發布時間：2021-05-17所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要龍門山斷裂帶沿傾向和走向具有明顯的分帶性和分段性特征，通常以4條主干斷裂為界將龍門山斷裂帶自西向東分為5條構造帶，但是對沿走向的分段性特征仍未達成共識.本文利用四川區域地震臺網記錄的汶川地震后近10年的波形數據，采用全波形反演獲取了龍門山斷
摘要龍門山斷裂帶沿傾向和走向具有明顯的分帶性和分段性特征，通常以4條主干斷裂為界將龍門山斷裂帶自西向東分為5條構造帶，但是對沿走向的分段性特征仍未達成共識.本文利用四川區域地震臺網記錄的汶川地震后近10年的波形數據，采用全波形反演獲取了龍門山斷裂帶1495個M≥3的震源機制解.通過“滑動窗”掃描方法提取不同地震類型的數量沿龍門山斷裂帶走向的變化曲線，據此將龍門山斷裂帶的震源區劃分為S1—S9段.根據反演的震源機制解，進一步采用阻尼線性反演技術求取龍門山斷裂帶高分辨率的構造應力場信息，從地震類型、斷面結構和構造應力場等角度探討龍門山斷裂帶的分段性特征.結果表明：(1)地震類型存在明顯的分段性特征.其中S1的逆沖型地震比例最高，S8的走滑型地震比例最高，S9的正斷型地震比例最高.汶川地震后龍門山斷裂帶可能存在差異性斷層調整運動，且余震晚期沿斷裂帶走向普遍存在應力的補充和協調，蘆山地震的發生可能還對S2造成了應力擾動.汶川主震附近及余震區遠端經歷了更長的震后調整過程，且余震區遠端S9具有更復雜、強度更高的震后調整過程.(2)斷面結構存在明顯的分段性特征.斷面結構揭示汶川主震附近和余震區遠端的隱伏斷裂，以及虎牙斷裂南端參與了汶川余震活動.斷面傾角與走滑分量具有較好的一致性，在具有明顯逆沖分量的分段斷面傾角主要分布在50°～70°，而在具有明顯走滑分量的分段斷面傾角基本在60°以上，且斷面傾角增大與汶川余震帶寬度收縮變窄相吻合.(3)龍門山斷裂帶的應力環境非常復雜.σ1方向的分段性差異導致了汶川—蘆山地震空區的地殼撕裂和地幔物質上涌、汶川主震附近和余震區遠端的隱伏斷裂活動以及虎牙斷裂南端大量的逆沖型地震.結合構造應力場與大地測量資料認為，龍門山的隆升主要是受構造應力場作用下的上地殼縮短增厚所致.
關鍵詞龍門山斷裂帶;構造分段性;震源機制;構造應力場;汶川地震
0引言
龍門山斷裂帶地處青藏高原東緣與四川盆地的交匯地帶，大致呈NE-SW向展布，長約500km，寬約30～50km，其北東端和南西端分別與秦嶺斷裂帶和鮮水河斷裂帶斜交，主要由后山斷裂、中央斷裂、前山斷裂和山前隱伏斷裂等4條主干斷裂及其控制的逆沖推覆體所組成(圖1).4條主干斷裂均具有第四紀活動性，且活動性向山前依次增強：其中后山斷裂以中段茂汶—汶川段活動最強，中央斷裂以中段北川—太平場段活動最強，前山斷裂以南段大川—天全段活動最強(李傳友等，2004;王振南等，2019).龍門山斷裂帶沿傾向和走向具有明顯的分帶性和分段性特征，目前沿傾向的分帶性研究已取得基本共識，通常以4條主干斷裂為界將龍門山斷裂帶自西向東分為5條構造帶(如劉樹根等，1995;金文正等，2007;李智武等，2008)，但是對沿走向的分段性特征研究仍存在明顯差異(如陳國光等，2007;李智武等，2008;孟文等，2013).
地震震源機制解提供了斷層幾何形態及區域構造應力場的重要信息，此前許多學者根據震源機制解的空間分布對龍門山斷裂帶的分段性特征進行了研究.王勤彩等(2009)根據矩張量反演的汶川地震序列88個震源機制解的空間分布特征，將主破裂帶自西南至東北劃分為6段.易桂喜等(2012)根據CAP波形反演的312個4級以上汶川余震震源機制解，劃分出理縣NW向分支，同時以綿竹和平武為界，將余震密集區沿龍門山斷裂帶劃分為南、中、北3段，揭示了余震震源機制的時空分布特征.Li等(2019)反演了2009—2016年龍門山斷裂帶391個M≥3.5地震震源機制解，并根據斷層幾何形態、構造應力場和地形證據，以北川為界將汶川余震區劃分為西南段和東北段.Luo等(2019)反演了汶川余震序列中404個震源機制解，并將余震區分為7段探討了地震類型和地震深度剖面的分段特征.
從目前的研究來看，不同學者對龍門山斷裂帶的分段結果仍存在明顯差異，這主要是由于此前研究對龍門山斷裂帶的分段基本為定性分析而非定量劃分.此外，目前利用震源機制解對龍門山斷裂帶的分段性研究中，大多數僅對汶川震源區或蘆山震源區進行專門研究，而未能將二者進行綜合分析.
汶川地震后近10年時間發生的大量地震很好地覆蓋了龍門山斷裂帶絕大部分地區，僅留下南、北兩端及汶川—蘆山地震空區(Yangetal.，2017;梁春濤等，2018;Liuetal.，2018;Wangetal.，2018a;劉小梅等，2019)三個未破裂段，為利用密集地震震源機制解研究龍門山斷裂帶的分段性特征提供了豐富資料(圖1).本文搜集了四川區域地震臺網記錄的波形數據，采用全波形反演獲取了龍門山斷裂帶密集的震源機制解.然后通過“滑動窗”掃描方法提取不同地震類型的數量沿龍門山斷裂帶走向的變化曲線，據此對龍門山斷裂帶進行分段.根據反演的震源機制解，進一步采用阻尼線性反演技術求取龍門山斷裂帶高分辨率的構造應力場信息，并從地震類型、斷面結構和構造應力場等角度探討龍門山斷裂帶的分段性特征.
1龍門山及鄰區地質構造背景
龍門山主要由前寒武紀變質巖(700～800Ma)和少量新元古代火成巖及志留紀-三疊紀海相沉積巖組成(Xuetal.，2008)，其東西兩側分別為四川盆地和松潘—甘孜褶皺系(圖1).龍門山自北向南出露了一系列雜巖體(757～805Ma)，包括南壩雜巖、彭灌雜巖、寶興雜巖和康定雜巖(圖1;Xuetal.，2008).龍門山東側的四川盆地由前寒武紀基底和上覆的古生代-新生代完整地層組成(王二七等，2001;Xuetal.，2008)，其西側的松潘—甘孜褶皺系被稱為“地質百慕大”，主要由一套巨厚的三疊紀復理石沉積組成，分布在古特提斯海的東緣(許志琴，1992;王二七等，2001).
龍門山斷裂帶的形成與發展主要經歷了印支期華南地塊與華北地塊拼合，以及喜馬拉雅期印度板塊與歐亞大陸板塊碰撞兩大地質事件.在印支期，華南地塊自晚古生代向北漂移，最終于三疊紀與華北地塊拼合，龍門山的薄皮推覆構造被認為可能是由華南地塊順時針旋轉運動派生的擠壓應力造成的，而其左旋走滑可能與松潘—甘孜褶皺帶的NE-SW向縮短有關(王二七等，2001).此外，三疊紀華南地塊與華北地塊拼合導致了地塊邊緣地殼大規模N-S向縮短，由此造成了秦嶺的抬升.王二七等(2001)根據碧口斷塊的巖性特征及其邊界斷層性質，推斷碧口斷塊為秦嶺蜂腰擠出的剛性構造外來體;而碧口斷塊向西逃逸，受到西側若爾蓋地塊的阻擋，兩者相向對擠形成了岷山隆起(張國偉等，2004).此前的測量資料顯示，岷山隆起的隆升速率達21mm·a-1，表明該隆起帶仍處于快速隆升階段(鄧起東等，1994).
在喜馬拉雅期，青藏高原塊體發生強烈的褶皺隆升，青藏高原范圍內的特提斯洋徹底關閉，在高原塊體的周緣發生了一系列褶皺推覆和走滑現象.青藏高原的隆升被認為是新生代以來全球最為壯觀的地球動力學事件(滕吉文等，2019)，顯著提升了龍門山的抬升速率(Xuetal.，2008).龍門山淺部成分遭受新的強烈擠壓，早期初具規模的龍門山斷裂帶產生大幅度向東逆沖推覆，使推覆作用達到高峰(黃學猛和謝富仁，2009).晚第四紀以來，由于華南地塊對高原內部向東運移物質的強烈阻擋作用，導致了龍門山斷裂帶NW側約200km的龍日壩斷裂帶的形成，被認為顯著分解了巴顏喀拉塊體SE向運動(徐錫偉等，2008a).因此，現今青藏高原向SE方向側向生長可能僅剩一小部分轉化為龍門山斷裂帶的斷層運動和垂直抬升作用.
2震源機制解
2.1數據處理與方法
根據國家地震科學數據共享中心(http：∥data.earthquake.cn)提供的地震目錄，汶川地震發生后近10年時間(2008年5月至2018年12月)，龍門山斷裂帶共發生了2123個M≥3地震，圖2給出了這些地震的M-t圖.根據震級和頻度特征，本文將汶川地震當天至蘆山地震前的時間劃分成4段，分別為T1a(2008-05-12—2008-08-31)、T1b(2008-09-01—2009-12-31)、T1c(2010-01-01—2011-12-31)和T1d(2012-01-01—2013-04-19);將蘆山地震以后劃分成2個時段，分別為T2a(2013-04-20—2014-12-31)和T2b(2015-01-01—2018-12-31).
本文使用的波形數據來自四川區域地震臺網，考慮到臺站方位角分布和震中距范圍(≤300km)等因素，挑選了其中33個寬頻帶固定臺站的波形記錄(圖1插圖).數據處理時，對原始波形記錄去均值、去趨勢和去儀器響應，根據反方位角由ZNE坐標系旋轉到ZRT坐標系，并對全部波形手動進行挑選，保留連續且信噪比較高的波形.
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本文采用近震全波形反演震源機制解(Herrmann，2013).當震源尺度遠小于地震波長時，臺站記錄的地震圖可表示為
2.2震源機制解的分段性特征
2.2.1分段方法
利用全波形反演方法，本文共獲取龍門山斷裂帶1495個M≥3地震震源機制解，如圖4所示.附錄A1給出了本文與此前易桂喜等(2012，2016)采用CAP方法反演的震源機制解的誤差統計.參考Zoback(1992)世界應力圖的分類方法，根據震源機制解的P軸、B軸和T軸傾伏角對獲取的震源機制進行分類，結果顯示：正斷型地震136個，正走滑型79個，走滑型388個，逆沖型549個，逆走滑型124個和不確定型219個;逆沖型(37%)和走滑型(26%)地震占大多數.
為了利用密集震源機制解對龍門山斷裂帶進行分段，本文首先采用“滑動窗掃描”方法提取不同地震類型的數量沿龍門山斷裂帶走向的變化曲線：利用一個固定寬度的窗口沿龍門山斷裂帶走向從震源區南端由南向北移動，通過對窗口內各地震類型的數量進行統計，提取不同地震類型的數量沿龍門山斷裂帶走向的變化趨勢(圖4插圖).測試表明，(1)滑動窗口內的數量變化主要反映窗口右端點的變化趨勢;(2)當滑動窗的寬度≤模型分段長度時，掃描的變化曲線拐點與模型分段邊界相吻合(附錄A2).因此滑動窗的寬度既不能設置過大以致無法準確識別分段邊界，也不能設置過小而造成樣本數量不足無法體現統計規律.考慮這兩方面因素，最終設定的滑動窗寬度為30km，移動步長為1km.由于反演的逆沖型和走滑型地震占大多數，因此主要根據這2種地震類型的變化趨勢，將龍門山斷裂帶的震源區劃分為9段，由南向北依次命名為S1—S9(圖4).
2.2.2理縣斷裂的震源機制
汶川地震發生后，位于龍門山斷裂帶中段的理縣附近出現了一支呈NW-SE向分布的余震活動，其地震展布與米亞羅斷裂走向接近，而明顯偏離龍門山斷裂帶走向，地震類型為具有高傾角的左旋走滑型，被稱為理縣分支(易桂喜等，2012).在龍門山斷裂帶另一側的相似位置，同樣在汶川地震發生后，前山斷裂與中央斷裂之間新出現了一條小魚洞斷裂，野外地質調查表明該斷裂的走向近NW向，垂直于龍門山NE向的主干斷裂而平行于逆沖體的逆沖運動方向，是一條具有高角度斷面、以左旋走滑作用為主的捩斷層(李勇等，2009).理縣分支的發震構造與小魚洞斷裂具有極其相似的特征，目前許多研究均認為理縣分支的地震活動已延伸到小魚洞斷裂(如鄧起東等，2011;Changetal.，2012;李振月等，2019;Lietal.，2019)，因而揭示了一條新的活動斷裂，本文將其稱為理縣斷裂.
從米亞羅斷裂至小魚洞斷裂所在的S3共挑選出188個節面走向近NW向的震源機制解，這些地震在平面呈條帶狀分布，長軸近NW-SE向，如圖5所示.對節面參數的統計顯示，斷層傾角基本大于60°，顯示出高傾角特征;滑動角基本分布在-30°～30°范圍，表明具有較大的左旋走滑分量(圖5a).地震類型三角形圖解顯示，地震類型以走滑型為主，且4次MW≥5地震均為走滑型(圖5b).
以上分析表明，本文挑選的188個地震的發震斷層性質與龍門山斷裂帶存在明顯差異，而與理縣斷裂右端的小魚洞斷裂基本一致.這一方面為理縣斷裂的存在提供了依據，另一方面也表明理縣斷裂與小魚洞斷裂具有相似的斷裂特征.因此，本文將這些地震認定為理縣斷裂的地震，并根據這些地震的平面展布特征，以及捩斷層平行于塊體逆沖方向的性質，推測了理縣斷裂的具體位置，如圖5白色虛線所示.
2.2.3地震類型的分段性特征
為了研究龍門山斷裂帶地震類型的分段性特征，將理縣斷裂的地震剔除后，分析了S1—S9的地震類型三角形圖解，如圖6所示.
從圖6可以看出，S1的地震類型簡單清晰，以逆沖型(82%)占主導，大部分地震具有顯著的逆沖分量，且3次MW≥5地震均接近純逆沖性質.S2以逆沖型(37%)和走滑型地震(25%)為主，1次MW≥5地震為逆沖兼少量走滑型.由此可見，位于汶川—蘆山地震空區兩側的S1和S2，在地震類型特征上存在明顯差異.
S3的逆沖型地震比例(28%)略高于走滑型地震(23%)，但是明顯低于南北兩側S2(37%)和S4(47%)的逆沖型地震比例，且走滑型地震比例(23%)遠低于理縣斷裂(62%)，表明S3的地震類型與南北兩側及理縣斷裂均存在明顯差異.此外，本文在S3共獲取了154個震源機制解，略少于理縣斷裂，且S3無MW≥5地震，而理縣斷裂有4次，表明S3的地震活動強度遠低于理縣斷裂.
S4—S7的地震優勢類型為逆沖型，該類型在各段所占比例均接近50%，在9個分段中僅低于S1;然而走滑型地震比例均低于20%，在9個分段中僅高于S1.值得注意的是，S5是唯獨沒有MW≥5地震的一段.這可能是由于虎牙斷裂向南延伸到該地區，導致該地區產生了復雜的構造變形，從而弱化了局部的構造應力場.這與地殼各向異性研究結果相一致：盆山邊界或發育不同走向的活動斷裂地區，存在地殼各向異性強度偏小的現象(楊妍等，2018;高見等，2020).
S8的走滑型地震比例最高(42%)，逆沖型地震次之(22%)，正斷型地震僅占4%，且2次MW≥5地震均為走滑型;S9的走滑型地震比例(33%)有所下降，正斷型地震比例(27%)大幅升高，逆沖型地震僅1次，5次MW≥5地震中3次為走滑型，正斷型和不確定型各1次.同時注意到，S9的走滑型地震具有的走滑分量相對S8普遍較低(圖6).由此可見，S8以走滑型地震為主，且走滑型地震比例在9個分段中最高;而S9以走滑型和正斷型地震為主，走滑型地震比例及走滑型地震的走滑分量均低于S8.此外，雖然S9的地震數量在9個分段中最少，但MW≥5的強余震比例卻是最高的.——論文作者：楊宜海1，2，張雪梅3，花茜1，2，蘇利娜1，豐成君4，邱玉榮1，梁春濤5*，蘇金蓉6，古云鶴1，金昭娣1，張媛媛1，關昕
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