福建省GPS基準站數據處理與分析

占 惠

(廈門地震勘測研究中心,福建 廈門 361021)

0 引 言

福建省位于東經115.83°～120.73°,北緯23.51°～28.32°范圍,是我國東南沿海經濟較發達地區,又地處我國東南沿海地震帶,存在發生中強以上地震的危險性。

福建省斷裂構造十分發育,根據斷裂構造活動性、地震活動性和地球物理場等特征,福建省自東往西存在著三個地震構造帶:長樂-詔安斷裂帶、政和-海豐斷裂帶、邵武-河源斷裂帶[1]。自北向南存在著五個地震構造帶:閩江斷裂帶、沙縣-南日島斷裂帶、永安-晉江斷裂帶、九龍江下游斷裂帶和上杭-云霄斷裂帶[2]。福建及其沿海地震活動,都與省內8條地震構造帶有關。

福建省GPS基準站原有8個,2010年6月至2011年9月陸續安裝運行33個基準站,因此2011年10月至今共有41個基準站的觀測資料,利用GAMIT/GLOBK10.4軟件對2011年10月-2014年8月的數據進行處理,研究福建沿海地區各GPS測站及分塊的水平運動和塊體的應變場演化特征。

1 數據處理方法與模型

福建省GPS基準站及斷裂分布如圖1所示。

在2011年10月-2014年8月的觀測中,選用12個IGS和國內的GPS跟蹤站作為參考站,用GAMIT/GLOBK10.4軟件對觀測數據進行統一解算和批量處理,經過基線處理和平差計算,得到各站在ITRF2008坐標框架下東西向和南北向的運動速度。

如果將福建塊體視為整體,在周圍板塊的作用下,其上的GPS測站運動包含隨著塊體的整體旋轉和測站本身的彈性形變運動,由此建立了福建塊體的整體旋轉線性應變運動模型[3]。 需要說明的是,在參數估計中,由于測站篩選的方法不同,往往會得到不同的結果。本文兼顧測站在板塊上均勻分布的原則,以福建塊體上41個GPS基準站的速度分量中誤差平均值作為限差,刪除各期速度分量殘差絕對值超限的站,隨著速度分量殘差絕對值大的站被逐步剔除,模型參數不斷優化。

圖1 福建省GPS基準站分布圖

2 GPS速度場特征

福建塊體的運動是塊體的整體旋轉運動與塊體內部水平形變的復合運動,如果將塊體上每個站的觀測速度減去由于塊體整體旋轉產生的運動速度,得到的速度差就是其形變速度,在此基礎上可以得到福建塊體分區的形變速度。2011年10月-2013年8月和2011年10月-2014年8月,福建地區各GPS站及分塊水平運動速度與圖像如表1、2和圖2所示。

表1 各GPS基準站觀測速率

(續表)

表2 福建地區分塊形變速率

由圖2可見,2011.10-2013.8、2011.10-2014.8各站的平均運動速率分別約為32 mm/a和34 mm/a,整體向東南方向運動,速度大小和方向變化不大,除秦嶼站速率略減小外,其他測站速率均增大,所有測站速度方向均存在微小的順時針變化。

為了分析福建塊體運動受北東向3條大斷裂和北西向5條主斷裂的影響,將福建塊體分成9個次一級塊體。由圖2可見,相對于整個福建塊體,政和-海豐斷裂帶以西的塊體運動速度方向存在微小的順時針變化,政和-海豐斷裂帶以東的塊體運動速度方向存在微小的逆時針變化。政和-海豐斷裂帶兩側的塊體朝向該斷裂帶擠壓運動,其中塊體8、9的運動速率保持最大,塊體4的運動速率減小最大,塊體5的運動速率不變。該運動模式顯示,福建沿海受歐亞板塊、菲律賓海板塊和太平洋板塊相互碰撞的影響,福建塊體東北部運動速度最大,永安-晉江斷裂帶和九龍江下游斷裂帶之間的地區運動速度次之,其余地塊運動速度較小。邵武-河源斷裂帶、政和-海豐斷裂帶和長樂-詔安斷裂帶存在平行于斷裂帶的走滑運動。

3 GPS應變場分析

根據計算的應變參數,按照經、緯度0.5°的間隔,計算得到福建塊體上每個節點的主應變、最大剪應變和面應變參數[4-5],根據各節點的應變參數,可繪制塊體上的應變場圖像,如圖3～5所示。

從圖3可以看出:2011-2013年福建塊體東北部最大最小主應變均為張應變,福建塊體西南角最大最小主應變均為壓應變。福建塊體從北到南由張應變較大轉為壓應變較大,從西到東由壓應變較大轉為張應變較大。福建塊體從西北到東南由北北西向的主張應變和北東東向的主壓應變轉變為北東向的主張應變和北西向的主壓應變。2011-2014年福建塊體西部閩贛交界處最大最小主應變均為張應變。福建塊體從北到南、從西到東均由張應變較大轉為壓應變較大。除此之外,福建塊體從西北到東南由北北西向的主張應變和北東東向的主壓應變轉變為北東向的主張應變和北西向的主壓應變,這一點與2011-2013年是一致的。

圖2 福建省GPS基準站速度場圖像和分塊水平運動速度場圖像

圖3 福建主應變圖像

圖4 福建最大剪應變圖像(單位:10-9)

圖5 福建面應變圖像(單位:10-9)

從圖4可以看出:2011-2013年,福建塊體剪切運動呈北東向分布,政和-海豐斷裂帶北段東側及其與沙縣-南日島斷裂帶交匯處剪切運動相對較小,福建塊體從西北到東南剪切運動先減小后增大。2011-2014年,福建塊體剪切運動分布的方向、剪切運動相對較小的大體位置及福建塊體從西北到東南剪切運動的變化等特征與2011-2013年是一致的。2011年至今福建塊體剪切運動呈近似中心對稱分布,福建塊體西北部剪切運動存在減小的變化。從圖5可以看出:2011-2013年,福建塊體從北到南,由面膨脹變為面壓縮,以永安-晉江斷裂帶為界,永安-晉江斷裂帶以北為面膨脹,永安-晉江斷裂帶以南為面壓縮。2011-2014年,福建塊體從北到南,同樣由面膨脹變為面壓縮。值得注意的是,塊體5和7的運動速度較小,壓應變較強且面壓縮最大。

4 結束語

通過對福建41個GPS基準站2011年10月至2014年8月的數據進行處理,得到了各站的速度和塊體上的應變圖像。結果顯示:

1)2011.10-2013.8、2011.10-2014.8各站的平均運動速率分別約為32 mm/a和34 mm/a,整體向東南方向運動,速度大小和方向變化不大,除秦嶼站速率略減小外,其他測站速率均增大,所有測站速度方向均存在微小的順時針變化。邵武-河源斷裂帶、政和-海豐斷裂帶和長樂-詔安斷裂帶存在平行于斷裂帶的走滑運動。政和-海豐斷裂帶兩側的塊體朝向該斷裂帶擠壓運動,福建塊體北部運動速度最大,永安-晉江斷裂帶和九龍江下游斷裂帶之間的地區運動速度次之,其余地塊運動速度較小。

2)福建塊體從西北到東南由北北西向的主張應變和北東東向的主壓應變轉變為北東向的主張應變和北西向的主壓應變。

3)福建塊體剪切運動呈北東向分布,政和-海豐斷裂帶北段東側及其與沙縣-南日島斷裂帶交匯處剪切運動相對較小,福建塊體從西北到東南剪切運動先減小后增大,西北部剪切運動存在減小的變化。面應變從北到南由面膨脹變為面壓縮的特征不變。

4)值得注意的是,塊體5和7即九龍江下游斷裂帶以南、沙縣-南日島斷裂與永安-晉江斷裂帶之間靠近長樂-詔安斷裂帶的區域運動速度較小,壓應變較強且面壓縮最大,應密切關注其后續變化。

[1]陳 晨. 福建地區地震活動空間分布及活動斷裂特點研究[J]. 地震，2005，25(3): 102-108

[2]袁麗文,鄭斯華,周崢嶸. 福建地區地震活動特征及區域應力場研究[J]. 東北地震研究,2009,25(3): 37-44.

[3]李延興,張靜華，何建坤，等.自由空間大地測量得到的太平洋板塊現今構造運動與板內形變應變場[J]. 地球物理學報,2007,50(2): 437-447.

[4]李延興,張靜華，何建坤,等. 菲律賓海板塊的整體旋轉線性應變模型與板內形變-應變場[J]. 地球物理學報,2006,49(5): 1339-1346.

[5]李延興,胡新康，師 平，等. 中國大陸地殼水平運動速度場與應變場[J]. 國際地震動態,2002(7):1-9.