中国大陆现代构造应力场与强震活动＊

谢富仁 张红艳 崔效锋 杜 义

（中国地震局地壳应力研究所，北京 100085）

中国大陆现代构造应力场与强震活动＊

谢富仁 张红艳 崔效锋 杜 义

（中国地震局地壳应力研究所，北京 100085）

依据应力性状和力源特征，中国大陆现代构造应力场可划分为四级应力区。它们分别是2个一级应力区、4个二级应力区、5个三级应力区和26个四级应力区。通过分析中国大陆现代构造应力分区与强震活动之间的关系，初步获得以下结论：①构造应力作用强烈和复杂的地区是强震频发的地区；②应力区边界是强震集中发生的地带；③应力方向、应力结构类型或强度的变化地区通常也是强震发生的地带；④均匀区域应力场背景上的局部应力变化区是强震活动相对集中的地区；⑤活动断裂带上构造应力类型变化的部位是易发生强震的地点。

构造应力场；应力分区；强震活动；动力学

引言

岩石圈应力状态研究是地球科学的一个十分重要的分支。为此，20世纪80年代开始的国际岩石圈计划开展了世界应力图编制计划，以美国科学院院士Mary Lou Zoback[1]为首席科学家，有多国科学家参加的世界应力图编制计划，搜集并分析整理了全球范围内有关现代构造应力的测量和研究成果，在此基础上建立了全球构造应力数据库，编制了“世界应力图”。该图全面反映了岩石圈应力场的总体和分区特征，并对岩石圈中力的作用情况进行了解释。

世界应力图计划的重要研究结果之一是发现了在一些板块内部，构造应力场存在大尺度的统一性特征，说明存在地球构造运动的大尺度力源。该计划的另一个重要结果是认识到板块内部存在一级和二级应力场，一级应力场与板块运动有联系，二级应力场是由局部原因引起的，如岩石圈横向密度差异、局部热活动等引起了地区性的应力场。我国学者一直致力于构造应力场的研究[2－8]，近年来在构造应力分区研究方面取得了明显的进展[9－12]。大量研究表明，地壳中的应力状态与地震活动的关系十分密切，研究现代构造应力场与强震活动的关系对认识地震过程和开展地震区划工作具有十分重要的理论和实际意义。通过编制《中国现代构造应力场图》（图1）和研究现代构造应力场基本特征，进行构造应力分区[11]，初步揭示出现代构造应力场与地震活动关系密切。中国大陆及邻区地震活动与构造应力背景存在明显的对应关系，不同级别的应力区分界对应了不同程度的地震活动（图2）。

1 中国大陆现代构造应力场分区

1.1 构造应力场分区原则

图2 中国大陆现代构造应力分区与强震分布（1912—1990年M S≥5.0地震；2008年汶川M S＝8.0地震；2010年玉树M S＝7.1地震）

中国大陆构造应力场明显受周边板块作用的控制，大陆内部由于构造格局及其运动的差异，应力状态的区域特征十分明显。为客观反映中国大陆构造应力场细结构及其非均匀特征，进行应力分区的研究是十分必要的。依据构造应力的力学属性、变形特征及其力源，制定如下分区原则。

（1）按主应力方向的一致性分区

同一构造应力区受外力作用的方式是相同的，它所处的内、外部构造环境也具有相似的特点，因而同一构造应力区主应力作用方向总体上具有一致性。

（2）按应力结构特征的一致性分区

同上，同一构造应力区的应力结构总体上也应具有一致性。

（3）按应力强度分区

构造应力的强度亦是划分应力分区的重要标志，但目前直接获得应力大小的方法还十分有限，通常还需要依据构造变形的程度推断应力强度。同一构造应力区内应力强度应基本上保持在同一水平。

（4）按构造变形和断层破裂方式分区

构造变形和断层破裂类型是应力作用的直接结果，同一构造应力区内的构造变形和断层破裂方式在力学属性上应具有一致性，依此可作为划分应力分区的依据。

（5）按力源类型划分应力分区的级别

构造运动的图像显示，不同级别的构造受控于不同的动力源。通常由板块运动产生的作用力是控制区域大环境应力状态的主导因素[1，11]，而板内块体间相互作用以及由于空间非均匀结构和岩石非均匀力学特性产生的影响，是造成次级和局部应力变化的原因。

1.2 中国现代构造应力场分区

依据构造应力分区原则，将中国大陆现代构造应力场分为2个一级应力区，4个二级应力区，5个三级应力区和26个四级应力区（表1）。一级构造应力区主要受板块边界的几何特征和作用在边界上的力所控制，应力作用在大范围和长时间内保持均匀和稳定；二级构造应力分区受控于区域块体间的相互作用，在较大区域范围内应力作用具有较强的相关性；三级构造应力区受控于区域内部块体间的相互作用，在一定区域范围应力结构具有相似性；四级构造应力区受控于块体和断裂相互作用的影响，其应力性状（方向、强度和结构等）一致性较好[11]。

2 中国大陆构造应力场与强震活动

2.1 构造应力场背景与强震活动

构造应力作用强烈的地区和应力分布复杂的地区是强震频发的地区。如青藏高原地区、台湾、华北地区和新疆，这些是板块碰撞或推挤受力最强的地区，或是构造应力分布较为复杂的地区，是中国强震频发的地区。

根据中国新编地震目录[13]，对中国地震分布进行了初步统计发现（图2），青藏高原应力区和台湾应力区4级以上地震占中国地震的70%以上，华北地区和新疆地区占20%以上，而华南地区和东北地区只占6%左右。其中，6级以上强震青藏高原应力区和台湾应力区占中国大陆地震的75%以上，华北地区和新疆地区占20%左右，华南地区和东北地区只占不到5%。由此可见，地震活动与构造应力背景的对应关系十分密切。构造应力场强度大、应力类型分布复杂的地区是中国地震活动的最主要场所。

2.2 板块应力区边界与强震活动

中国大陆受控板块动力作用的一级应力区为中国东部应力区和中国西部应力区，它们的交界是南北地震构造带（图2）。该构造带构造运动强烈、应力分布复杂，是强震易发和频发的地带。由于受控于不同板块的联合作用，中国南北地震构造带的现代构造运动十分强烈。自北向南，发育有鄂尔多斯西缘断裂带、海原—六盘山断裂带、东秦岭断裂带、岷江断裂带、龙门山断裂带、鲜水河—则木河—小江断裂带等一系列活动构造，区内发生了一系列强烈的地震活动，是中国大陆内部地震活动最强烈的地区。

2008年5月12日，震惊世界的汶川大地震发生在龙门山断裂带上，而龙门山断裂带属于中国大陆一级应力分区边界——南北地震带的一部分。汶川地震后利用地震断层滑动资料反演的构造应力场结果表明，龙门山地区的现代构造应力场以东西向的挤压为主要特征，应力结构以逆断型为主（图3）[14]。2010年4月14日发生于甘孜－玉树断裂上的青海玉树7.1级强震位于三级应力分区的边界。

表1 中国现代构造应力场分区[11]

2.3 构造应力方向、结构和强度变化与强震活动

中国的地震区划将全国分为23个地震带作为统计单元[15]。中国90%以上的破坏性地震发生在这些地震带内，它反映了中国地震活动在空间分布上的非均匀特征，这些地震带不仅具有明显的地质构造特征，而且在构造应力方向、结构类型以及作用强度上具有明显的变化特征。

以中国西南川滇活动块体的周边为例，现代构造应力场的主方向和应力结构类型存在明显的不同（图4）。川滇活动块体的主体构造主应力方向为北北西－南南东，应力结构为走滑型，而其北东的松潘—龙门山地区构造主应力方向为北东东－南西西，应力结构为逆断型，其东侧的华南块体的构造主应力方向为南南东－北西西，应力结构为走滑型[89]。而位于川滇应力区与松潘—龙门山应力区之间的鲜水河断裂带和位于川滇应力区与华南主体应力区之间的安宁河—小江断裂带是强震活动集中的地段（图4）。

图3 汶川地震断层滑动反演的龙门山断裂带构造应力场

图4 川滇活动块体及周边现代构造应力场与强震分布（图中浅黄色区域为第四系地层）

构造背景、应力场环境相同的地区，地应力值相对较高的地方是易发生强震的地方。如云南滇西北地区，同在320～450 m深度处，丽江、剑川和下关测点的最大水平主应力测值分别为23.4 MPa、22.9 MPa和30.2 MPa，永平测点在同样深度上仅为15 MPa。而丽江、剑川和下关地区正是滇西北强震频发的地段。

2.4 局部应力变化与强震活动

均匀区域应力场背景上的局部应力变化区是强震活动相对集中的地区。如在中国华北地区，构造应力场总体表现为北东东－南西西方向的挤压，应力结构主要是走滑型（图5）。而在位于中国华北中、西部的汾渭断陷带和银川—河套断陷带，构造应力以拉张为主，应力方向和结构与华北区域应力场有明显的不同[11]。

新疆南、北天山地震带位于构造变形由弱变强和由强变弱的过渡地带，是构造应力场强度变化部位发生地震的典型代表（图6）。在帕米尔与伽师地区，存在NNW－SSE与NNE－SSW两组不同的构造应力方向。这种局部应力状态的变化可能导致应力积累的非均匀分布，从而使地震集中发生。

图5 华北地区现代构造应力场与强震分布（图中浅黄色区域为第四系地层）

2.5 活动断裂带上应力变化与强震活动

活动断裂带上构造应力方向、类型变化的部位是易发生强震的地点。如滇西北地区，这里是中甸—红河断裂带的转折部位。利用断层滑动资料反演的构造应力资料和原地应力测量结果显示，滇西北以北和以南的断裂带地区构造主应力方向为北北西－南南东，应力结构为走滑型，而滇西北地区构造主应力方向为北北东－南南西，构造主应力方向沿断裂带发生了明显变化[16]，这里也是地震强烈活动的地段（图7），类似情况在其他活动断裂带上也有表现。

3 中国大陆及周边动力学环境

图6 天山地区现代构造应力场与强震分布（图中浅黄色区域为第四系地层）

图7 滇西北现代构造应力场与强震分布（图中浅黄色区域为第四系地层）

中国现代构造应力场的格局明显受制于周边板块的动力学作用。印度板块与欧亚大陆的碰撞是造成中国大陆现代构造应力场格局的主要动因，印度板块以50 mm／a速度向北碰撞欧亚大陆[17]，首当其冲的是青藏高原南部地区遭受巨大的挤压，使其快速隆起，并在其上部形成横向的拉张。而后是青藏高原北部地区及其北、东边缘地带，在南有青藏高原南部的推挤，北有塔里木—天山、阿拉善块体阻挡的作用下，区内的地壳物质向东及东南移动，形成了该地区以剪切应力作用为主的构造环境，造就了一批驰名中外的巨型走滑断裂带，如阿尔金断裂带、东昆仑断裂带、鲜水河断裂带等。我国华北地区主要受印度板块向北推挤和太平洋板块向西俯冲的联合作用，形成北东向断裂右旋正断、北西向断裂左旋正断的剪切－拉张构造环境；同时受菲律宾海板块在台湾的强烈碰撞和琉球岛弧显著弧后扩张的联合作用，导致华北扩张和下沉，这可能是产生华北地震的一个原因[12]。我国东北地区主要受太平洋板块向西的俯冲作用，表现为以北东向断裂右旋或右旋逆断、北西向断裂左旋或左旋逆断的剪切－挤压构造环境。华南板块主要受菲律宾板块在台湾地区与大陆的碰撞作用，表现为以北西向断裂右旋、北东向断裂左旋或左旋逆断的挤压－剪切构造环境（图8）。

4 结论

图8 中国大陆及周边动力学环境

（1）中国大陆及邻区现代构造应力场应力分区划分为四个级别。一级构造应力区主要受板块边界的几何特征和作用在边界上的力所控制，应力作用在大范围和长时间内保持均匀和稳定。二级构造应力分区受控于区域块体间的相互作用，在较大区域范围内应力作用具有较强的相关性。三级构造应力区受控于区域内部块体间的相互作用，在一定区域范围内应力结构具有相似性。四级构造应力区受控于块体和断裂相互作用的影响，其应力性状（方向、强度和结构等）一致性较好。

（2）现代构造应力分区与强震活动之间的关系：①构造应力作用强烈和复杂的地区是强震频发的地区；②应力区边界是强震集中发生的地带；③应力方向、应力结构类型或强度的变化地区通常也是强震发生的地带；④均匀区域应力场背景上的局部应力变化区是强震活动相对集中的地区；⑤活动断裂带上构造应力类型变化的部位是易发生强震的地点。

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The modern tectonic stress field and strong earthquakes in China

Xie Furen，Zhang Hongyan，Cui Xiaofeng，Du Yi
（Institute of Crustal Dynamics，CEA，Beijing 100085，China）

According to the stress state and genetic force character，the modern tectonic stress field of China can be preliminarily divided into 4 categories.Within these categories，there are 2 first－order districts，4 second－order districts，5 third－order districts and 26 fourth－order districts.By analyzing those tectonic stress districts and strong earthquakes，the close relation between them is mainly summarized as follows：①Strong earthquakes frequently occur in the area with intense and complex tectonic stress action；②Along the boundary of stress districts，especially between the first－or second－order districts controlled by the interaction of tectonic plates，strong earthquakes occur very easily and frequently；③Strong earthquakes always occur in the zone with a rapid change of stress direction or values；④Strong earthquakes relatively concentrate in the area with local variation of the stress，which situates in the homogeneous background of stress；⑤Stress transformation zone along active faults is more likely to have strong earthquakes.

tectonic stress field；stress district；strong earthquakes；dynamics

315.72＋7；

A；

10.3969／j.issn.0235－4975.2011.01.003

2010－11－12；

2010－12－03。

中央级公益性科研院所基本科研业务专项（ZDJ2010－07）与国家自然科学基金（40904024）共同资助。

（作者电子信箱，谢富仁：xxiefr＠263.net）