引言
活动地块是被形成于晚新生代、晚第四纪（１０—１２万年）至现今强烈活动的构造带所分割围限、具有相对统一运动方式的地质单元（张国民，张培震，２０００；张培震等，２００３）．活动地块相对完整并有相对统一的运动方式，而各活动地块之间的边界带（亦称活动边界）是活动地块之间差异运动和相互作用的局部化带和集中带，是中国陆区强震孕育、发生的主体地带，亦是我国陆区最基本和重要的强震带．张国民等（２００５）和马宏生等（２００６）研究了活动边界带的构造变形与强震活动，及强震活动特征．而进一步研究活动地块边界带的现今构造应力场，对探讨活动地块边界带的构造动力过程和地震成因有重要意义．构造应力场研究是地球科学的一个十分重要的分支，在地球动力学中起着十分重要的作用．２０世纪８０年代开始的国际岩石圈计划开展了由Ｚｏｂａｃｋ（１９９２）领导的“世界应力图编制”计划．该计划收集了全球范围内有关现代构造应力的测量和研究成果，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．构造应力场的研究在中国也取得了很大进展．早在２０世纪７０年代，李钦祖等（１９７３）利用单台多个小地震初动符号确定了两个地震台的区域应力场．许忠淮等（１９８３）利用多个台站的多次小地震，通过求平均节面解推断出了多个分区的构造应力主轴方向．利用同样方法，研究人员得到了鄂尔多斯地块周围（薛宏远，鄢家全，１９８４），中国东部大陆（汪素云，许忠淮，１９８５），以及青甘和川滇地区（许忠淮等，１９８７）构造应力场．许忠淮等（１９８９）利用Ｐ波初动推断了新疆和西藏部分地区主应力轴的方向，并根据以前其它地区应力场结果，编制了中国构造应力场方向图，总结了我国大陆地震构造应力场的主要特征．许忠淮（２００１）根据地震矩张量解、Ｐ波初动解和深井孔的孔壁崩落资料，编制了东亚地区现今地壳构造应力场主应力方向和应力类型分布图．许忠淮和戈澎谟（１９８４）用滑动方向拟合法反演了富蕴地震断裂带应力场．谢富仁和刘光勋（１９８９）采用由断层擦痕资料反演构造应力张量的方法，估算出阿尔金断裂带中段区域自上新世以来的两期主要构造作用．谢富仁等（１９９３）用断层滑动资料反演了中国西南地区构造应力场．康英等（２００８）利用１３７个震源机制解的资料，反演获得了广东及邻区１２个地区的构造应力张量数据．杜兴信和邵辉成（１９９９）使用１９２０—１９９６年的震源机制资料，分区反演了中国现代构造应力场．《中国大陆地壳应力环境基础数据库》收集了我国大陆及邻区水压致裂、应力解除、震源机制解、钻孔崩落和断层滑动反演资料等主要地壳应力数据，汇集了我国及邻区大量地应力基础资料（谢富仁等，２００３）．利用该数据库，对中国大陆及邻区进行了构造应力分区划分（谢富仁等，２００４）．Ｗａｎ（２０１０）以该数据库为基础，结合未包含在数据库中的哈佛全球矩心矩张量解，以５°×５°作为计算单元、以２°×２°滑动，得到了２°×２°的中国大陆现今构造应力场．前人反演中国大陆构造应力场时，其分区是采用矩形区域滑动或根据经验划分分区的方法，而直接针对活动地块边界带构造应力场的研究，尚未见到有人给出．而活动地块边界是中国陆区强震孕育、发生的主体地带，占我国陆区总面积１６％的活动地块边界覆盖了１００％的８级以上巨大地震、８６％的７—７．９级大地震和５６％的６—６．９级地震，活动地块边界带是我国大陆７级以上强震活动的集中带，是从事地震预测研究和防震减灾的主要目标区（张国民，张培震，２０００）．研究活动地块边界带上的构造应力场特征具有重要意义．本文在张培震等（２００３）、张国民等（２００５）和马宏生等（２００６）对中国大陆活动地块及其边界带划分和研究的基础上，利用哈佛全球矩心矩张量解数据和许忠淮（２００１）认为１９２０—１９９９年可靠的中国大陆震源机制解数据，反演了中国西部及邻区地块边界带上的现代构造应力场，分析了中国西部及邻区地块边界带上的现代构造应力场特征．
１构造应力场反演方法
本文采用ＦＭＳＩ方法反演构造应力场．该方法假设：①断层的滑动方向与应力张量投影在断层面上的剪切应力方向一致；②研究区内应力场是均匀的；③地震可能发生在预先存在的任何产状的断层上．然后利用网格搜索方法寻找一组地震的最佳拟合应力张量，使得拟合反演的断层面上剪应力与滑动方向偏差最小（Ｇｅｐｈａｒｔ，Ｆｏｒｓｙｔｈ，１９８４；Ｇｅｐｈａｒｔ，１９９０）．因为断层的滑动方向只依赖于应力张量中的４个独立分量，所以根据震源机制解来反演构造应力张量时，我们只能确定应力张量６个独立参数中的４个量，即３个主应力的方向和主应力的相对大小Ｒ＝（σ２－σ１）／（σ３－σ１）．其中σ１，σ２和σ３分别为最大、中等和最小主应力的大小，Ｒ的变化范围在０与１之间，其大小反映了中等主应力的相对大小．ＦＭＳＩ并不是一个完全的“反演程序”，它是采用网络搜索的方法，计算所有应力张量与震源机制解的平均残差，最后将平均残差最小的应力张量视为“最佳拟合应力张量”．震源机制解数据对应力张量约束不是很好的情况下，对相同的震源机制解数据，不同的输入初值，往往会得到不同的“最佳应力张量”，这些“最佳应力张量”之间有的时候差别还比较大．这说明震源机制解数据对应力张量约束不是很好的情况下，ＦＭＳＩ程序对初值的依赖是比较大的．所以一次的计算往往不能得到最佳结果，经过多次的初值输入与计算可能会有比较理想的结果．我们使用ＦＭＳＩ程序反演的步骤是这样：首先求出边界带内震源机制解的Ｐ轴和Ｔ轴的平均走向和倾角，再算出震源机制解和平均Ｐ轴和Ｔ轴的平均残差，选取平均残差小（相对一致性比较好）的Ｐ轴或Ｔ轴作为第一主应力（σｐ）方向，以另外一轴为第二主应力方向（σｓ）（Ｇｅｐｈａｒｔ，１９９０），以这两个方向作为初始输入值，以最精确方法（ｅｘａｃｔｍｅｔｈｏｄ）寻找最佳拟合应力张量．ＦＭＳＩ程序结果文件给出的是不同的应力张量及其对应的平均残差，我们从中找出平均残差最小的２０个结果，作为２０个最佳应力张量解．考察这２０个“最佳应力张量解”，选取应力张量解的σ１和σ３作为第一主应力方向（σｐ）和第二主应力方向（σｓ），重复计算直至稳定（２０个“最佳应力张量解”趋于一致，不发散，平均残差达到最小）．应力方向几度的变化可能对应力场反演没有太大的意义，但我们通过反复输入计算，主要是考察应力场反演的稳定程度和震源机制解对应力张量的约束程度．震源机制解对应力张量的约束程度低的时候，虽然计算的平均残差小，但得到的应力张量稳定性差．我们以Ｒ为０．１和０．０５的间隔分别进行了计算，发现最佳拟合张量没有发生变化或变化很小．我们最后给出的结果是Ｒ以０．０５间隔反演的最佳应力张量解．
２中国西部及邻区活动
地块边界带及震源机制解数据张培震等（２００３）对中国大陆及其邻区给出了活动地块的两级划分．其中Ⅰ级活动地块区６个，含有６６个Ⅱ级活动地块．张国民等（２００５）根据活动地块的划分结果，勾画出了不同级别活动地块的２６条边界带．本文研究中国西部及邻区活动地块边界带的现代构造应力场，根据张国民等（２００５）活动地块边界带的划分结果，将中国西部及邻区划分为２１个活动地块边界带（表１，图１）．这２１个活动地块边界带与张国民等（２００５）的划分基本一致，但考虑到反演应力场时震源机制解数据的多少，在宽度上会有所调整（表１）．我们下载了１９７７—２０１０年哈佛全球矩心矩张量解数据，分布在２１个活动地块边界带的哈佛全球矩心矩张量解数据共有３２７个；我们从许忠淮（２００１）认为１９２０—１９９９年可靠的中国大陆震源机制解中挑选出边界带上震源机制解１１８个（与哈佛全球矩心矩张量解数据不重复），共４３３个震源机制解数据．活动地块边界带最多的有６４个数据，最小的有５个数据（图１）．由震源机制的Ｐ，Ｔ，Ｂ三个应力轴的倾俯角（ｐｌｕｇ）的最大值，判断震源机制破裂类型的归属（刁桂苓等，２０１１）．如Ｐｐｌｕｇ最大，即Ｐ轴直立或者接近直立，则认为属于正断层破裂类型；如Ｔｐｌｕｇ最大，即Ｔ轴直立或者接近直立，则认为属于逆断层破裂类型；如Ｂｐｌｕｇ最大，则认为属于走滑断层破裂类型．如果两轴的倾角都较大，而且接近时，则属于混合类型，如走滑兼挤压、走滑兼拉张等．在本文中，则简单划为３种类型．在图１中，震源机制解中红色表示逆断层破裂类型，绿色表示正断层破裂类型，黑色表示走滑断层破裂类型．图２为２１个活动地块边界带内震源机制解Ｐ轴和Ｔ轴分布图，红线表示俯角方向，黑线表示仰角方向，长度表示倾角大小，长度越长，倾角越小．因为活动地块边界带较长，大的活动边界带长达１０００多ｋｍ，甚至超过２０００ｋｍ，而实际构造应力在较长边界带内是非均匀的，其主应力方向与应力结构也是不同的．所以我们在边界带上分段计算应力场，我们以２６０—３２０ｋｍ的长度在边界带上滑动搜索震源机制解，如果能搜索到５个以上震源机制解数据（鲜水河带上为４个），则将该段作为计算单元．有些边界带长度较长而震源机制解少，我们把计算单元长度加大一些，所以有些计算单元长度能达到５００ｋｍ，最终我们找到了５２个计算单元（图３）．
３构造应力场反演结果
使用ＦＭＳＩ程序，我们把计算得到的“最佳拟合应力张量”作为输入初值再进行计算，经过多次的输入计算．对每次计算结果，考察平均残差最小的２０个应力张量，如果这２０个应力张量趋于一致（不发散），且平均残差达到最小，我们认为这时给出的才是ＦＭＳＩ程序的“最佳拟合应力张量”．如果最后这２０个应力张量不能趋于一致，呈现两个以上优势分布，我们从中分析和挑选应力张量，作为ＦＭＳＩ程序的“最佳拟合应力张量”．我们认为这样得到的应力张量要相对合理和可靠一些，将其作为我们计算的构造应力场结果．在使用ＦＭＳＩ程序计算时，可以指定也可以不指定震源机制解的哪个节面是破裂面．我们挑选与边界带上主断层相近的节面作为破裂面进行反演，并与没有考虑破裂面的结果进行对比，发现５２个计算单元中，有３６个单元的反演结果要好于没有考虑破裂面的结果．所以在这３６个单元中，我们挑选节面作为破裂面进行反演，而在其它１６个单元中则不指定破裂面进行计算．我们经过多次的输入计算，最后确定的应力场如表２和图３所示．在５２个计算单元中，其中４５个计算单元的２０个“最佳应力张量”趋于一致，我们把平均残差最小的应力张量作为最后的计算结果；在其中５个计算单元（第１，２１，２６，３３，３９段），２０个“最佳应力张量”不集中，呈现两个以上优势分布，我们从中分析和挑选最佳应力张量．中国西部及邻区活动地块边界带上最大主压应力σ１轴绝大多数近水平，５２个计算单元（段）中，倾角较陡的有９个段，分别为第１４段（倾角６７°，位于西昆仑带）、第１９段（倾角５３°，位于贺兰山带）、第３０段（倾角６４°，位于玛尼—玉树带）、第３５段（倾角７５°，位于喜马拉雅带）、第３６段（倾角５３°，位于喜马拉雅带）、第３８段（倾角６０°，位于喀喇昆仑—嘉黎带）、第４０段（倾角８４°，位于喀喇昆仑—嘉黎带）、第４１段（倾角７０°，位于三江带）和第４３段（倾角７０°，位于红河带），反映出这些单元（段）都存在一定的拉伸机制．在西域地块区中西部，σ１轴水平方向基本围绕正北方向扰动分布．在西域地块区东部第３计算单元（位于戈壁阿尔泰带）顺时针旋转成北东方向，在青藏地块和滇缅地块，活动地块边界带σ１轴水平方向从北北西方向（第３７，３８，３９段，位于喀喇昆仑—嘉黎带），到北北东（第２９，３０段，位于玛尼—玉树带），到北东（第２２，２３，２４段，位于东昆仑带；第２０，２１段，位于西秦岭—德令哈带；第１７，１８段，位于海原—祁连带），到东东南（第２６，２７段，位于岷山—龙门山带），到东南（第４４，４５段，位于安宁河—小江带），到南南东（第４６段，位于澜沧江带），一直到南西方向（第４７段，位于澜沧江带；第４９段，位于滇西西边界带），更是发生了剧烈的顺时针旋转．该结果与前人（许忠淮等，１９８９；谢富仁等，１９９３，２００４；李延兴等，２００３）的结果一致．最小主压应力σ３轴倾角呈两极分布，西域地块区内活动地块边界带和青藏地块区内东北缘部分段σ３轴倾角较陡，而青藏地块区内σ３轴倾角近水平，所以西域地块区和青藏地块区内东北部相对于其它大部分青藏地块区，有更多的逆冲地震．从喜马拉雅带、喀喇昆仑—嘉黎带、玛尼—玉树带、东昆仑带、西秦岭—德令哈带、海原—祁连带、岷山—龙门山带、安宁河—小江带，一直到澜沧江带，σ３轴水平方向从南西西、近东西、北西西、北西、北北东、北东，一直到近东西，同样发生顺时针剧烈旋转．在我们计算的２１个活动地块边界带上，由于震源机制解资料限制，在８个边界带上的多个分段中，只有一个计算单元（段）符合计算条件．在其它１３个具有多个计算单元（段）的边界带上，从σ１和σ３分布可以看出，应力场在同一个边界带具有非均匀性，北天山带、南天山带、西秦岭—德令哈带、岷山—龙门山带和安宁河—小江带的非均匀性相对要小一些，西昆仑带、海原—祁连带、东昆仑带、玛尼—玉树带、澜沧江带和滇西西边界带的非均匀性相对要大，而喀喇昆仑—嘉黎带和喜马拉雅带的非均匀性最显著．
４讨论与结论
应用哈佛全球矩心矩张量解数据和许忠淮（２００１）认为１９２０—１９９９年可靠的中国大陆震源机制解数据，使用ＦＭＳＩ程序计算，给出了中国西部及邻区活动地块边界带构造应力场．本文得出以下结论：１）最小主压应力σ３轴倾角呈两极分布，西域地块区内活动地块边界带和青藏地块区内东北缘部分段σ３轴倾角较陡，而青藏地块区内σ３轴倾角近水平，所以西域地块区和青藏地块区内东北部相对于其它大部分青藏地块区，有更多的逆冲地震．２）边界带上最大主压应力σ１轴绝大多数近水平，倾角较陡的有９个段，反映出这些单元（段）都存在一定的拉伸机制．在中国西部及邻区９０°Ｅ以西，σ１轴水平方向基本上为近ＳＮ向．在青藏高原的东北部，σ１轴水平方向基本上为近ＮＥ向；在青藏高原的东南部，σ１轴水平方向绕喜马拉雅构造东端顺时针方向旋转．这表明，青藏高原在印度板块ＮＮＥ向的强烈挤压下，向ＮＮＥ－－ＮＥ方向运动，在其东北方受到阿拉善地块、蒙古地块及西伯利亚地块的阻挡，青藏高原地壳向ＳＥ方向作挤出运动，在东部受到华南地块的阻挡，转变为向南运动，经滇西南向印度洋方向扩张．在青藏高原的中部，地壳物质经柴达木一巴彦喀拉和羌塘地块的东部，再经川滇和滇西南地块向印度洋运移．３）应力场在同一个边界带具有非均匀性，北天山带、南天山带、西秦岭—德令哈带、岷山—龙门山带和安宁河—小江带的非均匀性相对要小一些，西昆仑带、海原—祁连带、东昆仑带、玛尼—玉树带、澜沧江带和滇西西边界带的非均匀性相对要大，而喀喇昆仑—嘉黎带和喜马拉雅带的非均匀性最显著．虽然本文是想针对整个边界带研究应力场，但由于震源机制解资料的限制，只有５２个计算单元（段）符合反演条件，８个边界带上只有一个计算单元，而在其它边界带上也存在许多空段，没有给出计算结果．所以实际上给出的只是边界带上部分段的应力场．在５个计算单元（段）中，由于震源机制解数量少和震源机制解本身误差的存在，使得对应力张量的约束较弱．虽然我们经过了多次的计算，考察２０个平均残差最小的应力张量，发现还是有不集中的现象，呈现出两个以上的优势分布．我们从中分析和挑选了最佳应力张量，但这有一定的人为因素
