青藏高原构造区内分布着雅鲁藏布江、喀喇昆仑—嘉黎、东昆仑、金沙江—红河以及鲜水河—安宁河—小江等重要的活动断裂带。位于青藏高原北缘的阿尔金—祁连—海原走滑断裂带和南缘的喀喇昆仑—嘉黎走滑断裂带是青藏高原规模最大的走滑断裂,前者为左旋性质,后者为右旋性质(丁国瑜等,1991),总体上造成其间的青藏高原主体区域向东挤压。而川滇地块是高原侧向挤出最突出的块体(汪一鹏,2003),这也使得区域内的次级构造带活跃,其中对四川地区影响较大的有金沙江—红河、鲜水河—安宁河—小江等断裂带,前者为川滇菱形块体的西南边界,后者构成了川滇菱形块体的东界(丁国瑜,1991)。东昆仑断裂带是青藏高原一条规模较大的分割次级的巴颜喀拉块体与柴达木块体的边界断裂带,该断裂从以SN向挤压为主转化为以左旋走滑活动为主(汪一鹏等,1991)。地震地质研究表明,2001年发生的位于东昆仑左旋走滑活动构造带的8.1级地震(中国地震局监测预报司,2002),是由于青藏高原东北部块体向东逃逸造成断裂左旋扭动的结果,地震破裂表现为自西向东单向扩展的特点(沈军等,2002)。震后野外考察表明,地震地表破裂带沿N70°～90°W走向呈线状展布,高分辨率卫星影像清晰反映了地震地表破裂带形迹,破裂带全长约350 km(徐锡伟等,2002; 单新建等,2005),与川滇菱形块体中四川地区的构造联系十分密切。

图1a是青藏高原历史上7.5级以上强震活动分布图。地震沿活动块体的主体边界展布,例如1997年11月8日西藏玛尼7.5级地震、1937年1月7日青海阿兰湖东71/2级地震、1947年3月17日青海达日南73/4级地震以及沿鲜水河—安宁河断裂展布的一系列7.5级以上地震,表明青藏高原历史强震活动与区域活动构造分区密切相关。

由图1b可见,1997年11月8日西藏玛尼7.8级大地震之后,从西藏玛尼、川藏交界到川滇交界形成了明显的NW—SE向5级以上地震主体活动弧形带。例如:1998年11月20日云南宁蒗6.2级、2000年1月15日云南姚安6.5级、2000年6月8日缅甸克钦邦7.0级、2000年9月12日青海杂多6.6级、2001年3月5日西藏玛尼6.4级、2001年2月23日四川雅江6.0级以及2001年10月27日云南永胜6.0级等地震就发生在这一弧形带上或附近,显示出远场地震发生前对川滇块体产生的重大影响。

图1 青藏高原区域地震分布图(a)公元前780年～公元2001年7.5级以上强震;(b)1998年11月1日～2001年11月14日5级以上地震;(c)2001年11月14日～2006年12月31日5级以上地震

昆仑山口西8.1级地震后,通过对地震现场的地质与震害考察发现,地表破裂沿东昆仑山断裂从西向东展布,其余震主要集中分布在距离主震震中以东180 km外的93°～95°E之间(中国地震局监测预报司,2002)。由图1c可见,在青藏高原东缘相关地区,与这次巨震同步,中等地震也相对活跃。例如: 四川新龙2002年8月8日5.3级,云南大姚2003年7月21日6.2级、10月16日6.1级等地震。从余震活动和之后的中强地震活动看,远场地震的发生对川滇块体产生了明显影响。

四川西部地区温泉群在构造上位于川滇菱形块体的西北边界地带。理塘毛垭(29°59'N,100°13'E)、乡城热乌(28°43'N,99°54'E)和巴塘(30°16'N,99°26'E)等温泉在昆仑山口西8.1级地震前均同步出现较大幅度的水温变化,显示了四川西部地区处于受挤压时的应力变化状态。

(1)理塘毛垭川—51温泉位于发生1948年理塘71/4级地震的理塘—德巫断层上。1995年8月至1997年2月该泉泉水曾经干涸,1997年3月1日开始出水,1997年11月玛尼7.8级地震后,水温从十几度逐步上升,1998年10月至2001年9月间达到46℃左右。在8.1级地震前短期内水温下降到41℃左右,震后继续缓慢下降至38℃。

(2)2001年11月2～4日,巴塘川—58温泉水温从56℃下降到48℃,降幅达8℃,震后继续缓慢下降至50℃(图2a)。

(3)2001年11月6～10日,乡城川—52温泉水温从55℃突降到51℃,降幅达4℃(图2b)。

图2 川滇块体西部温泉水温日均值曲线(a)巴塘川—58温泉;(b)乡城川—52温泉

四川中部地区的深井在构造上位于川滇菱形块体的东北与东南边界的交汇地带,如石棉川—02井(29°26'N,102°13'E)位于鲜水河断裂、安宁河断裂的交汇部位。昆仑山口西8.1级地震前,该井同步出现较大幅度水位变化(图3),显示出四川中部地区受挤时的应力变化状态。

图3 川滇块体中部和南部井水位日均值曲线(a)石棉川—02井;(b)西昌川—03井; (c)攀枝花川—05井;(d)会理川—18井

四川南部地区的深井在构造上位于川滇菱形块体的东南边界地带,例如,西昌川—03、攀枝花川—05、会理川—18井等。在1997年11月8日西藏玛尼7.8级地震前,井水位年变比较规律,但震后,无论从趋势拟合还是按每年的最低和最高水位分析,都出现持续长达4年之久的同步趋势性上升变化。显示了川滇菱形块体的东南边界地带受挤压状态时的应力变化。

(1)西昌川—03静水位观测井,处于安宁河断裂与则木河断裂交汇的复合部西侧。西藏玛尼7.8级地震后,该井水位明显持续上升,显示突出的高水位异常(图3b)。

(2)攀枝花川—05动水位观测井位于安宁河断裂西侧。西藏玛尼7.8级地震后,与西昌川—03井同步出现趋势性上升,2001年9月11日至10月16日出现突升、突降的巨变异常也是该井自1982年投入观测以来从未出现过的。2001年10月27日,距该井126 km的云南永胜发生6.0级地震,震后该井仍处于高水位。昆仑山口8.1级地震震时及震后水位再次出现总幅度达104 mm的大幅度上升(图3c)。

(3)会理川—18静水位观测井位于安宁河断裂与则木河断裂之间。西藏玛尼7.8级地震后,该井也出现趋势性水位上升,1999年9月底至10月初首次出现高水位,持续数日潮汐大潮水溢出井口。2001年9月水位再创新高,井水溢出持续时间长,进入冬季水位仍不回落,明显打破正常年变,2001年10月27日,距该井180 km的云南永胜发生6.0级地震,震后,井水继续溢出井口。遗憾的是由于该井保持高水位,日潮汐大潮水溢出井口,致使昆仑山口西8.1级地震时水位全貌无法反映,井水在8.1级地震后持续2个多月高水位,于2002年1月25日才开始回落(图3d)。

从构造部位看,西昌川—03井、攀枝花川—05井和会理川—18井都位于川滇菱形块体东南主干边界断裂带西南侧,井水位同步出现持续4年的趋势性上升,反映出川滇块体持续向南挤压活动的增强状态。

在中长期阶段,川滇菱形块体西北部边界地带温泉水温呈现总体性趋势下降,川滇菱形块体东南区域的井水位持续上升,两者同步显示川滇块体向东南挤压加剧。

在昆仑山口西8.1级地震的中长期孕震阶段,四川西部温泉出现水温升降、井喷、干涸等明显变化。1996～2001年间理塘毛垭温泉出现了干涸、低温现象,干涸前的平均水温在55℃左右; 1996年6月初开始温泉水温骤降,40天内从60℃左右直降至20℃; 到8月13日观测泉点完全干涸,无法维持观测,故观测暂停; 1997年该泉重新出水,但水温一直偏低,保持在40℃左右。巴塘、乡城温泉水温这一期间也出现下降变化(图2)。这种水温的变化充分表明了这一地区块体处于受挤压状态。

长期监测显示,川滇菱形块体东侧边界一带区域的井水位观测都呈现比较稳定而有规律的年变形态。西藏玛尼7.8级地震之后,西昌川—03井、会理川—18井以及攀枝花川—05井水位均出现长达4年的同步趋势性上升(图4)。

从构造部位看,西昌川—03井和会理川—18井以及攀枝花川—05井都位于川滇菱形块体东南主干边界断裂带区域,井水位同步出现持续4年的趋势上升,比较同步地反映出川滇块体持续向南挤压活动的增强态势,属于昆仑山口西8.1级地震震源外围地区反映出的远震孕震的中长期响应信息。也就是说在昆仑山口西8.1级地震的中长期孕震过程中,在震源外围地区,与地震地质构造有关的远震孕震信息已经开始显现,昆仑山断裂带地震发生前边界两侧块体的差异活动加剧,而且这种差异活动已经影响到川滇块体,促使其形成向南挤压明显加剧。

图4 四川静水位井观测日均值曲线(a)西昌川—03井;(b)会理川—18井

在昆仑山口西8.1级远震孕震中短期至临震阶段,四川西部温泉监测到了此次地震在孕震中短期至临震的远场信息(图2)。例如2000年底巴塘川—58温泉水温出现下降,年变低值远低于前几年; 2001年11月2日水温开始大幅下降,4日水温均值降至50℃低值(从单测值的56℃下降到48℃),下降了8℃; 乡城热乌川—52温泉水温也出现类似变化。在震前数月温泉水温趋势下降的背景下,震前10天左右同步出现温泉水温大幅度下降,表明川滇块体向南挤压加剧过程中造成川滇菱形块体西边界挤压—拉张的差异活动加剧。在此次地震临震时远场地下流体出现大幅度变化,震后出现恢复性变化,例如:巴塘川—58温泉水温低值持续到2002年3月,之后开始恢复。在昆仑山口西8.1级地震之后,川滇菱形块体东南侧边界一带区域的西昌川—03、会理川—18以及攀枝花川—05等井均在2002年同步达到历年最高水位,2003年后呈现趋势性恢复下降,2004年开始同步趋势性恢复,直至接近1997年开始上升时的水位。

由此可见,川滇菱形块体西侧的温泉水温变化和东南侧的井水位恢复均反映出昆仑山口西8.1级地震所产生的震时和震后远场响应,均同步显示随着此次大震的发生,巨大能量的释放,使得川滇块体向南挤压加剧过程减缓并逐步恢复到川滇菱形块体西边界和东边界常年稳定的挤压状态。