继2008-05-12汶川 8.0级大地震后(北纬31.0°，东经103.4°，震源深度13 km)，2013-04-20又发生了芦山7.0级强震(北纬30.3° ，东经103.0°，震源深度14 km)。这两个地震相距约85 km，均发生在龙门山推覆构造带上，前者发生在龙门山构造带的中段，破裂至北段，后者发生在南段。震后地震地质考察表明，芦山地震所出现地表并非是真正意义上的地震破裂，而是震动和重力作用下的边坡效应。因此，认为本次地震没有产生明显的地震地表破裂带，属典型的盲逆断层型地震，其发震断层为尚未出露地表^[1]。震源机制解表明，该次地震是一次发生在青藏高原中东部巴彦喀拉块体东向逃逸东端与华南块体西北端四川盆地强烈挤压碰撞带内部典型的逆断层型地震^[2]。

但是，大震通常在震中沿发震断裂形成地表位移，甚至还会造成大区域乃至远场的地壳形变，如2004年印度苏门答腊Mw 9.3级地震的影响范围达到了6 000~7 000 km^[3]，日本2011年的Ms 9.0级地震影响至中国的东北和华北地区^[4]，汶川Ms 8.0级地震也影响到了一定的空间范围^[5]。尽管地震地质调查认为该地震没有导致真正意义上的地震地表破裂，但并不代表不存在地表形变^[6]。此外，获取区域震前和同震形变场也是认识地震运动学性质的重要组成部分，对于研究 地壳运动、地震动力学特征及判定未来地震活动趋势具有重要意义^[7]。本文利用GNSS地表形变观测资料，揭示区域震前及同震运动或位移场，为全面认识4.20芦山强震发生机理提供基本信息。

1 GNSS数据采集与处理方法

龙门山断裂带是青藏高原中东部巴彦喀拉块体与华南块体西北端四川盆地的边界带，也是中国大陆南北地震带的组成部分。为了监测与研究地震的孕育过程，国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”、“中国大陆构造环境监测网络”、地震预测研究所、四川省地震局等在四川地区及周围地区(包括龙门山断裂带的两侧)布设了一定数量的流动观测站和连续观测站。流动观测站震前有多期观测资料，每期观测4 d。由于2008年5.12汶川地震之故，取用流动测站资料的观测时段为1999~2007和2009~2011年，可获得这两个时段较高精度的二维运动场。此外，较密集的连续观测站观测主要始于2010年以后，因此取用2010年以后至芦山地震前的资料，可获得这一时段的高精度三维运动场。利用震源附近区域连续观测站1 Hz的高频观测数据以获得发震时刻震动量及“永久性”位移。

GNSS数据处理时数据采样间隔为30 s，24 h为一时段，数据处理由新版GAMIT/GLOBK/QOCA软件完成^[8]。在估算测站位置时允许卫星轨道和地球自转参数有微量的调整，在ITRF2005参考框架下获得基准松弛的单日解，其中包括IGS核心站、中国大陆基准站及震区所有GNSS测站的位置估值及相应的方差-协方差矩阵，以此作为求解研究区运动及位移场的准观测值。在此基础上，估算研究区测站的运动、连续观测站位置的时间序列及其运动和同震位移结果。为了便于观察，以位于研究区范围内四川盆地上的测站为相对参考基准计算研究区运动场结果，然后根据断裂带的展布方向进行投影计算^[7]，可获得平行和垂直与断裂带的运动分量结果(图 1~5)。1 Hz高频数据处理是由PANDA软件完成的^{[9, 10]}，在此基础上根据共模误差识别与剔除方法对高频时间序列进行进一步处理和投影计算^{[11, 12]}，由此可获得较精确的发震时段的时间序列结果(图 4)。

图 1 汶川8.0级地震前1999~2007年震源及周围地区水平运动场 Fig. 1 Horizontal Movement Field Around Sichuan Area in 1999-2007 Before 8.0 Earthquake in Wenchuan

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2 芦山地震前地壳形变场

芦山地震之前的2008年在同一构造带上发生了5.12汶川大地震，因此，为了便于观察与分析，本文给出了两个时段的结果——即汶川大地震以前的运动场结果(1999~2007年)和其后至芦山地震前的运动场结果(2010~2013年)。图 1(a)为1999-2007时段研究区相对于四川盆地的运动场结果，图 1(b)为其平行和垂直于龙门山断裂带的运动分量结果，图 2(a)为2009~2011时段研究区相对于四川盆地的运动场结果，图 2(b)为其平行和垂直于龙门山断裂带的运动分量结果，图 3(a)平行和垂直于龙门山断裂带2010~2013时段的运动分量结果，图 3(b)为该时段垂向运动结果。

图 2 汶川8.0级地震后2009~2011年四川及周围地区水平运动场 Fig. 2 Horizontal Movement Field Around Sichuan Area in 2009-2011 After 8.0 Earthquake in Wenchuan

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图 3 芦山地震前2010~2013年四川及周围地区三维运动场 Fig. 3 3-Dimensional Movement Field Around Sichuan Area in 2010 to 2013 Before Earthquake in Lushan

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图 4 LS05和SCTQ站的同震位移 Fig. 4 Co-seismic Displacement of LS05 and SCTQ Sites

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由图 1可知，在1999~2007年时段四川盆地没有出现可识别的形变，测站的运动量基本上在1.5 mm/a变化范围内且无规律(均在误差限差的范围内)。这证明了四川盆地近乎为刚性地块，同时也说明了以此为数据处理的参考基准是可靠的。不难看出，来自于青藏高原近10 mm/a的物质流动不但在此处受到了遏制，同时也使得物质流向出现了分解。这种分解直接受四川盆地西北和西南边界带展布的形态控制，表现为物质的一部分沿着西北边界带向东北方向流动，另一部分则沿着西南边界带向东南方向流动。然而，这种流动并非是均匀同步的，四川盆地西北边界以西北近150 km宽度范围内的地壳物质几乎固定不动，似乎成为四川盆地的一部分保持着无形变特征，而压性无形变状态则在更大的空间范围上保持(图 1(b))，显然这是此空间内断裂带活动已经进入闭锁的典型状态。此外，与其相应的另一种状态是发生在断裂带上的某种形变向外部转移，如图 1(b)所示的较大右旋剪切形变发生在150 km以西北的地域上。四川盆地西南边界以西南大约100 km宽度的范围内也是一个无形变的地带，在该地带上既不存在左旋剪切形变，也不存在张压形变，与四川盆地保持着一致性。然而在该地带上也存在着若干断层，存在这种无形变状态的可能解释为断层为非活动断层或断层已进入了闭锁状态。但在其西南有鲜水河断裂带、安宁河断裂带，左旋走滑运动(剪切形变)主要发生在这些断裂带上，因此其东北地带不太容易积累较大的应变能。

2008年5.12汶川大地震发生后，随着应力场的调整，原有的运动与形变状态在相关区域必然存在着一定程度的改变。图 2所示为2009~2011年的运动场结果，由此可获得进一步认识。从位于四川盆地及华南块体其他测站的结果可知，汶川地震之后它们仍然是无形变的地块，这就进一步验证了该地域的刚性特征及其作为研究区参考基准的合理性。汶川地震后龙门山断裂带以西北地域的运动与地震之前有很大不同，最显著的不同是龙门山断裂带的中、北段及西北的地域在一定程度上解锁，右旋(约5 mm/a)兼挤压(6 mm/a)的运动清晰可见。震前转移至外围的右旋运动量震后不再随着空间的延伸而加大，不论是右旋运动还是逆冲运动,与空间的关系已不那么显著了，形变最突出的部位回归到该断裂带及附近区域。但是，龙门山断裂带的南段(芦山震源区及附近)仍然保持以前的闭锁状态，挤压或走滑形变均无显现。这时，龙门山断裂带的活动已不再同步了，原来由整条断裂带承担的此时已转嫁到主要由其南段承担了，这为芦山地震的尽快发生奠定了不可逆转的基础。

图 3所示则为2010年至芦山地震之前的三维运动结果(完全利用连续站资料)。这一时段龙门山断裂带以西北的地域沿平行于该断裂带向东北方向运动，在边界带上仍延续汶川地震后上一时段的结果(图 3(a))，运动量级最大的站(SCMX)已超过10mm/a。图 3(b)为垂直运动结果，除个别测站(SCMX和GSTS)外，绝大部分测站的运动都保持在±3 mm/a以内，尤其四川盆地、震源区及西北的鲜水河断裂带等地域的垂向运动更小，一般在误差的范围以内(95%的置信度)。虽然SCMX站运动量较大(超过10 mm/a)，但其为单站而缺乏代表性(可能是汶川地震后局部超常调整所致)。整体来看，除个别站外，巴颜喀拉块体东部的垂向优势运动为下沉，这可能与龙门山断裂带失锁密切相关。该带的南段(芦山震源及附近地区)在垂向上的运动表现为一种无差异的闭锁状态，研究区西南的川滇菱形块体虽有隆升的迹象，但基本上处在无形变的状态中。这是芦山地震之前该时段地壳三维运动的基本特征。 3 芦山地震的同震形变场

根据汶川地震破裂特征及震后地震活动趋向分析，认为龙门山断裂带西南段发震的危险性可能会有所提高。因此，汶川地震之后地震预测研究所在龙门山断裂带的西南段等地域布设了数条GNSS观测剖面，并进行1 Hz的高频观测，其中LS05站距芦山地震震中最近(大约12 km)，这为了解发震时段的动态变化过程提供了非常宝贵的资料。图 4为LS05和SCTQ站(距芦山地震震中大约34 km)位置三维分量变化的时序结果，这两个站位于震中的西南方。从时序结果的符合程 度来看，精度是比较高的。由LS05站的结果不难看出，在地震或地震波到达测站之前，平行于断裂带的位置基本上没有可辨的变化；当地震波到达时，不但产生了震动同时也发生了位置变化，震动量最大达9 cm左右，向西南的“永久”位移量约5 cm，逆冲震动量最大约7 cm，“永久”走滑位移量约4 cm，震前垂向波动稍大(不排除误差所致的可能性)，地震波到达时产生了大约13 cm的最大垂向震动量，“永久”隆升量约7 cm。由于该站距震中较近，这样的位移量则显得不太突出。距震中约34 km的SCTQ站(距LS05约22 km)的位移量则显得更小，走滑量的最大振幅约5 cm，“永久”走滑量近2cm，逆冲最大振动量约4 cm，“永久”逆冲量似乎难以分辨(约几mm)，垂向最大振动量约5 cm，“永久”隆升量不足2 cm。此外，比较显著震动的时间长度基本在10 s以内，之后则比较平稳。宏观来看，该地震所造成的可分辨地表位移比较小，空间范围也比较局部。需要说明的是，本文所说的“永久性”位移是指主震时刻(约10 s长度)的“永久性”位移，而非是整个地震序列所导致的永久性位移；最大震动量是根据1 Hz频率的监测所捕捉到的结果，不一定能恰如其分地反映实际震动量，但实际震动量至少不会小于上述量级。

图 5是根据地震前后数天的观测资料计算的同震位移场的空间分布结果(图中的黑点为余震的震中位置)。它清晰地揭示了4.20芦山地震所导致的地壳形变状态，为反演地震破裂过程、认识地震的成因提供了客观的约束条件。图 5的结果表明地表形变的空间范围与大小远不如汶川地震。距震中最近的LS05站只有7 cm左右，可识别的形变空间范围为以震中为中心约60 km的半径内，除此之外的其他测站位移基本上在误差的范围内。震中以西的测站主要为逆冲兼左旋走滑位移，走滑量略占优势，震中以东的测站(包括LS07站)主要为逆冲兼右旋走滑位移，逆冲量略占优势。这是一个非常有趣的现象，值得进一步研究。GNSS揭示了4.20芦山地震产生的区域水平同震位移场，这一观测事实表明了芦山地震为一次逆冲型的地震，与震源机制解的结果相吻合。该次地震的余震主要集中在主震以西，较大的位移也主要分布于此，主震以东的余震较少，位移量也相对较小，这样的结果与地震破裂走向密切相关。

图 5 芦山Ms 7.0级地震震源及周围地区同震水平运动场 Fig. 5 Co-seismic Horizontal Movement Field Around Seismic Source Area of Ms 7.0 Earthquake in Lushan

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综上所述，芦山地震的发生有着深刻构造活动与形变演化背景。在汶川地震以前，整条龙门山断裂带似乎早已进入到闭锁状态。汶川地震之后，由于积聚在该断裂带的能量得到一定程度的释放，其中、北段构造活动变得空前活跃。事实上，汶川地震破裂为向东北方向上的单向破裂，因此并没有使得该条断裂带的破裂全部贯通，该带南段所积累的能量不但没有得到释放，而且进入了三维活动的深度闭锁状态。这是因为汶川地震破裂段以蠕变的形式化解来自于巴颜喀拉块体的推挤，而未破裂段则几乎直接承担着来自于它们的挤压力。由于承担“过重”且不间断，必然会促使其尽快地破裂。应该说这是一个孕震区域比较明确、震级水平基本可估、构造活动也已处于闭锁的特殊状态。在这种情况下，临震异常如何捕捉是一个非常值得深入研究的问题。四川省地震局测量工程院震前有所察觉，发现跨断层形变监测已出现了一定程度的异常，但由于未取得“共识”而失去了一次具有一定减灾意义预报。此外，与汶川地震的另一个不同点是该次破裂可能主要是西南向的，而且震中以东的地域有右旋破裂活动的迹象，震中以西则为左旋破裂活动，这一现象也是值得研究的，或许与其西部的左旋活动有密切关系。地震地质考察认为该地震破裂没有到达地表，GNSS监测表明该地震同震地表位移也不太大，同震位移的空间也比较局部，这可能与破裂没有通达地表有密切关系。此外，令人不安的是，在芦山震中与汶川震中之间大约有60 km长的空间尚未破裂，故而使之成为汶川与芦山地震之后龙门山断裂带最有可能孕发强震的地域。如果是这样，正是由于汶川和芦山地震的发生，会加速该地段强震的孕育，使其提前发生。因此，应加强该区域及其周围的监测与研究，力争震前能做出一定程度的预报。

致谢：感谢中国地壳运动观测工程中心、江在森研究组、四川省地震局等单位组织提供GNSS观测资料。