基于短基线和GPS资料研究鲜水河断裂“逆向走滑”的变形机制

The Xianshuihe fault zone is located on the eastern edge of the Qinghai-Tibet Plateau. There is rich observation data and frequent occurrence of strong earthquakes, which is an ideal place to explore the relationship between deformation and mechanism of strong earthquakes. After the Ms8.1 earthquake in the west of the Kunlun Mountain in 2001, a number of short-baseline observations in the Xianshuihe fault zone showed a quasi-synchronous trend of flattening or even reversed "reverse strike-slip" phenomenon, and the physical mechanism was still not reasonably explained. Based on GPS and short baseline data, this project uses numerical simulation to simulate the dynamic process of reverse slip in the Xianshuihe fault zone, and studies the deformation mechanism of this phenomenon. Firstly, the dynamic influence of the spatial-temporal evolution of the middle section of the South-North seismic belt from the Kunlun Mountain West (1999) to the Wenchuan earthquake (2013) on the Xianshuihe fault zone is studied. Then, the three-dimensional numerical value of the creep - lock model is established. The manifold model simulates the dynamic process of “reverse slip”; Again, the three-dimensional model of the Xianshuihe fault-Longmenshan fault is established, and the dynamic change of the Xianshuihe fault zone in the near and far fields before and after the large earthquake is simulated. Finally, the possible deformation mechanism of "reverse slip" is given to explore its impact on the Wenchuan earthquake. The research results are of great significance to fully understand the physical mechanism of fault zone deformation, its interaction and the physical process of strong earthquakes.

鲜水河断裂带位于青藏高原东部，观测资料丰富，历史强震频发，是探讨形变变形机理与强震关系的理想场所。2001年昆仑山口西Ms8.1级地震后，鲜水河断裂带的多个短基线场地数据出现准同步的趋势转平甚至反向的“逆向走滑”现象，物理机制仍没有得到合理解释。本项目基于GPS与短基线数据，采用数值模拟的方法模拟鲜水河断裂带上逆向走滑的动力过程，研究此现象的变形机制。首先研究南北地震带中段从昆仑山口西地震前（1999年）到汶川地震后（2013年）时段的区域时空演化对鲜水河断裂带的动态影响；然后，建立蠕滑兼部分闭锁的三维数值流形理论模型，模拟“逆向走滑”的动态过程；再次，以实际资料建立鲜水河断裂—龙门山断裂的三维模型，模拟鲜水河断裂带在大震前后近远场的动态变化。最后，给出“逆向走滑”可能的变形机制以及对汶川地震的影响。研究结果对充分认识断层带变形及其相互作用的物理机制，强震孕育的物理过程有重要意义。

2001年昆仑山口西地震后鲜水河断裂带在近场由短基线发现多个场地出现了“逆向走滑”的特征，而从GNSS速度场的剖面结果并未发现逆向走滑的形变特征。此现象被认为是汶川地震前的形变异常现象。本课题主要研究这种变形特征的机制。首先研究了昆仑山口西地震前后巴颜喀拉块体的形变变化，主要基于2001年前后的两期速度场，利用最小二乘配置得到两期区域网格化速度场结果，结果表明：总体上昆仑山口西地震后至汶川地震前巴颜喀拉块体东向有一定程度的加速运动，但有分区域不同的特征；此外又研究了鲜水河断裂带的形变特征，由于利用GNSS速度场做剖面研究时，发现站点对反演形变参数的影响以及剖面结果和断层深浅部闭锁的关系，这些问题对于最后研究形变机制的问题有重要的影响：在断层在附近区域占主导形变的前提下，最小有效布设距离可设置为闭锁深度的20倍，使用“PCM编码式”的布设方式可以得到精度更高的结果；大量的微小凹凸体间隔布设的断层模型可很好的描述“闭锁程度”，产生的地表形变结果与大段滑动段产生的地表结果具有高度的相似性。在此基础之上利用数值模拟研究了“逆向走滑”的变形机制，结果表明鲜水河断裂近场“逆向走滑”，远场仍为左旋走滑的现象是一次板内多断层系统联合变形结果：汶川地震前，鲜水河断裂带北西段总体处于浅部蠕滑的状态，龙门山断裂带整段高度闭锁，北段临近破裂，南段相对闭锁偏弱。昆仑山口西地震后巴颜喀拉块体东向加速遇到了龙门山断裂带的阻挡，北段区域的东向加速被抑制，靠近南段的区域东向加速相对明显，鲜水河断裂带北西段浅部蠕滑，所以近场表现为左旋走滑减弱或出现一定程度右旋，但GNSS剖面结果是贯穿北段和南段区域，所以导致了左旋运动为主的现象。研究中使用了多期GNSS速度场结果和鲜水河断裂带已发表的深浅部闭锁结果。研究结果表明了板内多断层系统联合形变的复杂性和重要性，同时对于断层孕震不同阶段的变形特征也有很好地指示意义。