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青藏高原及其周边地区是目前大陆内部变形最强烈、地震活动性最强的地区,其构造演化机制一直是大陆动力学研究的热点和前沿。处于印度板块向中国大陆北北东向碰撞挤压变形区域的前沿地带的青藏高原东缘是正在形成中的高原,是研究大陆内部变形和高原隆升机制的理想区域。该区域内活动断裂交错,控制着一系列历史强震的发生及区域地壳形变场特征。因此,研究该区域内(尤其是岷山周围)的地震发生特征与规律和各主要断裂的现今活动情况对于我们理解青藏高原东向挤出时地壳变形机制和地震危险性评价有重要意义。然而由于地势险要等因素限制,人们在该区域内开展的地质、地球物理学等方面的研究尚少。其中,对于作为岷山隆起东西边界的虎牙、岷江断裂的现今活动情况,前人研究尚未达成可信的共识。
1933年发生于中国四川省境内的叠溪7.5级大地震对造成了人民的生命财产重大损失。然而限于资料匮乏,人们对此次地震的发震构造和震源机制解尚存争议。本文收集整理了当时全球各地震台站对此次大地震的记录,对叠溪地震进行了重新定位,确定的震中位置为(31.9°N,103.6°E)。挑选具有P波初动符号的台站记录,利用格点尝试法得到叠溪地震震源机制解的节面之一呈北北西走向,范围为N5~30°W。结合该区域地质资料给出的岷江断裂南段为近南北向的事实,以此节面为叠溪地震的断层面,本文认为叠溪地震的发震构造系以左旋走滑为主兼具逆冲分量的岷江断裂南段。
基于中国地壳运动网络工程(CMONOC)在青藏高原东缘已获得的该区域现今GPS运动速度场,得到岷山隆起东西边界的虎牙、岷江断裂的现今活动情况。跨岷山GPS速度剖面显示跨虎牙断裂具有~2 mm/yr的地壳缩短率,对应于岷山第四纪以来的强烈隆升。然而对于通过1933年叠溪地震和1976年松潘强震群所表现出来的岷江、虎牙断裂的左旋运动特征,并未在现有GPS速度剖面中得以反映。本文提出了两种可能的机制用于解释1933年叠溪地震和1976年松潘地震震源机制解与跨岷江、虎牙断裂GPS观测速度场之间的差异。其中,考虑下地壳、上地幔流变学结构的二维有限元模型计算结果显示,孕震周期为千年尺度的龙门山断裂带在自一次大地震结束至下一次大地震来临的整个地震周期中,跨断裂带一定范围内的地壳形变场会随着孕震过程的推移而发生改变。另外,本文通过有限元数值模拟探讨了具有铲形几何形态、同时具有走滑和逆冲两种运动分量的断裂在间震期所表现出的地壳运动特征。模拟结果显示,与人们对于传统的走滑断裂表现出来的地壳形变场特征的认识不同,铲形走滑断裂的走滑运动分量在地表跨断裂的剖面中的速率梯度较小,应变分布范围较垂直走滑断裂更宽广。同时广泛分布的剪切形变容易与块体刚性旋转造成的位移场相混淆而得不到确认。这样以来,对于譬如岷江、虎牙断裂这样走滑速率本身相对较小的断裂,很可能由于这种铲形几何形态使得跨断裂的相对走滑运动特征不易被观测到。
然而就目前现有的有限观测资料可能还不足以对上述问题作出清晰明确的回答。如果未来能在青藏高原东缘,特别是围绕岷山,加强一些GPS观测,对于认识该区域的地壳形变场甚至地震危险性评价将是十分有意义的。