川滇地区是我国地壳运动与变形最为突出的地区之一(王琪等,1998; 杨国华等,2003),区域内地震活动频繁,震级水平较高(皇甫岗等,2000; 苏有锦,秦嘉政,2001),其它一些地球物理与地球化学现象也比较突出,因而成为地学研究的一个热点地区,很多地震学者开展了多方面、多领域的研究工作(王晋南,王华林,1998; 沈军等,1997; 李齐等,2000; 谢富仁等,2001)。我国在地壳水平形变方面的研究有深厚的基础,跟踪研究也持续不断。在GPS技术未成熟或未广泛应用之前,我国几乎未开展大规模的地壳形变监测,加之施测精度难以提高等因素,研究区域的空间尺度相对较小,且彼此缺乏联系。20世纪90年代初,我国形变观测开始引入GPS技术,但监测规模仍然很小,点位的空间分布密度比较稀疏。真正具有规模性的水平形变监测始于“中国地壳运动观测网络”项目的实施,并于1999年开展了第一次大规模的监测。到目前为止该项目已经开展了多次监测,区域性的大规模监测共有5次,分别于1999、2001、2004、2005和2007年进行,研究成果也随之不断涌现。但随着研究的展开,诸多问题逐渐产生并干扰着某些方面研究的发展,如参考框架或参考基准的框动(抖动)、信息的提取与分离等,导致研究结论或多或少带有一些模糊性和差异性。此外,对“场”的时序性研究也偏少,这样不利于人们对整体的立体性把握。故此,本文从确立基本场(背景场)的角度出发,并在相同的参考基准下分离不同时段的偏离位移。这样我们就可能比较有把握地分析某一地震事件所产生的影响,分析不同时段的演变特征及机制,以及为不同的研究目标提供相应的或针对性的计算与分析结果。在此思路下,笔者对川滇地区近些年的地壳水平活动进行分析。

GPS前期数据处理软件为GAMIT/GLOBK/QOCA。处理过程大体分为3个步骤:(1)利用GAMIT软件获得测站坐标和卫星轨道的每日松弛解;(2)利用GLOBK软件将我们所获得的每日松弛解和国际全球导航卫星系统服务(IGS)数据中心SOPAC所产生的全球IGS跟踪站等的每日松弛解合并,得到一个既包含区域站又包含国际站的每日松弛解。该解包含了测站坐标、位移和卫星轨道参数的松弛解和相应的方差—协方差矩阵;(3)利用QOCA软件计算1999～2004年间研究区的基本水平运动速度并以该结果为背景值计算2005年和2007年两个时段的偏离位移场。本次计算时没有全部使用参与IFRT2000参考框架建设的测站,而使用中国周边地区运动的、线性性较好的、误差相对较小的测站。不论计算基本运动场还是偏离位移场,我们都选用1999～2007年时段的资料。需要指出的是,2001年昆仑山口西8.0级巨震对川滇地区可能存在影响,但有关研究表明它的同震影响并不明显,震后的影响也不大(杨国华等,2007),考虑到由于闭锁的作用,该地震孕育时在理论上会使川滇地区的运动稍有减弱,而地震发生后的解锁会使该区运动稍有加强,所以利用1999～2004年的资料是相对合适的。为了突出相对运动,笔者将1999～2004年研究区的运动结果归算到相对于区域无旋转基准的结果中(杨国华等,2005; 胡新康等,2007)。

在后期GPS数据处理中,由于地壳介质非各向同性,在提取低频应变信息时,只考虑线弹性是不够的,所以笔者使用非线性连续应变模型,由此所得结果一般仍属于低频结果,因为低频应变信息的提取还取决于研究区域的空间尺度和测站的分布情况。利用这个结果,我们可以把握场宏观特征,不至于被观测误差和局部的变化与扰动所干扰。因为该模型属于连续应变模型,所以若运动场不连续则分块计算。也就是说,这里除了给出观测偏离位移场以外,还给出利用模型所得到的偏离位移场的趋势性位移和趋势性主应变结果。GPS后期数据处理采用了以下模型:

[v_e

v_n]=r[-sinφcosλ -sinφsinλ cosφ

sinλ -cosλ 0][ω_x

ω_y

ω_z]+

[ε_e 0.5ε_en

0.5ε_en ε_n][x

y].(1)

其中,

{x=rcosφ(λ-λ₀)

y=r(φ-φ₀),(2)

{ε_e=A₀+A₁x+A₂y+A₃x²+A₄y²+A₅x³+A₆y³

ε_en=B₀+B₁x+B₂y+B₃x²+B₄y²+B₅x³+B₆y³

ε_n=C₀+C₁x+C₂y+C₃x²+C₄y²+C₅x³+C₆y³,(3)

{λ₀=(∑λ)〖JB>1*/〗N

φ₀=(∑φ)〖JB>1*/〗N,(4)

v_e和v_n分别是地壳上任一点(λ,φ)的东向速度与北向速度,r为地球平均半径,ω_x、ω_y、ω_z为地壳运动的欧拉矢量,ε_e、ε_n、ε_en分别为地壳EW向线应变、SN向线应变、EW向与SN向之间的剪应变。笔者根据最小二乘原理求取上式中的有关参数,并计算和绘制有关结果和图件。

所谓“南北地震带”,从地壳形变的角度看,它实际上是一个东西向运动的消减带。也就是说来自于青藏块体向东的运动,遇到了华南和华北块体的阻挡,使物质流向发生了很大的改变,所以造成了该带南北向相对运动的基本格局。而对于川滇地区就有所谓“逃逸”的说法(Tapponnier,Molnar,1977)。实际上,区内的运动格局同时受活动构造的控制,明显起作用的是川滇菱形块体东界的断裂带(东界以东属华南块体)。此外,由于云南南端地块的有力阻挡,又进一步使物质的流向发生了改变。事实上,就变形区而言运动方向总是指向物质较“软”、易变形的区域,而川滇西南区域就是这样的地区,所以运动方向不得不向西。川滇西南区域的龙陵以西地区运动量值最大,这可能是由于物质移动的“通道”变窄的缘故,所以物质“流动”速度被迫加快。基于这些因素,就形成了图1a所示的运动与应变的基本轮廓。这说明川滇地区地震活动水平高是有着深刻的形变背景的,也预示着主应变在空间上的大小和方向与地壳介质的物性和外界作用的性质有关。

2004～2005年的偏离位移与形变主要体现了印尼巨震的同震影响。该地震对川滇地区地壳水平活动的影响不但显著,而且有序,但与该区地壳趋势性(基本场)水平活动并不相同。从位移场的角度来看,川滇地区所出现的南南西位移可能是由于同震破裂导致川滇以南地区向南南西的一个让位空间,以及由东向西的推挤和来自于青藏高原的背景性物质涌入等因素共同所致。从形变的性质来看,该区北部所出现的近东西向张应变也是由于物质迅速向南南西的移动,某种程度上缓解了由于背景场所导致的东向挤压作用,而此时由东向西的物质推挤与涌入在南段虽然显著,但尚未明显地波及到北端,但由于距震中较远,其应力场的调整与传递需要一个过程,而后来印尼又发生一系列强震的事实也表明应力场调整尚未结束。所以,该时段的结果可能不一定是该次地震对川滇地区的全部影响。从背景场的角度来观察,该次地震对川滇地区的地壳形变在宏观上有一种缓解作用。由于这种作用,从某种程度上说本区带可能发生的强震在时间上也会有所推迟,但形变状态的突然改变毕竟会使原有的平衡暂时被打破,所以很可能对该区中、小地震活动在较短的时间内起促进作用,但不太可能导致强震的发生。

2004～2007年的结果初看起来似乎不易理解,川滇地区北部向北的偏移量是如何形成的?是否是青藏高原东部向东的推移放缓了?从位移的形态来看,这样的解释似乎不能成立。因为如果推移放缓,那么该区北部的位移方向不应该向北,而应该向西或北西,并且由背景场可知,由推移放缓造成的偏离位移也必然会与构造活动密切相关,也就是说川滇菱形块体东界两侧必将存在明显的差异活动,而实际结果却不是这样。此外,如果川滇地区以北的地域出现了一个向北的让位空间也会形成这样的图像。然而,若存在这样的让位空间则必然伴有相应的地质事件(强震或巨震)发生,否则不太可能出现这样有序且显著的位移,那么,可能的解释就是东西向压应力有所加强,从主应变场的结果可证明这一点; 由位移场可知,该区以东的块体向西推挤、以西的块体起阻挡作用是主要原因。这就可以将原因归结为印尼苏门答腊巨震之后应力场的调整。该次巨震导致了安达曼断层出现了1 000多千米断裂,走向近南北,且有一定的逆冲行为,这与上述结果相应; 巨震之后灾区并没有平静下来,2006、2007年在附近地区又发生了多次7级以上强震,这说明应力场的调整还未结束。如上所述,2005年2月初所获得的结果仅是8.7级巨震截止到该时间点的影响,而不是它的全部,它主要是同震影响的这一部分。而截止到2007年的结果,则反映了该巨震对川滇地区水平形变影响的基本轮廓。这种形变方式或许对汶川地震的发生产生促进作用,因为其偏离主压应变场方向与震源机制解相近,也就是说在原有应变能量持续积累的基础上又增添了新的积累。

2005～2007年的结果实际上是通过上述两个时段的比较而获得的,如果我们把2004～2005年的结果看成是同震影响,那么2005～2007年的结果就是震后影响。它反映了来自于东向的推挤是由南向北不断传递与施加的结果。随着应变在空间上的扩展,位移在空间上也不断积累。由此可知,一次大地震的影响不但空间范围广,而且持续时间也较长。

综上所述,不论是基本运动场还是偏离位移场都显示出由川滇地区的地壳形变是相当突出的,对其形变机制我们也给出了讨论,今后还将开展进一步的研究工作。

(1)川滇地区非连续形变区带主要位于川滇菱形块体的东边界带,其它区域并不显著; 若以东边缘为界观察东、西两个地块,该界及附近地域的差异性左旋运动均在10 mm/a以内。随着EW向的空间延伸,这种差异运动也在扩大,最大可达15 mm/a。

(2)川滇菱形块体东边缘以东的地块,其优势运动方向向北,地块的运动量值为每年几个毫米,其在空间上的分布略为“东大西小”; 川滇菱形块体的优势运动方向为SSE,运动量的分布为“北大南小”,北端已超过5 mm/a,而南端几乎为零; 川滇菱形块体西缘以西的地块明显地顺时针旋转,量级约为6 mm/a,但南端的运动性质发生了改变,为近北向运动,数值约3 mm/a。

(3)2004年12月26日印尼苏门答腊巨震的同震影响波及到川滇地区,导致该区产生SSW方向的偏离位移,并由北到南逐渐变大,南段最大位移达15 mm。

(4)2004～2007年的累积偏离位移为由该区东侧的西向位移随着向西的空间延伸逐渐变为北部向北、南部向南的偏离位移,北部最大约10 mm,南部最大约15 mm; 印尼巨震可能是造成这一变化的主要因素。

(5)若剔除印尼巨震对川滇地区的影响,则偏离位移的优势方向为近北向,呈“南小北大”的渐变式分布,SN分量数值的变化范围大致为0～10 mm,它可能主要体现的是该巨震的震后调整性影响。

(6)印尼巨震对汶川地震的发生可能有正影响作用。