,恢复到未变形前的状态。这种弹跳可以产生惊人的速度和力量,把长期积蓄的能量霎那间释放出来,造成地震。因此,研究地壳形变可以作为研究地震的一个重要手段,而且研究地壳形变与地震的关系,不仅应该研究地壳表面的变形特征,更要研究地壳内部特别是断层内部的应变积累、闭锁程度和滑动亏损分布等。本文选择GPS观测资料丰富且地震危险性较大的川滇地区作为研究对象,通过块体整体旋转与均匀应变模型(REHSM)和断层剖面投影讨论了块体划分以及汶川地震前、后块体应变状态和断层滑动速率与应变积累;通过Defnode负位错反演程序估算了龙门山断裂在汶川地震前的闭锁程度和滑动亏损分布,并结合龙门山断裂带附近地表水平应变率场结果,综合分析了震前地壳变形特征。通过以上的研究工作,得到了以下一些初步结果。 1.通过对块体整体旋转与均匀应变模型(REHSM)的研究,利用川滇地区1999~2007年GPS水平运动速度场资料,首先,通过误差分析和残差分布讨论了川滇菱形块体的再划分问题,结果显示川滇菱形块体由丽江—小金河断裂划分为南北两个次级块体更为合适。其次,利用该资料分析了川西北—滇中—滇西南块体的应变状态,结果显示其主压应变率方向呈顺时针方向旋转;川西北块体在2007~2009年的主压应变率较1999~2007年结果增大一倍多,进而造成其面应变由张性转变为压性,可见汶川地震对其影响比较明显,而滇中块体应变状态在震前震后基本保持不变,受汶川地震的影响很小。 2.利用1999~2007年和2007~2009年两期资料,通过REHSM模型进行断裂滑动速率计算并采用GPS速度剖面分析研究了主要断裂带的运动与变形特征,结果表明,安宁河断裂、则木河断裂存在剪切应变积累,小江断裂南段以滑动为主、北段以应变积累为主,表现出不同的变形特征;汶川地震对丽江—小金河断裂中南段、安宁河断裂和金沙江断裂有一定影响,对则木河断裂、小江断裂和红河断裂的影响较小。 3.利用1999~2007年GPS水平速度场数据,采用Defnode负位错反演程序估算了龙门山断裂在汶川地震前的闭锁程度和滑动亏损分布。反演结果表明,震前龙门山断裂中北段处于完全闭锁状态,闭锁深度达到21km(闭锁比例0.99)左右,垂直断层方向的挤压滑动亏损速率约为2.2mm/a,平行断层方向的右旋滑动亏损速率约为4.6mm/a。龙门山断裂南段只有地表以下12km深度闭锁程度较高(闭锁比例0.99),垂直断层方向滑动亏损速率约为1.4mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为4.6mm/a;在12~16km处闭锁比例约为0.83,垂直断层方向滑动亏损速率约为1.2mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为3.8mm/a;在16~21km处闭锁比例约为0.75,垂直断层方向滑动亏损速率约为1.1mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为3.5mm/a。在21~24km处整条断裂均逐步转变为蠕滑。 4.结合龙门山断裂带附近地表水平应变率场结果,与Defnode负位错反演结果综合分析了汶川地震前龙门山断裂带地壳变形特征。负位错反演结果与区域地表应变计算获得的龙门山断裂带中北段整体的应变积累速率较低、南段应变积累速率较高相一致,均表明中北段积累了较高的应变能且闭锁程度高、南段闭锁程度稍低,该特征可以较好的解释汶川地震破裂时从震中向北东向单向破裂现象。


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