云南地區地殼垂直運動與地震的關系*

郭良遷 塔 拉 陳阜超 周海濤 陳聚忠 薄萬舉

(中國地震局第一監測中心，天津 300180)

1 引言

云南地區位于南北地震構造帶的南段，構造活動強烈。南北地震構造帶是中國大陸東西兩大構造分區的界線，東西兩大構造區的地質構造、地球物理場、地形地貌差別顯著，南北地震構造帶成為它們的轉折地帶。研究該區地殼形變場的變化，對認識現今構造活動、地震預測、重大工程建設、防震減災等有重要的現實意義。

地形變是地殼構造活動的直觀表現。近十幾年來，地形變觀測引入GPS，使形變測量得到革命性發展，利用地形變對構造活動、地震孕育形成機理和地震預測的研究不斷深入［1－7］。本文旨在根據20世紀50年代以來，在云南地區復測的水準資料探討地殼的垂直運動及其與地震活動的關系。

整理計算得到云南地區1951—1980年、1980—1994年、1994—2011年和1951—2011年的垂直形變速率。以此為基礎，分析該區的地殼變化，并結合1951—2011年發生在本區的M ≥7地震，2006—2011年M≥6地震，分析垂直形變與地震的關系。

2 垂直形變演化

2.1 垂直形變特征

圖1(垂直形變速率圖是以貴陽水準點為參考基準，也就是云南地區的垂直變化是相對貴陽水準點的變化)是選擇1951—1982年的水準復測資料的計算結果，代表了1951—1980年30 來年的地殼垂直變化。圖2是選擇1980年前后到1999年水準復測資料計算的結果，代表了1980—1994年期間的地殼變化。圖3 的第一期資料在南部用到20世紀80、90年代的水準資料，北部使用了2001年的資料。第二期使用了2006、2011年的水準復測資料。圖3 代表了云南地區近十多年的地殼變化。圖1 ～3 反映了云南地區1951—2011年不同時期的地殼垂直形變。

1951—1980年的垂直形變顯示出地殼北部下降，最大下降速率為－5 mm/a，中部和南部上升(圖1)，最大上升速率在云南南部，為9 mm/a 。0 值線位于洱源-東川-昭通一線。維西-大理-紅河斷裂帶兩側垂直形變速率等值線走向不同，在斷裂帶附近發生轉折，大理以南地段，南側等值線平行于斷裂走向，東側的與斷裂斜交。小江斷裂帶兩側的垂直形變速率等值線走向亦有顯著差別，它們都明顯地控制了垂直形變。

1980—1994年云南地區的地殼垂直形變與前期大致相同，上升區向北有所擴展，西部上升速率較大，為7 ～8 mm/a，僅在東北部邊緣地帶存在下降變化，最大下降速率為－4 mm/a。形變等直線的展布形態仍然明顯受紅河斷裂帶、小江斷裂帶和麗江-寧蒗斷裂帶等構造控制，上升較強烈的地區主要分布在麗江-寧蒗斷裂帶以北和紅河斷裂帶以西。

1994—2011年的垂直形變顯示麗江-大理-云縣一帶為下降變化，最大下降速率為－6 mm/a。東部的德昌-會理地帶為上升變化，上升速率為3—4 mm/a。南部墨江-瀾滄-景洪地區也為上升區，上升速率由北向南增加，最大為3 mm/a。本階段垂直形變速率在會理-姚安形成上升帶，沿上升帶兩側等值線相對密集，形變梯度較大。

2.2 垂直形變演化

云南地區1951—2011年三個時間段的垂直形變速率顯示，第一階段中南部上升，北部下降，第二階段以上升為主，第三階段東部和南部上升，西部下降。

第一階段1951—1980年的垂直形變速率最大差異變化量為14 mm/a，第二階段1980—1999年為12 mm/a，第三階段2000年以來(1993—2011年)的垂直形變速率最大差異變化量為11 mm/a。垂直形變速率的最大差異變化量逐漸減少。

2.3 長期的垂直變化

1951—2011年的垂直形變代表了本區60年來的地殼垂直運動。它顯示出云南西北部和北部地區為下降變化，速率為－(1 ～3)mm/a，南部和中東部地區為上升區，上升速率為(1 ～6)mm/a(圖4)。總體上等值線比上述三個階段稀疏，垂直形變速率最大差異變化量為9 mm/a，小于前述三個時間段。長期的垂直形變與短期的變化相比，減少了在時間延續上的相對較大的升降起伏變化，是較為平穩的變化。垂直形變等值線的走向和展布形態受構造控制不十分顯著。

3 垂直形變與地震活動

自1951年以來，在水準網覆蓋區共發生Ms≥7.0地震7 次，其中1980年以前4 次，1980—1990年2 次，1990—2000年1 次(表1)。1980年以前的4 次地震中，3 次分布在1951—1980年垂直形變速率圖的上升區，1 次位于下降區;1988年的兩次地震和1996年的地震位于1980—1994年垂直形變速率圖的上升區。1951—1980年和1980—1994年的垂直形變速率均以上升為主，顯示出地殼積累的能量較高，有利于大震孕育。所以在這一時期發生多次地震不是偶然的，而且地震主要發生在上升區內。這一時期中的兩個時間段的垂直形變速率最大差異變化量都相對較大，而且垂直形變速率等值線受斷裂帶構造控制顯著，反映出構造活動較強烈。

表1 1951—2011年大震Tab.1 Great earthquakes during 1951－2011

1994—2011年的垂直形變速率圖(圖3)，后期資料為2006、2011年復測，若選取2006年以來水準網覆蓋區的Ms≥6.0 的地震(表2)與之對比，可以看出，2006年以來發生的3 次Ms≥6.0 都位于垂直形變上升區，其中兩次在會理-姚安形變上升帶上，1次在南部上升區。

表2 Ms≥6.0地震Tab.2 Earthquake of Ms≥6.0

云南中北部地區的垂直形變呈四象限分布，大致以大理為頂點，東西兩個象限為上升，西側象限雖然是負值，但是它比南北兩個象限下降的速率值大2 mm/a 以上。東側象限的上升速率最大為4 mm/a。南北兩個象限為下降變化，最大下降速率在－6 mm/a 以下。如果把2006年以來的6級地震與1994—2011年的垂直形變速率圖疊合在一起，可見地震發生在上升象限內(圖5)。表明四象限分布的垂直形變圖像是應變能較大的反映［7］，與中強地震的孕育發生有密切關系。1989年大同6級地震前也有類似的垂直形變圖像，該區南部思茅6.4級地震則發生在上升區(圖6)。

4 形變增量場

以長期垂直形變速率為參考，不同時間段的垂直形變速率減去長期形變速率得到各個時間段的垂直形變速率增量。垂直形變增量場圖中正值表示與長期變化相比，垂直形變速率增大，負值垂直形變速率減小。

1951—1980年的垂直形變速率增量場顯示，本區東北部和西南部為正值，最大速率增量為4 mm/a，位于南部地區，中部為負值，最小速率增量－6 mm/a，位于西北部地區(圖7)。1951—1980年本區發生的4 次M≥7.0地震均位于形變速率增量場的正值區域內。1980—1994年的垂直形變速率增量場，在本區大部分為正值，西部增量值較大，最大增量為7 mm/a，僅在東北部和南部邊緣地帶為負值，最小增量為－2 mm/a(圖8)。同時期內發生了兩次M≥7.0地震，稍后1996年又發生了一次麗江7級地震，這三次地震也同樣都分布在形變速率增量場的正值區域內。1994—2011年的垂直形變速率增量場大部分地區為負值區域，最小速率增量為－8 mm/a，僅在會理-姚安地段為正值，最大速率增量為2 mm/a(圖9)。該時間段雖然發生過麗江7級地震，但是由于發生在本階段的初期，所以在本階段形變速率增量場中的負值區域。本階段中復測水準網覆蓋區域內發生過三次6≤M ＜7地震，其中兩次在速率增量場中的正值區域，一次發生在南部負值區域。分析落在負值區的原因，可能是因為南部前期復測資料時間較早，反映的是較長時期的形變，不能較好地反映近期地震形變。

綜上所述，垂直形變速率增量場與大震關系比較密切，大震主要孕育發生在增量場的正值區域，而且區域增量場大部分為正值的時間段。這一情況表明，垂直形變速率增大有利于地殼能量積累增加，而形變速率的減小，地殼中的能量可能以耗散為主，不利于能量積累和地震孕育。

5 結論

1)云南地區三個時間段的垂直形變速率顯示出:1951—1980年上升為主，南部上升，北部下降;1980—1994年上升為主;1994—2011年西部下降，東部上升。垂直形變速率最大差異變化量前兩個時間段相對較高，后一時間段相對較低。

2)云南地區的6級以上地震絕大多數發生在上升區內;7級以上地震主要與區域垂直形變以上升為主的時間段，而且形變速率最大差異變化量相對較大。6級地震則主要發生在四象限分布的形變圖像中的上升象限內，而且形變速率梯度相對較大的地段。這些情況對評估預測中強地震危險性和地震發生的地點有意義。垂直形變上升為主的時間段說明地殼中的能量相對較大，垂直形變四象限分布的形態也是地殼中能量較強的反映，它們有利于地震孕育和發生。

圖9 1993—2011年垂直形變速率增量場Fig.9 Rate field of incremental vertical deformation during 1993－2011

3)垂直形變速率增量場的變化反映出，大地震主要發生在以正值為主導的時間段中，而且主要發生在正值區域。

4)1951—1980年、1980—1994年的垂直形變速率差異變化量較大，7級以上地震主要發生在該時間段。區域垂直形變場的差異變化量大，反映出構造活動性強，所以這樣的時間段中易發生地震。若以長期變化中的垂直形變速率最大差異量為標準，不同階段的差異變化量與之相比，則比值越大地殼的活動性越強。1951—1980年差異比值為1.56，1980—1994年為1.33，1994—2011年為1.22，三個階段比值依次降低。致謝 感謝黃立人教授提供計算方面的幫助!

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