基于多種形變觀測資料分析福建地區(qū)形變特征＊

王紫燕 李祖寧 劉序儼 關(guān)玉梅 陳超賢 鐘繼茂 陳 光

(福建省地震局,福州 350003)

基于多種形變觀測資料分析福建地區(qū)形變特征＊

王紫燕 李祖寧 劉序儼 關(guān)玉梅 陳超賢 鐘繼茂 陳 光

(福建省地震局,福州 350003)

利用福建區(qū)域 GPS連續(xù)觀測資料計算出應(yīng)變場,由跨斷層垂直形變資料計算出形變速率強(qiáng)度累積率,并根據(jù)跨斷層、體應(yīng)變等多種形變資料得到各測點(diǎn)壓張?zhí)匦缘目臻g分布。在此基礎(chǔ)上,研究了福建區(qū)域 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年各時期的形變特征。研究結(jié)果表明：龍巖-廈門-東山、政海帶與沙縣南日島斷裂帶交界處這兩個區(qū)域是能量累積區(qū)域,構(gòu)造活動性較強(qiáng),形變速率強(qiáng)度較高,以壓性測點(diǎn)為主,發(fā)生中強(qiáng)地震的可能性比較大。

GPS;跨斷層;形變觀測;形變特征;福建地區(qū)

1 引言

為了有效監(jiān)測本區(qū)域地殼運(yùn)動與地震活動,福建省沿主要的構(gòu)造斷裂帶布設(shè)了 GPS觀測站以及多種形變觀測儀器,包括跨斷層短水準(zhǔn)、體應(yīng)變、洞體應(yīng)變、重力、垂直擺、傾斜儀、深井觀測、砂層應(yīng)力儀等,組成了有效的形變觀測網(wǎng)絡(luò)。一些學(xué)者利用這些數(shù)據(jù)對福建地區(qū)地殼運(yùn)動與形變進(jìn)行了研究,取得了許多成果[1-8]。本文將基于福建區(qū)域 GPS連續(xù)觀測資料、跨斷層形變測量數(shù)據(jù),以及體應(yīng)變等多種形變觀測結(jié)果,結(jié)合有關(guān)地質(zhì)構(gòu)造背景,定量研究 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年各時期的應(yīng)變場、跨斷層形變強(qiáng)度空間分布、測點(diǎn)受力壓張性空間分布動態(tài)變化特征,進(jìn)而分析該區(qū)域的形變基本特征。

2 構(gòu)造概況

福建內(nèi)陸主要斷裂帶大致呈北東走向,由內(nèi)陸至沿海依次為：邵武-河源斷裂帶,政和-海豐斷裂帶,長樂-詔安斷裂帶。歷史上發(fā)生的多次中強(qiáng)地震均位于這些斷裂帶上。北西向斷裂分布范圍和規(guī)模僅次于北東向斷裂,由北往南依次為：閩江下游斷裂,沙縣-南日島斷裂,永安-晉江斷裂,九龍江下游斷裂,上杭-詔安斷裂(圖 1)。這些北西向斷裂和北東向斷裂將福建地區(qū)分割成不同的差異活動地塊。

自 2007年 3月 13日發(fā)生順昌 4.9與 4.7級雙震后,福建省中等強(qiáng)度的地震活動顯著增強(qiáng),之后依次發(fā)生了華安 4.0、永春 4.6、古田 4.8、長泰 4.7、平潭 4.3級等多次中強(qiáng)地震(圖 1)。

為了有效監(jiān)測該區(qū)地殼運(yùn)動與地震活動,福建省沿主要的構(gòu)造斷裂帶布設(shè)了 8個 GPS連續(xù)觀測站、5個體應(yīng)變觀測場地、2個伸縮儀觀測場地、5個垂直擺觀測場地、2個水管觀測場地、2個傾斜觀測場地、1個重力觀測場地及多個跨斷層形變測量場地,組成了有效的形變觀測網(wǎng)絡(luò)。福建GPS臺網(wǎng)現(xiàn)有 8個 GPS連續(xù)觀測站,目前正在擴(kuò)充和加密 30個 GPS連續(xù)觀測站,并在 GPS連續(xù)觀測站上配套精密水準(zhǔn)和精密重力測量,形成有效監(jiān)測福建地區(qū)主要斷裂帶的大跨度、大尺度、高精度觀測臺網(wǎng) (圖2)。跨斷層測量場地的分布為：長詔斷裂帶 9個,政海斷裂帶 4個,河邵斷裂帶 2個,跨北西向斷裂的4個,以及水口庫區(qū) 1個形變監(jiān)測網(wǎng)。其他定點(diǎn)形變觀測場地分布見圖 2,廈門、漳州等臺站配有多套形變觀測儀器。

圖1 福建地區(qū)主要斷裂帶及中強(qiáng)地震分布Fig.1 Distribution of the faults and medium earthquakes in Fujian area

圖2 福建省形變觀測臺站分布Fig.2 Distribution of the deformation monitoring points in Fujian area

3 資料處理與分析

3.1 GPS應(yīng)變場

假定局部小范圍內(nèi)地殼為連續(xù)的均質(zhì)體,在ITRF2000框架下求出各期位移速率的南北分量和東西分量,根據(jù)描述塊體整體旋轉(zhuǎn)和內(nèi)部均勻應(yīng)變的彈性運(yùn)動方程[9],可以求出由相鄰點(diǎn)組成的點(diǎn)組的應(yīng)變張量[9]。

在計算得到地塊的應(yīng)變張量之后,可以由應(yīng)變參數(shù)εe、εen、εn計算獲得福建地區(qū)的主壓應(yīng)變ε1、主張應(yīng)變ε2、第一剪應(yīng)變 r1、第二剪應(yīng)變 r2,面應(yīng)變εm、主壓應(yīng)變的方位角φ[10]。其計算公式為：

本文采用三角形三邊盡量相近原則,將福建地區(qū) GPS臺站劃分為 6個三角形,每個三角形的 3個頂點(diǎn)組成一組,計算出各個點(diǎn)組的應(yīng)變解 (泉州臺由于接收機(jī)和天線都有更換,因此沒有參與應(yīng)變計算,東山、永春、莆田臺 2007年才開始正常運(yùn)行,所以只計算了 2007—2008年、2008—2009年、2009—2010年 3期的應(yīng)變場),計算結(jié)果見圖 3～5。福建地區(qū)各塊體的最大主應(yīng)變率為 0.127×10-9～4.43 ×10-9,最小主應(yīng)變率為 -4.996×10-9～-3.34× 10-10/a,面應(yīng)變率為 -3.55×10-9～3.04×10-9/a,第一剪應(yīng)變率為 -2.90×10-9～4.08×10-9/a,第二剪應(yīng)變率為 -5.90×10-9～5.79×10-9/a。福建地區(qū)各塊體的主應(yīng)變率、面應(yīng)變率、剪應(yīng)變率都在10-9量級變化。

從圖 3～6可以看出：

1)各期應(yīng)變場整體變化不顯著,只有個別塊體有微弱的變化。

2)龍巖-廈門-東山一線以主壓應(yīng)變?yōu)橹?而南平-福州-永春一帶為第一、第二剪應(yīng)變高值區(qū)域。

3.2 跨斷層形變速率強(qiáng)度分析

跨斷層形變速率強(qiáng)度計算公式為[11]：

圖3 福建地區(qū)最大、最小主應(yīng)變率Fig.3 Maximum and minimum strain rates of Fujian area

圖4 福建地區(qū)面應(yīng)變率(10-9)Fig.4 Surface strain of Fujian area

圖5 福建地區(qū)第一剪應(yīng)變率(10-9)Fig.5 The first shear strain of Fujian area

圖6 福建地區(qū)第二剪應(yīng)變率(10-9)Fig.6 The second shear strain of Fujian area

其中：Vi=Hi-Hi-1,Vi斷層形變速率;Hi為第 i期跨斷層觀測值,Hi-1為上一年同月份跨斷層觀測值; n為每個時間段內(nèi)的速率總個數(shù),i=1,2,3,…,n;Qi為斷層形變速率累積強(qiáng)度 (即形變趨勢累積率),變化范圍為0～1。

用福建地區(qū)跨斷層形變測點(diǎn)計算得到 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年的 Qi值,并用雙三次三角曲面光滑插值方法進(jìn)行處理,得到的跨斷層形變速率強(qiáng)度空間分布動態(tài)圖像如圖 7所示。

圖7 跨斷層形變速率強(qiáng)度空間分布Fig.7 Distribution of the strain rate accumulation intensity calculated from across-fault vertical deformation

對比圖 7中 3個時段的跨斷層形變速率強(qiáng)度空間分布,可以看出：

1)2005—2006年,政和-海豐斷裂帶與永安-晉江斷裂帶交界處屬于形變速率強(qiáng)度高值區(qū)域,并以該區(qū)域?yàn)橹行南蛩闹軠p小;2007—2008年,長樂-詔安斷裂帶與永安-晉江斷裂帶交界處,政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂交界處,為形變速率強(qiáng)度高值區(qū)域,并以此為中心,向東西兩個方向遞減; 2009—2010年,政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂交界處,上杭-詔安斷裂帶與政和-海豐斷裂帶,長樂-詔安斷裂帶交界處為形變速率強(qiáng)度高值區(qū)。

2)2005—2006年和 2007—2008年,形變速率強(qiáng)度高值區(qū)在空間分布上與 2007—2008年福建地區(qū)幾次中強(qiáng)地震有一定的對應(yīng)關(guān)系。

3)政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂帶交界處一直是形變速率強(qiáng)度較高的區(qū)域。

4)龍巖-廈門-東山區(qū)域、福建與廣東交界區(qū)域,2009—2010年形變速率強(qiáng)度明顯比前兩期增大,且形變速率強(qiáng)度非常高。

3.3 多種形變資料分析測點(diǎn)受力性質(zhì)

利用福建地區(qū)流動跨斷層短水準(zhǔn)、體應(yīng)變和伸縮儀觀測資料得到的福建地區(qū)各測點(diǎn) 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年的張壓特性如圖8所示。

從圖 8可以看出：

1)壓性測點(diǎn)主要分布區(qū)域 2005—2006年為：政和-海豐斷裂帶與永安-晉江斷裂帶交界處,以及長樂-詔安斷裂帶的中段;2007—2008年為政和-海豐斷裂帶與閩江下游斷裂帶交界,以及長樂-詔安斷裂帶南段;2009—2010年為政和-海豐斷裂帶與閩江下游斷裂帶交界及長樂-詔安斷裂帶中段。

2)政和-海豐斷裂北段及水口庫區(qū)近兩期計算結(jié)果均以壓性為主。

4 總結(jié)與討論

1)龍巖-廈門-東山以主壓應(yīng)變?yōu)橹?面應(yīng)變率、剪應(yīng)變率都為負(fù)值高值區(qū)域,構(gòu)造活動性較強(qiáng),為能量積累區(qū)域。南平-福州-永春為面應(yīng)變率、剪應(yīng)變率高值區(qū)域。

圖8 各測點(diǎn)受力狀態(tài)分布圖Fig.8 Tensile or compression of each point based on deformation observations

2)2005—2006年、2007—2008年形變速率強(qiáng)度高值區(qū)為福建地區(qū)幾次中強(qiáng)地震的發(fā)生區(qū)域。最近一期資料顯示,政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂帶交界處、福建地區(qū)南部區(qū)域及福建與廣東交界區(qū)域?yàn)樾巫兯俾蕪?qiáng)度高值區(qū)。

3)政和-海豐斷裂帶北段近兩期資料顯示以壓性為主。

通過以上討論可以看出,龍巖-廈門-東山、政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂帶交界處的構(gòu)造活動性較強(qiáng),形變速率強(qiáng)度較高,且以壓性測點(diǎn)為主,所以我們認(rèn)為在這些區(qū)域發(fā)生中強(qiáng)地震的可能性較大,應(yīng)引起關(guān)注。

1 邵占英,等.高精度 GPS觀測及其在福建東南沿海地殼形變研究中的應(yīng)用[J].地殼形變與地震,1999,(4)：39 -44.(Shao Zhanying,et al.High precise GPS observation and its application to the crustal defor mation studies in southeast coast of Fujian province[J].Crustal Defor mation and Earthquake,1999,(4)：39-44)

2 劉序儼,等.福建沿海地殼運(yùn)動與 GPS測量結(jié)果初步分析[J].地殼形變與地震,1999,(3)：40-47.(Liu Xuyan, et al.Primary analysis of the crustal movement and GPS observation data in Fujian coast[J].Crustal Deformation and Earthquake,1999,(3)：40-47)

3 周碩愚,等.中國大陸東南邊緣海現(xiàn)時地殼運(yùn)動與地震動力學(xué)綜合研究[J].地殼形變與地震,2001,(1)：1-13. (Zhou Suoyu,et al.Integrated research on current crustal movement and earthquake dynamics in marginal sea,southeast of China continent[J].Crustal Defor mation and Earthquake,2001,(1)：1-13)

4 史粦華.福建及鄰區(qū)現(xiàn)今地殼運(yùn)動與形變[J].大地測量與地球動力學(xué),2005,(3)：69-74.(Shi Linhua.Presentday crustalmovement and defor mation in Fujian province and adjacent area[J].Journal of Geodesy and Geodyanmics, 2005,(3)：69-74)

5 丁學(xué)仁,胡新康,劉序儼.福建地區(qū)地塊運(yùn)動時空變化特征研究[J].大地測量與地球動力學(xué),2006,(2)：58-61. (Ding Xueren,Hu Xinkang and Liu Xuyan.Study on spacetime variation characteristics of crustalmovement of tectomic blocks in Fujian area[J].Journalof Geodesy and Geodynamics,2006,(2)：58-61)

6 李祖寧,等.臺海兩岸地殼相對運(yùn)動分析[J].大地測量與地球動力學(xué),2007,(5)：18-21.(Li Zuning,et al.Analysis of relative crustal movement between both shores of Taiwan strait[J].Journal of Geodesy and Geodynamics,2007, (5)：18-21)

7 林淑冰,王志鵬,占惠.長樂-詔安斷裂帶垂直形變與斷層活動特征分析[J].大地測量與地球動力學(xué),2009,(5)：43-46.(Lin Shubin,Wang Zhipeng and Zhan Hui.Analysis of characters of vertical deformation and fault movement of Changle-Zhaoan fault zone[j].Journal of Geodesy and Geodynamics,2009,(5)：43-46)

8 黃松風(fēng).長詔斷裂帶垂直運(yùn)動與地震關(guān)系初探[J].福建地震,2006,22(1-2)：21-27.(Huang Songfeng.Preliminary study on relation between vertical defor mation and earthquake in Changzhao fault zone[J].Fujian Seis mology, 2006,22(1-2)：21-27)

9 李延興,等.中國大陸活動地塊的運(yùn)動與應(yīng)變狀態(tài)[J].中國科學(xué) (D輯),2003,33(增刊)：65-81.(Li Yanxing,et al.The movement and strain for active tectonic block of Chinese mainland[J].Science in China(Series D),2003,23 (Supp.)：65-81)

10 楊少敏,王琪.昆侖山 8.1級地震前中國大陸的構(gòu)造應(yīng)變背景[J].大地測量與地球動力學(xué),2003,(3)：61-65.(Yang Shaomin and Wang Qi.Tectonic strain background in China continent before Kunlun mountainMs8.1 earthquake[J].Journal of Geodesy and Geodynamics, 2003,(3)：61-65)

11 郭良遷,等.1996年包頭 6.4級地震的地殼應(yīng)變特征[J].地震學(xué)報,2002,24(4)：348-356.(Guo Liangqian,et al.Characteristics of crustal strain associated with M=6.4 Baotou earthquake in 1996[J].Acta Seismologica Sinica,2002,24(4)：348-356)

STUDY OF DEFORMATI ON CHARACTERISTICS IN FUJIAN AREA BASED ON A VARIETY OF DEFORMATI ON DATA

Wang Ziyan,Li Zuning,Liu Xuyan,Guan Yumei,Chen Chaoxian,Zhong Ji mao and Chen Guang
(Earthquake Adm inistration of Fujian Province,Fuzhou 350003)

Crustal strain field derived from the data from GPS observation net work of Fujian area,the intensity accumulation rate of deformation velocity calculated from across-fault vertical deformation and tensile or compression of each station based on across-fault vertical defor mation and other defor mation observations are calculated,and then,based on these,the defor mation characteristics in the periods：2005—2006,2007—2008 and 2009—2010 in Fujian area are studied.It shows that there are two areas,Xiamen-Longyan-Dongshan and the junction of Zhenghai and Shaxian Nanri island,with stronger tectonic activity,tendency accumulation,higher accumulation intensity, dominated mainly by compressive points,might be the zone with high risk ofmedium-strong earthquakes.

GPS;across-fault vertical defor mation;deformation observation;defor mation character;Fujian aera

1671-5942(2011)04-0032-05

2010-09-01

2010年度震情跟蹤合同制定向工作任務(wù)(2010020704)

王紫燕,女,1983年出生,助理工程師,主要從事 GPS數(shù)據(jù)處理與地殼形變研究工作.E-mail：ziyanw@163.com

P315.72+5

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